降雨滲流及干濕循環作用下紅砂巖順層邊坡穩定性分析

呂奧云

（四川江源工程咨詢有限公司， 四川 成都 610000）

1 順層滑移破壞演變過程分析

在自然條件下，邊坡會受到地質構造運動和外部影響因素的共同作用，坡體內應力場實行優化調整和重新分布，直至內部結構穩定。在人類活動影響作用下，坡體內應力場會重新進行分布，此時就會導致邊坡失穩和破壞影響。對于順層巖質邊坡來說，其最常見的破壞表現為順層滑移破壞。對于存在緩傾和中傾的順層巖質邊坡來說，在開挖期間容易受到臨空面情況，降低抗滑力。再加上受到開挖載荷，爆破，地震和雨水滲透等影響作用，會導致巖體結構參數出現惡化問題，持續降低抗滑力，還會增加下滑力。若抗滑力降低至一定范圍之后，將無法確保順層邊坡穩定性。此時就會導致邊坡沿著軟弱滑動面剪除，從而發生順層滑移問題。

2 干濕循環作用下紅砂巖結構面抗剪強度實驗

對于暴露在外的邊坡來說，由于會受到降雨滲流及干濕循環作用而降低巖體和結構面，進一步降低順層邊坡穩定性。順層邊坡主要受到巖體滲透阻力，壁面拖拽力，軟弱滑帶揚壓力和靜水壓力，且邊坡所受水力作用與充水高度為正比關系。按照相關研究能夠看出，結構面強度會直接影響順層邊坡穩定性，所以需要充分考慮結構面強度衰減問題，并以此對順層邊坡穩定性進行計算。在此次研究中主要是利用結構面試件，并且通過浸水烘干實驗對干濕循環過程進行模擬，以此作為結構面抗剪強度試驗依據。

2.1 制備試件

為了保證實驗結果的可靠性，需要優先選擇差異比較小的結構面，并且注重試件尺寸選擇。若尺寸比較小將會加大試驗結果的離散性。根據剪切盒尺寸的相關要求，將試件尺寸確定為長寬為30cm，高為20cm。在制作試件時需要利用木模實現，將砂漿涂抹在試件內部，并且按照剪切方向將具有結構面的巖塊置于木模砂漿中，并且預留一半以上砂漿。之后將鋸末鋪設在木模四周，厚度控制在0.5cm，這樣能夠對剪切面進行控制。完成上述操作之后需要對上部砂漿進行抹平處理，待用。

將完成養生的試件浸泡在水中，確保水沒過試件頂部，浸泡24小時之后需要取出試件，并且將表面水漬擦拭干凈，放置在 100攝氏度烘箱內進行烘干處理。根據上述方法對干濕循環進行模擬。

2.2 分析試驗結果

應用直剪儀對結構面進行剪切試驗，在試驗時將豎向壓力選取在10kN，30kN和50kN，之后按照實驗結果對結構面內摩擦角和粘聚力進行計算，結果見表1：

表1 結構面內摩擦角和粘聚力數值

從實驗結果可知，隨著干濕循環次數的增加，會相應降低結構面內摩擦角和粘聚力，并且前期降低速度比較快，后期降低速度比較慢。其次，相比于內摩擦角來說，干濕循環對粘聚力的影響比較大，在干濕循環20次之后，內摩擦角下降22.3%，粘聚力下降71.6%。隨著干濕循環次數的增加，內摩擦角呈二次函數衰減，粘聚力呈冪指數衰減。

3 降雨滲流及干濕循環作用下順層邊坡穩定性計算

選取一定長度邊坡作為研究對象，在最差狀態下順層邊坡穩定性系數如公式所示：在上式中，c表示粘聚力，φ表示內摩擦角；G表示重力，α表示巖層傾角；L表示滑面長度。

將巖層傾角數值選取在30°，在飽水狀態下，巖體重度為24.6kN/m3；在自然狀態下，巖體重度為23.7kN/m3，滑面長度數值為15m，厚度為2.4m。裂隙寬度為 3cm，對降雨滲流及干濕循環作用下紅砂巖順層邊坡穩定性進行計算，結果如表 2所示：按照邊坡安全系數計算結果能夠看出，隨著干濕循環次數和充水高度的增加，順層邊坡穩定性系數均會發生變化，并呈現出逐漸衰減趨勢。

表2 邊坡安全系數計算結果

結果可知，隨著干濕循環次數和充水高度的增加，順層邊坡穩定性系數均呈現出下降趨勢。在循環次數為20次，充水高度在2m時，順層邊坡穩定性系數在1.01。相比于單一影響因素作用下，順層邊坡穩定性系數從下降幅度比較低。其次，隨著干濕循環次數指數和充水高度衰減，順層邊坡穩定性系數呈現出線性衰減趨勢。最后，相比于充水高度影響因素來說，干濕循環次數對于順層邊坡穩定性的影響比較大。

4 工程實例分析

此次工程主要是為某省高速公路，選取一段范圍內邊坡進行研究。此處邊坡最大開挖高度在 39m，地質勘察報告顯示邊坡自上而下依次為耕植土、塊石和砂巖。按照室內試驗和現場勘察的邊坡力學參數可知，在自然狀態下，順層邊坡穩定性系數為2.23，具有良好的穩定性能。由于存在降雨滲流和干濕循環影響作用，順層邊坡穩定性系數為0.74，處于失穩狀態。

為了有效驗證計算結果，工程隊對施工段邊坡實行穩定性監測。此段邊坡于2013年8月施工，至2014年2月竣工。在竣工兩個月后遭遇暴雨，在雨水過后邊坡出現嚴重失穩問題。通過順層邊坡穩定性監測結果能夠對理論分析結果的合理性進行驗證。

5 結束語

綜上所述，隨著干濕循環次數的增加，會相應降低結構面內摩擦角和粘聚力，并且前期降低速度比較快，后期降低速度比較慢。其次，相比于內摩擦角來說，干濕循環對粘聚力的影響比較大。隨著干濕循環次數指數和充水高度衰減，邊坡穩定性系數呈現出線性衰減趨勢。相比于充水高度影響因素來說，干濕循環次數對于邊坡穩定性的影響比較大。