斜長花崗巖邊坡穩定性研究

甘躍明

(中鐵二院工程集團有限責任公司， 成都 610031)

勘查區位于四川省甘孜藏族自治州康定縣大渡河深切峽谷地帶，兩岸地形陡峻，如圖1所示。節理發育，大多巖體被切割得支離破碎，松弛卸荷強烈[1]，整個坡面上廣泛分布松弛破碎的塊石，對公路的安全運營造成了極大的安全隱患。

圖1 發生崩塌落石后的邊坡

1 地質概況

1.1 地層巖性

1.2 地質構造

勘查區位于青藏斷塊邊緣地帶，大地構造部位處于揚子地臺與松潘-甘孜地槽系Ⅰ級構造單元交界部位的西側。

2 崩塌勘查

2.1 崩塌體

崩塌體高邊坡中部凸起區域，如圖1所示，高程 2 020～2 155 m，在平面上呈“L”形狀。現場可清晰地看到崩塌形成較為新鮮的巖面及下方緩坡地段形成的淺色崩塌堆積物。

根據地表測繪和三維激光掃描，陡崖基巖裸露，巖性為斜長花崗巖弱風化(W2)，陡崖高40～80 m，左右延伸長度近400 m。巖體構造節理、卸荷裂隙、風化裂隙十分發育，兩組或兩組以上“X”節理將巖體切割成0.5～5 m的塊體[3]。河流及坡面沿一組長大節理發育，坡面卸荷裂隙發育，節理產狀 N33～65°W/75～85°SW,傾向大渡河。而在崩塌源右側180 m處，陡崖走向由NW轉向N69°E，傾SE，傾角為60°～80°。

2.2 落石堆

崩塌陡崖下方的坡面上，因大量的花崗巖碎塊石停留形成了落石堆，總體分布范圍很廣，頂部高程2 020 m左右，自然坡度約為42°，平面幾何尺寸為不規則形狀，上窄下寬，局部呈扇形，長約100 m，中軸線走向N53°E，橫向寬度3～25 m，高出地面10～50 cm，厚度0.1～1.0 m。石質主要以斜長花崗巖為主，偶見閃長巖方量約300 m3。

2.3 落石坑

落石坑在空間分布上集中于高程 1 830～2 035 m的斜坡上，形狀不規則，呈扇形狀、長條形、紡錘形，落石坑的規模大小也不一致，落石坑具有明顯的刨蝕現象，坑深約0.3～0.5 m，個別坑內有少量的碎、塊石，石質均為花崗巖，多呈次棱角狀[4]。

3 陡崖邊坡穩定性分析及評價

3.1 陡崖邊坡穩定性分析

通過邊坡巖體質量法的經驗公式和荷載作用對邊坡巖體應力的影響分析，綜合確定自然邊坡穩定坡角[5]。

3.1.1 經驗公式的介紹

由于回彈值與塊度乘積正好反映了不同強度和組合時的巖體質量，因此將巖體質量定義為：

RQ=R×logD

(1)

根據大量邊坡的統計分析，并進行曲線擬合得到了巖體質量與邊坡的穩定坡角之間的關系為：

θ=γh×[14.7×ln(γw×R×logD)+13]

(2)

式中：θ——邊坡穩定坡角；

γh——坡度折減系數，取值如表1所示；

γw——地下水折減系數，取值如表2所示；

R——HT75型回彈儀所測回彈值；

D——巖石的視塊度。

由下式求得：

(3)

式中：di——野外所測巖石的節理間距；

n——野外所測的節理的組數。

表1 不同坡高的坡度折減率

表2 地下水折減系數

若野外所測回彈值為巖石風化層的回彈值，則需進行如下轉化：

R=Rf/fR

(4)

式中：Rf——巖石風化層的回彈值；

fR——風化折減系數，其取值如表3所示。

本勘查所用回彈儀為HT225型，因此采用下式進行轉化：

208R75=194.7R225-595 (5)

3.1.2 自然邊坡穩定坡角的計算

根據實測斷面、輔助斷面和利用式(2)對崩塌邊坡穩定坡角進行計算如下：

野外用HT75型回彈儀測得巖體的回彈值平均值36，按式(3)計算得巖體塊度為：

(6)

該崩塌區巖性以斜長花崗巖為主，其下游側有閃長巖混雜，巖體結構整體破碎，呈塊裂狀到碎裂結構，整體風化程度為弱風化。地下水折減系數γw=0.8；邊坡高約80 m，高度折減系數取γh=0.8，邊坡自然穩定坡角為：

θ=0.80×[14.7×ln(0.8×30×lg35.6)+13]=52.9°≈53°

(7)

式(7)計算未考慮地震對邊坡的自然穩定坡角的影響。

根據《四川、甘肅、陜西部分地區地震動峰值加速度區劃圖》和《四川、甘肅、陜西部分地區地表震動反應譜特征周期區劃圖》，勘查區地震動峰值加速度為0.2 g，地震動反力譜特征周期為0.40 s，基本烈度為Ⅷ度[6]。按折減后計算，則自然邊坡的穩定坡角約為50°。

根據穩定坡角計算式(3)得到的結果繪制穩定坡角線，如圖2所示，由于陡崖邊坡自然坡度在70°左右。用以上自然狀態和地震狀態的計算坡度兩線，從圖2可以看出，陡崖邊坡的自然坡角遠大于穩定坡角。如在各種內、外營力條件下，該邊坡將發生失穩，并出現不同模式和不同程度的崩塌落石災害。

圖2 邊坡穩定坡角線檢算示意圖

3.2 陡崖邊坡穩定性評價

根據穩定坡角計算，陡崖邊坡的自然穩定坡角應為53°，而研究區陡崖邊坡(高程 2 160 m以下)的自然坡角為62°～78°，即現自然陡崖邊坡坡角遠大于邊坡的穩定坡角，邊坡處于不穩定狀態，在風化、暴雨、地震等內、外營力的作用下，邊坡可能加速位移變形，從而造成陡崖邊坡失穩，導致崩塌落石的災害發生[7]。

因此，只有對邊坡盡快采取綜合整治，才能對山下村民和公路營造一個相對安全的生活及運營環境。

4 設計巖土物理、力學參數

根據崩塌體處的巖石樣和坡面鉆孔巖芯樣本的試驗，其花崗巖的巖土物理、力學指標，如表4所示。

表4 設計巖土物理、力學指標建議值

本工地花崗巖屬于較硬巖，由于節理裂隙發育，巖性較差。據此，設定巖石與錨固體粘結強度特征值frb/kPa，供設計計算錨固長度時使用，如表5所示。

表5 巖石與錨固體粘結強度特征值

5 工程治理方案

根據本次勘查，工程針對不同穩定性特征的陡崖，可采取以下綜合治理方案：

(1)對整個陡崖邊坡的松動巖塊，主要是典型破碎危巖區內的破碎巖塊。可采用人工清除治理方案[8]。

(2)對基本穩定區的陡崖體，可采用系統錨桿加掛網噴混凝土治理，其陡崖下部可考慮被動網攔截防護。

(3)對崩塌源左側的欠穩定區，可采取系統錨桿加主動網或間插部分預應力錨索的治理方案。

(4)對崩塌源右側的欠穩定區，可采取長錨桿或預應力錨索方案，且在靠近不穩定區的部位再加設部份主動防護網措施。

(5)對不穩定區的治理，應考慮以預應力錨索、結合長錨桿并施以主動網防護為主。

(6)對整個治理區的陡崖邊坡，應考慮坡體排泄基巖裂隙水方案，即增設盲管排水孔。而對陡崖上部坡面應設置坡面截、排水工程。

(7)對陡崖下部的崩塌堆積區(落石堆)，建議以清除為主，也可考慮在其中部和下部各設一道漿砌石擋墻或采用主動網進行罩護的治理方案，以防止暴雨、人文活動和放牧等外營力造成的坡面滾石和碎屑流地質災害。

6 結束語

由于該高邊坡陡崖松散危石較多，陡崖邊坡卸荷帶厚度較大，綜合性防治工程勢在必行。本文通過地質勘查，對不同穩定性特征的陡崖，提出了具體針對性的綜合治理設計方案。

總之,根據不同危巖特征，不同穩定性狀況，應采取不同的防治工藝設計和施工組織設計。對斜長花崗巖高邊坡崩塌陡崖進行綜合性治理，其地質勘查工作具有典型意義。