巖土體穩(wěn)定性影響因素分析

彭立威

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巖土體穩(wěn)定性影響因素分析

彭立威

（南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局，河南 鄭州 450018）

隨著施工設(shè)備、材料和理論技術(shù)的進(jìn)步，我國巖土體工程質(zhì)量取得了較大的提升，但由于施工條件、后期的破壞因素的多樣性和復(fù)雜性，巖土體工程穩(wěn)定性還是難以滿足現(xiàn)今的需求，因此對巖土體穩(wěn)定性影響因素進(jìn)行系統(tǒng)研究，總結(jié)薄弱面，具有十分重要的現(xiàn)實意義。

巖土體；穩(wěn)定性；影響因素；施工保障

1 巖土體簡介

巖土體是人類生活中十分常見的一種地理環(huán)境形式，和人們的許多活動聯(lián)系緊密，尤其是在土木工程行業(yè)中，建筑巖土體、基坑巖土體等常常出現(xiàn)在各種工程項目建設(shè)當(dāng)中。隨著近些年的經(jīng)濟(jì)建設(shè)事業(yè)不斷擴(kuò)大，巖土體方面的工程也越來越多，而巖土體的穩(wěn)定性及其自然災(zāi)害問題一直是工程領(lǐng)域中的熱點問題。中國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶動各種建筑事業(yè)的興起，在經(jīng)濟(jì)一體化環(huán)境下，建筑行業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)重要的支柱產(chǎn)業(yè)之一，在建設(shè)中迎來了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

1.1 巖土體穩(wěn)定的重要性

巖土體工程涉及多個學(xué)科，主要包括工程力學(xué)、巖體力學(xué)、支護(hù)結(jié)構(gòu)、施工管理和技術(shù)、建筑材料與測量等，研究時對學(xué)科的交叉性要求較高。與此同時，巖土體具有在自然狀態(tài)下自動向下運動的趨勢，加上壓力、粒間流體減摩作用、裂隙導(dǎo)致的不完整性等因素，巖土體十分容易失穩(wěn)發(fā)生滑塌。巖土體失穩(wěn)會誘發(fā)泥石流、山崩等一系列的自然災(zāi)害，在山區(qū)十分普遍。在施工過程中，如果巖土體支護(hù)不當(dāng)，很容易出現(xiàn)失穩(wěn)的情況，這會對人們生命和財產(chǎn)造成巨大的損失，增加社會不安定因素。由于地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，土地的過度開發(fā)、植被的破壞、山石的大量開采等，使得巖土體地質(zhì)災(zāi)害日益普遍，國家和人民蒙受了重大的損失。由于巖土體治理因素的復(fù)雜性、作用機(jī)制的多樣性，使得巖土體治理仍然是一個重點和難點。

1.2 巖土體的分類

巖土體的分類如表1所示。

2 巖土體穩(wěn)定的影響因素分析

從影響巖土體穩(wěn)定性的因素來看，主要分為內(nèi)因和外因。其中，內(nèi)因主要包括巖土體的基本特點，比如地質(zhì)構(gòu)造類型、巖土體結(jié)構(gòu)特點等。從影響時間來看，這些影響因素往往是比較長期的，也是造成巖土體失去穩(wěn)定性的最主要因素。從本質(zhì)上看，這些內(nèi)在因素對巖土體的形式、規(guī)模有著決定性影響。不僅如此，這些因素還對巖土體的風(fēng)化作用、形態(tài)、振動荷載、氣象條件和植物的生長情況造成很大影響。

2.1 地層與巖性

地層和巖性的差異會影響巖土體，時期以及成因的差異會導(dǎo)致巖土體被破壞所呈現(xiàn)出不同的形式。因為其都擁有各自不同的物理化學(xué)性質(zhì)，巖土介質(zhì)抗剪強(qiáng)度的降低和剪應(yīng)力的增加，最終會導(dǎo)致的結(jié)果就是巖土體失穩(wěn)遭受破壞。

2.2 巖體結(jié)構(gòu)

影響巖土體的重要因素之一就是巖體的自身結(jié)構(gòu)。我們通常將巖體的結(jié)構(gòu)分為多個方面，包括層狀、塊狀和散體和碎裂網(wǎng)狀等結(jié)構(gòu)。其不同的結(jié)構(gòu)形式會存在一定的物理性質(zhì)的差異，而最終導(dǎo)致巖土體遭受破壞的性質(zhì)也各不相同。

2.3 風(fēng)化作用

長期暴露于自然環(huán)境中，受到風(fēng)雨的侵蝕，巖土體會慢慢產(chǎn)生相應(yīng)的風(fēng)化現(xiàn)象，巖土體的穩(wěn)定性也隨之慢慢降低。

表1 巖土體的分類

分類依據(jù)巖土體名稱巖土體類型概述 巖體類型巖質(zhì)型建筑巖土體此種建筑巖土體多為巖石，并且可以根據(jù)巖體類型進(jìn)行細(xì)分 土質(zhì)型建筑巖土體此種建筑坡構(gòu)成成分為土，按照土質(zhì)類型有土石重疊類型、土石混合類型等 巖土體穩(wěn)定性穩(wěn)定型建筑巖土體此類巖土體穩(wěn)定性較高，不會變形，屬于巖土體防護(hù)的目標(biāo)類型 不穩(wěn)定型建筑巖土體局部已經(jīng)發(fā)生破壞，需要進(jìn)行防護(hù)處理 失穩(wěn)型建筑巖土體巖土體穩(wěn)定性已經(jīng)完全破壞，需要徹底防護(hù)或者重新施工 巖土體坡度緩和型建筑巖土體坡度小于15° 中陡型建筑巖土體坡度介于15°～30°之間 急陡型建筑巖土體坡度在60°以上

2.4 地下水

地下水對于巖土體的穩(wěn)定性影響是不可忽略的，其有沖刷、軟化、動靜水壓力。顧名思義，地下水對巖土體有著浮托力作用，會降低巖土體穩(wěn)定性，失去原本的支撐力，導(dǎo)致最后的失穩(wěn)。地下水可以軟化巖土體滑動帶的巖土，降低巖土整體強(qiáng)度，進(jìn)而造成巖土體失穩(wěn)。巖土體內(nèi)部的水主要來源于降雨，通過入滲形成地下水，這些地下水充滿了巖土之間的空隙，增加了單位體積土體的自重，同時縫隙和孔隙內(nèi)的水壓上升，加劇動靜水壓作用，這是另一種形式的地下水。從其他作用來看，地下水對土體有潤滑作用，也就是說，地下水對巖土體形成復(fù)雜的作用力，即形成水和巖土的相互作用。從某種意義上來說，地下水不僅是誘發(fā)巖土體失穩(wěn)的內(nèi)因，同時在坡體逐步變形破壞中也起著負(fù)面的影響。

2.5 振動作用

自然的地震、人為的爆破等因素會產(chǎn)生一定的振動，其對于巖土體穩(wěn)定性的破壞是非常嚴(yán)重的，各種強(qiáng)烈振動中所產(chǎn)生的橫波以及縱波都將導(dǎo)致巖土體自身的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，造成了滑坡現(xiàn)象，降低了巖土體的穩(wěn)定性。

2.6 巖土體破壞的基本形式

從破壞形態(tài)分類，巖坡失穩(wěn)分為巖石崩塌和滑坡兩種。

崩塌發(fā)生在巖土體過陡的巖坡中，大塊的巖體和巖坡分離而向前傾倒，或者坡頂巖體因某種原因脫落翻滾而下在坡腳處堆積，常產(chǎn)生于坡頂裂隙發(fā)育的地方。主要是由于風(fēng)化原因減弱了節(jié)理面的黏聚力，或者是由于雨水滲入裂隙中，產(chǎn)生裂隙水壓所致；也可能是氣溫變化、凍融松動巖石的原因。其他偶然因素還有植物根造成膨脹壓力、地震、雷擊。

滑坡為巖石在重力作用下，沿著坡內(nèi)軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生的整體滑動。滑坡型式主要有平面滑動、楔形滑動、旋轉(zhuǎn)滑動。巖坡滑動過程大致可以分3個階段：①蠕動變形階段。坡面或者坡頂出現(xiàn)裂隙并逐漸加長、加寬，坡前緣出現(xiàn)擠出現(xiàn)象，地下水位發(fā)生變化，有時會有響聲。②滑動破壞階段。坡后緣迅速下陷，巖體以極大的速度向下滑動；③逐漸穩(wěn)定階段。疏松的滑體逐漸壓密，滑體上草木逐漸生長，地下水滲出由渾變清。

3 巖土體施工技術(shù)問題及解決方法

3.1 巖土體勘察方面

在建筑巖土體工程進(jìn)行支護(hù)設(shè)計前，工作人員要對巖土體巖土性質(zhì)進(jìn)行充分了解，建設(shè)單位應(yīng)提供巖土工程資料。在勘察過程中應(yīng)根據(jù)巖土體的特點和實際情況進(jìn)行有效補(bǔ)充，確保巖土體勘察資料滿足設(shè)計和施工的需要。在進(jìn)行巖土體工程施工時，要明確目的，對水文地質(zhì)條件和工程基本情況做詳細(xì)勘察，確定巖土體的類型和可能發(fā)生的破壞形式，進(jìn)而對巖土體的穩(wěn)定性做出科學(xué)合理評價。

巖土體勘察的一般步驟是：查明巖土體工程地質(zhì)情況，確定巖土體的類別，進(jìn)一步提供巖土體穩(wěn)定性驗算過程中所需要的各個參數(shù)值，提出潛在的影響巖土體穩(wěn)定性的處理方案措施，進(jìn)而得出巖土體的整治設(shè)計注意事項，對于安全等級為一、二級的巖土體工程，有必要繪制巖土體地質(zhì)縱橫剖面圖，對整個巖土體的地質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)了解勘察。

3.2 土質(zhì)巖土體工程方面

土質(zhì)巖土體工程失穩(wěn)是巖土體工程中首要解決的問題，我們通常通過以下措施來改善土質(zhì)巖土體工程失穩(wěn)現(xiàn)象： ①植樹。通過在巖土體上增加植被措施，可以有效加固土質(zhì)邊坡，期間也可以配合其他的綠化共同使用，這樣就可以使得坡面形成較為完善的防護(hù)層。②漿砌片石防護(hù)。對于坡比小于1∶1的土質(zhì)邊坡采用該方法，漿砌片石厚度一般為0.2～0.5 m，其間應(yīng)設(shè)置伸縮縫和泄水孔，對于路堤巖土體，如果路基沉降不穩(wěn)定，那么砌漿砌片石護(hù)坡方法不宜采用。③混凝土預(yù)制塊防護(hù)。其主要用于缺乏塊石材料的地區(qū)，并且能到達(dá)一定的美觀度。④護(hù)面墻防護(hù)。對于表面風(fēng)化比較嚴(yán)重的巖層，包括綠泥片巖、干枚巖以及其他類似的軟質(zhì)巖，護(hù)面墻防護(hù)顯得尤為重要，其主要承受的外力就是自身的重力，不承擔(dān)其余的荷載，包括墻后的土壓力。護(hù)面墻防護(hù)的挖方坡度應(yīng)符合巖土體的極限穩(wěn)定要求，護(hù)面墻的底寬一般要求為0.4～0.6 m，頂寬0.4～0.6 m，墻高/10～/20.

3.3 巖土體工程安全監(jiān)測

目前，對于巖土體工程監(jiān)測而言，可選用的監(jiān)測儀器種類比較多，其主要監(jiān)測的方法包括了大地測量法、地面攝影測量、機(jī)電測量和內(nèi)部變形監(jiān)測等，各監(jiān)測方法所選用的儀器不盡相同，精度也不一樣。在巖土體工程的實施過程中，需要嚴(yán)格記錄爆破、挖方、堆載和氣象等條件。在進(jìn)行爆破工程的監(jiān)測時，要充分考慮爆破可能對周圍環(huán)境造成的影響。對于土石方工程，在進(jìn)行監(jiān)測時要確保水平和豎向位移監(jiān)測符合要求，監(jiān)測時間不少于3年。在進(jìn)行巖土體工程施工時，設(shè)計單位應(yīng)提出監(jiān)測要求，建設(shè)單位宜委托有資質(zhì)的單位編制監(jiān)測方法，經(jīng)審核合格后方可進(jìn)行下一步的施工。

4 結(jié)束語

工程建設(shè)中一直存在巖土體穩(wěn)定性問題，巖土體失穩(wěn)引起的滑坡、崩塌災(zāi)害往往帶來巨大的生命和財產(chǎn)損失，影響邊坡穩(wěn)定性的因素非常多，情況也都較為復(fù)雜，在工程施工中要做好工程環(huán)境對巖土體穩(wěn)定性的影響分析，為工程的施工提供可靠的保障。

［1］尹曉萌，晏鄂川，劉旭耀，等.對土體穩(wěn)定性計算中地下水作用力的探討［J］.巖土力學(xué)，2018（7）.

［2］劉昌鑫，潘健，鄧羽松，等.干濕循環(huán)對崩崗?fù)馏w穩(wěn)定性的影響［J］.水土保持學(xué)報，2016（6）.

［3］方金剛，林曉慶.巖土高邊坡土體穩(wěn)定性控制［J］.廣東建材，2015（8）.

［4］周玉利，周少林，高尚達(dá)，等.泥巖邊坡巖土體穩(wěn)定性分析［J］.華東公路，2014（02）.

2095－6835（2019）01－0078－02

TU43

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.01.078

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕