某高速公路巖質邊坡穩定性分析

劉小浪 張 偉

(1.畢節市公路處，貴州 畢節 551700; 2.畢節市交通建設工程質量監督站，貴州 畢節 551700)

0 引言

根據巖體結構控制理論[1]，巖質邊坡穩定性主要受內部結構面的分布形式和強度控制，實際工程中，結構面組合使巖質邊坡發生平面滑動、楔形體破壞、傾倒等破壞形式。實踐中，常采取赤平極射投影初步判斷巖質邊坡的穩定性[2-5]，但赤平投影無法體現結構面的位置和不穩定塊體的大小，分析結果往往偏保守。為此，孫玉科[6]提出實體比例投影分析法，根據野外實測結構面產狀和分布位置，通過作圖，求出結構面的組合交線、組合的平面，以及由組合的平面和直線圍成的結構體的幾何形狀和規模、分布位置和方向等，并且完全變立體表示為平面表示，代入巖塊和結構面參數，即可定量分析邊坡的穩定性。

1 工程概況

邊坡出露巖層屬中新元古界硅鋁質淺變質巖系，主要為云母石英片巖，片理發育，平均產狀為130°∠34°，呈定向排列。開挖邊坡產狀為135°∠48°，出露中風化層片理面，節理裂隙發育，將邊坡切割得較破碎。

2 邊坡穩定性分析

2.1 赤平極射投影分析邊坡穩定性

圖1為邊坡中A1～A4四個點統計優勢結構面赤平投影圖。根據赤平投影分析邊坡穩定性原理，四個點邊坡都容易沿片理面發生順層滑動，A1點節理2和片理與邊坡組合形成臨空體，易發生小范圍的楔體滑動，A2點節理2和片理與邊坡組合易發生楔體滑動，A3點節理2和片理與邊坡組合易發生楔體滑動，A4點節理1和片理與邊坡組合易發生楔體滑動。

2.2 實體比例投影分析邊坡穩定性

2.2.1勘測線及結構面位置關系

勘測線走向與邊坡坡面走向平行。如圖2所示為邊坡測繩上兩個點A,B。A點測繩讀數為3.2 m，B點測繩讀數為11.2 m。

2.2.2結構面及坡面赤平投影圖

通過邊坡和結構面的產狀作赤平投影圖，如圖3所示，結構面J1,J2以及坡面組成一個結構體，易形成楔形體滑動。

2.2.3結構面實體比例投影

作一水平面為投影平面，標出坡頂線和結構面J2,J1的實測點A′和B′，坡頂線左側代表邊坡面的投影，右側代表水平結構面的投影(見圖4)。

在坡頂面一側，過A′,B′，兩點分別作結構面J2和J1的走向線的平行線，二者相交于C′點。在邊坡面一側，過A′,B′兩點分別作結構面和邊坡面的交線OA,OB的平行線，二者相交于O′點，連接C′O′，A′C′B′O′即為所求結構體在水平投影面上的實體比例投影。

根據幾何關系，該結構體的體積為：

2.2.4結構體巖體力學作用分析

如果巖塊在自重作用下發生滑移時，主要是沿著勢能最低兩組結構面組合交線方向滑移。分析這種巖體力學作用的關鍵在于確定出組合交線產狀。有了組合交線產狀后，再求出垂直于組合交線結構面視傾角θ，然后分析其力學作用。

如圖5所示，δ=17.63°為J1,J2組合交線OC的傾角，垂直于OC的結構面J1，J2的視傾角為θ1=65.7°和θ2=31.38°。

結構體的力學模型如圖6所示，作用于結構面J1，J2的滑移力分力P1,P2分別為：

P1=Wcosθ1

(1)

P2=Wcosθ2

(2)

代入W=89×2 556×10=2 275 kN,P1=936 kN,P2=1 942 kN。由自重W產生的下滑力為S:

S=Wsinδ

(3)

代入數值得:S=689 kN。抗滑力T為:

T=T1+T2=P1tgφ1cosδ+c1F1+P2tgφ2cosδ+c2F2

T=Wcosδ(cosθ1tgφ1+cosθ2tgφ2)+c1F1+c2F2

(4)

其中,c1，c2分別為J1和J2的粘聚力；φ1，φ2分別為J1和J2的內摩擦角；F1,F2分別為結構面J1，J2構成滑面的面積。若c1=c2,φ1=φ2,則式(4)簡化為:

T=Wcosδtgφ(cosθ1+cosθ2)+c(F1+F2)

(5)

代入φ=20°,c=40 kPa,F2=52.6 m2,F1=13.3 m2,得T=3 634 kN。穩定性系數K=T/S≈5。故該結構體穩定,不會下滑。

3 結語

通過長期觀察，邊坡存在沿片理面局部掉塊、沿結構面發生小型楔形體掉塊現象，與赤平極射投影定性分析結果一致；A,B結構面切割形成的楔形體未發生滑動現象，與實體比例投影分析結果基本一致。對比結果表明兩種方法均有適用性，在巖質邊坡穩定性分析中可發揮重要作用。