談強風(fēng)化巖質(zhì)高邊坡勘察中的邊坡穩(wěn)定性問題

趙永清 張 潔

(1.核工業(yè)衡陽第二地質(zhì)工程勘察有限公司，湖南 衡陽 421001; 2.湖南科技學(xué)院土木與環(huán)境工程學(xué)院，湖南 永州 425199)

0 引言

當(dāng)前均質(zhì)土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性和中風(fēng)化及微風(fēng)化巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性相關(guān)理論已相當(dāng)成熟，全風(fēng)化巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析根據(jù)規(guī)范可以參考土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析，而強風(fēng)化巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析理論目前具有爭議。為此，結(jié)合常寧市第二中學(xué)新校區(qū)2號高邊坡勘察實踐重點討論強風(fēng)化巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析在邊坡勘察中的應(yīng)用。

1 工程概況

常寧市第二中學(xué)新校區(qū)2號邊坡位于丘陵地帶，坡面除邊坡坡頂0.5 m左右粉質(zhì)黏土外，其余組成主要為強風(fēng)化頁巖和強風(fēng)化炭質(zhì)頁巖，邊坡高差為2.5 m～22.6 m，現(xiàn)狀人工開挖邊坡坡比約為1∶1，邊坡長度約160 m。巖層產(chǎn)狀為逆層，且產(chǎn)狀為12°～50°∠32°～68°，主要節(jié)理產(chǎn)狀120°∠55°和105°∠55°。邊坡勘探期間坡面均無穩(wěn)定水位。

2 邊坡工程地質(zhì)

根據(jù)邊坡勘察鉆探揭露，在勘探深度范圍內(nèi)，工程區(qū)上覆土層自上而下主要為剝蝕殘丘地貌殘積物，下伏基巖為二疊系(P)頁巖、炭質(zhì)頁巖，現(xiàn)將各巖土體的主要特征由新到老分別描述如下：

②1全風(fēng)化頁巖(P)：黃褐色，原巖結(jié)構(gòu)基本破壞，巖芯呈土柱狀，手捏易碎，局部夾有角礫狀的強風(fēng)化頁巖。層厚為3.4 m～4.7 m，平均層厚為4.50 m。

②2強風(fēng)化頁巖(P)：黃褐色,灰褐色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層狀構(gòu)造，裂隙發(fā)育，巖芯破碎，呈土夾角礫狀，巖質(zhì)軟，手可掰斷，易軟化、崩解,巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ級。層厚為6.4 m～11.7 m，平均層厚為8.50 m，局部未揭穿。

③強風(fēng)化炭質(zhì)頁巖(P)：黑色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層狀及片狀構(gòu)造，裂隙發(fā)育，巖質(zhì)軟，巖芯破碎，呈砂狀、角礫狀、碎塊狀，局部短柱狀，污手，易軟化、崩解，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ級。本次勘察未揭穿該層。

3 巖土體力學(xué)設(shè)計參數(shù)的確定

本場地巖土層抗剪強度等物理力學(xué)設(shè)計參數(shù)的確定，系根據(jù)巖土原位測試、室內(nèi)試驗的分析統(tǒng)計結(jié)果選取代表性數(shù)值，按GB 50021—2001巖土工程勘察規(guī)范(2009年版)，參照GB 50007—2012建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范、GB 50330—2013建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范，并結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料及以往工程經(jīng)驗綜合確定，見表1，表2。

表1 邊坡巖體結(jié)構(gòu)面抗剪強度指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值建議值

表2 各巖土層物理力學(xué)參數(shù)表

4 邊坡穩(wěn)定性分析

4.1 影響邊坡穩(wěn)定性的主要因素

根據(jù)勘察資料及現(xiàn)場調(diào)查分析，影響邊坡穩(wěn)定性的因素主要有以下幾方面：

1)地質(zhì)構(gòu)造條件。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，常寧市第二中學(xué)新校區(qū)2號邊坡巖層產(chǎn)狀為逆層，且產(chǎn)狀為12°～50°∠32°～68°，節(jié)理產(chǎn)狀95°～130°∠50°～85°，主要節(jié)理產(chǎn)狀120°∠55°和105°∠55°，故而按巖質(zhì)邊坡分析時，此邊坡為穩(wěn)定的。

2)巖土性質(zhì)。

邊坡巖土體主要為殘積粉質(zhì)粘土、全風(fēng)化頁巖、強風(fēng)化頁巖及強風(fēng)化炭質(zhì)頁巖，坡體已開挖基本成型，無植被覆蓋，在大雨或暴雨時易被雨水沖刷，造成水土流失，形成掉塊及小規(guī)模崩塌。

3)水文地質(zhì)條件。

該校邊坡勘探期間坡面均無穩(wěn)定水位，故地下水對該校邊坡的穩(wěn)定性影響較小。但坡體上部未設(shè)置排截水系統(tǒng)，故降水較多時，地表水下滲，需考慮雨水對邊坡的沖刷和浸泡不利影響，水是引起邊坡滑塌的主要誘導(dǎo)因素之一。

4)人為因素。

由于校內(nèi)整體規(guī)劃設(shè)計，人為的形成該校2號強風(fēng)化巖質(zhì)高邊坡，破壞了原有山體自然穩(wěn)定狀態(tài)，存在邊坡失穩(wěn)隱患，故需要進(jìn)行邊坡勘察和設(shè)計。

4.2 邊坡穩(wěn)定性評價

該校2號邊坡主要為強風(fēng)化巖質(zhì)高邊坡，考慮其穩(wěn)定性分析的復(fù)雜性，在此，結(jié)合前人的科學(xué)研究成果和實踐經(jīng)驗[1-6]，主要采取定性分析和定量分析兩種方法進(jìn)行：

1)定性分析。

該邊坡坡面主要由全風(fēng)化頁巖、強風(fēng)化頁巖和強風(fēng)炭質(zhì)頁巖組成，故而可以參考巖質(zhì)邊坡進(jìn)行定性分析。根據(jù)邊坡巖體中節(jié)理裂隙面的統(tǒng)計，對該邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行定性分析、評價如下：

巖體結(jié)構(gòu)面主要是逆層，巖石節(jié)理裂隙較發(fā)育、局部呈張開狀。根據(jù)節(jié)理面傾向與邊坡坡向之間的關(guān)系，節(jié)理的傾向與邊坡傾向基本屬斜交關(guān)系，節(jié)理面傾角大于邊坡坡角，巖體不易沿節(jié)理面產(chǎn)生崩塌或崩滑，但節(jié)理之間相交，在巖層上形成楔形體，遇強降雨等惡劣氣候等不利因素時，巖體易沿楔形體產(chǎn)生崩塌或崩滑。

2)定量評價。

考慮到強風(fēng)化軟質(zhì)巖質(zhì)邊坡既具有土質(zhì)邊坡的特性，又具有巖質(zhì)邊坡的特點，故而對該邊坡穩(wěn)定性定量分析時，既采用土質(zhì)邊坡的極限平衡法，又采用巖質(zhì)邊坡的赤平極射投影分析法。

a.極限平衡法：

通過對邊坡特征的分析與研究，全風(fēng)化及強風(fēng)化巖質(zhì)邊坡數(shù)學(xué)力學(xué)計算法采用極限平衡法，建立地質(zhì)模型。全風(fēng)化頁巖、強風(fēng)化頁巖、強風(fēng)化炭質(zhì)頁巖邊坡坡度暫定為1∶1.0，高差每8 m一個臺階，臺階寬度為2.0 m。選取14—14′剖面(見圖1)，17—17′剖面計算其邊坡穩(wěn)定性，其中14—14′工程地質(zhì)剖面如圖1所示。利用極限平衡法計算邊坡穩(wěn)定系數(shù)，具體采用《理正巖土邊坡穩(wěn)定性分析系統(tǒng)6.5》計算。邊坡穩(wěn)定性計算的巖土體力學(xué)參數(shù)參見表2，計算結(jié)果見表3。

考慮到擬建工程邊坡安全等級為Ⅰ級，為永久性邊坡，計算在一般工況時安全系數(shù)Ⅰ級邊坡取k=1.35。由表3可知，該邊坡在天然狀態(tài)下14—14′剖面和17—17′剖面處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；在飽和狀態(tài)下，14—14′剖面和17—17′剖面處于不穩(wěn)定狀態(tài)，由此可判斷，該工程應(yīng)立刻進(jìn)行治理，以免影響新校區(qū)擬建建筑物、人員及財產(chǎn)安全。

表3 邊坡穩(wěn)定系數(shù)計算表

b.赤平極射投影分析法：

通過對邊坡特征分析與研究，并根據(jù)現(xiàn)場產(chǎn)狀調(diào)查結(jié)果，利用結(jié)構(gòu)面的組合與邊坡關(guān)系，選取14—14′和17—17′邊坡剖面計算穩(wěn)定性，采用CB 50330—2013建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范推薦的極射赤平投影法進(jìn)行驗算。經(jīng)極射赤平投影法進(jìn)行驗算可知，該校巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定類型為穩(wěn)定類，但由于節(jié)理面的復(fù)雜性，可能造成邊坡局部崩塌。

3)評價結(jié)果。

通過極限平衡條分法和極射赤平投影法定量分析，考慮最不利分析結(jié)果，該擬開挖坡體在天然狀態(tài)處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，在飽和狀態(tài)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，但由于是永久性一級邊坡，需要確保邊坡處在穩(wěn)定狀態(tài)，故需進(jìn)行支護(hù)措施，確保邊坡安全。

5 結(jié)語

1)影響強風(fēng)化巖質(zhì)高邊坡穩(wěn)定性的內(nèi)在因素為邊坡巖土體自身特性，包含土的物理力學(xué)特性，巖體結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀，節(jié)理的產(chǎn)狀等等。誘發(fā)因素為人為因素與水文地質(zhì)條件作用。

2)經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查分析與穩(wěn)定性計算，2號巖質(zhì)邊坡結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀為逆層，天然狀態(tài)下處于基本穩(wěn)定，但由于坡差較大和節(jié)理面，可能造成局部崩塌等邊坡災(zāi)害，飽和狀態(tài)下處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

3)該校邊坡已基本開挖到位，自然狀態(tài)確實處在基本穩(wěn)定狀態(tài)，局部因節(jié)理面作用產(chǎn)生坡面剝落現(xiàn)象，反映出該工程邊坡穩(wěn)定性分析的合理性，為今后面對相同的強風(fēng)化頁巖及炭質(zhì)頁巖高邊坡勘察提供相應(yīng)的工程經(jīng)驗，為同行在強風(fēng)化巖質(zhì)高邊坡勘察邊坡穩(wěn)定性分析時提供經(jīng)驗參考。