花崗巖區(qū)域邊坡開挖對坡體穩(wěn)定性影響研究

陳鋮 陳禮杰

摘要：本文基于對切坡失穩(wěn)的邊坡統(tǒng)計，通過簡化邊坡要素，對花崗巖區(qū)域自然坡度為35°、45°、55°的邊坡進行模擬切坡，切坡高度為2.5m、5.0m、7.5m，切坡坡度為60°、70°、80°。模擬結果表明在對邊坡進行切坡時，坡體穩(wěn)定性均呈下降趨勢，且隨著切坡坡度、切坡高度的不斷增大，其穩(wěn)定性隨切坡高度、坡度增大呈規(guī)律性地減小。采用具體實例進行了計算，驗證了結論。這對花崗巖區(qū)域的邊坡切坡具有重要的理論作用和工程意義。

Abstract： In this paper， based on the statistics of slope unstabled by slope excavation，we simulated the slope stability in granite area with natural slope of 35°， 45°and 55°with simplifying the slope elements. The cutting height is 2.5m， 5.0m and 7.5m， and the cutting slope is 60°， 70° and 80° respectively. The simulation results show that the stability of the slope tends to decline when the slope is cut， and the stability decreases regularly with the increase of slope height and slope height. The results are verified by a concrete example. It has important theoretical and engineering significance for slope cutting in granite area.

關鍵詞：花崗巖區(qū)域;邊坡穩(wěn)定性;人工切坡

Key words： granite area;stability of slope;slope excavation

中圖分類號：TU43? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）31-0210-03

0? 引言

邊坡是人類生產(chǎn)活動和工程建設的重要組成部分。人類在生產(chǎn)、建設過程中，不可避免的要對邊坡進行改造。尤其在山區(qū)，切坡修路、建房成為常態(tài)。但不合理的邊坡開挖往往會導致坡體失穩(wěn)從而給人類帶來威脅[1]。因此，如何合理對邊坡開挖，盡可能減小邊坡失穩(wěn)風險，成為各類工程建設中急需解決的難題。

1? 邊坡穩(wěn)定性計算方法

邊坡穩(wěn)定性計算主要有極限平衡法、強度折減法[2-3]。在近幾十年各界學者對邊坡研究的發(fā)展中，形成了更加全面、準確的方法，為各類工程建設提供了保障[4-5]。考慮到區(qū)域內(nèi)邊坡為全風化巖質(zhì)邊坡，穩(wěn)定性分析采用極限平衡法中的Morgenstern-Price法（簡稱“M-P法”）。該方法由Morgenstern和Price于1965年提出，該方法考慮了多種形式條塊間的力學關系：既考慮了條間剪力和法向力，又同時滿足靜力和力矩平衡條件，是目前關于邊坡穩(wěn)定性計算精度較高的方法之一。

2? 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于大別山脈東端尾部，由于地形遭受強烈的構造侵蝕和剝蝕作用，其北部地貌單元以低山丘陵為主，由北向南地勢逐漸變低，至長江附近成為河流沖積平原和壟崗地形。

多年平均氣溫16.7℃，最高年為17.7℃（1961年），最低年為16.2℃（1969年），相差1.5℃。研究區(qū)內(nèi)巖性為白堊紀不同時期侵入巖，其侵入巖分別為白羊嶺單元（K1B）細粒黑云二長花崗巖、亂石灘單元（K1L）細粒含斑黑云二長花崗巖、長鄧家單元（K2C）中粒斑狀含角閃黑云二長花崗巖、地石洼單元（K2D）細中粒含斑黑云二長花崗巖、盧家灣單元（K2Lj）粗中粒斑狀黑云二長花崗巖、李塔單元（K2Lt）中細粒斑狀角閃黑云二長花崗巖、向?qū)﹂T單元（K2X）細中粒斑狀角閃黑云二長花崗巖、月行坳單元（K2Y）中粒斑狀黑云二長花崗巖，其主要礦物為鉀長石、斜長石、石英、黑云母，部分基巖內(nèi)含角閃石，呈塊狀構造，似斑狀～斑狀結構;由于熱脹冷縮的作用，造成花崗巖表層易產(chǎn)生裂隙，因該區(qū)濕度較大，雨量充沛，致使花崗巖表層風化程度較高，大部分呈全～強風化，局部地段呈中～弱風化，其中全風化巖體力學強度低，遇水易崩解，其吸水率呈增長趨勢。

3? 理論模型計算

3.1 計算模型

根據(jù)統(tǒng)計，區(qū)域內(nèi)地質(zhì)災害主要發(fā)生于自然坡度35～45°的邊坡，其次為小于35°，再次為45～55°，且主要分布于相對高差小于30m，其坡腳切坡坡度一般為40～87°（大部分地質(zhì)災害發(fā)育于切坡坡度小于70°），切坡高度一般為2～10m。對實際邊坡進行簡化處理后，本次選用自然坡度為35°、45°、55°，高度為30m的邊坡作為數(shù)值模擬簡化模型（圖1），在模型中將花崗巖巖質(zhì)邊坡分為兩層，分別為全風化及強風化層。

以自然邊坡坡度35°、45°和55°為基礎，人工切坡坡度為60°、70°及80°，坡高以2.5m、5m及7.5m工況進行正交，得出27組正交數(shù)值分析模型。模型設置了兩種工況：工況一為天然工況，工況二為降雨工況，以區(qū)域內(nèi)24小時最大降雨量，3天降雨時長作為邊界條件。

3.2 力學參數(shù)

根據(jù)巖樣室內(nèi)試驗獲得邊坡的力學參數(shù)，具體數(shù)值見表1。

3.3 計算結果與分析

通過對各工況下模型進行計算，得到天然工況下與降雨工況下的坡體穩(wěn)定性系數(shù)（表2、表3）。

通過上述結果表明，在各種人工切坡坡度條件下，在無降雨時，自然坡度35°的邊坡均呈穩(wěn)定狀態(tài)，自然坡度45°的邊坡呈基本穩(wěn)定狀態(tài)，自然坡度55°的邊坡均呈不穩(wěn)定狀態(tài)，在降雨時，各類自然坡度的邊坡均呈基本穩(wěn)定～不穩(wěn)定狀態(tài)，在降雨的作用下，邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)下降趨勢明顯。

隨著切坡坡度及切坡高度的不斷增大，其各種自然邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)逐漸降低，特別是在降雨的作用下，其自然邊坡坡度越小，其邊坡穩(wěn)定性系數(shù)下降幅度較大;在切坡高度相同的情況下，其邊坡穩(wěn)定性隨切坡坡度增大而逐漸減小;在切坡坡度相同的情況下，其邊坡穩(wěn)定性隨切坡高度增大而逐漸減小。

4? 實例分析

為驗證上述分析，選取某邊坡（BP-01）實例作為研究對象，該邊坡變形破壞趨勢為滑坡。該處自然邊坡坡度為35°，人工切坡為5m，對實際邊坡進行簡化得到數(shù)值分析模型，通過對該地段原始地形的還原，通過各切坡坡度說明切坡對邊坡穩(wěn)定性影響規(guī)律（圖2）。

自然邊坡的潛在滑動面分布于全風化較深地段，在經(jīng)過人工切坡后，各種切坡坡度下其潛在滑動面均分布于風化較淺地段，且邊坡潛在滑動面隨著切坡坡度的增加而總體逐漸向淺出發(fā)展。在天然條件下也具有相同變化特征，其潛在滑動面分布于較深地段，該現(xiàn)象與花崗巖地區(qū)巖質(zhì)邊坡內(nèi)發(fā)育的地質(zhì)災害特征相符。

根據(jù)數(shù)值計算結果可知，該斜坡在切坡坡度為60°、70°、80°時，坡體穩(wěn)定性逐漸降低，其坡體穩(wěn)定性系數(shù)依次1.089、1.075、1.064。在切坡高度相同的情況下，隨著邊坡切坡坡度增大，邊坡的穩(wěn)定系數(shù)呈逐漸下降趨勢，這與上述分析相符。

5? 結論

①對邊坡進行切坡可以滿足人類工程建設的需求，但不合理的切坡將帶來不良后果。②天然工況下花崗巖區(qū)域邊坡在切坡高度小于7.5m時，自然坡度35°的邊坡切坡均呈穩(wěn)定狀態(tài)，自然坡度45°的邊坡呈基本穩(wěn)定狀態(tài)，自然坡度55°的邊坡均呈不穩(wěn)定狀態(tài);降雨工況下各類自然坡度的邊坡均呈基本穩(wěn)定～不穩(wěn)定狀態(tài)，在降雨的作用下，邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)下降趨勢明顯。③在對邊坡進行切坡時，隨著切坡坡度、切坡高度的不斷增大，其邊坡穩(wěn)定性隨切坡高度增大而逐漸減小。④建議對于花崗巖地區(qū)的巖質(zhì)邊坡的切坡高度盡可能控制在5m以下、坡度控制在70°以下。

參考文獻：

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