地質工程施工中邊坡裂縫分布成因及處理措施

盧志強

（貴州地礦基礎工程有限公司，貴州 貴陽 550001）

1 研究區域資料與地質

擬新建巖土工程施工位置處在河道的中游，該區域地處高山之上，河道的平面呈現反“S"形。河道在平水時期的水面高程為1325～1328m，河道水面的寬度則在75m～100m之間，水深在7m～12.5m。同時河道呈現V字對稱型形態，左岸和右岸的岸坡坡度分別為33°～45°與40°～45°，山頂的高程分別在1650m～2000m和2300m以上。另外，河道兩岸的坡面較差，完整性較差，整體結構發育呈現出橫向和斜向的沖溝[1]。

新建巖土工程區域內的基巖完全裸露在外，大部分是喜山期李不蝦的巖體（γ6），γ6的巖性大多是混合的花崗巖和麻巖為主，然后是斜長角閃片麻巖。依據巖性的組合分布特征將其劃分成5個巖組，此次研究是李不蝦巖體的1～4組（γ6－1～γ6－4）。另外還發現在地質斜坡的巖體之中還存在一些白崗巖脈，具體的總體產狀N25°～40°E/NW∠30°～50°，厚度在0.2m～0.5m，并和圍巖相互相接。地質斜坡的表面部分被第四系崩坡積（Q4col+dl）所覆蓋，而第四系沖積物（Q4al）厚度在14.2m～27.2m。

圖1 地質工程研究區域內剖面示意圖

2 中緩傾角裂隙的特征

2.1 中緩傾角的裂隙分布

本次研究的位置布設較多的勘探平硐，經過詳細的實際測量而得到中地質邊坡的裂縫分布空間具體的分面規律，主要特征如下所示：

（1）本次選擇的研究區域，其地質邊坡的結構面呈現較為優良的發育，并且陡傾角的結構面顯示發育較少，而中邊坡的走向則主要是NNE和NE-NEE，左岸優勢的方位為N30°～60°E/NW∠15°～40°，和河道的流向幾乎呈現平行的情況;以高程方面來講，地質邊坡的角度偏差較小；以深度地質結構的分布而言，整體上邊坡角度伴隨洞深的提高而降低，再達到相應的深度之后，邊坡傾斜角度所發生的變化十分的顯著。整體來講，地質邊坡的結構面受水文地質地貌的相應控制，地質邊坡的結構面走向與上游呈現岸坡平行，而和下游河道呈現岸坡小角度的斜交。

（2）中緩傾角的裂隙位于1350m～600m的高程內，水平的洞深則在0m～150m，另外，根據高程的不同，水平深度同樣不同，底高程段和中高程段以及高高程段最大深度分別為120m、150m、180m。需要說明的是，所研究范圍內主要是發育密度＞5條/10m2。

（3）地質邊坡裂縫分布呈現十分明顯的間隔性，即是結構面的相對密集段和稀疏段均存在。根據統計表明，斜坡表生改造段和具有3～4個相對密集段。并且此斜坡的結構面密集段，其寬度10m～20m，面密度10～18條/10m2，而帶與帶間的距離為30m～50m，面密度5～8條/10m2。

2.2 中緩傾角裂隙的特征

如上述所講，斜坡地質產生的作用程度均在中緩傾角的裂隙改造程度中予以體現，針對中緩傾角的裂隙性狀進行研究得出，其能夠呈現出地質作用的大小程度，與此同時，分析其形成的機制時具有重要的參考作用。而以延續性和充填的相應特征進行研究，主要具備下述特征[2]：

（1）表生的改造會直接影響地質邊坡表面分布的裂縫結構面的實際數量，并且還會延續性造成一定的影響，通常來講，長期的作用斜坡的荷載會促使中緩傾角裂隙具備更優的延續性。在地質功臣搞研究區域所得到的邊坡傾角結構面最為真實的跡長十分的困難，因此只有在實際現場進行測量加以對比跡長。經過統計顯示，密集段的結構面，其跡長均高于均勻分布段。

（2）在正常的改造段中的閉合的傾角結構面，其占比小于密集段，在微張和上等級的占比表明大于密集段。另外，在兩段地質傾坡的外部，其中邊坡角度的結構面開度特征表現的差異性，致使其填充的特征表現出明顯的差異所在。而在正常的分布段中，傾坡外的傾角結構面填充為角礫碎屑比例明顯大于密集段，而在閉合無充填的傾角結構面中的比例則小于密集段。

3 地質邊坡裂縫的形成機制分析

通過上述分析結果顯示，地質邊坡裂縫是由于地質斜坡的地質作用而形成，此過程以邊坡裂縫的存在為發展的基礎而繼續的發展。改造表生之前的地質邊坡裂縫存在一個孕育過程，即巖體開始破裂發展至宏觀的破裂，然后形成工程地質結構面。

3.1 裂縫形成的巖體建造和構造基礎

如上所講，新開發地質工程區域的巖體為混合花崗巖和片麻以及斜長角閃片麻巖等構成，并且經過漫長的構造作用以及變質作用。而上述巖體經過一系列的建造和構造改造時造成了邊坡的結構面，其是地質邊坡結構面進一步形成的主要基礎。

（1）原生型。研究區域內的原生型地質邊坡結構面，其大多呈現白崗巖脈和圍巖相接觸。依據實際現場的勘察發現，在地質工程施工位置發育多為白崗巖，大部分為脈體的形式。

地質邊坡上的斜角最深位置，巖脈和圍巖大部為混合的接觸，整體地質情況比較良好，但是其是較為薄弱的一種結構面，同樣其也證明了原生型邊坡結構面的存在。此種地質邊坡的結構面于岸坡的最深處呈現較少部分的裂面接觸;在地質邊坡淺表部位的斜坡，通常情況下會顯示為裂面的接觸，有些會在脈體內顯現為與接觸面所平等的裂縫。

（2）構造型。研究區域的巖體經過十分復雜的構造作用，因此表明，構造型的邊坡結構面絕對的存在。但在判斷數量較多的地質邊坡結構面時，無論是判斷構造型，還是既存構造型基礎上改造而成，又或者經全新深化而產生都比較的困難。分析證明所研究區域的地質構造型結構面的證據，與其結構面形成的貢獻對研究邊坡結構面的形成十分的重要。

據實際的調查證明地質邊坡結構面的存在證據如下：在工程施工區域當中均存在傾向坡外的結構面；在斜坡中存在部分局部地段發育，和坡面走向中大角度的斜交結構面；在施工區域內區右岸低高程存在部分結構面發育。構造型結構面的樣式為早期區域構造的擠壓而形成，所形成的X型共軛剪裂與斷層錯動并在上下盤而產生的張剪型破裂。所以得出，構造型結構面在施工區域內是形成邊坡的結構面最為重要的基礎，并且結構面并非完全由構造作用而導致形成。

3.2 裂縫形成的機制的工程地質

依巖石的力學進行分析表明，裂縫的形成主要是巖石產生破裂的相應過程，破裂主要是從微觀至宏觀的演變，此演變是動態的變化，另外，斜坡應力場和巖體早期的微破裂都會對地質形成過程造成非常重要的影響。整體而言，應力主要為壓剪的形式，而在表層中則是裂縫，所以，不同演變過程對應不同的破裂形式。本次研究的中緩傾角的結構面，其全部位于斜坡一定深度內，此范圍應力多為壓剪。在實際勘察中顯示下列3類的破裂最為值得關注：①雁裂破裂面；②階梯形態破裂面；③長大的中緩傾角裂隙。上述形式產生的破裂主要是結構面從微觀發展至宏觀的重要步驟，不同的步驟代表著不同的應力條件:第一步驟為裂隙萌生期;第二步驟為裂隙貫通期;第三步驟為結構面的發展演化期。

4 地質邊坡的間隔性分布

經過上述的研究得知，最初期的建造和改造的作用以及地質作用均為裂縫間隔性的分布打下一定的基礎。

4.1 地質邊坡結構的演化

到第四紀后的青藏高原不斷的發性間斷性的隆升現象，及冰期與間冰期兩者的不斷發生交替，而地質的演化階段完成，對基準面產生侵蝕作用后的深層地質完全轉換為邊坡結構表面，由此致使怒江完成統一的水系現象，由此間歇性的下切促進形成了地質的階地。通過針對地質階地進行分析得出，地質結構存在四個十分明顯的階地，其代表四次下切的主要過程，即快速下切→相對穩定→快速下切→相對穩定。與此同時，針對地形地貌的分析發現地質結構出現過偏移的情況，主要是從地質的左偏移至右。

根據巖體的力學得知，卸荷速率存在的差異則會產生較大對巖體破裂的影響，詳細來講，即快速的下切跟隨張性的產生而導致破裂，慢速的下切則跟隨剪切的產生而破裂，此類規律同樣適合在斜坡結構面的力學類型，從地形地貌來講，其整體顯現為陡坡和緩坡的相間性發育。另外，與地質深部結構發育部位更加接近的斜坡區域的巖體，其非常容易受到加載[3]。

4.2 數值計算

經過上述的地質分析研究得知，地質邊坡裂縫大多是經過間歇性的下切以及偏移而促進形成間隔的分布現象。下面運用數值計算方法進行反演過程。

通過構建出地質結構下切前的模型，通過在數值的計算中加入考慮快速與穩定的下切，認為地質結構總共經四次的下切作用，再此過程進行細化分切體為5步，對前4步進行下切時加以控制計算時步，對第5步則自然的收斂。根據事先擬定的方案開始進行數值的詳細計算，下圖2（a～d）為四次下切時不同時步時坡體內剪切帶的發展。圖2的顯示表明，地質結構在每一次的低速下切時均在相對應的高程段促進形成剪切帶，并且剪切帶均形成較大的規模，可以延伸至上一次低速下切而對應高程內。

圖2 地質邊坡剪切帶的發展過程

5 結論

通過對上述的地質結構裂縫現象以及分布進行分析后得出以下結論：

（1）地質結構裂縫分布呈現十分明顯的間隔性，且不均勻，結構面的相對密集段和稀疏段均存在，斜坡表生改造段具有3～4個相對密集段。

（2）斜坡中部表現出的應力大多為剪切應力，而表層則主要是拉裂應力，坡腳則主要是壓剪應力，并且此三類應力分布對應剪切破裂和淺表部拉張破裂以及坡腳壓剪破裂[4]。

（3）中緩傾角的破裂是演化的過程，主要是雁裂破裂面、階梯形態破裂面、長大的中緩傾角裂隙。不同的步驟代表著不同的應力條件和不同的演化階段。

（4）深層地質演化時經過快速和穩定的下切交替，穩定高于快速的時間。快速下切時的應力作用較短，因此無法促進破裂形成;而在穩定階段的應力作用較長，因此十分利于破裂形成，進一步致使裂隙間隔性的分布。