巖質高邊坡崩塌特征和設計治理案例分析

李子光

（廣東省地質局第六地質大隊，廣東江門529000）

1 概述

巖質邊坡組成主要為中風化—微風化巖石和少量強風化巖，由于巖體強度較高?？尚纬筛叨高吰禄蚨秆?。巖質高邊坡多受節理裂隙切割控制而發生崩塌地質災害。巖質邊坡根據其地質環境條件的不同而具有不同的特征，研究巖質高邊坡的特征、形成機理和破壞方式為巖質高邊坡穩定性分析評價和崩塌地質災害治理設計提供重要依據。

2 巖質高邊坡崩塌的特征

陡坡上的巖體，在重力和其他外力的作用下，突然向下崩落的現象叫崩塌。對于一般的陡坡，崩塌后的巖體沿坡面滾落或下落后撞擊坡面而跳躍，最后堆積于坡腳；對于近乎直立的陡崖，巖體可為自由下落而堆積于坡腳。崩塌多為突然發生，快速運動，運動軌跡變化顯著，明顯區別于滑坡，其垂直位移大于水平位移，崩落后崩塌體多因撞擊而整體性遭到破壞。落石則為陡坡上的小型巖石塊體剝落下墜或滾落、彈跳等。

崩塌的形成原因和影響因素分為內因和外因，內因為地形地貌、地層巖性、地質構造、巖土體工程地質特征、地下水與地表水；外因為人類工程活動、降雨等。崩塌根據成因類型的不同而呈現出不同的特征，表現為不同的崩塌形態、破壞類型和失穩運動形式。

3 崩塌的形成機理和破壞方式分類

崩塌按形成機理可劃分為：傾倒式崩塌、滑移式崩塌、鼓脹式崩塌、拉裂式崩塌、錯斷式崩塌，其受力狀態、運動形式及其他主要特征如下所述。

3.1 傾倒式崩塌

傾倒式崩塌受力狀態主要受傾覆力矩作用，起始運動形式和破壞方式為傾倒。巖性多為直立巖層或陡傾坡內的巖層，如石灰巖、砂巖等，結構面多為垂直節理裂隙或陡傾直立巖層面。地形地貌多見于陡崖，崩塌體形態多呈板狀、長柱狀。穩定性計算時應考慮張開裂縫降雨充滿水時的靜水壓力。

3.2 滑移式崩塌

滑移式崩塌多形成于存在外傾軟弱結構面的坡體，通常為大于55°的陡坡。巖性多見于軟硬相間的巖層，如硬質石灰巖夾薄層泥巖或硬質巖的裂隙結構面泥質充填。受力狀態為滑移面受剪切力，起始運動形式為滑移。破壞方式可能為平面滑動、受結構面切割形成的楔形體雙平面滑動。穩定性分析應考慮裂隙充滿水時裂隙后沿側壓力和滑動面上的浮托力。

3.3 鼓脹式崩塌

鼓脹式崩塌巖性多為硬質巖層下伏有軟弱巖層，常見斷層破碎帶或風化碎屑體，上部崩塌體發育有垂直節理裂隙，下部軟弱巖層為近水平狀結構面。受力狀態為下部軟巖受垂直擠壓鼓脹變形，特別是軟巖遇水軟化，其無側限抗壓強度小于上部巖體的壓應力時，起始運動形式為鼓脹下沉，并伴有傾斜和滑移。

3.4 拉裂式崩塌

拉裂式崩塌的巖性多為軟硬相間的巖層，下部較軟巖風化程度較高容易發生剝落而形成內凹的巖腔，上部較硬巖以懸臂梁形式突出。地形地貌多為上部突出的陡崖，形如“鷹嘴”。重力拉張裂隙多沿著風化裂隙發育，破壞方式為隨著裂隙向深部擴大，所受拉應力超過巖體的抗拉強度而發生拉裂崩塌。

3.5 錯斷式崩塌

錯斷式崩塌一般發育于硬質巖層，地形地貌為陡坡，垂直裂隙較為發育。受力狀態主要為自重引起的剪切力，最大剪應力方向與豎直方向夾角約45°。起始運動形式為剪斷錯落、下墜。

4 落石的特征與運動形式

落石是指個別巖石塊體或群體在重力或其他外力作用下突然從陡坡上分離剝落，以自由落體墜落、彈跳或滾落等方式向下猛烈運動的地質現象。落石形成機理與崩塌類似，是崩塌的一種特殊形態。落石運動速度和運動軌跡的影響因素與塊體形狀大小、坡高、坡形、坡率、坡面粗糙和起伏程度以及植被覆蓋率等有關。落石的運動形式可分為直落式、直落跳躍式、跳落式、滾落式等。

5 工程治理設計案例分析

5.1 工程概況

廣東省肇慶市某邊坡場地原為舊采石場，由于不規范開挖形成了高陡巖質邊坡。邊坡大致呈U 型，長度約668m，高度29～102m。裸露坡面受長年的風化作用和雨水沖刷，坡體裂隙發育，局部出現崩塌破壞和塊石墜落，威脅北側在建高層住宅小區有關人員的生命財產安全，必須對山體邊坡進行治理。

5.2 邊坡地質環境條件調查

邊坡平均高度約90m，坡度約41°～81°。巖土體組成主要為強風化、中風化和微風化花崗巖，巖體類型Ⅳ-Ⅱ類，為巖漿巖高邊坡。坡面裂隙發育，局部坡面（如FG段）由于斷層、節理裂隙等不利結構面切割而出現楔形體滑移式崩塌破壞（見圖1），部分坡面由于卸荷裂隙和風化、降水等作用形成落石。部分坡段結構面產狀統計見表1。

圖1 結構面切割楔形體崩塌（FG段）

5.3 崩塌穩定性分析

表1 結構面產狀統計表

崩塌穩定性分析采用定性分析，定性分析主要采用極射赤平投影方法分析裂隙結構面和邊坡臨空面的空間組合關系來判斷邊坡穩定性，如FG段赤平投影分析見圖2。根據分析結果，兩組結構面組合交線與坡面傾向呈小角度相切，且組合交線傾角小于坡角，邊坡不穩定，容易發生楔形體雙平面滑動破壞，這與實際破壞吻合。

5.4 邊坡穩定性計算

圖2 FG段結構面赤平投影分析圖

對存在外傾硬性結構面（如AB段和JK段）或受斷層控制結構面組合交線不穩定的坡段，采用平面滑動直線型極限平衡計算方法，采用結構面強度參數計算穩定性。由于各層巖體強度差異較大，而坡體裂隙發育，對本邊坡坡體整體沿結構面滑動的可能性不大，另外考慮按巖土體內部強度參數采用折線形滑動方法計算安全系數。巖體計算參數見表2。

5.5 邊坡破壞的主要形式

擬治理邊坡由于采石開挖形成高陡邊坡，裸露的坡面由于卸荷應力釋放、風化作用、構造節理等作用裂隙發育，局部坡面存在小斷層，在多組結構面相互切割下產生了切向坡面方向的破壞面，從而發生楔形體滑移式崩塌破壞。另外，由于多組結構面的切割控制破壞了巖體的完整性，陡立的巖體產生了拉張裂隙，在重力、降水等作用下容易發生剪切墜落和落石。

表2 巖體計算參數表

5.6 設計治理方案總體思路

根據地質環境條件調查和穩定性分析，設計采用“錨桿+掛網噴射混凝土+格構梁+SNS主動防護網+落石平臺+攔石墻+SNS 被動防護網+截排水措施”的綜合治理方案，根據巖體類別和穩定性分析結果，分區采用不同的加固和防護措施，采用技術經濟最優化的方案。一般而言，對于較為穩定的巖石坡面采用SNS 主動防護網防護；對于坡面上頂部現有較多樹木的非巖質坡面采用格構梁支護，以盡量減少砍伐樹木為原則；其余坡面采用錨桿掛網噴射混凝土的方案進行加固，對于巖體性質較差、存在外傾結構面、楔形體或結構面組合交線不穩定的區段適當加長錨桿長度。完善排水系統，坡頂設置截水溝，通過急流槽與坡腳排水系統連接。坡腳設置落石平臺，平臺外側設置混凝土攔石墻，攔石墻頂安裝SNS被動防護網作為最后一道防線預防和攔截零星彈跳落石。

5.7 治理方案設計

(1)錨噴支護：對存在外傾結構面和楔形體崩塌破壞的坡段，巖體性質較差，邊坡不穩定，采用錨桿+掛網噴射混凝土的巖石錨噴支護方案進行加固。錨桿采用?25mm的HRB400鋼筋，入射角度15°，孔徑?110mm，水平間距和垂直間距為2～2.5m，錨桿長度根據破壞面深度和穩定性計算確定，長度分為3m、6m、8m、11.5m多種規格分段優化。坡面掛?8mm@200×200mm雙層鋼筋網，噴射C25混凝土厚150mm。坡面設置?50mm的PVC 管泄水孔間距2m，呈梅花狀布置，外傾坡率不小于5%。

(2)SNS主動防護網防護：為預防落石發生或限制落石在一定范圍內運動，在巖體性質較好，邊坡較穩定的坡段鋪掛SNS 主動防護網，根據本邊坡特征選用GPS2型主動防護網。鋼絲繩錨桿采用2?16mm鋼絲繩，間距2.5m×2.5m，長度3m，孔徑不小于?50mm，注漿強度不低于M20?？v橫交錯的?16mm 橫向支撐繩和?12mm 縱向支撐繩與鋼絲繩錨桿相聯結并進行預張拉，每個網格內鋪設一張D0/08/300型鋼絲繩網，鋼絲繩網與支撐繩用縫合繩聯結并拉緊，使系統對坡面施以一定的法向預緊壓力，從而提高表層巖土體的穩定性。同時，在鋼絲繩網下鋪設小網孔的S0/2.2/50型格柵網，以阻止小尺寸巖塊的塌落。主動防護網不對坡面進行封閉，有利于坡面植被的復綠，對生態環境恢復具有優勢作用。

(3)落石平臺和攔石墻：為預防坡面崩塌落石墜落或滾落，在坡腳地面設計落石平臺，平臺寬度一般8～10m，平臺寬度經過落石運動速度和最大運動距離計算并綜合考慮坡面主動防護系統和現有落石堆積體自然歷史經驗法確定。平臺地表整平回填素填土作為落石平臺的緩沖層，平臺地面種植喬木既作為綠化帶也可利用喬木阻擋落石沖擊，平臺封閉管理并設置安全警示標志。平臺外緣設置鋼筋混凝土攔石墻，攔石墻高度2500mm，墻頂寬度800mm，墻底寬度1400mm，入土深度500mm，采用C30混凝土現澆，能有效阻擋較大落石的水平撞擊。

(4)SNS被動防護網：在攔石墻頂埋入地腳螺栓錨桿，埋入深度900mm，露出長度100mm，在攔石墻頂安裝SNS 被動防護網的鋼柱和基座，鋼柱間距為10m。SNS 被動防護網采用RXI-100 型，攔截撞擊能1000kJ以內的落石，防護網高度3m。RXI-100型被動防護網系統由基座、鋼柱、上拉錨繩、側拉錨繩、環形網、減壓環、格柵網和支撐繩等柔性材料組成，作為攔截跳躍落石的最后一道保險防線，攔石墻和被動防護網總體高度5m，當其他加固和防護措施失效時，仍可作為有效的攔截落石措施，避免落石對外側建筑物和人員造成破壞和傷亡。

6 結論和建議

(1)巖質邊坡巖體強度較高?？尚纬筛叨高吰拢瑤r質高邊坡多受節理裂隙切割控制而發生崩塌地質災害，必須對裂隙結構面進行詳細調查和統計。

(2)巖質高邊坡根據地質環境條件的不同而呈現出不同的特征和破壞類型。崩塌按形成機理進行分類，其受力狀態、運動形式、破壞方式等具有不同的特征。

(3)邊坡崩塌穩定性分析可采用裂隙結構面極射赤平投影定性分析和采用巖體強度參數定量計算相結合。

(4)巖質高邊坡崩塌治理設計應根據巖體性質等地質環境條件采用技術經濟最優化方案。SNS柔性防護網在巖質邊坡崩塌治理中有其經濟、標準化安裝、施工周期短、治理效果見效快、有利于植被生長和生態環境恢復等優勢，建議優先考慮使用。