關于巖質邊坡計算中的參數選用探討

阮鐵鋒

（中國聯合工程有限公司，浙江 杭州 310052）

0 引言

路基邊坡設計是路基設計中的重點工作，山體開挖邊坡防護更是邊坡設計中較為棘手的內容之一，很多工程設計師會發現一個問題：有些設計的邊坡與山體原來的自然坡度相同或比較接近，為何計算的時候卻發現穩定系數會不滿足呢？本文從這個問題出發，主要針對挖方邊坡設計中的整體滑移穩定——圓弧形滑移的參數取值角度來進行探討。討論的邊坡為山體挖方邊坡，山體由同一類巖組成，巖層分層連續、清晰，地質災害等特殊情況不作探討。

1 現行規范解讀

目前市政、建筑行業內關于邊坡設計可以參照的規范，主要是兩本，一是《公路路基設計規范》（JTG D30—2015），二是《建筑邊坡工程技術規范》（GB 50330—2013）。對于圓弧滑動的計算，兩本規范都對適用范圍進行了明確。

《公路路基設計規范》（JTG D30—2015）3.7.5 條：規模較大的破裂結構巖質邊坡和土質邊坡宜采用簡化Bishop 法計算，備注中還將強風化巖和極軟巖可劃入破裂巖；《建筑邊坡工程技術規范》（GB5 0330—2013）5.2.3 條：計算土質邊坡、極軟巖邊坡、破碎或極破碎巖質邊坡的穩定性時，可采用圓弧形滑面。兩本規范均從巖石的堅硬程度、風化程度和完整程度三方面對適用范圍進行了歸納，相比較而言，路基規范相對涵蓋的范圍要廣一些，將所有強風化巖都列進了，道路設計工程師們在實際工作中，也往往會按此規范執行，將強風化層納入圓弧滑動計算的范圍。

2 巖層分析

根據巖體分級標準規定，巖石分定性和定量兩個層面，從堅硬、風化、完整程度三個方面來進行分類。平時設計中接觸到的地質勘察報告，多從定性層面、風化程度來闡述，因為巖石堅硬和完整性，更多依賴于專業的檢測設備或室內的實驗數據，而風化程度判定，可以在現場通過顏色、錘擊、物理力學特征、結構破碎情況等來確定。日常地勘報告中對于巖層風化程度的判定，大都是定性的。當然，也有相對精準的定量判定，規范對巖石風化程度定量劃分見表1。

表1 巖石風化程度定量劃分表

由表1 可知，各類風化層的定義是有區間的，層與層之間其實是連續的，而同一類型的巖層其性能也可能差異極大。地勘報告所揭示的全風化巖層、強風化巖層，其實應該是介于相鄰兩層之間的連續層，而非單一均質層。

綜上，對于一些地質情況相對簡單的自然山體，全風化、強風化、中風化自上而下規律性分布，如果不加分析直接采用地勘報告的巖石參數，就會人為地制造出性質迥異的巖層交界面，出現巖層參數的跳躍式變化，如圖1 所示，圖中巖層采用了某山體開挖項目凝灰巖的相關參數。

圖1 巖層C 值分布圖（縱軸為C值，橫軸為埋深）

圖1 中巖層的黏聚力c 如此設置顯然不合理，更是不嚴謹，特別是埋深較大的強風化層與中風化層之間。按此參數進行邊坡穩定性計算，會導致結果偏安全，這也是很多邊坡開挖之后，會長期穩定不變，但是根據計算卻可能出現穩定性不足的緣故。

3 相關建議

除卻地質變化復雜的山體，單一巖性的山體內部巖層實際分布情況，因為風化影響受深度會逐漸減少，巖層變化必然是連續的，各層參數的變化必然也是連續的。因此巖層參數的選用，要在分析地勘資料后，進行適當修正，建議修正如下：

（1）全風化巖層一般厚度不大，可按照均質土計算；

（2）強風化巖層，層頂參數取強風化層的地勘參數，層底參數取中風化巖層參數，層間參數連續分布，內插計算。每個分層的取值選取該層的最小值。圖1 所示的參數分布結果就是每層不分層的情況。

4 計算實例

某山體邊坡開挖，邊坡高度為18 m，自然山體坡率約為1∶1。經勘察資料顯示，山體自上而下分3層，1 層為全風化凝灰巖，褐黃色，黃灰色等，巖芯呈土狀或砂土狀，中密或者可塑至硬可塑，礦物成份全部變化，結構、構造不清晰，局部分布，厚度約3.0 m。2 層為強風化凝灰巖，褐黃色，黃灰色等，礦物成份大部已變化，結構、構造不甚清晰，裂隙發育，巖芯呈碎塊狀或短柱狀，可折斷，錘擊易碎，錘擊聲悶，分布廣泛，厚度約11.0 m。3 層中風化凝灰巖：青灰色，深灰色，灰黑色等，礦物成份基本未變化，凝灰質結構，致密塊狀構造，裂隙較發育，巖芯呈碎塊狀、短柱狀，裂隙面上見風化次生礦物，錘擊聲脆，重擊成塊狀，巖石單軸極限抗壓強度9.3～121.3 MPa，全場分布，揭露最大厚度6.0 m，未揭穿。各巖層詳細參數見表2。

表2 地勘巖層參數表

設計邊坡挖作臺階狀，參考《公路路基設計規范》（JTG D30—2015）相關規定，按照6 m 分臺，共分3臺，最底下一級邊坡開挖坡度為1∶0.75，上面兩級都設置為為1∶1，每臺馬道寬2 m，為便于計算，巖層假設都水平走向。根據《公路路基設計規范》（JTG D30—2015）與《建筑邊坡工程技術規范》（GB 50330—2013）規定，此邊坡全風化、強風化凝灰巖巖石結構基本破碎，整體滑移穩定計算采用簡化Bishop法，中風化巖層構造相對完整，也采用簡化Bishop 法。

計算分三種模式進行比較，模式一按照慣用的整層計算，模式二將強風化層分成2層，模式三將強風化層分為3 層。各自計算后的滑移面如圖2所示。

圖2 滑移面計算示意圖

圖2（a）為不分層計算的滑移面，安全系數為1.25，滑弧面穿透整個強風化層；圖2（b）為強風化層分2層計算后的滑移面，安全系數1.72，可見滑移面明顯減小，安全系數也提高；圖2（c）為強風化層分3 層計算后的滑移面，安全系數1.66，可見滑移面進一步減小，安全系數也滿足要求。

5 結語

路塹邊坡在道路設計中極為常見，設計中除遇到特殊情況，如傾向與邊坡基本一致、傾角小與邊坡角，或者有巖層破碎帶這樣的情況，需要在設計中額外進行加強之外，其他巖質邊坡的支護設計，往往會因為參數不加分析地選用而偏于保守。特別是針對強風化層參數的選用，該層上部一般有足夠埋深，下部連接中風化層，巖性上下之間相差會特別大，因此，在設計中有必須要進行適當優化。并提出如下建議：

（1）在邊坡勘察階段，要求勘察單位加強對強風化巖層的勘探工作，最好在勘察報告中對強風化層進行細化分層并提供不同參數；

（2）采用動態設計方式，施工階段根據坡面開挖情況，實地勘察后進行適當修正，以節約工程造價。