大連自貿(mào)區(qū)巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性評價

張慧敏?張紹波

摘 要：【目的】邊坡尤其是巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性評價是巖土工程學(xué)以及實際工程中經(jīng)常遇到的問題。【方法】本研究選取大連自貿(mào)區(qū)內(nèi)某邊坡，將邊坡分為AB、BC、CD三段，采用赤平投影法對邊坡穩(wěn)定性做定性分析，并利用平面滑動法對邊坡穩(wěn)定性做定量分析。【結(jié)果】結(jié)果表明：該自貿(mào)區(qū)邊坡穩(wěn)定性處于穩(wěn)定狀態(tài)。【結(jié)論】本研究對邊坡防護措施提出了建議，涉及的邊坡評價方法和邊坡防護措施對于邊坡治理具有理論和現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞：巖質(zhì)邊坡；穩(wěn)定性評價；平面滑動法；赤平投影法

中圖分類號：TU457? ? ? 文獻標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號：1003-5168（2023）08-0065-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2023.08.013

Stability Evaluation of Rock Slope in Dalian Free Trade Zone

ZHANG Huimin? ? ZHANG Shaobo

（School of Geographical Sciences， Liaoning Normal University， Dalian 116000， China）

Abstract： [Purposes] Stability evaluation of slope especially rock slope is a common problem in geotechnical engineering and practical engineering. [Methods] In this study， a slope in Dalian Free Trade Zone is selected， which is divided into AB， BC and CD sections. The slope stability is qualitatively analyzed by the terak-plane projection method and quantitatively analyzed by the plane sliding method. [Findings] The results show that the slope stability of the free trade zone is in a stable state， and the suggestions for slope protection measures are put forward. [Conclusions] The slope evaluation method and slope protection involved in this study have theoretical and practical significance for slope treatment.

Keywords： karst rock; stability evaluation; plane sliding method; equatorial projection method

0 引言

巖質(zhì)邊坡由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，斷層、節(jié)理、裂隙之間交互切割，塊體也極不規(guī)則。在工程建設(shè)中，常會碰見各式各樣的邊坡問題，如高速公路周圍的邊坡防護、露天采礦工程中人為引起的高邊坡堆積等，如果這些邊坡得不到正確及時的防護，就可能發(fā)生滑坡現(xiàn)象［1］。如果出現(xiàn)邊坡失穩(wěn)產(chǎn)生滑坡現(xiàn)象，將會對國家財產(chǎn)和人民的生命安全造成極大的損失和威脅［2］。

評價邊坡穩(wěn)定性狀況是一項煩瑣、系統(tǒng)的活動，包括邊坡失穩(wěn)原因探討、影響邊坡穩(wěn)定性因素分析、邊坡的防護與監(jiān)測等方面。其中，邊坡穩(wěn)定性評價方法眾多，有定性方法、定量方法及非確定性分析方法。定性分析方法包括工程地質(zhì)類比法、自然歷史分析法以及本研究涉及的赤平投影法［3］，前兩種方法因地而異，且經(jīng)驗性強，需要有豐富實踐經(jīng)驗的地質(zhì)工作者才能掌握好，而赤平投影法可通過作圖直觀反映邊坡的穩(wěn)定性情況，并為力學(xué)計算提供基礎(chǔ)；定量分析方法有數(shù)值分析法、極限平衡法等，這些方法需要確定邊坡滑動面形狀，隨機性比較強；非確定性分析方法有模糊綜合評價法、可靠度法、灰色系統(tǒng)法等，這些方法雖然方便、快捷，但是所得邊坡穩(wěn)定性結(jié)果精確度不高。因此，筆者以大連自貿(mào)區(qū)內(nèi)邊坡為研究背景，選取赤平投影法和平面滑動法研究巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性狀況，并通過實地調(diào)查，因地制宜地提出了合適的邊坡防護建議。

1 工程概況

本項目是大連自貿(mào)區(qū)市政配套工程，位于大連市保稅區(qū)二十里堡，為巖質(zhì)邊坡，邊坡分為AB段、BC段、CD段，如圖1所示。邊坡總長度約為159.46 m，為一階坡，邊坡高度為2.0～14.6 m，邊坡體產(chǎn)狀為260°～330°∠75°，該邊坡的坡頂無建筑物，距坡腳10 m處有一棟4層建筑物，是某學(xué)校教學(xué)樓。根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330—2013），邊坡工程安全等級劃分為二級。

2 影響邊坡穩(wěn)定性因素分析

邊坡發(fā)生失穩(wěn)破壞的原因眾多，主要分為內(nèi)在和外在兩種因素。內(nèi)在因素主要有巖土體的性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、地下或地表水的作用、邊坡幾何形狀等。外在誘發(fā)因素有在工程開發(fā)中對巖土體的初始應(yīng)力的破壞、邊坡的形態(tài)、氣象條件、植被、地震等。大部分邊坡失穩(wěn)，是在各種原因交互作用下產(chǎn)生的。

3 區(qū)域氣候地質(zhì)條件

自貿(mào)區(qū)位于遼寧省大連市，氣候類型為暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候，由于靠近渤海、黃海，也帶有海洋性氣候特點。位置在東經(jīng)120°58′—123°31′，北緯 38°43′—40°10′［4］。 本自貿(mào)區(qū)內(nèi)邊坡附近尚未發(fā)現(xiàn)大型水體、河流、水庫。地貌類型屬于典型的低山—丘陵地區(qū)，場區(qū)植被發(fā)育一般。

根據(jù)現(xiàn)場勘查揭露地層主要由強風(fēng)化和中風(fēng)化片麻巖構(gòu)成，邊坡物理力學(xué)參數(shù)見表1。

強風(fēng)化片麻巖（Ar4Dgn）：強風(fēng)化，呈黃褐色，主要礦物成分有石英、長石、云母，細(xì)粒變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，受人工破壞影響嚴(yán)重，有節(jié)理裂隙發(fā)育，風(fēng)化不均勻，巖芯呈碎塊狀。

中風(fēng)化片麻巖（ArDgn）：風(fēng)化嚴(yán)重，呈灰褐色，結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，礦物成分上變化不大，發(fā)育風(fēng)化裂隙，巖體被切割成塊狀，巖心呈柱狀。

邊坡巖體為軟巖，易發(fā)生破碎，巖體基本質(zhì)量等級為V類。其結(jié)構(gòu)面較光滑平直，無膠結(jié)，少部分結(jié)構(gòu)面有泥質(zhì)充填揭露厚度 5.00～20.00 m，層底標(biāo)高為128.78～138.36 m，該層分布整個場地。場地?zé)o采空區(qū)，也不存在地面沉降和可地震液化土層。根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306—2015）判定，此場地的抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計地震分組屬第一組，基本地震動峰值加速度設(shè)計為0.15 g，反應(yīng)譜特征周期值為 0.35 s。根據(jù)判定結(jié)果，建筑物場所類別為Ⅱ類，特征周期值為0.25 s，設(shè)計基本地震動峰值加速度為0.15 g，場地屬于抗震一般地段。

4 巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析與計算

該邊坡巖土體破碎并且有大量節(jié)理發(fā)育，嚴(yán)重影響了邊坡的穩(wěn)定性，因此選用赤平投影法通過作圖來觀察邊坡中節(jié)理與結(jié)構(gòu)面之間的相對關(guān)系，從而定性分析邊坡的穩(wěn)定性情況。由于該邊坡的坡

面形態(tài)、高差、巖土體性質(zhì)等方面的不同，因此將邊坡分為AB段、BC段和CD段，以便更加科學(xué)地分析邊坡穩(wěn)定性。其中，三段邊坡巖體發(fā)育的原生結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀均為241°～308°∠14°～82°，在這三段邊坡中發(fā)育有一段邊坡，這段邊坡內(nèi)部結(jié)構(gòu)面傾向與邊坡傾向大致相同，屬于外傾結(jié)構(gòu)面，且三段邊坡均為順向邊坡，易沿結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生滑塌現(xiàn)象［6］。

4.1 邊坡穩(wěn)定性定性分析

4.1.1 AB段邊坡。AB段邊坡長度約為17.1 m，屬于巖質(zhì)邊坡，由強風(fēng)化和中風(fēng)化片麻巖構(gòu)成。巖石遭受風(fēng)化有裂隙發(fā)育，風(fēng)化厚度為6.0～13.0 m，邊坡傾角約為332°，坡角約為75°，坡頂標(biāo)高約為100.70 m，坡底標(biāo)高約為89.70 m，高差約為11.0 m。AB段巖體赤平投影如圖2所示，可以看出，AB段邊坡主要發(fā)育了三組節(jié)理（J1、J2和J3），節(jié)理多平直、閉合，跡長中等連續(xù)等。由圖2可知，該段邊坡中的三組節(jié)理產(chǎn)生了交點。這個交點位置與邊坡面的投影弧處于同一側(cè)，表明結(jié)構(gòu)面組合交線的傾向與AB邊坡的傾向相對一致，但結(jié)構(gòu)面組合交線的傾角比AB段邊坡的傾角要大，因此結(jié)構(gòu)面組合形成的切割體不會沿著邊坡滑落，現(xiàn)場調(diào)查巖石有風(fēng)化跡象，因此AB段邊坡大體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

4.1.2 BC段邊坡。BC段邊坡長度約為34.1 m，屬于巖質(zhì)邊坡，由強風(fēng)化和中風(fēng)化片麻巖構(gòu)成。巖石遭受風(fēng)化有裂隙發(fā)育，風(fēng)化厚度為6.0～18.0 m，邊坡傾角約為300°，坡角約為75°，坡頂標(biāo)高約為104.40 m，坡底標(biāo)高約為 89.70 m，坡高約為14.7 m。BC段巖體赤平投影如圖3所示，可以看出，BC段邊坡主要有三組節(jié)理發(fā)育（J1、J2和J3），節(jié)理多為平直、閉合，跡長中等連續(xù)等。由圖3可知，邊坡面的投影弧與J1、J2與J3產(chǎn)生的交點位于同一側(cè)，表明結(jié)構(gòu)面組合交線的傾向與BC段邊坡的傾向相對一致，但是結(jié)構(gòu)線組合交線的傾角比BC段邊坡的傾角要大，因此結(jié)構(gòu)面組合形成的切割體不會沿著邊坡滑落，現(xiàn)場調(diào)查中也并未發(fā)現(xiàn)巖體塌方現(xiàn)象，BC段邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

4.1.3 CD段邊坡。CD段邊坡長度約為16.5 m，屬于巖質(zhì)邊坡，是由強風(fēng)化和中風(fēng)化片麻巖組成。巖石遭受風(fēng)化有裂隙發(fā)育，風(fēng)化厚度為6.0～16.0 m，邊坡傾角約為268°，坡角約為75°，坡頂標(biāo)高約為101.20 m，坡底標(biāo)高約為89.70 m，坡高約為11.5 m。BC段巖體赤平投影如圖4所示，可以看出，CD段邊坡主要三組節(jié)理發(fā)育（J1、J2和J3），節(jié)理多平直、閉合，跡長中等連續(xù)等。由圖4可知，這三組節(jié)理之間產(chǎn)生了交點，交點的位置與這段邊坡的投影弧處在了同一側(cè)，表明結(jié)構(gòu)面組合交線的傾向與CD段邊坡的傾向相對一致，但是結(jié)構(gòu)線組合交線的傾角比CD段邊坡的傾角要大，發(fā)生滑坡的概率比較小，現(xiàn)場調(diào)查中也并未發(fā)現(xiàn)邊坡有滑塌的現(xiàn)象，因此CD段邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

4.2 邊坡穩(wěn)定性定量分析

強風(fēng)化—中風(fēng)化片麻巖沿著滑動面發(fā)生滑動，可以采用平面滑動法來分析邊坡的穩(wěn)定性狀況。潛在滑動面上邊坡安全系數(shù)要根據(jù)極限平衡條件求得。這時，安全系數(shù)等于總抗滑力比總滑動力如式（1）。

Fs=（CL+γVcosα tanφ）/γVsinα （1）

式中：C代表巖土體的黏聚力，kPa；L表示滑動面的長度，m；γ表示邊坡土體的容重，kn/m3；V代表巖體的體積，m3；α代表結(jié)構(gòu)面的傾角，（°）；φ表示內(nèi)摩擦角，（°）［7］。

計算結(jié)果見表2，由表2可知，平面滑動法所得到的邊坡安全系數(shù)與上述赤平投影法所得到的邊坡穩(wěn)定狀態(tài)相符合，三段邊坡均處于穩(wěn)定狀態(tài)。需要注意的是，通過平面滑動法得到的BC段邊坡安全系數(shù)結(jié)果接近規(guī)范規(guī)定結(jié)果，理論上邊坡仍處于穩(wěn)定狀態(tài)，但在實際工程應(yīng)用中，這種類型邊坡需要做支護處理，下文中有提及支護建議。

5 邊坡防護建議

現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該段邊坡長時間暴露在外，在風(fēng)化作用以及雨水的沖刷作用下，仍然存在坍塌滑落的風(fēng)險。而大連地處季風(fēng)氣候區(qū)，夏季多突發(fā)性暴雨。據(jù)統(tǒng)計，大連日最大降水量為247.2 mm， 在這種條件下非常容易引發(fā)滑坡、崩塌、泥石流等突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害［5-6］。研究區(qū)域內(nèi)巖體破碎，發(fā)育有大量節(jié)理、裂隙，遇降雨后易形成坡面徑流，雨水沿著巖石上部裂隙不斷滲入，在此條件下巖體會發(fā)生軟化導(dǎo)致巖體抗剪強度降低，為滑塌創(chuàng)造條件。觀察該段邊坡巖土體的情況可以發(fā)現(xiàn)，這段邊坡坡度較大且遭受風(fēng)化剝蝕嚴(yán)重，決定采取噴錨支護作為邊坡的防護手段。

5.1 支護技術(shù)參數(shù)

設(shè)置全場黏結(jié)錨桿，錨桿長度6 m，間距3×3 m，梅花型布置。AB段邊坡支護如圖5所示。表面噴C20混凝土，混凝土厚度10 cm。坡面設(shè)置泄水孔，間距3×3 m。施工時坡面表面將松動和凸出的巖體鑿除。坡頂和坡底各設(shè)置一道截水溝，截水溝截面面積500×500 mm2。

5.2 支護施工工序

支護施工工序如下：首先，清理坡面上的孤石、危巖及破碎巖體，并清除坡面植被；其次，分層清理坡面，清理一層完畢后立即進行坡面鉆孔，設(shè)置錨桿；最后，噴射混凝土，掛設(shè)鋼筋網(wǎng)，張拉錨索，設(shè)置坡面泄水孔。

6 結(jié)論

①以大連自貿(mào)區(qū)內(nèi)邊坡為例，分析所處地區(qū)邊坡的地質(zhì)、水文、氣候條件，并將邊坡分為三段（AB段、BC段、CD段），深入分析邊坡的穩(wěn)定性狀況。探究邊坡穩(wěn)定性的影響因素，邊坡的失穩(wěn)和破壞是由內(nèi)外因素共同導(dǎo)致的。

②通過定性方法——赤平投影法和定量分析方法——平面滑動法，得出相同的結(jié)果：三段邊坡均處于穩(wěn)定狀態(tài)。但是，通過現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，邊坡坡度較大，坡頂風(fēng)化較為嚴(yán)重，在夏秋季節(jié)雨水較多，沖刷嚴(yán)重，仍然存在滑落風(fēng)險。經(jīng)研究并結(jié)合實際情況，本工程中對該段邊坡的防護措施為噴錨支護。

③邊坡穩(wěn)定性的研究是一項復(fù)雜的工作，尤其是巖質(zhì)邊坡，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)相較于土質(zhì)邊坡來說更加復(fù)雜，因此更應(yīng)該重視這類工程。

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［5］張紹波，張德艷，賀亞鋒.大連市某邊坡的穩(wěn)定性及防護治理探討［J］.山西建筑，2012，38（20）：57-58.

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收稿日期：2022-11-18

作者簡介：張慧敏（1999—），女，碩士生，研究方向：巖土工程。