重慶奉節某塊碎巖建筑邊坡破壞模式及穩定性研究

依托重慶奉節某塊碎巖建筑工程，對該項目建筑邊坡穩定性和破壞模式進行了研究。根據工程經驗，結合離散元數值計算方法對開挖邊坡進行了數值仿真計算，提出了該類邊坡的破壞模式。利用赤平投影方法分析了巖體結構對邊坡穩定性的影響，利用圓弧滑動法計算了邊坡的安全系數。基于邊坡破壞模式及穩定性，提出了邊坡的防治措施建議。

塊碎巖邊坡； 變形破壞； 穩定性評價

U416.1+4A

工程結構工程結構

［定稿日期］2024-03-15

［作者簡介］李亨（1993—），男，碩士，工程師，從事巖土工程設計及施工管理工作。

0" 引言

重慶市奉節縣巖石邊坡多由泥頁巖或灰巖、砂巖、泥灰巖互層組成，巖石受構造強烈作用，節理裂隙發育、巖體破碎，地質構造極為復雜，屬于被地質學家命名的“巴東破碎帶”。

塊碎巖邊坡指結構體為塊狀或碎石狀的似層狀巖質邊坡，主要指巫山、奉節、云陽一帶的巖質邊坡。塊碎巖巖體似巖非巖，似土非土，風化程度差異較大、完整性程度差異較大。

因建筑場地內平場標高不一，會在場地內形成塊碎巖邊坡。這類邊坡的性質與巖質邊坡和土質邊坡有很大差異， 邊坡均勻性差、成因復雜，使得邊坡破壞模式及邊坡支護設計方法也存在差異。

1" 項目概況

1.1" 工程概況

本建筑邊坡高度約10.8 m，放坡坡率為1∶0.39。坡頂為小高層住宅（8F/-2F），建筑結構類型為框架剪力墻結構，擬采用樁基礎；坡腳為商業樓（圖1）。

1.2" 地層巖性

本項目邊坡基巖以塊碎巖為主，巖體完整程度為破碎，與風化程度相吻合，見圖2（a）。塊碎巖呈分別層砂土狀、碎塊狀、短柱狀。其中碎塊狀塊碎巖分布廣泛，砂土狀塊碎巖和短柱狀塊碎巖呈透鏡體或夾層分布于碎塊狀塊碎巖當中。

碎塊狀塊碎巖呈灰白色、灰黃色，母巖為泥灰巖，主要由碳酸鹽與黏土礦物組成，碳酸鹽成分占比30%～50%，其余為黏土礦物，泥質結構，薄層狀構造，原巖結構清晰可見，巖體裂隙發育，巖體破碎，巖芯呈碎塊狀，根據鉆探揭露該層分布廣泛，厚度較大，基巖屬強風化，見圖2（b）。

1.3" 地質構造

塊碎巖區域裂隙無規律分布，泥灰巖區域巖層單斜產出，巖層產狀20°∠17°。根據場地周邊地表露巖層調查，巖體中主要發育有兩組裂隙。LX1：產狀338°∠79°，裂隙間距 0.50～1.50 m，可見延伸長度1.50～3.00 m，裂面較平直光滑，局部微彎，張開，泥質充填，結合很差，屬軟弱結構面。LX2：產狀173°∠55°，裂隙間距 1.00～2.00 m，可見延伸長度1.20～2.50 m，裂面平直光滑，局部微彎，張開，泥質充填，結合很差，屬軟弱結構面。

2" 邊坡破壞模式及穩定性研究

2.1" 邊坡破壞模式

2.1.1" 工程經驗分析

GB 50330-2013《建筑邊坡工程技術規范》4.1.3條：塊狀巖體、碎裂狀、散體狀巖體的巖質邊坡的破壞特征為沿極軟巖、強風化巖、碎裂結構或散體狀巖體中最不利滑動面滑移；土質建筑邊坡的破壞模式為沿圓弧滑動面滑移。塊碎巖邊坡介于巖質邊坡與土質邊坡之間，塊碎巖巖體風化嚴重，存在大規模破碎結構。

根據現場調查，本邊坡巖體類型為Ⅳ類，結合區域工程建設經驗及邊坡穩定性計算結果，邊坡需按45°破裂角及圓弧滑動法進行對比分析，確定最不利滑動破壞面（圖1）。

2.1.2" 數值分析法

邊坡尺寸見圖3（a），簡化地質條件建立簡單的滑塊下落模型，左、右及底部采用固定邊界見圖3（b）。用UEDC進行二維離散元數值模擬，對邊坡失穩運動狀態、應力、位移以及其塊體運動速度進行了動態、直觀闡述。巖石和節理性質取值見表1。

輸入塊體和結構面強度參數后，邊坡塊體模型見圖3（c），經過迭代邊坡位移逐漸減小直至達到平衡狀態。離散元計算結果表明，邊坡變形破壞首先發生在邊坡內部，然后潛在滑動破壞面逐漸沿邊坡向上發展，直到形成貫通的潛在滑動帶。模型極限狀態時由速度矢量確定的潛在滑動面位置、塑性區見圖3（d），由UDEC分析獲得的潛在變形破壞模式與圓弧滑動情況基本吻合。

2.2" 穩定性研究

2.2.1" 赤平投影分析法

下部為巖質邊坡，邊坡巖性主要為塊碎巖，巖體較完整性較差。邊坡產狀P：180°∠90°，巖層產狀C：20°∠17°，LX1產狀：338°∠79°、LX2產狀：173°∠55°，赤平投影見圖4。

工程結構李亨， 李淑宇： 重慶奉節某塊碎巖建筑邊坡破壞模式及穩定性研究

據極射赤平投影，邊坡傾向與巖層面大角度相交，為切向坡，與LX1大角度相交，與LX2小角度相交，與LX1、LX2組合交線大角度斜交。邊坡穩定性受巖體自身強度和LX2控制，放坡后對邊坡整體穩定性影響較小。但層面和裂隙把巖體切割成塊狀，在爆破、自重及風化等作用下，坡面容易產生掉塊、風化剝落現象。

2.2.2" 圓弧滑動計算法

根據GB 50330-2013《建筑邊坡工程技術規范》5.2.3規定，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。參考GB 50330-2013《建筑邊坡技術規范》附錄A，圓弧滑動計算公式如下：

FS=∑ni=11mcilicosθi+（Gi+Gbi-Uicosθi）tanφi∑ni=1（Gi+Gbi）sinθi+Qicosθi

mθi=cosθi+tanφisinθiFS

Ui=12γw（hwi+hw，i-1）li

式中：式中FS為邊坡穩定性系數；ci為第i計算條塊滑面粘聚力（kPa）；φi為第i計算條塊滑面的內摩擦角（°）；li為第i計算條塊滑面長度（m）；θi為第i計算條塊滑面傾角（°），滑面傾向與滑動方向相同時取正值，滑面傾向與滑動方向相反時取負值；Ui為第i計算條塊滑面單位寬度總水壓（kN/m）；Gi為第i計算條塊單位寬度自重（kN/m）；Gbi為第i計算條塊單位寬度豎向附加荷載（kN/m），方向指向下放時取正值，指向上方時取負值；hwi，hw，i-1為第i及i-1計算條塊滑面前端水頭高度（m）；γw為水重度，取10 kN/m3；i為計算條塊號，從后方起編；n為條塊數量。

計算參數見表2，經計算，本項目最不利滑動面：滑動圓心為（11.480，18.360）（m），滑動半徑為 20.234（m），滑動安全系數FS為1.229（表3）。1.05≤FS≤1.35，邊坡處于基本穩定狀態。

3" 邊坡防治措施建議

當邊坡坡體破碎，或邊坡地層軟弱時，可打入一定數量的錨桿，對邊坡進行加固。板肋式錨桿擋墻是利用錨桿技術形成的一種擋土結構物，由鋼筋混凝土肋柱、錨桿、擋土板組成的支擋結構，主要依靠錨固于邊坡潛在破裂面以內的錨桿

所提供的拉力來保證邊坡的穩定。且具備自重小、占地少、結構利于機械化施工的特點，故可用于本建筑邊坡加固支護中。

4" 結論

本文結合地質勘察資料及工程經驗，對奉節塊碎巖建筑邊坡的破壞模式及穩定性進行了研究，并提出了防治建議，得出幾點結論：

（1）基于工程經驗及離散元數值分析，本邊坡需按45°破裂角及圓弧滑動法進行對比分析，確定最不利滑動破壞面。

（2）赤平投影分析表明，坡面容易產生掉塊、風化剝落現象；圓弧滑動面計算表明邊坡安全系數為1.229，處于基本穩定狀態。

（3）當邊坡坡體破碎，或邊坡地層軟弱時，建議采用板肋式錨桿擋墻進行邊坡加固支護。

參考文獻

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