岩质边坡稳定性的分析评价是一项复杂的系统工程问题, 它涉及工程地质学、岩体力学和计算科学 (及方法) 等多种学科交汇问题, 是一远未很好解决的问题, 一直是岩土工程的一个重要研究内容。
目前为止, 岩质边坡稳定性分析评价方法很多, 存在的问题也较多, 比较突出和严重的问题是忽视岩质边坡所赋存的工程地质环境条件的分析研究, 将岩质边坡与其内在地质条件孤立起来, 没能很好的将边坡内在地质结构条件和外在触发因素结合起来研究。
本文以某高速公路岩质边坡为例, 针对该边坡所处的地形地貌、地层岩性、地质构造、裂隙发育特征、水文条件等影响岩质边坡稳定性的主要工程地质要素进行系统分析, 判断出边坡的可能破坏形式, 对边坡的稳定性进行分析评价, 为岩质边坡稳定性分析提出了一种更加合理的分析思路。
该高速公路有一系列岩质边坡, 本文选取的岩质边坡起止里程为K20+230~K20+335, 中心最大开挖深度为21.5m, 为一深挖高路堑岩质边坡。该边坡位于高速公路的左侧。边坡内部节理较发育, 且发育一条挤压破碎带, 两组节理面及层面切割坡体岩石, 大部分坡面岩体呈碎块状。
区地貌整体为中低山地貌形态, 地势起伏较平缓, 植被不发育, 仅少量小草。该边坡段分布为山脊部分, 其后缘地势逐渐降低, 边坡走向与山脊走向呈35°斜交, 边坡中间地势较高, 两侧较低为小型冲沟, 附近无地表水系。边坡长105m, 坡面产状为298°∠47°。
该边坡为一岩质边坡, 出现的岩土体为变质泥岩、变质页岩和变质砂岩, 这3种岩土体交互发育, 具体可参见图1。现分别叙述如下:
变质泥岩:灰黄色、褐黄色, 弱风化, 岩石较破碎, 呈薄层状, 层理面清晰局部可见丝绢光泽, 含有大量粘土类矿物。变质页岩:棕褐色、灰褐色, 弱风化, 岩石较破碎, 粉砂泥质结构, 页理构造, 含有大量的碳化的有机质, 能染手。变质砂岩:灰黄色, 中厚层状, 弱风化, 岩石较破碎, 岩石断口处砂感很强。
边坡为大角度斜交坡, 坡体为一倾向北东的单斜岩层构造, 岩层产状为25°∠78°。坡体岩石节理较发育, 共见4组节理, 其产状分别为: (1) 185°~200°∠65°~80°; (2) 50°~65°∠51°~65°; (3) 260°~275°∠34°~45°; (4) 332°~345°∠50°~61°。这些节理面分布较均匀, 大都贯通性较差, 相互间少见穿透切断现象, 节理面的延伸长度也大部较小, 间距多集中在10~15cm。节理面多呈微张型。在K20+257~K20+276处发育一条挤压破碎带 (具体位于边坡左下侧) , 破碎带宽约10cm, 长约20m, 其产状为72°∠45°。
该边坡所处位置地势较高, 附近无河流, 整个边坡位于地下水位之上, 处于饱气带之中, 主要接受为大气降水补给。另外, 该边坡坡后形态为中间高两侧低, 山体表面的地表降水很大一部分成为地表片流流向山体两侧, 垂直入渗的大气降雨仅占很少一部分。通过野外调查边坡附近也未见渗水、泉水等不良水文地质现象。
影响该岩质边坡稳定性的工程地质要素主要为岩土体特性、地质构造特征和水文地质条件等, 这些工程地质要素并不是孤立的, 它们共同影响和决定边坡的稳定性。因而将边坡工程地质要素进行系统分析显得十分重要而有意义。
岩土体在边坡中的分布情况及其物理力学性质的不同, 对边坡稳定性的影响也完全不一样, 现从岩土体特性对边坡稳定性影响的角度进行分析如下:
(1) 弱风化变质泥岩:岩石裂隙比较发育且分布比较密集, 岩石被切割比较破碎, 且呈薄层状, 其强度不高。岩石含有大量粘土类矿物, 遇水软化岩石强度明显降低, 为不利岩性, 对边坡稳定性有一定影响。
(2) 弱风化变质页岩:薄层状, 裂隙较发育, 岩石较破碎, 含有大量碳化的有机质, 岩体强度较低, 遇水软化岩石强度降低, 为不利岩性, 对边坡稳定性有一定影响。
(3) 弱风化变质砂岩:岩石较新鲜, 裂隙发育, 局部较为破碎, 岩石强度较高, 且遇水不易软化, 为有利岩性, 且该岩性分布于边坡中部, 对于整个边坡起到骨架支撑的作用, 有利于该边坡的整体稳定。
(1) 优势结构面分析:该岩质边坡发育有四组主要的节理面, 经统计分析并绘制出节理面的倾向玫瑰花图 (图2) 和赤平极射投影极点等密度图 (图3) 。依据岩质边坡优势面控制理论[5], (1) 、 (2) 组节理面具有数量和产状优势, 是控制该边坡稳定性的优势 (结构) 面。其中J1优势面产状为190°∠72°, J2优势面产状为55°∠56°。
(2) 赤平极射投影分析 (图4) :根据岩样试验结果, 该坡体所发育的变质岩内摩擦角集中在35°~40°, 现取35°作为内摩擦角。将上述统计归纳分析得到的两组优势节理面以及岩层面、挤压破碎面, 采用赤平极射投影法, 对该边坡的稳定性进行定性分析评价。
从赤平极射投影分析图可以得出, 两组优势结构面均与坡面呈反向斜交, 切割岩体, 对边坡稳定性影响较小;岩层面与坡面呈正交切割, 对边坡稳定性影响较小;破碎带所在面与破面呈反向斜交, 对边坡稳定性影响较小。这4组结构面所相互形成的组合交点均位于坡面线的内侧, 其组合形成的楔形体倾向与坡面倾向相反, 没能形成潜在滑动楔形体。
通过以上分析, 该坡段所发育的结构面对该边坡稳定性影响不大。坡体不存在较大的潜在滑动楔形体, 不会出现大规模的整体滑动现象。
该边坡范围内仅以少量大气降雨垂直入渗为主, 地下水不发育。岩石裂隙较发育, 且比较密集, 这些都是潜在的贯通面和导水通道, 且坡体表面无粘土类覆盖物, 具备较好的入渗条件, 地表水可以通过这些贯通面和导水通道流入基岩内部。与此同时, 该边坡所发育的变质泥岩、变质页岩强度不大, 且遇水软化强度会降低, 地表及地下水对该岩质边坡有一定影响, 但导致边坡大规模失稳的可能性不大。
另一方面, 坡体基岩层整体为隔水层组, 其透水性较差, 通过裂隙渗入的地下水转化为基岩裂隙水呈脉状渗流[7], 受地形补给及岩体裂隙影响, 一般情况下, 坡面岩体很难形成全充水的饱水状态。通过前面的赤平极射投影法的分析, 该边坡所发育的裂隙面大都与坡面斜交, 坡体基岩内部渗入的少量大气降水可以通过裂隙及时的排出, 形成大面积水流压力的可能性不大, 仅可能在坡体上部形成局部小面积的短暂汇水压, 对边坡稳定性存在一定的影响, 但就边坡整体而言, 不会因降水产生巨大水压力而影响大段边坡的失稳。
综合上述影响该岩质边坡稳定性的3个主要工程地质要素的分析, 该岩质边坡的整体稳定性的综合判定结论是稳定, 不会出现坡体大面积的滑塌现象, 仅可能出现局部坡面小块石的崩落。
由以上分析可以得出如下结论:
(1) 该边坡整体稳定性比较好, 不会出现大规模的整体滑动, 仅坡面可能出现小块石的崩落现象。
(2) 边坡稳定性分析必须以工程地质条件为基础, 只有在深刻地把握其内在地质条件和预测触发因素影响的情况下, 得到的边坡稳定性评价才是科学的。否则, 在精美的数学力学理论都是空话, 只能是昙花一现。
(3) 不同岩土体对边坡稳定性影响不同, 这是由岩土体各自物理力学性质决定的。该岩质边坡中变质砂岩强度较高, 且遇水不易软化, 对边坡的稳定性十分有利, 起到骨架支撑的作用, 同时也反映出边坡内在地质条件的差异性和重要性。
(4) 岩质边坡岩体中所发育的结构面是控制边坡稳定的关键因素, 通过赤平极射投影法分析, 该岩质边坡结构面切割岩体没能形成滑动面和潜在滑动楔形体, 对该边坡稳定性影响较小。
(5) 对岩质边坡工程地质要素进行系统分析是岩质边坡稳定性分析评价的重要或较佳方法。它对同类或相似边坡工程稳定性分析评价具有较好的借鉴意义。
摘要：本文通过工程实例, 对工程地质要素进行了系统的分析, 并获得了边坡稳定性结论, 以供同行参考。
关键词：岩质边坡,稳定性,分析
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