巴东一中高切坡稳定性分析

卫一华，罗延婷

(1.华北水利水电学院，河南郑州450011;2.中国地质大学，湖北武汉430074)

巴东一中前缘白四路高切坡位于信陵镇白土坡小区北京大道南侧，巴东一中新校区北侧，巴东县民族实验小学西侧，总长约130 m，坡高9～20 m，高切坡坡度上中部 20°～30°，下部 30°～50°.巴东一中前缘白四路高切坡平面位置如图1所示.

图1 巴东一中前缘高切坡平面位置

该高切坡如果失稳，将直接危及高切坡下方房屋建筑面积6 800 m2、68户居民400多人的生命财产安全，还会影响巴东一中、巴东民族实验小学师生及白土坡小区居民的对外通行.可见，对该高切坡进行稳定性分析并提出治理建议具有重要意义，并可为其他地区类似的高切坡工程设计提供参考.

1 场区高切坡工程地质概况

1.1 地质构造特征

工程场地位于长江中上游东西向构造带的巴东复背斜北翼的官渡口向斜南翼.第四纪以来，该构造区地壳运动主要表现为间歇性、不均匀性、“掀斜式”抬升(西部抬升快，东部抬升慢)与部分断裂再活动为特点.该场区内无大的断裂构造通过，外围发育的各断裂对该区工程影响甚微.场区内基岩主要由三叠系中统巴东组第三段泥灰岩构成，岩层产状50°～55°∠25°～45°，高切坡产状 50°∠30°～50°，岩层产状与高切坡产状基本一致.

高切坡中岩体节理裂隙发育，且具有方向优势性，其优势方向走向北东65°，倾向335°，倾角80°～85°，裂隙面较粗糙，张开度1～20 mm，泥质充填，隙距15～25 cm，裂隙结构面结合程度较紧密.图2为节理裂隙的赤平投影.

图2 节理裂隙赤平投影图

在图2中，弧abc为高切坡产状，倾向50°，倾角30°～50°，倾角平均 40°;弧 def为场地内优势节理产状，其倾向335°，倾角80°～85°，倾向与高切坡倾向交角75°;弧 ghi走向 N30°W，倾向60°，倾角70°;弧 jkl走向 N15°E，倾向 285°，倾角 80°.从结构面组合在赤平投影图上的特征可以看出，各结构面的倾角较大，均大于高切坡倾角，且优势节理面倾向与高切坡倾向交角为75°，构成稳定结构［1］.

1.2 物质组成

根据工程地质测绘及钻探揭露，按地质年代、成因类型和岩土工程性能与结构，场地岩土层自上而下可划分为第四系崩坡积碎石土(Qcol+dl4)和三叠系中统巴东组第三段(T2b3)泥灰岩两大层，见表1.其中泥灰岩为强风化及中风化互层产出［2］.

表1 场区岩土分层一览表

2 稳定性计算与评价

据地面调查和访问，高切坡形成至今，整体处于稳定状态，未见滑移失稳现象.但高切坡岩土体直接暴露于地表，受风化、降雨等影响，泥灰岩易风化，遇水软化后性状变差，局部可见碎裂岩体，故在大暴雨的反复作用下，仍存在塌滑变形的可能.

高切坡坡体上覆碎石土，钻孔揭露最大厚度7.0 m，最小厚度0.5 m.下伏泥灰岩岩体，岩体结构为层状，因节理裂隙较发育而成块状结构，尤其是坡体表面［2］.岩层中所夹泥质充填的强风化泥灰岩层为相对软弱层.由于高切坡坡度较陡，风化裂隙与节理裂隙发育，且连通性好，在雨水的入渗作用下，岩体存在失稳破坏的可能.可能的失稳模式为上部碎石土和强风化泥灰岩层内部的浅层滑动或塌滑.

2.1 高切坡整体稳定性计算

根据文献［3］规定，土质高切坡和碎裂结构岩质高切坡宜采用圆弧滑动法进行计算.圆弧滑动法宜采用瑞典条分法，其安全系数的通用计算公式为:

式中:Wi为垂直荷载，包括土条自重和其上部的建筑荷载(其中，自重可将其分为2部分，地下水位以上用湿容重计算，设为Wi1;地下水位以下用饱和容重计算，设为Wi2;其他垂直荷载，设为Pi;假设自重的作用线通过条块宽度的中心线.);Qi为水平荷载，包括水平孔隙水压力和其他水平荷载，向剪切面的出口方向为正;Ui为剪切面上孔隙水压力的合力，与剪切面正交;Zi为水平荷载Qi作用线距滑弧圆心O的垂距;c'，φ'为剪切面抗剪强度(有效应力指标);αi为分块滑面相对于水平面的夹角;li为分块滑面长度;R为圆弧形滑面的半径.

该区地震基本烈度为6度，边坡防护工程设计可不考虑地震荷载，因此高切坡稳定性计算只考虑天然和自重+暴雨2种工况，计算参数见表2，计算剖面如图3所示.

根据公式(1)计算出2种工况下高切坡各个剖面的安全系数，见表3.

2.2 稳定性评价

边坡发生破坏失稳是一种复杂的地质灾害过程，由于边坡内部结构的复杂性和组成边坡岩体物质的不同以及边坡所处的外部条件的影响，都会导致边坡不同的失稳模式.其中水的渗入使岩土的质量增大，进而使滑动面的滑动力增大;其次，在水的作用下岩土被软化而抗剪强度降低.这些都对岩体边坡的稳定性产生不利影响.

表2 高切坡岩土体物理力学计算参数

表3 高切坡各剖面安全系数

图3 高切坡计算剖面简图

以上计算结果表明，高切坡各剖面斜坡在天然状态下均处于基本稳定状态，但在自重+暴雨工况下则处于临界欠稳定状态.可见，暴雨对该高切坡稳定性的影响很大.

巴东一中前缘白四路高切坡为岩土质顺向坡，高切坡类型属Ⅱ类，危害程度为很严重，安全等级为一级.该高切坡在暴雨工况下稳定性差，一旦失稳其危害程度很严重，必须尽早对该高切坡进行综合治理，并进行统筹考虑.

3 结语

1)高切坡是一种由于人类活动导致的地质灾害.导致高切坡破坏的主要内在因素是构成高切坡的地层岩性及其物理力学性质，外在因素是降雨、温度变化、高切坡的角度［4］.雨水的冲刷可以直接导致高切坡失稳.

2)该高切坡是由砂岩、碎石和土体中的一种或几种组合构成，砂岩、碎石和土的性质决定了高切坡的破坏模式［4］，在暴雨的作用下出现了临界欠稳定状态，所以外在因素也是边坡失稳的重要因素之一.

3)高切坡的支护建议采用嵌岩抗滑桩结合坡脚施工嵌岩挡土墙和坡体采用格构、锚杆的支护形式，其中嵌岩抗滑桩以中风化基岩为持力层.

［1］刘佑荣，唐辉明.岩体力学［M］.北京:化学工业出版社，2009.

［2］武汉丰达地质工程有限公司.巴一中学前缘白四路高切坡防治工程地质勘察报告［R］.武汉:武汉丰达地质工程有限公司，2011.

［3］重庆市设计院.GB 50330—2002建筑边坡工程技术规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2002.

［4］祝介旺，伍法权，苏天明，等.三峡库区万州段高切坡破坏模式和防护措施研究［J］.工程地质学报，2007，15(1):8－15.