某顺层岩质斜坡变形机理及治理分析研究

杨秀飞

(贵州高速公路开发总公司)

1 引言

溃曲破坏是指顺层岩质斜坡在一定的条件下，坡体后部的岩层发生滑移，坡体前沿的坡脚受阻，而发生的变形破坏模式。此变形破坏模式主要发生在开挖的坡脚等于岩层倾角或者天然的中陡倾角的顺层岩质斜坡中。这类斜坡的特征是岩体具有沿滑移面下滑的条件，而由于没有临空面，则使得岩层需要承受纵向的压应力，随之产生弯曲变形，最终导致溃曲破坏的发生。该破坏模式的过程可以分为轻微弯曲、强烈弯曲(隆起)、切除面贯通三个阶段。

2 工程地质条件

2.1 地形地貌

场区地处贵州高原西部高原山地区，受溶蚀—侵蚀影响，地形条件较为复杂。场区附近地貌类型主要为低中山岩溶峰丛谷地。

2.2 地层岩性

场地区附近上覆第四系残积层(Qel+dl)粘土，下伏基岩为三叠系下统夜郎组(T1y)薄至中层状泥质粉砂岩。

2.3 地质构造

项目区属扬子准地台、黔北台隆、遵义断拱、毕节北东向构造变形区:以北东向褶皱断裂为主，区域性断裂构造现已稳定。

根据国家地震局颁布的《中国地震动参数区划图》(GB 18306-2001)，场区地震动反应谱特征周期为0.35 s，地震动峰值加速度小于0.05 g，场区地震基本烈度小于Ⅵ度。

2.4 水文地质条件

区域无常年性地表径流。场区地下水类型为风化基岩裂隙水及岩溶水。地下水主要以大气降水为主要补给源。水体经地表渗入风化带基岩裂隙从高向低径流。

3 力学分析

3.1 模型的建立

考虑层状岩质斜坡的破坏模式以及上述的假设，在研究斜坡的弯曲变形破坏力学机理时，假定岩层是放在斜坡上单位宽度的梁板，如图1所示，运用欧拉理论进行分析。设岩层重度为γ，岩体弹性模量为E，岩层厚度为b，岩层假定长度为L，岩层横截面的中性轴惯性矩为I，各岩层的内摩擦角为φ，内聚力为c，斜坡的坡角为β，建立如图1所示的坐标系。

3.2 溃曲破坏临界坡长的确定

梁板简化为一个沿轴向压缩和附加弯曲的叠加受力的模式，如图2所示。

图1 顺层斜坡滑移弯曲变形的力学分析模型

图2 梁板受轴向压缩和附加弯曲

由图可得

设此板梁弯曲变形的弹性曲线函数为

根据变形能与外力所作功的能量平衡原理可得

其中:变形能ΔU为

外力做功ΔT为

解式而可得

由式4可得临界长度计算公式为

4 工程实例

该顺层岩质斜坡开挖坡高为40 m，岩体的物理力学参数如表1所示。

表1 斜坡岩体物理力学参数

由式5计算得出当岩层层数为3层时，临界坡长为Lcr=34.58＜44。因此，该斜坡经历长时间的蠕滑变形就会发生溃曲变形破坏。所以必须进行治理。

由于发生溃曲破坏的临界坡长为30.67，因此需要在这个位置加上锚索进行处理，具体的处理措施为开挖边坡坡比为1∶0.75，8 m设一个台阶，台阶宽2 m，第一、二级边坡采用三排预应力锚索进行防护，第二、四级边坡采用长度为6 m的锚杆框架植草进行防护。

5 结论及建议

(1)通过对顺层岩质斜坡溃曲破坏机理的力学分析，依据发生溃曲破坏的临界坡长计算公式计算出斜坡的临界长度为34.58 m，而开挖坡长为44 m，因此，该斜坡在长时间的蠕滑变形之后会发生溃曲破坏。

(2)针对该斜坡可能发生的变性破坏，对斜坡进行预防护，采用预应力锚索和长度为6 m的锚杆框架植草进行防护。

(3)对斜坡发生的变形破坏进行分析，并提出相应的治理措施，对今后类似的工程实例具有一定的借鉴意义。

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