岩质边坡稳定性的工程地质研究

2016-04-14张春何

地球 2016年4期

关键词：岩质工程地质岩体

■张春何

(福建省第四地质大队福建宁德352000)

岩质边坡稳定性的工程地质研究

■张春何

(福建省第四地质大队福建宁德352000)

随着经济的不断增长，我国加大了工程的建设力度。在工程建设过程中，岩质边坡稳定性对工期和工程造价有较大的影响。此外，在边坡工程设计与施工过程中，岩质边坡是工程施工的主要依据，进而为工程建设的决策提供有利保障。因此，本文针对岩质边坡稳定性工程地质进行了研究，通过对岩质边坡地形和岩体结构等方面展开了分析，从而为工程施工提供一定的理论基础，并最大程度的保证工程施工的安全和质量。

岩质边坡稳定性工程地质岩体结构

岩体工程作为主要工程之一，经常碰到岩质边坡的施工，其对地质条件有严格要求。当岩质边坡遭到破坏，其结构失去稳定性，将导致岩土工程出现工程事故和灾害。由于岩体内结构面和结构体的排列组合形式具有复杂性，在工程地质条件下，除了需要选择好竖井井位、斜井井口以外，还必须对坡形和岩体等进行综合分析，通过风化外部、动力载荷等因素对岩质边坡稳定性进行分析，从而确保工程施工质量。

1　基本概念

1.1工程地质因素力学概念

自然边坡是因外力与内力共同作用下产生的一种地貌形态，边坡高低、陡缓都能从地貌特征上反映出来。基于这一特征，能够表现出平衡演变规律。可以从地质学与力学两个方面对边坡稳定性进行分析，并要结合具体的工程地质因素。在国内外众多研究中，力学方面研究成果更多。抗滑与滑动力是边坡稳定性计算力学的重要依据，其中，抗滑表示的是内在聚应力与摩擦力之间的总和。比如，土质边坡的土颗粒摩擦力与内在聚力是决定应力的关键。岩质边坡出现破坏会沿着结构面开裂，而内聚力与摩擦力也决定着抗滑力。滑动力与外力作用相同，岩体自重是外力的一种，单一方式存在，而水动力则是多种形式存在，这些都能够用数据表现出来。可以用如下关系式表示工程地质因素，能够将抗滑力与滑动力大小表示出来，两者之间的比可以用n表示。

n=抗滑力/滑动力

通过上述公式，可以将工程地质因素划分为滑动力因素与抗滑力因素，比如，岩石组成、岩土结构、水作用、震动作用等。对抗滑力因素与滑动力因素的划分并不是永恒不变的，也可以使用矩原理计算，滑动力作用就是岩体自重，在被动区间起到抗滑效果。

1.2岩体结构的概念

岩体结构与岩石结构存在相似性，但又有诸多不同，概念分为两个方面：一方面是以相互排列的关系组成岩石；另一方面是组成岩石颗粒大小与形态，也包含颗粒表面特性内容。从力学角度上看，岩体变形取决于外力作用方向与强度，受结构面影响大，以单独结构面或者结构体不能取得较好的研究效果。结合边坡稳定性，能够将岩体划分为三种，分别是层状结构边坡、块状结构边坡、网状结构边坡等。在自然形态中，三种岩体会相互交错存在一个岩体内。

2　岩质边坡稳定性分析方法和计算原理

当前，在对工程中的岩质边坡稳定性加以分析的方法有两种，分别是极限平衡法和数值分析法。对于极限平衡法，主要是在边坡滑动面确定的情况下，结合滑裂面的抗滑力和滑动力，然后计算安全系数。在采用极限平衡法对岩质边坡稳定性进行分析过程中，应该将岩块看作一个刚体，对岩体应力予以忽略，并不考虑岩质边坡的分布与变形。对于数值分析法，主要是借助于计算机对数值加以分析。比如，利用DDA和块元体、有限元等对岩质边坡的应力场和位移场予以确定，并得到安全系数[1]。极限平衡理论是一种主要的确定性方法，使用极限平衡理论对岩质边坡稳定性进行检测时，需要在滑动趋势范围内，将边坡岩体以规则化的小块体形式，以块体的平衡条件为基础，建立边坡静力平衡方程，对安全系数加以求解。岩质边坡工程的地质环境和外界条件复杂性较强，而且岩体有不均匀性、不连续性等特点，因而岩质边坡工程十分复杂。但是，通过利用数值分析法，并遵循岩体的破坏原则，对边坡的拉裂、塑性区和压碎区予以确定，继而得到岩质边坡的位移场和应力，然后通过模拟岩质边坡的支护和开挖，降低地下渗水和地震等对边坡稳定性的影响[2]。

在对岩质边坡稳定性进行分析过程中，需要按照相关原理加以计算，利用强度折减法思路进行计算。通过对岩质边坡稳定性予以分析，可以发现在外荷载或自重作用下，边坡稳定性将遭到破坏，所以塑性区会贯穿整个坡体，从而形成一道滑裂带，进而导致坡体会沿着滑裂带向下滑动，最终在滑裂带的坡体上形成机动结构。依据强度折减法思路，将岩体的参数c、除以折减系数，从而计算坡体最小安全系数，此时，岩质边坡的岩土将达到临界状态，使得剪切发生破坏。在折减思路作用下，能够对岩质边坡稳定性进行准确计算，从而判断边坡稳定性

3　影响边坡稳定性的内在因素

地貌条件：地球内在应力作用下将产生不同的地貌形态，更会对岩质边坡产生一定影响，主要表现在在以下几方面：出现了临空面，说明边坡处于失稳状态，而在山体中临空面出现的情况较少，说明边坡具有较强的稳定性，工程地质情况相似时，平面凹形稳定性将比凸形稳定性高；从地貌单元位置上看，陡坡、陡崖、河流的凹陷地带稳定性不强。

岩石性质：如果岩石松软、强度低、抗风能力弱表示边坡稳定性差；岩石矿物组成成分也会影响到边坡稳定性。比如，松软岩质边坡中附带有粘土矿将使稳定性提升，但如果含有是蒙脱石将使稳定性降低，因为黏土矿亲水性弱，膨胀系数低，蒙脱石则正好相反[3]。因为岩质不同，不同岩性组成的边坡破坏形式也会存在差异。比如，泥岩、红色叶岩、泥质岩以及裂隙粘土都会在滑坡地层中出现，将不会出现高陡的自然边坡。但如果是坚硬岩层，则会组成较高的自然陡立边坡，边坡一旦失稳将出现坍塌。

结构面与倾角方向存在稳定性关系：如果稳定性控制面倾向比边坡角度小时，稳定性低，但稳定性控制面高于边坡角度，则稳定性较好；倾向一致的缓倾边坡，如果结构越陡，就表示稳定性越强。

4　岩质边坡的地形条件和岩体特征

4.1岩质边坡地形条件

本文将以漳州～龙岩高速路段为例，分析岩质边坡地形条件与特征。该路段起于漳州市长洲立交桥，终于龙岩龙门。其中龙岩段沿线地形险峻，高山陡坡居多，而且不同类别的岩质边坡地质条件极其复杂。通过反复论证，最终采用高架桥为主、隧洞道为辅的方案，高架桥有石崆山II号、建安关高架桥、九沙溪高架桥等。其中，以石崆山II号高架桥岩质边坡路段的工程地质条件最为复杂，属深切窄谷地貌。石崆深II号的右线岩质边坡走向由东向西，长度约200m，整体坡向为向南倾斜，然后对岩质边坡进行综合概化测绘。

4.2岩质边坡结构面和结构类型特征

本区岩性为燕山早期黑云母中粒花岗岩，风化程度低，岩质新鲜。此路段岩质边坡在发育过程中，一般会形成很多结构面，然而这些结构面的贯通性较差，在贯通性不良的情况下，结构面将不容易进入填充物[4]，同时延伸长度较小，结构面的间距较大（平均间距一般大于2.50m），而且大多数是紧闭型，结构面表面较粗糙，是比较典型的刚性接触。岩质边坡的岩体呈现完整状态，是由硬质花岗岩构成的块状结构型岩体，具有较强的稳定性[5]。