基于赤平投影法的某顺层边坡稳定性研究

吴顺彬

摘 要：将赤平投影法运用于水利枢纽岸坡顺层位置施工过程中，能对边坡结构面组合的稳定性进行深度分析。基于此，本文首先分析岩质边坡稳定性与赤平投影法相关理论，并结合实际案例，探讨赤平投影法在某顺层边坡施工中的应用，以研究岩质顺层边坡的稳定性。

关键词：赤平投影法;顺层边坡;稳定性

Abstract： The stereographic projection method is applied to the construction of the bedding position of the bank slope of the hydro-junction， and the stability of the combination of the structural planes of the slope can be analyzed in depth. Based on this， this paper firstly analysed the related theories of rock slope stability and stereographic projection method， and then discussed the application of stereographic projection method in the construction of a bedding slope， in order to study the stability of rock bedding slope.

Keywords： stereographic projection method;bedding slope;stability

1 研究背景

赤平投影法是边坡稳定性分析的定性分析方法之一，其简易直观，在我国工程地质领域中应用十分广泛。例如，在楔形体滑坡破坏边坡工程中，可在结构面控制与岩体稳定性控制中使用赤平投影法，以对岩体结构面进行精细描述与深度研究。一般来说，由于岩体结构面物理力学参数变化较大，所以可能会导致边坡稳定性计算困难。在采用赤平投影法后，主要对边坡中结构面组合进行定性分析，并利用赤平投影法中的Swedge软件对边坡稳定性、概率性内容进行分析评价，深度分析其结构面物理力学参数与其对边坡稳定性的客观影响，最后在基础设计上融入微型桩加固方案，以完成整个施工过程。本文希望合理利用赤平投影法对水利枢纽工程的岸坡稳定性进行分析，同时求解水利工程顺层边坡稳定性安全系数，最后利用微型桩对顺层边坡坡体进行有效防护[1]。

2 水利枢纽工程中岩质顺层边坡的稳定性案例分析

2.1 水利枢纽工程概况

某水利枢纽工程左岸是岸坡式溢洪道工程，其紧靠左边坝肩，主要由进水渠、控制段、泄槽、缓槽段以及消能段共同组成。在溢洪道开挖施工过程中，对水利枢纽的边坡岩体产生扰动，造成岩土体本身的应力重新分布。从整体上来看，溢洪道开挖对坡体稳定性影响较大，所以需要对其采取相关的支护措施。从该水利枢纽工程的岩质边坡顺层来看，其地表上有黏土夹杂碎石的岩土体外露，下伏基岩则主要为灰岩和中风化层岩体，在受到层间裂隙影响后，其岩石质量表现为一般。在该水利枢纽工程路基开挖施工中，出现了5处边坡滑移垮塌事件[2]。

2.2 水利枢纽工程施工现场地质调查

对水利枢纽工程施工现场存在的5处边坡滑移垮塌问题中的一处进行深入研究分析。案例水利枢纽工程左岸岸坡典型断面如图1所示。

通过分析图1和对当地工程地质进行现场调查可知，该水利枢纽工程中存在截水沟与坡口线，地层地质为炭质页岩2层和薄层粉砂岩3层。在边坡滑塌底部及周边位置没有看到明显的积水现象，土体整体表现湿润，在滑塌以后其节理面与层面相对平坦。而在雨季的影响下，丰富的雨水所形成的强渗透作用使得含砂软黏土中的含水量大涨，岩体整体抗剪强度严重下降，形成沿地质结构面滑动的双滑面楔形滑移体。以文中分析的某一处边坡滑移垮塌现象为例，其结构面倾向角度为85°，倾斜角为30°，岩体容重为23kN/m2，水容重为9.8kN/m2，坡体高度H为50m。

2.3 水利枢纽工程施工现场的边坡稳定性分析

利用赤平投影法分析水利枢纽工程施工现场的顺层岩质边坡，对其边坡稳定性进行分析，创设[J1]～[J3]共3个结构面进行相互组合并深度分析，有效判断边坡稳定性。

在边坡稳定性分析过程中，首先要考虑楔形体本身的几何方向，准确获得楔形体的安全系数，并对楔形体本身的极限稳定性进行分析，充分考量楔形体的几何尺寸、结构面抗剪强度以及顺层边坡周边的地下水分布情况。之后，再利用赤平投影法给出楔形体的稳定性系数分析过程，其稳定性系数Fs为：

式中，[tanϕa、tanϕb]分别代表结构面A、B的倾向和倾角;[γc]代表楔形体岩体的容重;[γW]代表水容重;H代表楔形体高度。结合式（1）分别计算出其中的X、Y、P、Q，然后对3个结构面的稳定性进行对比分析。首先分析结构面[J1]、[J2]的稳定性，两结构面组合形成赤平投影，配合赤平投影交线法求解其交线產状数值，再利用Swedge求解两结构面在组合过程中，保证坡体的安全系数始终>1。[J1]、[J2]赤平投影结构面稳定性分析示意图如图2所示。

同理，还要对[J2]和[J3]、[J1]和[J3]的结构面稳定性进行分析，结合3类结构面组合稳定性分析获得3个结构面组合的中交线赤平极限投影点，其应该位于自然坡面与开挖面之间。在分析过程中，要注意其滑移破坏的可能性，并特别对[J1]、[J3]结构面组合进行深度分析，主要分析其发生滑移破坏的可能性。

2.4 水利枢纽工程施工现场的边坡稳定性加固设计分析

在该工程中，主要采用微型桩进行边坡稳定性加固设计，并提出设计方案。工程中首先对顺层边坡的滑坡推力进行计算，专门选取宽度为1m的坡体作为核心计算单元，取安全系数K值为1.25，然后再计算出滑坡推力E的最终推力数值。之后，为工程施工选择确定微型桩，工程中设计并采用孔径为200mm的微型桩，桩内加入筋体，其规格应该为的钢筋以及的无缝套管，套管厚度为3mm。水利枢纽工程中的微型桩如图3所示。

工程施工中采用的微型桩主要呈现梅花桩布置，其桩间距离为1.5m，桩排距为1.5m，共设置3排，每桩桩长为12m。由微型桩形成的支护体系计算单元为1.5m宽度的顺层边坡坡体，要结合验算过程了解其整体抗滑性与滑面位置的抗剪能力，进而验证得出该工程中加固方案的可行性。结合设计方案的核心内容，在1.5m宽的坡体中设置5根微型桩，严格遵照《钢结构设计规范》（GB 50017—2014）计算出工程施工中所使用钢材的抗剪强度，其钢体横截面设置为A，然后计算出5根微型桩的结构抗剪力，计算公式应该为：

式中，[Rc]代表结构抗剪力;[fv]代表钢材抗剪强度;[A]代表钢体的横截面积;[n]代表整体抗滑稳定性系数。然后再验算整个微型桩的抗滑稳定性，对其画面整体抗剪强度与微型桩的抗剪强度进行组合分析，获得其滑面参数。最后再计算出微型桩组合的整体稳定系数应该为：

式中，[RJ]代表滑体自身所产生的抗剪力;T表示滑体自身所产生的下滑力。

工程施工中，保证微型桩组合的整体稳定系数满足设计安全要求，然后对滑面处的整体抗剪力进行验算，按照最不利的影响情况进行分析，但并不考虑注浆与桩周土体的抗剪强度影响，即要求滑坡所有推力都要作用到5根微型桩上，然后再计算出微型桩的抗剪力结果，保证结果满足工程设计安全要求。

在计算微型桩抗剪力后展开微型桩施工，其主要施工流程如下：施工现场整理→钢管钢筋制作→测量放线→孔距定位→钻孔→钢管与钢筋安装→注浆→绑扎框架钢筋→浇筑混凝土→定期养护[3]。

在整个施工流程中，要运用成孔、注浆、水泥浆液配置等工艺技术内容。以水泥浆液配置要求为例，其要求水泥砂浆的水灰比控制在0.4～0.55，同时要求灰砂比例为1∶1，保证砂浆强度>30MPa。水泥浆搅拌3min以上，再进行注浆，保证浆液均匀[2]。

3 结语

在水利枢纽岩质边坡加固施工中，要合理使用赤平投影法，直观分析节理化岩质边坡的相关物理内容，并进行定性和定量分析，主要针对其结构面稳定性进行支护计算，获得支护后的稳定性系数变化，确定最佳支护位置。

參考文献：

[1]郑金华.基于赤平投影法的某顺层边坡稳定性分析及加固措施研究[J].吉林水利，2018（6）：6-10.

[2]向国泽，杨淑萍.赤平投影分析法在边坡工程中的应用[J].西部资源，2018（3）：135，137.

[3]冯登.基于赤平极射投影和可靠度的岩质边坡稳定性分析方法[D].重庆：重庆交通大学，2018.