连云港某岩质边坡稳定性分析与治理实践

2020-11-09陈城

工程建设与设计 2020年21期

关键词：测线滑动岩体

陈城

（江苏政泰建筑设计集团有限公司，江苏宿迁 223800 ）

1 工程概况

旗台山红石咀人工开挖边坡位于连云港火车站东南约2km，属后云台山系东北端。开挖边坡东西最大长度670m，南北最大宽度650m 左右，最大坡高约120m。该边坡为山体开采完后形成的一高边坡。

1.1 地层岩性

边坡出露地层为中上元古界云台组下段第三层的一部分，呈层状，表层风化较弱。主要岩性为白云二长片麻岩。灰白夹肉红及灰绿色，鳞片粒状变晶结构，片麻构造。矿物成分主要由钾长石（30%～35%）、斜长石（30%～35%）、石英（20%～25%）以及少量白云母（8%～12%）组成。偶见黑云母、绿帘石、磁铁矿等。岩石中的钾长石和斜长石往往呈变斑晶出现，粒径一般在0.5～1.0mm。颗粒较大的钾长石中均可见斜长石的出熔现象。长石和石英粒径在0.05～0.02mm，部分呈拉长状，彼此镶嵌形成条带。白云母呈鳞片状，沿片麻理定向分布。

1.2 边坡地质构造特征

边坡为一总体倾向SE 的单斜构造，地层产状比较稳定，总体走向 65°～80°，倾角 34°～39°。未见较大的断裂构造，受区域构造的影响，岩石节理比较发育，其中以NE 向一组，最为发育，倾向 NW，倾角 77°～81°。其次为 NW 向一组，倾向 NE，倾角72°～87°。节理都带有剪切性质，节理面较平滑或略显弧形，显示扭性或张扭特征。在白云二长片麻岩中见有长英脉沿裂隙充填【1】。

边坡岩体为变质岩，岩性为白云二长片麻岩。主要成分为较均匀的长英质，属坚硬岩组工程地质区。岩石致密坚硬，饱和抗压强度平均147MPa。完整性较好，大都块状构造。岩体风化程度较弱，岩石较为新鲜【2】。

边坡岩体节理发育，根据野外实地地质调查，主要有NE向和NW 向2 组，其中NE 向一组最发育，该组节理易造成岩石崩塌滑落。

1.3 水文地质条件

边坡所处位置为后云台山系旗台山红石咀，为剥蚀低山，划为基岩裂隙水水文地质区，水位埋深由山顶向坡地渐浅，富水性差异大。基岩裂隙水仅发育于裂隙、构造破碎带中。

2 边坡基本特征

2.1 边坡类型

本区边坡为岩石边坡，依据现场实测结构面资料、岩体结构特征，本区边坡的主要破坏特征为沿碎裂结构岩体中的不利滑动面组合滑移以及沿结构面不利组合形成的块体失稳，边坡破坏形式属于典型的滑移型及崩塌型【3】。

2.2 边坡岩体分类

根据现场结构面调查与地面宏观地质调查结果，边坡强风化岩体体积结构面数量大于10 条，结构面间距小于0.3m，结构面发育3 组，岩体为裂隙块状、碎裂结构，岩体完整程度为不完整，属于Ⅳ类岩体。

中等风化岩体为体积结构面数量1～5 条/m，结构面间距1～0.2m，结构面发育3 组，岩体为似层状结构，局部为镶嵌结构，岩体完整程度为较完整，属于Ⅲ类岩体。

微风化岩体结构面平均间距大于1.0m，岩体较完整，属于Ⅱ类岩体。

本工程边坡岩体基本属于Ⅱ、Ⅲ类岩体。

2.3 边坡破坏的特点

该区边坡的特点主要有：

1）开挖岩质边坡陡，边坡坡向与层面大角度相交。边坡岩体节理、裂隙较发育，岩体破碎，边坡稳定性差，边坡破坏主要为沿结构面组合形成的楔体发生崩塌破坏。

2）该边坡目前为二级开挖，高度在17m，边坡极易沿结构面组合交线发生滑动破坏。特别是结构面发育区域，呈碎裂结构。

3 边坡稳定性分析与评价

为了对边坡进行有针对性的治理，在现有坡面上测取了典型剖面以分析其稳定性。结合本工程边坡的特点，破坏形式主要表现为整体圆弧滑动破坏与局部楔体破坏（崩塌）2 种类型。

3.1 楔体破坏分析

对于沿结构面组合形成的楔体，由于本区结构面除层面外，大多为Ⅳ、Ⅴ级结构面。

3.1.1 边坡面上定位楔体的组成方式和搜索方法

根据工程区段结构面的发育和分布情况，参照构成楔体的结构面在边坡面上的出露位置，研究和确定边坡岩体内可能滑动楔体的各种组合方式和规模，为稳定分析提供几何边界条件。本项目采用如下步骤：

1）根据现场岩体结构面实测资料，建立岩体结构面空间分布模型；

2）确定结构面在开挖面上的出露情况；

3）应用块体理论，找出边坡面上可能滑动的楔体。

3.1.2 楔体的稳定性分析

求解由2 组结构面及坡面、坡顶组合形成的楔体的稳定性，可按Hoek 教授提出的方法（坡面楔体结构面大圆分析）进行求解。边坡块体稳定分析结果表明，大结构面组合形成的定位块体稳定系数均满足安全要求，其他小型楔体（深度小于4m）应采用清坡或系统锚杆加固方法进行处理。对于由随机结构面组合形成的随机楔体，应采用随机锚杆进行加固处理。

3.2 边坡整体稳定性分析

3.2.1 岩体物理力学参数

综合参考试验资料、大型水利工程中有关变质岩的大型现场试验资料，结合结构面计算机网络模拟结果获得的连通率选取岩体强度参数（见表1）。

表1 边坡整体稳定性计算参数一览表

3.2.2 边坡整体稳定性极限分析

采用极限分析程序，对边坡断面进行计算并自动搜索出临界滑动面，得到不同工况下边坡断面的稳定系数。计算得到的滑体稳定系数如下。

豇豆(Vigna unguiculata)为豆科豇豆属一年生缠绕性草本植物，又称角豆、带豆、挂豆角等，广泛分布于非洲、拉丁美洲及亚洲地区[1,2]。我国是豇豆的次生起源中心，主产于山东、山西、四川、江西等地，具有悠久的栽培历史[3,4]。豇豆不仅富含碳水化合物、蛋白质、维生素和Fe，Zn，Ca及Mg等矿物质，还富含赖氨酸、组氨酸等必需氨基酸及黄酮、多酚等生物活性物质，是我国重要的蔬菜作物，具有较高的经济和食用价值[5-7]。

1）天然状态边坡体的稳定性

现状天然状态下边坡体的稳定性计算，采用的孔隙水压力系数为0.10，滑裂面限制在中风化岩体内，并由程序自动搜索最危险滑裂面。边坡稳定系数最小为1.688，说明边坡在天然状态下处于稳定状态。

2）地下水水位骤升+地震工况边坡稳定性

本次计算根据连云港地区的降雨条件，计算时采用的孔隙水压力系数取值为0.30。从稳定分析结果可以得知，边坡各断面的稳定系数最小值按孔隙水压力系数法为1.254，其他断面均大于1.35，表明除局部不满足强降雨条件的稳定性外，其他断面整体处于稳定状态，满足边坡稳定的要求。

3.3 边坡稳定性评价

通过野外地质调查与统计分析表明，本边坡的主要失稳模式为层面与结构面组合形成的楔体，边坡整体稳定性能满足安全要求。基本结论如下：（1）根据结构面的分布特征，边坡岩体的可能破坏模式有：追踪岩体中的结构面连通网络、层面与走向NW 组结构面组合（在坡向SE 向坡）、层面与走向NE组结构面组合（在坡向NE 向坡）3 种类型；（2）由于边坡坡向与层面倾向大角度相交，边坡不存在沿层面发生滑动的可能；（3）楔体稳定分析表明，该边坡主要以浅部4m 以内的小块体破坏为主，大型楔体都处于稳定状态；（4）在各台级边坡坡面中，均存在有结构面密集带或破碎带，这些部位存在塌方的可能性；部分边坡坡面存在结构面不利组合、裂缝、临空面以及危岩体等灾害因素；（5）从边坡的整体稳定性来看，边坡的整体稳定性能满足安全要求，即在现状边界条件下（如降雨、坡面无荷载）边坡处于整体稳定状态，不会发生沿边坡岩体中的结构面组合而滑动。

4 边坡治理方案

根据现场地质调查，结合边坡岩质性状和稳定性分析结果，对不同区段边坡分别采取如下治理措施。

4.1 系统锚固区

一阶边坡：依据现场地质调查，一阶边坡的测线3 全段50m、测线9 全段50m、测线11 结构面密集发育段存在局部楔体破坏的可能，需采用系统锚杆+挂钢筋网+喷混凝土加固；设置系统锚杆（φ25mm 钢筋 @2 500mm×2 500mm，长度 L=6m）进行加固，锚杆孔孔向垂直坡面布置，倾斜角15°，钢筋网φ6.5mm@200mm×200mm，喷射混凝土强度等级C20，厚度100mm。并设置 φ50mm@4m×4m，L=0.7m，仰角 10°的排水孔。坡脚设置花坛并种植爬山虎等藤类植物。

二阶边坡：二阶边坡的13 测线全段0～50m、测线14 段0～15m、测线15 全段50m、测线21 结构面密集发育段、22 测线的 40～50m 及 24 测线的 20～40m 等区段，结构面发育，岩体呈碎裂结构，并存在局部楔体破坏的可能，需采用系统锚杆+挂钢筋网+喷混凝土加固；设置系统锚杆（φ25mm 钢筋@2 500mm×2 500mm，L=6m）进行加固，锚杆孔孔向垂直坡面布置，倾斜角15°，钢筋网6.5mm@200mm×200mm，喷射混凝土强度等级C20，厚度 100mm。并设置 φ50mm@4m×4m，L=0.7m，仰角 10°的排水孔。坡脚设置花坛并种植爬山虎等藤类植物。