昔阳至榆次高速公路某路堑边坡稳定性评价

张 鹏

(甘肃省地质矿产勘查开发局第二地质矿产勘查院(甘肃水文地质工程地质勘察院)，甘肃 兰州 730020)

昔阳(晋冀界)至榆次高速公路是山西省高速公路主骨架“3纵12横12环”第七横的重要组成部分。工程某段左侧为深挖路堑，本路堑建设场地位于山西省晋中市榆次区，全长120 m，路线中心最大挖深33.062 m，最大坡高34.27 m。路堑边坡由第四系上更新统风积物(Q3eol)、中更新统冲洪积物(Q2al+pl)及三叠系中统二马营组下段(T2er1)沉积岩组成。本文对深挖路堑建设场地的工程地质条件进行详细分析，并对路堑边坡稳定性做出评价，为工程设计与建设提供必要的地质依据。

1 地质概况

路线方案所处走廊带位于吕梁—太行断块(Ⅲ级)的次级单元—沁水块坳的北部与晋中新裂陷西部，构造行迹以断层、褶皱为主。设计路线主要展布于沾尚(昔阳)—武乡北北东向褶带的北端，地貌特征属于构造剥蚀低中山区，西部与晋中新裂陷之侯城平遥陷隆北端相接，地貌特征属于山前倾斜平原区。

本路堑范围内地层主要由第四系上更新统风积物(Q3eol)湿陷性黄土(粉土)、中更新统冲洪积(Q2al+pl)黄土(粉质黏土)及三叠系中统二马营组下段(T2er1)强～中风化砂岩组成，岩层产状较缓，倾角9°左右。本次勘察未发现有褶皱、断层等地质构造存在，地质构造简单。区内地下水类型为第四系松散岩类孔隙水和碎屑岩类裂隙水，主要接受大气降水垂直下渗补给。由于地势较高，地形切割严重，无良好的赋水条件，故一般透水而不含水。

2 不良地质与特殊岩土

依据工程地质调绘成果，本路堑范围内无不良地质现象发育。经地质调查及钻探揭示，该深挖路堑范围内Q3eol湿陷性黄土(粉土)分布于高边坡。依据附近探井取样试验结果，该黄土(粉土)湿陷系数δs为0.073～0.093，总湿陷量△s为557.25 mm，自重湿陷系数为δzs0.001～0.033，自重湿陷量△zs为85.2 mm。根据《湿陷性黄土地区建筑规范》(GB50025—2004)中有关规定，本路堑区属于自重湿陷性场地，湿陷等级为Ⅱ级，最大湿陷厚度为5.9 m。

3 各地层工程性能分析与评价

Q3eol湿陷性黄土：该层在路堑范围内局部分布，揭露厚度3.00～5.90 m，大孔隙及虫穴发育，具垂直节理，稍湿、稍密，具Ⅱ级自重湿陷性，属Ⅱ级普通土，工程地质性质较差。

Q2al+pl黄土：该层在路堑范围内局部分布，揭露厚度9.50～10.30 m，小孔较发育，具垂直节理，多呈硬塑状态，无湿陷性，具中等压塑性，属Ⅱ级普通土，工程地质性质较差。

T2er1强风化砂岩：该层在路堑范围内广泛分布，揭露厚度为3.9～4.3 m，风化裂隙很发育，岩体破碎，为软岩，属Ⅳ级软石，工程地质性质稍差。

T2er1中风化砂岩：该层在路堑范围内广泛分布，揭露厚度为19.5～21.7 m，风化裂隙发育，岩体较破碎，为较坚硬岩，属Ⅴ级次坚石，工程地质性质较好。

4 边坡稳定性评价

路堑边坡稳定性由边坡岩性组合、岩体结构、地质构造、风化程度以及含水条件、岩层产状及结构面与路段边坡的组合关系等因素综合控制。根据本次勘察结果，现将本深挖路段边坡类型及控制边坡稳定性主要因素分述如下。

4.1 边坡类型

本深挖路堑边坡由第四系上更新统风积物(Q3eol)湿陷性黄土(粉土)、中更新统冲洪积(Q2al+pl)黄土(粉质黏土)及三叠系中统二马营组下段(T2er1)沉积岩组成，属于土石复合边坡。

4.2 边坡结构类型

本深挖路堑边坡由湿陷性黄土(粉土)、黄土(粉质黏土)、强～中风化砂岩组成，边坡整体上属于多层结构。

4.3 岩层产状与路堑边坡组合关系

路堑路线走向为277°，左侧边坡坡向为7°，岩层产状为240°∠9°，岩层倾向与坡向夹角为127°，岩质边坡为层状斜向结构，呈较有利组合，属较稳定结构，岩层产状对左侧边坡稳定性影响较小。

4.4 边坡稳定性计算

本次勘察利用理正岩土软件对AK108+765横断面左侧边坡建模搜索最危险滑裂面，进行稳定系数求解，根据《公路路基设计规范》(JTGD30—2015)中相关规定，采用简化Bishop法进行分析计算。

简化Bishop计算方法：

(1)

式中：Fs为稳定系数；bi为第i条个土条宽度，m；ai为第i条个土条底滑面的倾角，(°)；ci为第i条个土条滑弧所在土层的黏聚力，kPa，依滑弧所在位置取对应土层的黏聚力；φi为第i条个土条滑弧所在土层的内摩擦角，(°)，依滑弧所在位置取对应土层的内摩擦角；mai为系数，按下式计算，式中各符号的意义同前；

(2)

式中：Wi为第i个条土重力，kN；Qi为第i个条土垂直方向外力，kN。

根据《公路路基设计规范》(JTGD30—2015)第3.7.4条规定，在天然工况下，按设计参数建议值计算，当台阶高度为8 m，每个台阶设置2 m宽的平台时，边坡稳定性系数为1.509，大于安全系数1.200，满足稳定性要求，圆心(-1.614,22.318)，半径22.376 m；在地震工况下，按设计参数建议值计算，当台阶高度为8 m，每个台阶设置2 m宽的平台时，边坡稳定系数为1.440，大于安全系数1.200，满足稳定性要求，圆心(-1.734,22.798)m，半径22.863 m；在饱和工况下，按设计参数建议值计算，当台阶高度为8 m，每个台阶设置2 m宽的平台时，边坡稳定系数为0.730，小于安全系数1.200，不满足稳定性要求，圆心(-0.894,22.656)m，半径22.674 m。

4.5 边坡稳定性分析

全长120 m，路基中心设计标高在1 059.090～1 061.230 m之间。路线中心最大挖深33.062 m，最大坡高36.08 m。通过对边坡稳定性因素的组合分析，评价如下：

路堑范围内无地下水分布，地表水排泄较通畅。路堑开挖后坡面产状为7°∠53°，左侧边坡主要由第四系上更新统风积物(Q3eol)湿陷性黄土(粉土)、中更新统冲洪积(Q2al+pl)黄土(粉质黏土)及三叠系中统二马营组下段(T2er1)沉积岩组成；黄土(粉质黏土)，硬塑；砂岩强～中风化，风化裂隙发育～较发育，岩体破碎～较破碎；泥岩强～中风化，风化裂隙发育～较发育，岩体破碎～较破碎。经工程地质调绘及钻探揭示，岩层产状为240°∠9°，发育有3组节理，J1：11°∠70°，5条/米，张开度2～3 mm，表面平直，无胶结，结合程度差；J2：151°∠39°，6条/米，张开度为1～3 mm，表面平直光滑，无胶结，结合程度很差，J3：206°∠49°，5条/米，张开度为2～3 mm，充填物为岩屑及泥质充填，结合程度差。

(1)单组结构面：岩层产状与开挖坡面投影弧近乎相对，属稳定结构，此单组结构面对边坡稳定性影响小；J1结构面走向与坡面走向、倾向均相近，但其倾角大于坡角，属较稳定结构，此单组结构面对边坡稳定性影响较小；J2结构面走向与坡面投影弧近乎相对，属稳定结构，此单组结构面对边坡稳定性影响小；J3结构面与坡面投影弧近乎相对，属稳定结构，此单组结构面对边坡稳定性影响小。

(2)两两组合：J1与J2结构面组合交点位于边坡投影弧同一侧，但在开挖坡面内侧，说明结构面组合交线的倾向与坡面倾向一致，倾角大于坡角，属较稳定结构，对边坡稳定性影响较小；J1与J3结构面组合交点位于边坡投影弧同一侧，但在开挖坡面内侧，说明结构面组合交线的倾向与坡面倾向一致，倾角大于坡角，属较稳定结构，对边坡稳定性影响较小；J1与岩层产状结构面组合交点位于边坡投影弧同一侧，但在开挖坡面外侧，说明结构面组合交线的倾向与坡面倾向一致，倾角小于坡角，属不稳定结构，对边坡稳定性影响较大。

J2与J3结构面组合交点位于边坡投影弧对侧，没有滑动的可能，属稳定结构，对边坡稳定性基本无影响；J2与岩层产状结构面组合交点位于边坡投影弧对侧，没有滑动的可能，属稳定结构，对边坡稳定性基本无影响。

J3与岩层产状结构面组合交点位于边坡投影弧同一侧，但在开挖坡面外侧，说明结构面组合交线的倾向与坡面倾向一致，倾角小于坡角，属不稳定结构，对边坡稳定性影响较大。

综上所述，土体在大气降水的冲蚀、潜蚀作用下易产生小范围坍塌及沿下伏基岩面整体滑塌等不良地质现象，边坡稳定性差；基岩边坡岩层产状与坡向为层状斜向结构，呈较有利组合，属较稳定结构，岩层产状对左侧边坡稳定性影响较小，且发育有3组节理，经赤平投影分别分析单组和两两组合结构面，部分结构面为不稳定结构面，对边坡稳定性影响较大，易产生碎落、崩塌等不良地质现象，边坡稳定性较差；而在施工条件下，由于开挖对岩土体的扰动、破坏作用，可使坡体稳定性降低，可能加剧碎落、坍塌、崩塌及滑塌等不良地质现象。综合评价，该路堑边坡稳定性差。

5 结论

项目区场地地层结构简单，断裂构造不发育，构造痕迹以褶皱为主，但岩体破碎～较破碎，节理裂隙很发育～发育，对边坡稳定性有影响。场地内不存在泥石流、崩塌、滑坡等不良地质作用或地质灾害发育。拟建工程场地类别为可进行建设的一般场地。结合地质构造、外动力地质现象及岩(土)体强度，综合分析认为，路堑场地稳定性较差，在加强边坡防护设计后，可以进行拟建工程建设。开挖后该坡体自然条件下处于稳定状态，施工过程中宜采用分层开挖、分层防护和坡脚预加固技术，并采取坡面防护措施。