地质工程施工中边坡裂缝分布成因及处理措施

2021-01-06卢志强

中国金属通报 2020年15期

卢志强

（贵州地矿基础工程有限公司，贵州贵阳 550001）

1 研究区域资料与地质

拟新建岩土工程施工位置处在河道的中游，该区域地处高山之上，河道的平面呈现反“S"形。河道在平水时期的水面高程为1325～1328m，河道水面的宽度则在75m～100m之间，水深在7m～12.5m。同时河道呈现V字对称型形态，左岸和右岸的岸坡坡度分别为33°～45°与40°～45°，山顶的高程分别在1650m～2000m和2300m以上。另外，河道两岸的坡面较差，完整性较差，整体结构发育呈现出横向和斜向的冲沟[1]。

新建岩土工程区域内的基岩完全裸露在外，大部分是喜山期李不虾的岩体（γ6），γ6的岩性大多是混合的花岗岩和麻岩为主，然后是斜长角闪片麻岩。依据岩性的组合分布特征将其划分成5个岩组，此次研究是李不虾岩体的1～4组（γ6－1～γ6－4）。另外还发现在地质斜坡的岩体之中还存在一些白岗岩脉，具体的总体产状N25°～40°E/NW∠30°～50°，厚度在0.2m～0.5m，并和围岩相互相接。地质斜坡的表面部分被第四系崩坡积（Q4col+dl）所覆盖，而第四系冲积物（Q4al）厚度在14.2m～27.2m。

图1 地质工程研究区域内剖面示意图

2 中缓倾角裂隙的特征

2.1 中缓倾角的裂隙分布

本次研究的位置布设较多的勘探平硐，经过详细的实际测量而得到中地质边坡的裂缝分布空间具体的分面规律，主要特征如下所示：

（1）本次选择的研究区域，其地质边坡的结构面呈现较为优良的发育，并且陡倾角的结构面显示发育较少，而中边坡的走向则主要是NNE和NE-NEE，左岸优势的方位为N30°～60°E/NW∠15°～40°，和河道的流向几乎呈现平行的情况;以高程方面来讲，地质边坡的角度偏差较小；以深度地质结构的分布而言，整体上边坡角度伴随洞深的提高而降低，再达到相应的深度之后，边坡倾斜角度所发生的变化十分的显著。整体来讲，地质边坡的结构面受水文地质地貌的相应控制，地质边坡的结构面走向与上游呈现岸坡平行，而和下游河道呈现岸坡小角度的斜交。

（2）中缓倾角的裂隙位于1350m～600m的高程内，水平的洞深则在0m～150m，另外，根据高程的不同，水平深度同样不同，底高程段和中高程段以及高高程段最大深度分别为120m、150m、180m。需要说明的是，所研究范围内主要是发育密度＞5条/10m2。

（3）地质边坡裂缝分布呈现十分明显的间隔性，即是结构面的相对密集段和稀疏段均存在。根据统计表明，斜坡表生改造段和具有3～4个相对密集段。并且此斜坡的结构面密集段，其宽度10m～20m，面密度10～18条/10m2，而带与带间的距离为30m～50m，面密度5～8条/10m2。

2.2 中缓倾角裂隙的特征

如上述所讲，斜坡地质产生的作用程度均在中缓倾角的裂隙改造程度中予以体现，针对中缓倾角的裂隙性状进行研究得出，其能够呈现出地质作用的大小程度，与此同时，分析其形成的机制时具有重要的参考作用。而以延续性和充填的相应特征进行研究，主要具备下述特征[2]：

（1）表生的改造会直接影响地质边坡表面分布的裂缝结构面的实际数量，并且还会延续性造成一定的影响，通常来讲，长期的作用斜坡的荷载会促使中缓倾角裂隙具备更优的延续性。在地质功臣搞研究区域所得到的边坡倾角结构面最为真实的迹长十分的困难，因此只有在实际现场进行测量加以对比迹长。经过统计显示，密集段的结构面，其迹长均高于均匀分布段。

（2）在正常的改造段中的闭合的倾角结构面，其占比小于密集段，在微张和上等级的占比表明大于密集段。另外，在两段地质倾坡的外部，其中边坡角度的结构面开度特征表现的差异性，致使其填充的特征表现出明显的差异所在。而在正常的分布段中，倾坡外的倾角结构面填充为角砾碎屑比例明显大于密集段，而在闭合无充填的倾角结构面中的比例则小于密集段。

3 地质边坡裂缝的形成机制分析

通过上述分析结果显示，地质边坡裂缝是由于地质斜坡的地质作用而形成，此过程以边坡裂缝的存在为发展的基础而继续的发展。改造表生之前的地质边坡裂缝存在一个孕育过程，即岩体开始破裂发展至宏观的破裂，然后形成工程地质结构面。

3.1 裂缝形成的岩体建造和构造基础

如上所讲，新开发地质工程区域的岩体为混合花岗岩和片麻以及斜长角闪片麻岩等构成，并且经过漫长的构造作用以及变质作用。而上述岩体经过一系列的建造和构造改造时造成了边坡的结构面，其是地质边坡结构面进一步形成的主要基础。

（1）原生型。研究区域内的原生型地质边坡结构面，其大多呈现白岗岩脉和围岩相接触。依据实际现场的勘察发现，在地质工程施工位置发育多为白岗岩，大部分为脉体的形式。

地质边坡上的斜角最深位置，岩脉和围岩大部为混合的接触，整体地质情况比较良好，但是其是较为薄弱的一种结构面，同样其也证明了原生型边坡结构面的存在。此种地质边坡的结构面于岸坡的最深处呈现较少部分的裂面接触;在地质边坡浅表部位的斜坡，通常情况下会显示为裂面的接触，有些会在脉体内显现为与接触面所平等的裂缝。

（2）构造型。研究区域的岩体经过十分复杂的构造作用，因此表明，构造型的边坡结构面绝对的存在。但在判断数量较多的地质边坡结构面时，无论是判断构造型，还是既存构造型基础上改造而成，又或者经全新深化而产生都比较的困难。分析证明所研究区域的地质构造型结构面的证据，与其结构面形成的贡献对研究边坡结构面的形成十分的重要。

据实际的调查证明地质边坡结构面的存在证据如下：在工程施工区域当中均存在倾向坡外的结构面；在斜坡中存在部分局部地段发育，和坡面走向中大角度的斜交结构面；在施工区域内区右岸低高程存在部分结构面发育。构造型结构面的样式为早期区域构造的挤压而形成，所形成的X型共轭剪裂与断层错动并在上下盘而产生的张剪型破裂。所以得出，构造型结构面在施工区域内是形成边坡的结构面最为重要的基础，并且结构面并非完全由构造作用而导致形成。

3.2 裂缝形成的机制的工程地质

依岩石的力学进行分析表明，裂缝的形成主要是岩石产生破裂的相应过程，破裂主要是从微观至宏观的演变，此演变是动态的变化，另外，斜坡应力场和岩体早期的微破裂都会对地质形成过程造成非常重要的影响。整体而言，应力主要为压剪的形式，而在表层中则是裂缝，所以，不同演变过程对应不同的破裂形式。本次研究的中缓倾角的结构面，其全部位于斜坡一定深度内，此范围应力多为压剪。在实际勘察中显示下列3类的破裂最为值得关注：①雁裂破裂面；②阶梯形态破裂面；③长大的中缓倾角裂隙。上述形式产生的破裂主要是结构面从微观发展至宏观的重要步骤，不同的步骤代表着不同的应力条件:第一步骤为裂隙萌生期;第二步骤为裂隙贯通期;第三步骤为结构面的发展演化期。

4 地质边坡的间隔性分布

经过上述的研究得知，最初期的建造和改造的作用以及地质作用均为裂缝间隔性的分布打下一定的基础。

4.1 地质边坡结构的演化

到第四纪后的青藏高原不断的发性间断性的隆升现象，及冰期与间冰期两者的不断发生交替，而地质的演化阶段完成，对基准面产生侵蚀作用后的深层地质完全转换为边坡结构表面，由此致使怒江完成统一的水系现象，由此间歇性的下切促进形成了地质的阶地。通过针对地质阶地进行分析得出，地质结构存在四个十分明显的阶地，其代表四次下切的主要过程，即快速下切→相对稳定→快速下切→相对稳定。与此同时，针对地形地貌的分析发现地质结构出现过偏移的情况，主要是从地质的左偏移至右。

根据岩体的力学得知，卸荷速率存在的差异则会产生较大对岩体破裂的影响，详细来讲，即快速的下切跟随张性的产生而导致破裂，慢速的下切则跟随剪切的产生而破裂，此类规律同样适合在斜坡结构面的力学类型，从地形地貌来讲，其整体显现为陡坡和缓坡的相间性发育。另外，与地质深部结构发育部位更加接近的斜坡区域的岩体，其非常容易受到加载[3]。

4.2 数值计算

经过上述的地质分析研究得知，地质边坡裂缝大多是经过间歇性的下切以及偏移而促进形成间隔的分布现象。下面运用数值计算方法进行反演过程。

通过构建出地质结构下切前的模型，通过在数值的计算中加入考虑快速与稳定的下切，认为地质结构总共经四次的下切作用，再此过程进行细化分切体为5步，对前4步进行下切时加以控制计算时步，对第5步则自然的收敛。根据事先拟定的方案开始进行数值的详细计算，下图2（a～d）为四次下切时不同时步时坡体内剪切带的发展。图2的显示表明，地质结构在每一次的低速下切时均在相对应的高程段促进形成剪切带，并且剪切带均形成较大的规模，可以延伸至上一次低速下切而对应高程内。