大连自贸区岩质边坡稳定性评价

张慧敏 张绍波

摘 要：【目的】边坡尤其是岩质边坡稳定性评价是岩土工程学以及实际工程中经常遇到的问题。【方法】本研究选取大连自贸区内某边坡，将边坡分为AB、BC、CD三段，采用赤平投影法对边坡稳定性做定性分析，并利用平面滑动法对边坡稳定性做定量分析。【结果】结果表明：该自贸区边坡稳定性处于稳定状态。【结论】本研究对边坡防护措施提出了建议，涉及的边坡评价方法和边坡防护措施对于边坡治理具有理论和现实意义。

关键词：岩质边坡；稳定性评价；平面滑动法；赤平投影法

中图分类号：TU457      文献标志码：A     文章编号：1003-5168（2023）08-0065-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2023.08.013

Stability Evaluation of Rock Slope in Dalian Free Trade Zone

ZHANG Huimin    ZHANG Shaobo

（School of Geographical Sciences， Liaoning Normal University， Dalian 116000， China）

Abstract： [Purposes] Stability evaluation of slope especially rock slope is a common problem in geotechnical engineering and practical engineering. [Methods] In this study， a slope in Dalian Free Trade Zone is selected， which is divided into AB， BC and CD sections. The slope stability is qualitatively analyzed by the terak-plane projection method and quantitatively analyzed by the plane sliding method. [Findings] The results show that the slope stability of the free trade zone is in a stable state， and the suggestions for slope protection measures are put forward. [Conclusions] The slope evaluation method and slope protection involved in this study have theoretical and practical significance for slope treatment.

Keywords： karst rock; stability evaluation; plane sliding method; equatorial projection method

0 引言

岩质边坡由于结构复杂，断层、节理、裂隙之间交互切割，块体也极不规则。在工程建设中，常会碰见各式各样的边坡问题，如高速公路周围的边坡防护、露天采矿工程中人为引起的高边坡堆积等，如果这些边坡得不到正确及时的防护，就可能发生滑坡现象［1］。如果出现边坡失稳产生滑坡现象，将会对国家财产和人民的生命安全造成极大的损失和威胁［2］。

评价边坡稳定性状况是一项烦琐、系统的活动，包括边坡失稳原因探讨、影响边坡稳定性因素分析、边坡的防护与监测等方面。其中，边坡稳定性评价方法众多，有定性方法、定量方法及非确定性分析方法。定性分析方法包括工程地质类比法、自然历史分析法以及本研究涉及的赤平投影法［3］，前兩种方法因地而异，且经验性强，需要有丰富实践经验的地质工作者才能掌握好，而赤平投影法可通过作图直观反映边坡的稳定性情况，并为力学计算提供基础；定量分析方法有数值分析法、极限平衡法等，这些方法需要确定边坡滑动面形状，随机性比较强；非确定性分析方法有模糊综合评价法、可靠度法、灰色系统法等，这些方法虽然方便、快捷，但是所得边坡稳定性结果精确度不高。因此，笔者以大连自贸区内边坡为研究背景，选取赤平投影法和平面滑动法研究岩质边坡稳定性状况，并通过实地调查，因地制宜地提出了合适的边坡防护建议。

1 工程概况

本项目是大连自贸区市政配套工程，位于大连市保税区二十里堡，为岩质边坡，边坡分为AB段、BC段、CD段，如图1所示。边坡总长度约为159.46 m，为一阶坡，边坡高度为2.0～14.6 m，边坡体产状为260°～330°∠75°，该边坡的坡顶无建筑物，距坡脚10 m处有一栋4层建筑物，是某学校教学楼。根据《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2013），边坡工程安全等级划分为二级。

2 影响边坡稳定性因素分析

边坡发生失稳破坏的原因众多，主要分为内在和外在两种因素。内在因素主要有岩土体的性质、地质构造、地下或地表水的作用、边坡几何形状等。外在诱发因素有在工程开发中对岩土体的初始应力的破坏、边坡的形态、气象条件、植被、地震等。大部分边坡失稳，是在各种原因交互作用下产生的。

3 区域气候地质条件

自贸区位于辽宁省大连市，气候类型为暖温带半湿润季风气候，由于靠近渤海、黄海，也带有海洋性气候特点。位置在东经120°58′—123°31′，北纬 38°43′—40°10′［4］。 本自贸区内边坡附近尚未发现大型水体、河流、水库。地貌类型属于典型的低山—丘陵地区，场区植被发育一般。

根据现场勘查揭露地层主要由强风化和中风化片麻岩构成，边坡物理力学参数见表1。

强风化片麻岩（Ar4Dgn）：强风化，呈黄褐色，主要矿物成分有石英、长石、云母，细粒变晶结构，片麻状构造，受人工破坏影响严重，有节理裂隙发育，风化不均匀，岩芯呈碎块状。

中风化片麻岩（ArDgn）：风化严重，呈灰褐色，结构破坏严重，矿物成分上变化不大，发育风化裂隙，岩体被切割成块状，岩心呈柱状。

边坡岩体为软岩，易发生破碎，岩体基本质量等级为V类。其结构面较光滑平直，无胶结，少部分结构面有泥质充填揭露厚度 5.00～20.00 m，层底标高为128.78～138.36 m，该层分布整个场地。场地无采空区，也不存在地面沉降和可地震液化土层。根据《中国地震动参数区划图》（GB 18306—2015）判定，此场地的抗震设防烈度为7度，设计地震分组属第一组，基本地震动峰值加速度设计为0.15 g，反应谱特征周期值为 0.35 s。根据判定结果，建筑物场所类别为Ⅱ类，特征周期值为0.25 s，设计基本地震动峰值加速度为0.15 g，场地属于抗震一般地段。

4 岩质边坡稳定性分析与计算

该边坡岩土体破碎并且有大量节理发育，严重影响了边坡的稳定性，因此选用赤平投影法通过作图来观察边坡中节理与结构面之间的相对关系，从而定性分析边坡的稳定性情况。由于该边坡的坡

面形态、高差、岩土体性质等方面的不同，因此将边坡分为AB段、BC段和CD段，以便更加科学地分析边坡稳定性。其中，三段边坡岩体发育的原生结构面产状均为241°～308°∠14°～82°，在这三段边坡中发育有一段边坡，这段边坡内部结构面倾向与边坡倾向大致相同，属于外倾结构面，且三段边坡均为顺向边坡，易沿结构面产生滑塌现象［6］。

4.1 边坡稳定性定性分析

4.1.1 AB段边坡。AB段边坡长度约为17.1 m，属于岩质边坡，由强风化和中风化片麻岩构成。岩石遭受风化有裂隙发育，风化厚度为6.0～13.0 m，边坡倾角约为332°，坡角约为75°，坡顶标高约为100.70 m，坡底标高约为89.70 m，高差约为11.0 m。AB段岩体赤平投影如图2所示，可以看出，AB段边坡主要发育了三组节理（J1、J2和J3），节理多平直、闭合，迹长中等连续等。由图2可知，该段边坡中的三组节理产生了交点。这个交点位置与边坡面的投影弧处于同一侧，表明结构面组合交线的倾向与AB边坡的倾向相对一致，但结构面组合交线的倾角比AB段边坡的倾角要大，因此结构面组合形成的切割体不会沿着边坡滑落，现场调查岩石有风化迹象，因此AB段边坡大体处于稳定状态。

4.1.2 BC段边坡。BC段边坡长度约为34.1 m，属于岩质边坡，由强风化和中风化片麻岩构成。岩石遭受风化有裂隙发育，风化厚度为6.0～18.0 m，边坡倾角约为300°，坡角约为75°，坡顶标高约为104.40 m，坡底标高约为 89.70 m，坡高约为14.7 m。BC段岩体赤平投影如图3所示，可以看出，BC段边坡主要有三组节理发育（J1、J2和J3），节理多为平直、闭合，迹长中等连续等。由图3可知，边坡面的投影弧与J1、J2与J3产生的交点位于同一侧，表明结构面组合交线的倾向与BC段边坡的倾向相对一致，但是结构线组合交线的倾角比BC段边坡的倾角要大，因此结构面组合形成的切割体不会沿着边坡滑落，现场调查中也并未发现岩体塌方现象，BC段边坡处于稳定状态。

4.1.3 CD段边坡。CD段边坡长度约为16.5 m，属于岩质边坡，是由强风化和中风化片麻岩组成。岩石遭受风化有裂隙发育，风化厚度为6.0～16.0 m，边坡倾角约为268°，坡角约为75°，坡顶标高约为101.20 m，坡底标高约为89.70 m，坡高约为11.5 m。BC段岩体赤平投影如图4所示，可以看出，CD段边坡主要三组节理发育（J1、J2和J3），节理多平直、闭合，迹长中等连续等。由图4可知，这三组节理之间产生了交点，交點的位置与这段边坡的投影弧处在了同一侧，表明结构面组合交线的倾向与CD段边坡的倾向相对一致，但是结构线组合交线的倾角比CD段边坡的倾角要大，发生滑坡的概率比较小，现场调查中也并未发现边坡有滑塌的现象，因此CD段边坡处于稳定状态。

4.2 边坡稳定性定量分析

强风化—中风化片麻岩沿着滑动面发生滑动，可以采用平面滑动法来分析边坡的稳定性状况。潜在滑动面上边坡安全系数要根据极限平衡条件求得。这时，安全系数等于总抗滑力比总滑动力如式（1）。

Fs=（CL+γVcosα tanφ）/γVsinα （1）

式中：C代表岩土体的黏聚力，kPa；L表示滑动面的长度，m；γ表示边坡土体的容重，kn/m3；V代表岩体的体积，m3；α代表结构面的倾角，（°）；φ表示内摩擦角，（°）［7］。

计算结果见表2，由表2可知，平面滑动法所得到的边坡安全系数与上述赤平投影法所得到的边坡稳定状态相符合，三段边坡均处于稳定状态。需要注意的是，通过平面滑动法得到的BC段边坡安全系数结果接近规范规定结果，理论上边坡仍处于稳定状态，但在实际工程应用中，这种类型边坡需要做支护处理，下文中有提及支护建议。

5 边坡防护建议

现场调查发现，该段边坡长时间暴露在外，在风化作用以及雨水的冲刷作用下，仍然存在坍塌滑落的风险。而大连地处季风气候区，夏季多突发性暴雨。据统计，大连日最大降水量为247.2 mm， 在这种条件下非常容易引发滑坡、崩塌、泥石流等突发性地质灾害［5-6］。研究区域内岩体破碎，发育有大量节理、裂隙，遇降雨后易形成坡面径流，雨水沿着岩石上部裂隙不断渗入，在此条件下岩体会发生软化导致岩体抗剪强度降低，为滑塌创造条件。观察该段边坡岩土体的情况可以发现，这段边坡坡度较大且遭受风化剥蚀严重，决定采取喷锚支护作为边坡的防护手段。

5.1 支护技术参数

设置全场黏结锚杆，锚杆长度6 m，间距3×3 m，梅花型布置。AB段边坡支护如图5所示。表面喷C20混凝土，混凝土厚度10 cm。坡面设置泄水孔，间距3×3 m。施工时坡面表面将松动和凸出的岩体凿除。坡顶和坡底各设置一道截水沟，截水沟截面面积500×500 mm2。

5.2 支护施工工序

支护施工工序如下：首先，清理坡面上的孤石、危岩及破碎岩体，并清除坡面植被；其次，分层清理坡面，清理一层完毕后立即进行坡面钻孔，设置锚杆；最后，喷射混凝土，挂设钢筋网，张拉锚索，设置坡面泄水孔。

6 结论

①以大连自贸区内边坡为例，分析所处地区边坡的地质、水文、气候条件，并將边坡分为三段（AB段、BC段、CD段），深入分析边坡的稳定性状况。探究边坡稳定性的影响因素，边坡的失稳和破坏是由内外因素共同导致的。

②通过定性方法——赤平投影法和定量分析方法——平面滑动法，得出相同的结果：三段边坡均处于稳定状态。但是，通过现场调查发现，边坡坡度较大，坡顶风化较为严重，在夏秋季节雨水较多，冲刷严重，仍然存在滑落风险。经研究并结合实际情况，本工程中对该段边坡的防护措施为喷锚支护。

③边坡稳定性的研究是一项复杂的工作，尤其是岩质边坡，其内部结构相较于土质边坡来说更加复杂，因此更应该重视这类工程。

参考文献：

［1］俞刚. 基于FLAC3D的滑坡稳定性分析及抗滑桩支挡研究［D］.重庆：重庆交通大学，2012.

［2］石亚男. KJ132总线式顶板离层监测系统研究与设计［D］.北京：北京邮电大学，2009.

［3］张军. 栗西沟尾矿坝工程地质特征及其稳定性研究［D］.西安：长安大学，2006.

［4］王晓漫. 长兴岛黄土地球化学特征及粒度分析［D］.大连：辽宁师范大学，2018.

［5］张绍波，张德艳，贺亚锋.大连市某边坡的稳定性及防护治理探讨［J］.山西建筑，2012，38（20）：57-58.

［6］李志杰.大连市石葵路危险边坡稳定性分析评价［J］.西部探矿工程，2008（12）：67-71.

收稿日期：2022-11-18

作者简介：张慧敏（1999—），女，硕士生，研究方向：岩土工程。