现代公路ｌ ＨＩＧＨＷＡＹ■ 公路顺层岩质边坡稳定性分析研究 文／王瑞甫 随 路建设中，存在着大量的顺层岩质路堑边 坡，其稳定性分析及合理设计对于公路建 设有很大的影响。根据资料以及研究发 现 目前危害最大、影响最深的边坡失稳 质发生一定的改变。风化作用会降低 滑动面、切割面和临空面三种。滑动面 岩土的强度，使其稳定性受到一定的 影响。 是指起滑动（即失稳岩体沿其滑动）作用 的面，包括潜在破坏面。切割面是指起 切割岩体作用的面，由于失稳岩体不沿 力学因素的影响 公路岩质边坡破坏的力学因素很 该面滑动，因而不起抗滑作用，如平面 多，如震动力、地质构造力、岩体自重 滑动的侧向切割面。临空面指临空的自 由面，它的存在为滑动岩体提供活动空 间．临空面常由地面或开挖面组成。几 问题就是顺层岩质边坡．给社会带来了严 力以及物理化学和地球化学作用等在岩 重的危害与影响。如何进行有效的顺层岩 体内所产生的应力等。在某些情况下开 质边坡稳定分析 并提出合理的工程设计 挖时进行爆破（震动）是影响岩质边坡 何边界条件分析的内容是查清岩体中的 方案已成为一项非常重要的课题。 稳定性最普遍、最严重和最经常的基本 各类结构面及其组合关系．确定出可能 因素 对于阶梯边坡来说尤为严重。 的滑移面、切割面。 几何边界条件分析的目的是确定 顺层岩质边坡稳定性影响 水因素的影响 水对边坡岩体稳定性的影响不仅 因素 岩体结构因素 包括结构面和结构体（结构面是 是多方面的而且是非常活跃的。大量 边坡中可能滑动岩体的位置、规模及形 态 定性地判断边坡岩体的破坏类型及 主滑方向。几何边界条件的分析可通过 事实证明．大多数边坡岩体的破坏和 指具有一定面积的连续、断续延展的破 滑动都与水的活动有关。首先水对岩 赤平投影、实体比例投影等图解法或三 裂或隐伏破裂的地质介面．结构体是指 体有明显的化学作用 其次水对岩体 角几何分析法进行。 由不同产状结构面组合分割的单元岩 的物理作用．两者共同使岩体松散、 受力条件分析 在工程使用期间．可能滑动岩体 块） 岩体中结构面的存在是影响岩质 破碎并不同程度地影响岩体结构面的 边坡稳定性的重要因素之一。岩体中结 密度和贯通性、压缩性和透水性 而 或其边界面上承受的力的类型及大小、 构面的存在，降低了岩体的整体强度． 导致强度的降低．这对边坡岩体稳定 方向和合力的作用点统称为受力条件。 边坡岩体上承受的力常见有岩体重力、 静水压力、动水压力、建筑物作用力及 增大了岩体的变形性能，加强了岩体的 有着重要影响。 流变力学特性和其他时间效应，并且加 深了岩体的不均匀性、各向异性和非连 续性等性质。 边坡稳定性分析 几何边界条件分析 几何边界条件是指构成可能滑动 震动力等等。 确定计算参数 从偏安全的角度起见，一般选用 的计算参数，应接近于残余强度。研究 岩性风化作用的影响 长期的风化会使得顺层岩土的性 岩体的各种边界面及其组合关系．包括 图２ 按岩体破裂面进行稳定＇１５验 算示意图 ９Ｏ ＴＲＡＮＳＰＯＷＯＲＬＤ ２０１４ Ｎｏ，３／４ ｆＪ ｂ】 表明：残余强度与峰值强度的比值，大 ０＿０５ｇ，ｌ￣ｐａ＝Ｏ．５ｍ／ｓ 。 多变化在０．６～０．９之间，因此，在没有 设计方案的确定 根据稳定性分析计算的结果，对 边破稳定性进行评价。对于评价为失稳 按岩体破裂面（贯通结构面）进 （ ＋ｌｉ ｃｏｓｐ一己－Ｔ血ｐ－ ｛５ｍ酋ｔａｎ０ ＾＝——— 获得残余强度的条件下．建议摩擦系数 行稳定性验算 计算值在峰值摩擦系数的６０％～９０％之 间选取，内聚力计算值在峰值内聚力的 １０％～３０％之间选取。 的边坡或即将失稳的边坡，则结合当地 的地形地貌，经经济、技术、工期等多 方面比较后 可采取顺层清方、抗滑支 式中： ——岩体内摩擦角（度）； Ｃ一一滑动面上岩体粘聚力（ｋＰａ）； 稳定性系数的计算和稳定性评价 动力。 Ｙ——岩体的容莺（ｋＮ／ｍ ）；０——破 挡加固等设计方案。 稳定性系数＝可供利用的抗滑力，滑 裂角（度）；ｏ——边坡开挖后边坡角 （度），ｎ＝６４。；Ｈ——坡体高度（ｍ）。 根据图２进行计算。 支护结构设计 根据前述边坡的地形地质条件及 安全系数是根据各种因素规定的 允许的稳定性系数，其大小是根据各种 影响因素人为规定的，但都必须大于 １，目前公路路基设计规范规定的路堑 边坡安全系数为１．０５～１．３０。 边坡稳定性计算 按岩层层面滑动进行稳定性验算 考虑岩层层面为滑动面，如图１ 所示。 边坡中层面与垂直裂缝的组合 面为ＡＢＣ，由它切割的边坡滑体为 ＡＢＣＤ，滑块的重量为Ｗ，ＢＣ面倾角为 ｐ．坡面倾角为 坡高为Ｈ。 ／Ｈｊ１１ ｝ｆ１１ 根据极限平衡条件．边坡稳定性 安全系数为： （２） 式中：ｖ——岩体的容重 ｋＮ／ ｍ。；Ｈ——滑坡体高度．ｍ：Ｌ——滑 动面长度．Ｌ＝（Ｈ—Ｚ）／ｓｉｎ６ ｍ Ｚ—— 坡顶垂直裂缝深度，ｍ．６——滑动 面倾角，度；ｃ【——坡面倾角．度； Ｃ——滑动面上的粘聚力ｋＰａ； —— 滑动面上的内摩擦角，度．Ｗ——滑 块的重量，ｋＮ；Ｕ——滑动面上垂 直方向静水压力．Ｕ＝Ｙ ×Ｚ ×Ｌ／２， ｋＮ；Ｖ——滑动面上侧向静水压力． Ｖ＝ｙ ×Ｚ ×Ｌ／２．ｋＮ；Ｚ ——坡顶裂缝 中地下水位深度．ｍ；Ａ——水平地震 力．Ａ＝ｍａ，ｋＮ ｍ——滑体质量， ｋｇ；ａ——地震加速度．６度地震区取 稳定性分析成果，以及上述设计原则． 顺层路堑岩质边坡勘察设计 结合工程现场实际情况，确定本工程人 流程 工边坡支护方案为：截排水＋肋梁锚杆 现场地质初步调查 支护。 对全线顺层工点逐一进行现场调 截排水：在边坡坡顶及坡面布置 查，重点调查边坡岩性、软弱夹层的厚 截排水系统．以减少雨水对坡面及坡体 度和位置、层状结构面的起伏特征、层 的冲刷、侵蚀。 间错动情况、岩层产状（走向、倾向和 日肋梁锚杆：边坡整体加固及坡面 倾角）、岩层产状与线路方向的关系、 治理防护。考虑了两种方案：一种为普 节理发育情况（包括节理面产状、节理 通锚杆结合片石肋梁支护方案：另一种 间：等）以及地下水、层间充填物情况 为普通锚杆结合钢筋混凝土肋梁支护方 等 并对顺层边坡进行归类。 案。其中锚杆主要起整体加固作用 肋 详细工程地质勘察 梁主要起坡面加固作用．同时兼作锚杆 通过地质测绘、钻探以及试 外锚头的锚固端。由于工程场区内坡体 坑．竖井等挖探手段．详细查明顺层 结构主要为泥质粉砂岩、砂岩与粉砂质 边坡工点工程地质条件，特别是软弱 泥。经过验算沿裂面滑动体存在滑移 夹层位置、层间充填物情况，对软弱 可能，锚杆必须穿过滑动体进入稳定岩 夹层及层间充填物进行必要的岩体力 体．选用锚杆结合钢筋混凝土肋梁方 学性能指标测试．结合区域调查分析 案，采用锚杆对滑动体加固 坡面采用 的结果．确定出边坡稳定性分析的力 混凝土肋梁做为锚杆的锚固体。 学参数。 顺层路堑边坡分类 结语 根据顺层岩质边坡岩体结构特 此次设计通过对顺层岩质边坡的 性，对每一个顺层按照本文第三章提出 变形活动动态和发展规律进行系统的调 的岩质边坡分类标准进行归类．判断开 查和研究．特别是针对边坡的实际情况 挖后边坡可能发生的失稳破坏模式。对 提出的治理措施，目的明确．针对性 开挖后岩质边坡是否需进行支挡提出初 强。在设计过程中注重土力学基本理论 步的意见或建议。 的指导，严格遵照各种工程设计规范。 稳：定性分析评价 设计的主要精力应结合工程类比．对边 根据工程地质勘察成果及边坡的 坡有宏观认识的基础上 重点放在边坡 工程地质类比，建立边坡坡体结构模 的稳定性分析和计算上。专 型，分析计算进行综合评价，有时还应 作者单位：贵州省交通规划勘察设计研究院股 对边坡进行数值计算分析。 份有限公司 ２０１４年第３／４期（１／ 月 ）《交通世界》工程・技术９１