武深高速公路風化花崗巖邊坡穩定性分析

俞旺新 杜子文

(中建四局工程技術研究院，廣東 廣州 510000)

武深高速公路仁化段主要為燕山早期侵入巖系山脈，為大量酸性巖侵入，形成區內廣布的花崗巖?；◢弾r在成巖過程中受地球動力以及風化作用的影響，形成了深風化花崗巖體、破碎帶以及節理裂隙發育的的工程地質特征。在工程施工過程中除出現較多的殘積層與全風化巖體的不穩定邊坡，還出現了少見的中-微風化巖體的不穩定邊坡，引發了較多的工程地質問題[1-2]。

1 工程地質條件

該邊坡位于武深高速仁化段k449+240～k449+480里程范圍內，區內氣候溫和，雨量充沛，地表徑流對坡面坡腳的沖刷較大。地下水主要類型為孔隙水及基巖裂隙水，其大氣降水為地下水主要補給來源?？紫端饕x存于第四系松散層中，孔隙含水量隨季節變化；基巖裂隙水賦存于巖石裂隙中，其透水性極不均勻，地下水以側向滲流的形式向溝谷排泄或蒸發[3]。該邊坡共設計8級護坡，邊坡開挖至五、六級時，出露為中-微風化花崗巖，施工過程中邊坡巖體發生垮塌，范圍為第五邊坡坡面至坡頂平臺，局部平臺破壞剩余0.5m寬，垮塌長度約60m，深度約2m，破壞范圍較大[4]。

2 邊坡穩定性分析

2.1 邊坡巖土體地質特征

根據邊坡鉆探資料、現場標準貫入試驗及野外地質調繪成果成果，邊坡的殘積土為黃色，稍濕且可塑，局部夾植根，為坡積成因；全風化花崗巖為黃褐色，巖石風化完全，巖芯呈硬土狀，遇水軟化成砂，手掰易碎，母巖結構可辨；強風化花崗巖為黃褐色, 巖芯碎塊狀為主，局部半巖半土狀，巖質較硬，節理裂隙發育密集，風化不均勻；中風化花崗巖為灰白色，粗?；◢徑Y構塊狀構造，巖石裂隙較發育，巖芯呈短柱狀，巖石較硬，節長大于10cm的巖芯約占60%，斷口鐵質浸染；微風化花崗巖為灰白色，粗?；◢徑Y構，塊狀構造，巖芯呈柱狀，節理裂隙較發育，節長10～46cm的巖芯約占90%，巖質堅硬，敲擊聲脆。其中現場標準貫入試驗參數如表1所示。

表1 標準貫入現場試驗統計表

2.2 邊坡破壞成因機理分析

該邊坡破壞成因可以分為內因、外因兩大類，內因是風化花崗巖物理力學性能發生明顯變化、構造破碎帶、節理裂隙的控制作用以及節理裂隙充填粘土等泥質夾層的潤滑作用等；外因則是雨水以及地下水對邊坡的作用，人工挖坡的應力釋放、放坡較小以及邊坡開挖暴露時間過長等因素，其具體表現主要為：

2.2.1 殘積土和全-強風化花崗巖物理力學性能變化明顯

通過室內土工試驗可知，殘積土的含水率以及濕密度差異不大，而孔隙比差異較大，隨著深度的增加孔隙比逐漸減??；全風化花崗巖層的含水率、濕密度以及孔隙比差異不大；強風化花崗巖層的含水率差異較大，濕密度以及孔隙比則差異不大，但強風化花崗巖層的隨著深度增加孔隙比有所加大。

殘積土的液限、塑性、凝聚力、內摩擦角以及壓縮模量差異不大，塑性指數差異略大，壓縮系數差異明顯，其中凝聚力以及壓縮模量隨著深度的增加有所增大，而塑性指數及壓縮系數隨深度的增加有所減??；全風化花崗巖巖層的液塑限差異不大，但液限較多，最大值達42.6%，而凝聚力、內摩擦角、壓縮系數以及壓縮模量差異不大。

2.2.2 構造破碎帶、節理裂隙的控制作用

邊坡花崗巖受地質構造作用影響，節理裂隙極發育，主要節理面延伸至全部坡面，且主節理面可見擦痕和綠泥石化等構造特征。中風化-微風化花崗巖受節理切割后呈中-厚層狀結構，淺層巖層層厚約0.3～0.5m，節理裂隙面填充有粘土，深層巖層層厚0.5～1.2m，深層節理裂隙面閉合情況較好。巖土體內發育有幾組傾向路基的不利結構面，五級坡面出露105°～112°∠41°～∠44°節理，四級坡面出露巖105°～118°∠36°～∠44°節理，層面多充填泥質。節理傾角與原設計坡率大致相近，順傾向路基。而且坡面中風化～微風化巖層中發育有2～3組構造破碎帶，寬約0.3～0.8m，縱向切割坡面，其中五級坡滑塌體滑面主要以層面105°∠45°為控制滑面，邊坡構造特征與巖土體特殊結構分布特征的組合，組成了本滑坡產生多層滑動(潛在滑動)面(帶)。

2.2.3 雨水對邊坡的作用

區內氣候溫和，雨量充沛，地表徑對坡面坡腳的沖刷較大，而且邊坡存在坡殘積土、全―強風化花崗巖等較軟弱地層，士體濕水易散，極易軟化，雨水的下滲以及巖體節理裂隙充水，易使巖體中軟弱夾層面抗剪性能下降，減弱邊坡巖體的抗滑能力，致使邊坡的穩定性降低。

2.2.4 人工開挖邊坡

人工開挖坡面的產狀為傾向115°∠45°(坡率1∶1)，層狀的中風化-微風化花崗巖主要節理產狀為傾向105°～112°∠40～43°。邊坡順向開挖，受卸荷作用的影響，邊坡巖體內會產生大量卸何節理以及裂隙，并且由于卸荷作用使巖體內原生或構造節理張開，在各種節理裂隙作用下，巖體被切割成大塊狀，邊坡巖體穩定性下降，極易造成邊坡垮塌。

2.3 邊坡破壞模式分析

該邊坡變破壞模式主要為構造作用強烈的風化花崗巖巖體垮塌模式，邊坡破壞模式主要表現如下。由于巖體內結構面發育，五級坡面出露105°～112°∠41°～∠44°節理，四級坡面出露巖105°～118°∠36°～∠44°節理，而人工開挖坡面的產狀為傾向115°∠45°(坡率1∶1)，節理傾角與原設計坡率大致相近，順傾向路基，邊坡大型巖塊易沿著結構面產生垮塌，邊坡穩定性較差。

2.4 邊坡穩定性計算

邊坡破壞采用以下公式計算邊坡的穩定性系數：

式中FS為穩定系數，α為滑面傾角，φ為抗剪度指標。

本邊坡巖體順層滑坡，屬于平面滑動類型，可采用直線破裂面法計算其穩定性系數，計算方法如下。

通過穩定因數可以確定α及φ的關系，該邊坡中-微風化花崗巖為無粘性巖層，即c=0。當c=0時，FS=tanφ/tanβ，也即FS=1時，α=β，表明邊坡處于極限平衡狀態。人工開挖坡面的產狀為傾向115°∠45°，中風化-微風化花崗巖產狀為傾向105°～112°∠40～43°，中風化-微風化花崗巖的傾角與人工開挖坡面的傾角接近，即β≈φ，表明邊坡處于極限平衡狀態。

3 邊坡防護及處理建議

根據該邊坡的巖土體地質特征、破壞機理以及失穩模式，應對該邊坡進行必要的防護措施。

(1)土質、類土質坡面采用拱架三維網植草或鋪設草皮進行防護，坡頂根據地形的變化情況設置塹頂截水溝，邊坡平臺設置平臺截水溝，坡面設置排水孔。

(2)邊坡開挖要及時支撐，恢復其穩定體系，以防止其變形擴大。在開挖過程中，應采取自上而下及分級開挖防護的施工順序，擋墻施工應采用分段開挖、分段修筑的方式及時對坡腳進行有效加固，防止上邊坡巖體產生大面積垮塌。除了采取護漿砌片石嵌補、面墻以及噴砼等方法及時對坡面巖塊進行支撐及封閉外，在開挖中后期還可以采用掛網噴混凝土及結合錨桿進行淺層加固。其中錨桿反力抑制件應采用單個混凝土墊墩形式，以適應該坡面起伏不平的地形條件，減小坡面清方數量。

(3)該邊坡為順層開挖而且存在粘土層，邊坡巖層的主要節理也為順層方向，開挖前可采用直線破裂面法以及瑞典條分法對坡體進行穩定性驗算，并根據結果采取必要的處理措施。其中當邊坡滑動面為圓弧形，滑動面位于殘積粘土層以及全風化花崗巖層內，可采用瑞典條分法進行穩定性計算分析。

4 結論

(1)武深高速公路研究段邊坡由風化花崗巖組成，殘積土體抗剪強度較低，粘性較差；全風化花崗巖液限較高，遇水軟化成砂；強風化花崗巖受地質作用影響節理裂隙較為發育，以碎塊為主，風化不均；中～弱風化花崗巖節理裂隙發育，巖質較堅硬，呈塊狀構造。

(2)據巖體結構構造特征、成因機理、破壞模式及穩定性驗算分析，在殘積土及全、強風化巖體中，除了變形破壞模式為沿著最大剪應力面發生的圓弧形滑動及以殘積土與全風化巖體、全風化與強風化巖體面為界面的垮塌，還存在主要節理面與邊坡方向形成順層、破碎帶縱向切割坡面的直線破裂面滑動模式。

(3)通過對風化花崗巖邊坡的工程地質特征及穩定性分析，可以針對此類邊坡的特點進行有效的防治措施，以達到安全及經濟有效的目的。