高切坡變形破壞及穩定性探析范文

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《防災科技學院學報》2016年第3期

摘要:

為了掌握歸州河以西沿江公路由于升級改造、工程開挖而產生的大量公路高切坡發育分布特征，總結其變形破壞模式，進而對其穩定性進行分析。在野外實地宏觀調查、測量的基礎上，通過數據處理，運用赤平投影法對調查區高切坡穩定性進行區劃，其中不穩定切坡長約3.8km，占比39.6%，多發育在侏羅系遂寧組和聶家山組中，主要變形破壞模式為滑移型、傾倒型和剝落型，并根據其破壞模式的差異性提出相應防治對策。

關鍵詞:

高切坡;破壞模式;赤平投影;穩定性;防治對策

0引言

隨著國民經濟的日益增長，交通基礎建設也發生了突飛猛進的發展，一些老舊公路陸續進行拓寬、改造工程。這些工作的開展，使得公路高切坡穩定性問題凸顯。如2014年7月12日巴東縣洞子溝高切坡發生崩塌，造成一人死亡，一輛小型轎車被毀，直接經濟損失達200萬元。2015年上半年湖北省秭歸縣水田壩鄉—泄灘鄉進行公路改造拓寬工程，工程實施過程中進行了大量工程開挖，一定數量的高切坡發生強烈變形、破壞甚至失穩。本文在對該段公路高切坡詳細調查的基礎上，對其破壞模式和穩定性判別進行分析，為當地政府在公路改造、拓寬工程后續的防災減災、工程治理提供基礎資料和依據。

1區域地質概況

調查區域位于湖北省秭歸縣水田壩鄉董家院子—王家巖。高切坡線路長度約8km。地形地貌上，該區域屬于中低山峽谷地貌，多發于近南北向沖溝，切割深度15～100m，呈“V”型。地層巖性上，主要出露地層巖性為侏羅系地層［1］，其包括侏羅系聶家山組、侏羅系下沙溪廟組、侏羅系上沙溪廟組、侏羅系遂寧組，巖性主要以灰綠、黃褐、紫紅色薄－中厚層砂巖、泥質粉砂巖為主，以互層結構為主，局部區域可見泥巖夾層，呈中－強風化狀態，巖層產狀較穩當，25°～65°∠35°～55°。地質構造上，工作區位于上揚子臺坪之秭歸臺褶束東緣，絕大部分屬于秭歸盆地，東部跨入NNE向的黃陵斷穹，北部包括NW向南大巴山弧形褶皺帶尾部，南為NE、NEE向恩施弧形褶皺帶，居于這三組不同方向構造交匯部位，屬應力作用微弱地區，因而構造較為簡單。

2高切坡破壞模式

根據野外調查，在高切坡分類的基礎上，確定其可能的破壞模式［2－4］，不僅對高切坡的穩定性可以迅速作出初步評價，而且為潛在破壞面的識別提供依據，對高切坡在公路工程中的影響作出初步判斷，進而對提出初步治理方案具有指導作用。其變形破壞模式主要存在以下幾種:

2．1滑移型

(1)順層滑移

該破壞類型主要發育在侏羅系遂寧組(J3s)順層結構切破中，其特征為中厚層砂巖間夾有薄層泥巖，結構相對較為完整，層面傾角多＞45°，其臨空方向多發育近水平和近垂直兩組切層、控制性結構面，受兩組結構面的切割，切割巖體以層面為滑動面，在自身重力作用下發生滑移破壞(圖1)。

(2)切層滑移

該破壞類型的高切坡在該公路沿線較少發育，主要發育在侏羅系上沙溪廟組(J2s2)逆向結構邊坡中，以薄－中層泥質粉砂巖為主，其泥質含量較高，節理、裂隙較發育，巖體極其破碎。公路臨空方向坡腳開挖后，受卸荷和自身重力作用下，切層節理裂隙逐步延伸貫通形成統一滑動面，在降雨等外界因素誘發下發生滑動破壞［5］(圖2)。

2．2傾倒型

(1)彎曲－傾倒

該類高切坡主要發育在侏羅系下沙溪廟組(J2s1)中，具有塊體復合彎曲傾倒的典型特征。該類型切坡主要發育一組切層控制性結構面，臨空面的開挖，在卸荷和重力作用下，巖層發生似連續的彎曲變形，這種彎曲是巖塊產狀緩慢變化的結果，相鄰巖塊間的巖層傾角變化十分微弱;因此看起來像連續的塑性彎曲。該類型切坡最初以小型垮塌破壞為主［6］(圖3)。

(2)拉裂－傾倒

該破壞類型的高切坡在該公路沿線發育較多，主要發育在侏羅系聶家山組(J1n)中，其特征為中－厚層粉砂巖斜向巖質結構斜坡中，節理裂隙較發育。切坡較陡，多為峻坡狀，節理裂隙多為陡立或反傾，在降雨等外界條件作用下，其重心不斷向臨空面移動，最終發生拉裂－傾倒破壞(圖4)。

2．3剝落型

(1)風化－剝落

該類型高切坡在該公路沿線廣泛發育，主要發育在侏羅系上沙溪廟組(J2s1)中，其巖體中節理、裂隙極其發育，大多為小型切層節理，透水性較好，利于大氣降雨的入滲和排泄。遇水膨脹、浸水崩解、失水收縮抗風化能力極弱是其變形破壞的主要原因。邊坡泥質巖在雨水的沖刷、風等風化營力作用下，逐漸剝落或塌落，在坡體上，形成巖腔，誘發崩塌，在坡腳形成松散堆積，邊坡表層巖體剝落后，露出的新鮮巖石繼續風化、發生不同程度的變形破壞(圖5)。

(2)殘留孤石

該破壞類型的高切坡在該公路沿線發育較少，主要發育在坡度35°～50°的斜坡上。表層多為第四系殘坡積物，孤石多為斜坡后緣山體崩落殘留在坡體表面，孤石塊度大小不一，為侏羅系層粉砂巖和砂巖。下方坡腳開挖，坡體結構發生變化，每當降雨尤其是強降雨過后，坡體表面均發生不同程度變形破壞(圖6)。表層土體發生松動滑移過程中，殘留孤石在重力作用下沿斜坡向下運動，這也是經常在坡體底部公路邊時常見到大小不一的塊石散落，該災害類型隨機性較強，但由于山高坡陡，其具有較大的重力勢能，也是公路沿線的重要隱患。通過對董家院子－王家巖段高切坡調查、統計，根據其破壞模式、集中發育的巖組、規模以及主要誘發因素進行了總結，見表1。

3高切坡穩定性判別及分區

高切坡內結構面的發育對其穩定性具有明顯的控制作用［7－9］。通過調查該段公路高切坡結構面十分發育。故運用赤平投影的方法對該段公路高切坡穩定性進行判別［10］(圖7)。假設天然邊坡的投影弧為ETW、開挖邊坡的投影弧為EKW，弧線兩端點E與W的連線即表示邊坡的走向方位。分別做弧ETW、EKW的內切圓，交點為T和K。小圓、中圓分別代表開挖邊坡(KP)、天然邊坡(TP)的坡角范圍。T、K與圓心O的連線即為天然、開挖邊坡的傾向，假設圓心O與T、K連線的延長線交赤平投影基圓N，則T、K與N的距離即為天然、開挖邊坡的傾角大小。可見，OT、OK值越大，坡越緩;OT、OK值越小，則坡越陡。假定切坡內發育控制性結構面J1、J2、J3、J4……，通過其兩兩結構面組合交線與邊坡投影弧的相對關系，即可判斷出邊坡的穩定性狀況。圖7以切坡中發育J1、J2兩組結構面為例進行解析:(其中天然坡產狀為:180°∠70°;開挖坡產狀為:180°∠40°;結構面J1產狀為:205°∠45°;結構面J2產狀為:155°∠50°)。以邊坡走向線EW為界，當J1、J2結構面的交點P位于EW線的下部，則組合交線OP－OP'的傾向與邊坡傾向相反(圖8中①)，邊坡最穩定;交點P位于EW線的上部，且處于小圓之內(I區)，則組合交線OP－OP'的傾向與邊坡傾向相對一致，傾角大于開挖邊坡的坡角(圖8中②)，邊坡穩定;當交點P位于EW線的上部，處于中圓與赤平投影基圓之間(III區)，則組合交線OP－OP'的傾向與邊坡傾向相對一致，傾角小于天然邊坡的坡角(圖8中③)，邊坡基本穩定;當交點P位于EW線的上部，處于小圓與中圓之間(II區)，則組合交線OP－OP'的傾向與邊坡傾向相對一致，傾角大于天然邊坡的坡角，而小于開挖邊坡的坡角(圖8中④、⑤)，邊坡較不穩定或不穩定［11］。而現實切坡中可能發育J1、J2、J3、J4……Jx多組控制性結構面，那么通過控制性結構面兩兩交線分別進行判別。判別過程中以安全為前提，兩兩組合均穩定，則切坡穩定，有任一組不穩定，則邊坡不穩定［12］。根據該原則對調查高切坡進行了逐一評判，同時結合其所處巖性段、發育長度進行了統計分析(表2)。由表2可知:從總體穩定性上看，調查切坡總長度9571m，其中不穩定長3794m，約占總長度的39.6%;從單一巖組上看，不穩定切坡中主要發育在侏羅系聶家山組(J1n)和遂寧組(J3s)中，總長度2499m，占不穩定切坡的65.9%，占切坡總長度的26.1%。通過統計對調查高切坡段進行穩定性區劃(圖9)。

4防治對策

針對該段公路內不穩定切坡的誘發因素及變形破壞模式分別提出相應防治對策［13］。順層滑移型:由于其主要發育在厚層砂巖與中薄層泥質粉砂巖巖性組合內，上部多為厚層－塊狀砂巖，下伏力學性質較差的泥質粉砂巖，失穩主要以上部的砂巖為主，故對該類型的不穩定斜坡，建議①對飄傾于坡面以上懸空的厚層砂巖進行清除;②對懸空厚層砂巖下方路面處進行補強支護;切層滑移型:由于其巖體結構極其破碎，建議采取清除+噴護進行處理;彎曲傾倒型:該類型的不穩定斜坡多為節理裂隙較發育的碎裂巖體，建議對該類型的不穩定斜坡上部的變形破壞強烈處進行清除，同時進行坡面噴護，同時做好排水處理;拉裂傾倒型:規模小，建議清除;規模大，建議錨固;風化－剝落型:該類型不穩定斜坡多為薄層泥質含量極高的泥質粉砂巖，其抗風化能力極差，遇水極易軟化崩解。對該類型不穩定斜坡應采取對表面強風化巖體進行清除，后期進行坡面噴護、排水處置。殘留孤石:對于該類型的不穩定斜坡，建議對斜坡上部潛在威脅的孤石進行清除。

5結論及建議

(1)通過調查統計，董家院子—王家巖公路高切坡總長度9571m，運用赤平投影法對其穩定性進行分析，其中穩定切坡2543m、基本穩定切坡3234m、不穩定切坡3794m，不穩定切坡多發育在侏羅系聶家山組(J1n)和遂寧組(J3s)巖性段內。

(2)通過調查高切坡主要變形破壞模式為滑移型、傾倒型和剝落型，其規模以中小型為主，主要威脅對象為下方公路交通，邊坡變形破壞的主要誘發因素有降雨、人工開挖、風化和自身重力作用。

(3)切坡變形破壞模式和其自身所處的巖組有明顯的相關性，滑移型多發育在侏羅系遂寧組(J3s)和上沙溪廟組(J2s2)中;傾倒型多發育在上沙溪廟組(J2s2)和聶家山組(J1n)中;剝落型多發育在下沙溪廟組(J2s1)中。

(4)建議對該段公路高切坡加強巡視力度，尤其是持續降雨的汛期，做好附近居民的群測群防工作，發現險情及時通報。對目前變形破壞跡象明顯、危害性大的切坡，建議根據其不同的破壞模式進行相應的專業監測或工程治理。

參考文獻：

［1］朱志明，范付松．秭歸縣典型高切坡穩定性評價［J］．工程地質計算機應用，2010，(2):15－20．

［2］祝介旺，伍法權，蘇天明，等．三峽庫區萬州段高切坡破壞模式和防護措施研究［J］．工程地質學報，2007，15(1):8－15．

［3］陳洪凱，楊世勝，葉四橋，等．公路高切坡分類及其破壞模式［J］．重慶交通大學學報(自然科學版)，2007，26(5):92－96．

［4］蘇天明，伍法權，祝介旺，等．萬州地區高切坡崩塌成因與發育模式分析［J］．中外公路，2011，31(2):29－32．

［5］祝介旺，和海芳，柏松，等．三峽庫區高切坡致災因素及防護對策———以重慶市萬州區為例［J］．中國地質災害與防治學報，2008，19(2):7－11．

［6］肖云．三峽庫區高切坡破壞模式分析及防護對策［J］．武漢工程大學學報，2013，35(11):1－5．

［7］羅群，劉莉，王曉燕，等．三峽庫區移民城鎮高切坡穩定性分析與治理設計［J］．三峽大學學報(自然科學版)，2007，29(3):234－237．

［8］蘇德軍，童廣勤．巴東新縣城沿江路西壤坡段高切坡穩定性分析及治理策略［J］．湖北地礦，2004，18(1):41－44．

［9］尹文鋒，向瑋．湖北秭歸段高切坡穩定性分析及治理方法［J］．中國水運(理論版)，2006，4(8):65－66．

［10］蔣爵光．用赤平投影進行節理巖體穩定性分析的方法［J］．西南交通大學學報，1985(2):37－44．

［11］劉洪，陳福春．基于極射赤平投影的巖質邊坡穩定性評價和防治措施［J］．地質災害與環境保護，2012(3):93－98．

［12］朱根深，張亮．赤平投影法在巖質邊坡穩定性分析中的應用［J］．四川建筑，2014(4):115－117．

［13］馬宗晉．中國自然災害和減災對策(之二)［J］．防災科技學院學報，2006，8(4):1－5．

作者:劉廣寧 齊信 黃波林 王世昌 單位:中國地質調查局武漢地質調查中心