某建筑场地高切坡破坏模式及支护建议

第２８卷第４期　２０１４年８月　资源环境与工程　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｖ０】．２８．Ｎｏ．４　Ａｕｇ．，２０１４　某建筑场地高切坡破坏模式及支护建议　张少锋　，胡　义　，刘　彬　，白咸勇　（１．长江岩土工程总公司（武汉），湖北武汉４３００１０；２．国务院南水北调工程建设委员会办公室建管司，北京１０００３８）　摘要：武当群地层在鄂西北地区分布广泛，其中片岩岩组由于具有特殊的结构及构造，对片岩构成的高　切坡如不进行适＂３的支护处理，对其长期稳定是不利的，往往成为工程高切坡稳定的薄弱部位。以丹江口　－市某房屋建筑场地后侧人工开挖高切坡为例，分析了影响片岩高切坡的变形破坏因素，形成机理及可能破　坏模式，并提出了支护处理建议，对类似高切坡的支护处理有一定的借鉴意义。　关键词：武当群；片岩；高切坡；破坏模式　中图分类号：ＴＵ７５３．８　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７１—１２１１（２０１４）０４—０４２３—０４　Ｏ　引言　鄂西北地区广泛分布中元古界武当群地层，岩性　主要有石英云母片岩、云母片岩及石英绢云母片岩　程１８５．５　ｍ左右预留宽约２　ｍ的马道，将边坡分为上、　下两级，上级边坡开挖坡角约４５。，下级边坡开挖坡角　约４２。。坡面１８６　ｍ高程以上岩体多呈强风化状，以下　呈弱风化状，表层全风化片岩开挖过程中多被剥离，岩　等　。本文以丹江口市某居民集中建房场地开挖人工　层产状为２０。／＿６５。，为斜交顺向坡、岩质边坡。　边坡治理工程为例，对影响片岩构成高切坡的变形破　坏因素、形成机理及可能的破坏模式进行了初步分析　和评价，并对高切坡的稳定性进行了计算和论证，提出　了工程处理建议。　（２）南侧高切坡，全长约９２　ｍ，高切坡平面走向　略有变化，走向１４３。一１５０。，坡脚高程约１７６　Ｉｎ，坡眉　高程约１９０～２０１　ｍ，坡高１４—２５　ｍ，于高程１８５　ｍ左　右预留宽约２　Ｉｎ马道，将边坡分为上、下两级，上级边　坡开挖坡角约４５。，下级边坡开挖坡角约５０。。构成切　ｌ　工程概况　该工程高切坡位于丹江口市丹郧公路附近，距离　丹江口市市区约５　ｋｍ。场地规划建设居民楼房９栋。　坡的岩体多呈弱风化状，坡顶向下厚约１０　ｍ为强风化　片岩，该段岩层产状２４。／６８。，为斜交逆向坡、岩质边　坡。２０１１年６月雨季该段坡面多处发生变形，局部发　生滑移破坏。　场地平整后形成最高约２５　ｍ的高切坡，根据《建筑边　坡工程技术规范）ＧＢ　５０３３０－－２００２，该高切坡安全等级　２．２物质组成　组成高切坡的物质成分主要为下元古界武当群　为二级。２０１１年６月雨季坡面多处发生变形，高切坡　失稳将直接威胁到场地新建居民房屋的安全　。随　后，对该高切坡进行了详细勘察和应急治理，目前该高　切坡运行良好。　（Ｐｔ　ｄ）片岩及少量第四系松散堆积物。　（１）基岩。下元古界武当群（Ｐｔ　ｗｄ）片岩为浅变　质岩系，灰、灰黄色，具鳞片变晶体结构，片状构造。主　要矿物成分为云母、石英、长石，次为石榴子石、角闪石　和绿泥石等。　２高切坡地质特征　２．１形态特征　（２）第四系松散堆积物零星分布于高切坡顶部，　主要有以下成因类型和岩性特征：　场地开挖后形成的工程高切坡，整体近似呈“Ｌ”　型，规划居民建房沿高切坡布置。根据高切坡的走向、　①残坡积（Ｑ　刈）：碎石土夹块石，碎块石含量　坡面形态等，将该建筑场地高切坡分为北侧和南侧　两段。　３０％～６０％，结构松散，碎石成分主要为全强风化片　岩，土为黄褐色、黄色粉质粘土；　（１）北侧高切坡，平面形态上较顺直，全长约８２　②冲积（Ｑ　）：砂卵砾石，卵石含量约５０％，次圆一　扁平状，粒径一般３～８　ｃｍ为主，大者可达２５　ｃｍ；砾石　ｍ，高切坡走向２３５。，坡面倾ＮＷ，坡脚高程１７５　ｉｎ左　右，坡眉高程约为１９０～１９５　ｍ，坡高约１５—２０　ｍ，于高　含量约２５％，砂约１５％，其余为黄褐色粉质粘土。　收稿日期：２０１４—０４—１５；改回日期：２０１４—０７—０１　作者简介：张少锋（１９７９一），男，工程师，水文地质与工程地质专业，从事水利水电和岩土工程勘察工作。Ｅ—ｍａｉｌ：ｓｈａｏｆｅｎｇ９６＠１６３．ｔｏｍ　４２４　资源环境与工程　２０１４生　２．３地质构造特征　８ｌ。，面平直、光滑或粗糙，延伸长度一般１～２．５　ｍ，少　量长度＞５　ｍ，平均发育线密度５～１０条／ｍ，该组裂隙　构成高切坡的基岩为武当群（Ｐｔ　ｗｄ）片岩，片理面　走向２９０。一２９４。，倾向ＮＮＥ，倾角６５。～６８。。　高切坡坡面及周围未见大的断裂发育，仅于北侧　高切坡坡体发育断层一条，倾向４０。～５５。，倾角４３。～　６０。，断层面起伏，粗糙，断层带宽２０～３５　ｃｍ，由红、红　占统计裂隙总数的２７．７％。　其余裂隙多短小，密集发育，裂隙面光滑，附着铁　锰质薄膜或卸荷张开无充填。　２．４岩体风化特征　褐色碎裂岩构成，完整性差，手捏可碎。　据现场调查及钻孔揭露，构成高切坡的强风化岩　据高切坡坡面裂隙统计，构成高切坡的岩体裂隙　较发育，主要发育以下两组（图１）：　一　体大多为片状，岩性和力学性质较为均匀，岩芯采取率　在３０％一６０％之间，ＲＱＤ＝０—２５，属极软岩一软岩，片　理发育，岩体破碎，裂隙面附着铁锰质薄膜或浸染，岩　体基本质量等级为Ｖ类，该层厚度约７．５—１３．０　ｍ；弱　００。／　／／　　图１高切坡岩体裂隙走向玫瑰图　Ｆｉｇ．１　Ｔｈｅ　ｒｏｓｅ　ｄｉａｇｒａｍ　ｆｏｒ　ｉｓｓｆｕｒｅ　ｔｒｅｎｄ　ｏｆ　ｒｏｃｋ　ｍａｓｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈ　ｃｕｔ　ｓｌｏｐｅ　风化岩体完整性较好，岩芯采取率在５５％～８５％之　间，ＲＱＤ＝２０～５０，属软岩，片理发育，岩体较破碎，断　面新鲜或附着少量铁锰质浸染，岩体基本质量等级为　Ⅳ一Ｖ类，钻探及边坡开挖未揭穿该层，厚度＞８　ｍ。　岩体风化特征见表１。　２．５水文地质条件　工程区水文地质条件简单，西北侧紧邻丹江口水库，　区内地表排水条件较好，地表水主要来源于大气降水，降　水以坡面流的形式排入两侧冲沟后汇入水库。地下水类　（１）走向０。一３０。，倾向ＮＷＷ为主、少量倾ＳＥＥ，　倾角６０。～８６。，裂隙面较平直，延伸长一般０．５—２．０　ｍ，少量长度＞３　ｍ，平均发育线密度３～８条／ｍ，该组　裂隙占统计裂隙总数的３２．５％。　（２）走向２８５。～３２０。，倾向ＮＥ或ＳＷ，倾角４５。～　型以第四系松散介质孔隙水及基岩裂隙水为主，片岩含水　性差，透水性微弱。同时由于该区域片岩节理裂隙较发　育，使得雨水较易人渗、聚集和留存于高切坡坡体中。在　水的作用下，片岩的强度特别是抗剪强度显著被弱化。　表１岩体风化特征一览表　Ｔａｂｌｅ　１　Ｌｉｓｔ　ｏｆ　ｒｏｃｋ　ｗｅａｔｈｅｒｉｎｇ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　３高切坡破坏模式　据现场地质调查及分析判断，该高切坡破坏模式　图３可以看出：优势结构面１、２及片理面３交线与坡　面倾向相对，构不成不利结构体，不会发生楔形体　破坏。　主要有楔形体破坏及滑移变形破坏两种。下面分别进　行简要论述。　３．１楔形体破坏　如前所述，构成高切坡的岩体裂隙密集发育，主要　发育ＮＮＥ、ＮＷ向两组，线密度３～１０条／ｍ，岩层产状　２０。一２４。Ｌ６５。～６８。，与开挖坡面组合切割多形成块　Ｗ　１，２　３５７　５５　１．３　ｌ，４　３５Ｏ　９　６２　３６　ｆ　＼　基厘．一．　，　２，３　２，４　７６　３３５　５０　４５　径１０～３０　ｃｍ的不稳定楔形体。采用赤平极射投影法　分别对北侧及南侧高切坡不利结构面进行分析（图２、　图３）。　３，４　３ｌ８　４５　／　图２北侧高切坡结构面赤平投影　Ｆｉｇ．２　Ｔｈｅ　ｐｌａｎｅ　ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｓｕｉｆａｅｅ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｃｕｔ　ｓｌｏｐｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｎｏｒｔｈ　由图２可以看出：北侧高切坡坡面走向２３５。，坡角　４５。，优势裂隙面２、片理面３同优势裂隙面１及坡面组　合后能够形成不稳定楔形体，考虑到结构面间距较小，　形成的不稳定楔形体规模均不大，楔形体块径较小；由　第４期　张少锋等：某建筑场地高切坡破坏模式及支护建议　４２５　Ｉ，Ｊ　ＢＢ　ＡＡ　ｌ，２　３５７　５５　Ｗ　ｌ。３　３４８　６３　１，４　２ｌ５　４３　２，３　ｉ００　３Ｏ　２，４　３ｏ９　ｌ５　３，４　３０３　２ｌ　／—／　坡面　图３南侧高切坡结构面赤平投影　Ｆｉｇ．３　Ｔｈｅ　ｐｌａｎｅ　ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｃｕｔ　ｓｌｏｐｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｏｕｔｈ　３．２滑移变形破坏　构成高切坡的岩体为强风化一弱风化片岩，属于　软岩一极软岩，受雨水浸泡、软化后，强度急剧降低。　南侧高切坡在２０１１年雨季已经发生坡体变形（照片　１），坡面出现多条剪切裂缝，裂缝一般宽２—５　ｃｍ，局　部张开宽度达２０　ｃｍ左右，无充填。剪切裂缝剪出坡　面最高达４０　ｃｍ左右，该段高切坡坡面变形面积约　１　０００　ｍ　。滑移变形前缘最低点高程约为１７８　ｍ，后缘　高程约为２０１．５　ｍ，推测主滑移方向约为１５６。，与高切　坡坡面走向夹角８０。左右，最大滑移变形厚度约７　ｍ，　属于中层滑坡　Ｊ。　照片１　南侧高切坡沿片理面向坡外变形照片　Ｐｈｏｔｏ　１　Ｔｈｅ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈＪ　ｇｈ　ｃｕｔ　ｓｌｏｐｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｏｕｔｈ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｏｕｔｓｉｄｅ　ｏｆ　ｓｌｏｐｅ　ａｌｏｎｇ　ｔｈｅ　ｓｃｈｉｓｔｏｓｉｔｙ　南、北侧两段高切坡的构成岩体相同，开挖后北侧　高切坡整体稳定性没有发生改变，而南侧高切坡发生　了明显的变形破坏。分析其原因，主要由大气降雨入　渗后，排泄不畅造成的。北侧高切坡为斜交顺向坡，主　要结构面也都倾向坡外（如图２），利于下渗雨水及时　排出坡面，而南侧高切坡为逆向坡，主要结构面倾向坡　内（如图３），同时由于片岩透水性微弱，不利于下渗雨　水排泄，受雨水长期浸泡后，结构面抗剪强度急剧降　低，发生剪切滑移破坏。从排水条件来看，在同样由片　岩构成的高切坡中，横向高切坡的稳定性优于逆向高　切坡。　４高切坡稳定性分析　４．１宏观分析判断　（１）北侧高切坡坡高１５—２０　ｍ，分两级开挖，上级　边坡开挖较缓，下级边坡开挖略陡，坡体由强一弱风化　片岩构成，该段高切坡为斜交顺向坡。构成高切坡的　岩体各种结构面多倾向坡外，下渗雨水排泄顺畅，岩体　受多组不利结构面组合切割，可形成不稳定楔形体破　坏，但该段高切坡整体基本稳定。　（２）南侧高切坡坡高１４～２５　ｍ，分两级开挖，上级　边坡开挖坡角约４５。，下级边坡开挖坡角约５０。。构成　高切坡的岩体以弱风化为主，坡顶向下厚约１０　ｍ为强　风化片岩，该段高切坡为斜交逆向坡。构成高切坡的　岩体各种结构面多倾向坡内，坡体表面未进行封闭，雨　水较易入渗、汇集，留存于坡体内，岩体受浸泡软化后，　抗剪强度将急剧下降，边坡在强降雨条件下易发生滑　移变形破坏。边坡整体稳定性差。　４．２稳定性计算　４．２．１参数确定　因南侧高切坡在强降雨条件下已经发生滑移变形　破坏，进行反演分析变形体部分的计算参数，重度按照　饱和状态强风化片岩计算，反演稳定系数取０．９８９，得　到的变形体内摩擦角１５。，粘聚力２４　ｋＰａ。根据取样室　内试验成果，结合现场岩体实际情况，综合给出高切坡　岩土体物理力学参数建议值（表２）。　表２高切坡岩土体物理力学参数建议值　Ｔａｂｌｅ　２　Ｔｈｅ　ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ　ｖａｌｕｅｓ　ｆｏｒ　ｐｈｙｓｉｃａｌ　ｍｅｃｈａｎｉｃｓ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　ｒｏｃｋ　ａｎｄ　ｓｏｉｌ　ｍａｓｓ　ｉｎ　ｈｉｇｈ　ｃｕｔ　ｓｌｏｐｅ　丝塑叁塑　重度　ｃ／　／　（ｋＮ・ｍ。）ｋＰａ　（。）　４．２．２整体稳定性计算　根据高切坡的岩土物理力学特性，《建筑边坡工程　技术规范》５．２．２规定，采用圆弧滑动法计算。计算的　基本表达式为：　∑　ｃ　Ａ＋（　６ｆ）ｔｇｑ￣＇ｉ］　Ｆ　＝　∑Ｗ￣ｓｉｎｏｔ　＋　式中：Ｗｉ为垂直荷载，包括土条自重和其上部的建筑　荷载。其中，自重可将其分为两部分，地下水位以上用　４２６　资源环境与工程　湿容重计算，设为ｗ／　；地下水位以下用饱和容重计算，　设为　：。其它垂直荷载，设为Ｐ　。假设自重的作用线　通过条块宽度的中心线。ｕ　为剪切面上的孔隙水压力　的合力，与剪切面正交。Ｃ　、　为剪切面抗剪强度（有　效应力指标）。Ｏｌ　为土条地面倾角。　５高切坡支护处理　高切坡支护处理方案应根据高切坡变形破坏模　式、机理，充分分析影响高切坡稳定的因素进行综合制　定。该高切坡坡顶８～１０　ｍ厚度范围多为强风化岩　计算简图见图４。　层，结构松散，完整性差，目前开挖坡角过陡，可考虑进　行适当削坡处理。建议强风化片岩开挖坡比≤１：１．５，　弱风化片岩开挖坡比≤１：１；经稳定性计算及破坏模式　分析可知，该高切坡的稳定性受大气降水影响明显，因　此应加强坡面排水及坡顶大气降水的疏导、引排工作，　避免雨季大量雨水入渗坡体；考虑到构成该高切坡的　岩体为武当群片岩，节理裂隙较发育，边坡表面存在楔　形体破坏或风化剥落掉块现象，建议对该高切坡坡面　进行封闭处理。　６结论　图４圆弧稳定性计算简图　Ｆｉｇ．４　Ｔｈｅ　ｄｉａｇｒａｍ　ｆｏｒ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｒｅ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　鄂西北地区武当群片岩分布广泛，对工程建设、特　别是对工程高切坡的长期稳定具有特殊意义。本文以　稳定性计算采用２个计算工况：天然工况和饱水　工况。南北两侧切坡整体稳定性计算结果如表３。　表３高切坡稳定性计算结果表　Ｔａｂｌｅ　３　Ｔｈｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｆｏｒ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｃｕｔ　ｓｌｏｐｅ　某建筑工程场地人工高切坡为例，对影响片岩高切坡　的变形破坏因素、形成机理及可能的破坏模式进行了　初步分析和评价，并对高切坡的稳定性进行了计算和　论证，提出了工程处理措施及建议。对类似高切坡的　分析论证和支护处理有一定的借鉴意义。　参考文献：　由表３可知，在天然工况下南、北两侧高切坡整体　处于稳定状态，饱和工况下北侧高切坡处于基本稳定　状态，南侧高切坡处于不稳定状态（失稳状态）。２０１１　年６月雨季南侧高切坡发生变形破坏，也基本验证了　计算结果。　［１］湖北省地质矿产局．湖北省区域地质志［Ｍ］．北京：地质出版　社，１９９０．　［２］　张少锋，胡义，等．丹江口库区丹江口市同心安置点高切坡防护工　程地质勘察报告［Ｒ］．武汉：长江勘测规划设计研究有限责任公　司，２０１１．　［３］常士骠，张苏民，等．工程地质手册［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版　社，２００７．　（责任编辑：于继红）　Ｆａｉｌｕｒｅ　Ｍｏｄｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｈｉｇｈ　Ｃｕｔ　Ｓｌｏｐｅ　ｉｎ　ａ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｓｉｔｅ　ａｎｄ　ｉｔｓ　Ｓｕｐｐｏｒｔ　Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎｓ　ＺＨＡＮＧ　Ｓｈａｏｆｅｎｇ　，ＨＵ　Ｙｉ　，ＬＩＵ　Ｂｉｎ　，ＢＡＩ　Ｘｉａｎｙｏｎｇ　（１．Ｃｈａｎｇｊｉａｎｇ　Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｗｕｈａｎ），Ｗｕｈａｎ，Ｈｕｂｅｉ　４３００１０；　２．ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＭａｎａｇｅｍｅｎｔＤｅｐａｒｔｅｕｍｔ　ｏｆｔｈｅ　Ｓｏｕｔｈ—ｔｏ—ＮｏｒｔｈＷａｔｅｒ　ＴｒａｎｓｆｅｒＰｒｏｊｅｃｔ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｉｎ　Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ　ｏｆｆ￣ｅ。Ｓｔａｔｅ　Ｃｏｕｎｃｉｌ（Ｃｈｉｎａ），Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００３８）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｕｄａｎｇ　ｇｒｏｕｐ　ｉｓ　ｗｉｄｅｌｙ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ　ｏｆ　Ｈｕｂｅｉ，ｗｈｉｃｈ　ｈａｓ　ｔｈｅ　ｓｃｈｉｓｔ　ｆｏｒｍａｔｉｏｎｓ．Ｄｕｅ　ｔｏ　ｔｈｅｉｒ　ｓｐｅｃｉａｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｔｅｃｔｏｎｉｃｓ，ｈｉｇｈ　ｃｕｔ　ｓｌｏｐｅ　ｃｏｍｐｏｓｅｄ　ｏｆ　ｓｃｈｉｓｔ　ｉｓ　ｎｏｔ　ｓｔａｂｌｅ，ａｎｄ　ｏｆｔｅｎ　ｂｅｃｏｍｅ　ｉｎｓｔａｂｌｅ　ｐａｒｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈ　ｃｕｔ　ｓｌｏｐｅ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．Ｉｎ　ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ，ｔａｋｉｎｇ　ａ　ｍａｎｍａｄｅ　ｈｉｇｈ　ｃｕｔ　ｓｌｏｐｅ　ｓｉｔｕａｔｅｄ　ａｔ　ｂａｃｋ　ｏｆ　ａ　ｈｏｕｓｅ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｓｉｔｅ　ｉｎ　Ｄａｎｊｉａｎｇｋｏｕ　Ｃｉｔｙ　ｆｏｒ　ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅ　ａｕｔｈｏｒｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｔｈｅ　ｆａｃｔｏｒｓ，ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ａｎｄ　ｐｏｓｓｉｂｌｅ　ｆａｉｌｕｒｅ　ｍｏｄｅｓ　ｏｆ　ｄｅ—　ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｆａｉｌｕｒｅ　ａｆｆｅｃｔｉｎｇ　ｓｃｈｉｓｔ　ｈｉｇｈ　ｃｕｔ　ｓｌｏｐｅ，ａｎｄ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎｓ，ｗｈｉｃｈ　ｈａｓ　ａ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｒｅｆｅｒ—　ｅｎｃｅ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ　ｆｏｒ　ｓｉｍｉｌａｒ　ｈｉｇｈ　ｃｕｔ　ｓｌｏｐｅ　ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｗｕｄａｎｇ　Ｇｒｏｕｐ；ｓｃｈｉｓｔ；ｈｉｇｈ　ｃｕｔ　ｓｌｏｐｅ；ｆａｉｌｕｒｅ　ｍｏｄｅ