曹集士，尹燕萍，秦 龍

(貴州省交通規(guī)劃勘察設計研究院股份有限公司)

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西南地區(qū)某大橋岸坡穩(wěn)定性研究

曹集士，尹燕萍，秦 龍

(貴州省交通規(guī)劃勘察設計研究院股份有限公司)

通過對西南地區(qū)某大橋岸坡坡體的地質情況進行分析，得出其主要特征為地形坡度較大、坡高較高和坡體物質以粘土為主及坡體底部的古溶洞的存在，通過數(shù)值模擬研究這些因素對該大橋岸坡穩(wěn)定性的影響，對西南地區(qū)巖溶區(qū)修建公路或鐵路橋梁的岸坡穩(wěn)定問題具有一定的指導意義。

岸坡；巖性特征；地形地貌；破壞機理；巖溶

1 該邊坡邊坡特征

1.1 地形地貌

該岸坡位于貴州北部高山河谷的畢節(jié)縣內，周圍環(huán)境以中低山地貌為主，山坡相對高差較大約為300～600 m，最大高程可達1 000 m，坡度較陡，一般約為30°，且呈現(xiàn)小的平緩凸坡面狀的山坡。

坡體周圍受季節(jié)性降水尤其以雨水沖刷為主使得槽、溝谷較為發(fā)育，沖溝多沿砂巖與灰?guī)r接觸帶分布。坡體長約256 m，均寬約76 m，平均厚約35 m，總面積約40 994 m2，總體積約為143萬m3，屬巨型厚層古巖溶塌陷不穩(wěn)定體。坡體較陡，平均可達30°以上，植被較發(fā)育，基巖少有出露，表層覆蓋較厚土層，主要為粘土和碎石土，坡體形狀如圖1所示。

1.2 地層巖性及構造

該岸坡區(qū)內出露有第四系松散堆積的粉質黏土、粗角礫土、細角礫土、碎石土、塊石土、三疊系的砂巖、泥質砂巖夾炭質頁巖和煤層、灰?guī)r、白云巖、鈣質泥巖。坡體表層以膨脹性粘土層為主，土體潮濕呈硬塑狀，含大量砂礫，含約10%塊石，粒徑5～30 mm，厚度大于60 m，從圖1可見植被茂密，說明坡體土含水率較高，坡體內粘土滲透性較差其儲水能力較強，易形成飽和粘土，從而使土體粘聚力下降，并且增加坡體自重。粘土層下部為碎石土，呈黃褐色，以砂巖碎石為主，棱角狀，粒徑5～60 mm，磨圓度較差，級配、分選性較差，含泥約50%，充填粉質粘土。坡體中巖層巖性以三疊系的白云巖及鈣質泥巖為主，灰色、深灰色，中厚層狀，局部含硬石膏、鹽溶角礫巖，可溶性較強，易于發(fā)生溶蝕形成大的地下溶洞。

坡體穿越兩組斷層面，受區(qū)域性斷裂的影響，坡體附近發(fā)育有一逆斷層和一正斷層，上覆基巖為三疊系的砂巖及泥巖，節(jié)理發(fā)育，易崩塌致使坡體覆蓋層較厚，主要為碎塊石，巖層結構松散，巖體力學強度較低，其下基巖為可溶巖地層，巖溶較為發(fā)育，物探初步測定其體積約有400 m3，由于巖溶溶蝕塌陷而牽動坡體較厚的覆蓋層下滑失穩(wěn)而形成滑動，從而造成邊坡失穩(wěn)的可能性極大。

2 巖土體物理力學參數(shù)

坡體為巖溶發(fā)育區(qū)溶蝕風化堆積物，通過對工點進行鉆探取樣并進行室內試驗分析，得知其物理力學指標具體如表1所示?；w表層厚約30 m的粘土夾雜碎塊石，呈硬塑狀，其天然密度較高，坡體表面植被茂密，可知土體具有一定的富水性。粘性土在干燥時其強度相對較大，粘聚力較高，而一旦有水體入滲后其粘聚力將減小，加之其具有膨脹性，則在水的作用下坡體上層粘土性自重加大、內聚力減小，相當于對滑體增加了坡體自重同時又將減弱了坡體內土體間粘聚力。粘土層下的碎塊石土中碎塊石強度較大，但是其中充填的粘土與其之間的膠結力決定著整個結構的強度，粘土物受水影響較大，必將削弱粘土與碎塊石間的連接力，從而使巖土體形成蠕動。巖層物質成分以碳酸鹽巖為主，其具有較強的溶蝕性，在地下水系的溶解、溶蝕作用下易于形成地下空洞，從而易使滑體底部支撐力減小，垂直向受力增大，加劇巖土體的剪切破壞。

表1 巖土體物理力學參數(shù)

3 數(shù)值模擬

通過前面對岸坡巖層結構及其內部物質成分特性的分析，可建立數(shù)值模擬對該岸坡進行受力和變形的計算，從而對進一步分析滑坡機理基礎研究。見圖1。

圖1 該岸坡數(shù)值模型

圖2 坡體X方向位移

圖3 坡體Y方向位移

通過進行數(shù)值模擬，可得出坡體在自然狀態(tài)下的變形、位移圖，具體如圖2、圖3所示，因坡體表土厚、坡度較大，坡體X方向有沿坡面向下位移增大的趨勢，加之坡體右下部古巖溶的存在導致其變形位移出現(xiàn)小突變、集中現(xiàn)象，更易于形成坡體結構破壞；Y方向位移隨深度不斷加大，使坡體產生較大豎向位移，同時壓應力也逐漸增大，使巖土體形成壓裂破壞。

圖4 坡體最小主應力

圖5 坡體最大主應力

圖4所示為最小主應力，最小主應力在坡面上局部形成拉應力，坡面附近最小主應力方向幾乎與坡面平行，向坡內逐漸正常化，逐漸變化為與埋深呈線性關系，坡體底部因溶洞存在而使得巖體形成局部應力拉張區(qū)，總體來說，局部拉應力的形成不利于坡體的穩(wěn)定。

圖5所示為最大主應力，其與隨著坡體厚度的加大而增加，與巖土體埋深呈線性關系，坡腳及巖溶體附近形成應力集中區(qū)，最大主應力可達30.0 MPa以上，但仍遠低于巖體的抗壓強度。

圖6 XY方向有效剪應力

由圖6可以看出剪應力在坡腳和巖溶孔洞附近同樣形成應力集中現(xiàn)象，特別是坡腳，剪應力值較大，最大可達10.0 MPa左右，在坡體由陡變緩的轉折處，剪應力也較大，這些對坡腳及變坡點附近巖體的穩(wěn)定不利，容易造成邊坡巖體剪裂、錯動。

4 結 論

(1)該岸坡自然狀態(tài)下處于穩(wěn)定態(tài)，其表層的粘土夾卵石層本身結構聯(lián)結性弱、強度低，一旦遇水將極大削弱巖土體粘結力及抗壓抗拉強度，其對坡體的穩(wěn)定性具有較大影響。

(2)該岸坡坡度較大，加之其表層土體強度低，在坡體由陡轉緩的轉折點處形成極值應力拉張，局部的最大主應力呈拉張狀，這將造成巖土體在局部點可能形成拉裂、張開等破壞現(xiàn)象，有必要對其進行防治。

(3)該邊坡底部溶洞的存在造成坡腳處巖土體向溶洞內拉張、剪裂，加之最大主應力在坡腳形成的應力集中，故其對邊坡坡腳帶來直接剪切破壞，從而造成整個岸坡失穩(wěn)。

(4)坡體附近斷裂構造將使巖體的整體性降低，加劇巖體破碎的進程，加快坡體失穩(wěn)。

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2015-06-11

U416.1

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1008-3383(2015)09-0020-02