程宏光 吳明亮

摘要：巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性主要受結(jié)構(gòu)面性質(zhì)、發(fā)育程度及與邊坡的空間組合關(guān)系影響，赤平投影通過分析邊坡和各結(jié)構(gòu)面及其兩兩組合切割體的空間關(guān)系，確定結(jié)構(gòu)面穩(wěn)定性和切割體的穩(wěn)定性及其空間分布位置，直觀、初步的對巖質(zhì)邊坡整體穩(wěn)定性做出定性分析，進而為工程建設(shè)前邊坡防治提供一定理論支撐，確保工程項目安全有序地開展。

關(guān)鍵詞：赤平投影；巖質(zhì)邊坡；穩(wěn)定性；定性分析

1.引言

邊坡的穩(wěn)定性直接影響工程項目能否正常開展，因此對其穩(wěn)定性進行評價顯得尤為重要。巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性主要取決于巖體中發(fā)育結(jié)構(gòu)面性質(zhì)及與邊坡的空間組合關(guān)系。赤平投影法是定性分析巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的一種方法，可直觀地表明各組結(jié)構(gòu)面的組合關(guān)系、組合切割體與邊坡的相對關(guān)系[1]，確定結(jié)構(gòu)面穩(wěn)定性和切割體的穩(wěn)定性及其空間分布位置。本文通過闡述赤平投影法基本原理及其在實際工程邊坡穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用，對邊坡防治提供一定理論支撐，防止工程施工過程中發(fā)生崩塌等災(zāi)害，造成人員傷亡或經(jīng)濟損失。

2.赤平投影法的基本原理

赤平投影法主要用來表示線和面的方位、相互之間的角距關(guān)系及其運動軌跡，把物體三維空間的幾何要素投影到平面上來進行研究。赤平投影法的特點：只反映物體線和面產(chǎn)狀和角距的關(guān)系，而不涉及他們的具體位置、長短大小和距離遠近。[2]

赤平投影是以任意半徑的圓球作為投影工具，包括投影球、球面、赤平面、極射點等投影要素，一般采用下半球投影，即由上極射點把下半球的幾何要素投影到赤平面上的投影。巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析采用赤平投影時，把結(jié)構(gòu)面與下半球球面相交成的圓上各點和上極射點進行連線，再將各連線與赤平面的所有交點連線后弧線稱為相應(yīng)結(jié)構(gòu)面的下半球赤平投影。如圖1所示，假設(shè)一半徑為r圓球，球心O點，NWSE為赤平面，上極射點M，下極射點P，ABCD為過球心的一結(jié)構(gòu)面，該結(jié)構(gòu)面與下半球球面的交線為弧線BCD，連接上極射點M與弧線BCD上各點，將與赤平面相交的各點再連線形成弧線BC′D即為該結(jié)構(gòu)面在赤平面上的下半球投影，如圖2所示。其中BD表示結(jié)構(gòu)面的走向，C′O表示結(jié)構(gòu)面的傾向方向，結(jié)構(gòu)面傾角α的計算公式為：

3.赤平投影穩(wěn)定性評價方法

巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性主要受結(jié)構(gòu)面性質(zhì)、發(fā)育程度及與邊坡的空間組合關(guān)系影響，以單一結(jié)構(gòu)面和兩兩結(jié)構(gòu)面組合切割體中穩(wěn)定性的最差級別和其他因素確定邊坡穩(wěn)定性。其穩(wěn)定性一般分為最穩(wěn)定、穩(wěn)定、較穩(wěn)定、較不穩(wěn)定、不穩(wěn)定五個等級[3]，評價如表1所示。

4.工程實例應(yīng)用

4.1工程地質(zhì)條件

（1）巖質(zhì)邊坡概況?；葜菔旋堥T縣南昆山鎮(zhèn)某自然山體由于房屋修建，在山體坡腳形成人工開挖邊坡。原始地貌為低山丘陵，上部自然山體坡向133°，坡度20°～28°之間，山體巖性為花崗巖，表面覆蓋殘積土，植被發(fā)育茂密。人工開挖邊坡坡向133°，坡高3m～10m，寬度約80m，坡度40°～60°，人工開挖邊坡巖土組成為：0m～1.0m殘積層砂質(zhì)粘性土，1.0m～5.0m強風化花崗巖，以下為中風化花崗巖。

（2）地質(zhì)構(gòu)造與地層巖性。研究區(qū)所處大地構(gòu)造位置位于華南褶皺紀粵中坳陷北東部，北東向恩平-新豐斷裂帶與河源深斷裂帶夾持之間，佛岡巖體的南東邊緣。出露的主要為佛岡復式巖體的一部分，巖性主要為中?；◢弾r及少量中粒斑狀花崗巖，呈淺紅或灰白色。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料顯示研究區(qū)未見區(qū)域斷裂構(gòu)造通過，野外調(diào)查中在北西側(cè)最高人工開挖邊坡坡腳開挖面測得3組主要節(jié)理，產(chǎn)狀分別為J1：50°∠37°、J2：220°∠70°、J3：155°∠85°。

（3）水文地質(zhì)條件。研究區(qū)內(nèi)地下水類型主要有第四系松散巖類孔隙水和基巖裂隙水兩種。其中第四系松散巖類孔隙水含水層為砂質(zhì)粘性土，屬潛水，透水性和富水性一般，屬弱透水層，主要受大氣降水垂向入滲補給和山前側(cè)向補給為主?；鶐r裂隙水主要賦存于花崗巖的構(gòu)造裂隙和風化裂隙中，其中淺部裂隙水主要賦存于全～強風化花崗巖層中，富水性較好；深部構(gòu)造裂隙水主要賦存于花崗巖節(jié)理密集帶，具承壓性，其富水性中等，與裂隙發(fā)育程度和交替情況密切相關(guān)，一般富水性差，水量變化不大。主要接受松散巖類孔隙水的垂直滲入補給和外圍基巖裂隙水側(cè)向補給。

4.2巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析

根據(jù)邊坡與結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀（見表2）分別對J1/J2、J1/J3、J2/ J3作赤平投影，見圖3、圖4、圖5所示。

（1）根據(jù)圖3可知，結(jié)構(gòu)面J1與J2的交點M1位于邊坡投影弧同側(cè)，且在自然邊坡ns投影弧外側(cè)，則交割線M1O與邊坡坡面傾向相同，同時交割線傾角<邊坡坡角，在坡頂無出露點，說明該切割體處于較穩(wěn)定狀態(tài)。

（2）根據(jù)圖4可知，結(jié)構(gòu)面J1與J3的交點M2位于自然邊坡ns與人工邊坡cs投影弧之間，則交割線M2O與邊坡坡面傾向相同，同時ns坡角<交割線傾角

（3）根據(jù)圖5可知，結(jié)構(gòu)面J2與J3的交點M3位于邊坡投影弧對側(cè)，則交割線M3O與邊坡坡面傾向相反，說明該切割體處于最穩(wěn)定狀態(tài)。

綜上，通過兩兩結(jié)構(gòu)面組合赤平投影分析表明，邊坡坡體受多組結(jié)構(gòu)面組合影響，坡面會形成不穩(wěn)定塊體和較不穩(wěn)定塊體，該邊坡整體處于不穩(wěn)定狀態(tài)。在降雨和人類建房等工程活動條件影響下，塊體易產(chǎn)生垮塌，對鄰近坡腳的擬建房屋建筑和施工人員等造成潛在威脅，為確保擬建項目安全有序開展，施工前應(yīng)對該邊坡采取一定防護治理措施，如：清除坡面松動的巖體、孤石，降低邊坡角度，坡面掛柔性鋼絲網(wǎng)，坡腳、坡面修筑截水溝，坡腳修筑預(yù)留泄水孔的重力式擋墻等。

5.結(jié)論

本文通過闡述赤平投影基本原理與巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性評價標準，以某巖質(zhì)邊坡為實例，采用赤平投影方法，通過兩兩結(jié)構(gòu)面組合赤平投影分析，直觀地反映了各組合交割線與邊坡的空間關(guān)系，確定了各切割體的穩(wěn)定性，進而反映了邊坡的整體穩(wěn)定性，為邊坡的防治提供了依據(jù)，確保擬建項目安全有序地開展。

參考文獻：

[1]陳奇珠，董翌為.赤平投影法分析巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的圖解模板[J].西北水電， 2013（04）： 13-16， 49.

[2]顧婷.赤平極射投影法在巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析中的初步應(yīng)用[J].水利科技與經(jīng)濟， 2010（04）： 391-392， 407.

[3]工程地質(zhì)手冊編委會.工程地質(zhì)手冊（第5版）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社， 2018.