【摘? ? 要】：為預(yù)防粵西山區(qū)云母片巖高邊坡滑坡穩(wěn)定性差的問(wèn)題，采用赤平投影圖分析法、滑動(dòng)面分析法、簡(jiǎn)化BISHOP及不平衡推力法綜合手段并結(jié)合工程類比，對(duì)此類巖質(zhì)高邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析，優(yōu)化常規(guī)設(shè)計(jì)方案，提出了針對(duì)性的邊坡加固處治措施。

【關(guān)鍵詞】：粵西山區(qū)；云母片巖；高邊坡；加固

【中圖分類號(hào)】：U416.14【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】：C【文章編號(hào)】：1008-3197（2023）01-66-04

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2023.01.019

Optimal Design of Typical High Slope in Mountainous Area of

Western Guangdong

LIU Huapeng

（Road and Bridge Engineering Co. LTD.， China Railway 16th Bureau Group， Beijing 101500， China）

【Abstract】：In order to prevent poor landslide stability problem of mica schist highslope in western Guangdong mountainous area， the paper adopts means of the erecting projection analysis method， sliding surface analysis method， simplified BISHOP and unbalanced thrust method， combined with the engineering analogy， analyses the comprehensive stability of this kind of high rock slope， puts forwardthe optimizedconventional design schemeand the targeted slope reinforcement and treatment measure.

【Key words】：mountainous area of western Guangdong； mica schist； high slope； reinforcement

粵西山區(qū)滑坡預(yù)警頻頻發(fā)生，眾多學(xué)者對(duì)該區(qū)域的高邊坡穩(wěn)定性及加固措施進(jìn)行研究，分析滑坡的原因并提出了相應(yīng)的處治措施。王建斌等[1]對(duì)廣東省汕頭至湛江高速公路某邊坡滑坡采用有限元對(duì)滑坡成因進(jìn)行了分析并提出了防治對(duì)策；林建業(yè)等[2]對(duì)云湛高速公路典型路塹順層高邊坡進(jìn)行了分析，得到了巖性、雨水和施工擾動(dòng)是導(dǎo)致順層滑坡病害的關(guān)鍵因素并根據(jù)這些影響因素對(duì)原設(shè)計(jì)和施工方案進(jìn)行了優(yōu)化；康欽容等[3]對(duì)廣州增城至從化高速公路順層滑坡進(jìn)行了穩(wěn)定性分析，該區(qū)域有存在淺層滑坡和深層滑動(dòng)的可能性，飽水狀態(tài)下，由于邊坡穩(wěn)定性降低，導(dǎo)致邊坡極易發(fā)生整體滑移。

粵西山區(qū)以云母片巖為主要巖層，巖層風(fēng)化嚴(yán)重，巖體破碎較且?guī)r層間存在薄弱界面。全風(fēng)化云母片巖為土狀，強(qiáng)風(fēng)化云母片巖結(jié)構(gòu)呈碎屑或碎塊狀，遇水易軟化甚至崩解，中風(fēng)化云母片巖節(jié)理裂隙較發(fā)育；該地區(qū)地下水較為豐富，雨水充沛，對(duì)云母片巖深路塹邊坡穩(wěn)定性影響較大。目前，對(duì)粵西山區(qū)云母片巖高邊坡研究較少，實(shí)際工程中存在加固處治費(fèi)用較高、穩(wěn)定性較差、后期養(yǎng)護(hù)病害較多等諸多問(wèn)題，如設(shè)計(jì)處治不當(dāng)，容易引發(fā)重大安全事故。本文以粵西山區(qū)某工程為背景，對(duì)粵西山區(qū)典型云母片巖高邊坡的設(shè)計(jì)方法與加固方案進(jìn)行較為系統(tǒng)分析。

1 工程概況

某工程位于粵西山區(qū)，地處西江支流新興江中游南岸，道路全長(zhǎng)約5 km，為城市主干路，設(shè)計(jì)速度60 km/h，最大邊坡高度約64 m。

1.1 深路塹邊坡地質(zhì)

1）粉質(zhì)黏土?？伤?硬塑，主要成分為粉黏粒，局部見(jiàn)風(fēng)化巖粒、巖塊，為巖石風(fēng)化殘積在原地而形成，韌性中等，干強(qiáng)度中等。層面起伏很大，平均埋深為0.63 m，層厚約3.5～6 m。

2）全風(fēng)化云母片巖。堅(jiān)硬程度屬極軟巖，完整程度屬極破碎，巖石基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。絕大部分礦物成分已風(fēng)化成土狀，原巖結(jié)構(gòu)已完全破壞，巖芯呈堅(jiān)硬土柱狀，局部見(jiàn)強(qiáng)風(fēng)化巖粒、巖塊，遇水易軟化、崩解。層面起伏很大，平均埋深為4.5 m，層厚約13～17 m。

3）強(qiáng)風(fēng)化云母片巖。堅(jiān)硬程度屬極軟巖，完整程度屬極破碎，巖石基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。大部分礦物成分已顯著風(fēng)化，原巖結(jié)構(gòu)已基本破壞，節(jié)理裂隙很發(fā)育，巖芯呈巖塊狀，少量土夾碎塊狀，局部見(jiàn)中風(fēng)化巖塊，遇水易軟化、崩解。層面起伏很大，平均埋深為19.86 m，層厚約10～19 m。

4）中風(fēng)化云母片巖。堅(jiān)硬程度屬極軟巖，巖石基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí)。變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖芯較完整，少量塊狀，節(jié)長(zhǎng)5～15 cm。層面起伏很大，平均埋深為27.53 m。

1.2 水文地質(zhì)條件

深路塹邊坡場(chǎng)地分布的地下水主要為潛水、基巖裂隙水。潛水主要賦存在低洼的沖積層中，含水量豐富，補(bǔ)給來(lái)源為大氣降雨、地下水循環(huán)，靠蒸發(fā)及地下徑流排泄；受季節(jié)性影響較大?；鶐r裂隙水主要賦存于風(fēng)化巖石裂隙中，具較好連通性的部位地下水活動(dòng)較強(qiáng)烈，含水量稍豐富，但分布不均勻?；鶐r裂隙水的補(bǔ)給來(lái)源為潛水垂直滲入及含水層側(cè)向滲流補(bǔ)給，排泄方式為蒸發(fā)及向下滲透。穩(wěn)定水位標(biāo)高為40.16～81.10 m。

1.3 地震效應(yīng)

根據(jù)GB 50011—2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（2016版）規(guī)定，深路塹邊坡所在地區(qū)位于抗震設(shè)防烈度6度區(qū)且場(chǎng)地內(nèi)無(wú)揭見(jiàn)飽和液化砂土，可不考慮飽和砂土液化的影響。場(chǎng)地內(nèi)無(wú)軟土，可不考慮震陷的影響。

2 邊坡穩(wěn)定性分析

2.1 強(qiáng)化滑坡現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查

不同路段高邊坡差異性較大，結(jié)構(gòu)面復(fù)雜，需要加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘，為后續(xù)理論分析、計(jì)算提供基礎(chǔ)資料，同時(shí)為滑動(dòng)面的初步確定提供依據(jù)。根據(jù)踏勘成果，邊坡段未見(jiàn)喀斯特、危巖、崩塌、泥石流、采空區(qū)、地面沉降、活動(dòng)斷裂等不良地質(zhì)。邊坡現(xiàn)狀地形起伏較大，位于較陡的山坡上，坡體植被發(fā)育，局部邊坡土體已裸露，自然坡角最大約50°，最大坡高約64 m。從整體地形地貌看，邊坡無(wú)陡坎、植物類型突變、雙溝同源等情況；坡體后緣無(wú)開(kāi)裂、滑動(dòng)跡象，前緣也無(wú)鼓脹形態(tài)，也未發(fā)現(xiàn)馬刀樹(shù)、醉漢林等形態(tài)[4]。從巖層性質(zhì)來(lái)看，全風(fēng)化層及強(qiáng)風(fēng)化層較厚，風(fēng)化嚴(yán)重，巖體破碎，易形成剝落或淺層滑塌；尤其在雨季，風(fēng)化層遇水易軟化、崩解。邊坡地下水位較高，接近坡腳位置但并未溢出；無(wú)連通性不利結(jié)構(gòu)面，結(jié)構(gòu)面之間有鈣質(zhì)膠結(jié)或泥質(zhì)膠結(jié)，互相連接緊密，不易發(fā)生滑動(dòng)。從坡體結(jié)構(gòu)來(lái)看，巖層存在節(jié)理面與巖層走向交角＜30°，為順層節(jié)理面[5]。

2.2 確定滑動(dòng)面及計(jì)算方法

選取路段中最不利剖面進(jìn)行計(jì)算。一級(jí)邊坡10 m，坡度1∶1；二級(jí)邊坡10 m，坡度1∶1；三級(jí)邊坡10 m，坡度1∶1.25；四級(jí)邊坡10 m，坡度1∶1.25；五級(jí)邊坡10 m，坡度1∶1.5；六級(jí)邊坡13.835 m，坡度1∶1.5。邊坡平臺(tái)寬3 m，其中三級(jí)坡平臺(tái)寬12 m。見(jiàn)圖1。

由地勘資料可知，該邊坡表層坡度平緩，覆蓋層為粉質(zhì)黏土且厚度較大，層間界面與開(kāi)挖邊坡成反傾結(jié)構(gòu)。下部的全風(fēng)化層基本呈土狀，強(qiáng)風(fēng)化層大部分以塊狀為主，少量土夾碎塊狀，中風(fēng)化層片狀構(gòu)造，結(jié)構(gòu)較為完整，少量塊狀。綜合分析，中風(fēng)化層以上邊坡體呈風(fēng)化土狀或較破碎狀態(tài)，潛在滑動(dòng)面一般可按照?qǐng)A弧滑動(dòng)面進(jìn)行考慮，計(jì)算分析方法可采用簡(jiǎn)化Bishop法。間界面抗剪強(qiáng)度較低，容易產(chǎn)生滑動(dòng)；尤其是強(qiáng)風(fēng)化層與中風(fēng)化層分界面與開(kāi)挖邊坡面同向，屬潛在滑動(dòng)面，該滑動(dòng)面為折線滑動(dòng)面，可采用不平衡推力法進(jìn)行分析計(jì)算[6]。見(jiàn)圖2。

對(duì)于部分強(qiáng)風(fēng)化及中風(fēng)化云母片巖路段巖層呈塊狀結(jié)構(gòu)，完整性相對(duì)較好，與節(jié)理易形成楔形體滑動(dòng)面，故可采用赤平投影法進(jìn)一步分析。

2.3 巖層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析

采用赤平投影圖對(duì)深路塹邊坡進(jìn)行分析。左幅路塹邊坡巖層產(chǎn)狀為120°∠30°，主要發(fā)育兩組節(jié)理裂隙：節(jié)理A為150°∠53°，節(jié)理B為25°∠71°。開(kāi)挖后邊坡面整體產(chǎn)狀為118°∠35°。見(jiàn)圖3。

路塹左幅處巖層節(jié)理A與巖層傾向相似，為順層節(jié)理面，但傾角大于開(kāi)挖坡面的傾角，開(kāi)挖后屬較穩(wěn)定結(jié)構(gòu)面；節(jié)理B與巖層傾向相切，為切層節(jié)理面且傾角大于開(kāi)挖坡面的傾角，故開(kāi)挖后屬較穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

綜上分析，開(kāi)挖后邊坡屬于較穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；但巖層與節(jié)理A、節(jié)理B較易形成楔形體滑動(dòng)面，尚無(wú)法進(jìn)行定量的計(jì)算，故需進(jìn)行預(yù)防性加固處理。通過(guò)對(duì)當(dāng)?shù)匾呀?xiàng)目的調(diào)查，此類地質(zhì)條件適合采用錨桿框架梁加固處治。楔形體形成的具體位置很難確定，但通過(guò)確定潛在滑動(dòng)面，采用錨桿穿越滑動(dòng)面一定長(zhǎng)度，能夠有效預(yù)防楔形體形成[4]；因此本工程可選用錨桿框架梁方案進(jìn)行加固處治。

2.4 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算

邊坡穩(wěn)定性計(jì)算應(yīng)考慮天然狀態(tài)、暴雨作用及地震作用[7]，由于該區(qū)域地震等級(jí)為6度，故只需考慮兩種工況：工況I為自重，工況II為自重+暴雨。

計(jì)算參數(shù)包括坡體土層重度、黏聚力和內(nèi)摩擦角。在工況I條件下，自重計(jì)算取天然重度，抗滑力計(jì)算取天然黏聚力和內(nèi)摩擦角；在工況II條件下，整個(gè)邊坡體因降雨入滲而處于飽和狀態(tài)，自重計(jì)算取飽和重度，抗滑力計(jì)算取飽和黏聚力和內(nèi)摩擦角[8]。見(jiàn)表1。

采用理正巖土軟件進(jìn)行分析，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行條塊劃分和潛在滑動(dòng)面搜索。

1）采用簡(jiǎn)化BISHOP法進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。工況I邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)1.5；工況二邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)1.06＜1.1。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，工況I邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)；工況II邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

2）采用不平衡推力法對(duì)巖層界面處滑動(dòng)面進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。工況I邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)0.67＜1.2；工況二邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)0.54＜1.1。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，以強(qiáng)風(fēng)化云母片巖與中風(fēng)化云母片巖結(jié)構(gòu)面作為滑動(dòng)面驗(yàn)算，邊坡在工況I及工況II條件下，均處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

3 邊坡加固措施優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 方案比選

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘及滑坡調(diào)查，結(jié)合邊坡穩(wěn)定性分析和計(jì)算的結(jié)論，深路塹邊坡巖層界面處滑動(dòng)面安全系數(shù)較低，穩(wěn)定性較差，需采取措施進(jìn)行加固處理?？紤]2種方案。

1）方案一見(jiàn)圖4。

2）方案二見(jiàn)圖5。

3）比選結(jié)果。方案一開(kāi)挖土方量較小、占地面積略?。坏谒募?jí)坡需設(shè)置錨索框架，第五級(jí)坡需設(shè)置錨桿框架。方案二在滑體上緣進(jìn)行開(kāi)挖卸載，減小下滑力，故在三級(jí)平臺(tái)處開(kāi)挖12 m寬平臺(tái)，可以減小錨桿的規(guī)模，可將20 m的錨索縮減為8 m的錨桿，同時(shí)取消第五級(jí)坡的錨桿框架；但增大了開(kāi)挖土方量及占地面積。見(jiàn)表2。

方案二不僅節(jié)約造價(jià)且減小了滑體荷載，提高了邊坡的安全性，因此推薦采用方案二。

3.2 處治措施

1～4級(jí)坡采用錨桿框架梁加固。框架梁采用C30鋼筋混凝土現(xiàn)澆，為矩形框架，截面寬30 cm，應(yīng)嵌入邊坡設(shè)計(jì)坡面內(nèi)20 cm。一級(jí)坡設(shè)置3排10 m全長(zhǎng)黏結(jié)型錨桿，二、三級(jí)坡設(shè)置3排12 m全長(zhǎng)黏結(jié)型錨桿，四級(jí)邊坡設(shè)置3排8 m全長(zhǎng)黏結(jié)型錨桿。錨桿長(zhǎng)度均超出潛在滑動(dòng)面2 m以上，水平間距3 m，入射角度30°，鉆孔直徑110 mm，采用?32mmHRB400鋼筋，設(shè)計(jì)拉力312 kN；另由于地下水位于一級(jí)坡坡腳以上，考慮在坡腳處設(shè)置一排仰斜式排水孔，降低地下水位，防止水在坡腳處飽和，產(chǎn)生坡腳小弧滑動(dòng)面而導(dǎo)致整個(gè)邊坡坍塌[9]。第五、六級(jí)邊坡采用掛鐵網(wǎng)噴基材防護(hù)。

3.3 處治后穩(wěn)定性驗(yàn)算

1）采用簡(jiǎn)化BISHOP法對(duì)粉質(zhì)黏土層、全風(fēng)化層及強(qiáng)風(fēng)化層進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。工況I邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)1.6；工況II邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)1.23。加固后邊坡在工況I及工況II條件下，均處于穩(wěn)定狀態(tài)。

2）采用不平衡推力法對(duì)對(duì)巖層界面處潛在滑動(dòng)面進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。工況I邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)2.4；工況II邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)1.9。加固后邊坡在工況I及工況II條件下，均處于穩(wěn)定狀態(tài)。

4 結(jié)論

1）設(shè)計(jì)時(shí)，全風(fēng)化層及強(qiáng)風(fēng)化層應(yīng)采用緩坡，坡度≯1∶1.25。較破碎巖質(zhì)邊坡應(yīng)采用簡(jiǎn)化BISHOP法單獨(dú)進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。邊坡防護(hù)應(yīng)采用圬工骨架防護(hù)或掛鐵網(wǎng)噴基材類防護(hù)，加強(qiáng)隔水排水措施。

2）設(shè)計(jì)時(shí)需仔細(xì)分析巖體中的節(jié)理與巖體、開(kāi)挖坡面傾向的關(guān)系，判斷是否為順層邊坡、是否形成楔形體；較完整的巖質(zhì)邊坡應(yīng)采用赤平投影圖進(jìn)行穩(wěn)定性分析。順層和楔形體均可采用錨桿框架梁進(jìn)行加固處理。

3）粵西山區(qū)典型云母片巖巖質(zhì)深路塹存在較薄弱的巖層界面，界面處強(qiáng)度較低，尤其對(duì)與開(kāi)挖面同傾向的界面，可初步勾畫(huà)出潛在滑動(dòng)面，采用不平衡推力法進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算；對(duì)于滑體下滑力較大的，可采用開(kāi)挖寬平臺(tái)等措施進(jìn)行卸載處治，再設(shè)置錨桿進(jìn)行加固處理，使錨桿穿越潛在滑動(dòng)面。

4）粵西山區(qū)典型云母片巖巖質(zhì)深路塹需要十分關(guān)注地下水位的對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響。根據(jù)本工程案例的驗(yàn)算結(jié)果，地下水會(huì)大幅降低巖土層的強(qiáng)度，可采用仰斜式排水孔等措施降低地下水位，保證邊坡穩(wěn)定。

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收稿日期：2022-11-08

作者簡(jiǎn)介：劉華朋（1983 - ）， 男， 河南許昌人， 高級(jí)工程師， 從事道路、橋梁工程技術(shù)管理工作。