宋 健，亢佳帥，謝延玲

(1.中煤航測(cè)遙感集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710199；2.桂林理工大學(xué)土木與建筑工程學(xué)院，廣西 桂林 541004)

0 引言

邊坡穩(wěn)定性分析和評(píng)價(jià)一直是邊坡工程的核心問(wèn)題。為了保證邊坡工程安全、降低工程建設(shè)費(fèi)用、確保生命財(cái)產(chǎn)安全，準(zhǔn)確評(píng)價(jià)其穩(wěn)定性是邊坡工程成敗的關(guān)鍵[1-3]。目前工程上應(yīng)用的邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法大致分為三大類：定性分析法、定量分析法及不確定分析法。其中，定性分析法是基于地質(zhì)與水文條件及人類活動(dòng)等影響因素，分析邊坡體的成因、演變史等，從而獲得可能的失穩(wěn)破壞方式與力學(xué)機(jī)制，是工程實(shí)踐中經(jīng)常采用的方法。赤平投影分析法作為定性分析法的一種，主要用來(lái)表示線、面的方位及其相互之間的角距關(guān)系和運(yùn)動(dòng)軌跡，把物體三維空間的幾何要素投影到平面上進(jìn)行研究，能夠更加直觀地表示邊坡巖體中發(fā)育的結(jié)構(gòu)面和坡面產(chǎn)狀與空間組合關(guān)系，掌握軟弱結(jié)構(gòu)面特征，從而分析邊坡的穩(wěn)定性[4-6]。本文利用赤平投影分析法，分析評(píng)價(jià)了某工程中邊坡穩(wěn)定性，并給出了針對(duì)性的治理建議。

1 工程概況

場(chǎng)地位于丘陵區(qū)，地形起伏較大，部分建筑與道路修建需對(duì)山體進(jìn)行開(kāi)挖，開(kāi)挖后形成的邊坡高度一般在3.0 m～17.0 m之間，以巖質(zhì)邊坡為主，部分為土質(zhì)邊坡和半土質(zhì)半巖質(zhì)邊坡。巖質(zhì)邊坡開(kāi)挖后邊坡巖體裸露，易風(fēng)化，在結(jié)構(gòu)面的作用下，局部穩(wěn)定性較差，易產(chǎn)生滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害；土質(zhì)邊坡自穩(wěn)性較差，在強(qiáng)降雨等不利條件下，易產(chǎn)生崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害[7]。

本文運(yùn)用赤平投影分析法，根據(jù)邊坡工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、巖體結(jié)構(gòu)特征等對(duì)該邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)并針對(duì)該邊坡治理方案提出合理化的建議[8-9]。

2 場(chǎng)地工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

場(chǎng)地所處地貌類型屬于浙西北剝蝕丘陵，山體總體自然坡度為15°～40°，呈上陡下緩形態(tài)。植被發(fā)育，主要為灌木、茶園。山體坡腳高程約在23.20 m左右，山頂高程約為82.20 m，最大高差約59.0 m。

2.2 區(qū)域地層

1)奧陶系下統(tǒng)印渚埠組(O1y)。

巖性為青灰色鈣質(zhì)泥巖，下部夾瘤狀灰?guī)r、泥灰?guī)r，頂部有時(shí)可見(jiàn)含鐵錳質(zhì)灰?guī)r和鈣質(zhì)泥巖。

2)奧陶系上統(tǒng)于潛組粉砂巖(O3y)。

上部巖性為黃灰色、灰綠色粉砂巖，下部為青灰色粉砂巖、細(xì)砂巖為主，局部夾有頁(yè)巖。地層產(chǎn)狀240°～270°∠32°～44°，砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造。全風(fēng)化不發(fā)育，強(qiáng)風(fēng)化呈黃灰色、灰褐色，厚度3.0 m～17.0 m，風(fēng)化呈碎塊狀，節(jié)理裂隙發(fā)育，節(jié)理面見(jiàn)鐵錳質(zhì)渲染；中風(fēng)化呈黃灰色、青灰色，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較破碎，呈碎裂結(jié)構(gòu)，是擬開(kāi)挖邊坡坡體主要組成結(jié)構(gòu)。

3)侏羅系中統(tǒng)漁山尖組(J2y)。

巖性為黃綠色細(xì)砂巖、粉砂巖、泥巖為主，頂部為紫紅色塊狀礫巖。

主要分布在調(diào)查區(qū)丘陵表部和山間坡洪積斜地，巖性為含角礫粉質(zhì)黏土、含粉質(zhì)黏土碎石，灰黃色，稍密狀，碎石質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%～50%不等，粒徑以2 cm～5 cm為主，最大10 cm，碎石成分為強(qiáng)～中等風(fēng)化粉砂巖，棱角狀，局部以碎石為主，土質(zhì)不均，分布不均。

2.3 地層巖性

根據(jù)地貌特征、地層時(shí)代、巖土體成因類型及物理、力學(xué)性質(zhì)不同，勘察區(qū)地層可分為4個(gè)工程地質(zhì)層(巖)組，7個(gè)工程地質(zhì)亞層。自上而下分述如下：

⑨-1含礫粉質(zhì)黏土(Qel+dl)：灰黃色，硬可塑，局部軟可塑，稍濕。無(wú)層理，切面粗糙，見(jiàn)鐵錳質(zhì)條紋，中等壓縮性，局部夾有碎、礫石，質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%～30%。

⑨-2含粉質(zhì)黏土碎石(Qel+dl)：灰黃色，稍濕，稍密～中密。碎石質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%～60%，粒徑2 cm～6 cm不等，次棱角狀，成分為強(qiáng)～中風(fēng)化粉砂巖，余為黏性土及礫石充填。

⑩-1全風(fēng)化粉砂巖(O3y)：灰綠色、黃褐色，硬可塑。巖石已風(fēng)化成土狀，可見(jiàn)高嶺土化，原巖結(jié)構(gòu)模糊，局部夾強(qiáng)風(fēng)化碎塊。

⑩-2強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖(O3y)：黃灰～灰褐色，稍硬，巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，裂隙發(fā)育，面具鐵錳質(zhì)浸染，巖芯呈塊狀、碎石狀，敲擊聲啞。

⑩-2夾全風(fēng)化粉砂巖(O3y)：黃褐色，硬可塑。巖石已風(fēng)化成土狀，原巖結(jié)構(gòu)模糊，局部夾強(qiáng)風(fēng)化碎塊。

⑩-3中風(fēng)化粉砂巖(O3y)：黃灰色、青灰色，較硬。粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，巖芯呈柱狀、短柱狀，節(jié)理裂隙較發(fā)育，主要發(fā)育4組節(jié)理，3°～25°∠75°～84°，節(jié)理密度4條/m～8條/m，延伸一般6 m～10 m；95°～125°∠20°～52°，節(jié)理密度3條/m～5條/m，延伸一般5 m～8 m；230°～250°∠58°～65°，節(jié)理密度3條/m～6條/m，延伸一般5 m～8 m；280°～318°∠75°～77°，節(jié)理密度4條/m～6條/m，延伸一般4 m～6 m；節(jié)理裂隙以閉合狀為主，少量微張，部分裂隙面具鐵錳質(zhì)渲染。RQD為0%～30%，巖石天然單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為12.85 MPa，巖石飽和抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為10.43 MPa，為軟質(zhì)巖；巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。

勘察區(qū)山體出露地層為奧陶系上統(tǒng)于潛組粉砂巖(O3y)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)測(cè)繪和調(diào)查：粉砂巖地層產(chǎn)狀240°～270°∠32°～44°，呈向南西至西的單斜，各地質(zhì)點(diǎn)地層產(chǎn)狀及節(jié)理裂隙發(fā)育情況見(jiàn)表1。

表1 各地質(zhì)點(diǎn)地層產(chǎn)狀及巖體節(jié)理裂隙情況匯總表

2.4 水文地質(zhì)條件

勘察區(qū)范圍內(nèi)地下水按其賦存條件可分為第四系松散巖類孔隙潛水和基巖裂隙水兩大類。

第四系孔隙潛水主要賦存在斜坡表層的殘坡積物及溝谷坡洪積黏性土、含粉質(zhì)黏土角礫、碎石中，補(bǔ)給方式主要為大氣降水，水量較少，含水層滲透性較大，以順坡向向坡腳排泄為主，豎向向風(fēng)化基巖滲入排泄和蒸發(fā)排泄為輔。

基巖裂隙水主要賦存于基巖風(fēng)化、節(jié)理裂隙內(nèi)，水量貧乏，場(chǎng)地內(nèi)基巖為奧陶系于潛組粉砂巖，層頂埋深0.30 m～6.90 m，泥質(zhì)膠結(jié)，風(fēng)化層中泥質(zhì)含量高，滲透性差。主要受側(cè)向補(bǔ)給和孔隙潛水下滲補(bǔ)給，水量微弱，徑流緩慢。

每年的梅雨、臺(tái)風(fēng)季節(jié)，暴雨多且強(qiáng)度大，地下水位相對(duì)較高，地下水體較發(fā)育。暴雨時(shí)坡面水流將對(duì)邊坡進(jìn)行沖蝕，并且在邊坡巖土體中容易形成較大的孔隙水壓力，從而對(duì)斜坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利的影響。

2.5 人文活動(dòng)與自然山體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

場(chǎng)地?cái)M建區(qū)域以自然山坡為主，植被較發(fā)育，主要為灌木，部分種植茶樹(shù)，人類活動(dòng)較少?？辈靺^(qū)邊坡巖性主要由第四系上更新統(tǒng)殘坡積含礫粉質(zhì)黏土、含粉質(zhì)黏土碎石及全～中風(fēng)化基巖組成，坡度約為15°～40°，現(xiàn)狀山坡未發(fā)現(xiàn)滑坡、崩塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象，山坡植被發(fā)育，自然山坡穩(wěn)定性良好。

3 邊坡巖土體結(jié)構(gòu)特征與穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)

勘察區(qū)現(xiàn)狀自然斜坡較穩(wěn)定，但由于平整場(chǎng)地的需要，在坡腳處開(kāi)挖山體形成人工邊坡，破壞了其應(yīng)力平衡，在有效臨空、冰凍暴雨等不利條件下易發(fā)生順層滑坡、崩塌和掉塊等地質(zhì)災(zāi)害。

為準(zhǔn)確分析邊坡體特征，根據(jù)邊坡的傾向、高度及巖土體結(jié)構(gòu)等特征，將邊坡分為Ⅰ-Ⅰ′，Ⅱ-Ⅱ′，Ⅲ-Ⅲ′，Ⅳ-Ⅳ′，Ⅴ-Ⅴ′5段，剖面圖見(jiàn)圖1～圖5。根據(jù)邊坡水文地質(zhì)條件、工程地質(zhì)條件、巖體結(jié)構(gòu)特征等對(duì)該5段邊坡巖土體結(jié)構(gòu)特征與穩(wěn)定性進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)。

3.1 Ⅰ-Ⅰ′段邊坡

如圖1所示，自然斜坡坡度15°～25°。邊坡坡向約為327°。坡體前沿道路設(shè)計(jì)標(biāo)高約為31.0 m，切坡后將形成長(zhǎng)約350 m的邊坡，最高挖方邊坡約10.0 m，沿瓦窯湖東側(cè)向南延伸的邊坡普遍高度較小。根據(jù)剖面圖，邊坡的巖性主要為殘坡積層、強(qiáng)～中風(fēng)化粉砂巖，其中殘坡積層厚度為0.3 m～0.4 m，強(qiáng)風(fēng)化層厚度約5.6 m～7.7 m，下部為中風(fēng)化基巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，呈碎裂結(jié)構(gòu)，巖芯多呈碎塊狀～塊狀，RQD為0%～20%。

從圖1赤平投影圖可以看出，層理①、節(jié)理②和節(jié)理③三條結(jié)構(gòu)面弧線均有2個(gè)交點(diǎn)落在邊坡坡面和邊坡坡面以上代表弧線之間，因此節(jié)理面交線形成的結(jié)構(gòu)面對(duì)邊坡面具有不利影響，邊坡具有不穩(wěn)定性。

根據(jù)赤平投影分析，巖質(zhì)邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，邊坡巖體破碎，切坡后基巖裸露，軟質(zhì)巖，遇雨或冬季冰凍后易軟化或崩解，易發(fā)生小型崩塌及掉塊等地質(zhì)災(zāi)害。

3.2 Ⅱ-Ⅱ′段邊坡

如圖2所示，坡體自然斜坡坡度15°～30°。坡體前沿?cái)M建道路設(shè)計(jì)標(biāo)高約為27.50 m，故切坡后將形成長(zhǎng)約107 m，高約13.5 m的挖方邊坡，邊坡坡向約為258°。根據(jù)剖面圖，組成邊坡的巖性主要為殘坡積層、強(qiáng)～中風(fēng)化粉砂巖，其中殘坡積層厚度為0.3 m～0.4 m，強(qiáng)風(fēng)化層厚度約5.7 m～6.1 m，下部為中風(fēng)化基巖，坡腳中風(fēng)化基巖出露。強(qiáng)～中風(fēng)化粉砂巖節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，呈碎裂結(jié)構(gòu)，巖芯多呈碎塊狀，少量短柱狀，RQD為0%～30%。

從圖2赤平投影圖可以看出，層理①、節(jié)理②、節(jié)理③、節(jié)理④四條結(jié)構(gòu)面弧線均有2個(gè)交點(diǎn)落在邊坡坡面和邊坡坡面以上代表弧線之間，因此節(jié)理面交線形成的結(jié)構(gòu)面對(duì)邊坡面具有不利影響，邊坡具有不穩(wěn)定性。

根據(jù)赤平投影分析，巖石層理與邊坡同向，巖體破碎，切坡后基巖裸露，巖質(zhì)邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，易發(fā)生順層滑坡、崩塌及掉塊等地質(zhì)災(zāi)害[10]。

3.3 Ⅲ-Ⅲ′段邊坡

如圖3所示，邊坡坡向約為237°。坡體前沿道路設(shè)計(jì)標(biāo)高約為43.8 m，切坡后將形成長(zhǎng)約30 m，高約8.0 m的挖方邊坡。根據(jù)剖面圖，邊坡巖性主要為殘坡積層、強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖，其中殘坡積層厚度為0.3 m～0.4 m，強(qiáng)風(fēng)化層厚度約4.0 m～11.0 m，下部為中風(fēng)化基巖，坡腳中風(fēng)化基巖不出露。強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖，裂隙發(fā)育，巖體破碎，呈碎裂結(jié)構(gòu)，巖芯多呈碎塊狀，RQD為0%。

從圖3赤平投影圖可以看出，層理①、節(jié)理②、節(jié)理③、節(jié)理④、節(jié)理⑤五條結(jié)構(gòu)面弧線均有2個(gè)交點(diǎn)落在邊坡坡面和邊坡坡面以上代表弧線之間，因此節(jié)理面交線形成的結(jié)構(gòu)面對(duì)邊坡面具有不利影響，邊坡具有不穩(wěn)定性。

根據(jù)赤平投影分析，巖石層理與邊坡坡向相近，且?guī)r體破碎，切坡后基巖裸露，邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，易發(fā)生順層滑坡、崩塌及掉塊等地質(zhì)災(zāi)害。

3.4 Ⅳ-Ⅳ′段邊坡

如圖4所示，自然斜坡坡度15°～30°。邊坡坡向約為191°。坡體前沿道路設(shè)計(jì)標(biāo)高約為41.0 m，切坡后將形成長(zhǎng)約80 m，高約15.0 m的挖方邊坡。根據(jù)剖面圖，邊坡的巖性主要為殘坡積層、強(qiáng)～中風(fēng)化粉砂巖，其中殘坡積層厚度為0.5 m～0.7 m，強(qiáng)風(fēng)化層厚度約3.6 m～4.9 m，下部為中風(fēng)化基巖，坡腳中風(fēng)化基巖出露。強(qiáng)～中風(fēng)化粉砂巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，呈碎裂結(jié)構(gòu)，巖芯多呈碎塊狀～塊狀，RQD為0%～20%。

從圖4赤平投影圖可以看出，層理①、節(jié)理②、節(jié)理③三條結(jié)構(gòu)面弧線均有2個(gè)交點(diǎn)落在邊坡坡面和邊坡坡面以上代表弧線之間，因此節(jié)理面交線形成的結(jié)構(gòu)面對(duì)邊坡面具有不利影響，邊坡具有不穩(wěn)定性。

根據(jù)赤平投影分析，巖質(zhì)邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，且?guī)r體破碎，切坡后基巖裸露，易發(fā)生小型崩塌及掉塊等地質(zhì)災(zāi)害。

3.5 Ⅴ-Ⅴ′段邊坡

如圖5所示，自然斜坡坡度15°～25°，邊坡坡向約為202°。坡體前沿道路設(shè)計(jì)標(biāo)高約為41.5 m，切坡后將形成長(zhǎng)約70 m，高約10.0 m的挖方邊坡。根據(jù)剖面圖，邊坡的巖性主要為殘坡積層、強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖，其中殘坡積層厚度為0.9 m～2.0 m，強(qiáng)風(fēng)化層厚度約1.7 m～12.8 m，下部為中風(fēng)化基巖，坡腳中風(fēng)化基巖不出露。強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖裂隙發(fā)育，巖體破碎，呈碎裂結(jié)構(gòu)，巖芯多呈碎塊狀。

從圖5可以看出，層理①、節(jié)理②、節(jié)理③、節(jié)理④、節(jié)理⑤五條結(jié)構(gòu)面弧線均有2個(gè)交點(diǎn)落在邊坡坡面和邊坡坡面以上代表弧線之間，因此節(jié)理面交線形成的結(jié)構(gòu)面對(duì)邊坡面具有不利影響，邊坡具有不穩(wěn)定性。

根據(jù)赤平投影分析，巖質(zhì)邊坡處于較穩(wěn)定狀態(tài)，但該段巖體破碎，切坡后基巖裸露，易發(fā)生崩塌及掉塊等地質(zhì)災(zāi)害。

綜合來(lái)看，Ⅰ-Ⅰ′，Ⅱ-Ⅱ′，Ⅲ-Ⅲ′，Ⅳ-Ⅳ′和Ⅴ-Ⅴ′段邊坡為巖質(zhì)邊坡，邊坡開(kāi)挖最大高度一般8 m～15 m，局部達(dá)17 m，組成邊坡的巖性主要為殘坡積層，強(qiáng)～中風(fēng)化砂巖，殘坡積層厚度較薄，強(qiáng)～中風(fēng)化巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，放坡后邊坡穩(wěn)定性一般或較差，邊坡上部土體在自重應(yīng)力、冰凍、強(qiáng)降雨等不利條件作用下，易發(fā)生崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害[11]。特別是Ⅱ-Ⅱ′，Ⅲ-Ⅲ′段(坡向240°～300°)邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，易發(fā)生滑坡，需要采取適當(dāng)?shù)募庸烫幚泶胧?/p>

4 邊坡穩(wěn)定性分析結(jié)論及建議

通過(guò)赤平投影分析法對(duì)五段邊坡的穩(wěn)定性分析結(jié)論是Ⅰ-Ⅰ′，Ⅱ-Ⅱ′，Ⅲ-Ⅲ′和Ⅳ-Ⅳ′處于不穩(wěn)定狀態(tài)，Ⅴ-Ⅴ′處于較穩(wěn)定狀態(tài)。

根據(jù)工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、巖體結(jié)構(gòu)特征等，該項(xiàng)目的邊坡治理方案建議采取放坡、護(hù)坡措施，并且在坡頂設(shè)置截水溝。具體建議如下：

1)開(kāi)挖坡率：殘坡積層和全風(fēng)化層1∶1.0～1∶1.25；含粉質(zhì)黏土碎石、強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖1∶0.75～1∶1.0；中風(fēng)化粉砂巖1∶0.5～1∶0.75。2)護(hù)坡措施：對(duì)低矮邊坡(H≤8 m)建議采用重力式擋墻護(hù)坡，對(duì)于坡高大于8 m的巖質(zhì)邊坡建議采用放坡+錨桿(索)+格構(gòu)梁+綠化進(jìn)行護(hù)坡或采用錨噴+掛網(wǎng)進(jìn)行護(hù)坡。3)坡頂5 m外應(yīng)設(shè)截水溝，場(chǎng)地各沖溝處應(yīng)設(shè)置專門(mén)的排水設(shè)施。4)邊坡開(kāi)挖前做好開(kāi)挖方案，施工應(yīng)按照從上而下的方式分臺(tái)階開(kāi)挖。