鄧中睿

（四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計研究院有限公司 四川成都 610041）

在貴州高山峽谷地區(qū)廣泛分布著由于滑坡、崩塌、重力地質(zhì)作用及降雨等作用形成的深厚堆積體邊坡。評價堆積體當(dāng)前穩(wěn)定性和預(yù)測其未來變化趨勢的前提是掌握堆積體所在邊坡的變形破壞歷史。另外，巖土力學(xué)強(qiáng)度參數(shù)和破壞模式是影響堆積體邊坡穩(wěn)定性的定量評價的主要因素。但是，由于堆積體巖土介質(zhì)的成因、組成和結(jié)構(gòu)的多樣性，其破壞過程和邊坡本身也十分復(fù)雜，因此，如何選取具有代表性的強(qiáng)度指標(biāo)一直是參數(shù)選取中的難題。

本文以貴州某大橋主墩所處的南孟溪堆積體邊坡為研究對象，對其開展細(xì)致的調(diào)查分析，明確其形成機(jī)制，并結(jié)合工程類比及參數(shù)反分析等多種方法，綜合確定堆積體計算參數(shù)，對其穩(wěn)定性進(jìn)行評價分析，以期為同類工程項(xiàng)目提供參考。

1 堆積體基本特征

1.1 堆積體邊界、規(guī)模及形態(tài)特征

堆積體位于三板溪水電站水庫庫尾南孟溪右岸，全貌如圖1所示。

圖1 堆積體全貌

堆積體整個前緣段縱向長約140m，平均坡度約30°，寬約240m。堆積體前緣高程約431.5m，略高于水庫最低通航水位，前緣段具有一定的坡度變化。其中，最高蓄水位475m 以下的平均坡度約35°，呈多級臺階狀向上延伸；475m 以上高程的平均坡度約24.7°，變化不大。堆積體中部有一人工砌石陡坎，高6～10m不等，橫向?qū)捈s170m，人工砌石上方存在一處緩平臺，平臺高程約508m，縱向長25～30m，橫向?qū)捈s170m，平臺主要用途為棄耕農(nóng)田。堆積體后緣稍陡，前邊界以508m處平臺為界，后緣邊界高程約606m，后方為農(nóng)耕地，堆積體后段縱向長約180m，平均坡度約33°，后緣部分基巖出露。堆積體左側(cè)邊緣以沖溝為界，可見基巖出露，巖性為灰色凝灰質(zhì)板巖，緩傾坡外節(jié)理裂隙較發(fā)育。堆積體右側(cè)存在一沖溝，未見基巖出露，但該沖溝將堆積體進(jìn)行了一定程度的分割，以此作為右側(cè)邊界。

根據(jù)主勘探線鉆孔揭露，前緣段堆積體最深達(dá)深度27.7m，中部平臺段最深厚度約30.8m，后緣段最深33m，主勘探線堆積體一般深度18～20m。根據(jù)已有勘測資料，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查，測得整個堆積體面積約6.88×104m2，整個堆積體平均厚度約19m，南孟溪堆積體體積約1.307×106m3，為一大型堆積體。

總體而言，南孟溪堆積體在地形上呈兩陡坡夾一緩平臺，平臺高程約508m，縱向長25～30m，基覆界面亦為一緩平臺，未見強(qiáng)風(fēng)化基巖。前緣段及后緣段平均坡度30°～33°，從剖面上看，基覆界面呈階梯形，從平面上來看，堆積體沿NW方向呈扇形展布，后緣寬度約250m，長約300m，其坡表主要為農(nóng)用林地及荒廢耕地。

1.2 堆積體結(jié)構(gòu)特征與物質(zhì)組成

南孟溪堆積體結(jié)構(gòu)較復(fù)雜（見圖2），可分為前緣段、平臺段、后緣段。前緣段主要為碎石土，部分夾粉質(zhì)粘土及塊石土透鏡體；中部平臺主要為碎石土，鉆探揭示部分夾粉質(zhì)粘土透鏡體，下部基巖未見強(qiáng)風(fēng)化界面，且根據(jù)形態(tài)來看，基覆界面為一緩平臺；后緣表層見部分粉質(zhì)粘土，下部主要為塊石土夾少量碎石土、粉質(zhì)粘土透鏡體，部分鉆探揭示斷層破碎帶。

圖2 南孟溪堆積體剖面圖

1.3 基覆面特征

堆積體在后緣及左緣基巖出露，巖性為深灰色中厚層凝灰質(zhì)板巖，產(chǎn)狀：335°∠20°，見兩組節(jié)理發(fā)育。節(jié)理①：207°∠87°，節(jié)理面平直，延伸50～80cm，間距0.6～1.2m。節(jié)理②：109°∠86°，節(jié)理面粗糙，延伸1.2～1.6m，間距30～80cm。基巖節(jié)理較發(fā)育，受緩傾坡外層面及兩組近直立結(jié)構(gòu)面切割易形成傾倒破壞。

2 堆積體成因機(jī)制分析

堆積體處于三板溪水庫尾端南孟溪支流上。堆積體中下部基巖面存在一較平緩臺階，臺階角度12°～15°，寬100m左右，未見強(qiáng)風(fēng)化基巖。一般中風(fēng)化基巖與上覆碎石土呈直接接觸狀態(tài)，上覆碎石土碎石粒徑2～4cm，大部分成圓棱狀，由此推測該基巖緩臺階為侵蝕形成的臺地，形成階段處于河床下切緩慢而側(cè)蝕作用增強(qiáng)期，從而形成了中下部平緩臺階，從地形上為堆積體的形成提供了必要條件。南孟溪堆積體是陡坡外節(jié)理與水平面的不利結(jié)合作用下，坡面巖體發(fā)生彎曲拉伸變形，進(jìn)而以崩塌形式破壞的結(jié)果，其破壞過程如圖3所示。

圖3 堆積體形成機(jī)制示意圖

（1）卸荷回彈陡傾面拉裂階段。隨著燕山期和新

構(gòu)造運(yùn)動，南夢溪迅速下沉，經(jīng)過長期的岸坡改造，逐漸形成階梯狀坡形。河流的進(jìn)一步下切和侵蝕，使巖體陡坡外的卸荷裂隙發(fā)育。（2）板梁彎曲，拉裂面向深部擴(kuò)展并向坡后推移階段。邊坡變形破壞的空間是由切蝕沖刷作用引起的，邊坡非常陡峭。該階段多伴有邊坡和坡面的局部崩落。（3）板梁根部折裂，壓碎階段。在陡坡外卸荷裂縫和水平面的共同作用下，巖塊旋轉(zhuǎn)下落，導(dǎo)致崩塌。

3 堆積體力學(xué)參數(shù)取值

本次計算參數(shù)主要通過工程地質(zhì)類比、室內(nèi)試驗(yàn)和參數(shù)反演方法綜合確定。

3.1 工程類比法

參考諸多邊坡治理工程實(shí)踐和成功經(jīng)驗(yàn)［1-7］，堆積體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)參數(shù)有重要的參考價值。由表1 可知，碎石土天然狀態(tài)下內(nèi)聚力取值一般在14～30kPa，內(nèi)摩擦角一般為29°～35°；飽水狀態(tài)下，內(nèi)聚力取值一般在10～18kPa，內(nèi)摩擦角一般為27°～30°。天然狀態(tài)下，粉質(zhì)粘土內(nèi)聚力一般取20～27kPa，內(nèi)摩擦角一般在18°～26°之間；飽水狀態(tài)下，內(nèi)聚力取值一般在18～23kPa，內(nèi)摩擦角一般為15°～24°。

表1 堆積體碎石土抗剪強(qiáng)度參數(shù)值類比

3.2 室內(nèi)試驗(yàn)法

在堆積體的本次鉆孔中選取幾段土體進(jìn)行試驗(yàn)，天然狀態(tài)下，粉質(zhì)粘土的抗剪強(qiáng)度平均試驗(yàn)結(jié)果為：內(nèi)聚力取28.7kPa，內(nèi)摩擦角取11.8°。由于室內(nèi)實(shí)驗(yàn)采用小型環(huán)刀進(jìn)行直接剪切試驗(yàn)，無法包含碎石和角礫等巨粒成分，僅代表粉質(zhì)粘土的力學(xué)強(qiáng)度。

3.3 參數(shù)反演分析法

根據(jù)定性判斷，堆積體雨季時處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，坡體上不存在有規(guī)模性的破壞跡象，因而，采用摩根斯坦—普賴斯法（M-P 法）考慮穩(wěn)定系數(shù)1.05～1.15 之間進(jìn)行反演分析。

根據(jù)鉆孔揭露整個堆積體上部以崩坡積塊石及碎石土為主，局部夾少量粉質(zhì)粘土，堆積體中下部以碎石土為主局部夾粉質(zhì)粘土，粉質(zhì)粘土含量往坡體下部含量有增大趨勢，而塊石土下部坡體含量較少。因此，反演時，從前緣坡體入手，粉質(zhì)粘土參數(shù)根據(jù)原狀土土工試驗(yàn)參數(shù)取得，取碎石土飽和狀態(tài)內(nèi)聚力20kPa，內(nèi)摩擦角遞增情況下，前緣穩(wěn)定性在1.05～1.15之間進(jìn)行反演，將反演結(jié)果應(yīng)用于上部坡體反演，獲得塊石土在上部坡體1.05～1.15的內(nèi)摩擦角值。

3.3.1 堆積體前緣碎石土參數(shù)反演

堆積體前緣邊坡為臨水邊坡，其穩(wěn)定性受水庫水位影響明顯，堆積體自2008年三板溪水電站蓄水試運(yùn)行至今已經(jīng)歷10次水位周期漲落，目前仍處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，故前緣選取水位降至死水位而坡體處于飽和狀態(tài)下進(jìn)行反算，反演結(jié)果見表2。

表2 堆積體中心剖面碎石土抗剪強(qiáng)度參數(shù)反演結(jié)果表

反演結(jié)果表明：（1）在內(nèi)聚力不變的情況下，內(nèi)摩擦角每提高1°，前緣搜索圓弧滑面穩(wěn)定性提高約0.036；（2）堆積體下部為碎石土夾粉質(zhì)粘土，粉質(zhì)粘土參數(shù)依據(jù)土工試驗(yàn)參數(shù)獲得，取飽和狀態(tài)下碎石土內(nèi)聚力20kPa，控制變量僅其內(nèi)摩擦角，反演結(jié)果可靠性高；（3）飽水狀態(tài)下，當(dāng)碎石土內(nèi)聚力取20kPa，內(nèi)摩擦角取25°～28°時，前緣搜索圓弧滑面穩(wěn)定性系數(shù)介于1.046～1.153之間，穩(wěn)定性計算參數(shù)可在26°～28°范圍內(nèi)選?。?-9］。

3.3.2 堆積體后緣塊石土參數(shù)反演

根據(jù)鉆探揭露，堆積體后緣主要為塊石土夾少量碎石土，偶夾粉質(zhì)粘土，由于前緣反演部分對堆積體前緣已進(jìn)行反演，碎石土內(nèi)摩擦角可在26°～28°范圍內(nèi)選取。此處，在對堆積體后緣進(jìn)行反演時，分別取碎石土內(nèi)摩擦角26°～28°進(jìn)行比較，且能夠比較后緣坡體對碎石土內(nèi)摩擦角參數(shù)的敏感性。反演結(jié)果統(tǒng)計見表3。

表3 堆積體中心剖面后緣段碎石土抗剪強(qiáng)度參數(shù)反演結(jié)果表

反演結(jié)果表明：（1）在內(nèi)聚力不變的情況下，碎石土內(nèi)摩擦角每提高1°，后緣搜索圓弧滑面穩(wěn)定性提高約0.022；（2）在內(nèi)聚力不變的情況下，塊石土內(nèi)摩擦角每提高1°，后緣搜索圓弧滑面穩(wěn)定性提高約0.014；（3）在對比不同參數(shù)條件下，后緣搜索滑面對碎石土參數(shù)敏感性比塊石參數(shù)敏感性更強(qiáng)一些，因此，碎石土參數(shù)選取的準(zhǔn)確性尤為重要；（4）根據(jù)收集資料及當(dāng)前宏觀判斷，堆積體在不利工況下均處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，坡體內(nèi)未見明顯變形破壞，穩(wěn)定性系數(shù)應(yīng)在1.05～1.15 之間，參數(shù)選取可按表3中合理區(qū)間值選取。

3.4 綜合取值

綜合上述各種方法，確定堆積體抗剪強(qiáng)度參數(shù)取值見表4。

表4 堆積體計算參數(shù)綜合取值結(jié)果

4 堆積體穩(wěn)定性評價

本次穩(wěn)定性計算采用極限平衡法，以期對該堆積體蓄水狀態(tài)下的穩(wěn)定現(xiàn)狀及開挖后邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行評價。穩(wěn)定性計算結(jié)果如表5所示。

表5 堆積體計算參數(shù)取值結(jié)果

邊坡堆積體穩(wěn)定性分析結(jié)果表明：（1）邊坡整體穩(wěn)定較好，在各工況下均能滿足安全系數(shù)要求，在邊坡內(nèi)設(shè)置大橋的重要構(gòu)筑物是可行的；（2）邊坡前緣處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，但不滿足邊坡安全標(biāo)準(zhǔn)，若在該區(qū)設(shè)置重要構(gòu)筑物，需要進(jìn)行強(qiáng)加固，由于前緣段后部設(shè)置有橋梁主墩，因此，需在橋梁主墩前緣設(shè)置護(hù)坡樁，以防止前緣坡體失穩(wěn)后對后方橋墩造成牽引破壞，在充分防護(hù)好后部橋墩的情況下，前緣坡體可考慮適當(dāng)降低安全標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)論

本文以貴州某大橋主墩所處的南孟溪堆積體邊坡作為研究對象，對其形成機(jī)制、力學(xué)參數(shù)取值和穩(wěn)定性進(jìn)行研究，得到以下結(jié)論。

（1）南孟溪堆積體在地形上呈兩邊坡夾一緩平臺，平臺高程約508m，縱向長25～30m。從剖面上看，基覆界面呈階梯形；從平面上來看，堆積體沿NW方向呈扇形展布，后緣寬度約250m，長約300m，為一大型堆積體。

（2）南孟溪堆積體具有多期次、復(fù)合型的特點(diǎn)，即經(jīng)歷了多期構(gòu)造抬升期和相對穩(wěn)定期，形成目前的堆積形態(tài)。通過分析，堆積體是重力崩塌堆積和后期各種物質(zhì)斜坡堆積的混合復(fù)合模式。

（3）堆積體的地形坡度雖然陡峭，但中間有一個緩坡平臺。物質(zhì)成分以礫石土為主，粉質(zhì)粘土含量較少。此外，坡內(nèi)外排水條件良好，坡面無明顯變形破壞，邊坡整體穩(wěn)定性較好。

（4）堆積體邊坡前緣在天然狀態(tài)下穩(wěn)定性良好，在地震、暴雨及水位驟降工況下穩(wěn)定性明顯降低，建議在主橋橋墩前方加固支護(hù)，以防止前部岸坡垮塌引起承臺處牽引破壞。