西南山區(qū)某公路邊坡變形機(jī)制及破壞模式分析
摘要：通過地質(zhì)調(diào)查地質(zhì)勘察查明大永高速公路K25邊坡水文地質(zhì)與工程地質(zhì)條件。對邊坡特征、邊坡變形機(jī)制、邊坡破壞模式展開分析，得知邊坡變形破壞主要受地質(zhì)結(jié)構(gòu)面、邊坡坡比、地下水等因素控制。分析發(fā)現(xiàn)邊坡變形機(jī)制主要為拉張變形、剪切變形、鼓脹變形、框架梁開裂等。邊坡破壞模式分為楔形體破壞、鼓脹潰決、整體滑移三種。
關(guān)鍵詞：邊坡；邊坡變形機(jī)制；邊坡破壞模型；
1引言
我國是多山國家隨著高速公路迅猛發(fā)展，建設(shè)過程中將面臨大量邊坡問題。而邊坡形成條件、誘發(fā)原因、變形破壞機(jī)理和幾何邊界條件往往具有復(fù)雜性和不確定性，因此邊坡破壞機(jī)制及破壞模式分析就顯得很有價值。本文將以大永高速公路K25邊坡為例，分析其變形機(jī)制及破壞模式，以此達(dá)到鄰近工程類比借鑒意義。
2 邊坡工程地質(zhì)條件
該邊坡屬構(gòu)造剝蝕殘丘地貌，原始斜坡傾向北西，山頂渾圓，自然坡度約20～35°。邊坡開挖斷面呈近似“△”形。坡體頂部全～強(qiáng)風(fēng)化玄武巖出露，第四系覆蓋層較薄，山坡多為山地，偶有零星喬木，植被發(fā)育程度一般。
照片2-1 邊坡全貌圖（鏡向SE）
根據(jù)地質(zhì)調(diào)查及鉆探揭露結(jié)果，該深挖路塹段范圍內(nèi)分布二疊系玄武巖組（Pβ）層，分為全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化。
邊坡地下水類型主要為基巖裂隙水，主要賦存于二疊系玄武巖系（Pβ）玄武巖裂隙中。坡體內(nèi)含水層不大，可能呈透鏡體狀，且地下水具有承壓性。
3 邊坡特征
邊坡分七級，目前③～⑦級全部開挖完畢，僅①、②級局部未開挖，各級坡率均為1：0.75，分級邊坡間設(shè)置有2m寬馬道。邊坡右側(cè)為邊坡滑塌形成的凹槽，左側(cè)為小型沖溝。偶有零星喬木，植被發(fā)育程度一般。
邊坡為巖質(zhì)邊坡，強(qiáng)風(fēng)化玄武巖在區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育，巖體風(fēng)化網(wǎng)狀裂隙發(fā)育，呈碎裂狀，局部呈散體狀；中風(fēng)化玄武巖主要分布于坡腳一帶，巖體呈灰綠色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，杏仁狀構(gòu)造，巖體呈鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)；全風(fēng)化玄武巖發(fā)育較少，僅在邊坡左側(cè)代表處發(fā)育少許，節(jié)理裂隙極發(fā)育，巖體極破碎，基本風(fēng)化呈土狀。
4 邊坡變形機(jī)制
最初發(fā)現(xiàn)邊坡第三、四、五、六級多處坡面開裂，經(jīng)過近幾天的監(jiān)控量測，觀測點的高程和水平位置均有變化，原來的裂縫增寬增長，二~七級坡面裂縫增多（第七級坡腳也發(fā)現(xiàn)裂縫）。五天之后在邊坡開挖線外5米處又發(fā)現(xiàn)裂縫。據(jù)工程地質(zhì)調(diào)繪，邊坡變形機(jī)制主要包括拉張裂縫、剪切裂縫、鼓脹變形、框架梁開裂等幾類。
1、拉張變形：由于坡體巖土體風(fēng)化強(qiáng)烈，巖體破碎，開挖后邊坡發(fā)生卸荷張拉，導(dǎo)致邊坡發(fā)育多條拉張裂縫，但最為典型的主要有三條LF4、LF5、LF6。LF4見于第三級坡面上，整體兩端上翹中間下凹，延伸100余m，拉裂縫外傾85°～90°，縫寬3～6cm；LF6見于邊坡左側(cè)坡肩，距離邊坡開挖線35m左右，順邊坡左側(cè)（小里程側(cè)）右岸坡發(fā)育，延伸方向NEE轉(zhuǎn)EW向，延伸長度60余m，縫寬達(dá)2～8cm，深最大＞0.5m；LF6是區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)規(guī)模最大的拉張裂縫；多處變形持續(xù)增加。
2.剪切變形：剪切裂縫在區(qū)內(nèi)較為普遍，其中以裂縫LF1及LF3較為典型。LF1見于邊坡左側(cè)坡腳處，產(chǎn)狀32°∠48°，延伸約10m，裂隙面基本閉合，充填有少量泥化膜，并可見明顯擦痕，顯示了其剪切性質(zhì)，巖土體剪出約4～10cm。LF3主要見于邊坡中間第一、第二級坡面，產(chǎn)狀72°∠72°，延伸＞25m，裂隙面基本閉合，可見巖土體向坡外發(fā)生輕微剪切錯動；變形持續(xù)增加。
3.坡面鼓脹變形：坡面鼓脹變形主要與拉張裂縫共生，該類變形在第二級邊坡坡腳以及第三、第四級坡面拉裂縫發(fā)育處較為明顯。在第四級邊坡中間可見一處坡面鼓脹變形將鋼筋籠擠彎，顯示了邊坡巖土體強(qiáng)大的推力。
4．框架梁開裂：第五、六、七級邊坡巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，呈碎裂狀，開挖坡度大，邊坡卸荷效應(yīng)明顯，盡管此三級邊坡進(jìn)行了支護(hù)，但仍沒能避免框架梁開裂，尤其是第六級框架梁變形破壞多而嚴(yán)重。此外，隨著框架梁破話的加劇，坡腳碎落臺面亦局部開裂。
5 邊坡破壞模式
1.楔形體破壞：根據(jù)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀作持平投影進(jìn)行楔形體破壞分析。可知，J2及J3與剖面大角度相交，對邊坡穩(wěn)定影響較小；J1與坡面小角度相交，且外傾，故J1對邊坡穩(wěn)定性影響較大；J2與J3的交線以及J1與J3的交線均落在坡面外，故這兩組節(jié)理組合對邊坡穩(wěn)定性影響較小；而J1與J2的交線傾伏向與坡向一致，且傾伏角小于坡角，故該對結(jié)構(gòu)面組合對邊坡穩(wěn)定性不利，可能沿交線滑動產(chǎn)生楔形體破壞。
2.鼓脹潰決：該類變形破壞發(fā)生的可能條件是存在與剖面斜交的結(jié)構(gòu)面（如J1），且該結(jié)構(gòu)面有一定的外傾分量，邊坡開挖后在卸荷作用或邊坡巖土體的擠壓作用下，結(jié)構(gòu)面上部巖土體鼓脹變形，隨著應(yīng)變的逐步積累，最終邊坡發(fā)生潰決破壞。邊坡左側(cè)坡腳如不
加以治理，該處鼓脹變形最終可能演化成潰決破壞。
3.整體滑移：由于邊坡左側(cè)坡肩處出現(xiàn)一條長大拉裂縫，變形不斷加劇，且該側(cè)巖土體風(fēng)化較強(qiáng)、力學(xué)性質(zhì)較差，長此以往該處發(fā)生規(guī)模性變形破壞的可能性較大。從主斷面上來看，坡上發(fā)育兩條較大裂縫，一條是拉張裂縫，一條是剪切裂縫，且第三級邊坡發(fā)育一條較寬揉皺帶，巖體極為破碎，坡內(nèi)節(jié)理密布，一定條件下節(jié)理裂隙可能貫通起來，從而形成潛在滑面，最終導(dǎo)致邊坡整體滑移。
通過以上分析研究結(jié)合邊坡變形實際觀測成果，討論建議邊坡治理方案為削坡+人字格+截排水溝綜合處治。
6 結(jié)論
（1）邊坡變形機(jī)制主要包括拉張裂縫、剪切裂縫、剪切-拉張裂縫、鼓脹變形、框架梁開裂等形式。
（2）邊坡破壞模式分為楔形體破壞、鼓脹潰決、整體滑移三種類型。
（3）通過邊坡勘察，邊坡特征分析，邊坡變形機(jī)制及邊坡破壞模式分析，給出邊坡治理方案為削坡+人字格+截排水溝綜合處治。
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作者簡介：王洪兵（1986-07）男，云南昆明，碩士研究生，工程師，從事公路工程地質(zhì)勘察設(shè)計及地質(zhì)災(zāi)害防治研究工作。
云南省交通運(yùn)輸廳科技項目（NO.云交科教[2017]33）資助
