某高速公路岩质边坡稳定性分析

刘小浪 张 伟

(1.毕节市公路处，贵州 毕节 551700; 2.毕节市交通建设工程质量监督站，贵州 毕节 551700)

0 引言

根据岩体结构控制理论[1]，岩质边坡稳定性主要受内部结构面的分布形式和强度控制，实际工程中，结构面组合使岩质边坡发生平面滑动、楔形体破坏、倾倒等破坏形式。实践中，常采取赤平极射投影初步判断岩质边坡的稳定性[2-5]，但赤平投影无法体现结构面的位置和不稳定块体的大小，分析结果往往偏保守。为此，孙玉科[6]提出实体比例投影分析法，根据野外实测结构面产状和分布位置，通过作图，求出结构面的组合交线、组合的平面，以及由组合的平面和直线围成的结构体的几何形状和规模、分布位置和方向等，并且完全变立体表示为平面表示，代入岩块和结构面参数，即可定量分析边坡的稳定性。

1 工程概况

边坡出露岩层属中新元古界硅铝质浅变质岩系，主要为云母石英片岩，片理发育，平均产状为130°∠34°，呈定向排列。开挖边坡产状为135°∠48°，出露中风化层片理面，节理裂隙发育，将边坡切割得较破碎。

2 边坡稳定性分析

2.1 赤平极射投影分析边坡稳定性

图1为边坡中A1～A4四个点统计优势结构面赤平投影图。根据赤平投影分析边坡稳定性原理，四个点边坡都容易沿片理面发生顺层滑动，A1点节理2和片理与边坡组合形成临空体，易发生小范围的楔体滑动，A2点节理2和片理与边坡组合易发生楔体滑动，A3点节理2和片理与边坡组合易发生楔体滑动，A4点节理1和片理与边坡组合易发生楔体滑动。

2.2 实体比例投影分析边坡稳定性

2.2.1勘测线及结构面位置关系

勘测线走向与边坡坡面走向平行。如图2所示为边坡测绳上两个点A,B。A点测绳读数为3.2 m，B点测绳读数为11.2 m。

2.2.2结构面及坡面赤平投影图

通过边坡和结构面的产状作赤平投影图，如图3所示，结构面J1,J2以及坡面组成一个结构体，易形成楔形体滑动。

2.2.3结构面实体比例投影

作一水平面为投影平面，标出坡顶线和结构面J2,J1的实测点A′和B′，坡顶线左侧代表边坡面的投影，右侧代表水平结构面的投影(见图4)。

在坡顶面一侧，过A′,B′，两点分别作结构面J2和J1的走向线的平行线，二者相交于C′点。在边坡面一侧，过A′,B′两点分别作结构面和边坡面的交线OA,OB的平行线，二者相交于O′点，连接C′O′，A′C′B′O′即为所求结构体在水平投影面上的实体比例投影。

根据几何关系，该结构体的体积为：

2.2.4结构体岩体力学作用分析

如果岩块在自重作用下发生滑移时，主要是沿着势能最低两组结构面组合交线方向滑移。分析这种岩体力学作用的关键在于确定出组合交线产状。有了组合交线产状后，再求出垂直于组合交线结构面视倾角θ，然后分析其力学作用。

如图5所示，δ=17.63°为J1,J2组合交线OC的倾角，垂直于OC的结构面J1，J2的视倾角为θ1=65.7°和θ2=31.38°。

结构体的力学模型如图6所示，作用于结构面J1，J2的滑移力分力P1,P2分别为：

P1=Wcosθ1

(1)

P2=Wcosθ2

(2)

代入W=89×2 556×10=2 275 kN,P1=936 kN,P2=1 942 kN。由自重W产生的下滑力为S:

S=Wsinδ

(3)

代入数值得:S=689 kN。抗滑力T为:

T=T1+T2=P1tgφ1cosδ+c1F1+P2tgφ2cosδ+c2F2

T=Wcosδ(cosθ1tgφ1+cosθ2tgφ2)+c1F1+c2F2

(4)

其中,c1，c2分别为J1和J2的粘聚力；φ1，φ2分别为J1和J2的内摩擦角；F1,F2分别为结构面J1，J2构成滑面的面积。若c1=c2,φ1=φ2,则式(4)简化为:

T=Wcosδtgφ(cosθ1+cosθ2)+c(F1+F2)

(5)

代入φ=20°,c=40 kPa,F2=52.6 m2,F1=13.3 m2,得T=3 634 kN。稳定性系数K=T/S≈5。故该结构体稳定,不会下滑。

3 结语

通过长期观察，边坡存在沿片理面局部掉块、沿结构面发生小型楔形体掉块现象，与赤平极射投影定性分析结果一致；A,B结构面切割形成的楔形体未发生滑动现象，与实体比例投影分析结果基本一致。对比结果表明两种方法均有适用性，在岩质边坡稳定性分析中可发挥重要作用。