东洲大道工程边坡变形破坏机理分析

周佑平 谭伟 田巍 刘钢一

摘要：东洲大道地处褶皱断裂复合部位，是典型人为扰动引起变形破坏的工程边坡。该文通过对处在褶皱转折端等特殊构造部位的边坡进行评价时，应适当扩大地面调查范围，同时加强岩体结构面及其特征的调查与统计，并充分考虑特殊工程地质水文地质条件，回溯验算不同工程阶段边坡的稳定状态，分析给出了二次变形破坏的机理。最后，对复杂地质结构体边坡的评价要点提出了结论与建议，可供同行参考借鉴。

关键词：工程边坡 岩体质量 稳定评价 变形机理

中图分类号：P642.22   文献标识码：A   文章编号：1672-3791（2022）06（b）-0000-00

Deformation and Failure Mechanism of Engineering Slope Analyzing in Dongzhou Avenue， Chibi， Hubei.

ZHOU Youping TAN Wei TIAN Wei LIU Gangyi

（Geological Environmental Center of Hubei Province， Wuhan， Hubei Province， 430034 China）

Abstract： Dongzhou Avenue is located in the parts of faults folds. It is a typical human disturbance， which are induced by the deformation and failure of the engineering slope. This thesis through the evaluating the slope at the special structural position such as the hinge zone of folds， the ground investigation scope should be appropriately expanded. At the same time， the investigation and statistics of rock mass structural plane and its characteristics are strengthened， and the special engineering geology and hydrogeological conditions should be fully considered， and analysing the slope engineering geologic structure， backtracking checking and different engineering stages of slope stability analysis. It given quadratic deformation failure mechanism. In the end of this paper， the evaluation points of complex geological structure of the slope put forward conclusions and suggestions.

Key Words： Engineering slope; Rock mass quality; Stability evaluation; Deformation mechanism

東洲大道位于鄂南重镇赤壁城区，全长约3.3 km。2013年8月，开始动土兴建，设计在龙翔山南侧马鞍颈至黄狮畈长约520 m地段，实施以开挖为主的路基整平工程。根据地形条件，分别对K0+560～K0+680[A]、K0+700～K0+800[B]、K0+820～K0+940[C]及K0+960～K1+080[D]四段进行分级削坡，其中[C]段按31、41、47度分三级放坡并内设马道。削方坡面统一用钢筋混凝土菱形格构梁锚固，格构间用植生袋覆土绿化处理，工程于2014年1月底竣工。

因担心道路安全，建设方于2015年初采取了削坡减载的应急对策，拟定在坡面防护完工后，修筑地表排水及坡脚挡墙工程。2015年仲夏，削坡工程如期完成，然而边坡变形活动却未按预期停止。暴雨期，二次削方工程边坡再度出现侧、后缘落坎，前端坡体鼓胀，同时伴随多点地下水涌出。

1.1 自然地理

工程边坡地处构造剥蚀低山丘陵区，山体走向与区域构造线方向基本一致，呈近东西向。龙翔山、尖峰山横卧于赤马河南北两侧，中间为宽缓的构造盆地。

1.2 地层岩性

大冶组T1dy：上部为鲕状灰岩灰色厚层灰岩;中部为浅黄色薄—中厚层灰岩;下部为薄层灰岩夹页岩。

嘉陵江组T1j：上部为灰色厚层灰岩白云岩、角砾状白云岩;中部为灰岩白云岩互层夹角砾状灰岩;下部为薄层白云岩夹灰岩。

蒲圻组T2p：主要由紫红色粉砂质页岩、粉砂岩、细砂岩组成。

九里岗组T3jg：黄灰、深灰色粉砂岩、砂质页岩、泥岩为主，夹长石石英砂岩及碳质页岩。

王龙滩组T3j1w：以长石石英砂岩为主，夹粉砂岩、碳质页岩、间夹粘土岩、煤线或煤层。

1.3地质构造

工程边坡所处二级构造单元为下扬子台坪，隶属大冶褶皱带所辖梁子湖凹陷区。这是一个在印支拗褶带之上，晚三叠世以来的继承性凹陷[1]。在赤壁一带，上三叠统至侏罗系组成的褶皱比较宽缓，轴向NEE，呈堑、垒相间的构造型式。

1.4水文地质

根据地下水的赋存条件，区内地下水类型大致可分为：碎屑岩类裂隙水，分布于蒲圻倒转向斜槽部，赋存于碎屑岩的构造裂隙和风化裂隙中[2]。地下水以降水入渗补给为主，地表片流入渗补给为辅[3]。碳酸盐岩类岩溶裂隙水，分布于蒲圻向斜南翼，含水岩组为中石炭系至中三叠系灰岩。

工程边坡由残缺倒转向斜槽部构成。断层下盘为倒转向斜北翼，由碳质页岩夹煤层岩组及长石石英砂岩夹薄层状粉砂岩组构成[4-5]。

• 边坡变形特征

2013年8月，开挖正值多雨季节，在开挖过程中，K0+820～K0+940边坡段垮塌不断，而相邻区段则比较稳定。人工开挖临空面的不断垮塌，在坡面及近坡顶产生多条拉张裂缝，局部落坎高度达40 cm。

2014年7月，伴随着新的雨季到来，首先在坡面一级马道附近出现植生袋土体下陷，坡脚回填植生袋受挤压拱起，格构梁与坡面岩体分离，导致坡脚排水沟变形、错断、水管破裂，造成坡脚回填土体明显隆起。

4.1边坡稳定分析方法

岩质边坡的稳定状态，一般采用结构面赤平投影分析和工程巖体质量指标加以判定，必要时，可通过工程岩体物理力学试验进行稳定性验算。当无条件进行试验时，可按规范推荐指标或类似工程经验取值进行稳定验算。

稳定性计算，视构成边坡的岩性及结构面形态不同，分别采用圆弧型、直线型及折线型滑面公式进行。

4.2原始边坡分析

原始边坡主体由薄层状泥岩夹泥质粉砂岩组构成，总体为逆向边坡结构，初步判定为基本稳定。

SMR方法（Romana.M，1985）评价其稳定性一般，一些不连续面构成平面或楔体破坏;《建筑边坡工程技术规范》GB50330判断：8 m高边坡稳定，15 m高边坡欠稳定;判定结果与实际基本相符。

4.3首次放坡分析

首次放坡后，边坡岩体极破碎，体积节理数达30条/m3。SMR方法评价其稳定性很坏，大型平面或类似土体破坏，DL/T5337及GB50330判断：岩体质量很差，极不稳定。

鉴于边坡岩体极破碎，推测滑面如图2所示，参照GB50330推荐公式，计算结果如表4所示。

根据边坡实际变形反向试算判断：c0=20 kPa，φ0=19°，c1=25 kPa，φ1=17°，取值比较符合实际情况。边坡岩体重度参照砂质页岩取经验值为25.2～25.9 kN/m3，现场极破碎岩体重度试验值为19.29～20.15 kN/m3，二种重度取值验算均表明边坡会出现变形破坏。

验算结果说明：首次放坡后，实际构成边坡的岩体已由较完整、较坚硬粉砂岩变换为破碎—极破碎的软质岩体。若仍采用较完整和较坚硬粉砂岩参照取值计算，所得结果则易造成误判。

根据勘查剖面做边坡结构分析，预见性按照破碎—极破碎的软质岩体进行力学参数取值，其计算结果显示：首次放坡后，边坡天然状态处于欠稳定;当有地下水存在，或叠加暴雨工况，边坡则处于不稳定状态，此评价结果与首次放坡后边坡变形破坏情况吻合。

4.4二次放坡分析

根据表4验算所确定的边坡岩体结构面力学参数，二次放坡后不同工况稳定系数如表5。

验算结果说明：二次放坡后，实际构成边坡的为破碎—极破碎的软质岩体，原坡面潮湿的地段，呈涌流状出水，反映坡体天然饱水程度很高。

1～2为二次削坡工程设计参数取值在地下水、地下水+暴雨工况下稳定系数。由于未能及时预料工程边坡水文地质条件的改变，其取值与实际存在偏差;3～5分别根据4.3验算取值，在天然、地下水及暴雨+地下水工况，二次放坡后的边坡稳定系数，说明边坡会再度出现变形破坏。

4.5变形机理分析

长石石英砂岩夹薄层状粉砂岩组及泥岩夹薄层状粉砂岩组软硬相间的碎屑岩，是东洲大道变形边坡的物质基础;NNE向压扭性断裂是导致边坡岩体极破碎—破碎的地质构造条件;蒲圻倒转向斜槽部的储水构造，则是造就边坡天然饱水的关键水文地质因素。

人工削坡是诱发边坡变形破坏的主要外部动力条件。首次削坡，切掉了坡脚相对完整岩体的阻滑段，使原基本稳定的边坡趋于不稳定状态。

二次放坡后，虽然有效清除了部分坡体物质，减轻了下滑推力，使边坡稳定性得到一定提升，但从根本上并未根除边坡变形破坏诱因，因此边坡变形并未终止。

（1）对于处在褶皱转折端等特殊构造部位的边坡进行评价时，应适当扩大地面调查范围，垂直构造轴线布设两条以上线路，通过穿越调查，掌握地层岩性及产状变化规律，以便正确判别边坡结构及其变化。

（2）加强岩体结构面及其特征的调查与统计，通过工程地质测绘，结合区域地质资料分析，及时发现并正确认识断裂破碎带的存在，是特殊地质构造部位边坡评价的基础。

（3）复杂地质结构的边坡，其评价应充分考虑本案类似的特殊工程水文地质条件，应对评价对象及其周边水文地质的补给、迳流、排泄条件充分了解，明确对象所处的相对位置。

（4）有地下水作用的工程边坡，选用推荐参数指标时，宜取下限值并适当折减。为避免出现误判，宜同时进行岩体工程质量计算，通过定性评价相互验证。

参考文献

[1]李爱军.江夏區法泗街岩溶地面塌陷的典型特征及控制因素分析[J].资源环境与工程，2017，31（2）：173-177，212.

[2]吕雅馨，骆祖江，徐成华.南京汤山地区地热水资源评价[J].吉林大学学报：地球科学版，2020，50（6）：1844-1853.

[3]耿金荣.富南灌区的地表水和地下水联合调度分析[J].黑龙江水利科技，2021，49（1）：96-98.

[4]张凯.贵州省赫章县大路边村赵家院组滑坡变形成因分析[J].资源信息与工程，2018，33（2）：171-172.

[5]郑君长，接道波. 复理石地层隧道RMR法围岩分级的特征参数取值分析[J]. 路基工程，2017（2）：177-181.

[6]郭少文，周坤，张兵.基于三维激光扫描技术的岩体抗剪强度参数获取[J].人民长江，2019，50（9）：118-123.

[7]张一林，侯兴民，孙蒙.利用振动法定量评价工程岩体的完整性[J].科学技术与工程，2020，20（35）：14425-14430.

[8]白志华，李万州，李海波，等.红石岩震损高陡边坡工程岩体质量评价[J].工程地质学报，2018，26（5）：1155-1161.

[9]马金莲，朱彦鹏，杨晓宇，等.兰永一级公路顺层滑坡抗剪强度参数确定及应用[J].岩土工程学报，2018，40（S1）：118-123.