复杂地质条件下高陡岩质边坡地质灾害勘察设计浅析

复杂地质条件下高陡岩质边坡地质灾害勘察设计浅析

张来功

张来功

广东省核工业地质调查院

摘要：连州市某医院新址在建项目由于对山体坡脚开挖形成长约130m，平均高度约20m，倾角约70°的人工岩质边坡临空面，人工边坡向上为高约20m近乎垂直的自然岩质边坡。由于该处地质条件复杂、坡度较陡且岩体破碎，对坡脚在建项目及后期使用构成严重安全威胁。通过现场勘查与室内实验等手段，获得了岩体及结构面相关参数，结合场地现状给出锚索格构梁+主动防护钢筋网+挂网喷混+坡脚排水沟+监测的治理方案。

关键词：复杂地质、崩塌、岩质边坡

1引言

广东省连州市某医院新址在建工程对原有山体坡脚进行开挖，形成长约130m、高15m~25m、开挖面倾角70°~90°的人工岩质边坡。人工边坡顶部为高约20m、近乎垂直的自然边坡，整个开挖面及上部自然裸露边坡岩体破碎严重，边坡左侧坡顶厚1.5m~2m坡残积层处于临空状态，坡度较陡，且有大量碎石块夹杂。组成该山体的岩性主要为中风化石灰岩，在强降雨天气坡顶坡残积层及坡面碎岩有不同规模范围的崩落发生，最大一次崩塌方量接近20m3。

2场地工程地质条件

2.1地质构造条件

根据开挖面揭露情况显示，该场地地质构造活动强烈，场地内存在构造破碎带、溶洞，场地左侧面存在褶皱。

构造破碎带：由于开挖岩体已充分裸露，中间靠左部位岩石呈碎裂结构，块状构造，坡面揭露破碎带呈上宽下窄的漏斗形，上部宽8m～12m，下部宽6m～8m，主要由泥岩及灰岩组成。

溶洞：边坡最左侧倒倾位置处，有大小溶洞若干，其中一个较大溶洞高约1m，深约2m，容积约3m3，被附近村民作为庙宇供奉；坡面中间位置破碎带下方距地面高约1.5m处有一溶洞，溶洞宽约0.5m，高约1.5m，溶洞内被棕红色泥岩填充。

褶皱：坡面左侧西南约40m处有一开挖面，开挖宽度约30m，高约10m，背斜褶皱剖面充分揭露，揭露岩石呈红褐色与灰白色，层状构造呈圆弧形。

2.2岩层产状揭露情况

根据现场调查，开挖边坡边界线呈折线形，且局部岩层产状充分揭露，开挖面左侧土质与岩质交界处有岩层揭露，岩层均为顺层，产状为220°∠50°，厚约30cm~50cm；右侧产状为50°∠40°，岩层厚约60cm～100cm，岩体相对完整。

2.3岩土物理参数

（1）第四系坡残积层

崩塌区上覆土层为第四系坡残积层，黄褐色,暗灰色,暗红色,可塑~硬塑,以粘粉粒为主组成,局部含较多砂砾，场区全区分布，层厚:0～6.40m。作标贯试验37次，校正后击数N＝6.7～16.8击，平均11.0击，标准差2.35，变异系数δ＝0.21，标准值10.6击。

（2）石炭系中风化石灰岩

青灰色，晶粒结构，层状构造，岩石风化裂隙较发育，岩芯呈短柱状，节长5~50cm，RQD=70%。揭露厚度1.90～5.90m，平均4.25m；层顶埋深：6.30～27.50m，平均22.07m；层顶标高93.52～126.01m，平均102.52m。取岩样6组，其天然抗压强度28.6～34.1MPa，平均31.3MPa。标准差2.15，变异系数0.07，标准值29.5MPa，属较软岩，岩石较破碎，岩体基本质量等及为Ⅳ级。

定性修正：根据《工程地质手册》（第四版）相关内容说明，岩石坚硬程度分类按饱和单轴抗压强度进行分类，故应将天然单轴抗压强度乘以相应的软化系数后在进行坚硬程度分类，经查阅相关资料，灰岩饱水状态下相对于干燥状态下的软化系数0.44～0.9，本次勘查取值0.5，故饱和单轴抗压强度应为14.3～17.1MPa，平均值为15.6MPa，属于较软岩。

3崩塌灾害特征及形成机理

3.1崩塌规模及边坡安全等级

根据边坡及岩体特征判定该坡面左侧上部存在较厚残积层区域有发生滑坡或滑移式崩塌的可能，右侧存在发生坡面碎岩掉落或拉裂式崩塌的可能。2017年4-6月，曾发生多次小规模崩塌，崩塌位置均位于左侧上方残积层较厚部位，垮塌残积层内夹杂大量石块；最大一次发生在6月中旬，塌方量约20m3，内部夹杂最大石块约1.5m3，石块沿坡面下滑后撞向建筑脚手架，局部脚手架发生弯折。

该坡若发生崩塌灾害，潜在损失约500万，威胁人数约200人，根据《滑坡防治工程勘察规范》，边坡危害对象等级为三级。根据《地质灾害治理工程勘查设计施工单位资质管理办法》，该隐患点险情规模属于中型。但由于坡下为医院，有行车及行人通过，属于人群密集型区域，因此边坡上缘临空土体及危石会对下方人民生命财产安全造成重大威胁边坡失稳或岩块脱落后果严重，边坡安全等级为二级。

3.2崩塌边坡结构特征

灾害点所处边坡体原始坡度较陡，坡面植被发育良好，由于建设医院，开挖产生的边坡长约130m，最大高度约25m，平均高度约20m，边坡整体坡度较大，其中左侧相对较缓，约50°～70°，右侧较陡，均在70°以上，局部地段近于直立甚至倒倾。该坡在垂直方向上可分为上下两部分，上部分为未开挖部分，即从山顶至削坡开挖上边界线，该部分植被发育，上缓下陡；下部分为坡脚开挖部分，基岩裸露，坡面岩体破碎，坡顶第四系坡残积层临空，坡度较陡且有石块夹杂。组成边坡的岩土体主要为中风化石灰岩，岩体为层状构造，风化裂隙较发育，属较软岩，整个坡体开挖面岩体被切割破碎严重，可见少量危岩体突出。

3.3崩塌灾害形成机理

首先坡脚开挖是形成该边坡崩塌隐患的直接因素，由于医院的新建，坡脚开挖改变了原有地貌，使边坡坡度增大，临空面较陡，这是崩塌隐患形成的基本要素；第二，边坡开挖改变了边坡的原有应力分布状态，产生应力重分布，坡脚剪应力增大，坡顶产生张拉应力，可能会形成张拉裂隙，对崩塌灾害的发生具有促发作用；第三，边坡岩体为较为破碎的中风化石灰岩，风化节理裂隙发育，岩层为层状构造，使得岩体被切割的较为破碎，加之开挖对岩体的扰动，裂隙增大，在外力作用下容易发生崩塌。另外，由于山顶为汇水地貌，在汛期，坡顶汇集雨水由较凹位置顺坡下流或者通过裂隙向下渗流，对坡面残留残积层或者破碎带存在较大冲刷作用，影响残积层及破碎带岩块稳定。

4边坡稳定性评价

（1）计算参数的选取：根据试验参数，并结合经验值，灰岩重度26kN/m3，结构面凝聚力ck=4kPa，内摩擦角φk=45°，内部结构面凝聚力ck=4kPa，内摩擦角φk=40°。

（2）计算模型的选取：根据现场情况，边坡稳定性分析采用岩质边坡稳定性分析方法的直线滑动法），计算通过理正岩土计算6.5软件完成。

（3）荷载组合：基本荷载为岩体的自重。计算时不考虑地下水孔隙水压力作用；

（4）计算结果：在天然状态情况下稳定系数计算结果如下：1-1′剖面整体稳定系数K=1.098，属于欠稳定状态。

（5）稳定性评价结论：综合定性及定量分析，边坡整体处于欠稳定状态，且由于边坡岩体局部破碎较为严重，风化节理裂隙较为发育，岩体属于软岩，因此在人为或自然动力作用下可能发生局部崩塌或者落石，对坡脚行人及财产具有严重威胁，治理必要性迫在眉睫。

5崩塌治理方案

根据该崩塌隐患区域的地质环境条件、边坡坡体高度、宽度及坡下建筑物、周边环境状况，该灾害点治理措施建议为以下方案：主动防护钢筋网+锚索格构梁+挂网喷混+坡脚排水沟+监测

削方：主要清除削坡顶部处于临空状态的坡残积层及坡面危岩体，防止发生土体塌方危及下方人员与财产安全。另外坡面左侧土质边坡区由于较陡，亦对其进行削坡处理，防止坡面土体崩落堵塞下方坡脚排水沟。

主动防护钢筋网：在削方上边界线顶部较陡的岩质边坡区域，用锚杆加主动防护钢筋网的方式进行防护，防治岩石块体松弛脱落。坡面锚杆纵横采用2m×2m正方形布置，为最大限度的减少对坡面植被的毁坏，钢筋网片采用在坡面人工焊接组装的方式进行，其中与锚杆直接相连的钢筋采用直径14mm的热轧光圆钢筋，加密筋采用直径为12mm的热轧光圆钢筋，加密筋纵横间距为25cm，局部可视坡面植被情况作适当调整，但应介于25cm～50cm之间。

锚索：锚索采用3×7Φs15.2，预应力设置300kN长度经稳定性验算确定，纵横间距2m×2m，设置于纵横格梁交汇处。格构梁：格梁横截面尺寸取0.25×0.3m，按照2×2m布置，水平方向在边坡中间位置设置伸缩缝，要求先抽槽后施工格梁，保证格梁与坡面紧密接触，从而发挥对坡体位移的束缚作用。

挂网喷混：削方基岩裸露部位用挂网喷混的方式进行坡面治理，防止雨水侵蚀导致坡面岩块风化脱落。

坡脚排水沟：为防止坡面雨水在坡脚道路汇集，在道路和坡面之间设置宽约0.4m深0.5m的排水沟，沟顶用方形带孔预制钢筋混凝土井盖覆盖。

6结论和建议

1、边坡崩塌灾害形成机理如下：①坡脚开挖是形成该边坡崩塌隐患的直接因素，开挖改变了原有地貌，使边坡坡度增大，临空面较陡，这是崩塌隐患形成的基本要素；②边坡开挖改变了边坡的原有应力分布状态，产生应力重分布，坡脚剪应力增大，坡顶产生张拉应力，可能会形成张拉裂隙，对崩塌灾害的发生具有促发作用；③边坡岩体为较为破碎的中风化石灰岩，风化节理裂隙发育，岩层为层状构造，使得岩体被切割的较为破碎，加之开挖对岩体的扰动，裂隙增大，在外力作用下容易发生崩塌。④由于山顶为汇水地貌，在汛期，坡顶汇集雨水由较凹位置顺坡下流或者通过裂隙向下渗流，对坡面残留残积层或者破碎带存在较大冲刷作用，影响残积层及破碎带岩块稳定。

2、场地及周边区域地质构造活动强烈，场地内存在构造破碎带、溶洞，场地周边存在背斜褶皱。①构造破碎带位于削坡面中间靠左位置，岩石呈碎裂结构，块状构造，坡面揭露破碎带呈上宽下窄的漏斗形，上部宽8m～12m，下部宽6m～8m，主要由泥岩及灰岩组成。②溶洞位于边坡最左侧倒倾位置处，有大小溶洞若干，其中一个较大溶洞高约1m，深约2m，容积约3m3，被附近村民作为庙宇供奉；坡面中间位置破碎带下方距地面高约1.5m处有一溶洞，溶洞宽约0.5m，高约1.5m，溶洞内被棕红色泥岩填充。③褶皱位于坡面西南侧40m处，开挖面开挖宽度约30m，高约10m，背斜褶皱剖面充分揭露，揭露岩石呈红褐色与灰白色，层状构造呈圆弧形。

3、崩塌灾害点的岩土体结构自上至下可分为：①第四系坡残积层（Q4el）及②石炭系中风化石灰岩(C)。其中削坡顶部的坡残基层中夹杂有碎石块，岩质边坡部分风化裂隙较发育,岩体较破碎，局部破碎极为严重，属于软岩，边坡体上局部可见危岩，存在较大安全隐患。

4、建议按照相关规范要求，结合勘查数据出具详细治理方案，在设计方案通过相关专家评审后及时付诸实施，以防地质灾害的发生酿成不可挽回后果。

参考文献

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[3]王建钧，曹净.岩质高陡边坡稳定性分析方法与治理方案探讨[J].2007,10(12):57-59.