中国能源建设集团陕西省电力设计院有限公司,陕西 西安 710054
摘要:赤平投影法是评价坚硬—半坚硬层状结构岩质边坡的一种有效方法,本文分析了某岩质边坡危岩崩塌形成的主要影响因素,并运用赤平投影法对其稳定性进行评价,预测该边坡的发展趋势,为其后的防护治理提供依据。
关键词:岩质边坡;赤平投影;稳定性分析;发展趋势
目前,我国在山区的基础设施建设项目越来越多,随之而来伴随着一系列的岩质边坡地质灾害,严重威胁着人员安全,造成经济损失。边坡稳定性一直以来是边坡研究的重点,赤平投影法分析可以直观地表明各组结构面的组合关系、结构面与边坡的关系,以及一些相交结构面将岩体切割成一些滑塌体,是一种直接、简单、有效的稳定性评价方法[1-4]。
该边坡位于仓上镇裴家河左岸,坡脚为203县道,边坡体宽约280m,高150m。边坡顶部山体较平缓,基岩全裸露,千枚岩强风化层厚度达12m。中部山体地形陡峻,中上部为基岩裸露区,坡度30°~45°,缓坡地带堆积有大量崩落的石块;中下部为碎石土覆盖,坡度20°~30°,由于农业耕种、造林植树平整场地形成了小型台阶式平台。下部坡度较平缓,坡度15°~20°,总体呈 “缓-陡-缓”地形。基岩为志留系千枚岩(S),表层风化强烈,节理裂隙发育,岩层产状基本为110°∠6°。
坡体东侧为基岩裸露区,中上部可见两处规模较大的陡崖,基岩裸露,节理裂隙发育,形成危岩体;坡体西侧为碎石土所覆盖,坡脚因为切坡修路形成高25m的近直立边坡,节理裂隙发育,坡面有裂隙水渗出,形成危岩体。
边坡东侧上部危岩体(以下称BT1),宽约40m,相对高差10~26m,崩塌体厚度约15m,体积约15000m3(按平均高差25m计算),属中型岩质崩塌,崩向168°,崩塌堆积物方量约6m3。危岩体坡面倾角80°~85°,岩体风化破碎严重,节理裂隙发育,开度2~10cm,无充填物,延伸较好,延伸长度约2~6m,密度10条/2m。危岩体上部岩体呈悬空状态,后缘出现最大宽度达2m的不连续裂缝。
边坡东侧下部危岩体(以下称BT2)宽约30m,相对高差28~36m,崩塌体厚度约15m,体积约14000m3(按平均高差35m计算),属中型岩质崩塌,崩向140°。危岩体坡面近直立,表层风化严重,节理裂隙发育,部分岩石块体沿节理面与基岩分离产生松动和破坏现象,裂缝宽5~20cm,倾向坡外。
边坡西侧坡脚处危岩体(以下称BT3)宽约42m,相对高差10~24m,崩塌体厚度约3m,体积约2772m3(按平均高差22m计算),属小型岩质崩塌,崩向158°。危岩体系上世纪80年代修建203县道时人工开挖坡脚形成,坡面凹凸不平,近乎直立,开挖完成后未采取任何防护措施。
调查发现BT1后缘存在多处明显的裂缝,呈断续近弧形分布,具有贯通的趋势,裂缝距离坡面8m,裂缝后部母岩风化严重,节理发育明显,岩体强度极低。坡面在不利结构面的作用下,不断掉块,导致坡体下部凹,上部局部突出的形态。上部岩体在重力及其他不利作用下,导致裂缝不断加宽、延伸。
BT2坡面上分布多处岩腔,山体风化严重,节理裂隙发育,部分岩块沿节理面与基岩分离产生松动和破坏现象,裂缝宽5~20cm,倾向坡外。随着风化程度的进一步加剧,岩体强度降低,起支撑作用的岩体脱落,坡体后缘也将产生拉张裂缝,下部岩体将不能承载上部岩体的重力,进而发生崩塌灾害。
BT1和BT2均处于山体中上部,高度在70m以上,为高位危岩体,重力势能较大,一旦发生破坏,势必会对坡脚处的房屋和公路造成严重的伤害。
BT3系由人工开挖形成,基岩出露,局部悬空,节理裂隙发育,部分岩石块体由于受结构面的影响,已出现松动变形,甚至与母岩已经分离,直接威胁着坡脚处公路的安全。
在陡崖地段的岩体岩性为志留系千枚岩,节理裂隙发育,岩石破碎,为危岩的形成提供了物质基础;千枚岩抗风化弱,岩石强度低,下部岩体的风化脱落造成局部陡坡地段岩层悬空、探出部分在重力和水力及风化作用下,使节理逐渐张开,裂隙逐渐加大,增加了岩体的不稳定性。
通过现场调查与分析,几处崩塌隐患体的稳定性主要受结构面控制。
对于BT1,控制性节理面为:110∠64°,28∠87°。
对于BT2,控制性节理面为:213∠50°,80∠88°。
对于BT3,控制性节理面为:112∠71°,210∠79°。
这几组结构面基本上把这三处危岩体切割成了块体,控制了该崩塌隐患体的稳定性。
水的作用主要表现为以下几个方面:一是在雨季张开的裂隙为雨水充满,导致静水压力增大;二是降雨使岩体的容重增加;三是崩塌隐患结构面发育,岩体较破碎,降水通过岩体中的裂缝下渗时,携带走裂缝中的细粒物质,使岩块间的摩阻力变小;四是在水的楔入作用下将促使岩块脱离母体松动、下落。
BT3由于修路开挖形成基岩出露,风化作用强烈,部分岩石块体由于受结构面的影响,已出现松动变形,甚至与母岩已经分离,极易发生崩塌,现状分析稳定性差。
BT1和BT2整体呈碎裂状,结构面发育,部分岩体受地震和前期开山修路爆破影响,裂缝加宽,局部裂缝已贯通,岩体表面裂隙发育,几组控制性结构面倾向与崩塌隐患体坡面近一致,部分岩石块体松动脱落,导致上部局部岩体悬空现象,在各种不利因素的影响下,极易发生崩塌,现状分析稳定性差。
根据岩层结构面做极射赤平投影,如图下所示。
BT1两组控制性节理面为:110∠64°,28∠87°,崩向为168°,坡顶面倾角为46°,坡面倾角为82°。BT2两组控制性节理面为:213∠50°,80∠88°,崩向为140°,坡顶面倾角为34°,坡面倾角为56°。BT3两组控制性节理面为:112∠71°,210∠79°,崩向为158°,坡顶面倾角为23°,坡面倾角为83°。根据三处崩塌隐患点边坡赤平投影图可以看出,结构面交点与坡面处于同侧,但位于边坡投影弧之间,说明结构面交线的倾角小于边坡面倾角而大于天然坡角,这种情况沿不利外倾面发生滑移破坏的可能性很大,严重威胁附近居民生活和道路安全。
本文运用赤平投影方法对某岩质边坡稳定性进行评价,得出该边坡三处崩塌点均存在安全隐患,该方法较为简单,有效。
(2)对于BT1和BT2建议在清除表面破碎岩体基础上,采用预应力锚索+主动防护网进行加固。对于BT3建议在修整坡面平整的基础上采用锚杆挂网喷浆的治理措施。同时应做好坡体的截排水工作。
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