含多层软弱结构面的高边坡稳定性分析
杜守华
摘 要： 本文对含有多层软弱夹层的高边坡进行了分析，对边坡的变形原因，形成机理，供有关设计人员参考。
关键词： 软弱结构面 稳定性分析 计算模型
一.工程概况
某岩质边坡体位于晋城市市区西部，边坡长度约350m, 坡顶标高为784.0m，平场后坡底标高为734.9m。坡体最大垂直高度为49.1米。勘察资料显示剖体介质主要由煤系地层组成，为砂岩、砂页岩及软质页岩组成。
由于坡底要修建物流市场，一旦坡体失稳，后果极其严重，故该边坡的安全等级确定为“一级”。
二.边坡变形原因分析
1、该段边坡在勘察时发现为古滑坡体，从坡顶到坡脚地层主要以砂岩为主，中间夹有4层软质页岩（其成分为铝土质页岩），该层厚度一般为0.2~0.5米之间。在地质历史上的强烈构造作用及近期的开挖卸荷，砂岩中的X节理裂隙强烈发育，而软质页岩由于其特殊岩性结构完整性较好，成为潜在的滑移面。岩质边坡的稳定性主要由岩体结构面控制，其失稳大都沿软弱结构面发生的。
2、该场地下伏有小煤矿采空区，由于采空区的塌陷,使厚层砂岩中发育有大量的裂隙，将砂岩切割成“碎块”状。“碎块”状的砂岩中的张拉裂隙也是决定该边坡稳定的主要因素。由于该边坡属于人为开挖形成的边坡，而该边坡介质在地质历史上受过较大的地质营力，开挖过程中地质营力突然释放，又产生许多新的裂隙，对坡体的稳定产生新的不稳定因素。
3、由于开挖坡脚、放坡等施工，改变了斜坡的外形，使得古滑坡体失去原来的自然平衡状态，引起坡体应力重新分布引发边坡变形。
4、另外上层滞水对边坡稳定具有决定性的影响。地表水从坡顶、坡面渗入，地表水以径流的方式大量积于不透水层（软质页岩）上，水的作用增大岩体的滑动力和减少层面之间的摩擦里，从而降低边坡的稳定性。
5、岩石的力学性质也是造成边坡失稳的原因，一般情况下岩石的硬度越大越稳定，而通常在砂岩、软质页岩这样的岩层中容易产生滑坡。同样，风化作用、地震作用等其他内外地质作用对该边坡的稳定性也起到重要的影响。
三.勘察参数
根据本工程的《边坡工程地质报告》，同时结合当地的经验,地质数据如下：
|
编号 |
土层名称 |
天然重度（KN/m3） |
粘聚力 Cuu（kPa） |
内摩擦角 Φuu（度） |
|
（1） |
砂岩 |
25.0 |
5.00 |
30.0 |
|
（2） |
铝土质页岩 |
20.0 |
10.00 |
10.00 |
|
（3） |
砂岩 |
25.0 |
5.00 |
30.0 |
|
（4） |
铝土质页岩 |
20.0 |
10.00 |
10.00 |
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（5） |
砂岩 |
25.0 |
5.00 |
30.0 |
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（6） |
铝土质页岩 |
20.0 |
10.00 |
10.00 |
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（7） |
砂岩 |
25.0 |
5.00 |
32.0 |
|
（8） |
铝土质页岩 |
20.0 |
10.00 |
10.00 |
|
（9） |
砂岩 |
25.0 |
5.00 |
32.0 |
岩质边坡的失稳大都是沿软弱结构面发生的。岩质边坡的稳定性主要由岩体结构面控制，且岩体在滑动过程中侧向节理面也常常发生相对滑移，而且节理面并不是垂直的，这样传统的用于土质边坡稳定分析的滑动面搜索方法，很难适用于岩质边坡。本计算采用北京理正岩质边坡软件与美国普度大学与美国联邦公路局联合开发的PCSTABL4边坡稳定性分析软件计算（即简化毕肖普法或简化琼布条分法）分别进行计算，不但找出岩质边坡的滑动面，同时根据不同的剪出口位置求出相应的安全系数。在本工程中，按照放坡后的坡面线，假设剪出口位置在不同层位的软质页岩出露口时，分别计算其相应的安全系数。
①岩质边坡计算模型简图 : 图1:
②PCSTABL4计算模型简图:
图2:
计算结果表明：该边坡在天然状态下（削坡前），边坡的安全系数为1.135，处于暂时稳定的状态，稳定安全系数安全储备较差；削坡后，由表2可以看出，假设剪出口在第二、第三及第四软弱结构面露头的位置时，边坡的安全系数为1.120以下，处于不稳定的状态，将会产生滑动破坏。
根据现场坡面的实际情况，结合计算结果可以得知，第4平台和4级坡脚的软弱结构面属最危险结构面，是剪出口最容易经过的地方。在该处应该重点加固。
四．处理措施
①、在第4级台阶坡脚处（第2层软弱结构面上方）锚索布置由原设计的4米水平间距调整为3米。并一律采用墩台式锚索。锚索长度应调整为25米，下倾角度调整为30度。经过计算锚索水平间距为4米，锚索施加预应力600KN。安全系数可达1.35，锚固段长度为12~15米之间。坡顶及坡面上的裂隙采用水泥砂浆封填，防止大气降水下渗。锚索及坡面结构的施工应采取分段方式进行。
②、面层结构实施过程中应做一定数量的泄水管（特别裂隙发育的区段），将坡体内水压及时泄掉，使面层结构不承担水压。3级以下坡面结构及坡体结构按照原设计实施。
③、坡体由上至下分5级台阶，第1级和第2级台阶分别实施6m-9m长的锚杆。厚层砂岩中发育有大量的裂隙，将砂岩切割成“豆腐块”状，可以起到防止砂岩及页岩进一步风化的作用。
④、坡面上要封闭，防止坡面进一步风化或雨水冲刷。坡面不宜做植被，防止生物风化或根劈。
⑤、为防止地表水下渗，软化坡体介质。应完善坡顶的排水设施。在后缘处修截水沟，平台上布置排水沟。
⑥、在使用期间应设置长期观测点，进行长期观测。观测点可以设在坡脚处和变坡点处,如果观测有异常可及时采取措施。
五．工程竣工
工程竣工后的全景图：图3:
工程施工中的变形监测及完工后的数据表明，该设计及施工达到规范要求，安全性符合要求。
（作者：晋城市规划设计研究院）
参考文献
〔1〕《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001 中国建筑工业出版社， 2009)
〔2〕《建筑边坡工程技术规范》(GB 50330-2002，中国建筑工业出版社，2006年北京)
(3) 《滑坡防治工程设计与施工技术规范》(DZ/T 0219-2006，中华人民共和国国土资源部 2006年)；
作者地址： 山西晋城市规划设计研究院 杜守华 电话：13834061310 邮编：048000
