类土质边坡特性的分析

【摘要】总结类土质路堑边坡的破坏类型及特征，结合邢汾高速实地勘察情况，总结风化岩土对边坡开挖的稳定性影响，对类土质边坡的工程活动提出意见以及加固措施。

【关键词】类土质路堑边坡破坏类型 风化加固措施

中图分类号：TU74 文章标识码：A文章编号：

前言

19世纪末20世纪的初，随着发达国家工程建设的快速发展，出现了许多边坡工程的问题，由于技术以及经验的不足造成了不少损失，于是人们开始从力学的角度着手研究边坡滑动的一些问题，直到上世纪80年代，广大技术人员利用软件对边坡进行研究，从宏观到微观方面对边坡的破坏过程及失稳机制进行比较和模拟，进行了更深一步的研究，以及国内外学者还将离散单元法(UEDC)、快速拉格朗日差分分析法(FLAC)、块体系统的连续变形分析法(DDA)、流形元法(NMM)等；类土质边坡是当前路堑边坡工程领域的一个比较新颖和重要的边坡工程类型，最近几年我国高等级公路、铁路越来越多的向山区建设，类土质边坡的一些问题更多的被遇到，广大学者和工作人员，在解决边坡工程活动中的问题，取得了一定成果，理论和实践也有了很大的提高，类土质边坡具有复杂性和多样性等特点，难以清晰准确的描述。文献[1]定义类土质边坡是：“由花岗岩熔岩等火山岩风化而成，具有岩体结构特征的土体物质或碎岩体物质组成的边坡。包括残积土边坡、全风化和强风化软岩边坡。”实际上类土质边坡不止上述这种边坡，沉积岩风化而成的某些边坡也具有这些特征，对类土质的性质及应对措施过去已有过一些研究[ 2～5]。本文以邢汾高速实际工况为背景，总结风化类土质路堑边坡的破坏类型及特征，结合邢汾高速实地勘察情况，总结风化岩土对边坡开挖的稳定性影响，对类土质边坡的工程活动提出意见以及加固措施。

一、工程概况

邢汾高速公路地处河北省西南部，大部分处于邢台县，此区域位于山西高原与华北平原过渡地带，地势西高东低，坡度较大，从西到东可分为山地、丘陵区两种地形，项目区海拔255-1822m，最大高差1500m。线路总体呈东西走向，依次穿越邢台县的龙泉寺乡、城计头乡、路罗镇。主要控制点：龙泉寺、城计头、路罗、小戈廖、牛豆台、清家沟、桃树坪。按成因、形态组合特征，勘查区地貌简分为构造剥蚀中低山地貌类型、剥蚀丘陵地貌类型、河谷地貌三个地貌类型。项目区地处丘陵、中低山区，基岩大多，主要为片麻岩及砂岩，局部片麻岩中含有铁矿石、石英脉。

二、类土质边坡的结构特征

类土质边坡表面上看属砂性土或粘性土，但土体内部存在结构面，这些结构面可以是原生的沉积构造或母岩的继承，也可以是浅层表面风化改造的结果，正是这些结构面使其呈现不同于土质边坡或岩体边坡的特性。类边坡的破坏并不像土质边坡那样介质均匀，也不像岩质边坡那样单一、稳定，构成该类边坡的介质是原岩风化后留在原地形成的存留物，没有经过搬运堆积，它的特性主要表现在边坡构成介质既保留了原岩岩体的部分特性，又具有风化后土体的特性，此类坡体构成介质特殊的边坡，具有特殊的稳定特性、破坏特性和加固措施。岩土成份及其特性决定边坡的稳定性，包括岩土的矿物质组成、结构构造、介质的物理力学性质和水的作用等。坡体内存在的原生的层理、层面及以后在地质作用中形成的断层、节理、劈理、层间错动面或者不同风化面等各种类型的地质界面统称结构面。结构构造是力学强度明显低于围岩，一般充填有一定厚度软弱物质的结构面。表1是邢汾高速YK69+520～YK69+701深挖路堑，其路堑特征为：全风化角闪斜长片麻岩(Ar3sh)：黄色～灰黄色，岩体风化十分剧烈，节理裂隙十分发育，岩体十分破碎，岩芯呈颗粒状。分布于整个路堑区；强风化角闪斜长片麻岩(Ar3sh)：青灰色，变晶结构，片麻状构造。节理裂隙发育，岩体破碎，岩芯呈碎块状，局部呈柱状。分布于整个路堑区；中风化角闪斜长片麻岩(Ar3sh)：青灰色，变晶结构，片麻状构造。节理裂隙较发育，岩体较破碎，岩芯呈短柱状。由表可知，全强风化土的物理性质与原岩相比，承载力下降，摩擦系数、摩擦角、粘聚力降低。而摩擦角、粘聚对边坡的稳定性影响重大，正是由于这样的变化，使类土质边坡在实际过程中增加了施工困难和成本，不利于生产效率的提高。

表1地层的风化程度及介质的物理性质

三、类土质边坡破坏类型

类土质边坡的岩土体是不连续的，其坡体结构由各种不同时期或不同成因的堆积面、地层层面、风化界面、断层和节理等不连续面控制，各种不连续面的产状及其组合在边坡工程的变形和破坏过程中起部分甚至是决定性作用，类土质边坡的破坏初步归纳为沿内部构造面滑动、倾覆破坏、圆弧破坏等几种形式。

（一）内部构面造滑动

引起类土质边坡破坏的内部构造形式包括节理面、软弱夹层、风化接触带。节理面是由构造运动将岩体切割成具有一定几何形状的岩块的裂隙系统。也是岩体中未发生位移(实际的或潜在的)的破裂面，是影响边坡破坏的重要因素之一。节理裂隙规模比较小，同时节理裂隙随周围条件的变化而变化，发育不规则，具有一定的局域性，对边坡的影响是一个动态的过程。风化接触带是指岩层不同风化的土层接触面，由于风化程度不同，土的物理性质不同，因此，在接触带处容易发生破坏。

（二）倾覆破坏

当类土质边坡中的结构面倾向坡体临空面且倾角很大或近于直立时,边坡开挖便容易引起坡体的崩塌破坏。开挖时,由于卸荷作用,使这些陡倾结构面上部先行拉开。土体膨胀, 物理化学风化等因素作用而形成裂隙，由于土体自重而发生倾覆破坏，这类破坏单块破坏体厚度一般不大于2m ,往往形成叠瓦式,每一次的崩塌相当于在坡体前缘卸荷,又会为新一轮的破坏提供张开裂隙[5]。

（三）坡面冲刷

坡面冲刷是指坡面表层土体在降雨及其形成的坡面流作用下破坏流失的现象【6】，在类土质边坡中，有些风化土质抗雨水冲击能力弱，加上开挖破坏了坡体内部土体的自然平衡，因此在不利的降水条件下将发生严重的坡面冲刷破坏。类土质边坡颗粒状的介质，为坡面冲刷提供了有利条件。当坡面较缓，雨水冲刷比较小时对坡面稳定没有什么大的影响，形成一些小的沟，随着雨水冲刷的进行，坡度加大，雨水冲刷的累积，使坡面形成的沟越来越深，坡体被掏空的程度加大，在土体自重应力作用下就会发生坡面冲刷破坏。在类土质边坡中，排水措施不得当就会留有坡面冲刷破坏的隐患。

（四）圆弧滑动

类土质边坡遭受风化比较强烈，岩质很破碎时开挖边坡，坡体的破坏跟土质边坡很相似，这类边坡的稳定性分析近似于圆弧滑动的破坏，破体内介质比较均匀，没有明显的内部构造面，或内部结构面与边坡面反倾,不对边坡的破坏起控制作用时,边坡便以这种形式破坏。在松散的类土质边坡中，地下水的活动是不可忽视的，在地下水渗透到滑体内部，由于水的浮力，使土体流动性增大，降低了土体的稳定性。因此，在进行边坡开挖时要注意，地下水对坡体的影响。

根据以上结论，邢汾高速的坡体中节理裂隙十分发育，岩体十分破碎，受风化作用的影响，是坡体分成三层风化土层，破坏方式是沿内部构造面滑动的破坏，受雨水冲刷造成坡面冲刷破坏，两者结合的破坏方式。

四、类土质边坡的锚固

邢汾高速: YK69+520～YK69+701，全长181m，对公路两侧进行切坡，最大切坡高度为40.2米。线路轴线方向地面标高710.87～746.89m，相对高差为36.01m，微地貌处于山体的鞍部地带，两侧高，开挖形成后两侧形成路堑地。根据邢汾高速路堑边坡的破坏形式，及其地质条件建议采取的加固措施有：削坡、插筋、混凝土塞、锚索、喷锚、支挡处理、有时加石块护坡，对上部坡体进行卸荷下不压脚或支挡，做好排水和防护措施。为方便邢汾高速深挖路堑实际施工，以及周围环境的保护，结合地质情况及边坡高度、类型等，分别采用三维网植草、骨架植草、SNS防护网、沿河路段采用浆砌片石、挡土墙等防护形式，体现了生态防护的设计理念。

SNS防护网（见图1所示）具有柔性高，防护强度高，容易易铺展。适应于各种形式的坡面地形，其防护区域可以充分的保护土体、岩石的稳固，便于人工绿化，有利于环保，常用于坡面崩塌、风化剥落、溜坍、溜滑或塌落类地质灾害的加固防护，其明显特征是采用系统锚杆固定，并根据柔性网的不同，分别通过支撑绳和缝合张拉（钢丝绳网或铁丝格栅）或预应力锚杆（TECCO-65格栅）来对柔性网部分实现预张拉，从而对整个边坡形成连续支撑，其预张拉作业使系统尽可能紧贴坡面，并形成了抑制局部岩土体移动或在发生局部位移或破坏后将其裹缚（滞留）于原位附近的预应力，从而实现其主动防护（加固）功能。该系统在施工工艺上为确保其尽可能紧贴坡面，锚杆孔口应开凿孔口凹坑（系统布置的灵活性常可利用天然低凹位置设置锚杆）。

五、结语

类土质边坡具有不同于岩质边坡跟土质边坡的特性，坡内结构面的分布，很大程度上决定了类土质边坡的稳定性，其破坏形式主要有内部构面造滑动、倾覆破坏、坡面冲刷跟圆弧滑动，等几种，在实际施工中应根据不同的情况，采取不同的措施，以防隐患的产生。以上这些都是比较粗浅的分析，类土质边坡的特性比较复杂，很难定性定量的拿来分析，因此对类土质边坡特性进行深一步的研究，无论是理论还是实践施工中，都有十分重要的意义。

【参考文献】

[1] 廖小平 类土质路堑边坡变形破坏类型及其稳定性分析[j]2003年10 月第22卷增2765 ～2772

[2] 潘健 类土质边坡的稳定性分析 汕头大学学报[j] 2009年8月第24卷第3 期.735 ～79

[3] 杨明 路堑类土质边坡锚固技术研究[D]. 成都： 西南交通大学土木工程学院， 2002年

[4] 熊自英类土质边坡特性研究[j] 四川建筑 第24 卷3 期 200416

[5]赵晓彦类土质边坡特性及其锚固设计理论研究[D]西南交通大学2005年

[6]罗斌 南方花岗岩残积层路堑坡面冲刷与路堤渗透稳定性研究[D] . 成都: 西南交通大学