某高速公路软质岩高边坡稳定性分析
【摘 要】 为了确保高速公路的安全，采取经济有效的加固防护工程措施和正确进行高边坡稳定性分析是高边坡设计的两个重要方面。本文阐述影响边坡稳定性的因素，结合某山区高速公路路堑高边坡工程实例，对该边坡原有防治措施及施工过程中出现的问题进行分析评价，为类似的工程提供一定的设计和施工借鉴经验。
【关键词】 高边坡 软质岩 稳定性
随着我国高速公路建设的发展，高速公路逐渐向山区发展。在山区高速公路工程建设过程中，作为连续带状建筑物，高速公路将不可避免地会完整穿越或部分穿越山体。其中部分穿越山体的路段需要对山体进行开挖，开挖后将形成高陡边坡，致使山体边坡应力重分布。根据以往工程经验，高陡路堑边坡可能会出现变形破坏，如滑动、边坡崩塌等，这将增大公路建设的工程总投资，甚至延误施工进度及工期，并影响日后运营安全。因此，对深挖路堑边坡的稳定性及防治措施的效果进行分析评价就有着非常重要的意义。本文以某高速公路软质岩高边坡为例，对软质岩深挖路堑的稳定性及防治措施进行简要分析，希望对类似的工程能够提供一定的借鉴经验。
1 影响边坡稳定性的主要因素
一个边坡的失稳往往是多种因素共同作用的结果，我们通常将导致边坡失稳的这些因素归结为两大类。一是外界力的作用破坏了岩土体原来的应力平衡状态，如路堑或基坑开挖、路堤填筑或边坡顶面上作用外荷载，以及岩土体内水的渗流力、地震力的作用等，改变原有应力平衡状态，使边坡坍塌；另一是边坡岩土体的抗剪强度由于受外界各种因素的影响而降低，促使边坡失稳破坏，如气候等自然条件使岩土时干时湿、收缩膨胀、冻结融化等，水的渗入、软化效应、地震引起砂土液化等均将造成强度降低。
边坡是否稳定受多种因素[1-3]的影响，主要有：
（1）岩土性质。岩土的成因类型、组成的'矿物成分、岩土结构和强度等是决定边坡稳定性的重要因素。由（密实）坚硬、矿物稳定、抗风化性好、强度较高的岩土构成的边坡，其稳定性一般较好；反之就较差。
（2）岩体结构。岩体的结构类型、结构面形状及其与坡面的关系是岩质边坡稳定的控制因素。岩层的构造与结构的影响，表现在节理裂隙的发育程度及其分布规律、结构面的胶结情况、软弱面和破碎带的分布与边坡的关系、下伏岩土界面的形态以及坡向、坡角等。
（3）水的作用。水文地质条件的影响，包括地下水的埋藏条件、地下水的流动及动态变化等；水的渗入使岩土体质量增大，岩土因被软化而抗剪强度降低，并使孔（隙）水压力升高；地下水的渗流将对岩土体产生动水力，水位的升高将产生浮托力；地表水对岸坡的侵蚀使其失去侧向或底部支撑等，这些都对边坡的稳定不利。暴雨、长期降雨以及融雪过后，边坡岩土体含水量增加甚至饱和，致使边坡岩土体强度降低，坡体下滑力增大，滑动面的抗滑力减小，从而导致边坡失稳。
（4）风化作用。风化作用使岩土体的裂隙增多、扩大，透水性增加，抗剪强度降低。风化作用的影响，气候引起岩土风化速度、风化厚度以及岩石的机械、化学变化，同时引起地下水（降水）作用的变化。
（5）地形地貌。临空面的存在以及边坡的而高度、坡度等都是直接与边坡稳定有关的因素。平面上呈凹形的边坡较呈凸形的稳定。如边坡的高度、坡度和形态等；
（6）地震。地震作用除了使岩土体增加下滑力外，还常常引起孔隙水压力的增加和岩土体的强度的降低；另外，人类活动的开挖、填筑和堆载等人为因素同样可能造成边坡的失稳。
2 工程实例
某山区高速公路ZK24+860～ZK25+080段左侧中风化砂岩挖方边坡长220m，最大挖方高度约53m。
2.1 地质构造
拟建道路ZK24+850～ZK25+100段左侧挖方边坡岩层呈单斜状产出，岩层产状210°∠35°。经对岩体露头进行裂隙调查统计，主要发育两组构造裂隙：
（1）组裂隙，产状为221°∠58°，微张～闭合，裂面附铁质膜，延伸大于1.1～2m，间距为0.30～1.00m；
（2）组裂隙，产状为95°∠52°，微张～闭合，无充填，延伸1.00～1.50m，间距为0.50～1.10m。
2.2 地层岩性
勘察区主要地层为第四系全新统残坡积层（Q4el+dl）的粘土。下伏基岩为三叠系中统百逢组（T2b）砂岩。现由新至老，从上到下分述：
（1）粘土：褐色，可塑状，主要由粘土夹碎石组成，碎石粒径10～50mm，含量约占20%，稍密，稍湿。
（2）三叠系中统百逢组（T2b）砂岩。
砂岩：灰绿色～灰色，细～中粒结构，中厚层状构造。主要矿物为长石等，泥质胶结，岩体较完整，岩芯呈碎块状，属软岩。
3 边坡稳定性分析
线路左侧的边坡为挖方边坡，最大挖方高度为53m，边坡的稳定性分析如下：
由赤平投影图分析（详见图1），线路走向202°左右，与岩层倾向（210°）大角度相交，为切向坡，无外倾结构面，边坡的稳定性受岩体强度的控制。
考虑到该段边坡以上的实际情况，对边坡采用加设锚杆、锚索框架梁加固，并对加固后的边坡稳定性进行验算，为了简化计算过程，容重饱和状态下取23kN/m3。采用圆弧滑动、折线滑动和层面滑动稳定分析方法，滑动面参数的验算安全系数正常工况时取1.25，考虑地震的工况II时取1.1，据此对放缓坡率后的边坡稳定性进行验算，经验算，加固后的边坡均能满足边坡整体稳定性的要求。
4 施工中出现的问题
4.1 问题描述
在施工过程中，该段边坡整体稳定性较好，没有出现整体滑塌的情况或趋势，但边坡局部出现多次塌方的情况：第一次塌方，边坡已开挖至第二级边坡，边坡加固也同边坡开挖一起进行施做，塌方段落沿第三级平台往下垮塌，已施做的锚索框架梁下出现脱空的现象；第二次塌方，在第一次塌方还未治理完时，经历了一场大雨之后，该部位再次发生塌方，段落内沿第三级平台往下全部垮塌，已施工的锚索框架梁也因下部掏空而断裂破坏。 分析该段边坡塌方的原因，均与降雨有关，每次塌方均发生在降雨的时候。
4.2 问题分析
在影响边坡稳定的诸多因素中，水对边坡的影响也是一个极其重要的因素，但往往会被人们淡化，甚至被忽略。水对边坡的影响主要表现在两个方面[4]：
（1）地下水影响。地下水是影响边坡稳定的一个重要因素，通常与大气降水、地面径流密切相关。它的作用是在岩体裂隙中产生静水压力和动水压力，减小摩擦力和增加岩体的下滑力。此外，地下水沿岩体结构面长期渗流，对于结构面的泥质物起到软化作用，降低岩体强度。
减少地下水影响的常用措施：用截水沟拦截大气降水的地表径流，用排水沟疏导地表水，用疏水廊道引排地面水流或在边坡表面打水平钻孔排泄边坡内部的积水等。
（2）降雨对边坡的影响[4]。对边坡而言，降雨的不利作用主要表现在降低岩体强度、抬高地下水位和加大边坡内孔隙水压力三个方面。
对于岩质边坡的稳定性来说，起控制作用的是岩体结构面的强度。水的介入对硬质结构面的强度并无多大影响，主要影响软弱结构面。软弱结构面遇水后，充填的软弱物进一步软化，其抗剪强度则显著降低，从而导致边坡失稳。在强风化带和软弱岩层区，灾害性滑坡常常发生。
一次降雨量使山体地下水位升高的幅度与水文地质条件有密切关系。在有些条件下，地下水位能大幅度升高，而在另一些条件下，水位升高可能极为有限。一般来说，当岩体不是特别厚，山坡较缓且地下水位在弱风化层以上时，由于岩体孔隙率大，水位上升需要更多水分供给，同样的降雨条件，水位上升幅度小。同时由于裂隙发育，岩质破碎渗透系数大，水位升高后很容易排走。
降雨使得地下水位上升，使边坡内孔隙水压力加大。强度超过入渗率的降雨历时越长，孔隙压力也越大。虽然这一孔隙压力是暂态的，降雨停止后能以较快的速度消散，但如果量值较大，则对边坡稳定的影响不容忽视。
该段边坡出现的两次局部塌方均与降水有关，两次塌方均发生在降雨的过程中。
5 结语
（1）高速公路挖方路堑边坡防护中，在保证边坡整体的稳定性的前提下，边坡的局部稳定性也必须予以重视；（2）水对边坡的影响是至关重要的，设计时，必须要充分考虑降水、地下水等水体对边坡可能造成的破坏，并提出相应的防治措施；（3）施工人员应结合设计文件，并根据施工现场的具体情况，及时作出应对措施，认真、及时地施做各种防排水设施，使地表、地下水及降水尽快的排出坡体，以减少水对坡体的破坏作用，保证边坡的稳定；（4）在地下水或雨水丰富的区域，路堑边坡的防、排水设施必须与边坡同步施工。
参考文献：
[1]张先良，李夕兵.边坡稳定性分析研究[J].西部探矿工程，2009（2）：1-2.
[2]田华.影响边坡稳定的因素分析[J].山西水利，2004（3）：63，75.
[3]杨金灿.土质边坡变形及稳定性的影响因素分析[J].海峡科学，2009（2）：44-46.
[4]蒋鹏飞，李志勇，舒安平等.公路边坡防护技术[M].人民交通出版社，2011（1）：7-8.
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