高边坡复合堆积体稳定性评价及基础处理

第25卷 第2期

岩石力学与工程学报 V ol.25 No.2

2006年2月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Feb.,2006

收稿日期:2005–08–29;修回日期:2005–10–08

作者简介:胡世起(1966–),男,1982年毕业于贵州工业大学水文地质及工程地质专业,现任高级工程师,主要从事岩土工程及水文地质方面的研究工作。E-mail :pcpc0411@https://www.360docs.net/doc/0e18636909.html, 。

高边坡复合堆积体稳定性评价及基础处理

胡世起

(贵州省安顺市水利水电勘测设计院,贵州 安顺 561000)

摘要:引水渠道在经过高边坡时常伴有一些“复合堆积体”,它是基岩、古垮塌体、古崩滑体、现代崩滑体和第四纪沉积体等几种或全部的组合体。部分看似堆积体的岩体通过细致的观察与母岩的原生产状仍是相同的,有些堆积坡体可理解为劈理,其风化破碎、溶蚀强烈。某峡谷区一高边坡,外观上看属堆积体,但有的部位基本的产状与母岩相同,岩性局部是一样的,局部已变质为碎石、碎石土,属“复合堆积体”,在分析其成因后对通过此段的渠道提出了处理方式、方法。

关键词:边坡工程;高边坡;堆积体;稳定性;劈理;基础处理

中图分类号:P 642.2 文献标识码:A 文章编号:1000–6915(2006)02–0345–05

STABILITY EV ALUATION AND FOUNDATION TREATMENT OF HIGH

SLOPE COMPOUND ACCUMULATION BODY

HU Shi-qi

(Hydraulic and Hydropower Investigation Institute of Anshun ,Anshun ,Guizhou 561000,China )

Abstract :The leading water channel is accompanied by some “compound accumulation body ”when it passes high slope. It is a combination of bed rock ,ancient collapsing body ,ancient sliding body and the Quaternary Period precipitation body. By observation ,it is found that is the same as the bed rock. Some accumulation bodies may be regarded as cleavage ,and are broken and deliquesce heavily. For a high slope of a canyon ,its appearance looks like accumulation body ,but some part is the same as the bed rock. Part of the lithology is the same as bed rock ,while some is changed to crushed stones ,crushed stones and soil. It is “compound accumulation body ”. After analyzing the reason for formation of it ,the treatment methods are proposed.

Key words :slope engineering ;high slope ;accumulation body ;stability ;cleavage ;foundation treatment

1 引 言

边坡稳定性的评价与预测是边坡工程研究的根本问题,也是边坡研究中最难和最迫切需要解决的课题之一。20世纪70年代以前,边坡稳定性的评价是以定性描述与分析为主,之后,边坡工程学科的发展进入一个以定量模型为主的研究阶段[1]。

岩土工程边坡往往伴生着堆积体的存在,其工程广泛涉及水利水电、道桥、港口、矿山、建筑及国防建设等领域,其稳定性分析与评价是边坡工程的核心内容。由于边坡系统是一个开放的复杂动态系统,岩质边坡稳定性的影响因素复杂多变,用于岩质边坡稳定性分析的计算模型也很难准确地反映复杂多变的地质环境。因此,对于岩质边坡稳定性的分析与评价,仅仅强调定性分析或定量评价往往

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难以真正解决问题[2]。在这种情况下,本文以一工程实例先分析出边坡及堆积体的成因、危害和对工程的影响,再确定其处理方式方法,其成果对于实际工程有较好的参考价值。

在岩体中,由于分布裂隙组的大量存在,使得岩体在发生破坏时往往与裂隙构造有很大关系。不同的裂隙结构面常常出现不同的破坏面。在岩石工程中,微裂纹在荷载作用下的变形、扩展和汇合往往导致结构中主裂纹的出现,从而造成工程岩体结构的破坏[3]。再随着卸荷、地下水等外力地质作用的影响发展为劈理。劈理分为流劈理、破劈理及折劈理。

流劈理:是岩石在强烈构造应力作用下矿物颗粒定向排列形成,不属于破裂构造,而属于塑性变形中的流变构造,主要垂直挤压力的方向发育。流劈理在变质岩中特别发育,如板状劈理、片理、片麻理等。破劈理:在岩石中为一组密集的平行破裂面,与岩石中矿物排列方向无关。微劈面很薄,一般以mm计,有时略宽达几厘米,以密集性及发育于整个岩体中的透入性而与节理相区别,与节理常呈过渡关系。一般认为它是一组密集的剪切破裂面,也可能兼有张性的特征。折劈理:常见于扳岩、千枚岩及片岩之中,是切过早期流劈理的一组平行剪切面,又称滑劈理、应变滑劈理。由以上劈理的类型特征按其劈理的生成原因又可分为原生劈理及次生劈理。流劈理属原生劈理,破劈理及滑劈理为次生劈理。破劈理发育于变形不强的岩石中,由一系列平行到交织状﹑缝合线状到平坦状的劈理域组成,常为黏土质或不溶残余物所占据[4]。

2 工程地质环境

在高山峡谷区修筑公路或渠道常会遇到高边坡问题,现以王二河水库向黄果树瀑布补水工程的引水渠道前段为一种典型来分析。

2.1地层岩性

该工程位于贵州省中部安顺市镇宁布依族苗族自治县境内的王二河中段,王二河属珠江流域北盘江水系打邦河干流左支流。该工程东起募役乡大桥下游约 1.8 km的牛角洞,西迄黄果树瀑布上游为1.2 km的二道沟(入水口位于陡坡塘瀑布上游小坝处),水源利用正在建设的王二河年调节水库坝后电站发电尾水(设计流量18.4 m3/s)通过13.308 km的引水渠,枯季调节黄果树瀑布水量。山顶高程一般为1 300~1 600 m,河谷地带为400~700 m,一般为中等切割,河谷形态为“V”型峡谷、隘谷,谷坡陡峻,地形坡角多在50°以上。

渠系沿王二河右岸环山盘旋展布,在引水渠0+390~0+990,渠道穿越地层为安顺组(T1a)厚层块状白云岩,岩层产状为272°~322°∠10°~20°,岩石坚硬,较完整,风化强烈,节理裂隙发育。此段渠道高于渠床高程以上80~100 m为地形坡角为70°~80°的陡崖,基岩裸露;渠道通过部位大部分较陡,地形坡角为50°~70°内,其边坡属不良地质体。在坡地带堆积少量残坡积层(Q del)粉质黏土,厚度均<1 m,大多数地段堆积崩塌堆积体(Q col)块石、碎石偶夹粉质黏土,属稍密碎石土、粉质土夹块石,胶结较差,厚度变化不大,厚度为5.6~13.2 m,不良地质体界面呈锯齿状,中部略深。

2.2地质构造

工程区位于北西向构造带内,由一束走向NW,大体平行的较紧密褶皱和逆断层组成。褶皱多呈长条状,两翼倾角较陡,常为50°~80°,甚至直立倒转。褶皱紧密程度由北东向南西减弱;与褶皱伴生的压性、压扭性断层多具中等规模,断层倾角一般为60°~80°,并常有后期向张性转化的特征。受区域构造的影响,区内小断层发育,多处穿越渠线。岩石节理裂隙发育中等,裂隙发育的主方向:NE57°,SE117°,SE147°,NW340°;岩层倾角较缓,多为20°。

3 复合堆积体成因分析

3.1高边坡特征

高山峡谷区斜坡上岩、土体在重力作用下,常常有一些“复合堆积体”,它是基岩、古垮塌体、古崩滑体、现代崩滑体和第四纪沉积体等几种或全部的组合体。堆积体是在中国西南高山峡谷区常见的不良地质体,其稳定问题常是坝址选择、渠道或公路选线、工程治理及地质灾害评估的重点研究对象。发生在斜坡上以重力为主导的外动力地质作用(如崩塌、蠕动、滑坡、泥石流等),均能在破脚形成堆积体,堆积体与基岩之间一般存在软弱带,这是其与普通的第四纪残坡积体的根本区别。

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3.2 结构面与坡面组合

经研究王二河水库向黄果树瀑布补水工程的引水渠道前段0+390附近有一与渠道方向近直交的断层通过。出现“复合堆积体”段桩号为0+390~0+990,总长600 m ,渠线近东西向。出露地层为三叠系下统安顺组(T 1a)浅灰色厚层块状白云岩,基岩零星裸露,岩层产状300°∠15°,岩石风化较严重,节理裂隙较发育,主要发育NW325°、倾角80°,NW275°、倾角70°两组裂隙,其中尤以NW275° 向裂隙最为发育,近垂直于山体,地表坡角较陡,一般为50°~75°,表层为第四系堆积的碎石土、粉质黏土及风化破碎的块石、杂土等覆盖层,相对高差为150~250 m ,0+540处地质横剖面见图1。工程地质特征:(1) 出露地层为三迭系安顺组(T 1a)厚层块状白云岩,岩石较破碎,溶沟、溶槽发育,主要发育NW275°,NW325°两组,其中,NW275°组近垂直于山体发育,倾角75°~80°;第四系崩塌堆积体(Q)碎石土、粉质土、块石及碎石覆盖其上,崩塌体界面波状起伏,厚度8.8~9.2 m ,胶结较差,块石直径0.5~2.0 m ,块石含量约为50%。(2) 边坡地形坡角较陡,倾角50°~60°。现渠槽开挖崩塌堆积体整体性已被破坏,内边坡已形成临空面。由于崩塌体胶结较差,抗滑稳定差,地基承载力较弱,地下水活动易引起边坡局部的塌落及地基的不均匀沉陷。

图1 0+540处地质横剖面图

Fig.1 Geological section of high slope at 0+540

此段渠道顶部有顺河床方向(渠道方向)卸荷裂隙发育,中下部即为松散的岩体。因这段渠道在初步勘察设计中受地表壤土及植被的覆盖,将之定义为崩塌堆积体,设计中对此段渠道处理是清除崩塌

堆积体,渠基开挖至基岩,开挖边坡1∶0.5~1∶0.75。在施工时开挖至设计渠底高程以下后,基础及内侧边坡主要为直径不等的块石、碎石、碎石土及粉质土为主,呈半胶结或无胶结状态,并且松散的岩体一直向下延伸至河床,厚度达3.5~11.5 m 。但在0+390~0+990渠段的局部地段基础及边坡上仍零星出露破碎的基岩,0+910处破碎劈理见图2,节理裂隙发育,形成破碎岩体,应属破劈理,易将之理解为崩塌堆积体。

图2 0+910处破碎劈理(现场拍摄) Fig.2 Site photograph of broken cleavage at 0+910

在对该峡谷区高边坡成因分析后,认为边坡堆积物主要是由崩塌、滑坡迁移物质组成。河流的侧向侵蚀与重力地质是主要的动力地质作用,在高山峡谷区因构造及动力地质作用可使边坡形成破劈理,破劈理是指岩石沿着平行或大致平行的矿物定向排列面或某些平行薄层的层面能劈开的现象。劈理的形成是岩石在外力作用下,一种塑性变形或构造变形的结果。并由于劈理在工程地质描述中不多见,对工程地质构造的描述中一般都限于断层、褶皱和节理,因而使堆积体与破劈理在高山峡谷区不易区别。

从分析高边坡堆积体的成因出发,本文认为此段段渠道边坡处于地壳表层的岩体,特别是沉积岩中的碳酸盐岩,在岩石形成后受构造运动、地壳上升、风化剥蚀、流水侵蚀等地质应力的作用使岩石发生动力变质,在高边坡的部分岩石中形成破劈理,与部分由山顶崩塌下来的岩石经风化后形成“复合堆积体”,0+550处边坡堆积体如图3所示。 3.3 复合堆积体物质组成

已开挖毛渠

高程/m

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图3 0+550处边坡堆积体(现场拍摄)

Fig.3 Site photograph of accumulation body at 0+550

堆积体出露面积约38 000 m2,经开挖后其基础的物质组成为0+390~0+540,0+629~0+689段为黄褐色稍密碎石土、粉质土夹块石,块石直径多在0.8 m,块石含量约为15%,渠道底板以下堆积体厚度变化不大,厚度为6.5~9.2 m,下覆三叠系安顺组白云岩,堆积体界面呈波状起伏,呈近水平状堆积。

0+540~0+629,0+689~0+734段顶部为强风化白云砂,厚度为3.0~6.2 m;下部为浅灰色厚层块状白云岩,岩层产状300°∠10°,岩石风化强烈,节理、劈理发育,岩石较破碎。

0+734~0+990段为块石及碎石胶结体,顶部为黄褐色碎石土、粉质土覆盖,基础及内侧为三叠系安顺组白云岩,“X”节理发育。

3.4复合堆积体成因分析

经地表地质及地震波测试、钻探等手段分析:该段渠道由于卸荷、地下水等外力地质作用,岩体节理裂隙发育,形成破劈理。边坡堆积体由基岩、古垮塌体、现代崩滑体和第四纪沉积体等几种或全部组合形成。岩体以块石、碎石、碎石土及粉质土为主,呈半胶结或无胶结状态,但不零乱,仍可找到其排列的规律,特别是近垂直的裂隙有规律地分布,其裂隙产状与原生岩石的产状相吻合,并且渠道下部的河床上有基岩出露,故认为部分是崩塌堆积形成的堆积体,部分不应属于堆积体。因这段渠道上部下部及上下游皆为厚层块状白云岩,对此段胶结较好的碎石、碎石土的成因合理的解释笔者认为应属于受河流的侧向侵蚀与动力重力地质作用而形成的破劈理。其成因是岩体在纵向上受挤压,在横向上受地壳上升、河流下切,形成高边坡,岩体在地壳上升时形成残留的地应力,加上岩体的自重应力及地下水的压力使之受到动力变质作用,形成了压碎岩,岩体的剖面上表现为密集的剪切破裂面,岩体的原生近垂直的裂隙仍清晰可见,沿渠道开挖线仍有部分基岩出露。在此松散岩体的上部可见大量顺河方向的卸荷裂隙,由远处观察岩体自山顶向山脚皆有间断出露,且在河床底部也有基岩出露。如是崩塌堆积体应是脱离母岩无规律杂乱的堆积,河床也不应有基岩出露。此段松散岩体与崩塌堆积体的本质区别是岩体未发生位移,仍保存着原岩的产状,边坡的稳定性比崩塌堆积体强。无大面积深层滑动的可能,但局部浅层滑动及坍塌可能存在,故基础处理也不应以崩塌堆积体的方式来进行。

4 基础处理方式的确定

通过对此段渠道作补充地质勘探,松散岩体呈波状展布,可见的较完整基岩零星裸露。此段高边坡一部分为上述受构造运动、地壳上升、风化剥蚀、流水侵蚀等地质应力的作用形成的破劈理;一部分为山顶崩塌下来的岩石经风化后形成堆积体。此段高边坡的“复合堆积体”无大面积深层滑动的可能,可排出大范围的崩塌和滑坡,但零星塌落可能存在,对其基础处理选择了3种方案作为对比:(1) 渠道改线,并将渠道改为隧洞;(2) 基础置换处理;(3) 采用桩基础,渠底式渡槽。

对此段渠道的基础处理由上述的分析后认为高边坡的堆积体总体是稳定的,无大范围的滑动,但局部塌落及不均匀沉降是存在的。经论证后确定采用基础置换处理的方式进行处理:渠道全线开挖深于设计高程1 m后,利用较大块石、碎石、砂回填置换,并碾压密实,在此基础上作钢筋混凝土箱形结构。为防止渠道渗水、地下水活动等因素引起渠基不均匀沉陷,拉裂渠道,还在箱形结构分缝处作好止水。将原设计的浆砌石渠道改为钢筋混凝土箱形结构,也可理解为明洞。使通过这段“复合堆积体”部位的渠道具有较强的整体性。渠道上部高边坡地段开挖排水沟,让雨水沿沟排向河流,避免水体对渠道基础的浸蚀软化。

该段渠道所经过的高边坡堆积体成因复杂,基础软弱,经基础置换处理并将原设计的浆砌石渠道改为钢筋混凝土箱形结构后,节省了工期,降低了成本,边坡无垮塌,基础稳定。

5 结语

(1) 在高山峡谷区由于流水的深切使高边坡地段进入剧烈的塑造期导致河谷两侧山体松动、应力加大,形成复杂的“复合堆积体”或形态各异、风

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化程度不同的边坡堆积。

(2) 对高边坡的成因研究分析,可为通过边坡的公路或渠道等的基础处理提供理论依据。本文提出的高山峡谷区高边坡的一种成因含有由于外力地质作用形成的破劈理,与堆积体相似,处理方式采用基础置换后建明洞的遮挡方式,实施的效果是安全可行的。

(3) 遮挡、拦截和支补是高边坡治理的3种主要手段,根据高边坡的规模、成因、地质条件和场地的实际情况,可采取不同的治理措施。

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《岩石力学与工程学报》2005年增2被EI收录论文(122篇)题录

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