山区高等级公路边坡岩体分级研究
山区公路边坡地质灾害类型快速识别方法研究
工 程 技 术
山区公路边坡地质灾害类型快速识别方法研究
龚 臣
（ 黑龙 江 四 海 园建 筑 工程 有 限公 司 ， 黑龙 江 哈 尔滨 １ ００ ） ５ ０ １
摘 要 ： 文在 对 公 路 边 坡 地 质 灾 害主 要 类 型及 特 点进 行 研 究 的基 础 上 ， 究 研 边坡 外部 形 态 、 体 结 构和 岩 土体 性 质 等 因素对 公路 边坡 地 质 灾 害类 型 的 影响 ， 出 了 以“ 响 因 素 叠加 识 别 方 法 ” 核 心 的 山 区公 路 边坡 坡 提 影 为 地 质 灾 害类 型快 速识 别 方 法 。 关键词： 公路 工程 ； 坡 ； 边 地质 灾 害； 型识 别 类
引言 又不等 同于岩体结构 。 孙玉科（９８将介 于区域 １８ ） 我国幅员辽 阔， 地质环境和 自然环境复杂多样 。 山区公路 由于线路等 地 质结构 和岩石 结构 之间的结构体 称为岩体结构 ，主要包含结构面和结 级低， 受地形限制严重 ， 地质灾 害一 直是影响山 区公路安全运 营的主 构体两个要素 。坡体结构 主要应用 于研究边坡 和 自然山坡病害发生发展 边坡 要 因素之一 ， 其造成的经济损失是十分巨大 的。再者 ， 由于基层养 护实力 规 律方面 ， 它是组成 边坡和 自 山坡 的基本单 元体 ， 然 特指 临空面以上 、 外 和养护人员知识 的欠缺 ，在对边坡灾害类型和危险程度的识 别和认识 Ｅ 貌上为两级宽大缓坡平 台之 间的结 构体 ， 坡体结 构考 虑的要素除结构面 、 还考虑临空面 。此外 ， 岩体结构是 组成 坡体结 构的基本 存在一定 的难度 ， 常常使得边坡地质灾害错过 了最好 的防治 时机 ， 而造 工程地质岩组外 ， 从 坡体结构常常是 由一种或几种岩体结构组成 。 边坡灾害类型总是 成 了不必要 的经济损失 ， 甚至是血的代价 。因此 ， 简单实用 的边坡地 质灾 单元体 ， 害识别方法显得异常重要 。 同时 ， 边坡地 质灾害识 别也是 进行地 质灾 受控 于边 坡体 的坡体 结构 ， 于不 同坡体结 构的边坡 ， 公路 对 灾害 的基本类型 、 害危险性评价和进行灾害防治的前提 ， 对减灾防灾具有指导作用 ， 是减少 特征及其形成机理是不 同的。因此 ， 进行坡体结 构类 型划分和研究 ， 对地 质灾害类型 的识别和预判具有指导意 义。 灾害损失的有效途径之一 。 目前 ， 针对坡 体结构类型划分 的研究及成果较多 ， 比较常见的是将坡 ｌ山区公路边坡地质灾害主要类型及特性 体结构划分 为基座式坡 体结构 、 坡体结构 、 层状 似眼球状坡体结 构 、 状 块 １ ． １山区公路边坡地质灾 害主要类型 松 种类型。 各种坡体 由于 山区公路特殊 的断面形式 ， 公路边坡 地质灾害 主要 包括上边坡 坡体结构 、 散破碎体坡体结构及类均质体坡体结构 ６ 和下边坡两部分 ， 坡灾害类 型相对 较为单 一 ， 下边 主要以路基沉陷和下边 结构的特点如下 ： 坡坍塌为 主 ， 响因素较少 ， 多数与施工有 关 ； 影 大 上边坡地质 灾害类型多 （） １基座式坡体结构 。 基座式坡体结构即是指边坡体 主要 由两种性质 样， 成因复杂 ， 因素众多 ， 影响 将是本文研究的重点。 照病害体 的规模 以 差异明显的岩性组成 ， 按 其中一种岩 『在开挖面 以上完 全出露 ， 一种 岩 生 另外 及病害的发生机制 ， 将边坡病 害划分为落石 、 崩塌 、 错落 、 滑坡和倾倒 ５ 种 性完全下伏 ， 成完整的基 座 ， 形 这种坡 体结构最明显 的灾 害特征 就是常常 边坡发生整体失稳滑移。 根据 上下岩 基本类型。在实际工程中 ， 常是两种或 多种基 本类 型组合在一起 ， 形成较 沿下伏基座岩性顶面形成贯通滑面 ， 为复杂的灾害破坏模式 ， 的边坡灾 害是很少见 的。 单一 性的软硬差异 ，又可以分 为基 座式上硬下软型坡体结构和基座式上软 下 １ ． ２山区公路边坡地质灾害特征 硬型坡体结构两个亚类。 ①基座式上硬下 软型坡体结构 。 该类坡体结构上 公路 边坡地质灾害与普通地 质灾 害相 比较 ， 除了具有灾害 学特征和 部主要为厚层或巨厚层块 状结构岩体 ， 部为一定厚度 的软弱破碎 岩体 ， 下 般岩层倾角 较小 ， 为近水平层状 。易发 生的边坡病害为错落 、 出性滑 挤 工程地质学特征以外 ， 还具有公路工程方面 的特殊属性 。 崩塌等 。 基座式上软下硬型坡体结构 。 ② 这种坡 体结构上部 主要是一 公路 工程作为公路边坡地质 灾害的人为诱发 因素 ， 在一定 程度 上决 坡 、 定 厚度的软弱破 碎岩体 或第四纪松散 堆积体 ，下部为厚层或巨厚层块状 定了公路边坡 地质灾 害的类 型。主要表现在 ： 在 区域地质环境和 自 然环境 条件 相同的条件 下 ， 路断面 的结 构形 结 构岩体 。 公 特别是上部为第 四系 ， 下部为基岩的坡体结构最为常见。 这类 式决 定了边坡 灾害的主要类 型 ， 由临空面特征决定 ； 主要 坡 体结构 的常见边坡病 害是软弱岩土沿下伏 相对坚硬岩土层产生滑动或 在 区域 地质环境和 自然环境 条件 相同的条件下 ， 路线路 的走 向决 坍 塌。 公 定 了边坡灾 害的主要类型 ， 中临空面特征起主要作用 。 其 （） ２层状坡 体结构 。层状 坡体结 构是指坡体 由软硬相问 、 互层或似层 状 的岩类组 成， 控制性结构面是沉积层面 。 主要为 多韵律 的薄层及 中厚层 ２公路边坡地 质灾害类 型的影 响因素及 决速识别方 法 状沉 积岩 、 副变质 岩 ； 主要结构形状 为层状 、 状 、 板 透镜体 ； 有层 理 、 片理 、 ２ ． １公路边坡 地质灾害类型的影响因素分析及分类 常有层间错动 。接近均一的各 向异性体 ， 其变形 及强度特征受层面 影响公路边坡地质灾害类型 的因素很多 ， 在诸多影响因素中 ， 走 节理 ， 路线 向与边坡地层走 向的关 系、 边坡外部形态 、 体结构和岩土体 陛质四方面 及岩层组 合控制 ， 坡 可视 为弹塑性体 ， 定性较差 ， 能发生 的岩 土工程问 稳 可 为主要影响 因素 。 题为不稳定结构体可能产生滑塌 ，特别是岩层 的弯 张破坏及 软弱岩层的 ｚ． １ １公路工程对公路 边坡地质灾害类型的影响 塑性变形 。 当公路 工程 的线形走 向和岩层走 向平行 时 ， 以形成以下三 又可 公路工 程对公 路边坡地 质灾 害类 型 的影 响 因素主要为公 路线形走 类层状坡体结构 ： 顺倾层状坡体结构 。该类坡体结构 岩层倾向临空 ， ① 岩 向与边坡地层走 向之 间的关系和公路边坡外部形态两方面。 层倾角一般在 ｌ＇ ｏ 间。 ｆ～ ｏ ３ Ｚ￣ 该类边坡常见地质灾害的为产生多层多级的 公路线形走向对公路边坡地质灾害类型的影响。公 路线 形走向对 公 顺层滑坡等 。 ②反倾层状 坡体结构 。 该类坡体结构岩层倾 向坡 内， 岩层倾 路边坡地质灾害类型的影响 ，主要 由公路 的线形走 向与边坡地层走 向之 角一般在 １。 ｏ ０ ｏ之间。该类坡体结 构一般稳定性较好 ， 的边坡地质 常见 间的关系来决定 。公路建设过程中的开挖 ， 产生了大量 的临空面 ， 对坡体 灾害为错落 、 塌 ， 崩 严重者发育成切层滑坡 。 ③陡 ｆ 状坡体结构 。 顷 层 ． 该类坡 的稳定性产生 了严重的影响 ，而公路 的线形走 向与边 坡地层走 向之 间的 体结构岩层倾向坡 内或倾 向临空 ， 岩层倾角 －￣＞ ｏ。 ４ｏ 该类 坡体结 构常见 关系决定了临空面的类型 、 点及相关稳定性 参数 ， 接决定 了边坡 的稳 的边坡地质灾害为倾倒 、 或板 裂 、 曲性滑动 。 特 直 崩塌 溃 定 『和地质灾害类 型。公 路的线形走 向与岩质边坡地 层走向之间 的关 系 生 当公路工程的线形走向和岩层或结构面走向斜交或是垂直时 ，由于 主要有平行 、 和垂直 三种 。在三种走 向关 系中 ， 关系对公路边坡 岩体临空面 较 ，因此边坡稳定性 相对较好 ，边坡地质灾害类型较为单 斜交 平行 小 主要 以落石 和崩塌 为主， 灾害规模与岩土体 『质有关 。 生 灾害的类型影响最大 ， 别是路 堑边坡 ， 特 由于开挖使得 边坡形成的临空面 较多 ， 边坡地质灾 害的类 型也较 多。 斜交次之 ； 垂直最好 ， 最有利 于边坡稳 （） ３ 似眼球状坡体结构。 该类坡体 由变质岩 、 岩浆岩组成 ， 由于地质构 定， 边坡地质灾害类型较 为单一 ， 且规模不大 ， 便于防治。 造作用 ， 变质岩 片理扭 曲强烈 ， 岩 中发 育贯通 的弧形 构造面 ， 岩浆 将坡体 公路边坡 外部形 态对 公路边坡 地质灾害类 型的影 响。公路边坡外部 中的岩体切 割成 眼球状 （ 或透镜 状 ） 结构体 ， 眼球状结构体 的周围岩石破 形态 主要受控 于公路 的断面形式 。 对于山区公 路来 说 �
“三高”地区公路边坡岩体质量分级THSMR方法
“三高”地区公路边坡岩体质量分级THSMR方法张俊瑞;王章琼;司马丹琪;陈银生;闫海涛【期刊名称】《路基工程》【年(卷),期】2018(000)002【摘要】分析了边坡岩体质量分级常用的SMR,CSMR,TSMR体系特点及适用条件;在此基础上,以TSMR体系为框架,考虑地震荷载对边坡稳定性的影响,引入地震作用系数β,建立了适用于高寒、高海拔、高地震烈度的“三高”地区公路的边坡岩体质量分级体系THSMR;并以乌尉高速公路沿线34个岩质高边坡为例,通过稳定性定量计算,换算出等效RMR值——ESMR,以此为标准值,对比分析了TSMR,THSMR体系评价结果的合理性.结果表明,TSMR值普遍偏大,而THSMR值接近边坡实际稳定状态,后者更为合理.【总页数】5页(P5-8,28)【作者】张俊瑞;王章琼;司马丹琪;陈银生;闫海涛【作者单位】中交第二公路勘察设计研究院有限公司,武汉 430052;武汉工程大学资源与土木学院,武汉 430073;武汉工程大学资源与土木学院,武汉 430073;中交第二公路勘察设计研究院有限公司,武汉 430052;中交第二公路勘察设计研究院有限公司,武汉 430052【正文语种】中文【中图分类】U416.1+4【相关文献】1.基于概率统计的可拓学分析方法在边坡岩体质量分级中的应用研究 [J], 周全华2.基于多判据的"三高"地区公路边坡稳定性的综合评价 [J], 姜成潼;王亚军;李元松;司马丹琪;何泉3.公路岩质边坡岩体质量分级方法的研究 [J], 刘梁4.紫穗槐在华北地区高速公路边坡绿化中的应用——以丹拉公路河北省张家口高速公路边坡防护为例 [J], 梁爱学;沈毅;高捍忠;李统益;张平5.西部“三高”地区高速公路边坡稳定性系数与失稳概率关系探讨 [J], 司马丹琪;李元松;姜成潼;何泉因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
西南山区高等级公路层状岩质边坡失稳判据研究
３ ￣６ ｍ， 直 光 滑 ， 面 间 充 填 棕 黄 色 粘 土 ０ ０ｃ 平 层
（ 为 １ ５～３ 。 Ｃ为 ０ ０ ～０ ０ ａ 。边坡 ０）， ． ｌ ． ３ＭＰ ）
１ １ 当岩层 倾角 ａ ５ ． ＜４ 。
当岩层倾 角岩层 倾 角 ａ ４ 。 ， 坡失 稳 的 ＜ ５时 边 破坏 方式是平 面滑动 或滑移 一拉 裂 ， 图 ｌ 见 。
在施工期 间及 后 期 运 营 期 间 多 次 发 生 块 体 平 面
滑动 。
用式 （ ） 算 该 边 坡 的极 限 高 度 Ｈ… 一３ ３计 ７
１ ， 一 ３ ／ ０ ０ ７ ＜ １ 为 不 稳 定 边 坡 ， 中 取 ２Ｋ １ ７５ — ． ４ ， 其
一
２ ． 、 一 ２ Ｐａ、 一 ４ 。 ２ ５。 ｃ ０ｋ 口 Ｏ。
等于岩层 倾 角 （ 图 ２ ， 坡 失 稳 的破 坏 方式 是 如 ）边
滑 移一 曲 Ｌ 。 弯 ２ ］
２１ ０ ０年 第 ５期
刘 宏 力 等 ： 南 山 区高 等 级 公 路 层 状 岩 质边 坡 失 稳 判 据 研 究 西
４ ３
自２ ０世 纪 ８ Ｏ年 代 以 来 ， 以孙 广 忠 口 等 利 用 材
为 ３ ～ ６ 。 ５ Ｏ。
Ｈ一 ｍ 面吉
收稿 日期 ：０ ００ —６ ２ １—５０
㈤ １２ ．
当岩层倾 角 ａ ５ ≥４ 。 当岩层 倾 角 ａ ４ 。 ， 路边 坡 开挖 坡 角 卢 ≥ ５时 公
式中： Ｇ为岩 体 自重 ， ＝ ｈ ｃ ｓ／ ； 、 为 结 构 Ｇ＝ ７ Ｌ ｏａ ２ ｃ ＝ 面 的抗 剪强度 指标 ； 、 ａ Ｌ为结 构 面 的倾 角 和长 度 ；
料 力 学 中 的 压 杆 稳 定 理 论 对 顺 层 边 坡 失 稳 的 判 据
贵州高等级公路玄武岩类土质高边坡稳定性探讨
2010年07期(总第67期)作者简介：邓文琴（1965-），高级工程师，从事公路工程地质勘察及设计工作。
玄武岩类土指玄武岩全、强风化的土。
玄武岩类土除具有土的性质外，有些还保留原岩中的结构面。
贵州玄武岩形成于早二叠世晚期至晚二叠世早期，主要分布于贵州西部的毕节、织金、赫章、威宁、水城、盘县等地，在黔中之翁安、息峰、清镇等地也有零星分布，面积约3.6km 2，由于贵州湿润多雨，加之玄武岩节理裂隙发育，特别是柱状节理发育，风化作用强烈，玄武岩山体多存在很厚的玄武岩风化层。
随着贵州交通建设步伐的加大，在玄武岩地区建设高等级公路越来越多，玄武岩类土质边坡也越来越多，由于对玄武岩类土质边坡的工程特性认识不足，造成施工阶段边坡设计变更较多。
为此，有必要对这类边坡作一些研究和总结，笔者通过镇宁至水城、镇宁至胜境关、盘县英武至柏果及六盘水至盘县等高速公路所遇玄武岩土质高边坡的工程实践，在对玄武岩类土质边坡的坡体结构类型进行划分的基础上，研究了滑动模式与参数选择，以希望对此类边坡勘察设计有一定的参考作用。
1贵州高等级公路部分玄武岩类土质高边坡失稳工程实录1.1六盘水市英武至柏果公路K21+015～+080右侧滑坡该段玄武岩类土质高边坡地处侵蚀斜坡山脊地带，山脊两侧均发育冲沟，自然坡度25°～30°，坡高大于120m ，线路从斜坡下部通过。
边坡区上覆第四系残、坡积亚粘土夹碎石，下伏峨眉山玄武岩，层理倾角30°左右。
残、坡积耕植土厚0.2～0.4m 左右，土体结构松散，坡面植被较发育；全风化玄武岩呈土黄色、灰绿色、灰黑色，厚3～5m ，岩石剧烈风化成土状，结构基本破坏，多呈中密状；下伏厚层强风化玄武岩，岩石风化强烈，岩态多呈半岩半土状，含有较多碎块，结构构造已大部分破坏，节理裂隙较发育，具有较强的透水性。
原设计路基边坡开挖坡比1∶1，分两级开挖，最大开挖坡高16m ；边坡开挖后，由于连续降雨，边坡沿全风化与强风化分界面产生滑动，坡面出现开裂滑坍失稳，裂缝后缘距线路中线78m ，开裂坡高达48m ，分析计算后，经设高8m 的挡墙、挡墙以上以1∶1.5坡比按10m 一级分5级放缓边坡（其间分设2m 宽的碎落台，为便于施工，其中第三级碎落台宽6m ）、边坡中部设两排（1个井字形）锚索、边坡坡面采用挂网喷射混凝土进行防护、封闭边坡外侧裂缝、边坡外侧设置截水沟等工程措施后，边坡稳定。
山区高速公路勘察主要岩土问题研究
山区高速公路勘察主要岩土问题研究摘要：当前我国高等级公路建设正在由东部向西部地区转移，由平原向山区转移，这样使得公路工程中岩土工程项目，如隧道工程、高边坡防护、滑坡整治工程以及特异型桥涵基础工程等大量出现。
本文介绍了近年来山区高等级公路建设中处理这些岩土工程的实践经验，而且在一定程度上阐述了掌握岩土工程勘察方法与内容对搞好公路工程勘察设计与施工的重要意义。
关键词：高等级公路；岩土勘察；岩土工程1概述岩土工程是一项涉及岩体与土体改造与利用的复杂的综合技术，其复杂性主要表现在现场地形地质条件与工程结构的相互作用以及工程结构与施工过程的相互作用。
它从工程内容上可分为五个方面：岩土工程勘察、岩土工程设计、岩土工程施工、岩土工程监测以及岩土工程监理，因此作为一个岩土工程技术人员，要求掌握工程地质方法，熟知场地的地形地质条件，熟悉岩土工程知识有效地解决工程问题。
随着我国现代化建设事业的不断发展，公路工程建设逐步由低标准向高标准发展，其勘察设计重点也在随之不断变化。
在公路建设的早期，由于平原发达地区一般以二、三级公路为主，山区则以三、四级公路为主。
在今天，由于一级公路、高速公路大规模修建，特别是在我国中部与西部山区开始修建高等级公路，使得公路建设项目中隧道与高边坡等岩土工程项目急剧增加。
2山区高等级公路中的主要岩土工程问题2.1隧道工程高等级公路隧道的建设方式比较多，在勘察设计过程中应根据隧道区域的地形地质条件选取。
隧道工程中应用了十分复杂的岩土工程设计技术及施工工艺，是岩土工程中技术含量较高的项目。
隧道建设技术复杂性主要表现有：(1)作用在支护结构之上的荷载与多种因素有关，如地质条件、地形条件、地物条件、洞室跨度与形状、支护型式与强度、施工方法与施工质量等等；(2)支护形式的多样性；(3)支护结构与围岩的相互作用以及支护结构与施工方法的相互作用导致了设计分析与施工质量控制比较困难；(4)岩体越差，荷载越大，支护结构越强，则荷载、结构、围岩以及施工方法这四方面的相互影响越大，设计施工过程中各项分析越困难。
山区公路详评阶段边坡(滑坡)、崩塌安全风险分级、路堤与高边坡监测记录样表
附录D （资料性）详评阶段边坡（滑坡）、崩塌安全风险分级D.1边坡（滑坡）的安全风险分级表按表D.1确定。
崩塌的安全风险分级表按表D.2确定。
D.2评分表主要包括评分指标、指标权重、总分计算方式、风险分级标准4大要素：D.2.1对于评分指标，各阶段、各类型均采用两级指标体系。
这样做的好处是逻辑清晰，层次分明，便于理解与应用。
D.2.2对于指标权重，参照《在役边坡风险规程》的做法，采用排序法。
这样做的好处是，只需确定各指标的重要性排序，就能确定权重大小，避免了过多的人为干预。
2221n m n γ-+=（D- 1）式中：为权重系数，n 为评估指标项数，m 为重要性排序号，m ≤nD.2.3对于总分计算公式，主要思路为“修正系数”乘以“可能性得分”乘以“防护程度得分”乘以“后果得分”。
44551111()n m l k i ij ij j j j j i j j j R H P V r r x r x r x αα====⎡⎤⎛⎫⎛⎫=⋅⋅⋅=⋅⋅⋅ ⎪ ⎪⎢⎥⎣⎦⎝⎭⎝⎭∑∑∑∑ （D- 2）式中：R 为风险总分；α为修正系数，根据变形迹象等决定性因素对总分进行修正，取1.0~1.5之间；H 、P 、V 分别为可能性得分、防护水平得分、后果得分（易损性）； ri 为可能性的指标类Xi 的权重， rij 为隶属于指标类Xi 的评价指标Xij 的权重， xij 为该指标的得分。
R4j 为隶属于防护水平指标类的评价指标X4j 的权重，x4j 为该指标的得分。
r5j 为隶属于后果指标的评价指标X5j 的权重，x5j 为该指标的得分。
D.2.4关于风险分级标准，主要参照的是《路堑高边坡风险指南》，并根据四川历史灾害数据评分统计结果对其作出一定的调整。
评分采用三级风险。
表D.1 边坡（滑坡）安全风险分级表表D.1崩塌安全风险分级表附录E （资料性） 监测记录样表变形监测格式和样表E.1变形监测样表观测项目：水平位移沉降位移工程名称： 编号： 技术员： 分项技术负责人： 监理工程师： 日期：人工监测记录格式样表E.2人工监测记录格式样表记录员： 日期：其他监测内容格式表E.3变形监测样表（）监测报表第次工程名称：报表编号：天气：观测者：计算者：测试日期：年月日项目负责人：监测单位：注：应视边坡工程及测点变形情况，定期绘制点的数据变化曲线图。
边坡岩体稳定性分级方法综述
一
、
引 言
边 坡稳 定性 的重 要 影 响 因 子 。 （ ３ ）地 质 强 度 指 标 ＧＳ Ｉ 法 在 研 究 含 节 理 岩 体 的 破 坏 准 则 时 ， Ｈｏ ｅ ｋ和 Ｂ ｒ ｏ ｗｎ
边 坡 岩 体 稳 定 性 分 级 是 综 合 多 种 影 响 因 素 对 边 坡 稳 定性 进 行 定 性 或 半 定 量 的评 价 方 法 。准 确 的 分 级 能 反 映 岩 体 的 固
第１ ４卷 第 １ 期
２ ０１ ４笠
中 国
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Ｎｏ ．１ ２ ０１ ４
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边 坡岩体稳定性 分级方法综述
杨 秋 芳 ，张 菊连
（ １ 中交 第 三航 务 工 程勘 察 设 计 院 有 限公 司 ，上 海 ２ ０ ０ ２ ３ ２ ；２上 海 申元岩 土 工 程 有 限公 司 ，
有属性 ，对 认识边坡岩体 稳定性、合理选取 参数 以及采取 适 当 的加 固措 施十分重 要 ，因此岩体分 级仍然是边坡稳 定性评 价 中一个 非常重要 的分 支。岩体分级 始于 地下工程 ，并在 这
一
（ １ ９ ８ ８ ）Ｉ ６ 】 提 出了基于 ＲＭＲ岩体分 级法 来确 定岩 体的材料 指标 。考虑 到实 际使 用 ＲＭＲ 的不便 及在 破碎 及软 弱岩体中
边 坡 岩 体 分 级 方法 的 研 究 趋 势 和 发 展 方 向 。
二 、现 有边 坡 岩 体 分 级 方 法 简 述
ｉ ． 常 规 岩 体 分 级 方 法
所需岩体参 数少 ，且可在不做任 何测试的情况通过 肉眼观测
山区高速公路隧道围岩分级方法及应用研究
山区高速公路隧道围岩分级方法及应用研究摘要：本文主要叙述高速公路隧道，对软弱围岩大断面隧道施工中的双侧壁导坑法、CRD法和三台阶临时仰拱法三种施工方法从施工工序、施工组织、结构影响、工序衔接和变形控制等方面进行综合对比分析，结合现场监测情况讨论三种施工方法的应用效果，提出了软弱围岩大断面隧道施工方法选择的建议。
现场施工中，应根据具体情况进行综合比选，以确定合理的施工方法。
关键词：软弱围岩；大断面隧道；双侧壁导坑法；CRD法；三台阶临时仰拱法1 引言随着我国社会经济的飞速发展，隧道建设规模越来越大，100 m2 以上的大断面隧道大量涌现，有些客运专线隧道开挖断面甚至达150～180 m2，且多数是在软弱地层中穿越[1, 2]。
国内外虽然已有不少关于软弱围岩大断面隧道的研究成果，但可供借鉴的设计与施工经验仍旧偏少，有必要开展软弱围岩大断面隧道施工方法的比选与现场应用研究。
目前软弱破碎围岩地段的大断面隧道施工设计多采用双侧壁导坑法、CRD 法（CD法）等施工方法，并且在高速公路、客运专线和地铁工程中获得了成功应用，但是三台阶法、核心土法等其他工法的应用大部分也都取得了良好的效果[5, 6]。
现场施工中有必要根据实际工况进行综合比选，以确定合理的施工方法。
本文以温岭市万泉路隧道为依托，选取双侧壁导坑法、CRD法和三台阶临时仰拱法三种施工方法，从施工工序、施工组织、结构影响和变形控制等方面进行综合对比分析，并结合现场应用效果，提出了软弱围岩大断面隧道施工方法选择的建议。
2 施工方法优选原则根据已有施工经验，参考相关研究成果[1~6]，归纳总结软弱围岩大断面隧道施工方法的优选原则如下：（1）首先考虑施工安全，根据不同开挖方法制定相应措施应对施工中的各种风险因素。
（2）根据设计文件、现场情况、地质条件、断面型式及工期等因素全面考虑。
（3）条件允许情况下，优先选用分部较少的开挖方法，以适应大型机械化作业，提高施工工效。
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第24卷 第6期岩石力学与工程学报 V ol.24 No.62005年3月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering March ，2005收稿日期：2003–09–19；修回日期：2003–11–21作者简介：石豫川(1965–)，男，1988年毕业于成都理工大学地质工程专业，现为博士研究生、副教授，主要从事岩土及工程地质方面的教学与研究工作。
E-mail ：syczxq@ 。
山区高等级公路边坡岩体分级研究石豫川1，王 哲1，万国荣1，王振宇1，陈谦应2，唐胜传2(1. 成都理工大学 工程地质研究所，四川 成都 610059；2. 重庆公路交通科研设计院，重庆 400067)摘要：基于CSMR 体系，给出了山区高等级公路边坡岩体分级体系的具体形式；运用数理统计原理，给出了2种不同结构类型边坡的坡高修正系数计算式；对不同岩性组合类型提出了相应岩性组合修正系数；最后，通过实例对比验证了HSMR 体系的可靠性。
关键词：岩石力学；公路边坡；岩体分级；稳定性评价中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2005)06–0939–06STUDY OF MOUNTAIN HIGHWAY SLOPE MASS RATINGSHI Yu-chuan 1，WANG Zhe 1，WAN Guo-rong 1，WANG Zhen-yu 1，CHEN Qian-ying 2，TANG Sheng-chuan 2(1. Institute of Engineering Geology ，Chengdu University of Technology ，Chengdu 610059，China ；2. Chongqing Communications Scientific Design Institute ，Chongqing 400067，China )Abstract ：Based on Chinese system for slope mass rating(CSMR)，a formula for mountain highway slope mass rating(HSMR) system is established in this paper. With the theory of statistic principle ，a revised factor ξ of two different slopes for slope heights are discussed. Moreover ，the revised factor η for different multiple lithology combinations ，which is ranged from 0.8 to 1.2，is proposed for HSMR. A case study is considered to assess the feasibility of HSMR in the end.Key words ：rock mechanics ；highway slope ；rock mass rating ；stability evaluation1 引 言随着西部高等级公路建设的突飞猛进，如何合理地对边坡稳定性进行简单有效的评价，成为公路建设中亟待解决的问题。
由于西部山区地形条件复杂，岩石边坡数量多，加上勘察阶段工期紧迫，一般难以在对每一个工点的地质条件及岩体力学特征作详细勘察后进行稳定性计算分析工作。
因此，边坡岩体分级体系因其简便、快速的特点，在公路边坡稳定性评价领域具有广泛的应用前景。
和隧道围岩分类相比，针对岩质边坡这一特殊地质体的边坡岩体分级系统的研究起步较晚这一特点，Romana(1985)在著名的地质力学分类体系(RMR 体系)的基础上，将边坡结构面产状及坡面产状的组合关系对边坡稳定性的影响量化后纳入评价体系，提出了边坡岩体分级体系(SMR 体系)。
此后，SMR 体系在大量工程实践中，结合各工程领域的特色，不断地得到修正和改进。
中国水利水电边坡登记小组(1997)针对水电边坡稳定性评价的实际情况，考虑了坡高和结构面条件对边坡稳定性的影响，并以修正系数的形式将其纳入SMR 体系中，得到了CSMR 体系[1](Chinese system for SMR)，其表达式如下：4321F F F F RMR CSMR +−=λξ (1)・940・ 岩石力学与工程学报 2005其中，H /4.3457.0+=ξ (2)式中：ξ为坡高修正系数，H 为边坡高度，其余符号意义参见文[1～3]。
对于倾倒破坏边坡，有ξ = 1。
文[1]在对40余个水电边坡统计分析后认为存在一个参考高度H r = 80 m 。
当边坡高度为80 m 时，不需要进行高度修正；低于这个高度时，ξ＞1，评分值相应增加；反之，ξ ＜1，评分值降低。
尽管CSMR 体系的改进思路代表了SMR 体系的合理发展方向，但根据以往的工程实践，由于公路边坡相对低矮，应用该系统对公路边坡进行分级，结果与边坡实际状况差异很大，评分值往往过高，适用性很差。
因此，本文在对实地采集的100余个边坡样本进行统计分析后，结合公路自身特点，将SMR-CSMR 体系改进，提出了适宜于公路边坡稳定性评价的HSMR 体系(highway slope mass rating)。
2 HSMR 体系2.1 坡高修正系数研究表明[4]，在岩层倾角、结构面抗剪强度不变的情况下，边坡稳定性随变形体高度的增大而减小。
根据文[1]，坡高修正系数还可以表述为H b a /+=ξ (3)这里，a 和b 受诸多因素的影响，理论上并非定值。
研究表明，不同破坏模式的边坡，ξ对1/H 的敏感程度是不同的。
与其他破坏模式的边坡比较，坡脚遭切割临空的滑移型破坏模式的边坡坡高修正系数ξ对1/H 的敏感程度更低。
据式(3)，若a 和b 恒定不变，ξ与1/H 为线性关系。
这样，在对大量边坡样本进行统计分析后，若能给出不同破坏模式下a 和b 的建议值，并证明a 和b 为定值的假定能够满足边坡岩体分级的要求，坡高修正系数的引入就具有合理性和可行性。
根据文[1]，SMR 与安全系数F 有如下关系：15.05.52100−−=F SMR (4)根据野外经验定性判断和部分边坡已有稳定性计算成果，依据表1中SMR 与稳定系数的对应关系，作出相应经验分级ER(experiential rating)体系，其评价标准如下：表1 SMR 与稳定系数对照表Table 1 Correlation between SMR and stability factor级别 SMR 稳定系数 稳定性 V≤20＜0.8很坏 IV 21～40 0.8～1.0 坏 III 41～60 1.0～1.5 一般 II 61～80 1.5～2.8 好 I＞80＞2.8很好好—85，基本没有变形破坏现象； 较好—70，局部碎落、掉块； 中等—50，小规模崩塌、表层坍滑；较差—30，边坡浅层滑动、倾倒、楔形体破坏； 差—15，大规模变形破坏、整体失稳。
仿照CSMR 体系，设定4321F F F F RMR HSMR +−=ηλξ (5)式中：η为岩性组合修正系数，其值为0.8～1.2；λ为结构面条件系数。
HSMR 评分值以ER 作为依据，有RMRF F F F ER 4321−+=ηλξ (6)依据式(6)求解ξ，ξ - 1/H 关系散点图见图1，2。
(βj ＜βs ，且岩层与坡面交角小于60°)图1 ξ1 - 1/H 关系散点图Fig.1 Relationship of ξ1 - 1/H scatter points以线性方式对ξ和1/H 进行回归分析，所得坡高修正系数见表2。
2.2 结构面条件系数CSMR 体系中建议以结构面条件系数λ来体现控制性结构面条件差异对边坡稳定性的影响[1]，并第24卷 第6期 石豫川等. 山区高等级公路边坡岩体分级研究 • 941•(βj ≥βs ，或岩层与坡面交角不小于60°)图2 ξ2 - 1/H 关系散点图Fig.2 Relationship of ξ2 - 1/H scatter points表2 坡高修正系数ξ Table 2 Slope height factor ξ条件 βj ＜βs 且 |αj －αs |<60°或|αj －αs |>300° βj ≥βs 或 60°≤|αj －αs |≤300°坡高修正系数ξ ξ1 = 0.91 + 2.7/Hξ2 = 1.10 + 7.3/H注：αs 为边坡倾向，αj 为控制性结构面倾向，βs 为边坡倾角，βj 为控制性结构面倾角。
分别对不同结构面条件进行赋值，见表3。
表3 结构面条件系数λTable 3 Discontinuity condition factor λ结构面条件断层、夹泥层层面、贯通裂隙节理λ 1.0 0.8～0.9 0.7从表3中可以看出，层面、贯通裂隙结构面条件系数λ为0.8～0.9，具有随机性，为了减小分级中的操作误差，考虑到一般情况下层面对边坡稳定性的控制作用较贯通裂隙要显著，将系数λ进行调整，调整后的结构面条件系数λ见表4。
表4 调整后的结构面条件系数λTable 4 Adjusted factor λ of discontinuity condition结构面条件层面贯通裂隙节理λ 0.9 0.8 0.72.3 岩性组合系数地质体这个巨大的系统决定了工程地质研究对象的复杂性。
对边坡而言，其岩性往往不是单一的，常由2种甚至更多的岩组所构成，岩组之间以分段、互层或某一岩组占主导地位的形式出现。
合理地考虑不同岩性岩组之间的组合关系，才能使边坡稳定性评价更接近于边坡的实际，分级更为准确。
在野外调查中发现，结构类型相似的边坡，其稳定性视岩性组合的具体情况差异很大。
不同岩性组合形式对边坡稳定性的影响有以下几条规律：(1) 软硬岩交替边坡软硬岩水平交替：不同岩组物理力学性质的不同导致边坡局部稳定性差异。
如某公路边坡，上行线方向一侧岩性为粉砂岩与泥岩互层，另一侧为灰岩，岩质相对坚硬，以至于边坡两侧稳定性差异很大。
砂泥岩段施工期间曾发生滑塌破坏，而灰岩段稳定性很高，边坡开挖后仍具有很好的自稳能力。
软硬岩垂向交替：若软岩下伏于硬质岩体，形成“软弱基座”，软岩在上覆岩层的压力作用下，产生塑性流动并向临空方向挤出，导致上覆较坚硬的岩层拉裂、解体和不均匀沉陷，即使岩层平缓，边坡仍容易发生变形破坏，平推式滑坡就是这种破坏方式的典型实例；相反，若软岩超覆于硬岩之上，边坡的整体稳定性较好。