邊坡穩(wěn)定

(―)影響邊坡穩(wěn)定的因素

影響邊坡穩(wěn)定性的因素有內(nèi)在因素與外在因素兩個(gè)方面。內(nèi)在因素有組成邊坡巖土體的性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、巖體結(jié)構(gòu)、地應(yīng)力等，它們常常起著主要的控制作用;外在因素有地表水和地下水的作用、地震、風(fēng)化作用、人工挖掘、爆破以及工程荷載等。下面從地貌條件、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造與巖體結(jié)構(gòu)、地下水四個(gè)因素來介紹具體的影響作用。

1.地貌條件

深切峽谷地區(qū)，陡峭的岸坡是容易發(fā)生邊坡變形和破壞的地形條件。'例如，我國(guó)西南山區(qū)，沿金沙江、岷江、雅礱江及其支流等河谷地區(qū)，邊坡松動(dòng)破裂、蠕動(dòng)、崩塌、滑坡等現(xiàn)象十分普遍。一般來說，坡度越陡，坡高越大，對(duì)穩(wěn)定越不利。例如，崩塌現(xiàn)象均發(fā)生在坡度大于60°的斜坡上。

2.地層巖性

地層巖性對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響很大，軟硬相間，并有軟化、泥化或易風(fēng)化的夾層時(shí)，最易造成邊坡失穩(wěn)。底層巖性的不同，所形成的邊坡變形破壞類型及能保持穩(wěn)定的坡度也不同。

(1)對(duì)于深成侵人巖、厚層堅(jiān)硬的沉積巖以及片麻巖、石英巖等構(gòu)成的邊坡，一般穩(wěn)定程度是較高的。只有在節(jié)理發(fā)育、有軟弱結(jié)構(gòu)面穿插且邊坡高陡時(shí)，才易發(fā)生崩塌或滑坡現(xiàn)象。

(2)對(duì)于噴出巖邊坡，如玄武巖、凝灰?guī)r、火山角礫巖、安山巖等，其原生的節(jié)理，

尤其是柱狀節(jié)理發(fā)育時(shí)，易形成直立邊坡并易發(fā)生崩塌。

(3)對(duì)于含有黏土質(zhì)頁(yè)巖、泥巖、煤層、泥灰?guī)r、石膏等夾層的沉積巖邊坡，最易發(fā)生順層滑動(dòng)，或因下部蠕滑而造成上部巖體的崩塌。

(4)對(duì)于千枚巖、板巖及片巖，巖性較軟弱且易風(fēng)化，在產(chǎn)狀陡立的地段，臨近斜坡表部容易出現(xiàn)蠕動(dòng)變形現(xiàn)象。當(dāng)受節(jié)理切割遭風(fēng)化后，常出現(xiàn)順層(或片理)滑坡。

(5)對(duì)于黃土，當(dāng)具有垂直節(jié)理、疏松透水，浸水后易崩解濕陷。當(dāng)受水浸泡或作為水庫(kù)岸邊時(shí)，極易發(fā)生崩塌或塌滑現(xiàn)象。

(6)對(duì)于崩塌堆積、坡積及殘積層地區(qū)，其下伏基巖面常常是一個(gè)傾向河谷的斜坡面。當(dāng)有地下水在此受阻，并有黏土質(zhì)成分沿其分布時(shí)，極易形成滑動(dòng)面，從而使上部松散堆積物形成滑坡。

3. 地質(zhì)構(gòu)造與巖體結(jié)構(gòu)

地質(zhì)構(gòu)造因素包括褶皺、斷裂、區(qū)域新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及地應(yīng)力等，這些對(duì)巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定也是主要因素。褶皺、斷裂發(fā)育地區(qū)，常是巖層傾角大，甚至陡立，斷層、節(jié)理縱橫切割，構(gòu)成巖體中的切割面和滑動(dòng)面，形成有利于崩塌、，滑動(dòng)的條件，并直接控制著邊坡破壞的形成和規(guī)模。例如，寶雞到略陽(yáng)的鐵路線基本是沿一個(gè)大斷裂帶修筑的，結(jié)果邊坡破壞事故屢屢發(fā)生，接連不斷。

4. 地下水

地下水是影響邊坡穩(wěn)定最重要、最活躍的外在因素，，絕大多數(shù)滑坡都與地下水的活動(dòng)有關(guān)。許多滑坡、崩塌均發(fā)生在降雨之后，原因在于降水滲人巖土體后，產(chǎn)生不良影響所致。地下水的作用是很復(fù)雜的，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1) 地下水會(huì)使巖石軟化或溶蝕，導(dǎo)致上覆巖體塌陷，進(jìn)而發(fā)生崩塌或清坡。

(2) 地下水產(chǎn)生靜水壓力或動(dòng)水壓力，促使巖體下滑或崩倒。

(3) 地下水增加了巖體重量，可使下滑力增大。

(4) 在寒冷地區(qū)，滲入裂隙中的水結(jié)冰，產(chǎn)生膨脹壓力，促使巖體破壞傾倒。

(5) 此外，地下水產(chǎn)生浮托力，使巖體有效重量減輕，穩(wěn)定性下降。

(二)不穩(wěn)定邊坡的防治措施

為了確保工程的安全，針對(duì)不穩(wěn)定的邊坡，必須采取一些有效的防治措施。目前國(guó)內(nèi)外常用的方法有：防止地表水向巖體中滲透與排除不穩(wěn)定巖體中的地下水，削緩斜坡、上部減重，修建支擋建筑，錨固等。

1. 防滲和排水

防滲和排水，是整治滑坡的一種重要手段，只要布置得當(dāng)、合理，一般均能取得較好效果。為了防止大氣降水向巖體中滲透，一般是在滑坡體外圍布置截水溝槽，以截?cái)嗔髦粱麦w上的水流。大的滑坡體尚應(yīng)在其上布置一些排水溝，同時(shí)要整平坡面，防止有積水的坑洼，以利于降水迅速排走。針對(duì)已滲入滑坡體的水，通常是采用地下排水廊道，利用它可截住滲透的水流或?qū)⒒麦w中的積水排出滑坡體以外。另外也有采用鉆孔排水的方法，即利用若干個(gè)垂直鉆孔，打穿滑坡體下部的不透水層，將滑坡體中的水流到其下伏的另一個(gè)透水性較強(qiáng)的巖層中去。

2.削坡

削坡，是將陡傾的邊坡上部的巖體挖除，一部分使邊坡變緩，同時(shí)也可使滑體重量減輕，以達(dá)到穩(wěn)定的目的。削減下來的土石，可填在坡腳，起反壓作用，更有利于穩(wěn)定。采用這種方法時(shí)，要注意滑動(dòng)面的位置，否則不僅效果不顯著，甚至更會(huì)促使巖體不穩(wěn)。

3.支擋建筑

支擋建筑，主要是在不穩(wěn)定巖體的下部修建擋墻或支撐墻(或墩)，也是一種應(yīng)用廣泛而有效的方法。材料用混凝土、鋼筋混凝土或砌石。支擋建筑物的基礎(chǔ)要砌置在滑動(dòng)面以下。若在擋墻后增加排水措施，效果更好。 .

4.錨固

錨固措施，有錨桿(或錨索)和混凝土錨固樁兩種類型的措施，其原理都是提高巖體抗滑(或抗傾倒)能力。預(yù)應(yīng)力錨索或錨桿錨固不穩(wěn)定巖體的方法,適用于加固巖體邊坡和不穩(wěn)定巖塊。其作用是先在不穩(wěn)定巖體上布置若干鉆孔，鉆至滑動(dòng)面以下的堅(jiān)固穩(wěn)定的巖層中，然后在孔中放入錨索或錨桿，將下端固定，上端拉緊。上端一般用混凝土墩、混凝土梁或配合以擋墻將其固定。錨固粧(或稱抗滑樁)適用于淺層或中厚層的滑坡體。它是在滑坡體的中、下部開挖豎井或大口徑鉆孔，然后澆灌鋼筋混凝土而成。一般垂直于滑動(dòng)方向布置一排或兩排，樁徑通常1?3m,深度一般要求滑動(dòng)面以下樁長(zhǎng)占全樁長(zhǎng)的1/4?1/3。

除上述幾項(xiàng)較多采用的防治措施外，還可采用混凝土護(hù)面、灌漿及改善滑動(dòng)帶土石的力學(xué)性質(zhì)等措施。一般而言，在進(jìn)行邊坡防治處理時(shí)，如果幾種措施同時(shí)采用效果更為顯著。

(三)地下工程圍巖的穩(wěn)定性

地下工程是指建筑在地面以下及山體內(nèi)部的各類建(構(gòu))筑物。如隧道、豎井、地鐵，以及地下廠房、儲(chǔ)庫(kù)、車庫(kù)，車站、商場(chǎng)和軍事設(shè)施等。因地下工程埋于巖體中，首先要考慮的就是地下工程圍巖的穩(wěn)定性問題，如圍巖塌方、地下水滲漏等。

1.地下工程位置選擇的影響因素

地下工程位置的選擇，除取決于工程目的要求外，還需要考慮區(qū)域穩(wěn)定、山體穩(wěn)定及地形、巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地下水及地應(yīng)力等因素的影響。

(1)地形條件。在地形上要求山體完整，地下工程周圍包括洞頂及傍山側(cè)應(yīng)有足夠的山體厚度。如選擇隧洞位置時(shí)，隧洞進(jìn)出口地段的邊坡應(yīng)下陡上緩，無滑坡、崩塌等現(xiàn)象.存在。洞口巖石應(yīng)直接出露或坡積層薄，巖層最好傾向山里以保證洞口坡的安全。在地形陡的高邊坡開挖洞口時(shí)，應(yīng)不削坡或少削坡即進(jìn)洞，必要時(shí)可做人工洞口先行進(jìn)洞，以保證邊坡的穩(wěn)定性。隧洞進(jìn)出口不應(yīng)選在排水困難的低洼處，也不應(yīng)選在沖溝、傍河山嘴及谷口等易受水流沖刷的地段。

(2)巖性條件。堅(jiān)硬完整的巖體，圍巖一般是穩(wěn)定的，能適應(yīng)各種斷面形狀的地下工程。而軟弱巖體，如黏土巖類、破碎及風(fēng)化巖體、吸水易膨脹的巖體等，通常力學(xué)強(qiáng)度低，遇水易軟化、崩解及膨脹等，不利于圍巖的穩(wěn)定。因此，地下工程位置應(yīng)盡量選在堅(jiān)硬完整巖石中。一般在堅(jiān)硬完整巖層中開挖，圍巖穩(wěn)定、進(jìn)度快、造價(jià)低。在軟弱、破碎、松散巖層中開挖，頂板易坍塌，邊墻及底板易產(chǎn)生鼓脹擠出變形等事故，且需邊開挖邊支護(hù)或超前支護(hù)，進(jìn)而影響工程造價(jià)和工期。一般而言，巖漿巖、厚層堅(jiān)硬的沉積巖及變質(zhì)巖，圍巖的穩(wěn)定性好，適于修建大型的地下工程。凝灰?guī)r、黏土巖、頁(yè)巖、膠結(jié)不好的沙礫巖、千枚巖及某些片巖，穩(wěn)定性差，不宜建大型地下工程。松散及破碎的巖石穩(wěn)定性極差，選址時(shí)應(yīng)盡量避開。

(3)地質(zhì)構(gòu)造條件。地質(zhì)構(gòu)造是控制巖體完整性及滲透性的重要因素。選址時(shí)應(yīng)盡量避開地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的地段，否則會(huì)給施工帶來困難。如意大利的辛普郎隧道，長(zhǎng)20多公里，由于地層嚴(yán)重褶皺、倒裝并伴有大型的逆斷層，巖石破碎，施工中多次產(chǎn)生塌方，經(jīng)多次停工處理才打通。下面從具體的地質(zhì)構(gòu)造對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響進(jìn)行分析：

1)褶皺的影響。褶皺劇烈地區(qū)，一般斷裂也很發(fā)育，特別是褶皺核部巖層完整性最差。在背斜核部，巖層呈上拱形，雖巖層破碎，然猶如石砌的拱形結(jié)構(gòu)，能將上覆巖層的荷重傳遞至兩側(cè)巖體中去，所以有利于洞頂?shù)姆€(wěn)定。向斜核部巖層呈倒拱形，頂部被張裂隙切割的巖塊上窄下寬，易于塌落。另外，向斜核部往往是承壓水儲(chǔ)存的場(chǎng)所，地下工程開挖時(shí)地下水會(huì)突然涌入洞室。因此，在向斜核部不宜修建地下工程。從理論而言，背斜核部較向斜優(yōu)越，但實(shí)際上由于背斜核部外緣受拉伸處于張力帶，內(nèi)緣受擠壓，加上風(fēng)化作用，巖層往往很破碎。因此，在布置地下工程時(shí)，原則上應(yīng)避開褶皺核部。若必須在褶皺巖層地段修建地下工程，可以將地下工程放在褶皺的兩側(cè)。

2)斷裂的影響。斷層破碎帶及斷層交匯區(qū)，穩(wěn)定性極差。地下工程開挖如遇較大規(guī)模的斷層，基本上都會(huì)產(chǎn)生塌方甚至冒頂(洞頂大規(guī)模突然坍塌破壞)。一般而言，應(yīng)避免地下工程軸線沿?cái)鄬訋Р贾谩６叵鹿こ梯S線垂直或近于垂直斷裂帶，所需穿越的不穩(wěn)定地段較短，但也可能產(chǎn)生塌方。因此，在選址時(shí)應(yīng)盡量避開大斷層。

3)巖層產(chǎn)狀的影響。對(duì)于地下工程軸線與巖層走向垂直的情況，圍巖的穩(wěn)定性較好，特別是對(duì)邊墻穩(wěn)定有利。當(dāng)巖層較陡時(shí)，穩(wěn)定性最好。當(dāng)巖層傾角較平緩且節(jié)理發(fā)育時(shí)，在洞頂易發(fā)生局部巖塊塌落現(xiàn)象，地下工程頂部常出現(xiàn)階梯形超挖;對(duì)于地下工程走向與巖層走向平行的情況，若巖層薄，彼此之間聯(lián)結(jié)性差，在開挖地下工程(特別是大跨度的洞室)時(shí)常常發(fā)生頂板的坍塌。因此，在水平巖層中布置地下工程時(shí)，應(yīng)盡量使地下工程位于均質(zhì)厚層的堅(jiān)硬巖層中。若地下工程必須切穿軟硬不同的巖層組合時(shí)，應(yīng)將堅(jiān)硬巖層作為頂板，避免將軟弱巖層或軟弱夾層置于頂部，后者易于造成頂板懸垂或坍塌。軟弱巖層位于地下工程兩側(cè)或底部也不利，它容易引起邊墻或底板鼓脹變形或被擠出。在傾斜巖層中，一般也是不利的。當(dāng)洞身穿過軟硬相間或破碎的傾斜巖層時(shí)，順傾向一側(cè)的圍巖易于變形或滑動(dòng)，造成很大的偏壓，逆傾向一側(cè)圍巖側(cè)壓力小，有利于穩(wěn)定。因此，在傾斜巖層中最好將地下工程選在均一完整堅(jiān)硬的巖石中。

(4) 地下水。地下工程施工中的塌方或冒頂事故，常常和地下水的活動(dòng)有關(guān)。因此，在選址時(shí)最好選在地下水位以上的干燥巖體內(nèi)，或地下水量不大、無髙壓含水層的巖體內(nèi)。

(5) 地應(yīng)力。在地下工程的設(shè)計(jì)和施工過程中，必須了解工程所在部位初始應(yīng)力場(chǎng)的分布和變化規(guī)律，獲得地下工程開挖后圍巖應(yīng)力重分布的特征，以便選用相應(yīng)的措施來維護(hù)圍巖的穩(wěn)定。初始應(yīng)力狀態(tài)是決定圍巖應(yīng)力重分布的主要因素。

2.圍巖的工程地質(zhì)分析

(1)圍巖穩(wěn)定性分析。圍巖穩(wěn)定，是指在一定時(shí)間內(nèi)，在一定的地質(zhì)力和工程力作用下，巖體不產(chǎn)生破壞和失穩(wěn)。圍巖在壓應(yīng)力、拉應(yīng)力作用下能否破壞，一般可采用如下判據(jù)：一是圍巖的抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度是否適應(yīng)圍巖應(yīng)力;二是圍巖的抗剪強(qiáng)度是否適應(yīng)圍巖的剪應(yīng)力。

由于巖體在強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)方面的差異，隧道、豎井和地下車站、倉(cāng)庫(kù)、廠房等地下工程的圍巖，變形與破壞的形式多種多樣，主要有五種：

1)脆性破裂，經(jīng)常產(chǎn)生于高地應(yīng)力地區(qū)，其形成的機(jī)理是復(fù)雜的，它是儲(chǔ)存有很大彈性應(yīng)變能的巖體，在開挖卸荷后，能量突然釋放形成的，它與巖石性質(zhì)、地應(yīng)力積聚水平及地下工程斷面形狀等因素有關(guān)。

2)塊體滑移，是塊狀結(jié)構(gòu)圍巖常見的破壞形式，常以結(jié)構(gòu)面交匯切割組合成不同形狀的塊體滑移、塌落等形式出現(xiàn)。

3)巖層的彎曲折斷，是層狀圍巖變形失穩(wěn)的主要形式，當(dāng)巖層很薄或軟硬相間時(shí)，頂板容易下沉彎曲折斷。在傾斜層狀圍巖中，當(dāng)層間結(jié)合不良時(shí)，順傾向一側(cè)拱腳以上部分巖層易彎曲折斷，逆傾向一側(cè)邊墻或頂拱易滑落掉塊。在陡傾或直立巖層中，因洞周的切向應(yīng)力與邊墻巖層近于平行，所以邊墻容易凸邦彎曲。

4)碎裂結(jié)構(gòu)巖體在張力和振動(dòng)力作用下容易松動(dòng)、解脫，在洞頂則產(chǎn)生崩落，在邊墻上則表現(xiàn)為滑塌或碎塊的坍塌。當(dāng)結(jié)構(gòu)面間夾泥時(shí)，往往會(huì)產(chǎn)生大規(guī)模的塌方，如不及時(shí)支護(hù)，將愈演愈烈，直至冒頂。

5)—般強(qiáng)烈風(fēng)化、強(qiáng)烈構(gòu)造破碎或新近堆積的土體，在重力、圍巖應(yīng)力和地下水作用下常產(chǎn)生冒落及塑性變形。常見的塑性變形和破壞形式有邊墻擠入、底鼓及洞徑收縮等。

(2)圍巖的分類。主要是鑒于圍巖的穩(wěn)定性對(duì)圍巖進(jìn)行分類，不同建設(shè)行業(yè)對(duì)圍巖的分類尚不盡相同。例如，水利建設(shè)行業(yè)將圍巖分為五類，交通建設(shè)行業(yè)將圍巖分為六類。

3.提高圍巖穩(wěn)定性的措施

為了保證地下工程施工的安全和正常運(yùn)行，應(yīng)該針對(duì)巖體的不同條件，采取相應(yīng)的施工方法和一定的工程技術(shù)措施，提高圍巖的穩(wěn)定性。目前，用以提高圍巖穩(wěn)定性的工程措施主要有傳統(tǒng)的支撐或襯砌和噴錨支護(hù)兩大類。

(1)支撐與襯砌。支撐是在地下工程開挖過程中用以穩(wěn)定圍巖用的臨時(shí)性措施。按照選用材料的不同，有木支撐、鋼支撐及混凝土支撐等。在不太穩(wěn)定的巖體中開挖，需及時(shí)支撐以防止圍巖早期松動(dòng)。襯砌是加固圍巖的永久性結(jié)構(gòu)，其作用主要是承受圍巖壓力及內(nèi)水壓力，有混凝土及鋼筋混凝土襯砌，也可以用漿砌條石襯砌。

(2)噴錨支護(hù)。噴錨支護(hù)是在地下工程開挖后，及時(shí)地向圍巖表面噴一薄層混凝土(一般厚度為5?20cm)，有時(shí)再增加一些錨桿，從而部分地阻止圍巖向洞內(nèi)變形，以達(dá)到支護(hù)的目的。

噴錨支護(hù)能使混凝土噴層與圍巖緊密結(jié)合，并且噴層本身具有一定的柔性和變形特性，因而能及時(shí)有效地控制和調(diào)整圍巖應(yīng)力的重分布，最大限度地保護(hù)巖體的結(jié)構(gòu)和力學(xué)性質(zhì)，防止圍巖的松動(dòng)和坍塌。如果噴混凝土再配合錨桿加固圍巖，則會(huì)更有效地提高圍巖自身的承載力和穩(wěn)定性。

噴混凝土具備以下幾方面的作用：首先，它能緊跟工作面，速度快，因而縮短了開挖與支護(hù)的間隔時(shí)間，及時(shí)地填補(bǔ)了圍巖表面的裂縫和缺損，阻止裂隙切割的碎塊脫落松動(dòng)，使圍巖的應(yīng)力狀態(tài)得到改善。其次，由于有較高的噴射速度和壓力，漿液能充填張開的裂隙，起著加固巖體的作用，提高了巖體的強(qiáng)度和整體性。此外，噴層與圍巖緊密結(jié)合，有較高的黏結(jié)力和抗剪強(qiáng)度，能在結(jié)合面上傳遞各種應(yīng)力，可以起到承載拱的作用。

錨桿有楔縫式金屬錨桿、鋼絲繩砂漿錨桿、普通砂漿金屬錨桿、預(yù)應(yīng)力錨桿及木錨桿等。目前在大中型工程中，常用的是楔縫式金屬錨桿和砂漿金屬錨桿兩種。為了防止錨桿之間的碎塊塌落，可采用噴層和鋼絲網(wǎng)來配合。

(3) 各類圍巖的具體處理方法。對(duì)于堅(jiān)硬的整體圍巖，巖塊強(qiáng)度高，整體性好，在地下工程開挖后自身穩(wěn)定性好，基本上不存在支護(hù)問題。這種情況下噴混凝土的作用主要是防止圍巖表面風(fēng)化，消除開挖后表面的凹凸不平及防止個(gè)別巖塊掉落，其噴層厚度一般為3?5cm。當(dāng)?shù)叵鹿こ虈鷰r中出現(xiàn)拉應(yīng)力區(qū)時(shí)，應(yīng)采用錨桿穩(wěn)定圍巖。

對(duì)于塊狀圍巖，這類圍巖的坍塌總是從個(gè)別石塊——“危石”掉落開始，再逐漸發(fā)展擴(kuò)大，只要及時(shí)有效地防止個(gè)別“危石”掉落，就能保證圍巖整體的穩(wěn)定性。一般而言，對(duì)于此類圍巖，噴混凝土支護(hù)即可，但對(duì)于邊墻部分巖塊可能沿某一結(jié)構(gòu)面出現(xiàn)滑動(dòng)時(shí)，應(yīng)該用錨桿加固。

對(duì)于層狀圍巖，在開挖地下工程時(shí)，往往不易打成拱形(或圓形)，爆破后頂面經(jīng)常成平板狀，如不加支護(hù)，圍巖常常先發(fā)生彎曲張開，然后逐漸坍塌。因此，對(duì)于此類圍巖，應(yīng)以錨桿為主要的支護(hù)手段。通過錨桿將各層聯(lián)結(jié)在一起，提高巖層的抗彎剛度，有效阻止各層之間的層間錯(cuò)動(dòng)。

對(duì)于軟弱圍巖，相當(dāng)于圍巖分類中的Ⅳ類和V類圍巖，一般強(qiáng)度低、成巖不牢固的軟巖，破碎及強(qiáng)烈風(fēng)化的巖石。該類圍巖在地下工程開挖后一般都不能自穩(wěn)，所以必須立即噴射混凝土，有時(shí)還要加錨桿和鋼筋網(wǎng)才能穩(wěn)定圍巖。

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