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红砂岩地区,在工程切方施工中边坡失稳现象屡有发生,其中大型滑坡也存在不少,现结合正在建设中的沪蓉西高速公路的施工现场,对可能存在或已失稳的切方边坡进行现场调查分析,从定性到定量进行稳定性判断,主要研究内容是:影响红砂岩边坡稳定性的因素,分析红砂岩边坡的破坏模式,有针对性地提出行之有效的治理和防治措施。
研究区红砂岩地层为巴东组碎屑岩地层,岩性软硬相间、裂隙发育、风化严重,且岩层中泥质含量高,受水影响后易软化、崩解、泥化,其中的粘土矿物还存在一定的胀缩性,加之开挖裸露后的强烈风化造成岩体自身强度的下降,以及地表水入渗造成滑面抗剪强度的急剧衰减等诸多因素,使红砂岩边坡失稳。在工程设计阶段和施工初期,对可能存在失稳的切方边坡进行调查和分析,找出其主要影响因素,并进行预先加固或在施工中采用适当的措施,能取得较好的经济和社会效益。
红砂岩边坡的变形破坏模式主要有四种形式:顺层滑动、切层滑动、倾倒破坏、松散体滑动,其中在软硬相间的红砂层地层中,如岩层倾向与坡面倾向一致或小角度相交极易出现顺层滑动。尤其是在地表降水的作用下,极平缓的红砂岩地层中也会出现滑坡,这主要是岩层沿层间节理裂隙面及软弱夹层产生滑动所致。切层滑动主要是红砂岩中节理发育且节理裂隙面的组合有利滑动所至,当然,开挖临空、地表水的入渗浸润等因素也是诱发及促进的重要因素。倾倒破坏:虽然是倾向与坡向相反,但岩层倾角一般都大于60度,由于岩层开挖裸露后风化造成岩层强度下降,以及降雨软化、泥化的作用所至。松散体滑动主要是山体低洼处的红砂岩强风化层、残积层在施工开挖后沿较完整岩层表层产生的下滑。
影响红砂岩边坡稳定的定性分析,是这次调查研究的重点。通过对现场的调查和分析,影响红砂岩失稳的因素如下:1、地形地貌:地形上存在利于地表水入渗的平缓地形地貌,雨水易于下渗,造成岩体的软化,其原生强度难以保持;2、红砂岩地层自身岩性特征:软硬相间,风化严重,裂隙发育,整体岩性松软,同时岩层中泥质含量高、遇水软化明显,还造成结构面及软弱夹层的抗剪强度明显下降,极易导致边坡的蠕变和累积变形,最终造成边坡失稳;3、岩体自身完整性不高,其中各类结构面发育,加上干湿、温差等因素对红砂岩影响强烈、整体岩石自稳性差,许多自然边坡呈极限平衡状态,如施工稍加扰动及坡角开挖,失稳在所难免;4、结构面及软弱夹层的强度受泥质及水的影响非常明显,其抗滑指标下降显著:5、水文地质条件是诸多因素中最不能忽视的一个方面,许多边坡都是在人量降水后产生急剧变形而失稳。地表水的入渗造成坡体自重增加、岩层软化、静水压力增大,有效应力下降,造成滑动面抗滑指标急剧下降,是红砂岩边坡失稳的一个重要因素。
当然,施工阻碍地下水排泄,造成地下水位上抬、浸泡岩层及浸润滑面造成边坡失稳,也有这方面的例子;6、其它,如设计方对红砂岩认识不足,削坡的坡率不够平缓,以及施工松动,不及时支护等也是一些应重视的外在因素。采用剩余下滑力的计算方法,对朝阳坡红砂岩大型顺层滑坡进行了定量分析,其中对层岩抗滑参数进行了反演推导,其内聚力C值仅为11Kpa,内摩擦角在7~9度,可见红砂岩自身的岩性、结构以及地表地下水是造成该类岩层中边坡失稳的重要因素。
针对上述对红砂岩边坡稳定性的分析和研究,我们提出了相应的工程措施和治理方案:
1、整坡压实、夯实地表、封堵裂隙、以防降雨入渗;
2、削坡减载、坡率适当放缓;
3、施工中分段、分级开挖,及时逐级、逐段支挡;
4、综合治水、重视地表水、地下水的诱发因素。
对影响红砂岩边坡的主要因素,己进行了较详细的调查及分析,针对红砂岩边坡,应加强现场调查,因为这些因素的影响在不同的地段、不同的岩层产状、不同的地表汇水条件下影响程度会有所不同,同时,对红砂岩边坡在设计、施工过程中应加以重视。这样,我们就能采用行之有效的方案,防患于未然。