含反倾结构面岩质边坡变形破坏成因分析

含反倾结构面岩质边坡变形破坏成因分析

李鸣荣 廖存刚 姜吉龙

云南省交通规划设计研究院股份有限公司  云南昆明  650041

摘要：岩质边坡稳定性主要由坡体内部结构控制，坡体结构面对其稳定性起决定性作用。本文依托某在建高速公路边坡工程，基于地质勘察资料，通过地质调查、建立地质模型，分析了该边坡失稳破坏特征及其影响因素，其稳定性主要受地层岩性、地质构造、坡面控制，在边坡开挖、降雨等影响下发生失稳破坏。其中坡体发育的反倾结构面对其稳定性起控制作用，失稳破坏模式为块体破坏-倾倒破坏。该研究对该边坡处治提供理论依据，并对类似边坡灾害防控具有一定的参考意义。

关键词：岩质边坡 反倾结构面 块体破坏 倾倒破坏

0 引言

岩质边坡的稳定性主要由岩体内部结构控制，其变形特点和坡体内结构面发育特征有很大关系，破坏模式可以分为崩塌、平面滑动、弧面滑动、楔形体破坏、倾倒破坏[1-3]。当坡体存在走向与边坡走向一致、倾向与边坡倾向相反的结构面时，称为反倾岩质边坡，其破坏形式主要为弯曲倾倒、块状倾倒、块状-弯曲复合倾倒[4-5]。本文依托某在建高速路堑边坡，基于地质勘察资料，通过地质调查，分析了边坡的工程地质条件、变形破坏特征、稳定性影响因素，然后建立边坡地质模型，分析了边坡失稳破坏模式，为边坡处治提供理论依据。

1 工程概况

1.1 工程简介

工程区位于曲靖市师宗县，为某公路建设人工开挖边坡，设计为2级坡，边坡开挖第一级坡后发生坍塌，塌方量约1.3万方。坍塌体主要为强风化灰黄色薄层泥质粉砂岩，呈碎块状，后缘发育1条长40m、宽度约80cm、可见深度约2m的贯通裂缝，以及多条张拉裂缝，长5-15m，裂缝宽度约2-10cm，且裂缝逐渐增大，后缘以外5m范围内坡体仍有滑下的可能，已严重影响施工安全和工程进度。

图1 边坡变形破坏特征：（a）边坡全貌 （b）边坡坍塌体 （c）后缘裂缝

1.2 工程地质条件

工程区自然斜坡高度10~30°，海拔高程1885~1957m，相对高差约72m，属构造剥蚀低中山地貌，植被较发育，多为林地。主要地层为第四系残坡积层（Q4el+dl）黄褐色粉质黏土、三叠系中统个旧组（T2ga）灰色灰岩、三叠系下统永宁镇组（T1yb）灰黄色泥质粉砂岩，主要发育结构面产状C：154°∠24°、J1：79°∠75°、J2：345°∠54°，其中结构面J1为反倾陡立结构面。研究区地处云南“山”字型构造体系前弧东翼及南岭构造带的西延地带，地质构造较为复杂，西侧约480m发育一逆断层。根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2015），调查区反应谱特征周期为0.45s，地震动峰值加速度值为0.10g，地震基本烈度为VII度。研究区内地表水主要为季节性冲沟水，地下水类型为第四系松散孔隙水和基岩裂隙水。

2 边坡变形破坏影响因素

2.1 地形条件

边坡区地貌类型主要为构造剥蚀低中山地貌，原始斜坡整体坡度10~30°，坡度较缓。场地边坡开挖形成高陡临空面，边坡前缘变陡，为边坡变形破坏提供了有利条件。

2.2 岩土体性质

该边坡上覆地层为第四系残坡积层粉质黏土，黄褐色，硬塑状，含碎石，碎石成分主要为砂岩，厚度0.5~1.0m。下伏基岩为三叠系下统永宁镇组强风化泥质粉砂岩，粉砂质结构，薄至中厚层状，层面多泥质胶结，结构面遇水易软化，强度降低。

2.3 地质构造

研究区西侧约480m发育一逆断层，延伸长度大于31km，呈北东～南西走向，倾向270°～330°，倾角30°～40°，垂直断距大于200m，断层破碎带宽度约20-40m，受断层影响，调查区构造节理发育，岩体破碎。根据现场调查，该边坡地层产状为C：154°∠24°，主要发育两组结构面J1：产状79°∠75°，密度2~5条/米，结构面光滑平直，J2：产状345°∠54°，密度1~2条/米，结构面光滑平直。受岩层面、两组结构面相互切割，边坡岩体为块状、碎裂结构，岩体完整性和力学强度较低。根据赤平投影图解模板分析[6]，结构面J1与岩层面组成的结构体为不稳定结构体，边坡易沿162°方向发生楔形块体滑动，坡体局部失稳破坏。

图2 边坡赤平投影图

2.4 降雨

降雨对边坡稳定性的影响主要为降雨入渗增加岩土体容重、降低岩土体力学性质。本地区雨量充沛，且该段汇水面积较大，降雨条件下大量地表水、地下水沿坡体上松散岩土层的孔隙、裂隙浸润，使岩土体空隙、裂隙内处于饱和状态，岩土体容重增大，增加坡体自重，增大下滑分力，同时也对结构面、岩块产生软化，岩土体抗剪强度降低，对坡体稳定性不利。

2.5 人类工程活动

由于道路修建开挖边坡，使斜坡形成临空面，打破了原有的应力平衡状态，边坡产生卸荷回弹、应力重分布，坡脚应力集中，降低了边坡的稳定性。

3 边坡变形破坏模式分析

根据地质调查、建立边坡地质模型、理论分析，该边坡破坏主要由岩性、结构面、坡面控制，其中反倾结构面为主要控制因素，其破坏形式为“块体破坏-倾倒破坏”，如图3所示，具体分析如下：

（1）块体滑动破坏

该边坡岩层为强风化薄~中厚层泥质粉砂岩，受地质构造影响，主要发育两组结构面J1和J2，结构面J1、J2与岩层层面相互切割，岩体呈菱块状和碎石状，岩体完整性降低，边坡开挖形成新的岩土体暴露面，在大气、阳光、降雨等交替作用下，岩土体完整性、强度进一步降低，另外根据赤平投影分析，结构面J1与岩层面组成的结构体为不稳定结构体，边坡局部发生楔形块体破坏。综上，边坡受岩层结构面控制，边坡开挖形成临空面，坡体表层破碎岩体发生块体滑动破坏，牵引后缘沿结构面J1发育拉张裂缝，边坡破坏区域分为块体滑动区、裂缝区，如图3-b所示。

（2）倾倒破坏

边坡发育陡倾结构面J1，其倾向与坡向相反，边坡开挖表层岩体发生块体滑动破坏，后缘沿结构面J1发育拉张裂缝。由于坡体前缘逐步发生块体滑动破坏，发生应力松弛，在上覆岩体的压力作用下，岩体沿结构面J1发生倾倒破坏，下部岩体失稳破坏，进而诱发上部岩体倾倒破坏。边坡破坏区域分为块体滑动区、倾倒破坏区、裂缝区，如图3-c所示。

图3 边坡破坏模式：（a）边坡地质模型 （b）块体滑动 （c）倾倒破坏

4 结论

本文以某在建高速公路含反倾结构面岩质边坡为例，通过地质调查、理论分析等方法分析了该边坡失稳破坏的影响因素及破坏模式，主要得出以下结论：

（1）该边坡的稳定性主要受地层岩性、地质构造、坡面控制，在边坡开挖、降雨等影响下发生失稳破坏。

（2）该边坡岩体发育一组陡立反倾结构面J1，对坡体稳定性具有控制性作用。边坡失稳破坏模式为块体滑动-倾倒破坏，坡体各结构面相互切割，岩体完整性及力学性质降低，岩体呈块状，边坡开挖发生块体滑动，进而牵引后缘岩体沿反倾结构面发生倾倒破坏。

参考文献：

[1]韩贝传,王思敬.边坡倾倒变形的形成机制与影响因素分析[J].工程地质学报,1999,(03):213-217.

[2]何晶.公路岩质边坡常见破坏模式及防治措施[J].四川建材,2020,46(11):181-182.

[3]易庆波.基于不同结构面组合的岩质高边坡稳定性分析[J].贵州科学,2024,42(01):72-78.

[4] GOODMAN R E. BRAY J W. Toppling of rock slopes [C]// Proceeding of the Specialty Conference on Rock Engineering for Foundations and Slopes. Colorado:[s.n]. 1976: 201-234.

[5]张海娜,胡瑞奇,常锦,等.反倾岩质边坡块状–弯曲复合倾倒破坏分析方法研究[J].岩石力学与工程学报,2023,42(06):1482-1496.

[6]陈奇珠,董翌为.赤平投影法分析岩质边坡稳定性的图解模板[J].西北水电,2013,(04):13-16+49.