G312公路K2326+600～K2327+150段邊坡病害機(jī)理研究

 1 項目概況
病害路段位于古浪縣境內(nèi)，G312公路K2326+600～ K2327+150處的路塹高邊坡地段，病害特征主要是道路上行一側(cè)（蘭州方向）高邊坡巖體危石崩落、巖體滑塌、巖屑溜落、小規(guī)模泥石流等，嚴(yán)重危及行車及駕駛?cè)藛T的安全。
1.1 邊坡地層巖性 根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查研究和室內(nèi)試驗研究，白堊系地層的工程地質(zhì)特征如下：
1.1.1 砂巖[1]：顏色以灰色、灰綠色、紫色的互層色調(diào)分布，成分以石英、長石為主，中?；蚍奂?xì)粒結(jié)構(gòu)，薄層～中厚層構(gòu)造，鈣泥質(zhì)膠結(jié)，單層厚度變化懸殊，薄層厚度僅3～5cm，中層厚度為20～50cm，厚層可達(dá)250cm。發(fā)育兩組貫通層位的構(gòu)造節(jié)理，風(fēng)化較重，厚層砂巖露頭處可見受節(jié)理控制的典型球狀風(fēng)化特征。紫色砂巖多為泥質(zhì)膠結(jié)的粉細(xì)粒結(jié)構(gòu)，巖質(zhì)較軟，經(jīng)試驗，干燥抗壓強(qiáng)度為5.7～6.6MPa[2]，灰色砂巖一般均為鈣質(zhì)或鈣泥質(zhì)膠結(jié)的中粒結(jié)構(gòu)，相對層理較厚，巖質(zhì)較硬，干燥抗壓強(qiáng)度為21.8～26.3MPa。
1.1.2 砂礫巖：巖石顏色以灰綠色為主，砂粒成分主要為石英、長石，礫石成分較復(fù)雜，多為變質(zhì)巖碎屑物質(zhì)，礫石磨圓度較好，呈渾圓狀，分選比較均勻，粒徑絕大部分為5～8mm，個別有超過20mm粒徑的，鈣質(zhì)膠結(jié)，中厚層狀成巖，露頭不多，呈夾層分布在局部，同樣受到兩組貫通狀構(gòu)造節(jié)理的切割，試驗層的完整性遭到破壞，巖質(zhì)較硬，風(fēng)化較輕，干燥抗壓強(qiáng)度為29.6～37.2MPa。
1.1.3 泥巖[3]：顏色以紫褐色為主，灰綠色為輔，成分以粉土礦物和粘土礦物為主，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層里構(gòu)造，多以中后層狀產(chǎn)出，偶見極薄層泥質(zhì)粉砂巖夾層。泥巖風(fēng)化剝離嚴(yán)重，表面多成破裂狀粒塊溜落，使坡面形成凹槽，其工程地質(zhì)性質(zhì)具有遇水膨脹，崩解泥化，脫水干裂的特征，經(jīng)試驗，干燥抗壓強(qiáng)度為20.8～32.1MPa。
1.2 邊坡地質(zhì)構(gòu)造 本段路塹通過區(qū)主要是白堊系地層，為一套灰色、灰綠色、紫色、紫褐色的砂巖、泥巖、砂礫巖及含礫砂巖互層[4]，屬陸相湖盆及山間凹地沉積，后期受造山運(yùn)動的影響，巖層呈較高角度向南傾斜，產(chǎn)狀約為195°∠48°～56°，發(fā)育兩組構(gòu)造節(jié)理，將巖體切割成大小不等的巖塊狀，產(chǎn)狀分別為110°∠37°和260°∠78°，節(jié)理面較平直光滑，呈半閉合狀。地表覆蓋厚度不足0.5m的植被土層。
1.3 水文地質(zhì)特征 本工程處于溝谷半坡地帶，道路下方即為十八里堡水庫，水庫蓄水對路基未見有影響，邊坡處未見地下水露頭，漸漸漿砌片石護(hù)坡有幾處泛濕外擠現(xiàn)象，與上方坡面防護(hù)層破損和排水系統(tǒng)失效有關(guān)。經(jīng)調(diào)查推測，地下水類型應(yīng)是基巖層間裂隙水，地下水補(bǔ)給主要為大氣降水滲入補(bǔ)給，本區(qū)多年均降水量為177.1mm，近于垂直的密集型巖層層面裂隙是接受降水入滲的通道，下方溝谷應(yīng)是地下水的排泄場所和交替循環(huán)場所。
2 邊坡病害成因分析
2.1 砂巖崩塌落石 病害地段巖層走向幾乎與坡面展布方向垂直，使巖體的危石存在率增加，同時，中～厚層狀砂巖受到兩組構(gòu)造機(jī)理的切割，使巖體的整體性遭到破壞，穩(wěn)定性變差，危石產(chǎn)生的幾率進(jìn)一步增加，另外，受互層關(guān)系泥巖風(fēng)化剝蝕作用[5]的影響，泥巖坡面流落形成的凹槽，加劇了砂巖臨空面的擴(kuò)大。邊坡砂巖在失穩(wěn)狀態(tài)下時常發(fā)生順層滑塌或者崩塌，滑塌巖體沖毀防護(hù)網(wǎng)，直接落入路面，崩塌巖塊在坡面跳躍下落，或被攔石網(wǎng)擋攔在平臺處，或越過攔石網(wǎng)落到道路路面上，嚴(yán)重危及道路行車安全。落石大者近1m3，一般為50cm×30cm×25cm，小者為10cm×10cm×8cm（見圖1）。
2.2 泥巖膨脹崩解 白堊系地層的泥巖受沉積環(huán)境及干旱氣候條件的共同影響，普遍含有可融鹽的成分，以及粘土礦物的某些特殊物理性質(zhì)，致使泥巖遇水膨脹、崩解、脫水干裂、溜塌等嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)破壞現(xiàn)象。泥巖的這種復(fù)雜的水理特征，破壞了坡面的完整性[6]，加劇了泥巖露頭處的凹槽及沖溝的形成，進(jìn)而加劇中厚層砂巖大規(guī)模順層滑塌[7]的可能性。膨脹性破壞了坡面人工防護(hù)工程，造成噴射混凝土層鼓包、破裂、滑落，漿砌片石護(hù)體外擠坍塌、排水溝鼓起、掏空等現(xiàn)象。崩解性形成的巖屑、巖塊散步坡面，碎石滑溜到坡體平臺，填塞排水溝，當(dāng)遇到降雨，坡體產(chǎn)生滑塌，或形成泥石流流入道路，影響車輛正常的安全行駛（見圖2）。
3 數(shù)值分析
GDEM基于連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的離散元方法（CDEM），可以實現(xiàn)邊坡從連續(xù)變形到破裂運(yùn)動的全過程模擬。
3.1 穩(wěn)定性分析
結(jié)合邊坡y方向位移云圖和不平衡率時程曲線可以得出邊坡自重作用下y方向最大位移為-4mm、邊坡的不平衡率隨時間發(fā)展逐漸趨近于零，這表明僅在自重作用下邊坡足夠安全不會發(fā)生滑移。
3.2 破壞變形模式
從圖5（a）、（b）、（c）、（d）過程可以看出考慮節(jié)理因素，GDEM數(shù)值模擬時定義局部阻尼系數(shù)為0.001時本段路塹邊坡破壞變形[8]為滑塌破壞，這與現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果相符。
4 結(jié)論
本文對公路沿線區(qū)域地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行了調(diào)查研究，分析歸納了邊坡崩塌落石的形成條件、影響因素。采用可以從連續(xù)變形到破裂運(yùn)動的全過程模擬的GDEM軟件研究了邊坡的穩(wěn)定性和極限破壞變形模式。調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)G312公路K2326+600～K2327+150處的路塹高邊坡地段病害特征主要是危石崩落、巖體滑塌、巖屑溜落。沿線區(qū)域的地形地貌、邊坡地層巖性和地質(zhì)構(gòu)造是形成病害的主要原因，線路附近的十八里水庫也促使了崩塌災(zāi)害的形成。邊坡潛在的破壞變形模式為大規(guī)模的滑塌。