风化花岗岩边坡稳定性分析

2022-04-03 09:00:39 | 浏览次数：

摘要：风化花岗岩边坡具有不同于岩体边坡和均匀土体边坡的工程地质特征，风化花岗岩边坡由于保持了原岩中节理面，顺层边坡在开挖时比均匀土体边坡稳定性更差，事实表明这类边坡在开挖时应注意观测，及时采取支护措施。

关键词：风化花岗岩边坡

花岗岩在我国分布广泛，未风化的花岗岩具有良好的工程地质特性，但在风化后物理力学指标急剧下降。全风化花岗岩主要介质是未风化的石英矿物颗粒和长石云母的风化产物，但原岩中的地质构造和矿物颗粒分布特征在边坡中仍得以保留，从而与其他一般均质土边坡的稳定特性有所不同。近几年国内土建工程大量开工，形成越来越多的人工边坡，不了解这种边坡的工程特性而盲目施工，在一定条件下容易发生失稳，对工程进展和边坡稳定都会造成严重危害。国内专家学者已经对全风化的花岗岩边坡进行了大量研究，并把这种边坡划分为类土质边坡，在理论上对其工程特性进行了研究[1-2]，这些研究往往以理论研究为主，并主要针对南方全风化厚度较大的边坡进行研究，北方的花岗岩由于风化作用相对较弱，导致全风化层较薄，边坡开挖后多是全-强风化混合型，在工程性质上比普通全风化花岗岩边坡更具代表性，因此对北方的全-强风化花岗岩边坡的研究具有特殊意义，下面以北方某铁路边坡为例进行研究。

1 环境地质特征

边坡处于低山丘陵区，地势开阔，地形起伏较小，表覆第四系全新统冲洪积层（Q）粉质黏土，黄褐色，硬塑，含少量粗砂和碎石，厚度1.2～2.0m，下伏为元古代晋宁期片麻状细粒黑云二长花岗岩（ηγ），全风化厚度8～10m，受构造及风化等作用影响，基岩节理裂隙较发育，浅层风化成砂砾碎石状，元古代晋宁期片麻状细粒黑云二长花岗岩（ηγ）强风化厚度15～20m，黄褐色，块状结构，层状构造，节理裂隙较发育，岩体呈碎块状～大块状，锤击声闷，可轻松击碎，长石部分风化，矿物颗粒间粘结破坏，击碎后呈沙砾状。地下水主要靠大气降水及地表水补给，以蒸发及地下径流为主要的排泄方式。

2 边坡基本情况

边坡位于某铁路K10+578.00～K11+253.00里程范围内，铁路线路走向298°，研究边坡位于线路右侧，一级边坡高度8.0m，二级边坡高度1.6～4.5m；设计边坡坡率0～8m为1：1.25，以上为1：1.50；一二级护坡间设两米宽平台，边坡均采用六边形空心块内种紫穗槐撒草籽防护，其中二级边坡深度范围内为强风化层。

3 滑坡变性特征

该边坡于5月20日开挖，5月28日开挖至边坡坡脚，6月3日K11+100～K11+117处边坡发生滑塌（如图一所示），现场查看发现滑动带从二级边坡全风化层开始，滑坡后缘出现约0.5m裂缝，坡脚下强风化层局部地面略微隆起，滑坡后缘揭露出全风化花岗岩残存节理，表面光滑，走向与线路大致平行，节理面较光滑，有泥质充填。

滑坡两翼暴露两条产状为330∠53°和95∠50°的风化残余节理，节理面有约2mm厚的粘土，粘土已失水皲裂，滑坡体由于移动破坏，土体均由风化节理处断裂，破坏成块状，节理面为褐色，部分有充填物。边坡除滑坡处未发现发育的裂隙。

4 滑坡变形成因分析

滑坡变形的成因可以归为内因、外因两大类，内因是风化花岗岩物理力学性能下降、节理裂隙的控制作用，以及节理裂隙中泥质夹层的润滑作用等，外因则是雨水对边坡的作用，人工开挖边坡应力释放，以及暴露时间过长等因素。具体表现为：

4.1 风化花岗岩物理力学性能下降风化作用减少了岩石中某些原生矿物或增加了某些新生矿物成分，增大了易于变形的可能性，同时由于风化作用，使岩石各颗粒间的联结力遭到破坏，导致岩石结构发生变化，使岩石的完整性遭到破坏，强度大幅度降低，影响整个边坡的稳定性。该边坡主要是全风化和强风化花岗岩，风化后强度大大下降，导致边坡在相对较小的边坡坡率下失稳。

4.2 节理裂隙的控制作用风化花岗岩边坡中的节理主要是花岗岩的冷凝裂隙和风化作用产生的裂隙，这些节理裂隙易于发展成为控制边坡稳定的滑动面，边坡在重力作用下产生下滑的趋势，下滑推力在土体内传导的过程中由于节理面（图二）的存在往往产生应力集中，产生以节理面和节理面之间薄弱部位构成的潜在滑动面，该边坡的滑动面就是由三组成簸箕型的节理面控制，并最终形成以这三组节理面和节理面中的薄弱面共同形成的滑动面。

4.3 节理裂隙中泥质夹层的润滑作用该边坡是由花岗岩风化后形成的，在原岩风化之前部分张开的节理裂隙中会有泥质或其他充填物（图三），这些充填物与周围岩石相比物理力学性质弱很多，形成相对周围岩体比较薄的软弱夹层，当边坡在重力作用下产生滑动趋势时，会在两侧形成润滑作用，当边坡在基岩内沿软弱夹层、或软弱岩层发生位移，造成边坡滑塌。

4.4 雨水对边坡的作用水是影响边坡稳定的重要因素之一，花岗岩风化后由于雨水的下渗，基岩裂隙充水，在一定条件下岩体矿物吸收水，发生水化作用，引起矿物体积膨胀从而导致岩体松散、破碎，岩体的松散进一步导致水化作用想深部发展和扩散，水的入渗使空隙水压力增加[2]，使基岩中产生倾向坡外的推力，增大了边坡下滑的推力；此外，雨水渗入软弱夹层层面，改变了软弱夹层中的含水量，使软弱夹层泥化，降低了抗剪强度，减弱边坡的抗滑力，这两种因素共同作用减低了边坡的稳定性。

4.5 人工开挖边坡边坡在自然情况下是稳定的，当人工开挖边坡后，原来边坡处的土被剥离，由这部分土产生的重力消失，抵抗边坡下滑得抗滑力减小，而边坡下滑的推力没有变化，当边坡的稳定超过临界状态后，边坡自然向下滑动。

4.6 暴露时间过长该边坡暴露时间过长而没有采取支护措施，也是导致失稳的一个因素，边坡在没有采取支护措施的情况下，全风化花岗岩自身会有蠕动现象，蠕动产生的微裂缝正好形成了雨水侵入的路径，加剧了边坡的失稳过程。

5 处理措施

该边坡变形破坏之后，现场采取了如下措施：

5.1 在边坡上方开挖截水天沟，将边坡顶部坑洼处积存的雨水及时排除。

5.2 清除已经滑落的土石，及时按设计加强支护。

经过半年的观测，边坡保持稳定，并且滑塌处两侧没有继续发展的趋势。

6 结论

6.1 全-强风化花岗岩边坡的稳定性具有不同于岩体边坡和均匀土质边坡的工程特征，在铁路和公路工程中设计和施工时要加强观测并及时支护。

6.2 原岩中的节理面的产状对边坡的稳定性起控制作用，尤其当主要节理面与边坡方向形成顺层时，节理裂隙将极有可能发展成为潜在滑动面。

6.3 软弱夹层的存在、雨水是影响边坡稳定的不利因素，应该在施工时注意观测，及时发现，并在开挖后及时采取支护措施。

参考文献：