关于开挖边坡稳定及支护问题的研讨

关于开挖边坡稳定及支护问题的研讨

王连培

云南省水利水电勘测设计研究院 云南 昆明  650000

摘要：目前在水利、公路、铁路行业，由于长距离线型工程较多，特别是山区长距离线型工程，会产生大量的连续的开挖高边坡，其中边坡的稳定性判断及支护措施选择问题尤为突出，本文尝试从时间效应、地层岩性、岩体结构面、室内试验四个方面来综合论述影响开挖边坡稳定性判断的因素，为开挖边坡稳定性的判定和防护形式的选择提供一些个人见解。

关键词：边坡稳定；支护；岩体结构面；地层岩性；时间效应；试验

中图分类号：TB16     文献标识码：A

一、前言

在水利、公路、铁路行业，由于长距离线型工程较多，特别是山区长距离线型工程，会产生大量的连续的高边坡，其中边坡的稳定性判断及支护措施的选择问题尤为突出。在大批量的边坡支护设计中，设计人员通过计算来确定边坡稳定性及支护形式的情况往往占比很小，基本是套用同类工程项目的经验，有一套近乎标准的支护方式。例如，一个坡高50m的高边坡分5级，每级10m，最上面一级边坡通常由覆盖层或者全风化风岩组成，为土质边坡；下面四级边坡通常为强～中风化岩体组成，为岩质边坡；最上一级边坡一般放坡1∶1.75～1∶1.25，防护形式一般为植草+骨架护坡；下面4级一般放坡1∶1～1∶0.5，防护形式一般为锚杆或者锚索框格梁。这一套标准支护对于一般的状况是可以应付的，但是笔者参加过云南省如楚大高速、大丽高速、弥玉高速等一系列高速公路的高边坡施工风险评估工作，现场踏勘发现几乎所有施工单位都未按照施工组织设计严格执行边坡的施工，施工组织设计要求开挖一级支护一级，本级支护措施施工完毕并发挥作用后才能进行下一级的开挖，但实际中无论边坡多高，分多少级，施工单位为了成本及工期考虑，通常一挖到底，然后再进行支护措施的施工，这样做往往会产生很多隐患。笔者遇到雨季施工的顺向砂泥岩或泥岩边坡，往往刚开挖一两级便已发生整体滑坡，有时连带支护措施如锚杆、骨架等一起滑落。下面笔者据所见所思，说说对边坡稳定及支护问题一些个人见解，为同行提供一些思路。

二、影响开挖边坡稳定判断的各种因素

1、影响边坡稳定的时间效应

我们在判断人工边坡的稳定性时，周围类似地质条件的自然斜坡的坡度往往作为重要参考指标，其实这并不能准确地应用于当前人工边坡稳定性的判断。自然斜坡往往经历几百上千万年甚至几亿年的风吹雨打日晒，其时间跨度的过长导致其趋于稳定的坡比过小，而新建工程开挖的边坡往往只有几个月几年最多几十年的自然塑造期，其较短时间跨度内的稳定坡比（坡度），自然不能完全按照经几百上千万年摧残的自然斜坡的坡度来类比。在短周期内，人工边坡可以自稳的坡度都要比地层岩性条件差不多的自然斜坡大，至于大的幅度则取决于边坡的地层岩性条件及层面产状。如砂泥岩人共顺向坡的坡度比自然斜坡的坡度高10°以内可以基本稳定，而硬质岩如灰岩、火山岩、板岩等组成的边坡，无论顺向或逆向坡则可以比自然斜坡高30°甚至40°以上仍可以自稳。

2、影响边坡稳定的地层岩性因素

边坡的地层条件对其稳定性影响较大，在笔者所经历的高边坡工程中，出现大规模滑坡的边坡基本出现在砂泥岩地层中，无一例外均是顺砂泥岩软弱层面的滑坡。我们在判断边坡的稳定性时，往往对边坡岩层的产状特别敏感，当存在顺坡向缓倾的层面时，通常会判断其不稳定，往往忽略其岩性。据笔者的经验，强～中风化灰岩、砂岩、火山岩，板岩、片麻岩等层间为钙质胶结或者硅质胶结的岩层组成的边坡，即使岩层产状顺向，也不会产生大规模的滑坡，因其层间结合力大于其滑动力，雨水由裂隙进入亦不能软化其层面。而泥岩类边坡其层面经雨水贯入软化后其综合摩擦角在通常在10～20°左右，只要岩层倾角只要大于这个度数，开挖产生临空面即发生滑移，所以泥质岩地区的顺向边坡在设计及施工时应重点关注，优先采用抗滑桩等强支护措施，并严格按照开挖一级支护一级的程序进行施工。

3、影响边坡稳定的岩体结构面因素

在边坡稳定分析中，结构面往往作为一个重要考量因素。据笔者观察，节理裂隙结构面造成大滑坡的可能性较小，节理裂隙的贯通性、平直性、延展性，通常被现场工作人员夸大，对岩质边坡的稳定性启主控因素的还是软弱层面的产状及岩石本身的抗剪强度。而对于节理裂隙极其发育的边坡，其稳定性控制因素已经不再是某个或某组节理裂隙，甚至不在是软弱层面，岩体表现出的性质往往和碎石土体更加类似，其破坏形式也和土质边坡类似，在边坡开挖的早期就会因为坡比较大出现局部的坍塌掉块等，这类边坡的稳定性可以通过碎石土类比法往往更好把控。

4、室内试验对计算边坡稳定性的影响

现场技术人员通常于钻孔中取得岩心或者取块石样送实验室加工成标准试件进行抗压抗剪强度试验，而不参与其后的试验过程。这里面就存在一个问题，由于岩石的各向异性，层面或其他结构面的抗剪强度远小于非结构面的抗剪强度，室内试验的试件破裂面是否就为岩石的层面或者软弱结构面，试件破裂面是否与边坡稳定验算时破裂面的方向一致，而由此造成的实验参数与实际不匹配，将成计算结果失真。所以遇到重大突出边坡工程，现场技术人员最好亲自参与、指导试验试件的制作及剪切过程。

三、结语

总之，岩土工程是一门经验和理论及计算杂糅的学科。边坡稳定判断、计算及支护形式的确定需要设计人员多方面的综合素质，需要考虑多方面的敏感因素，只有通过多观察、多思考、多参与，才能较稳妥的处理各种难题。

                   王连培

2023年8月11日