曹集士，尹燕萍，秦 龙

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司)



西南地区某大桥岸坡稳定性研究

曹集士，尹燕萍，秦 龙

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司)

通过对西南地区某大桥岸坡坡体的地质情况进行分析，得出其主要特征为地形坡度较大、坡高较高和坡体物质以粘土为主及坡体底部的古溶洞的存在，通过数值模拟研究这些因素对该大桥岸坡稳定性的影响，对西南地区岩溶区修建公路或铁路桥梁的岸坡稳定问题具有一定的指导意义。

岸坡；岩性特征；地形地貌；破坏机理；岩溶

1 该边坡边坡特征

1.1 地形地貌

该岸坡位于贵州北部高山河谷的毕节县内，周围环境以中低山地貌为主，山坡相对高差较大约为300～600 m，最大高程可达1 000 m，坡度较陡，一般约为30°，且呈现小的平缓凸坡面状的山坡。

坡体周围受季节性降水尤其以雨水冲刷为主使得槽、沟谷较为发育，冲沟多沿砂岩与灰岩接触带分布。坡体长约256 m，均宽约76 m，平均厚约35 m，总面积约40 994 m2，总体积约为143万m3，属巨型厚层古岩溶塌陷不稳定体。坡体较陡，平均可达30°以上，植被较发育，基岩少有出露，表层覆盖较厚土层，主要为粘土和碎石土，坡体形状如图1所示。

1.2 地层岩性及构造

该岸坡区内出露有第四系松散堆积的粉质黏土、粗角砾土、细角砾土、碎石土、块石土、三叠系的砂岩、泥质砂岩夹炭质页岩和煤层、灰岩、白云岩、钙质泥岩。坡体表层以膨胀性粘土层为主，土体潮湿呈硬塑状，含大量砂砾，含约10%块石，粒径5～30 mm，厚度大于60 m，从图1可见植被茂密，说明坡体土含水率较高，坡体内粘土渗透性较差其储水能力较强，易形成饱和粘土，从而使土体粘聚力下降，并且增加坡体自重。粘土层下部为碎石土，呈黄褐色，以砂岩碎石为主，棱角状，粒径5～60 mm，磨圆度较差，级配、分选性较差，含泥约50%，充填粉质粘土。坡体中岩层岩性以三叠系的白云岩及钙质泥岩为主，灰色、深灰色，中厚层状，局部含硬石膏、盐溶角砾岩，可溶性较强，易于发生溶蚀形成大的地下溶洞。

坡体穿越两组断层面，受区域性断裂的影响，坡体附近发育有一逆断层和一正断层，上覆基岩为三叠系的砂岩及泥岩，节理发育，易崩塌致使坡体覆盖层较厚，主要为碎块石，岩层结构松散，岩体力学强度较低，其下基岩为可溶岩地层，岩溶较为发育，物探初步测定其体积约有400 m3，由于岩溶溶蚀塌陷而牵动坡体较厚的覆盖层下滑失稳而形成滑动，从而造成边坡失稳的可能性极大。

2 岩土体物理力学参数

坡体为岩溶发育区溶蚀风化堆积物，通过对工点进行钻探取样并进行室内试验分析，得知其物理力学指标具体如表1所示。滑体表层厚约30 m的粘土夹杂碎块石，呈硬塑状，其天然密度较高，坡体表面植被茂密，可知土体具有一定的富水性。粘性土在干燥时其强度相对较大，粘聚力较高，而一旦有水体入渗后其粘聚力将减小，加之其具有膨胀性，则在水的作用下坡体上层粘土性自重加大、内聚力减小，相当于对滑体增加了坡体自重同时又将减弱了坡体内土体间粘聚力。粘土层下的碎块石土中碎块石强度较大，但是其中充填的粘土与其之间的胶结力决定着整个结构的强度，粘土物受水影响较大，必将削弱粘土与碎块石间的连接力，从而使岩土体形成蠕动。岩层物质成分以碳酸盐岩为主，其具有较强的溶蚀性，在地下水系的溶解、溶蚀作用下易于形成地下空洞，从而易使滑体底部支撑力减小，垂直向受力增大，加剧岩土体的剪切破坏。

表1 岩土体物理力学参数

3 数值模拟

通过前面对岸坡岩层结构及其内部物质成分特性的分析，可建立数值模拟对该岸坡进行受力和变形的计算，从而对进一步分析滑坡机理基础研究。见图1。

图1 该岸坡数值模型

图2 坡体X方向位移

图3 坡体Y方向位移

通过进行数值模拟，可得出坡体在自然状态下的变形、位移图，具体如图2、图3所示，因坡体表土厚、坡度较大，坡体X方向有沿坡面向下位移增大的趋势，加之坡体右下部古岩溶的存在导致其变形位移出现小突变、集中现象，更易于形成坡体结构破坏；Y方向位移随深度不断加大，使坡体产生较大竖向位移，同时压应力也逐渐增大，使岩土体形成压裂破坏。

图4 坡体最小主应力

图5 坡体最大主应力

图4所示为最小主应力，最小主应力在坡面上局部形成拉应力，坡面附近最小主应力方向几乎与坡面平行，向坡内逐渐正常化，逐渐变化为与埋深呈线性关系，坡体底部因溶洞存在而使得岩体形成局部应力拉张区，总体来说，局部拉应力的形成不利于坡体的稳定。

图5所示为最大主应力，其与随着坡体厚度的加大而增加，与岩土体埋深呈线性关系，坡脚及岩溶体附近形成应力集中区，最大主应力可达30.0 MPa以上，但仍远低于岩体的抗压强度。

图6 XY方向有效剪应力

由图6可以看出剪应力在坡脚和岩溶孔洞附近同样形成应力集中现象，特别是坡脚，剪应力值较大，最大可达10.0 MPa左右，在坡体由陡变缓的转折处，剪应力也较大，这些对坡脚及变坡点附近岩体的稳定不利，容易造成边坡岩体剪裂、错动。

4 结 论

(1)该岸坡自然状态下处于稳定态，其表层的粘土夹卵石层本身结构联结性弱、强度低，一旦遇水将极大削弱岩土体粘结力及抗压抗拉强度，其对坡体的稳定性具有较大影响。

(2)该岸坡坡度较大，加之其表层土体强度低，在坡体由陡转缓的转折点处形成极值应力拉张，局部的最大主应力呈拉张状，这将造成岩土体在局部点可能形成拉裂、张开等破坏现象，有必要对其进行防治。

(3)该边坡底部溶洞的存在造成坡脚处岩土体向溶洞内拉张、剪裂，加之最大主应力在坡脚形成的应力集中，故其对边坡坡脚带来直接剪切破坏，从而造成整个岸坡失稳。

(4)坡体附近断裂构造将使岩体的整体性降低，加剧岩体破碎的进程，加快坡体失稳。

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2015-06-11

U416.1

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1008-3383(2015)09-0020-02