基于赤平投影分析法的某工程边坡稳定性评价

宋 健，亢佳帅，谢延玲

(1.中煤航测遥感集团有限公司，陕西 西安 710199；2.桂林理工大学土木与建筑工程学院，广西 桂林 541004)

0 引言

边坡稳定性分析和评价一直是边坡工程的核心问题。为了保证边坡工程安全、降低工程建设费用、确保生命财产安全，准确评价其稳定性是边坡工程成败的关键[1-3]。目前工程上应用的边坡稳定性评价方法大致分为三大类：定性分析法、定量分析法及不确定分析法。其中，定性分析法是基于地质与水文条件及人类活动等影响因素，分析边坡体的成因、演变史等，从而获得可能的失稳破坏方式与力学机制，是工程实践中经常采用的方法。赤平投影分析法作为定性分析法的一种，主要用来表示线、面的方位及其相互之间的角距关系和运动轨迹，把物体三维空间的几何要素投影到平面上进行研究，能够更加直观地表示边坡岩体中发育的结构面和坡面产状与空间组合关系，掌握软弱结构面特征，从而分析边坡的稳定性[4-6]。本文利用赤平投影分析法，分析评价了某工程中边坡稳定性，并给出了针对性的治理建议。

1 工程概况

场地位于丘陵区，地形起伏较大，部分建筑与道路修建需对山体进行开挖，开挖后形成的边坡高度一般在3.0 m～17.0 m之间，以岩质边坡为主，部分为土质边坡和半土质半岩质边坡。岩质边坡开挖后边坡岩体裸露，易风化，在结构面的作用下，局部稳定性较差，易产生滑坡、崩塌等地质灾害；土质边坡自稳性较差，在强降雨等不利条件下，易产生崩塌、滑坡等地质灾害[7]。

本文运用赤平投影分析法，根据边坡工程地质条件、水文地质条件、岩体结构特征等对该边坡稳定性进行分析与评价并针对该边坡治理方案提出合理化的建议[8-9]。

2 场地工程地质条件

2.1 地形地貌

场地所处地貌类型属于浙西北剥蚀丘陵，山体总体自然坡度为15°～40°，呈上陡下缓形态。植被发育，主要为灌木、茶园。山体坡脚高程约在23.20 m左右，山顶高程约为82.20 m，最大高差约59.0 m。

2.2 区域地层

1)奥陶系下统印渚埠组(O1y)。

岩性为青灰色钙质泥岩，下部夹瘤状灰岩、泥灰岩，顶部有时可见含铁锰质灰岩和钙质泥岩。

2)奥陶系上统于潜组粉砂岩(O3y)。

上部岩性为黄灰色、灰绿色粉砂岩，下部为青灰色粉砂岩、细砂岩为主，局部夹有页岩。地层产状240°～270°∠32°～44°，砂质结构，层状构造。全风化不发育，强风化呈黄灰色、灰褐色，厚度3.0 m～17.0 m，风化呈碎块状，节理裂隙发育，节理面见铁锰质渲染；中风化呈黄灰色、青灰色，节理裂隙较发育，岩体较破碎，呈碎裂结构，是拟开挖边坡坡体主要组成结构。

3)侏罗系中统渔山尖组(J2y)。

岩性为黄绿色细砂岩、粉砂岩、泥岩为主，顶部为紫红色块状砾岩。

主要分布在调查区丘陵表部和山间坡洪积斜地，岩性为含角砾粉质黏土、含粉质黏土碎石，灰黄色，稍密状，碎石质量分数5%～50%不等，粒径以2 cm～5 cm为主，最大10 cm，碎石成分为强～中等风化粉砂岩，棱角状，局部以碎石为主，土质不均，分布不均。

2.3 地层岩性

根据地貌特征、地层时代、岩土体成因类型及物理、力学性质不同，勘察区地层可分为4个工程地质层(岩)组，7个工程地质亚层。自上而下分述如下：

⑨-1含砾粉质黏土(Qel+dl)：灰黄色，硬可塑，局部软可塑，稍湿。无层理，切面粗糙，见铁锰质条纹，中等压缩性，局部夹有碎、砾石，质量分数25%～30%。

⑨-2含粉质黏土碎石(Qel+dl)：灰黄色，稍湿，稍密～中密。碎石质量分数50%～60%，粒径2 cm～6 cm不等，次棱角状，成分为强～中风化粉砂岩，余为黏性土及砾石充填。

⑩-1全风化粉砂岩(O3y)：灰绿色、黄褐色，硬可塑。岩石已风化成土状，可见高岭土化，原岩结构模糊，局部夹强风化碎块。

⑩-2强风化粉砂岩(O3y)：黄灰～灰褐色，稍硬，岩石风化强烈，裂隙发育，面具铁锰质浸染，岩芯呈块状、碎石状，敲击声哑。

⑩-2夹全风化粉砂岩(O3y)：黄褐色，硬可塑。岩石已风化成土状，原岩结构模糊，局部夹强风化碎块。

⑩-3中风化粉砂岩(O3y)：黄灰色、青灰色，较硬。粉砂质结构，层状构造，岩芯呈柱状、短柱状，节理裂隙较发育，主要发育4组节理，3°～25°∠75°～84°，节理密度4条/m～8条/m，延伸一般6 m～10 m；95°～125°∠20°～52°，节理密度3条/m～5条/m，延伸一般5 m～8 m；230°～250°∠58°～65°，节理密度3条/m～6条/m，延伸一般5 m～8 m；280°～318°∠75°～77°，节理密度4条/m～6条/m，延伸一般4 m～6 m；节理裂隙以闭合状为主，少量微张，部分裂隙面具铁锰质渲染。RQD为0%～30%，岩石天然单轴抗压强度标准值为12.85 MPa，岩石饱和抗压强度标准值为10.43 MPa，为软质岩；岩体基本质量等级为Ⅴ级。

勘察区山体出露地层为奥陶系上统于潜组粉砂岩(O3y)，根据现场地质测绘和调查：粉砂岩地层产状240°～270°∠32°～44°，呈向南西至西的单斜，各地质点地层产状及节理裂隙发育情况见表1。

表1 各地质点地层产状及岩体节理裂隙情况汇总表

2.4 水文地质条件

勘察区范围内地下水按其赋存条件可分为第四系松散岩类孔隙潜水和基岩裂隙水两大类。

第四系孔隙潜水主要赋存在斜坡表层的残坡积物及沟谷坡洪积黏性土、含粉质黏土角砾、碎石中，补给方式主要为大气降水，水量较少，含水层渗透性较大，以顺坡向向坡脚排泄为主，竖向向风化基岩渗入排泄和蒸发排泄为辅。

基岩裂隙水主要赋存于基岩风化、节理裂隙内，水量贫乏，场地内基岩为奥陶系于潜组粉砂岩，层顶埋深0.30 m～6.90 m，泥质胶结，风化层中泥质含量高，渗透性差。主要受侧向补给和孔隙潜水下渗补给，水量微弱，径流缓慢。

每年的梅雨、台风季节，暴雨多且强度大，地下水位相对较高，地下水体较发育。暴雨时坡面水流将对边坡进行冲蚀，并且在边坡岩土体中容易形成较大的孔隙水压力，从而对斜坡的稳定性产生不利的影响。

2.5 人文活动与自然山体稳定性评价

场地拟建区域以自然山坡为主，植被较发育，主要为灌木，部分种植茶树，人类活动较少。勘察区边坡岩性主要由第四系上更新统残坡积含砾粉质黏土、含粉质黏土碎石及全～中风化基岩组成，坡度约为15°～40°，现状山坡未发现滑坡、崩塌等不良地质现象，山坡植被发育，自然山坡稳定性良好。

3 边坡岩土体结构特征与稳定性分析评价

勘察区现状自然斜坡较稳定，但由于平整场地的需要，在坡脚处开挖山体形成人工边坡，破坏了其应力平衡，在有效临空、冰冻暴雨等不利条件下易发生顺层滑坡、崩塌和掉块等地质灾害。

为准确分析边坡体特征，根据边坡的倾向、高度及岩土体结构等特征，将边坡分为Ⅰ-Ⅰ′，Ⅱ-Ⅱ′，Ⅲ-Ⅲ′，Ⅳ-Ⅳ′，Ⅴ-Ⅴ′5段，剖面图见图1～图5。根据边坡水文地质条件、工程地质条件、岩体结构特征等对该5段边坡岩土体结构特征与稳定性进行分析与评价。

3.1 Ⅰ-Ⅰ′段边坡

如图1所示，自然斜坡坡度15°～25°。边坡坡向约为327°。坡体前沿道路设计标高约为31.0 m，切坡后将形成长约350 m的边坡，最高挖方边坡约10.0 m，沿瓦窑湖东侧向南延伸的边坡普遍高度较小。根据剖面图，边坡的岩性主要为残坡积层、强～中风化粉砂岩，其中残坡积层厚度为0.3 m～0.4 m，强风化层厚度约5.6 m～7.7 m，下部为中风化基岩，节理裂隙发育，岩体破碎，呈碎裂结构，岩芯多呈碎块状～块状，RQD为0%～20%。

从图1赤平投影图可以看出，层理①、节理②和节理③三条结构面弧线均有2个交点落在边坡坡面和边坡坡面以上代表弧线之间，因此节理面交线形成的结构面对边坡面具有不利影响，边坡具有不稳定性。

根据赤平投影分析，岩质边坡处于不稳定状态，边坡岩体破碎，切坡后基岩裸露，软质岩，遇雨或冬季冰冻后易软化或崩解，易发生小型崩塌及掉块等地质灾害。

3.2 Ⅱ-Ⅱ′段边坡

如图2所示，坡体自然斜坡坡度15°～30°。坡体前沿拟建道路设计标高约为27.50 m，故切坡后将形成长约107 m，高约13.5 m的挖方边坡，边坡坡向约为258°。根据剖面图，组成边坡的岩性主要为残坡积层、强～中风化粉砂岩，其中残坡积层厚度为0.3 m～0.4 m，强风化层厚度约5.7 m～6.1 m，下部为中风化基岩，坡脚中风化基岩出露。强～中风化粉砂岩节理裂隙发育，岩体破碎，呈碎裂结构，岩芯多呈碎块状，少量短柱状，RQD为0%～30%。

从图2赤平投影图可以看出，层理①、节理②、节理③、节理④四条结构面弧线均有2个交点落在边坡坡面和边坡坡面以上代表弧线之间，因此节理面交线形成的结构面对边坡面具有不利影响，边坡具有不稳定性。

根据赤平投影分析，岩石层理与边坡同向，岩体破碎，切坡后基岩裸露，岩质边坡处于不稳定状态，易发生顺层滑坡、崩塌及掉块等地质灾害[10]。

3.3 Ⅲ-Ⅲ′段边坡

如图3所示，边坡坡向约为237°。坡体前沿道路设计标高约为43.8 m，切坡后将形成长约30 m，高约8.0 m的挖方边坡。根据剖面图，边坡岩性主要为残坡积层、强风化粉砂岩，其中残坡积层厚度为0.3 m～0.4 m，强风化层厚度约4.0 m～11.0 m，下部为中风化基岩，坡脚中风化基岩不出露。强风化粉砂岩，裂隙发育，岩体破碎，呈碎裂结构，岩芯多呈碎块状，RQD为0%。

从图3赤平投影图可以看出，层理①、节理②、节理③、节理④、节理⑤五条结构面弧线均有2个交点落在边坡坡面和边坡坡面以上代表弧线之间，因此节理面交线形成的结构面对边坡面具有不利影响，边坡具有不稳定性。

根据赤平投影分析，岩石层理与边坡坡向相近，且岩体破碎，切坡后基岩裸露，边坡处于不稳定状态，易发生顺层滑坡、崩塌及掉块等地质灾害。

3.4 Ⅳ-Ⅳ′段边坡

如图4所示，自然斜坡坡度15°～30°。边坡坡向约为191°。坡体前沿道路设计标高约为41.0 m，切坡后将形成长约80 m，高约15.0 m的挖方边坡。根据剖面图，边坡的岩性主要为残坡积层、强～中风化粉砂岩，其中残坡积层厚度为0.5 m～0.7 m，强风化层厚度约3.6 m～4.9 m，下部为中风化基岩，坡脚中风化基岩出露。强～中风化粉砂岩，节理裂隙发育，岩体破碎，呈碎裂结构，岩芯多呈碎块状～块状，RQD为0%～20%。

从图4赤平投影图可以看出，层理①、节理②、节理③三条结构面弧线均有2个交点落在边坡坡面和边坡坡面以上代表弧线之间，因此节理面交线形成的结构面对边坡面具有不利影响，边坡具有不稳定性。

根据赤平投影分析，岩质边坡处于不稳定状态，且岩体破碎，切坡后基岩裸露，易发生小型崩塌及掉块等地质灾害。

3.5 Ⅴ-Ⅴ′段边坡

如图5所示，自然斜坡坡度15°～25°，边坡坡向约为202°。坡体前沿道路设计标高约为41.5 m，切坡后将形成长约70 m，高约10.0 m的挖方边坡。根据剖面图，边坡的岩性主要为残坡积层、强风化粉砂岩，其中残坡积层厚度为0.9 m～2.0 m，强风化层厚度约1.7 m～12.8 m，下部为中风化基岩，坡脚中风化基岩不出露。强风化粉砂岩裂隙发育，岩体破碎，呈碎裂结构，岩芯多呈碎块状。

从图5可以看出，层理①、节理②、节理③、节理④、节理⑤五条结构面弧线均有2个交点落在边坡坡面和边坡坡面以上代表弧线之间，因此节理面交线形成的结构面对边坡面具有不利影响，边坡具有不稳定性。

根据赤平投影分析，岩质边坡处于较稳定状态，但该段岩体破碎，切坡后基岩裸露，易发生崩塌及掉块等地质灾害。

综合来看，Ⅰ-Ⅰ′，Ⅱ-Ⅱ′，Ⅲ-Ⅲ′，Ⅳ-Ⅳ′和Ⅴ-Ⅴ′段边坡为岩质边坡，边坡开挖最大高度一般8 m～15 m，局部达17 m，组成边坡的岩性主要为残坡积层，强～中风化砂岩，残坡积层厚度较薄，强～中风化岩体破碎，节理裂隙发育，放坡后边坡稳定性一般或较差，边坡上部土体在自重应力、冰冻、强降雨等不利条件作用下，易发生崩塌、滑坡地质灾害[11]。特别是Ⅱ-Ⅱ′，Ⅲ-Ⅲ′段(坡向240°～300°)边坡处于不稳定状态，易发生滑坡，需要采取适当的加固处理措施。

4 边坡稳定性分析结论及建议

通过赤平投影分析法对五段边坡的稳定性分析结论是Ⅰ-Ⅰ′，Ⅱ-Ⅱ′，Ⅲ-Ⅲ′和Ⅳ-Ⅳ′处于不稳定状态，Ⅴ-Ⅴ′处于较稳定状态。

根据工程地质条件、水文地质条件、岩体结构特征等，该项目的边坡治理方案建议采取放坡、护坡措施，并且在坡顶设置截水沟。具体建议如下：

1)开挖坡率：残坡积层和全风化层1∶1.0～1∶1.25；含粉质黏土碎石、强风化粉砂岩1∶0.75～1∶1.0；中风化粉砂岩1∶0.5～1∶0.75。2)护坡措施：对低矮边坡(H≤8 m)建议采用重力式挡墙护坡，对于坡高大于8 m的岩质边坡建议采用放坡+锚杆(索)+格构梁+绿化进行护坡或采用锚喷+挂网进行护坡。3)坡顶5 m外应设截水沟，场地各冲沟处应设置专门的排水设施。4)边坡开挖前做好开挖方案，施工应按照从上而下的方式分台阶开挖。