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  • 巖質邊坡的巖體分類問題討論

    2020-07-28 14:30  來源:巖土網  閱讀:6715
    《邊坡規范》巖質邊坡穩定性分類,包含的信息過大,內容太多、分類標準尺度不統一,同時分類條件自身矛盾,內在邏輯性和系統性不強,作為規范使用的難度太大,不易于一般技術人員掌握?!豆こ處r體分級標準》GB/T50218-2014分類標準和鄔愛清(2014)自穩能力的分類標準的建議有舍近求遠、開歷史倒車的嫌疑,方玉樹教授邊坡巖體抵抗側向變形能力分級的方案也存在應用范圍不足,考慮因素不周的現象。建議根據邊坡的在方玉樹、張菊連邊坡巖體類型劃分方案的基礎上發展為一個以包含邊坡巖體變形、破壞、和破壞后繼續發展的形式的劃分方

    根據《建筑邊坡工程技術規范》GB50330-2013(以下簡稱《邊坡規范》)對邊坡巖體的分類用于確定巖質邊坡的巖體強度參數(巖體等效內摩擦角、巖體內摩擦角的折減系數)、主動巖石壓力修正系數、巖體破裂角、錨桿抽檢比例、工程安全等級、錨噴支護做法、同高度下坡率允許值、采用排樁式錨桿擋墻的推薦范圍、預應力錨桿傳力結構類型[1-2]。方玉樹曾對邊坡的巖體分類方案在邊坡巖體覆蓋范圍方面存在問題、邊坡穩定性變化規范方面問題和在邊坡工程應用中的九個問題進行討論提出邊坡巖體分類的改進方案[2],該方案屬于邊坡巖體抗拉裂能力劃分方案[3]。鄔愛清、汪斌(2014)基于巖體質量指標BQ建立國標《邊坡規范》巖質邊坡工程巖體分類方案[4]與同年頒布的《工程巖體分級標準》GB/T50218-2014的分類方案基本一致[5]?!稁r土錨桿與噴射混凝土支護工程技術規范》GB50086-2015提出了滑動破壞型巖質邊坡的巖體結構分類方案[6]。張菊連(2012)在分析邊坡巖體穩定性分級影響因素的基礎上提出按邊坡破壞模式劃分方案[7]??傮w表明巖體分類倍受學術界及工程應用領域的關注,同時也表明要建立一個合理的方案可能十分不易。

    1邊坡巖體分類方案

    1.1建筑邊坡巖體分類方案

    《邊坡規范》對邊坡巖體的分類根據巖體完整程度,結構面結合程度、結構面產狀、自立邊坡自穩能力的綜合劃分方案。

    1.1.1邊坡巖體覆蓋范圍方面存在如下問題

    方玉樹注意到邊坡巖體覆蓋范圍方面存在如下問題:(1)外傾結構面傾角大于75°或小于27°、結構面結合差的較破碎巖體;(2)結構面結合很差的完整巖體;(3)結構面結合極差的巖體;(4)結構面結合差或很差、外傾結構面傾角27°~75°、外傾結構面不以層面為主但結構面貫通性好的較完整巖體(因其外傾結構面不以層面為主,故不屬于表1中IV類巖體第一種情形;因其外傾結構面貫通性不差,故也不屬于表1注解7所列III類巖體情形);(5)結構面結合很差、外傾結構面傾角27°~75°、外傾結構面不以層面為主且結構面貫通性差的較完整巖體(因其外傾結構面不以層面為主,故不屬于表1中IV類巖體第一種情形;因其結構面結合很差,故也不屬于表1注解7所列III類巖體情形)。

    表1 現建筑邊坡巖體分類

        

    巖體類型

    判斷條件

    巖體完整程度

    結構面結合程度

    結構面產狀

    自立邊坡自穩能力

    完整

    結構面結合良好或一般

    外傾結構面或外傾不同結構面的組合線傾角>75°或27°

    30高的邊坡長期穩定,偶有掉快

    完整

    結構面結合良好或一般

    外傾結構面或外傾不同結構面的組合線傾角27°~75°

    15m高的邊坡穩定,15~30高的邊坡欠穩定

    完整

    結構面結合差

    外傾結構面或外傾不同結構面的組合線傾角>75°或27°

    15m高的邊坡穩定,15~30高的邊坡欠穩定

    較完整

    結構面結合良好或一般

    外傾結構面或外傾不同結構面的組合線傾角>75°或27°

    邊坡出現局部落塊

    完整

    結構面結合差

    外傾結構面或外傾不同結構面的組合線傾角27°~75°

    8m高的邊坡穩定,15m高邊坡欠穩定

    較完整

    結構面結合良好或一般

    外傾結構面或外傾不同結構面的組合線傾角27°~75°

    8m高的邊坡穩定,15m高邊坡欠穩定

    較完整

    結構面結合差

    外傾結構面或外傾不同結構面的組合線傾角>75°或27°

    8m高的邊坡穩定,15m高邊坡欠穩定

    較破碎

    結構面結合良好或一般

    外傾結構面或外傾不同結構面的組合線傾角>75°或27°

    8m高的邊坡穩定,15m高邊坡欠穩定

    較破碎

    (碎裂鑲嵌)

    結構面結合良好或一般

    結構面無明顯規律

    8m高的邊坡穩定,15m高邊坡欠穩定

    較完整

    結構面結合差或很差

    外傾結構面以層面為主,線傾角多為27°~75°

    8m高的邊坡不穩定

    較破碎

    結構面結合一般或差

    外傾結構面或外傾不同結構面的組合線傾角27°~75°

    8m高的邊坡不穩定

    破碎或極破碎

    碎塊間結合很差

    結構面無明顯規律

    8m高的邊坡不穩定

    注:1.結構面指原生結構面和構造結構面,不包括風化裂隙;

    2.外傾結構面系指傾向與坡向的夾角小于30°的結構面;

    3.不包括全風化基巖;全風化基巖可視為土體;

    4.I類巖體為軟巖,應降為II類巖體;I類巖體為較軟巖且邊坡高度大于15m時,可降為II類;

    5.當地下水發育時,II、III類巖體可根據具體情況降低一檔;

    6.強風化巖應劃為IV類;完整的極軟巖可劃為III類或IV類;

    7.當邊坡巖體較完整、結構面結合良好或差、外傾結構面傾角27°~75°,結構面貫通性差時,可劃為III類;

    8.當有貫通性較好的外傾結構面時應驗算沿該結構面破壞的穩定性。

    1.1.2邊坡穩定性變化規律方面問題

    本文僅列出主要的問題,具體可參見文獻[2]:(1)巖體在無外傾結構面時的類別低于有外傾結構面時的類別;(2)沒有體現不同破壞方式穩定性受控因素的不同;(3)沒有體現坡角對外傾結構面傾角和結構面結合程度作用的影響;(4)沒有體現外傾結構面傾角和結構面結合程度組合作用的不同;(5)直立邊坡自穩能力表述矛盾;(6)某些巖體類別不確定。

    1.1.3在應用方面存在問題

    邊坡巖體分類在九個應用方面(巖體強度參數、主動巖石壓力修正系數、巖體破裂角、錨桿抽檢比例、工程安全等級、錨噴支護做法、同高度下坡率允許值、采用排樁式錨桿擋墻的推薦范圍、預應力錨桿傳力結構類型)存在問題,相關問題見文獻[2],這里不再詳細列出。

    1.2 GB/T50218-2014的邊坡巖體分類方案

    1.2.1分類方案的表達

    《工程巖體分級標準》GB/T50218-2014的邊坡巖體分類方案根據邊坡工程質量指標[BQ]進行劃分邊坡巖體類型,按式1進行計算。

    [BQ]=BQ-100K4-λK5)  (1

    K5=F1F2F      (2

    式中:λ為邊坡工程主要結構面類型與延伸性修正系數;

    K4為邊坡工程地下水影響修正系數;

    K5為邊坡工程主要結構面產狀影響修正系數;

    F1是反映主要結構面傾向與邊坡傾向間關系影響的系數;

    F2是反映主要結構面傾角影響的系數;

    F3是反映邊坡傾角與主要結構面傾角間關系影響的系數。

    邊坡工程主要結構面類型與延伸性修正系數λ

    結構面類型與延伸性

    修正系數λ

    斷層、夾泥層

    1.0

    層面、貫通性較好的節理和裂隙

    0.90.8

    斷續節理和裂隙

    0.70.6

    3邊坡工程地下水影響修正系數K4

    邊坡地下水

    發育程度

    BQ

    550

    550451

    450351

    351251

    250

    潮濕或點狀滴出水,Pw0.2H

    0

    0

    00.1

    0.20.3

    0.40.6

    線流狀出水,

    0.2HPw0.5H

    00.1

    0.10.2

    0.20.3

    0.40.6

    0.70.9

    涌流狀出水,

    Pw0.5H

    0.10.2

    0.20.3

    0.40.6

    0.70.9

    1.0

    注:1. pw為邊坡內潛水或承壓水頭(m);2.H為邊坡高度。


    邊坡工程主要結構面產狀影響修正

    序號

    條件與修正系數

    影響程度劃分

    輕微

    較小

    中等

    顯著

    很顯著

    1

    結構面傾向與邊坡坡面傾向間的夾角(°)

    >30

    30~20

    20~10

    10~5

    ≤5

    F1

    0.15

    0.4

    0.7

    0.85

    1.0

    2

    結構面傾角

    <20

    20~30

    30~35

    35~45

    ≥45

    F2

    0.15

    0.4

    0.7

    0.85

    1.0

    3

    結構面傾角與邊坡傾角之差(°)

    >10

    10~0

    0

    0~-10

    ≤-10

    F3

    0.15

    0.4

    0.7

    0.85

    1.0

    注:表中負值表示結構面傾角小于坡角,在坡面出露。

    1.2.1分類方案的問題

    1) Zheng [8]發現SMRslope massrating)巖體分級系統在確定調整參數F1和 F3時存在一定的理論缺陷并提出了修正方法。丁振杰等[9]發現《工程巖體分級標準》GB/T50218-2014中確定調整參數 F3的取值時也存在類似的理論缺陷 ,詳細內容可見文獻[8]、文獻[9]。

    鄔愛清(2014)提出基于巖體質量指標BQ的巖質邊坡工程巖體分級方法該方法在巖體基本質量指標基礎上,考慮控制邊坡穩定性的主要結構面類型與延伸性、結構面產狀與坡面間關系以及邊坡內地下水發育程度等影響因素,對巖體基本質量指標進行修正,由此確定邊坡工程巖體級別,并給出各級別邊坡工程巖體自穩能力的評價(見表5。

    邊坡工程巖體自穩能力

     表5

    方玉樹(2019)指出基于巖體質量指標BQ的地下工程巖體分級方法一樣,是工程巖體穩定性分級。與地下工程巖體不同,邊坡臨空面和破壞面方向固定,滑動乃至傾覆、折斷破壞方式下的邊坡穩定性和支護力計算方法已經給出或能夠給出,計算所需的強度參數(粘聚力、內摩擦角、抗拉強度等)的確定與邊坡穩定性分級無關,這些破壞方式下的邊坡支護參數(如:錨桿長度、截面、密度,擋墻截面,支護樁長度、截面、間距)和放坡坡率并不需要根據邊坡工程巖體穩定性級別確定,因此,進行邊坡巖體穩定性分類(分級)或者退回到像地下工程那樣根據工程巖體穩定性級別確定支護參數和放坡坡率是不必要的,建議取消屬于邊坡巖體穩定性分級性質的邊坡巖體分類。

    1.3方玉樹邊坡巖體分類的改進方案

    1.3.1分類方案的表達

    巖質邊坡進行支護和放坡不都是提高邊坡穩定性的需要,很多時候是考慮到邊坡側向變形,邊坡巖體抵抗側向變形能力又主要取決于邊坡巖石堅硬程度和巖體完整程度,受有無平行邊坡走向的陡傾結構面的影響?;诖朔接駱涮岢鲞吰聨r體抵抗側向變形能力分級方案(見表6)。

    6邊坡巖體抵抗側向變形能力分級

    表7

    注:平行邊坡走向的陡傾結構面系指其走向與邊坡走向夾角不大于30°、外傾時傾角不小于60°、內傾時傾角不小于70°的結構面;

    巖石在邊坡工程使用期處于水下或水位變動帶時,劃分巖石堅硬程度所用單軸抗壓強度標準值取飽和值,其它情況取天然值;

    強風化巖體和破碎帶巖體為Ⅳ級;

    除強風化巖體和破碎帶巖體外,多層巖石邊坡的巖石堅硬程度按各層巖石單軸抗壓強度標準值的厚度加權平均值分級。

    1.3.2方玉樹分類方案的問題

    1)方玉樹邊坡巖體分類方案主要針對邊坡的側向變形能力進行分級,但邊坡的側向變形僅是邊坡破壞的前期間斷或邊坡病害的一種現象。從廣義上來說邊坡的變形是破壞的一種形式,邊坡抵抗側向變形能力分級應該屬于邊坡破壞模式劃分類型。將變形作為破壞的一個階段或破壞的一種形式,邊坡巖體抵抗側向變形能力分級不能包含邊坡破壞和邊坡破壞后巖體分類。

    (2)關于結構面產狀的影響存在一些問題:①平行邊坡走向的陡傾結構面系指其走向與邊坡走向夾角不大于30°,也就是說但走向夾角30°后就不影響側向的變形,這是有問題的,在野外常見很多的順層滑動并不是完全巖傾向方向的滑動,很多時候發生的都是視傾向的順層滑動;②外傾時傾角不小于60°、內傾時傾角不小于70°的結構面,也是處在一定問題的,根據巖體的破壞強度與特征關系,巖體是否巖結構面破壞與巖體的強度、結構面的強度和結構面與最大主應力之間的夾角(α)有關。

    (3)地下水對邊坡巖體有重要等影響,該方案認為巖石在邊坡工程使用期處于水下或水位變動帶時,劃分巖石堅硬程度所用單軸抗壓強度標準值取飽和值,其它情況取天然值,用堅硬程度劃分的不同代表值反映地下水對邊坡巖體的影響不是很合理。特別是該方案主要考慮的是邊坡的抵抗變形能力,更應該注意地下水的影響,因為邊坡的變形除了卸荷回彈和蠕變外,其中一個變形破壞的主要因素是巖體內間隙水壓的變化,地下水補給排泄條件的變化又易于引起巖體內間隙水壓的變化。同時巖土的變形破裂又引起巖體內間隙水壓力的變化而發生巖體膨脹強化、激發超間隙水壓力、形成水擊效應破壞巖體。

    4除強風化巖體和破碎帶巖體外,多層巖石邊坡的巖石堅硬程度按各層巖石單軸抗壓強度標準值的厚度加權平均值分級的方式不一定合理,巖體的破壞與變形取決有效應力,這種加權平均處理的方案存在一定的風險。

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