G312公路K2326+600～K2327+150段边坡病害机理研究

 1 项目概况
病害路段位于古浪县境内，G312公路K2326+600～ K2327+150处的路堑高边坡地段，病害特征主要是道路上行一侧（兰州方向）高边坡岩体危石崩落、岩体滑塌、岩屑溜落、小规模泥石流等，严重危及行车及驾驶人员的安全。
1.1 边坡地层岩性 根据现场调查研究和室内试验研究，白垩系地层的工程地质特征如下：
1.1.1 砂岩[1]：颜色以灰色、灰绿色、紫色的互层色调分布，成分以石英、长石为主，中粒或粉细粒结构，薄层～中厚层构造，钙泥质胶结，单层厚度变化悬殊，薄层厚度仅3～5cm，中层厚度为20～50cm，厚层可达250cm。发育两组贯通层位的构造节理，风化较重，厚层砂岩露头处可见受节理控制的典型球状风化特征。紫色砂岩多为泥质胶结的粉细粒结构，岩质较软，经试验，干燥抗压强度为5.7～6.6MPa[2]，灰色砂岩一般均为钙质或钙泥质胶结的中粒结构，相对层理较厚，岩质较硬，干燥抗压强度为21.8～26.3MPa。
1.1.2 砂砾岩：岩石颜色以灰绿色为主，砂粒成分主要为石英、长石，砾石成分较复杂，多为变质岩碎屑物质，砾石磨圆度较好，呈浑圆状，分选比较均匀，粒径绝大部分为5～8mm，个别有超过20mm粒径的，钙质胶结，中厚层状成岩，露头不多，呈夹层分布在局部，同样受到两组贯通状构造节理的切割，试验层的完整性遭到破坏，岩质较硬，风化较轻，干燥抗压强度为29.6～37.2MPa。
1.1.3 泥岩[3]：颜色以紫褐色为主，灰绿色为辅，成分以粉土矿物和粘土矿物为主，泥质结构，层里构造，多以中后层状产出，偶见极薄层泥质粉砂岩夹层。泥岩风化剥离严重，表面多成破裂状粒块溜落，使坡面形成凹槽，其工程地质性质具有遇水膨胀，崩解泥化，脱水干裂的特征，经试验，干燥抗压强度为20.8～32.1MPa。
1.2 边坡地质构造 本段路堑通过区主要是白垩系地层，为一套灰色、灰绿色、紫色、紫褐色的砂岩、泥岩、砂砾岩及含砾砂岩互层[4]，属陆相湖盆及山间凹地沉积，后期受造山运动的影响，岩层呈较高角度向南倾斜，产状约为195°∠48°～56°，发育两组构造节理，将岩体切割成大小不等的岩块状，产状分别为110°∠37°和260°∠78°，节理面较平直光滑，呈半闭合状。地表覆盖厚度不足0.5m的植被土层。
1.3 水文地质特征 本工程处于沟谷半坡地带，道路下方即为十八里堡水库，水库蓄水对路基未见有影响，边坡处未见地下水露头，渐渐浆砌片石护坡有几处泛湿外挤现象，与上方坡面防护层破损和排水系统失效有关。经调查推测，地下水类型应是基岩层间裂隙水，地下水补给主要为大气降水渗入补给，本区多年均降水量为177.1mm，近于垂直的密集型岩层层面裂隙是接受降水入渗的通道，下方沟谷应是地下水的排泄场所和交替循环场所。
2 边坡病害成因分析
2.1 砂岩崩塌落石 病害地段岩层走向几乎与坡面展布方向垂直，使岩体的危石存在率增加，同时，中～厚层状砂岩受到两组构造机理的切割，使岩体的整体性遭到破坏，稳定性变差，危石产生的几率进一步增加，另外，受互层关系泥岩风化剥蚀作用[5]的影响，泥岩坡面流落形成的凹槽，加剧了砂岩临空面的扩大。边坡砂岩在失稳状态下时常发生顺层滑塌或者崩塌，滑塌岩体冲毁防护网，直接落入路面，崩塌岩块在坡面跳跃下落，或被拦石网挡拦在平台处，或越过拦石网落到道路路面上，严重危及道路行车安全。落石大者近1m3，一般为50cm×30cm×25cm，小者为10cm×10cm×8cm（见图1）。
2.2 泥岩膨胀崩解 白垩系地层的泥岩受沉积环境及干旱气候条件的共同影响，普遍含有可融盐的成分，以及粘土矿物的某些特殊物理性质，致使泥岩遇水膨胀、崩解、脱水干裂、溜塌等严重的结构破坏现象。泥岩的这种复杂的水理特征，破坏了坡面的完整性[6]，加剧了泥岩露头处的凹槽及冲沟的形成，进而加剧中厚层砂岩大规模顺层滑塌[7]的可能性。膨胀性破坏了坡面人工防护工程，造成喷射混凝土层鼓包、破裂、滑落，浆砌片石护体外挤坍塌、排水沟鼓起、掏空等现象。崩解性形成的岩屑、岩块散步坡面，碎石滑溜到坡体平台，填塞排水沟，当遇到降雨，坡体产生滑塌，或形成泥石流流入道路，影响车辆正常的安全行驶（见图2）。
3 数值分析
GDEM基于连续介质力学的离散元方法（CDEM），可以实现边坡从连续变形到破裂运动的全过程模拟。
3.1 稳定性分析
结合边坡y方向位移云图和不平衡率时程曲线可以得出边坡自重作用下y方向最大位移为-4mm、边坡的不平衡率随时间发展逐渐趋近于零，这表明仅在自重作用下边坡足够安全不会发生滑移。
3.2 破坏变形模式
从图5（a）、（b）、（c）、（d）过程可以看出考虑节理因素，GDEM数值模拟时定义局部阻尼系数为0.001时本段路堑边坡破坏变形[8]为滑塌破坏，这与现场调查结果相符。
4 结论
本文对公路沿线区域地质环境进行了调查研究，分析归纳了边坡崩塌落石的形成条件、影响因素。采用可以从连续变形到破裂运动的全过程模拟的GDEM软件研究了边坡的稳定性和极限破坏变形模式。调查研究发现G312公路K2326+600～K2327+150处的路堑高边坡地段病害特征主要是危石崩落、岩体滑塌、岩屑溜落。沿线区域的地形地貌、边坡地层岩性和地质构造是形成病害的主要原因，线路附近的十八里水库也促使了崩塌灾害的形成。边坡潜在的破坏变形模式为大规模的滑塌。