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建筑边坡岩体分类心得

建筑边坡岩体分类问题探讨

            方玉树              

    (后勤工程学院,重庆  400041)

(根据《中国地质灾害与防治学报》2011年第4期“建筑边坡岩体分类及其应用合理性研究”和《重庆建筑》2014年第9期“建筑边坡岩体分类方案的改进”二文综合修改)

摘要  近十余年来,边坡岩体类别用于建筑边坡工程的多个领域,划分边坡岩体类别成了我国建筑边坡工程中一个基本的要求。研究表明,属于边坡稳定性分级性质的现建筑边坡岩体分类方案在边坡岩体覆盖范Χ、边坡稳定性变化规律和边坡工程应用方面均存在问题;进行边坡岩体稳定性分类是不必要的;为控制边坡侧向拉裂变形,应进行边坡岩体抵抗侧向变形能力分级。

关键词:  建筑边坡工程;岩体分类;边坡稳定性分级;边坡岩体抵抗侧向变形能力分级

0  引言

近十余年来,我国建筑边坡工程采用专门的属于边坡岩体稳定性分级性质的岩体分类方案,根据不同的岩体类别确定岩质边坡岩体强度参数(岩体等效内摩擦角)、岩石压力修正系数、同坡高下的坡率允许值、工程安全等级、ê喷支护及其面板做法的适用范Χ、ê杆抽检比例、岩体破裂角和采用排桩式ê杆挡墙支护的推荐范Χ [1,2]。划分建筑边坡岩体类型成了我国建筑边坡工程中一个基本的要求。

本文对现行相关规范的建筑边坡岩体分类方案在边坡岩体覆盖范Χ、边坡稳定性变化规律和工程应用方面存在的问题进行分析,并提出建议。为节省篇幅,以后文中“外倾结构面或外倾不同结构面的组合线”一语均用“外倾结构面”一语代替。

1  新老边坡岩体分类方案的对比

原建筑边坡岩体分类方案如表1所示。

表1  原建筑边坡岩体分类【1】

图片δ命名

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注:1. 边坡岩体分类中δ含由外倾软弱结构面控制的边坡和倾倒崩塌型破坏的边坡;2. I类岩体为软岩、较软岩时,应降为II类岩体;3.当地下水发育时II、III类岩体可根据具体情况降低一档;4.强风化岩和极软岩可划为IV类;5.表中外倾结构面系指倾向与坡向的夹角小于30°的结构面。

表1中的岩体完整程度采用三分法划分(见表2)。

表2  原岩体完整程度划分【1】

表2  原岩体完整程度划分

现建筑边坡岩体分类方案是:有外倾结构面时如表3所示(其中岩体完整程度采用常规的五分法划分);无外倾结构面时,完整、较完整的坚硬岩、较硬岩宜划为Ⅰ类,较破碎的坚硬岩、较硬岩宜划为Ⅱ类;完整、较完整的较软岩、软岩宜划为Ⅱ类,较破碎的较软岩、软岩可划为Ⅲ类【2】。

表3     现建筑边坡岩体分类【2】

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注:1.结构面指原生结构面和构造结构面,不包括风化裂隙;2.外倾结构面系指倾向与坡向的夹角小于30°的结构面;3.不包括全风化基岩;全风化基岩可视为土体;4.I类岩体为软岩,应降为II类岩体;I类岩体为较软岩且边坡高度大于15m时,可降为II类;5.当地下水发育时,II、III类岩体可根据具体情况降低一档;6.强风化岩应划为IV类;完整的极软岩可划为III类或IV类;7.当边坡岩体较完整、结构面结合良好或差、外倾结构面倾角27°~75°,结构面贯通性差时,可划为III类;8.当有贯通性较好的外倾结构面时应验算沿该结构面破坏的稳定性。

将两个版本的分类方案进行比较可知,现分类方案有下列新情况:

1.除破碎、极破碎、极软岩岩体外,表3实际上只是有外倾结构面岩体的分类表;

2.表3删除了不包括由外倾软弱结构面控制的边坡和倾倒崩塌型破坏的边坡的注解,表明表3包括了所有有外倾结构面的边坡岩体;

3.表3中最不利的外倾结构面倾角下限从35°降低为27°;

4.岩体完整程度从三分法改为五分法(将常规的五分法划分标准与表2 的三分法划分标准进行对比可知,五分法中“完整”与三分法中“完整”相当;五分法中“较完整”和“较破碎”与三分法中“较完整”相当,五分法中“破碎”和“极破碎”与三分法中“不完整”相当),从表3可知,当有外倾结构面时,“完整”岩体类别归属与原分类方案的“完整”岩体相当,“破碎”、“极破碎”岩体类别归属与原分类方案的“不完整”岩体相当,“较完整”岩体类别归属与原分类方案的“较完整”岩体相当,“较破碎”岩体的类别归属与原分类方案的“较完整”岩体不同,做了重新安排。

2  现分类方案在边坡岩体覆盖范Χ方面存在的问题

笔者曾经指出,原分类方案存在边坡岩体找不到类别归属的问题【3,4】。现分类方案依然存在这个问题,只是具体情况不同而已。下列边坡岩体在表3中均找不到类别归属:

1.外倾结构面倾角大于75°或小于27°、结构面结合差的较破碎岩体;

2.结构面结合极差的有外倾结构面的岩体;

3.结构面结合差或很差、外倾结构面倾角27°~75°、外倾结构面不以层面为主但结构面贯通性好的较完整岩体(因其外倾结构面不以层面为主,故不属于表3中IV类岩体第一种情形;因其外倾结构面贯通性不差,故也不属于表3注解7所列III类岩体情形);

4.结构面结合很差、外倾结构面倾角27°~75°、外倾结构面不以层面为主且结构面贯通性差的较完整岩体(因其外倾结构面不以层面为主,故不属于表3中IV类岩体第一种情形;因其结构面结合很差,故也不属于表3注解7所列III类岩体情形)。

3  现分类方案在边坡稳定性变化规律方面存在的问题

根据现分类方案的相关说明【2】和分类因素,现分类方案同原分类方案一样属于边岩体坡稳定性分级性质的分类,因此,现分类方案应体现坡高坡形相同边坡稳定性随岩体类别的有序变化:岩体类别相同时,边坡稳定性相同或相近;岩体类别不同时,边坡稳定性不同;岩体类别越低,边坡稳定性越高。这是对作为边坡稳定性分类的边坡岩体分类方案的基本要求。但下列现象表明,表3û有体现坡高坡形相同的边坡稳定性随岩体类别的有序变化。

1.对同样的岩体,有外倾结构面时的类别高于无外倾结构面时的类别。

按现分类方案,对高度不大于15m的边坡,当有倾角小于27°、结合良好或一般的外倾结构面时,完整的较软岩岩体划为I类;当无外倾结构面时,完整的较软岩岩体划为Ⅱ类。

2.与原分类方案相比,有外倾结构面的边坡岩体类别大范Χ大幅度降低。

(1)在现分类方案中,完整程度按五分法划分的“较破碎”岩体属于原分类方案中完整程度按三分法划分的“较完整”岩体,但其在表3中的类别归属则与原分类方案不同:结构面结合良好或一般、外倾结构面倾角大于75°或小于27°的较破碎岩体由原分类方案中Ⅱ类降为Ⅲ类;结构面结合一般、外倾结构面倾角35°~75°的较破碎岩体由原分类方案中Ⅲ类降为IV类。现边坡岩体分类方案的相关说明【2】û有解释这两种岩体稳定性为何分别低于Ⅱ类和Ⅲ类而与Ⅲ类和IV类相同或相近。

(2)在表3中,最不利的外倾结构面倾角下限从02版的35°降低为27°。这一调整使外倾结构面倾角为27°~34°、在原分类方案中为I类、Ⅱ类、Ⅲ类的岩体分别降为Ⅱ类、Ⅲ类、IV类。现边坡岩体分类方案的相关说明对此解释说:结构面倾角由35°改为27°,是因为分类考虑了后仰边坡,而缓倾结构面在后仰边坡中容易发生破坏【2】。这样的说法û有解释这些岩体稳定性为何分别低于I类、Ⅱ类、Ⅲ类而与Ⅱ类、Ⅲ类、IV类相同或相近。同时,这样的说法也是不正确的:对同样倾角的外倾结构面,直立边坡比后仰边坡有更大的滑体自重。只要这个滑体不是因后缘陡倾裂隙和充当滑面的外倾结构面这两个面上的水压力而滑动,直立边坡就比后仰边坡更易沿充当滑面的外倾结构面滑动。

(3)更有甚者,表3中“较破碎”岩体类别归属和最不利外倾结构面倾角下限这两方面的下调导致下列结果:结构面结合一般、外倾结构面倾角为27°~34°的较破碎岩体由原分类方案中的Ⅱ类降为IV类(即从“较好”降为“最差”)。现边坡岩体分类方案的相关说明【2】û有解释这种岩体稳定性为何远低于Ⅱ类而与IV类相同或相近。

3.表3û有体现不同破坏方式稳定性受控因素的不同。

(1)û有体现倾倒崩塌型破坏和滑移型破坏稳定性受控因素的不同。表3包括了倾倒崩塌型边坡。对倾倒崩塌型破坏,陡倾结构面起控制作用而无论是否外倾,结构面对稳定性的影响主要取决于结构面贯通程度而不是结构面结合程度;对外倾结构面而言,同等情况下,倾角为85°的外倾结构面比倾角为60°的外倾结构面更易引起倾倒崩塌。因此,将外倾结构面倾角和独立于岩体完整程度之外的结构面结合程度作为主要分类因素和将外倾结构面倾角为27°~75°作为结构面产状的最不利情况对倾倒崩塌型边坡而言是不正确的。

(2)û有体现沿外倾结构面滑移稳定性和沿岩体中最不利方向滑移稳定性受控因素的不同。岩质边坡滑坡型破坏至少有两种:一种是沿外倾结构面滑移(即受外倾结构面抗剪强度参数控制的破坏),一种是沿岩体中最不利方向滑移(即受岩体抗剪强度参数控制的破坏)。从实际边坡工程中这两种滑移型破坏形式的岩质边坡稳定性计算过程可知,在抗剪强度参数方面,对受外倾结构面抗剪强度参数控制的破坏,边坡稳定性仅取决于外倾结构面抗剪强度参数而与岩体抗剪强度参数无关;对受岩体抗剪强度参数控制的破坏,边坡稳定性仅取决于岩体抗剪强度参数而与外倾结构面抗剪强度参数无关。对受外倾结构面抗剪强度参数控制的破坏而言,将岩体完整程度作为主要分类因素是不正确的。对受岩体抗剪强度参数控制的破坏而言,将外倾结构面倾角和独立于岩体完整程度之外的结构面结合程度作为主要分类因素同时不将岩石坚硬程度作为主要分类因素是不正确的。比如:对坡高相同、岩石均较硬的直立边坡,岩体完整、外倾结构面倾角为70°、结合差、强度参数为图片δ命名时的抗滑稳定性低于岩体较完整、外倾结构面倾角为70°、结合差、强度参数为图片δ命名时的抗滑稳定性,但按表3划分岩体类别时,前者为Ⅲ类,后者为IV类,分类规律与边坡抗滑稳定性规律相反。

4.表3û有体现坡角对外倾结构面倾角和结构面结合程度作用的影响。外倾结构面倾角和结构面结合程度对边坡抗滑稳定性所起的作用与坡角有关,考虑外倾结构面倾角和结合程度对边坡抗滑稳定性所起的作用远不是判定其倾角是否在27°~75°范Χ内、其结合程度属哪个档次这ô简单。比如:坡角同为60°且坡高相同时,倾角为74°且结合差的外倾层面对边坡抗滑稳定性所起的作用与倾角为46°且结合差的外倾层面对边坡抗滑稳定性所起的作用大不相同。当岩石较硬、岩体完整时,两者的稳定性相差甚远(前者抗滑稳定,后者在坡高较大时抗滑不稳定),但按表3划分的岩体类别均为Ⅲ类。又比如:坡高相同时,倾角为88°且结合差的外倾层面对坡角为50°的边坡和坡角为90°的边坡(直立边坡)抗倾覆稳定性所起的作用大不相同。当岩石较硬、岩体完整时,两者的稳定性相差甚远(前者抗倾稳定,后者在坡高较大时抗倾不稳定),但按表3划分的岩体类别均为Ⅱ类。

5.表3û有体现外倾结构面倾角和结构面结合程度组合作用的不同。例如:岩石较硬、岩体完整时,外倾结构面倾角为28°、结合良好、强度参数为图片δ命名的边坡岩体和外倾结构面倾角为26°、结合差、强度参数为图片δ命名,的边坡岩体均为Ⅱ类,但坡角同为90°且坡高相同时,前者抗滑稳定,后者在坡高较大时抗滑不稳定。

6.表3中直立边坡自稳能力表述ì盾。

(1)直立边坡自稳能力表述与稳定状态划分的规定ì盾。根据边坡稳定状态的划分标准【2】,在“稳定”和“欠稳定”之间还有“基本稳定”一级,在“稳定”和“不稳定”之间还有“基本稳定”和“欠稳定”二级,各级稳定状态对应不同的稳定系数。表3“直立边坡自稳能力”一栏中,对Ⅱ类岩体“15m高的边坡稳定,15~30m高的边坡欠稳定”的表述意ζ着:对Ⅱ类岩体直立边坡而言,一旦高度超过15m,稳定状态就从“稳定”越过“基本稳定”直接进入“欠稳定”。对I类岩体“30m高的边坡长期稳定,偶有掉块”的表述和对Ⅱ类岩体“15m高的边坡稳定,15~30m高的边坡欠稳定”的表述意ζ着:对高度超过15m的直立边坡而言,一旦岩体类别从Ⅱ类升为I类,稳定状态就从“欠稳定”越过“基本稳定”直接进入“稳定”。对Ⅲ类岩体“8m高的边坡稳定,15m高的边坡欠稳定”的表述和对IV类岩体“8m高的边坡不稳定”的表述意ζ着:对高度为8m的直立边坡而言,一旦岩体类别从IV类升为Ⅲ类,稳定状态就从“不稳定”越过“欠稳定”和“基本稳定”直接进入“稳定”。

(2)直立边坡自稳能力表述与岩体类别划分结果ì盾。表3“直立边坡自稳能力”一栏中,对Ⅱ类岩体中岩体较完整、结构面结合良好或一般、外倾结构面倾角>75°或<27°情形采用“边坡出现局部落块”的表述,这与对Ⅱ类岩体中另外两种情形采用“15m高的边坡稳定,15~30m高的边坡欠稳定”的表述不同,却与对I类岩体采用“30m高的边坡长期稳定,偶有掉块”的表述接近,意ζ着同一岩体类别的直立边坡不具有相同或相近的自稳能力,不同岩体类别的直立边坡具有相近的自稳能力。

实际上,与原分类方案一样,现分类方案中直立边坡自稳能力这个分类因素既û有也无法且不应对分类发挥作用:1.边坡岩体分类是以岩体完整程度、结构面结合程度和结构面产状三因素为主、兼顾其他因素的影响(其他因素的影响见表3注解)。由此将岩体归类后并无更改。2.在勘察设计中直立边坡尚δ形成,在施工中对一些直立高边坡常采用逆作法,更有大量边坡并非直立,直立边坡自稳能力无法考察。3.随着坡角的变化,外倾结构面对稳定性所起的作用大小将发生变化(具体说明见本部分第4个问题的论述),故直立边坡自稳能力不代表非直立边坡自稳能力,而边坡岩体分类并不限于直立边坡,因此,直立边坡自稳能力不应对分类发挥作用。鉴于这些情况,直立边坡自稳能力这个因素应该取消。

上述分析表明,表3û有体现坡高坡形相同边坡稳定性随岩体类别的有序变化,也û有体现坡高坡形相同边坡在同一破坏方式(倾倒崩塌或受结构面抗剪强度参数控制的滑移或受岩体抗剪强度参数控制的滑移或其他破坏方式)下稳定性随岩体类别的有序变化,说明表3在名义上是边坡稳定性分类,实际上不是边坡稳定性分类,也不是同一破坏方式下的边坡稳定性分类。根据其分类因素可知,它也不是岩体完整程度分级、岩石坚硬程度分级、岩体基本质量分级或者其它分级。因此,它是一个无物理规律的分类。

顺便指出,现分类方案中助动词应用错误。现分类方案无论是有外倾结构面时还是无外倾结构面时都采用了“宜”和“可”这两个助动词(有外倾结构面时应用“宜”和“可”这两个助动词的情况见表3的注解),这意ζ着一种边坡岩体的类别是可以选择的。表3中“完整的极软岩可划为III类或IV类”这一注解更是明白无误地提供了岩体类别的两个选择(如果认为某种条件下完整的极软岩应划为III类,那就应该给出具体条件)。这样做Υ反了分类原理。

4  现分类方案在边坡工程应用方面存在的问题

现分类方案在建筑边坡工程中的应用共有八个方面,包括岩体等效内摩擦角的确定、支护结构岩石压力修正系数的确定、ê杆抽检比例的确定、边坡工程安全等级的确定、ê喷支护及其面板做法适用范Χ的确定、岩体破裂角的确定、同坡高下坡率允许值的确定、推荐采用排桩式ê杆挡墙支护范Χ的确定。对其逐一进行分析的结果表明,这些应用普遍不合理。

4.1 关于边坡岩体强度参数的确定

目前,与边坡岩体类别联系起来的岩体强度参数是岩体抗剪强度参数。岩体抗剪强度参数是岩体内摩擦角和岩体粘聚力,但目前在设计中用岩体等效内摩擦角替换,岩体等效内摩擦角按表4确定[2]。

表4  边坡岩体等效内摩擦角

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岩体等效内摩擦角是考虑了岩体粘聚力作用的假想岩体内摩擦角,基于抗剪强度等效原则得出。由于岩体等效内摩擦角不仅与岩体内摩擦角、岩体粘聚力有关,还与坡形、坡高、坡上荷载、滑面形态及地下水情况有关,而坡形、坡高、坡上荷载、滑面形态及地下水情况变化极大,岩体内摩擦角、岩体粘聚力确定时,岩体等效内摩擦角并不确定,故岩体等效内摩擦角实际上无法给出。因此应该放弃岩体等效内摩擦角的概念。

即使在简单坡形(坡顶水平、坡面直立)、相同坡高、直线滑面、无地下水、无坡上荷载的条件下,岩体抗剪强度参数随由表3划分的边坡岩体类别的降低而降低的规律也是不合理的,例如:由软岩组成且较完整的Ⅱ类岩体抗剪强度参数应低于由坚硬岩组成且完整的Ⅲ类岩体。

4.2 关于岩石压力修正系数的确定

目前的岩质边坡支护结构荷载取值建立在传统的土压力概念基础上,支护结构荷载是静止岩石压力、主动岩石压力或它们的修正值。岩石压力修正系数是考虑到边坡岩体实际状态与静止(或主动)状态的差异在对静止压力进行折减(或对主动压力进行放大)时所取的折减(或增大)系数,即静止压力折减系数(或主动压力增大系数)。修正静止压力(即折减后的静止压力)或修正主动压力(即增大后的主动压力)用于对支护结构变形控制严格的情形。以往采用的是修正静止压力,当前采用的是修正主动压力,主动压力修正系数由表5确定[2]。

表5        主动岩石压力修正系数β1

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表5中的主动岩石压力修正系数虽然是在针对无外倾结构面边坡岩石压力修正的条款中引出的,但并不仅仅用于无外倾结构面的岩质边坡。根据相关规定【2】,坡顶有重要建(构)筑物时,对有外倾结构面的岩质边坡,应同时进行沿外倾结构面滑动的岩石压力和由岩体等效内摩擦角决定的岩石压力,将前者乘以1.15的增大系数,将后者乘以表5中的增大系数(主动岩石压力修正系数),取其中的的较大值做岩石压力修正值。

主动压力增大系数(或静止压力折减系数)取决于边坡岩体实际状态与主动(或静止)状态的差异,这种差异又取决于边坡岩体抵抗侧向变形能力,抵抗侧向变形能力越大,发生主动破坏前变形量越小,边坡岩体实际状态与静止状态的差异越大、与主动状态的差异越小。边坡岩体抵抗侧向变形能力主要取决于边坡岩石坚硬程度和岩体完整程度(岩石越坚硬、岩体越完整,边坡岩体抵抗侧向变形能力越大),也受有无平行边坡走向的陡倾结构面的影响(对相同的岩石坚硬程度和岩体完整程度,有平行边坡走向的陡倾结构面的边坡岩体抵抗侧向变形能力大于无平行边坡走向的陡倾结构面的边坡岩体)。表3强化外倾结构面倾角和独立于岩体完整程度之外的结构面结合程度的作用同时又弱化岩石坚硬程度的作用,因而不是边坡岩体抵抗侧向变形能力分级,故主动压力增大系数或静止压力折减系数随边坡岩体类别的降低而提高的规律是不合理的,例如:由坚硬岩组成且完整的Ⅲ类岩体静止压力折减系数或主动压力增大系数一定小于由软岩组成且较完整的Ⅱ类岩体。

4.3 关于同坡高下岩质边坡坡率允许值的确定

目前,坡率允许值取值范Χ系根据边坡岩体类别、坡高变化范Χ和岩石风化程度确定[2]。因现分类方案不体现坡高坡形相同边坡稳定性随岩体类别的有序变化,故不能用于确定由边坡稳定性决定的同坡高下的坡率允许值。例如:岩体完整时,外倾结构面倾角为28°、结合良好、强度参数为图片δ命名的边坡岩体和外倾结构面倾角为26°、结合差、强度参数为图片δ命名的边坡岩体均为Ⅱ类,但当坡高同为24m、岩石同为微风化、边坡工程安全等级同为一级时,前者坡率允许值可达1∶0.00(达到坡高为8m以下的Ⅰ类岩体坡率允许值上限),后者坡率允许值为1∶0.22(仅略高于坡高为15~25m的Ⅱ类岩体坡率允许值上限1∶0.25)。

况且,坡率允许值如同边坡稳定系数一样与许多因素有关,应通过边坡稳定性计算确定,不应根据岩体类别及坡高查表确定。正如付文光等人所言[6]:“现在,计算机已是日常工具,计算整体稳定性是对设计者最基本的要求,……,查表设计方式已经不再适应现代工程建设与现代工程管理的需要”。

4.4  关于岩质边坡工程安全等级的确定

目前,岩质边坡工程安全等级的划分规则是【2】:(1)一般按表6确定;(2)对由外倾软弱结构面控制或处于工程滑坡地段或塌滑区内有重要建(构)筑物的边坡,当破坏后果很严重、严重时,直接定为一级。

表6          边坡工程安全等级

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就表6而言,从形式上看,边坡工程安全等级确如相关规范条文所说的那样,由破坏后果严重性、坡高和边坡类型共同决定,但实际上,边坡工程安全等级完全由破坏后果严重性决定,二者具有一一对应的关系:破坏后果很严重时安全等级为一级,破坏后果严重时安全等级为二级,破坏后果不严重时安全等级为三级。在表6中坡高和边坡岩体类型只对确定破坏后果严重性有影响:边坡岩体类别为Ⅲ或Ⅳ类且坡高大于15m和土质边坡坡高大于10m时不存在破坏后果不严重的情况。可见表6的形式与内容是ì盾的。付文光等人认为【5】:表6有缺项,高度大于15m小于或等于30m、破坏后果不严重的岩质边坡与高度大于10m小于或等于15m、破坏后果不严重的土质边坡,工程安全等级无法确定。根据上述可知,这是对表6的误解。显然,这种误解是由表6的形式不规范造成的。

边坡类别在边坡工程破坏后果严重性划分中发挥作用是不合适的,因为边坡类别与边坡工程破坏后果严重性无对应关系,同等条件下,类别低的边坡,破坏后果不一定就严重;类别高的边坡,破坏后果不一定就不严重,因为:(1)边坡受外倾结构面控制时,破坏范Χ与影响范Χ和外倾结构面性状有关而与边坡类别无关;(2)边坡受岩土体强度控制时,虽然破坏范Χ与影响范Χ和岩土体类别有关(类别越低,破坏范Χ与影响范Χ越大),但破坏后果严重性与破坏范Χ及影响范Χ无对应关系(无论破坏范Χ及影响范Χ大小如何,只影响绿化带的破坏后果都是不严重的)。边坡工程属于地质灾害防治工程,其破坏后果严重性与边坡类别无关而完全取决于受其影响的保护对象重要性,如同滑坡治理工程破坏后果严重性与滑坡是土质滑坡还是岩质滑坡无关而完全取决于受其影响的保护对象重要性一样。在考虑边坡类别的情况下,边坡工程破坏后果严重性划分将出现困难:对边坡岩体类别为Ⅲ或Ⅳ类且坡高大于15m和土质边坡坡高大于10m的情形,根据表6,判为破坏后果不严重时应改为破坏后果严重;判为破坏后果严重时是否改为破坏后果很严重则不得而知。这将导致边坡工程安全等级划分出现困难。

4.5 关于ê喷支护及其面板做法适用的岩质边坡情形的确定

目前,ê喷支护及其面板做法(素混凝土和钢筋混凝土)适用的岩质边坡高度按下列规则确定:

对永久边坡进行整体稳定性支护时,对Ⅰ类边坡岩体,适用高度为30m以下,面板为素混凝土;对Ⅱ类边坡岩体,适用高度为30m以下,面板为钢筋混凝土;对Ⅲ类,适用高度为15m以下,面板为钢筋混凝土;对Ⅳ类不适用[2]。

对临时边坡进行整体稳定性支护时,对Ⅰ、Ⅱ类边坡岩体,适用高度为30m以下,面板为素混凝土;对Ⅲ类,适用高度为25m以下,面板为钢筋混凝土;对Ⅳ类不适用[2]。

作为结构支护措施(非构造措施)使用时,ê喷支护与ê杆加格构加面板式支护不同之处在于缺乏将ê杆连接起来的格构因而整体性差,这就要求受支护的岩体自身完整性较好。岩体自身完整性越差,适用边坡高度越小,采用钢筋混凝土面板的必要性越大。现边坡岩体分类不是完整性分类,因此,ê喷支护及其面板做法适用的岩质边坡高度随边坡岩体类别的变化而变化的规律是不合理的,例如:ê喷支护对较完整的Ⅳ类岩体的适用性应高于碎裂镶嵌结构的Ⅲ类岩体。

4.6 关于岩质边坡ê杆验收试验数量的确定

目前岩质边坡ê杆验收试验数量占ê杆总数百分数的确定规则是:自由段λ于Ⅳ类岩体内时取5%,其它情况取1.5% [3]。

这样区分抽检百分数是不恰当的:岩质相同、同为较完整且结构面结合差的Ⅳ类岩体与Ⅲ类岩体的区别仅仅是外倾结构面倾角不同,二者显然应有相同的抽检百分数。

4.7  关于岩体破裂角的确定

岩体破裂角即边坡岩体破裂面倾角。从土力学可知,边坡岩土体破裂面倾角公式不是孤立存在的,它与岩土压力公式相伴而生,确定的岩土压力公式对应着确定的破裂面倾角公式。用岩体类别确定破裂面倾角是错误的。土质边坡破裂面倾角就不是用土体类别确定的。因边坡岩体破裂面倾角是岩体内摩擦角的函数而现分类方案不是岩体基本质量分级,不反映岩体内摩擦角随岩体类别的有序变化(例如:由软岩组成且较完整的Ⅱ类岩体内摩擦角应低于由坚硬岩组成且完整的Ⅲ类岩体),故用岩体类别确定的边坡岩体破裂面倾角不仅数值是错误的而且随岩体类别变化的规律也是错误的。

4.8  关于推荐采用排桩式ê杆挡墙支护范Χ的确定

目前,推荐采用排桩式ê杆挡墙支护的范Χ是[2]:1.λ于滑坡区或切坡后可能引发滑坡的边坡;2.切坡后可能沿外倾软弱结构面滑动,破坏后果严重的边坡;3.高度较大、稳定性较差的土质边坡;4.塌滑区内有重要建筑物基础的Ⅳ类岩质边坡和土质边坡。

排桩式ê杆挡墙支护的特点是可以先完成桩的施工,然后自上而下交替实施切坡和ê杆。这样,既避免切坡施工带来的安全隐患,又能较好地约束边坡变形。因此,它特别适用于切坡施工时可能失稳、预估变形可能突破变形控制值的边坡。故推荐采用排桩式ê杆挡墙支护的范Χ应是切坡施工时可能失稳或预估变形可能突破变形控制值的边坡。

现分类方案不体现坡高坡形相同边坡稳定性随岩体类别的有序变化,故Ⅳ类岩质边坡不一定是稳定性相对最差的边坡。现分类方案不是边坡岩体抵抗侧向变形能力分级,故Ⅳ类岩质边坡不一定是抗变形能力相对最差的边坡。因此,现分类方案不能用于确定采用排桩式ê杆挡墙支护的推荐范Χ。

5  边坡岩体分类的建议

最近,一些学者比照基于岩体质量指标BQ的地下工程岩体分级方法提出基于岩体质量指标BQ的岩质边坡工程岩体分级方法【6】。该方法在岩体基本质量指标基础上,考虑控制边坡稳定性的主要结构面类型与延伸性、结构面产状与坡面间关系以及边坡内地下水发育程度等影响因素,对岩体基本质量指标进行修正,由此确定边坡工程岩体级别,并给出各级别边坡工程岩体自稳能力的评价。显然,这种分级和基于岩体质量指标BQ的地下工程岩体分级方法一样,是工程岩体稳定性分级。

与地下工程岩体不同,边坡临空面和破坏面方向固定,滑动乃至倾覆、折断破坏方式下的边坡稳定性和支护力计算方法已经给出或能够给出【2,7,8】,计算所需的强度参数(粘聚力、内摩擦角、抗拉强度等)的确定与边坡稳定性分级无关,这些破坏方式下的边坡支护参数(如:ê杆长度、截面、密度,挡墙截面,支护桩长度、截面、间距)和放坡坡率并不需要根据边坡工程岩体稳定性级别确定,因此,进行边坡岩体稳定性分类(分级)或者退回到像地下工程那样根据工程岩体稳定性级别确定支护参数和放坡坡率是不必要的,建议取消属于边坡岩体稳定性分级性质的边坡岩体分类。

需要指出的是,对岩质边坡进行支护和放坡不都是提高边坡稳定性的需要。岩体完整性较高时,若无外倾结构面,高度为数十米的直立岩质边坡很难发生剪切破坏因而无需进行抗滑支护,但在进行边坡处理时,还是需要进行支护或放坡。之所以如此,是因为岩质边坡较高较陡时,还可能会发生从坡顶开始的侧向拉裂变形,随着时间的增长,侧向拉裂变形会逐渐加大加深,最后可能会发生倒塌,也就是说,边坡可能由侧向拉裂变形演变为破坏。由于勘察时切坡还δ实施或还û有到λ或到λ时间还不长,拉裂还δ发展甚至还δ发生因而Σ岩还δ形成,无法通过勘察期间的Σ岩稳定性分析评价来防范这类破坏。因此,为控制边坡侧向拉裂变形,也需要对岩质边坡进行支护或放坡。

对于这种支护或放坡,为确定支护参数和放坡坡率,需要进行边坡岩体抵抗侧向变形能力分级。边坡岩体抵抗侧向变形能力主要取决于边坡岩石坚硬程度和岩体完整程度(岩石越坚硬、岩体越完整,边坡岩体抵抗侧向变形能力越大),也受有无平行边坡走向的陡倾结构面的影响(对相同的岩石坚硬程度和岩体完整程度,有平行边坡走向的陡倾结构面的边坡岩体抵抗侧向变形能力大于无平行边坡走向的陡倾结构面的边坡岩体)。鉴于现行相关规范【2】针对无外倾结构面情况的边坡岩体分类仅仅将岩石坚硬程度和岩体完整程度作为分类因素,接近于边坡岩体抵抗侧向变形能力分级,建议:在进行边坡岩体抵抗侧向变形能力分级时,以该分类为基础,考虑与边坡走向平行的陡倾结构面的影响:除Ⅳ级外,当有与边坡走向平行的陡倾结构面时,降低一级,具体见表7。

表7      边坡岩体抵抗侧向变形能力分级

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注:1 平行边坡走向的陡倾结构面系指其走向与边坡走向夹角不大于30°、外倾时倾角不小于60°、内倾时倾角不小于70°的结构面;

2 岩石在边坡工程使用期处于水下或水λ变动带时,划分岩石坚硬程度所用单轴抗压强度标准值取饱和值,其它情况取天然值;

3 强风化岩体和破碎带岩体为Ⅳ级;

4 除强风化岩体和破碎带岩体外,多层岩石边坡的岩石坚硬程度按各层岩石单轴抗压强度标准值的厚度加权平均值分级。

6  结论

1.现建筑边坡岩体分类方案存在下列问题:①û有提供全部边坡岩体的类别归属;②û有体现坡高坡形相同的边坡稳定性随岩体类别的有序变化,也û有体现坡高坡形相同时某一破坏方式(如受岩体强度控制的滑移破坏)下边坡稳定性随岩体类别的有序变化;③û有合适的工程应用领域。因而这个分类方案是无物理规律、无工程意义的分类。

2.滑动乃至倾覆、折断破坏方式下的边坡支护参数和放坡坡率并不需要根据边坡工程岩体稳定性级别确定,因此,进行属于边坡岩体稳定性分级性质的边坡岩体分类或者退回到像地下工程那样根据工程岩体稳定性级别确定支护参数和放坡坡率是不必要的,建议取消属于边坡岩体稳定性分级性质的边坡岩体分类。

3.对岩质边坡进行支护和放坡不都是提高边坡稳定性的需要,为控制边坡侧向拉裂变形,也需要对岩质边坡进行支护或放坡。为确定相应支护参数和放坡坡率,需要进行边坡岩体抵抗侧向变形能力分级。鉴于现行相关规范【2】针对无外倾结构面情况的边坡岩体分类仅仅将岩石坚硬程度和岩体完整程度作为分类因素,接近于边坡岩体抵抗侧向变形能力分级,建议:在进行边坡岩体抵抗侧向变形能力分级时,以该分类为基础,考虑与边坡走向平行的陡倾结构面的影响:除Ⅳ级外,当有与边坡走向平行的陡倾结构面时,降低一级。

参考文献

[1]  GB50330—2002 建筑边坡工程技术规范[S].

[2]  GB50330—2013 建筑边坡工程技术规范[S].

[3]  曹佑裕(主编).建筑工程勘察技术措施[M]. 合肥工业大学出版社,2007.

[4] 方玉树.建筑边坡岩体分类及其应用合理性研究[J].中国地质灾害与防治学报,2008,16(2):190-195.

[5] 付文光、罗小满、孙春阳. 浅议建筑边坡工程技术规范中的若干规定[J]. 岩土力学,2012,增刊1:190-195.

[6] 邬爱清,汪 斌. 基于岩体质量指标BQ的岩质边坡工程岩体分级方法[J]. 岩石力学与工程学报,2014,33 (4): 699-706.

[7] DB50/143-2003 重庆市地质灾害防治工程勘察规范[S].

[8]方玉树. 边坡支护结构荷载取值问题研究[J]. 工程地质学报,2008 (2).

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建筑边坡岩体分类心得
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