西南山区某公路边坡变形机制及破坏模式分析
摘要：通过地质调查地质勘察查明大永高速公路K25边坡水文地质与工程地质条件。对边坡特征、边坡变形机制、边坡破坏模式展开分析，得知边坡变形破坏主要受地质结构面、边坡坡比、地下水等因素控制。分析发现边坡变形机制主要为拉张变形、剪切变形、鼓胀变形、框架梁开裂等。边坡破坏模式分为楔形体破坏、鼓胀溃决、整体滑移三种。
关键词：边坡；边坡变形机制；边坡破坏模型；
1引言
我国是多山国家随着高速公路迅猛发展，建设过程中将面临大量边坡问题。而边坡形成条件、诱发原因、变形破坏机理和几何边界条件往往具有复杂性和不确定性，因此边坡破坏机制及破坏模式分析就显得很有价值。本文将以大永高速公路K25边坡为例，分析其变形机制及破坏模式，以此达到邻近工程类比借鉴意义。
2 边坡工程地质条件
该边坡属构造剥蚀残丘地貌，原始斜坡倾向北西，山顶浑圆，自然坡度约20～35°。边坡开挖断面呈近似“△”形。坡体顶部全～强风化玄武岩出露，第四系覆盖层较薄，山坡多为山地，偶有零星乔木，植被发育程度一般。
照片2-1 边坡全貌图（镜向SE）
根据地质调查及钻探揭露结果，该深挖路堑段范围内分布二叠系玄武岩组（Pβ）层，分为全风化、强风化、中风化。
边坡地下水类型主要为基岩裂隙水，主要赋存于二叠系玄武岩系（Pβ）玄武岩裂隙中。坡体内含水层不大，可能呈透镜体状，且地下水具有承压性。
3 边坡特征
边坡分七级，目前③～⑦级全部开挖完毕，仅①、②级局部未开挖，各级坡率均为1：0.75，分级边坡间设置有2m宽马道。边坡右侧为边坡滑塌形成的凹槽，左侧为小型冲沟。偶有零星乔木，植被发育程度一般。
边坡为岩质边坡，强风化玄武岩在区内广泛发育，岩体风化网状裂隙发育，呈碎裂状，局部呈散体状；中风化玄武岩主要分布于坡脚一带，岩体呈灰绿色，隐晶质结构，杏仁状构造，岩体呈镶嵌碎裂结构；全风化玄武岩发育较少，仅在边坡左侧代表处发育少许，节理裂隙极发育，岩体极破碎，基本风化呈土状。
4 边坡变形机制
最初发现边坡第三、四、五、六级多处坡面开裂，经过近几天的监控量测，观测点的高程和水平位置均有变化，原来的裂缝增宽增长，二~七级坡面裂缝增多（第七级坡脚也发现裂缝）。五天之后在边坡开挖线外5米处又发现裂缝。据工程地质调绘，边坡变形机制主要包括拉张裂缝、剪切裂缝、鼓胀变形、框架梁开裂等几类。
1、拉张变形：由于坡体岩土体风化强烈，岩体破碎，开挖后边坡发生卸荷张拉，导致边坡发育多条拉张裂缝，但最为典型的主要有三条LF4、LF5、LF6。LF4见于第三级坡面上，整体两端上翘中间下凹，延伸100余m，拉裂缝外倾85°～90°，缝宽3～6cm；LF6见于边坡左侧坡肩，距离边坡开挖线35m左右，顺边坡左侧（小里程侧）右岸坡发育，延伸方向NEE转EW向，延伸长度60余m，缝宽达2～8cm，深最大＞0.5m；LF6是区内发现规模最大的拉张裂缝；多处变形持续增加。
2.剪切变形：剪切裂缝在区内较为普遍，其中以裂缝LF1及LF3较为典型。LF1见于边坡左侧坡脚处，产状32°∠48°，延伸约10m，裂隙面基本闭合，充填有少量泥化膜，并可见明显擦痕，显示了其剪切性质，岩土体剪出约4～10cm。LF3主要见于边坡中间第一、第二级坡面，产状72°∠72°，延伸＞25m，裂隙面基本闭合，可见岩土体向坡外发生轻微剪切错动；变形持续增加。
3.坡面鼓胀变形：坡面鼓胀变形主要与拉张裂缝共生，该类变形在第二级边坡坡脚以及第三、第四级坡面拉裂缝发育处较为明显。在第四级边坡中间可见一处坡面鼓胀变形将钢筋笼挤弯，显示了边坡岩土体强大的推力。
4．框架梁开裂：第五、六、七级边坡岩体节理裂隙发育，呈碎裂状，开挖坡度大，边坡卸荷效应明显，尽管此三级边坡进行了支护，但仍没能避免框架梁开裂，尤其是第六级框架梁变形破坏多而严重。此外，随着框架梁破话的加剧，坡脚碎落台面亦局部开裂。
5 边坡破坏模式
1.楔形体破坏：根据结构面产状作持平投影进行楔形体破坏分析。可知，J2及J3与剖面大角度相交，对边坡稳定影响较小；J1与坡面小角度相交，且外倾，故J1对边坡稳定性影响较大；J2与J3的交线以及J1与J3的交线均落在坡面外，故这两组节理组合对边坡稳定性影响较小；而J1与J2的交线倾伏向与坡向一致，且倾伏角小于坡角，故该对结构面组合对边坡稳定性不利，可能沿交线滑动产生楔形体破坏。
2.鼓胀溃决：该类变形破坏发生的可能条件是存在与剖面斜交的结构面（如J1），且该结构面有一定的外倾分量，边坡开挖后在卸荷作用或边坡岩土体的挤压作用下，结构面上部岩土体鼓胀变形，随着应变的逐步积累，最终边坡发生溃决破坏。边坡左侧坡脚如不
加以治理，该处鼓胀变形最终可能演化成溃决破坏。
3.整体滑移：由于边坡左侧坡肩处出现一条长大拉裂缝，变形不断加剧，且该侧岩土体风化较强、力学性质较差，长此以往该处发生规模性变形破坏的可能性较大。从主断面上来看，坡上发育两条较大裂缝，一条是拉张裂缝，一条是剪切裂缝，且第三级边坡发育一条较宽揉皱带，岩体极为破碎，坡内节理密布，一定条件下节理裂隙可能贯通起来，从而形成潜在滑面，最终导致边坡整体滑移。
通过以上分析研究结合边坡变形实际观测成果，讨论建议边坡治理方案为削坡+人字格+截排水沟综合处治。
6 结论
（1）边坡变形机制主要包括拉张裂缝、剪切裂缝、剪切-拉张裂缝、鼓胀变形、框架梁开裂等形式。
（2）边坡破坏模式分为楔形体破坏、鼓胀溃决、整体滑移三种类型。
（3）通过边坡勘察，边坡特征分析，边坡变形机制及边坡破坏模式分析，给出边坡治理方案为削坡+人字格+截排水沟综合处治。
参考文献：
[1]陈祖煜.土质滑坡稳定分析———原理方法程序[M].北京：中国水利水电出版社，2003：533 - 560.
[2] 周翠英，刘祚秋，董立国，等.边坡变形破坏过程的大变形有限元分析[J] 岩土力学，2003，24 4：644-652.
[3]王洪兵，姚磊华，文海.基于FLAC_3D_进行堆载作用下边坡稳定分析[J].勘察科学技术，2012，4：5 -10.
[4]王洪兵，杜飞翔.基于层次分析法进行边坡治理方案优化研究[S].中外公路，2014，5（34）：44-48.
作者简介：王洪兵（1986-07）男，云南昆明，硕士研究生，工程师，从事公路工程地质勘察设计及地质灾害防治研究工作。
云南省交通运输厅科技项目（NO.云交科教[2017]33）资助
