摘要： 以G312线界古公路K2326+600～K2327+150段边坡病害整治工程为工程背景，在地质结构特征调查、室内试验和数值仿真模拟的基础上，分析了边坡失稳以及边坡崩塌的主要原因；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破坏变形模式，为同类边坡工程提供了值得借鉴的分析方法。
Abstract： Taking the side slope disease repairing engineering of G312 line boundary old highway K2326+600～K2327+150 section as the background and based on the geological structure characteristics investigation， laboratory test and numerical simulation， the reasons for slope instability and slope collapse are analyzed. The GDEM software which can do whole process simulation from continuous deformation to explosive movement is used to study the stability and deformation modes. Worthy analysis method for similar slope engineering is provided.
关键词： 公路；边坡；病害机理；崩塌
Key words： highway；side slope；disease mechanism；collapse
中图分类号：U213.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）30-0075-02
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。
参考文献：
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