拜读了我国一位工程地质勘察专家的一个PPT。这位专家对6个边坡案例进行了分析,让人们对这6个边坡的变形破坏表现印象深刻,可惜的是,每个案例的分析,对岩土人将来如何做好类似边坡的变形破坏防范工作,均未给出正确的有实质内容的关键性指引。希望本文有所弥补。
1.某外倾层面倾角为15度的岩质边坡在采用锚杆挡墙支护后发生平行坡向的滑动。
这是因为:勘察人把外倾层面倾向与坡向有不大夹角的切向坡双面滑动这种破坏方式漏掉了,误以为这种切向坡的破坏方式只有受岩体强度控制的破坏这一种,未对其中以层面为主要滑面的双面滑动这种破坏方式进行稳定性分析,导致设计人未对以层面为主要滑面的双面滑动这种破坏方式采取防范措施。
这位专家却判断:勘察人确定岩层产状不准确,导致外倾层面倾向与坡向夹角由小于30度变成32度,从而把顺向坡变成了切向坡。这说明,这位专家同样有外倾层面倾向与坡向有不大夹角的切向坡的破坏方式只有受岩体强度控制的破坏这一种的错误认识,同时,这位专家对顺向坡和切向坡概念,或者说,对用以划分顺向坡与切向坡的外倾层面倾向与坡向夹角30度这个界限值有深深的误解。
请教这位专家,如果将来遇到外倾软弱层面倾向与坡向夹角为31~41度中的某个值,且排除量测有误可能的情形,是否就可以判断破坏方式只有受岩体强度控制的破坏这一种,不必担心出现其中一面为层面的双面滑动呢?
这位专家当年是阻止采用按稳定性公式反算法计算抗滑支护结构岩土荷载的重庆边坡规范发布的先锋。无论是按顺层滑动模式设计还是按双面滑动模式设计,若稳定系数小于稳定安全系数而大于或等于1,按国标《边坡规范》2013版算得的锚杆挡墙岩土荷载(主动岩石压力)均为0,请教这位专家,锚杆挡墙设计如何保证边坡不发生滑动呢?
由此可见,对防范边坡的这种破坏,这位专家没有给出正确的指引。
2.某个坡率约为1:2的填方边坡发生沿岩土界面的滑动。
原因在于:在填土与基岩之间存在一层可塑~软塑状残坡积粉质黏土和淤泥质土,导致沿其滑动方式下的稳定性不满足要求,根本不存在地基承载力的事情。因此,填方边坡设计应通过采取各种措施(例如:清除较陡基岩面上的粉质黏土和淤泥质土并将基岩面做成台阶),保证其在各种滑动方式下的稳定性满足要求,如此即可。
这位专家却说:这种滑动也有填土下方的残坡积粉质黏土和淤泥质土地基承载力不足的原因,填方边坡设计不仅要考虑边坡稳定性,还要进行填土下方土质地基承载力验算,让地基承载力满足要求。这说明,这位专家对地基概念有深深的误解。
请教这位专家,姑且抛开有无地基承载力问题不论,该填方边坡设计时,对位于基岩面与填土之间、顶底面高程、尺寸和形态变化不定的残坡积粉质黏土和淤泥质土,如何进行地基承载力验算呢?专家以前是否对类似情形做过地基承载力验算呢?
由此可见,对防范边坡的这种破坏,这位专家没有给出正确的指引。
3.某个由五级台阶组成、各阶坡率为1:0.75、总高度超过38米的岩质边坡发生平推式滑动。
原因在于:卸荷导致裂隙形成或扩展,并成为地表水渗入通道,水对软弱层面进行软化并产生裂隙水压力和滑面水压力。勘察人把平推式滑动这种破坏方式漏掉了,没有进行相应稳定性分析,设计人自然没有采取防范平推式滑动的措施。
从上到下逐级开挖是一个切坡高度逐渐增大、卸荷裂隙逐步增多增大的过程,因此,靠在开挖过程中查找并封闭张开的后缘裂隙,并在坡内设置泄水孔,来防范平推式滑动是靠不住的。开挖到位后,平推式滑动随时可能发生,不会等待我们用这些措施来阻止,因此,靠在开挖到位后采取这些措施来防范平推式滑动更是靠不住的。为防范平推式滑动,需要在各级台阶开挖之前就采取支挡措施(即采取预支挡措施)。
这位专家却认为:平推式滑动不难预防,在开挖后,查找并封闭张开的后缘裂隙,并在坡内设置泄水孔即可。他可能是把平推式滑坡的治理措施当预防措施来用了。
由此可见,对防范边坡的这种破坏,这位专家没有给出正确的指引。
4.某外倾68度的顺层岩质边坡在采用锚杆挡墙支护后发生溃屈破坏。
这是因为:勘察人把顺层放坡形成的层面不临空的顺向坡溃屈破坏这种破坏方式漏掉了,没有进行相应稳定性分析,设计人自然没有采取防范溃屈破坏的措施,只针对设计坡率下受岩体强度控制的破坏设计锚杆挡墙,相应支护强度自然不满足防范溃屈破坏要求。
这位专家却认为,溃屈破坏是因为没有采用预应力锚杆造成的。按这位专家的逻辑,勘察人把顺层放坡形成的层面不临空的顺向坡溃屈破坏这种破坏方式漏掉,不进行相应稳定性分析,是正确的;设计人不进行溃屈破坏这种破坏方式下的支护结构岩土荷载计算也是正确的;锚杆无预应力就预防不了溃屈破坏。
这位专家当年是阻止采用了按稳定性公式反算法的重庆边坡规范发布的先锋。如果溃屈破坏模式下稳定系数小于稳定安全系数而大于或等于1,按国标《边坡规范》2013版算得的锚杆挡墙岩土荷载(主动岩石压力)均为0,请教这位专家,锚杆挡墙设计如何保证边坡不发生溃屈破坏呢?
由此可见,对防范边坡的这种破坏,这位专家没有给出正确的指引。
5.某个有68度外倾层面、高达近百米的泥岩边坡,按1:1坡率分级放坡并采用格构锚固、TBS护坡以及截排水措施后,发生显著变形。
这是因为:对这种极高边坡而言,1:1的分级放坡坡率显著大于坡率允许值,导致边坡发生卸荷拉裂。勘察人没有意识到这一点,提供了过高的坡率允许值,对放坡坡率超过允许值的情况未要求进行抗拉裂变形支护,加上国标《边坡规范》2013版对这种坡高坡率下的边坡支护无明确规定,使得所设计的格构锚固强度不足以防范拉裂变形。
这位专家依据别的专家所言“传统的基于极限平衡理论的“强度稳定性”是变形发展到累进性破裂阶段滑动面基本形成后的状态,而对绝大多数高边坡而言,滑动面是伴随变形-破裂发展而逐渐孕育的,在变形的初期或一定阶段滑动面尚未形成也就不存在所谓的传统的“强度稳定性”问题。因此,岩石高边坡稳定性评价应该采用“变形稳定性分析'的途径”,认为:“对于这种没有明显外倾结构面控制的超高边坡,滑动面尚未形成,采用现行规范判定其破坏模式,按强度稳定性问题考虑,存在明显的不合理”,必须采用变形稳定性分析取代强度稳定性分析。但他又不说明如何进行变形稳定性分析。
这就带来以下问题:
(1)滑动面尚未形成的边坡非常之多,即使是滑坡治理,也常常遇到同时防范滑坡沿既有滑面再滑动和防范滑体沿内部不利方向滑动的问题。按照这位专家的意思,一般岩土人由于不掌握变形稳定性分析方法,不仅对没有明显外倾结构面控制的超高岩质边坡,而且对所有不受外倾结构面控制的坡体,都缺乏有可操作性的应对之策。后者与无数边坡工程和滑坡治理工程实践不符。
(2)库仑剪切定律和抗剪强度参数就是用于各种岩土体的抗剪强度验算的。按照这位专家的意思,岂不是除滑动面已经形成的情况之外,库仑剪切定律和抗剪强度参数没有用武之地?岂不是对破碎极破碎、按某个坡率放坡的超高边坡进行强度稳定性分析,对单轴抗压强度小于1MPa的超高岩质边坡进行强度稳定性分析是错的?岂不是对不受结构面控制的地基进行承载力计算和验算,对不受结构面控制的边坡进行抗滑支护结构岩土荷载计算也是错的?结构构件强度验算也不是针对既有破坏面的,按照这位专家的意思,岂不是进行结构构件强度验算也是错的?滑动面尚未形成的边坡不仅可以而且应当进行强度稳定性分析(只是对其中的那些强度稳定性极高的边坡可以只做定性分析),失稳控制可以和变形控制并行,相互补充。
(3)十年前的重庆边坡规范报批稿采用了变形和失稳双控概念下的边坡治理新思维,其中,抗拉裂变形支护结构岩土荷载计算采用静止岩土压力修正法,不涉及岩体等效内摩擦角和岩体破裂角概念和取值。对超高边坡,只要通过论证得到抗拉裂变形坡率允许值,就能在放坡坡率超过抗拉裂变形坡率允许值的情况下,计算出抗拉裂变形支护结构岩土荷载。这位专家既然主张对没有明显外倾结构面控制的超高边坡,用变形稳定性分析取代强度稳定性分析,为何在当年极力阻止重庆边坡规范发布,反对在变形和失稳双控概念下,对抗拉裂变形支护结构岩土荷载计算采用静止岩土压力修正法,取代类似于强度稳定性分析的以岩体等效内摩擦角为强度参数的主动岩石压力法,且至今不认为做错了呢?
由此可见,这位专家不仅没有对防范边坡的这种变形给出有实质内容的关键性指引,而且无意中制造了边坡治理和滑坡治理乃至地基基础工程的难题和混乱。
6.某个低缓填土边坡造成位于填土中的桥墩偏移。
原因在于:雨水渗入地下后使倾斜基岩面上的粉质黏土软化,加上填土表面有与基岩面倾向一致的地形,造成松散填土朝桥墩所在原始斜坡坡向蠕动,这种蠕动对图中桥墩左侧是指向桥墩,对图中桥墩右侧是背离桥墩;松散填土地面沉降差造成的桥墩两侧土压力差,松散填土的剪缩和填土地面低矮坡状形态共同造成的松散填土三向压缩,也有助于松散填土朝桥墩所在原始斜坡坡向偏移。
因此,避免桥墩明显偏移的措施是让填土不接触桥墩或者在填方之前先清除倾斜基岩面表土、将倾斜基岩面做成台阶式,并在施工过程中显著提高填土的密实度。
这位专家谈原因时只说沿基岩面的剪应力造成土体向坡下运动,加上填土地面不均匀沉降,导致桥墩偏移,而未讲出道理,好像其他方向(包括倾向与基岩面相反)的面上没有剪应力似的;谈教训时只说“边坡工程除了必须保证自身安全稳定外,尚应考虑其对邻近建(构)物的不利影响”,不讲如何避免或减轻对邻近建(构)物的不利影响。
除非通过开挖把基岩面整平,否则沿倾斜基岩面的剪应力始终存在。按这位专家的意思,岂不是除了将填土与桥墩隔离开来,桥墩的偏移就无法避免了?
由此可见,对防范边坡的这种变形,这位专家没有给出有实质内容的关键性指引。
关于文章提到的重庆边坡规范报批稿的主要内容(包括失稳和变形双控概念下的边坡治理新思维),详见《边坡规范修改建议》一书。