红层堆积体高边坡坡体结构及变形规律

1、第29卷增1 岩石力学与工程学报V ol.29 Supp.1 2010年5月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering May,2010红层堆积体高边坡坡体结构及变形规律王唤龙1,孙毅2,周德培1,肖世国1(1. 西南交通大学土木工程学院,四川成都 610031;2. 四川省交通厅广元巴中高速公路工程建设指挥部,四川广元 628000摘要:红层堆积体高边坡是红层地区一种特殊的边坡型式。广元到巴中高速公路沿线分布有广泛的红层堆积体高边坡,从红层堆积体的改造过程入手,根据地质条件复查,依据坡顶形态,将沿线的红层堆积体分成:M型、双M型和单侧型

2、;按照土体类型和结构堆积型式分为:层状堆积体、块石土堆积体、黏土层下卧块石土堆积体和块石土黏土中夹杂大孤石4种类型。根据现场调查资料并辅以MIDAS/GTS有限元分析软件,详细分析4种类型的开挖变形破坏特征。所有堆积体均存在坡体浅表层局部滑塌,其中层状堆积体中主要以顺层整体牵引式滑动为主,而在块石土和以黏土构成的堆积体中则主要出现圆弧状滑动面和沿基岩方向的平面滑动。含有孤石的坡体变形和破坏型式,受内部孤石的大小和位置不同而变化明显。堆积体边坡的具体变形特征除与堆积体结构特征有很大关系以外,还要受到其下卧基岩面的形状、倾角等因素影响。地质复查和数值模拟的结果显示,红层堆积体高边坡变形特征和破坏型

3、式也与红层软岩地区同样具有多样化的特点。对进一步分析红层堆积体高边坡病害模式和灾害机制提供基础,也为红层堆积体地区设计开挖支护方法的研究提供依据。关键词:边坡工程;红层堆积体;高边坡;坡体结构;变形特征中图分类号:P 64 文献标识码:A 文章编号:10006915(2010增1288708 SLOPE STRUCTURE AND EXCA V ATION DEFORMATION REGULARITY OF HIGH SLOPE COMPOSED WITH RED BED ACCUMULATION BODYWANG Huanlong1,SUN Yi2,ZHOU Depei1,XIAO Shig

4、uo1(1. School of Civil Engineering,Southwest Jiaotong University,Chengdu,Sichuan610031,China;2. Guangyuan-Bazhong Expressway Project Construction Headquarters,Sichuan Provincial Communications Department,Guangyuan,Sichuan628000,ChinaAbstract:The high red bed accumulation body slope is a particular t

5、ype in red beds areas. It is widely distributed in GuangyuanBazhong expressway. Starting from the reform process of red bed accumulation body,and based on the geological checking investigation,the red bed accumulation body is divided into M type,double-M type and single side type by slope top shape;

6、and at the same time,the red bed accumulation body is divided into layered accumulation body,mass rock and soil accumulation body,clay layer beneath mass rock and soil accumulation body,mass rock and clay mix up big solitary stone by soil types and accumulation types. The excavation deformation char

7、acteristics of the four types are analyzed through the field survey data and assisted by MIDAS/GTS (MIDAS/geotechnical and tunnel analysis system. The superficial partial slumps appear in all the types of accumulation body slopes. In layered accumulation body,tractive consequent landslide is the mai

8、n pattern of sliding. While circular sliding face and plane sliding along the bedrock appear in the accumulation body which includes mass rock and soil or clay. The slope deformation and failure types with solitary stone changed obviously by variety of size and location of inside solitary stone. The

9、 geological checking investigation and numerical simulation results also show that besides structure type of accumulation body,the shape of bedrock and obliquity can also affect the deform characteristics. The characteristic of red bed accumulation body has the same收稿日期:20090114;修回日期:20090328基金项目:四川

10、省交通厅科研资助项目(SC20070104 2888 岩石力学与工程学报 2010年diversification with the red bed slope. The results provide a basis for analyze the disease patterns and mechanism, and also provide a foundation for the design of red bed accumulation body area.Key words:slope engineering;red bed accumulation body;high slop

11、e;slope structure;deformation regularity1 引 言红层主要分布于西南、华中、华南和西北地区,是一种具有特殊地质力学性质的岩体,开挖后坡体的自稳能力很差,导致红层地区路堑高边坡工程在施工期间和施工后,不断出现滑坡、溜坍、风化剥落等病害18。红层地区公路建设难度较大,地质灾害频繁,尤其是大量的经坡积及冲洪积等作用形成的堆积体,对公路的顺利建设及安全运营都有着极为重要的影响。广巴高速公路工程位于四川北部山区,全线148.7 km,存在诸多的红层堆积体高边坡问题,其开挖稳定性是工程实践中极为关注的重要问题。结合工程具体实际情况,对沿线26处的红层堆积体开挖高边坡

12、(坡高超过10 m所处的地形地质状况进行了进一步的现场实地复查和初步评估。红层堆积体的主要堆积形式有层状堆积、土石混合堆积,堆积体多是红层的砂、泥岩崩塌堆积物,岩质软弱、抗风化能力很差,力学性质对地下水的敏感性强。边坡的物理、力学性质离散性大,受其中充填物质的含量和特性控制。这种边坡即使开挖高度低、坡度缓,其自稳能力也很差,对于高边坡容易造成工程病害,尤其是在降雨作用下更为严重。周应华等9,10对红层软岩已经进行了详细的分类,但对于红层堆积体的分类则仅以地表形状为依据,并且现有观点1115多认为红层堆积体形态较为单一,滑坡变形规律和灾害机制比较简单,均没有深入分析研究,通过对广巴高速公路地质情

13、况复查,发现红层堆积体分布形态多样化,变形规律各有不同。2 红层堆积体改造过程红层边坡坡体结构主要经过两部分后期改造,一是地球内力作用的改造,二是外力作用改造,其中主要包括风化、剥蚀、降水、流水和重力等。红层堆积体的产生以及产生后的物理改造均为外力作用的结果。(1 风化及剥蚀作用在降雨、冻融、温度、阳光、生物等的综合作用下,特别是长期反复的干湿效应、气温波动、阳光交替,导致原坡体表面以及堆积体浅层岩土体酥裂、剥落、掉块,堆积至坡体下部并产生新的风蚀表面反复循环,使得红层堆积体坡度逐渐减缓。堆积体地区的岩体以泥岩、砂岩为主,风化特性明显,特别是软硬互层地区,泥岩、砂岩抗风化性能有所差异,风化作用

14、将泥岩剥蚀后,形成向岩体内部的凹槽,随着深度不断加大,导致上部砂岩悬空,形成危岩,最终拉断,导致滚石、崩塌等灾害。(2 降水作用对于已形成的红层堆积体,内部多为黏土、块石土等,亲水性强,同样水敏感性也强。堆积体位置一般多处于山间沟谷,为主要汇水地段,强降水条件下,大量降水渗入堆积体,甚至使部分土体达到饱和状态,减弱土体强度指标,黏聚力和内摩擦角急剧减小,引起局部滑坡,形成新的堆积体。(3 流水作用在暂时性和长期流水冲刷作用下,原始边坡或堆积体边坡下部被侵蚀,特别是受风化作用明显的坡体,内部有大量松散物质,这种掏蚀作用使得上部坡体物质又重新堆积,并牵拉上方土体下滑并堆积,构成新的风化表面,逐步形

15、成新的堆积物。(4 重力作用无论是风化作用还是流水作用,重力都会导致松散物质顺坡体表面滑落或带动整个坡体下滑,特别是风化较强的碎裂状岩体剥落,浅表层滑塌。另外,对于层状边坡,重力引起顺层岩体后部拉裂,并沿软弱层面下滑;或引起反倾岩体构造节理张开,在各种综合作用下填充泥质物,降低抗剪强度。3 红层堆积体边坡坡体结构特征胡厚田和赵晓彦10在“红层边坡岩体结构类型划分的依据”中提到必须考虑上覆堆积层的红层边坡岩体的二元结构,红层软岩在长期内力地质作用和外力地质作用下,形成了各种第四系堆积物。周应华9也将带有覆盖层的红层堆积体按堆积体和坡顶形状主要分为两类:(1M形堆积土和层状边坡岩体二元结构;(2

16、双M形堆积土和层状边坡岩体第29卷增1 王唤龙,等. 红层堆积体高边坡坡体结构及变形规律 2889 二元结构,如图1(a,(b所示。 (a M型(b 双M型(c 单侧型图1 堆积体3种型式Fig.1 Three types of accumulation body从图1可知:(1M型结构上部为红层的松散堆积物,多为块石黏土,厚15 m;下部河湖相砂岩、泥岩、粉砂岩互层,二者接触面常向临空面倾斜。(2 双M型结构上部堆积层多为崩坡积、滑坡堆积物(块石黏土,厚315 m,下部为河湖相砂岩、泥岩、粉砂岩等互层,二者接触面常倾向临空面。(3 单侧型,在对广巴路进行的地质复查中,特别是在东河和木门河沿岸

17、大量存在一种单侧型二元结构,如图1(c所示。结构上部多为崩坡积层,由含角砾的低液限黏土、块石质土和块石夹土构成,横坡坡度为20°30°,斜坡中部一般分布有呈带状的缓坡平台,堆积层厚度为825 m;下部为河湖相砂岩、泥岩、粉砂岩等互层,二者接触面倾向临空面,且上陡下缓,场地高差一般较大。根据堆积体中土体类型及堆积结构形式,将红层堆积体分为4种类型。3.1 层状堆积体此类红层堆积体高边坡坡体结构表现为较强的层理性,表层多碎裂,堆积层主要由强风化砂岩构成,呈褐红色,层间结构面多表现为硬性结构面,有时也有一定的黏土物质填充于层间,形成软弱结构面。层体由于风化强烈,完整性较差,具有较

18、强的透水性。根据层理面与开挖坡面倾向的关系不同,可分为近水平层状(倾角不大于15°、顺倾层状、反倾层状、斜交层状等多种边坡坡体结构型式。其中前两种边坡的开挖稳定性状况一般较差,尤其是顺倾层状结构,开挖边坡极易沿顺倾层理面向下滑动变形。后2种边坡开挖后往往沿层体内部脆弱的结构面失稳,由于堆积体强度指标已经很低,外部环境对结构面影响作用较大。层状堆积体典型坡体如图2所示。3.2 块石土堆积体这类堆积体高边坡的坡体材料主要由块石夹土构成的,其中块石多由砾石、强风化砂岩碎块组成,呈褐红色,而土质部分主要由黏粒构成,具有低液 图2 层状堆积体Fig.2 Layered accumulation

19、 body限,多呈褐土黄色,硬塑半硬状。该类堆积体中密状态,稍湿,透水性好,细观结构并不均匀,堆积体下卧基岩。该类土层一般位于近地表的一定范围内,常常由较厚的残坡积块石土和强风化砂页岩及下伏砂岩、局部灰岩组成的路堑高边坡,覆盖厚度可能较大,因而形成的堑坡高度也可能较高,但坡体结构较为简单,从地质力学模型角度来看,可概括为“上较软下较硬的2层类均质材料”的坡体结构。块石土堆积体典型坡体如图3所示。 图3 块石土堆积体Fig.3 Mass rock and soil accumulation body3.3 黏土层下卧块石土堆积体这种堆积体边坡上层为黏土层、下层为块石土的堆积体型式,堆积体下卧强弱

20、风化的基岩。其中上面的黏土层主要为第四系的含角砾低液限黏性土,层内结构极不均匀,承载力低,压缩性变化大,透水性较好。下面的块石土多由砾石、强风化砂岩碎块夹杂一定的黏粒组成,呈褐红色,层内结构极不均匀,透水性较好。这类开挖边坡坡体结构可近似看成由三类物质构成,最下面为较为坚硬基岩,中间为较为软弱的类均质的碎石土,上部为很软弱 2890 岩石力学与工程学报 2010年的类均质黏性土。这样,坡体结构特征可表述为“上很软中较软下较硬的三层类均质材料”的边坡。黏土层下卧块石土堆积体典型坡体如图4所示。 图4 黏土层下卧块石土堆积体Fig.4 Mass rock and soil beneath clay

21、 layer accumulation body3.4 块石土黏土中夹杂大孤石堆积体在四川省内的红层堆积体还存在一种特殊的形式,即块石土黏土堆积层中会出现大的孤石,其下则为强弱风化的基岩。其中块石多为较大直径的砾石、强风化砂岩碎块等,呈褐红色,其间夹杂有低液限黏土,多呈褐土黄色。块石土覆盖的较大的孤石多为风化砂岩,孤石大小不等,块石土和黏土的覆盖厚度变化较大,致使堆积体的结构性表现得极不均匀。这类边坡的坡体结构较为复杂,下部较为坚硬的基岩可近似视为类均质体,但上部的堆积体则一般不能简单的均匀化处理,其中的大孤石同覆盖其的块石土力学性质差异较大。此类堆积体高边坡坡体结构可简单概括为“上为软硬差异

22、较大的非均质体下为较坚硬的类均质体”。块石土黏土中夹杂大孤石堆积体典型坡体如图5所示。 图5 块石土黏土中夹杂大孤石堆积体Fig.5 Mass rock and clay mix up big solitary stone4 开挖高边坡变形破坏特征斜坡变形一般可以分为卸荷回弹和斜坡蠕变2种方式。斜坡失稳破坏的基本模式包括崩落(塌、滑落(坡和(侧向扩离15。红层堆积体边坡破坏一般由小到大逐步扩展并经历若干周期的反复而形成。在多数情况下,开挖引起堆积体边坡出现始于坡脚的牵引式滑动变形,但是堆积体边坡的具体变形特征除与堆积体结构特征有关外,还要受到其下卧基岩面的形状、倾角等因素影响。根据现场调查结果

23、发现,26个高边坡中,无论由何种岩土体构成,在开挖及地表水作用下,都存在着坡体浅表层局部滑塌的变形模式。沿线红层堆积体浅表层均为低液限黏土或块石土,对于这种类型的堆积体边坡,局部滑塌变形一般呈圆弧型,破坏剪出口不一定位于坡脚,一般在坡体中部出现,滑体后缘部分变形大于前缘,后缘会出现较为明显的拉裂缝。而对于层状堆积体的浅表层变形破坏,均由表层结构面强度较低造成,变形边界不规则,也无规律可循。此类变形特征示意图如图6所示。(a (b图6 堆积体浅表层局部滑塌示意图Fig.6 Schematic diagram of superficial partial slump of accumulation

24、 body红层堆积体边坡中的层状堆积体中砂岩、泥岩或粉砂质泥岩互层,内部构造与红层软岩边坡中软硬岩体互层相似。利用有限元分析软件MIDAS/GTS 分析时,在其他条件不变时,顺层堆积体开挖变形影响范围随着结构面的黏聚力或内摩擦角的增大逐渐减小,坡体结构面抗剪强度指标c,对坡体的开挖变形影响显著。当c值小于某一限值时,坡体失稳,随着黏聚力c值增大,坡体趋于稳定,当c 值增加到一定值时,坡体稳定性增加速度趋于0。对于内摩擦角也有相同规律。但对于反倾堆积体的数值模拟中,人为构造贯通节理面的偶然性较大,所以对于层状堆积体边坡的变形特征及分类,主要根据大量红层软岩相关文献对红层地区层状岩体的变形特征及规

25、律的总结,结合现场调查做出的。另外3种堆积体类型,是红层堆积体高边坡工程中特有的形式,依据坡体结构特征,结合现场调查情况和相关地勘报告,并对部分典型高边坡横断基岩基岩块石土或黏土堆积体层状堆积体第29卷增1 王唤龙,等. 红层堆积体高边坡坡体结构及变形规律 2891 面采用MIDAS/GTS进行了数值模拟,将不同堆积体开挖变形特征细分如下。4.1 层状堆积体由于堆积体间有较为显著的层理结构,其中软弱层理面是受力的薄弱环节,在开挖卸荷作用下,边坡的变形受层理面的力学性质影响很大。在各种层状结构的边坡中,顺倾层状堆积体边坡的变形发展对坡体稳定性最为不利。在顺层条件下,开挖作用使坡脚处产生应力集中,

26、坡体下部易产生剪切滑移变形,于是牵引后部的开挖边坡主要顺着软弱层面向下滑动,滑动坡体的位移变化具有整体性的特点,坡体前缘与后缘的变形几乎一致。坡体开挖后,首先前部坡体失稳,然后逐步向后发展,坡体破坏形式为牵引式顺层剪切滑动破坏。坡体顺层滑动破坏的剪出口可能出现在坡面中下部。开挖临空面的变形量最大,向坡体内变形逐渐减小,坡体变形主要表现为沿层间滑移。在距离坡顶一定深度范围内存在变形松动区。岩层产状、岩层走向与线路走向夹角以及优势结构面抗剪强度等因素对坡体开挖变形特征有着明显的影响。随着线路走向与岩层走向夹角的变化(保持同一岩层倾角,坡体位移场会产生较大的变化。当线路走向夹角与岩层走向夹角为0时,

27、坡体会出现较大的水平位移,且分布区域较广;随着夹角增大,虽然局部地方出现了较大位移,但坡体塑性区有减小的趋势,坡体稳定性逐渐增强。设计开挖放坡坡度一般为11.2511.50,对于完整性较好的反倾层状堆积体,开挖后普遍稳定性较高。但完整性较差的反倾堆积体,主要是沿结构面的失稳问题。结构面的发育程度,尤其是贯穿型结构面的发育程度对边坡的稳定性有重要的影响;开挖后强风化表面临空,在边坡上的任何位置均可能产生掉块、崩落等现象,同时导致上部岩体失去下部支撑,发生连锁反应,从原岩体中剥落。开挖边坡变形破坏主要有整体滑移失稳和局部岩体滑移失稳。层状堆积体边坡的变形特征示意如图7所示。图7 层状堆积体变形特征

28、示意图Fig.7 Schematic diagram of layered accumulation body这一类型的典型工点有K72+260+360和K74+244+316,两工点均位于旺苍县出城方向,中心最大挖深10 m左右,场地属浅中切割剥蚀构造单面低山地貌,东河左岸斜坡崩坡积层连续分布。根据地质调查及钻探揭露,区内地层有:(1 第四系全新统崩坡积层(c+dl4Q;(2 第四系全新统一阶河流冲积层(al41Q;(3 第四系全新统近代河流冲积层(al42Q;(4 侏罗系中统遂宁组(J2sn。侏罗系中统遂宁组(J2sn中岩性由粉砂质泥岩构成,分布于整个场地,卧于松散层下,出露于河流两侧谷坡

29、的较陡地段。棕红色为主,砖红色少量。结构不均,局部泥质或粉、细砂质分别富集。偶见裂隙,裂隙面附黑色锰质薄膜。岩石具饱水软化、脱水开裂特征。顺倾层状及近水平反倾层状堆积体边坡如图8,9所示。 图8 K72工点顺倾层状堆积体边坡Fig.8 Consequent layered accumulation body slope of site K72 图9 K74工点近水平反倾层状堆积体边坡Fig.9 Nearly horizontal anti-dip angle layered accumulation body slope of site K744.2 块石土堆积体在开挖卸荷作用下,当堆积体厚度

30、较小时,开挖边坡易沿顺倾的基岩面产生滑动变形,通常先在坡脚处产生剪切滑移,坡体后缘被牵引随之产生向前向下的蠕动变形,位移达到一定程度后坡体易失滑动方向滑动方向 2892 岩石力学与工程学报 2010 年 稳，由于堆积体整体沿着顺倾的基岩面滑移，坡体 后缘与前缘的变形量具有一定的同步性。当堆积体 厚度较大时，由于块石间存在一定的黏性颗粒，因 而开挖边坡的滑移面常会出现在堆积体内部，形成 圆弧形滑移面。这时坡体的滑移同样具有牵引式的 特征，但坡体后缘的位移量一般大于前缘。此类边 坡的变形特征示意如图 10 所示。随着开挖施工步的 进展，坡体位移整体表现为先逐渐增大，再逐渐减 小，最后趋于稳定，在距

31、离坡面一定深度范围内存 在变形松动区。 Fig.11 滑动方向 厚层堆积体 基岩 (a (b 厚层堆积体 滑动方向 基岩 (b K78+160 断面 图 11 块石土堆积体水平位移云图(单位：m Horizontal displacement diagram of mass rock and soil accumulation body(unit：m 4.3 黏土层下卧块石土堆积体 对于这类结构的坡体，一般黏土层较厚，在开 挖卸荷作用下，整个边坡的最下面的坡脚处块石土 层中会出现剪切滑移，从而牵引带动其后部的边坡 向下向前滑动，在坡体后缘易出现张拉裂缝，裂缝 常常会出现在浅层的黏土层中，边坡整

32、体会以圆弧 滑动面向下滑移变形。若块石土层较薄，也会出现 在坡体后部黏土层中沿圆弧状滑面滑移变形，而在 坡体前缘的块石土层中呈平面式滑移变形。另外， 当黏土层厚度很大时，也会出现在黏土层内部的圆 弧式滑移变形，这时滑动剪出口位于 2 种不同土层 分界线处。无论哪种滑动变形状况，坡体后缘的位 移量都会大于坡体前缘的位移量。此类边坡的变形 特征示意图如图 12 所示。随着开挖施工步的进展， 在坡体滑移变形过程中，坡体位移整体表现为先逐 渐增大，再逐渐减小，最后趋于稳定，在距离坡面 一定深度范围内存在变形松动区。 Fig.10 图 10 块石土堆积体变形特征示意图 Schematic diagram

33、 of mass rock and soil accumulation body 这一类型的典型工点有 K53+860，K78+160 和 K87+100+280 等，其中 K53+860 断面主要为厚层 堆积体下卧基岩情况，堆积体以块石土为主，对开 挖无支护的边坡采用 MIDAS/GTS 进行数值模拟， 块石土 = 21 kN/m3，c = 10 kPa， = 25° = 800 ，E kPa， = 0.3，屈服准则采用莫尔库仑屈服准则， 强度折减法计算，观察坡体破坏形式，并得到边坡 安全系数为 0.863，在堆积体内部出现基本呈圆弧状 的滑动面，坡体水平位移如图 11(a所示。K

34、78+160 工点为薄层块石土堆积体下卧基岩情况， 块石土 = 21 kN/m3， = 12kPa， = 26° E = 800 kPa， = 0.3， c ， 表明坡体稳定性较好， 但存 边坡安全系数为 1.538， 有潜在的拉裂区域和沿基岩方向的滑动面， 坡体水平 位移如图 11(b所示。 滑动方向 厚层堆积体 滑动方向 很厚的堆积体 薄块石土 基岩 (a 薄块石土 基岩 (b 图 12 Fig.12 黏土层下卧块石土堆积体变形特征示意图 and soil accumulation body Schematic diagram of clay layer beneath mass

35、 rock 这一类型的典型断面有 K16+800 +939 ， K17+250+330 和 K117+350+480 等，以 K17+284 断面和 K117+400 断面为例，分别建立数值计算模 型，莫尔库仑屈服准则，强度折减计算。厚层堆 (a K53+860 断面 积体主要以低液限黏土为主， 下部依次为块石土层、 第 29 卷 增1 王唤龙，等. 红层堆积体高边坡坡体结构及变形规律 2893 强弱风化基岩层。K17+284 断面，低液限黏土 = 的松动范围。如果孤石在开挖形成的坡面附近且全 部被软弱土质包裹，深度较浅时，孤石下方浅层滑 塌也容易造成孤石下部卸荷减载，导致孤石自身的 不稳定向

36、临空面发展位移，带动后部坡体变形。由 于大孤石的存在，这类边坡在滑动变形中所形成的 滑面的形状通常不规则，呈一般的曲面式滑移变 形。此类边坡的变形特征示意图如图 14 所示。 堆积体 大孤石 基岩 (b (c 堆积体 大孤石 基岩 18.16 kN/m ，c = 20.90 kPa， = 22° = 600 kPa， ，E 3 = 0.3，块石质土 = 20.3 kN/m ，c =17.25kPa， = 23° = 800 kPa， = 0.3，坡体安全系数为 1.238， ，E 潜在的近圆弧状滑面从坡脚向上部坡体内发展贯 通，水平位移如图 13(a所示。K117+400

37、断面，低 ，E 液限黏土 = 19.80 kN/m ，c = 27 kPa， = 13° = 3 3 600 kPa， = 0.3，块石质土 = 21.50 kN/m ，c = 18 kPa， = 30° = 800 kPa， = 0.3，坡体安全系 ，E 数为 1.263， 黏土层内部潜在滑面为曲面， 接近薄块 石土层面时为平面滑动，水平位移如图 13(b所示。 大孤石 堆积体 基岩 (a 3 图 14 块石土黏土中夹杂大孤石堆积体变形特征示意图 Fig.14 Schematic diagram of mass rock and clay mix up big solit

38、ary stone 这一类型的坡体尤以 K51+115+200 断面最为 显著，孤石尺寸从 0.52.0 m 不等，形状差异明显， 分布密集，开挖坡面后多有外露，见图 15，K51+ 150 断面附近坡面小范围内就有 3 个孤石露出。选取 K51+160 断面进行模拟。堆积体为低液限黏土， = (a K17+284 断面 20 kN/m3， = 15 kPa， = 10° E = 600 kPa， = 0.3， c ， 孤石视为线弹性体。坡体安全系数为 1.113，孤石未 处在潜在滑动体内，水平位移等值线在孤石附近有 一明显转折，水平位移云图如图 16 所示。 开挖后坡面上的孤石 (

39、b K53+440 断面 图 13 黏土层下卧块石土堆积体水平位移云图(单位：m Fig.13 Horizontal displacement diagram of clay layer beneath mass rock and soil accumulation body(unit：m 4.4 块石土黏土中夹杂大孤石堆积体 在开挖边坡形成后，在多数情况下，大的孤石 相对稳定，边坡的滑移主要是边坡浅表层的小的块 石土体在坡脚剪切滑动变形的带动下产生向下向前 的滑移变形，滑移后缘的位移变化较大。随着开挖 施工步的进展，坡体位移整体表现为先逐渐增大， 再逐渐减小，最后趋于稳定，在距离坡面一定深度

40、 范围内存在变形松动区。少数情况下，大的孤石自 身的稳定性较差，小的块石土向前滑移过程中，也 会带动不稳定的大孤石向前滑动甚至翻滚，进而导 致其后部的堆积体进一步向前滑移，边坡产生更大 Fig.16 Fig.15 图 15 K51+150 断面坡面 Excavate slope surface of K51+150 图 16 K51+160 断面水平位移云图(单位：m Horizontal displacement diagram of K51+160(unit： m 2894 岩石力学与工程学报 2010 年 mass in red bedsJ. Geology and Prospectin

41、g，2007，43(5：96 5 结 论 6 100.(in Chinese 彭柏兴，王星华. 红层残积土工程特性与应用J. 岩石力学与工程 学报， 2004， 23(增 1： 4054 408.(PENG Baixing， 4 WANG Xinghua. Application and engineering properties of residual soil of red bedsJ. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2004， 23(Supp.1：4 4054 408.(in Chinese 7 程 强，周永江，黄绍

42、槟. 近水平红层开挖边坡变形破坏特征J. 广巴高速公路全线红层堆积体高边坡密布，堆 积体可划分为层状堆积体、块石土堆积体、黏土层 下卧块石土堆积体和块石土黏土中夹杂大孤石四种 类型。堆积体边坡的具体变形特征除与堆积体结构 特征有关外，还要受到其下卧基岩面的形状、倾角 等因素影响。常见破坏型式有圆弧状整体破坏，直 线型破坏以及红层堆积体地区主要的浅表层滑塌、 掉块等。其中，顺倾层状堆积体主要产生牵引式的 整体滑动，反倾层状堆积体受到软弱结构面作用也 可能出现贯通节理面。而其他 3 种型式的厚层堆积 体主要产生内部圆弧状潜在滑面，浅层堆积体则在 坡体后部出现明显拉裂缝以及顺基岩的平面滑动。 含有孤

43、石的堆积体破坏型式受孤石尺寸大小和位置 影响比较显著。 对红层堆积体结构和变形的分类，打破了通常 认为红层堆积体型式单一，变形破坏模式简单的认 识，对进一步分析红层堆积体高边坡病害模式和灾 害机制提供基础，也为红层堆积体地区设计开挖支 护方法的研究提供了依据。 参考文献(References： 1 黄绍槟，程 强，胡厚田. 四川红层分布及工程环境特征研究J. 9 8 岩土力学，2004，25(8：1 3111 314.(CHENG Qiang，ZHOU Yongjiang，HUANG Shaobin. Distortion and failure character of excavation

44、 slope in approximate level red bedsJ. Rock and Soil Mechanics，2004，25(8：1 3111 314.(in Chinese 杨宗才，张俊云，周德培. 红层泥岩边坡快速风化特性研究J. 岩 石力学与工程学报，2006，25(2：275283.(YANG Zongcai，ZHANG Junyun，ZHOU Depei. Study of fast weathering characteristics of red bed mudstone slopeJ. Chinese Journal of Rock Mechanics and

45、Engineering，2006，25(2：275283.(in Chinese 周应华. 红层路堑边坡失稳机制及加固防护技术研究博士学位论 文D. 成都：西南交通大学，2006.(ZHOU Yinghua. Study of deformation mechanism and support of roadcut slope in red bedsPh. D. ThesisD. Chengdu：Southwest Jiaotong University，2006.(in Chinese 10 胡厚田，赵晓彦. 中国红层边坡岩体结构类型的研究J. 岩土工程 学报， 2006， 28(6： 68

46、9694.(HU Houtian， ZHAO Xiaoyan. Studies of rockmass structure in slope of red bed in ChinaJ. Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2006，28(6：689694.(in Chinese 11 程 强. 红层软岩开挖边坡致灾机制及防治技术研究博士学位论 文D. 成都： 西南交通大学， 2008.(CHENG Qiang. Study of excavation slope disaster mechanism and prevention techno

47、logy in red beds soft rockPh. D. ThesisD. Chengdu：Southwest Jiaotong University， 2008.(in Chinese 12 骆银辉，朱春林，李俊东. 云南红层边坡变形破坏机制及其危害防 治研究J. 岩土力学，2003，24(5：836839.(LUO Yinhui，ZHU Chunlin，LI Jundong. Research for distortion-destruction mechanism of slopes of red strata in Yunnan province and their hazard controlJ. Rock and Soil Mechanics，2003，24(5：836839.(in Chinese 13 赵建昌，李永和，吉随旺. 缓倾角红层路堑高边坡应力状态与防护 研究J. 岩石力学与工程学报，2005，24(增 2：5 7515 755. (ZHAO Jianchang，LI Yonghe，JI Suiwang. Study of stress state and protection of e