《建筑边坡工程技术规范中有关岩石恻向压力计算的思路》郑颖人 方玉树

'岩土工程界　第5卷　第12期岩土论坛专家论谈《建筑边坡工程技术规范》中有关侧向岩石压力计算的思路郑颖人　方玉树(中国人民解放军后勤工程学院)　　国标《建筑边坡工程技术规范》(GB50330-1　建筑边坡岩石压力的理论计算方法2002)已于2002年8月正式颁布施行。该规范是在重庆市地方标准《建筑边坡支护技术规范》(DB50/1.1　岩质边坡的破坏型式5018-2001)基础上发展的。规范的对象主要是城规范中将岩质边坡按其破坡型式分为滑移型与镇建设中施工开挖或者填方形成的边坡。这种边坡崩塌型,大多数边坡属于滑移型破坏。滑移型破坏的特点是规模较小,土质边坡坡高一般在15m以又分为有外倾结构面(硬性结构面与软弱结构面)与下,岩质边坡坡高一般在30m以下。当坡高较大无外倾结构面的情况(均质岩体、破碎岩体与只有内时,常采用分阶的办法处理。本规范的重点是岩质倾结构面的岩体)。有外倾结构面岩体,其破坏特征边坡的设计与施工,特别适用于我国广大山区的建是沿结构面发生单面滑动或双面滑动。无外倾结构设,尤其是我国西部及福建、广东等省。面岩体中均质岩体只有极软岩才有可能滑塌,裂隙目前在计算建筑边坡支护结构侧向岩石压力很多的破碎岩体包括碎裂岩、强风化岩与散体状岩时,常采用库仑或朗金土压力公式,而不区分岩质边体与土类似,也可视作均质岩体。上述无外倾结构坡与土质边坡的不同。面岩体的破坏特征与土坡相似,对垂直边坡将沿着设计中岩土不分,无论岩体完整性如何,结构面倾角为45°+φ/2的破裂面下滑或沿圆弧形破裂面是外倾还是内倾,都采用同样的岩石压力与支护参下滑。只有内倾结构面的块状岩体一般不会发生滑数,这必然会造成边坡工程的很大浪费。一些具有塌破坏,只可能发生坡面局部破坏。较高水平的设计人员,也凭自己的经验,对完整性较崩塌型边坡中巨块危岩主要是沿陡倾大裂隙或好的岩体采用综合内摩擦角,以减少支护费用。软弱结构面倾倒或坠落。小块危岩主要是按结构面岩土不分不仅会导致支护结构设计偏于保守,的不利组合而发生坠落、掉块。危岩的稳定性定量也会导致设计偏于不安全。例如:设计的锚杆长度评价,由于有许多不确定性因素,评价的可靠性很不够,没有通过岩体的真实滑裂面使边坡发生滑动。差,因而未列入规范中。有外倾软弱结构面的岩质边坡常在施工中或竣工不1.2　岩石压力的理论计算公式久出现滑塌。有些倾角不利、结合差的外倾硬性结1.2.1　沿外倾结构面滑移时的岩石压力构面的岩质边坡常在竣工后数年内出现滑塌,此时(1)计算模式:外倾结构面一般指结构面倾向与建筑物已经建成,边坡失稳造成的后果往往很严重。坡面倾向指向临空面且二者较角小于30°的结构本规范提出边坡支护结构侧向岩石压力计算的面,岩体有可能沿外倾结构面滑落,由于建筑边坡坡两种途径。一种途径是依靠以往的经验,为此,依据高不大,因而可认为结构面是贯通与平直的,并认为定性定量指标对边坡岩体进行恰当分类,并采用经结构面走向平行于坡面。当外倾结构面条数等于或验公式进行计算。另一种途径是从理论上寻求岩石多于两条时,结构面既可能沿一条结构面发生单面压力计算方法。为此,从实际观察到的边坡岩体破滑落,也可能沿两条结构面发生双面滑落。双面滑坏机理出发,依据岩体力学的观点,推导出作用在支落是一个空间问题,使计算增加了不定因素且更为护结构上的岩石压力计算公式,并提出确定抗剪强复杂,然而按双面滑落算出的岩石压力小于按单面度参数的合理方法。通过这两种计算方法保证在外滑移算出的岩石压力,所以不考虑双面滑移,按单面倾结构面处于不利状态时仍能保证边坡的安全,避滑移计算,并选各外倾结构面相应岩石压力计算结免事故的发生,同时又能按实际岩体稳定情况,计算果中的大值作为边坡的岩石压力。出合理的支护参数,大幅度减少支护工程量。〔收稿日期〕　2002-09-2313 岩土论坛GEOTECHNICALENGINEERINGWORLDVOL.5No.12(2)岩石压力公式的推导:岩石压力公式的推导2.1　边坡岩体稳定性分类是基于岩体沿破裂面的极限平衡,公式的推导与库进行边坡岩体稳定性分类的目的,一是评估岩仑公式类似,只不过通过边坡坡底边缘的破裂面是体的稳定性,二是估算支护形式和数量。倾角已知的结构面,不必象库仑公式那样用数学上影响边坡岩体稳定性的因素主要是岩体的完整求极值的办法求得破裂角。与库仑公式不同的另一性、结构面产状以及结构面的结合程度。从岩体完特点是推导中不仅考虑了结构面的内摩擦角,而且整性来说,完整性越差,边坡岩体稳定性越差;从结考虑了粘结力c值。构面产状来说,结构面外倾时,其倾角越接近45°+(3)沿外倾软弱结构面滑移时的岩石压力计算:φ/2对边坡岩体稳定性越不利;从结构面的结合程当外倾软弱结构面较陡时,其计算方法与上相似,如度来说,结合越差,对边坡岩体稳定性越不利。本规不采取措施,经常在施工中就发生滑落。当结构面范根据上述3个因素对边坡岩体稳定性进行分类。缓倾时,硬性结构面一般不易发生滑落,但软弱结构其中岩体完整性根据结构面发育程度(组数和平均面却可能滑落,从实践中知道,结构面一般不会无限间距),结构类型、完整性系数和岩体体积结构面数延伸,因而需视当地实际情况,按经验确定结构面延等定性定量指标综合评定,划分完整、较完整和不完伸长度。整3个档次。结构面产状划分为结构面内倾、结构1.2.2　无外倾结构面岩质边坡岩石压力计算面外倾而倾角>75°、35°～75°或<35°三种情况。结无外倾结构面岩质边坡,一般以岩体等效内摩构面结合程度划分为结合良好、结合一般、结合差、擦角按侧向土压力方法计算侧向岩石压力。等效内结合很差4个档次。在进行分类时,岩体完整、结构摩角选取见后述工程经验法,破裂角取45°+φ/2,面内倾或结构面外倾而倾角>75°或<35°、结构面其中φ为岩体内摩擦角。结合良好或结合一般分别视为在岩体完整性、结构1.3　硬性结构面c、φ值的确定面产状和结构面结合程度方面属于良好的情况,而在岩石压力计算公式确定后,关键的问题是选岩体较完整、结构面外倾且倾角为35°～75°、结构面用较准确的结构面强度参数。结构面强度参数尤其结合差则分别视为在岩体完整性、结构面产状和结是c值的选取对边坡岩石压力计算结果影响极大,构面结合程度方面属于不好的情况,岩体不完整、结当c值取低值时,可能岩石压力很大,而稍取高一合很差的情况单独考虑。些时,则岩石压力可能为零,因而合理选取c、φ值由此,将边坡岩体分为4类,Ⅰ类属于极稳定十分重要。当c值取高值时,岩石压力一般由经验(30m高边坡能保持稳定),Ⅱ类属于稳定(15m高计算法控制,反之由理论计算法控制。确定结构面边坡能保持稳定),Ⅲ类属于中等稳定(8m高边坡c、φ值最好是通过现场测试,然而现场测试价格昂能保持稳定),Ⅳ类属于不稳定。当上述3个因素均贵,规范只对一级边坡要求进行测试。当边坡已发属于良好时,边坡岩体划分为Ⅰ类;当上述3个因素生塌落时,也可通过反算确定c、φ值中的一个。当中有2个属于良好时,划为Ⅱ类;当上进3个因素中前也有一些室内试验的方法,但对试样的选取有严有1个属于良好时,划为Ⅲ类;当上述3个因素全属格的要求,目前国内尚无测试规程。因而规范中依于不好时,划为Ⅳ类。岩体不完整、结合很差基本上据前人试验结果采用表格法确定结构面c、φ值。是碎裂结构和散体结构岩体以及强风化岩体所具有选取参数的基本原则一是确保边坡的安全,二的特征,这种边坡岩体划入Ⅳ类。地下水和岩石坚是科学合理。建筑边坡影响众多居民的生命安全,硬程度对边坡岩体稳定性的影响相对上述3个因素千万马虎不得,同时也必须注意科学合理,在安全前而言是次要的,且影响大小随具体情况的不同而不提下减少支护量。同,故单独予以考虑,本规范规定,Ⅰ类岩体为软岩、为了使参数选用科学合理,一是对现行的有关较软岩时应降为Ⅱ类岩体,极软岩体可划为Ⅳ类,当规范进行考察,二是收集近年测试的结构面参数数地下水发育时Ⅱ、Ⅲ类岩体可根据具体情况降低一据。我们认为国标《工程岩体分类标准》(GB50218档。-94)对于结构面结构状况的分类是可取的,但引用2.2　各类边坡岩体的等效内摩擦角的参数c值偏高,因为当时对边坡岩体分类与结构面量数选定还缺乏足够经验。本规范参数确定主要为便于计算岩石压力,引用岩体等效内摩擦角引用国标《水利水电工程地质勘察规范》(GB50287这一概念。岩体等效内摩擦角是考虑岩体粘聚力影-99),也参考了三峡船闸高边坡和西南地区c值响的假想内摩擦角。它既与岩体内摩擦角和岩体粘现场大剪试验的测试结果。聚力有关,也与坡高、岩体重度、坡度、坡顶荷载、坡顶倾斜和起伏情况有关。在忽略坡顶荷载、坡顶视2　建筑边坡岩石压力的经验计算方法为水平、坡面视为直立的条件下,可以用较简单的公14 岩土工程界　第5卷　第12期岩土论坛式予以计算。值得注意的是,由于结构面的影响,岩在进行岩质边坡支护设计时,通常要同时应用体内摩擦角不等于岩石内摩擦角,岩体粘聚力不等理论计算法和经验计算法来计算作用在支护结构上于岩石粘聚力,岩体的抗剪强度参数总是小于岩石的侧向岩石压力,并取两者中的较大值。具体有下的抗剪强度参数,岩石与岩体粘聚力的差异要比岩列几种情况:石与岩体内摩擦角的差异大得多。根据对水利水电当无外倾结构面时用经验计算法计算岩石压系统及其他部门经验的归纳分析,岩体内摩擦角可力,破裂角取45°+φ/2,对Ⅰ类边坡岩体取75°左根据岩体裂隙发育程度取岩石内摩擦角的0.8～右。0.95倍,岩体粘聚力可根据岩体裂隙发育程度取岩当有外倾硬性结构面时,岩石压力取理论计算石粘聚力的0.2～0.3倍。由于影响岩体等效内摩法和经验计算法两种结果的较大值,破裂角取外倾擦角的因素较多,根据公式计算的结果有时并不可结构面倾角和45°+φ/2(对Ⅰ类边坡岩体取75°左靠,本规范根据大量边坡工程的统计结果,给出了各右)两者中的较小值。类边坡岩体等效内摩擦角的经验值。当然,作为覆当有外倾软弱结构面时,岩石压力按理论计算盖全国的参数经验取值,进行归纳分析的边坡工程法计算,破裂角取外倾结构面倾角和45°+φ/2两仍不算多,还需要不断积累工程经验,有地区经验者中的较小值,同时作上述两种情况的验算。时,应按地区经验确定。4理论计算法、经验计算法与实际工程统计2.3　侧向岩石压力和破裂角计算工程量的比较各类边坡岩体的等效内摩擦角确定以后,可根我们对大量实际边坡工程的工程量作了统计分据计算土压力的方法计算岩石压力,计算公式中的析,并将根据理论计算法和经验计算法计算结果设内摩擦角应换以等效内摩擦角,且粘聚力不再出现,计的工程量与之作了对比。为便于比较,以每9m2破裂角则取45°+φ/2,其中为岩体内摩擦角。所配置的直径为25mm的普通Ⅱ级螺纹钢筋作锚3理论计算法和经验计算法在边坡工程设杆主筋时的根数为工程量指标。对比情况见表1。计中的应用表1　理论计算法、经验计算法与实际工程统计锚筋根数比较锚筋根数边坡高度/m边坡岩体类别理论计算法经验计算法实际工程统计25Ⅱ1.4～2.72～8Ⅲ0～9.2(当c≥0.1MPa时为0),常用0～5.8,个别5.8～9.22.7～52～820Ⅱ0.9～2.21～7,常用3～5Ⅲ0～7.2(当c≥0.085MPa时为0),常用0～2.3,个别2.3～7.22.3～41～7,常用3～515Ⅱ0.7～1.61～5,,常用1～3Ⅲ0～3.2(当c≥0.07MPa时为0),常用0～1,个别2～3.21.6～31～5,,常用1～3参考文献　　从上表可以看出,根据理论计算法和经验计算〔1〕　国家技术监督局,中华人民共和国建设部。建筑边坡工程技术规范《GB50330-2002》。北京:中国建筑工业出版社.法设计的工程量与实际工程统计工程量比较接近,而差异则体现在边坡岩体状况较好时能减少工程造第一作者通讯地址:重庆市渝洲路79号土木系中国人民解价,边坡岩体状况较差时能降低工程风险。放军后勤工程学院　邮编:400041《2002年中国西北部重大工程地质问题论坛文集》主办:中国地质学会工程地质专业委员会　　2002年10月　　西安　　定价:80.00元15'