石河子市区及周边卵砾石边坡稳定性分析及建议

　　近年来，石河子市区及其周边进行大量工程建设，涉及卵砾石边坡稳定问题。通过对参与工程案例分析，并进行相关试验，对卵砾石边坡坡比提出合理化建议，取得一定的经济效应。现对工作成果进行汇总，希望对本地区的工程建设者有所帮助。

　　关键词：卵砾石;抗剪强度;建筑边坡;坡比

　　1.概述

　　根据以往工程设计，大多认为卵砾石地层的抗剪强度主要通过内摩擦角提供，粘聚力为0(或作为安全储备)，不在工程边坡稳定性设计中体现。

　　根据调查、分析石河子市区及其周边的边坡稳定现象和工程案例，本人及项目组认为卵砾石的特殊结构会产生“粘聚力(咬合力)”，即粘聚力不等于0，且数值较大。卵砾石的粘聚力重新认识，进行合理取值，建筑边坡工程中将节省大量工程量，取得可观的经济效益。

　　2.现象调查

　　石河子市区及其周边地层基本呈二元结构，表层一般为细粒土，岩性多为粉土、粉砂，厚度较小(本文不作讨论);下部为巨厚的粗粒土，岩性为卵砾石，厚度一般大于50m。本人及项目组对石河子市区及周边10余处建筑材料取土坑、天然河岸岸坡、建筑基坑进行实地，调查点的断面高度(深度)一般5～20m，地层均呈二元结构。

　　据调查建筑材料取土坑、天然河岸岸坡坡面近直立，未采取任何支护或加固措施，多年来未曾坍塌。石河子市区及周边基坑开挖也多近于垂直状态，开挖深度5m左右，基坑边坡基本未见坍塌。推定卵砾石边坡均处于稳定状态，卵砾石具有较高的稳定和持稳能力。

　　前人研究表明影响土体抗剪强度的因素有：颗粒密度、颗粒组成、颗粒几何形状、颗粒本身的强度、试样含水量、长径比、试样尺寸、剪切速度、应力与应变状态、应力历史等，土体边坡直立高度主要与土体的粘聚力、内摩擦角、天然重度有关。

　　根据按极限平衡理论建立的极限平衡方程为：

　　土体的直立高度与土体的粘聚力呈正相关系，即土体的直立高度随粘聚力的增加而增大，如果粘聚力本身为0或者取值较小，那么土体的直立高度也为0或非常小。理论研究成果与石河子市区及周边卵砾石边坡的稳定现象差别较大，严重不符合实际情况。

　　3.试验及过程分析

　　根据这种现象，本人及项目组对卵砾石抗剪强度指标试验对象及过程进行分析，得出以下影响因素。

　　试验对象本身与实际地质体差别较大，短期内难以有很大改观。石河子市区及周边卵砾石层沉积地质时间长远，粒径总体较大，级配较好，粗细不均匀，多呈中密—密实状态，人工很难配制出特征与天然地层完全相同的试样。

　　现阶段现有试验能力条件下，现场、室内试验过程很难出反应实际剪切破坏状况，难以准确确定破坏面和测定破坏面的抗剪强度指标。据试验观测，卵砾石剪切破坏时滑动面呈现出凹凸不平的不规则状态，推力方向每一滑动面都不完全相同。

　　卵砾石中存在强度较高的块石影响了滑动面的分布，阻碍剪切面的发展，剪切破坏时滑动面整体呈不规则折线。剪切破坏试验时滑动面多会绕过块石滑动，并沿土体中薄弱面发展，滑动面或位于块石上部或块石下部滑动面出现突然转折现象，滑动面呈不规则折线。

　　由于试验对象、试验过程与实际情况有差异，按极限平衡理论解析出抗剪强度指标与实际情况差别较大。根据试验抗剪强度指标设计出的边坡坡比较缓，或者高陡需要采取大量支护措施。

　　4.总结及成果应用

　　根据现场剪切试验、大型室内剪切试验，石河子市区及其周边卵砾石粘聚力c值13～19kPa，粘聚力平均值18.3kPa，内摩擦角，内摩擦角平均值48.7°。

　　取本次试验平均值为推荐值，即石河子及周边地区卵砾石粘聚力18.3kPa，内摩擦角48.7°。根据本次试验计算出卵砾石抗剪强度指标(C、φ)值，计算建筑工程边坡坡比。

　　采用地质工作成果作为推荐值，中密状态卵砾石边坡：坡比取1:0.4，个别边坡安全系数小于1.05，其余试验点边坡安全系数都大于1.05，安全系数平均值1.18，符合边坡开挖稳定性要求;卵砾石边坡坡比1:0.5，边坡安全系数都大于1.05，平均值1.33，符合《建筑边坡工程技术规范》中安全系数大于1.05的要求。

　　对比《建筑边坡工程技术规范》坡率允许值，中密状态卵砾石边坡高度在5～10m的开挖边坡坡率允许值1:0.75～1:1.00。

　　5.结论建议

　　1.本人及项目组建议石河子市区及周边天然卵砾石粘聚力18.3kPa，内摩擦角48.7°，边坡开挖坡比取值1:0.4～1:0.5。

　　2.采用本次课题成果，土体极限坡高、边坡稳定性优于现行《建筑边坡工程技术规范》推荐坡率允许值，将节省大量工程量，取得可观的经济效益。

　　3.本次课题为探索类，即使得到了成果，结论超出规范要求，未得到本地区同行认同。本人及项目组认为随着卵砾石地层研究深入，粗粒土特性了解更深刻，课题成果会得到同行的认同。

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　　参考文献：

　　中华人民共和国住房和城乡建设部.GB 50330-2013建筑边坡工程技术规范[M].北京：中国建筑工业出版社，2013

　　中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ 120-2012建筑基坑支护技术规程[M].北京：中国建筑工业出版社，2012

　　中华人民共和国住房和城乡建设部.GB/T 50123-2019土工试验方法标准[M].北京：中国计划出版社，2019

　　中华人民共和国住房和城乡建设部.GB 50007-2011建筑地基基础设计规范[M].北京：中国建筑工业出版社，2012。

　　作者：杨军田