（岩土工程专业论文）宁波山区公路边坡安全性评价及防治措施研究.pdf

撼要 公路边瑗安全牲评份敦其茨治是公路设计、建设、运蘩过程中豹重要润题， 对于山区公路，边坡问题尤为突出。本文以宁波地区山区销道公路边坡为研究对 象，首先通过大量的现场调查，将宁波由嚣省道公路边坡的病害类塑l 归纳为：滑 坡、崩坍、卷体剥落、坡颟泥石流、冲刷和坡顶、坡脚排水系统失效，并分析了 病害成因。其次，在对边坡安全性评价方法进行总结并对其影响因索迸行研究的 基石囊上，确定了四个主要影响因子：边坡形态因子、地矮因子、水文因子莘爨人为 因子，在此基础上建立多因子边坡安全性评价系统。根据工程类比和经验，对评 售系统进行验证，著校据建立鹃浮赞系统瓣调查懿迭壤安全注逡孬评佶。最焉， 基于宁波山区省道公路边坡病害的类型特点，分析了公路边坡常见的防护和治理 猎藏，可供工程单位参考，并可为编裁符合交通都、省交通厅公路“安缣工程” 要砑乏的防治设计图提供依据。 关键词：公路边坡边坡瘸害安全性分析影响因素多因子评价验证防治 a b s t r a c t s a f e t ya s s e s s m e n ta n dt r e a t m e n to fh i g h w a ys l o p ei si m p o r t a n tt oh i g h w a yd e s i g j l ， c o n s t r u c t i o na n du s a g e f o rt h eh i g h w a y t h r o u g hm o u n t a i na r e a ，t h es l o p es t a b i l i z a t i o n p r o b l e m sa l em o r ei m p o r t a n t i nt h ep r e s e n tp a p e r , t h ep r o v i n c i a lh i g h w a yt h r o u g ht h e m o u n t a i na r e ai nn i n g b oi sf i r s t l yi n v e s t i g a t e d b a s e do nal a r g en u m b e ro ft h e i n v e s t i g a t e dd a t a , t h e 羹o p ed i s e a s e sa r ea n a l y z e d ，a n da l ls l o p ed i s e a s e sa r e g e n e r a l i z e da sf i v et y p e s ：s l i d i n g ，f a l l ，r o c kf l a k i n g ，m u da n ds t o n ef l o w , w a t e r s c o u r i n g , a n dd i s c h a r g es y s t e mf a i lo fs l o p et i pa n dt o e t h e n ，s l o p es a f e t ye v a l u a t i o n m e t h o d sa n ds l o p es a f e t yi n f l u e n c ef a c t o r sa r eg e n e r a l i z e d ，f o u r sm a j o ri n f l u e n c e f a c t o r s ，i n c l u d i n gs l o p es h a p e , g e o l o n c a if a c t o r , h y d r o g r a p h i cf a c t o ra n dm a n - m a i d f a c t o r , a r eg i v e n ，a n dam u l t i p l yf a c t o ra s s e s s m e n ts y s t e ma r ep r o p o s e df o rt h es l o p e s a f e t ya s s e s s m e n t b ye n g i n e e r i n ga n a l o g u ea n de n g i n e e r i n ge x p e r i m e n c e , t h e e s t a b l i s h e da s s e s s m e n ts y s t e mi sc e r t i f i e d ，t h e nt h es a f e t yo f t h eh i g h w a ys l o p e so f t h e p r o v i n c i a lm o u n t a i nh i g h w a ya r ea s s e s s e d ，f i n a l l y , b a s e do i lc h a r a c t e r i s t i co ft h es l o p e d i s e a s e s ，t h ec o m m o np r e v e n t i o na n dc u r em e a s u r e sa r eg i v e n ，w h i c hw i l lp r o v i d e e n g i n e e r i n gr e f e r e n c ef o rt h ep r e v e n t i o na n d t r e a t m e n td e s i g no f t h em o u n t a i nh i g h w a y s l o p e s k e y w o r d s ：h i g h w a ys l o p e ；s l o p ed i s e a s e ；s a f e t ya n a l y s i s ；i n f l u e n c ef a c t o r ；m u l t i p l e f a c t o ra s s e s s m e n t ；c e r t i f i c a t i o n ；p r e v e n t i o na n dt r e a t m e n t i i s 2 1 3 省道编号 p 一边坡安全性系数 口边坡坡角，。 日边坡高度，r n c 黏聚力，k p a 主要符号与说明 c 、d 评价因子代号 仃。竖向应力，k p a 妒内摩擦角，。 e 弹性模量，m p a 泊松比 v 宁波山区公路边坡安全性评价及防治措施研究 第一章绪论 1 1 概述 公路作为基础设施，对改善地区交通条件，促进经济发展，改善投资环境、 发展港口优势，提高土地价值等有重大意义。19 9 4 年，随着第一轮交通大建设 的兴起，宁波公路总里程长度快速增加。由于宁波地形以山区为主，山区公路发 展也很快。山区公路挖方工程量大，形成大量的公路路堑边坡，边坡规模和和高 度也较大，边坡坡体常年暴露风化，加上宁波雨量充沛且集中在6 - 8 月的梅雨和 台风季节，破坏力强，故山区公路边坡发生病害的频率较高。如2 0 0 5 年第5 号 台风“海棠”登陆，对公路造成很大的毁坏，尤其是山区公路边坡坍塌毁坏，据 统计此次台风共造成边坡塌方达到7 8 处，塌方工程量共计5 3 8 0 0 m 2 。又如2 0 0 6 年3 月1 6 日，连续阴雨，雨水大量入侵，引起浒溪线余姚段3 1 k + 2 0 0 处( 余姚 粱辉水库旁) 发生山体滑塌，估计滑塌方量在6 0 0 0 m 3 左右，造成封道数天，造 成了巨大损失。 目前，在我国公路设计中，由于对地质条件研究深度不够，对边坡安全性评 价系统尚未建立，因此，实际工作中都是等待出现滑坡后再去治理，常导致边坡 防护失败。随着公众对公路行车安全性越来越关注，使得山区公路边坡安全性调 查和防护研究就显得十分必要。公路边坡的安全性评价也称危险性评价，国外也 称为风险性评价，与边坡稳定性评价的概念有所不同，稳定性评价是指根据边坡 的工程地质条件，验算边坡是否稳定、合理，影响边坡稳定性的因素众多，而每 一种稳定性定量计算方法未能完全反映这些因素的不同影响，而安全性评价是指 综合运用安全性系统工程的方法对边坡的安全性进行度量和预测，通过对边坡的 危险性进行定性和定量分析，确认边坡发生危险的可能性及其严重程度，并提出 必要的防治措施。本文主要围绕宁波市山区省道公路边坡展开研究，在调查省道 公路边坡的基础上，分析主要病害类型，采用模糊数学方法，建立多因子边坡安 全性的综合评判模型，进而对调查到的所有边坡的安全性进行评价，研究对宁波 市的公路边坡设计、防治与施工具有指导意义。 1 2 国内外研究现状 浙江大学硕士学位论文第一章绪论盛初根2 0 0 6 年1 1 月 1 2 1 边坡形态与分类 边坡形态多种多样，根据边坡成因、岩性、坡高、坡长、坡度和安全性等 可将边坡分为六类，具体见表1 - 1 。 1 2 2国内外边坡安全性分析研究现状 边坡安全性分析是边坡研究的主要内容之一。这方面已经取得的成果较多， 安全性分析方法层出不穷。早期的边坡破坏机理研究主要局限于岩土的力学行 为、现场试验、某些古典力学( 弹性力学、塑性力学) 和土力学理论( 如普氏理 论) 的借用。2 0 世纪6 0 年代后，由于计算机技术的飞速发展，大容量、高速度 计算机的不断涌现，人们将数值分析方法( 如有限元、离散元法、边界元法和无 界元法等) 引入到岩体力学中来，为解决复杂形状和力学行为的岩体力学问题开 辟了一条十分有效的途径。但是进入8 0 年代后，人们发现数值分析方法除了其 选用的本构模型是否能反映客观多变、且含有许多不确定性的岩体力学本质外， 影响数值分析结果的准确性还取决于这些模型中反映岩体力学性质的参数，如弹 性模量e 粘聚力c 、内摩擦角妒和泊松比等，并且数值分析方法过多的假设 使其在实际地质条件变化各异情况下很难综合全面考虑各种因素。正因为如此， 在近些年来，人们提出了可靠度分析法、专家系统法、神经元网络法、经验法或 半经验半理论法等，将大量的工程实践反馈于稳定分析理论，使得新的理论更具 合理性和普遍的适应性，这类理论正是目前的发展趋势。 表1 - 1 边坡分类表 宁波山区公路边坡安全性评价及防治措施研究 对于岩质边坡稳定分析评估，概括地讲，主要有如下几种方法： 1 传统的理论方法( 极限平衡法) 传统的理论方法即极限平衡法主要包括直线法、圆弧法、j a n b u 法、 m o r g e n s t e m 和p r i c e 法、s p e n c e r 法、s a r m a 法等。对岩质边坡而言，上述方法只 是其条块间作用力的假设不同而己；综观这些方法，它们是在对岩体作一些假设 简化后，用牛顿力学来进行受力分析，并判断其是否稳定。虽然在实际工程实践 中极限平衡法是主要的计算方法，但这类方法的过于简化假设使得边坡工程条件 与实际不符，在反映岩体多方面的因素及千变万化的实际工程情况对安全性的综 合影响方面是不够的。 2 数值分析方法 由于极限平衡方法存在着上述的问题，近十多年来的计算机技术得到了迅猛 发展，因此，人们将各种数值方法引入到岩体力学研究中来。这些模拟方法为岩 体力学数值模拟计算和分析提供了重要的技术手段。 对于节理岩体，目前国内外已经发展了各种名目繁多的数值模拟方法，如对 含有少数节理的岩体，有众所周知的节理单元法。而对于密集节理的岩体的数值 模拟主要有两种途径：一是连续介质力学途径，如弹性或弹塑性有限元法，等效 连续有限元法、损伤有限元法、断裂力学法、损伤断裂力学等方法：二是将 岩体的基本单元岩块视为不连续体系的质点，采用不连续介质力学的理论来 探讨这些不连续质点集合体的应力、应变和安全性等力学性能，如刚性块体法、 离散单元法等。数值分析方法将边坡的变形与应力相结合，它能较好地反映边坡 岩体的本构关系，但是该方法除了其选用的本构模型是否能反映客观多变、且含 浙江大学硕士学位论文第一章绪论盛初根2 0 0 6 年1 1 月 有许多不确定性的岩体力学本质外，影响数值分析结果的准确性还取决于这些模 型中反映岩体力学性质的参数，如弹性模量e 、粘聚力c 、内摩擦角妒和泊松比a 等，并且数值分析方法过多的假设使其在实际地质条件变化各异情况下很难综合 全面考虑各种因素。因此，目前数值分析主要用于对其它稳定分析方法的验证。 3 其它方法 赤平极射投影法是一类重要的安全性评价方法，该法基于极限平衡理论，根 据边坡结构体在平面上的点、线、面的角距关系，从几何学的角度，确定岩体的 形状及重力作用下的滑动趋势。 近年来，随着概率论、模糊数学和人工智能技术引入到边坡稳定分析中来， 出现了如灰色理论方法、贝叶尔可靠性估计( 概率法) 、专家系统分析方法、神经 网络法、r i v i r 法等一系列新经验分析的方法。 灰色理论方法是一种研究某既含有己知信息又包含有未知信息的系统，由已 知信息预测未知信息的一种经验统计方法，其优点是以可利用己知来预测未知， 但该方法对于岩石力学中大多数非等间距问题的建模尚有许多问题。 罗叶尔可靠性估计( 概率法) 在理论上的基本观点是可靠性本身是一个随机 变量，假设可靠性有一个验前( 或称之为先验) 分布，根据经验数据确定验前分布， 然后由验前分布和试验信息可导出验后( 或称之为后验) 分布，从验后分布可进行 岩石力学强度及安全性的估计，该法的特点是把经验数据和试验数据二者结合起 来，应用的关键在于验前分布的经验数据确定是否恰当，这是一种半经验的方法。 专家系统分析方法通过专家和计算机对话，获得专家们在岩石力学实践过程 中积累起来的丰富的知识经验，建立起知识库，借助计算机技术来模拟专家的思 维过程，根据模拟结果对岩体力学参数进行判断。该法是一种经验方法，在知识 获取时，取决于所选择的专家对岩石力学的认识角度和认识程度，即使是同一角 度去认识问题，也可能会给出不同的经验指标，这样很大程度上影响到计算机推 理的准确与否，因此，专家系统方法的关键问题之一是知识的获取，岩体强度及 边坡安全性准确与否与此有相当重要的关系。 神经网络法( n e u r a ln e tw o r k ) ，又称为人工神经网络，它是人工智能研究领域 中比专家系统更高的层次的研究。它通过大量简单处理单元广泛连接组成人工网 络，用来模拟人的大脑神经系统的结构和功能，用神经网络系统代替专家系统 的知识获取，可克服专家系统获取知识的任意性。张清将人工智能中的神经网络 4 宁波山区公路边坡安全性评价及防治措施研究 引入到岩石力学领域中，利用神经网络预测岩石力学性态，得到一种类似经验的 方法，其最大的特点是将影响岩体力学性态的各种描述的地质因素，如节理状态， 岩石性质参数等均可作为变量输入，通过计算机人工智能技术预测岩石或岩石工 程的力学状态，该方法在模拟人的智能行为方面无疑比专家系统更进一步。但该 方法在建立网络模型飞学习算法、计算机硬件等方面都有一定的复杂性和难度， 并且还取决于人们的大脑思维方式的认识程度，因此，该方法直接应用，目前有 一定难度。 r m r 法( r o c km a s sr a t i n g ) 是一种工程岩体的分类方法，由b i e n i a w s k i 于 1 9 7 4 提出，由于r m r 法综合考虑了岩石强度、节理裂隙间距及特征，岩芯质量 ( r q d ) ，地下水条件等许多地质因素的影响，是一种发展较快、应用较广、且比 较完善的工程岩体分类方法。但它仍有未考虑坡高和地应力等因素影响的缺陷。 最近z t b i e n i a w s k i 在他的文章中总结了r m r 法应用现状和发展趋势，从文 中看来，r m r 法得到世界上的广泛应用和推崇，是一种有效的判定边坡安全性 的方法。 总的说来，将极限平衡法与数值分析方法相结合，无疑是现今边坡稳定性计 算的一大特点，但是由于边坡破坏影响因素的复杂性和不确定性，采用概率论、 模糊理论和人工智能技术，使多种理论相互结合、相互补充的综合分析方法，仍 然是当前和今后的发展热点与方向。 1 2 3 公路边坡设计现状 国内公路部门对路堑边坡采用自然坡角或工程类比法来设计边坡，此方法必 须具备与工程条件大体一致的实际工程资料作参考，而且很多影响边坡安全性的 因素难以定量化研究，具有很大的应用局限性。 以前许多公路的路基与边坡设计中仅从坡面安全、稳定的角度出发，没有对 生态保护和恢复进行专门设计，大量采用的浆砌片石护坡及喷射水泥沙浆等防护 方式完全封闭了植物生长的环境，使得由于公路开挖而破坏的自然植被永久不能 恢复。少量的绿化设计往往只是局部贴草皮，没有对边坡整个植被的逐步恢复进 行考虑。 在边坡的设计理论分析中，极限平衡方法采用安全系数的定值法，由于计算 参数的不确定性而无法确定可靠的安全系数，理论结果只能作为工程设计的参 考，作为正在发展中的数值分析法包括有限元法、边界元法、离散元法、d d a 浙江大学硕士学位论文第一章绪论盛初根2 0 0 6 年1 1 月 法，这类方法考虑了岩土体的应力应变关系，突破了极限平衡法把岩土体简单视 为刚体的假设，在一些具体工程中取得了良好的应用成果，但此类方法还在不断 的发展与完善中。此外，一些新理论、新技术和新方法如破坏概率分析方法、模 糊数学、灰色理论、神经网络模型、数据库与专家系统和计算机仿真技术被引入 边坡安全性研究，为定量评价和预测边坡安全性开辟了广阔的前景。 1 2 4 边坡防治研究现状 就公路边坡防护来说，已经有较成熟的施工经验，并编制了相应的防护规程。 但目前，就公路边坡加固来说，有效的加固措施仍然不多，很多措施均是从水利、 冶金、铁路与建筑等行业中引入。主要的加固措施有以下几类。 1 锚固 对于岩质边坡来说，岩体强度受结构面控制，结构面的抗滑能力与结构面上 的正应力大小密切相关。因此，发挥边坡岩体自身强度的有效方法是通过锚杆或 顸应力锚索来增加结构面的正应力，从而使可能失稳的岩体保持长期稳定。 2 支挡 边坡支挡结构包括修建支墩( 柱) 飞扶壁、挡土墙及抗滑桩及桩锚结构等。对 于不同岩土性质的边坡，应注意工程措施的适应性与加固效果，并将植物防护与 工程防护及加固措施的协调配合。 3 土工加筋 土工加筋是近年来发展起来的，它是利用土体与土工材料的相互作用来达到 加固效果的，目前主要有加筋土挡墙、加筋边坡、土钉墙等。 4 其它方法 如放坡减载等。 另外，在公路边坡防治方面，国内也取得了一定的研究成果。近年来，公路 交通行业的科技工作者完成了一系列公路边坡防治课题。主要有： ( 1 ) 重庆交通科研设计院承担的西部交通建设科技项目“边坡支护方案优 化设计系统”。 该项目以高等级公路开挖边坡为主要研究对象，充分融合了现阶段人们对边 坡失稳地质灾害的研究深度、工程经验和测试手段，能对边坡进行安全性评价和 支护设计。提出的支护方案优化设计系统的主要设计思路如下：首先对边坡进行 宏观安全性评价一再到小范围的边坡安全性评价一进行工点边坡安全性计 宁渡山区公路边坡安全性评价及防治措施研究 算一然后提出相应的支护结构设计方案。 ( 2 ) 贵州省交通科学研究所完成的“公路石质边坡防护与环境保护的研究” ( 2 0 0 4 年) 。 该项目运用神经网络分析方法对公路石质边坡的地质条件、环境条件和工程 活动特点进行研究，寻求公路石质边坡的正确防护方法及环境保护措施，使公路 石质边坡的工程防护和环境保护得到统一解决，为公路石质边坡的环境工程设 计、施工、管理和监控( 通过g i s 数字交通信息系统) 等提供先进的技术指导。 ( 3 ) 云南昆石高速公路建设指挥部完成的“边坡加固施工工艺与施工控制 技术研究”( 2 0 0 4 ) 。 该项目在广泛收集国内外相关研究成果和大量的现场调查资料基础上，针对 边坡加固施工工艺和施工控制技术中的关键问题，从边坡变形破坏机制入手，对 边坡开挖的过程进行了物理数值模拟，为边坡的安全性评价和治理设计提供依 据。对锚杆和锚索加固机理进行了模拟研究，提出了锚固选型的方法，研制了锚 索和锚杆施工防腐材料，建立了锚杆施工质量无损检测的分级标准。首次提出了 桩身施加预应力的预应力抗滑桩，提出了预应力抗滑桩的设计计算方法和合理构 造型式，确定了预应力抗滑桩的施工控制工艺。开发出了廉价、稳定的水泥一水 玻璃浆液和新型水泥一粘土浆液岩土灌浆材料和适用与新型水泥一粘土浆液的 l f g 活化剂。提出了压力灌浆加固边坡设计施工技术指南以及锚杆、锚索加固 边坡设计与施工指南。 ( 4 ) 浙江大学、金丽温高速建设指挥部共同承担的“破碎岩质边坡锚固技 术研究”( 2 0 0 4 ) 。 该项目以金丽温高速公路k 8 1 高边坡研究为基础，通过系统的地质调查和 探测、系统的现场监测、室内模型试验、数值模拟、理论分析，全面研究了破碎 岩质边坡的加固方案。结合金丽温高速公路k 8 1 高边坡的锚固工程实践，通过 物理模型试验，对不同框格梁布置条件下的锚索预应力变化和内部土压力分布进 行了监测研究。揭示了锚索的预应力随时间变化规律近似呈负指数曲线变化形 态，揭示了锚索的预应力损失和张拉的初始值大小的关系：研究了外锚固结构形 式对锚索预应力损失的影响规律；阐述了各种框格梁布置情况下锚索张拉过程中 内部土压力变化过程。 ( 5 ) 江西省高管局和交通部科学研究院共同承担的省交通厅科研项目 浙江大学硕士学位论文第一章绪论盛初根2 0 0 6 年1 1 月 江西省高速公路边坡综合防护技术研究( 2 0 0 6 ) 。 该项目对江西省公路边坡植被演替特点进行了调研和分析，初步确定了2 1 2 种有利用潜力的植物种类，其中1 0 9 种在自然演替条件下适合公路边坡防护，并 进一步筛选出适合江西区域气候条件下公路边坡综合防护用植物种类。项目首次 将液压喷播、客土喷播、点播、栽植、土工格室、轮胎固土等技术进行了集成应 用，在公路边坡上形成了草、灌、乔混交植被，解决了在立地条件较差的地段采 用传统单一技术不易建立植被的难题，具有广泛的推广应用前景。在公路边坡上 应用水泥框架梁+ 土工格室植生袋三维网+ 液压喷播、挂网客土喷播或直接液压 喷播，成功地建植了边坡草灌植被，在一定程度上降低了成本。采用多样性指数、 草灌比、灌木密度指数等指标，初步建立了公路边坡植被评价指标体系，在公路 边坡综合防护的植被评价中，提出利用植物覆盖度与高度二因素综合优势比法进 行植物生长综合评价，对推进我国公路边坡植被恢复与重建质量评价科学化迈出 了重要一步。 综上所述，由于边坡工程的复杂性，故边坡安全性评价的方法也很多，因此， 在对边坡进行安全性评价时，应该从多种方法中筛选出最合适的一种方法进行评 价。公路边坡安全性及防护由于与坡体地质结构、降水等不确定因素密切相关， 对其量化分析计算存在一定的难度，目前安全性分析以定性分析结合半定量计算 为主，公路边坡防护特别是生态防护尚处于探索发展阶段。 1 3 本文主要研究内容 1 调查宁波地区山区省道的基本情况，并对所处的区域工程地质条件、水 文地质条件等进行简要分析。 2 对宁波地区7 条主要山区省道的9 0 个边坡进行现场勘察调研，总结归纳 边坡的分布和现状，并对山区公路边坡病害的类型和成因进行分析。 3 在分析边坡安全性评价方法和安全性影响因素的基础上，建立多因子边 坡安全性评价系统。 4 应用多因子边坡评估系统对调查边坡的安全性进行评估，分析其规律性。 根据工程类比和经验，对评估系统进行验证。 5 分析公路边坡常见的防护和治理措施，根据以上宁波山区公路边坡病害 的类型，有针对性的提出边坡病害防治措施。 宁波山区公路边坡安全性评价及防治措施研究 第二章宁波山区省道公路边坡调查 宁波公路网经过4 0 多年的建设，现已形成一定的规模，特别是三轮交通大 建设，公路网道路交通条件得到较大的改善。一个以北仑港和宁波区为中心、杭 甬高速公路、同三线、3 2 9 国道、甬临线、甬余线、江拔线等省道干线为主骨架 的四通八达的区域公路网已基本形成。山区公路有国道、省道和县乡道，公路边 坡数量多达数千个以上。本研究针对的是省道公路边坡。 2 1 山区省道公路基本情况 目前，宁波公路网中，主要的省道包括：s 3 2 0 省道( 骆霞线) 、$ 3 1 9 省道( 甬 余线) 、$ 2 1 4 省道( 甬临线) 、$ 3 0 9 省道( 江拔线) 、$ 2 1 5 省道( 盛宁线) 、$ 3 1 3 省道( 甬梁线) 、$ 2 1 3 省道( 浒溪线) 、s 3 1 1 省道( 象西线) 等。大部分省道经 过丘陵地区和山区。省道基本情况和分布分别见表2 - 1 和图2 1 。 表2 - 1宁波省道公路简表 浙江大学硕士学位论殳第二章宁波山区省道公路边坡调查 盛初根2 0 0 6 年1 ih 图2 - 1 宁波主要公路分布图 0 宁波山区公路边坡安全性评价及防治措施研究 2 2 山区公路地质环境条件 2 2 1 地质构造 宁波座落在中国东南沿海浙江省的东北部，位于环太平洋地震带西段中国大 陆东侧，按中国地震区划，位于东南沿海地震亚区的北段。 1 地壳结构 在漫长复杂的地质历史中，本区经历了不同地质时期的构造运动，自下而上 形成了：由古老基底、火山岩盖层和松散堆积物表层组成的地壳中上部，以及北 东向、北西向和东西向断层组成的断裂系统。 2 断裂构造 根据区域地质资料，进入宁波主要有四条区域断裂带，每条断裂带均由数条 主干断层和平行的侧断层组成，详见宁波城区及外围地质构造图，见图2 - 2 。 ( 1 ) 宁波庆元北东向大断裂( r 1 ) 该断裂南起福建，经浙江省鹤溪、仙居盆地、天台盆地，潜入宁波盆地、大 楔平原，延伸至舟山群岛，长2 1 5 k m ，宽5 1 5 k i n 。 该断层控制了早、晚白垩世盆地和花岗岩体的分布，控制了第三纪基性岩浆 喷溢，直接控制了宁波盆地南东边界，在第四纪中更新世晚期有过活动。它与镇 海一一温，i h i ：z l e 东向断裂的交汇处曾发生过m s4 3 4 级地震、m s 4 5 级地震和数 次微震。这是一条至今仍有活动显示的大断裂。 该断裂在宁波城区范围内通过小港经济技术开发区、算山原油码头油罐区、 北仑港区、宁波老三区等。 ( 2 ) 镇海一温州北北东向大断裂( r 2 ) 该断裂南起福建，经温州、临海、宁海、鄞州横溪潜入宁波盆地，在小港、 镇海出露地表，向北延伸入海，长大予3 2 0 k m ，宽5 - 1 5 k m ，切割深度在温州约 3 4 k m 、在临海约3 2 k r n 。是中国东南沿海漳州一宁海断层的组成部分。 该断层控制了白垩纪宁溪盆地、宁海盆地、宁波盆地和西店、小将等花岗岩 体：控制了第三纪基性岩浆活动；控制了深圳温泉和陡崖深谷地貌展布，沿断层 发生过多次历史和近代地震。 该断层对宁波城区范围内影响较大的区域为小港经济技术开发区、镇海区城 关镇及甬江出海口附近。 浙江太学硕士学位论文第二章宁波山区省道公路边坡调查盛初根2 0 0 6 年1 1 月 图2 - 2 宁波市区地质构造图 1 2 宁波山区公路边坡安全性评价及防治措施研究 ( 3 ) 余姚一五乡北西向隐伏断层( f 3 ) 该断层西起余姚，沿姚江谷地向东延伸，经过宁波市老三区、邱隘、五乡， 至象山港，长约8 0 k m ，主要由宁波一邱隘、洪塘一宝幢两条隐伏断层组成。 该断层控制了姚江谷地的展布和沉积，沿断层有第三纪安玄岩体侵入，后期 安玄岩又遭破碎、蚀变，第四纪初有玄武岩喷溢，并控制谷地地貌单元界线呈直 线状。第四纪中更新世晚期断层有过活动，沿断层有低温地热异常和微震分布。 ( 4 ) 昌化一普陀东西向断层( f 4 ) 该断层西起安徽省，经昌化、萧山、姚北、镇海蟹浦，从宁波化工工业开发 区、镇海炼化厂北侧入海，长约2 0 0 k m 。断层控制了慈溪平原第四纪沉积和地 貌单元之界线，沿断层及其附近曾发生过4 0 级地震，现今仍有小震活动。 此外，宁波城区之西发育有二条区域性深大断裂：江山一绍兴北东向断裂 ( f 5 ) ；余姚一丽水北北东向断裂口6 ) 。 断裂附近节理裂隙发育，岩体结构以碎裂状为主，容易引发地质灾害。 由于公路边坡岩体以火山碎屑为主，受区域地质构造影响，岩体节理较为发 育，一般发育3 4 组，走向以北东向和北西向为主，同时边坡施工过程中，也 会产生爆破卸荷裂隙，坡体被切割成大小不一的块体，结构性和整体性较差。 2 2 2 岩土特性 宁波地区出露基岩以上侏罗统火山碎屑岩为主，局部为沉积岩和侵入岩。 出露的上侏罗统地层有： a 上侏罗统大爽组( j 3 d ) ：为一套酸性中酸性火山碎屑岩，局部夹沉积 岩。岩性较复杂，以浅灰、浅灰绿、浅灰紫色流纹质玻屑弱熔结凝灰岩，角砾玻 屑凝灰岩，凝灰角砾岩为主，间夹含砾沉凝灰岩，粉砂质泥岩等。 b 上侏罗统高坞组( j 3 9 ) ：为貌如花岗岩的流纹质晶屑熔结凝灰岩，性质较 好，风化层一般较厚，局部分布。 c 上侏罗统西山头组( j 3 x ) ：为一套酸性中酸性火山碎屑岩，局部夹沉 积岩。岩性较复杂，以浅灰、浅灰绿、浅灰紫色流纹质玻屑弱熔结凝灰岩，角砾 玻屑凝灰岩，凝灰角砾岩为主，问夹含砾沉凝灰岩，粉砂质泥岩等。分布范围最 广。 d 上侏罗统茶湾组( j 3 。) ：以沉积岩为主夹火山碎屑岩。岩性为灰绿、灰紫 红色凝灰岩、凝灰质砂砾岩、沉凝灰岩，间夹英安质、流纹质含角砾岩玻屑凝灰 浙江大学硕士学位论文第二章宁波山区省道公路边坡调查盛初根2 0 0 6 年1 1 月 岩。分布较广。 e 上侏罗统九里坪组( j 3 ，) ：为一套喷溢相酸性熔岩，岩性为灰、灰紫、浅灰 绿色流纹岩、流纹斑岩、霏细( 斑) 岩，问夹不稳定脱玻珍珠岩、流纹质角砾熔岩、 玻屑强熔结凝灰岩及沉凝灰岩。常呈帽状覆于山顶，流纹构造发育。分布较广。 出露的白垩系地层有： 白垩系下统方岩组( k 。f ) ：为紫红色砂砾岩、砾岩夹薄层泥质粉砂岩。主 要分布于甬临线和浒溪线奉化段。 g 白垩系下统馆头组( k l g ) ：为杂色粉砂岩、粉砂质泥岩、页岩。主要分布 予甬临线和浒溪线奉化段。 宁波地区侵入岩体发育较少，主要以酸性脉岩为主，与围岩呈侵入接触关系， 形成于晚侏罗世。公路边坡中发现极少。 边坡上部常分布残坡积层，厚度一般0 5 2 m ，岩性为含粘性土碎石和含砾 粉质粘土，其土性受降雨影响较大。 2 2 3 水文地质条件 公路边坡地下水主要为基岩裂隙水和第四纪松散层孔隙潜水。 基岩裂隙水可分为风化网状裂隙水及构造裂隙水，分布于低山丘陵区。 1 风化网状裂隙水 测区不甚发育，风化网状裂隙水的富水性一般与岩性、地形坡度、风化带厚 度及植被发育程度等有关，具有埋藏浅、流量小、动态变化大、矿化度低、水质 好等特点，泉流量多小于0 0 5l s ，个别可达o 1l s ，对混凝土一般无腐蚀性， 对钢结构具弱腐蚀性。 2 构造裂隙水 分布于节理、裂隙间及断层破碎带，构造裂隙水的富水性与节理发育程度、 性质及断裂等有关，富水部位不均衡，以断裂带脉状裂隙水为主，富水性极不均 一，水量较小。 3 残坡积孔隙潜水含水层 含水层为含碎石( 角砾) 粉质粘土，厚度一般为o 5 - 3 m ，渗透性差，接受 大气降水补给，向下伏基岩及坡面排泄，水量与降雨量关系密切，降雨大时，地 表水下渗转入地下水，依靠重力沿地形流向坡面。 1 4 宁波山区公路边坡安全性评价及防治措施研究 2 2 4 自然环境条件 宁波属北亚热带湿润季风气候区，气候温和湿润，四季分明，雨量充沛，冬 夏季风交替明显，夏秋季受台风灾害性天气影响频繁。年平均气温1 6 9 1 7 6 c ， 8 月最热，1 月最冷，极端最高气温4 2 oo c ，极端最低气温5 2o c 。多年平均降水 量1 5 5 8 4 m m ，降水集中在5 7 月梅雨季节和8 9 月台风季节，冬季少雨。山 地丘陵一般要比平原多三成左右；宁波一般是6 月中旬人梅，历史最早在5 月中 旬后期，最迟到6 月底；出梅大致在7 月上旬未，最早6 月中旬，最迟8 月初。 降水与蒸发基本平衡；在区域分布上北部比南部相对干燥。年平均日照1 9 0 0 多 小时。一年中，由于季风交替显著，常有春、秋季的低温阴雨：汛期的暴雨和 洪涝；夏、秋季的干旱、台风、冰雹、大风；冬季的霜冻、寒潮等灾害性天气出 现，间接影响边坡环境。 影响宁波的台风主要集中在7 9 月( 过程雨量 - 5 0 毫米或风速 = 1 7 米秒) ， 平均每年2 8 个。可造成严重影响的台风过程雨量 = 2 0 0 毫米) 差不多每几年就 有1 个。1 9 5 3 年以来，在宁波登陆的台风有共4 个。台风带来的风暴潮危害极 大，如5 6 1 2 号强台风( 又称8 月1 日大台风) 象山损失惨重；又如9 7 1 1 号台风 全市损失4 5 亿余元。2 0 0 5 年“麦莎”和“卡努”台风降雨量百年不遇，北仑 区降雨量达5 3 0 m m 左右，大量降水不能迅速排出，使山体边坡饱水，发生多处 泥石流( 北仑城湾) 。 2 _ 3 省道公路边坡调查情况 2 3 1 外业调查工作概况 2 0 0 4 年初开始收集有关区域资料，2 0 0 5 年1 1 月开始外业调查，至2 0 0 6 年 3 月完成，共调查省道7 条，走访了各公路养护部门，调查了解近年来公路边坡 发生崩坍和滑坡等灾害的情况，并考察了省内外高速公路边坡防治案例。 实际完成工作量见表2 2 。 表2 - 2 调查工作量统计表 收集资 野外地质调查 项目 岩矿鉴 料( 份) 线路( k m )边坡( 个)照片( 张) 定( 块) 考察工地 工作量 1 61 2 0 01 0 02 2 54 03 浙江大学硕士学位论文第二章宁波山区省道公路边坡调查盛初根2 0 0 6 年1 1 月 2 3 2 调查结果 本次调查的7 条省道公路边坡情况见表2 - 3 。 浒溪线部分路段已完成路面大修，调查发现边坡坡脚紧邻路基边线，一般无 缓冲地带，边坡坡度较陡，岩体呈镶嵌碎裂或块状结构，多数边坡有危岩和松动 岩块，在暴雨季节容易发生失稳，特别是奉化旅游区段车流量较大，安全隐患较 多。 甬临线总体边坡数量较少，主要集中分布于桑州和麻岙，岩体以火山碎屑岩 为主，边坡高度一般为5 1 5m ，边坡多数没有治理和支护，但安全性均较好。 江拨线公路边坡较多，江口溪口段岩性以砾岩为主，边坡数量少且不高， 安全性较好，进入班溪至剡界岭，边坡陡峻，局部右侧连续边坡，岩体节理比较 发育，见有多处危岩和小塌方。 盛宁线线路较长，宁海段和象山段边坡数量较多，且以岩质边坡为主，有3 个边坡发现有小型崩坍体。 象西线为一级公路，边坡分布较多，坡脚处一般筑有护面墙或挡墙，有较好 的坡脚排水系统，调查了2 1 个边坡体，以危险性中等为主，有的边坡已经发生 过崩坍，少数边坡高度大于3 0 m ( 女h 桩号k 3 2 + 1 5 0 及1 ( 4 2 + 1 0 0 ) ，但整体安全性好， 有4 个边坡安全性差。 甬梁线边坡分布较多，高度一般小于2 0m ，整体安全性好，少数有小型崩 塌和危岩。 象山茅石线线路较短，公路边坡分布较多，里程桩号k 5 - k 1 1 段边坡坡角较 陡，岩性为火山碎屑岩，局部见土质边坡( 板岭和上盘岭隧道出口) ，危险性大 的边坡较多。 表2 - 3 省道边坡分布表 编号省道名称 边坡调 数 8 查 边坡一般高度总体安全性备注 1 3 4 省道甬临线 2 江拨线 3 浒溪线 4 茅石线 5 盛宁线 1 6 2 6 9 1 9 一般高度5 - 2 5 m 一般高度5 3 0 m 一般高度5 4 0 m 一般高度5 3 0 “ 一股高度5 。3 0 m 安全性好 安全性一般 安全性一般重点防治区 安全性一般 安全性一般 宁波山区公路边坡安全性评价及防治措施研究 2 4 山区省道公路边坡病害分析 2 4 1 总体概况分析 本次调查的省道公路边坡除慈溪市、余姚市北部、宁波市区分布较少外，其 余县市分布较多。区内省道公路边坡绝大多数属于石质路堑，少数为土质，边坡 高度一般以8 - 3 0 m 为主，大于3 0 m 的高边坡数量少，无土质高边坡( 大于1 5 m ) 分布。 边坡安全性多数处于稳定状态，但有一定数量的边坡为危险状态，为潜在的 不稳定边坡，一旦边界条件改变，可能产生滑坡和崩塌，危及车辆和行人安全。 另外，多雨天气将诱发边坡地质灾害，阻塞道路，影响道路畅通，这对宁波公路 运输业和国民经济损失较大。根据现场调查，安全性差的边坡共有2 0 个，如表 2 - 4 所示。 表2 - 4 安全性差的边坡特征表 序号省擎里程桩号岩体结构篱篙茬篡结瓣与其它 1 象西线 k 3 6 + 6 。8 。镶鬓籍裂 6 。- 7 。1 5 - 1 8 中风化斜交坡 2 象西线 k 3 5 + 6 0 0 7 0 0 镶器篙裂7 。- 7 5 8 中风化顺向坡 3 象西线 4 甬梁线 5 浒溪线 6 浒溪线 7 浒溪线 8 浒溪线 k 7 9 + 4 2 0 k 1 3 + 2 0 0 k 1 0 5 k 9 4 + 8 0 0 k 8 4 + 4 0 0 k 4 0 + 8 0 0 9 浒溪线 k 3 2 爹水 1 0 江拨线 k 1 5 + 7 2 0 1 1 江拨线 k 1 6 + 7 2 0 1 2 江拨线 k 2 1 + 2 5 0 镶鬓铲s o - s s 协，s 黼斜交坡 块状结构8 0 1 0 中风化斜交坡 结构8 0 1 5 中风化x 型节理 镶璧璧裂8 0 8 5 1 5 2 0 中风化顺向坡 结构 一 镶鬓籍裂 7 08 1 5 中风化斜交坡 4 ；i 警喾s 。- s s s - t s 中风化 斜交坡 镶鐾票裂6 0 8 0 1 0 一5 中风化 顺向坡 镶璧2 裂 6 5 7 01 0 1 5 中风化斜交坡泥质 镶璧焉裂8 0 1 5 中风化 斜交坡 浙江大学硕士学位论文第二章宁波山区省道公路边坡调查盛初根2 0 0 6 年1 1 月 从上表可知，此类边坡总的特征是：边坡结构为镶嵌碎裂结构，坡度大于 6 0 。，高度大于l o m ，结构面有顺向坡( 倾向与坡向一致) 或斜交坡。岩体结构 是影响边坡安全性的决定因素，镶嵌结构的岩体边坡节理一般发育，岩体被结构 面切割为大小不一的岩块，当边坡高度和坡度较大时，某一结构面的下滑力超过 临界阻滑力，就会产生楔形体滑落。 2 4 2 主要病害类型分析 根据现场9 0 个边坡的调查资料和有关宁波的公路养护资料，对宁波山区公 路边坡病害类型进行了分析，可归纳为：滑坡、崩塌、岩体剥落、坡面泥石流、 冲刷和坡顶脚排水系统失效等。分述如下： a 、滑坡 滑坡按其引起滑动的力学特性来区分，可分为牵引式和推移式滑坡。牵引式 滑坡，是下部先滑动，使上部失去支撑而变形滑动，一般速度较慢，横向张性裂 隙发育，表面多呈阶梯状或陡坎状。推移式滑坡是上部岩土挤压下部岩土体产生 变形，滑动速度较快，滑体表面波状直伏，多见于有堆积层分布的斜坡地段。 图2 - 3 为本次调查发现的滑坡。应当指出，本次调查发现，与崩滑相比，省 道公路边坡滑坡数量较少。 宁波山区公路边坡安全性评价及防治措施研究 该处边坡平均高度约1 5 m ，坡度6 0 。左右，坡面有自然生长的植物，节理 较发育，有外倾结构面，产状3 1 0 ( 5 5 。，坡顶未修建截水沟，由于降雨入渗至 结构面缝隙，使结构面强度降低而顺节理面下滑，方量约1 0 m 3 。 图2 - 3 盛宁线k 8 6 + 4 0 0 处崩滑 b 、崩塌 所谓崩塌是整体岩土块脱离母体突然从较陡的斜坡上崩落下来，并顺斜坡猛 烈翻转、跳跃，最后堆落在山脚。它有突发性，危害较大。根据岩土质不同，分 土质崩坍和岩质崩坍。 1 ) 土质崩坍，山区公路土质边坡分布少，象西线见一处，如图2 4 。 从图2 4 可以看出，崩坍在山区低等级公路发生较多，尤其是雨天以后，左 图为象西线k 5 + 1 0 0 路边土质崩坍，岩性为残坡积层，边坡高度约6 m ，坡度5 0 度，表部残坡积层厚度为4 5m ，松散土层本身安全性较差，在雨天时产生崩 坍。崩坍方为8m 3，崩坍体呈扇状堆于坡脚。 2 ) 岩体崩坍，公路边坡较为发育，规模较小，一般崩落量为数方数十方， 浒溪线梁辉水库段于2 0 0 6 年3 月1 8 日发生较大规模崩塌，如图2 - 5 。 图2 - 5 为正在清理坍方现场，梁辉水库左侧边坡高度达5 0 m ，坡度较陡，岩 性为晶屑熔结凝灰岩，节理发育，组成楔形体，且有断层发育，为软弱构造面， 在长期雨水作用下，抗剪强度降低，产生崩坍，方量达6 0 0 0 m 3 ，损坏路面和溢 洪道。 浙江大学硕士学位论文第二章宁波山区省道公路边坡调查盛初根2 0 0 6 年1 1 月 图2 - 4 象西线土质崩坍图2 - 5 正在清理的岩质崩坍 3 ) 残坡积层崩坍 此类崩坍较为发育，上部为残坡积层，厚度一般1m 以上，下部为风化基岩， 基岩面一般倾角较陡， 如图2 - 6 ，浒溪线公路边坡高度为1 0 m 左右，坡度5 0 。，上部松散层为2 m 左右，下部为中风化基岩，山体种植毛竹，由于基岩面坡度较陡，上覆残坡积层 在雨水作用下土体抗剪强度降低，发生崩坍，方量约为5 m 3 图2 - 6 浒溪线残坡积崩坍图2 - 7 浒溪线岩体剥落 c 、剥落 边坡表层岩体受风化，在冲刷和重力作用下，不断沿斜坡滚落。 如图2 7 ，浒溪线k 1 0 5 左右该处边坡高度1 0m ，x 型节理发育，镶嵌结构， 节理面近于直立的倾角，岩块极易沿节理面产生剥落，由于紧邻公路，剥落体影 响人身和车辆安全。 宁波市山区省道公路边坡安全性评价及防治研究 d 、坡面泥石流 坡面泥石流是近年出现的新灾种，伴随特大降雨量，山体表部碎屑物随水流 冲刷，产生顺坡面泥石流，从而破坏边坡结构。调查的省道公路没有发现，在北 仑九峰山旅游公路因2 0 0 5 年台风“麦莎”强降雨形成坡面泥石流。 如图2 - 8 所示，泥石流从公路上坡顶顺坡面流至公路，再从公路流至下边坡。 图2 - 8坡面泥石流 e 、冲刷 图2 - 9 边坡冲刷 山区公路中有坡面冲刷和坡脚冲刷两种形式。山区公路对部分的挖方坡面未 做处理，这些坡面主要以残积层为主，在高温多雨的条件下，坡面风化迅速，这 种残积层以砂砾为主，以粘土胶结，抗水性能差，抗冲刷能力弱。一旦遇大规模 降雨，坡面冲刷成密集的鸡爪状冲沟，坡面物大量流向道路，极易堵塞排水沟