软硬互层边坡在西南地区分布广泛,尤以红层地区和变质岩地区最具代表性。受岩性差异影响,软硬互层边坡差异风化明显,加上构造条件复杂,软岩往往形成贯通坡体的软弱结构面或软弱基座,对边坡稳定性不利。由岩性差异和软岩分布形成特殊的边坡岩体结构和坡体结构,造成软硬互层边坡的变形破坏模式类型复杂,稳定性评价困难,由此所产生的开挖边坡稳定性问题已成为严重影响软硬互层边坡工程的主要工程地质问题。本文对西南地区软硬互层边坡岩体工程特性、岩体结构和坡体结构特征开展系统研究,以重庆开县鲤鱼塘水库溢洪道边坡为例,全面总结了软硬互层边坡的变形破坏模式、稳定性评价方法和稳定性控制方法,针对软硬互层边坡建立了一套软硬互层边坡变形破坏模式分析和稳定性评价与控制体系。研究成果在软岩工程特性、软硬互层边坡分类和地质模型建立等方面取得了一定进展,对软硬互层边坡工程具有一定指导意义。主要包括:(1)初步提出了基于崩解模式、耐崩解性的软化系数经验取值公式。以鲤鱼塘边坡的千佛岩组为研究对象,在软岩矿物成分、岩石结构微观分析的基础上,根据崩解试验结果,针对易崩解岩体无法根据单轴抗压试验进行软化系数取值的实际情况,结合其他工程资料,提出了基于崩解模式和耐崩解性的软化系数经验取值方法。(2)较为全面地总结了西南地区软硬互层边坡的岩体结构特征,在层状结构的基础上,考虑岩体强度、层间距、岩体完整性,将软硬互层岩体分为整体巨厚层状结构、块体厚层状结构、互层状结构和薄层状结构,并详细研究了各种结构类型的工程地质特征。(3)建立了较为全面的软硬互层边坡坡体结构分类体系。结合边坡岩体结构分类和坡体结构分类标准将软硬互层边坡坡体结构分为5大类:近水平层状结构、顺倾层状结构、反倾层状结构、斜向层状结构和陡倾层状结构。进一步将近水平软硬互层边坡划分为巨厚层硬岩为主下伏软弱基座、中厚-厚层硬岩为主夹软岩或软弱夹层、软质泥岩为主夹硬岩、软硬岩等厚互层的结构五个亚类。将顺倾层状结构分为同向缓倾、同向陡倾结构,反倾层状结构分为软弱基座倾内、上硬下软中强结构、软岩为主夹硬岩结构,斜向层状结构分为斜向倾坡外的结构和斜向倾坡内结构。(4)将软硬互层型边坡失稳模式按照控制边坡稳定性因素分为受软弱基座控制的边坡失稳、受岩性控制的边坡失稳和受层面、软弱面、软弱夹层、结构面等组合关系综合控制的软硬互层边坡失稳。受软弱基座控制的边坡变形破坏模式有3种:塑流-拉裂、压缩-倾倒、挡墙溃屈。受岩性组合控制的变形失稳主要有7种:倾倒式崩塌、滑移式崩塌、错断式崩塌、拉裂式崩塌、平推式滑坡、风化剥落、蠕滑-拉裂。受层面、软弱面、软弱夹层、结构面等组合关系综合控制的软硬互层边坡变形破坏失稳模式主要有6种:滑移-拉裂-剪断、滑移-拉裂、滑移-弯曲、平面旋转式滑移-拉裂、块体滑移、弯曲-倾倒。(5)提出了基于变形理论的边坡地质模型建立方法和原则,研究了岩体力学参数取值方法、软岩和软弱夹层边坡建模简化方法、网格剖分原则等,为边坡的变形稳定性分析奠定了基础。(6)针对软硬互层边坡变形破坏模式,提出了不同破坏模式的边坡支护方案选取原则和支护设计思路,并以鲤鱼塘溢洪道高边坡为例,采用基于变形理论的有限差分法和基于强度理论的块体理论和极限平衡理论分别研究了软硬互层边坡稳定性,对边坡变形给出了具体支护设计方案,并验证了边坡变形处置效果。
