顺层边坡

顺层边坡（精选六篇）

顺层边坡 篇1

关键词：顺层边坡,处置措施,经验分析,公路工程

为了加快促进西部地区的发展, 国家不断加大对于西部地区的基础设施的投入, 其中就包括公路工程在内的一批交通运输设施的建设, 这就极大地促进了西部地区的经济和社会发展。但是, 由于西部地区的地形比较复杂, 再加上在施工过程中对于顺层边坡的处理不到位, 引起很多安全事故, 不仅影响公路工程的进度, 而且为日后的通车运行带来新的安全隐患。所以, 需要认真处理好工程建设过程中的顺层边坡问题, 采取相应的支护措施, 消除不稳定的因素。

一、顺层边坡概况

在顺层边坡内部, 不仅岩层与坡面的倾向一致, 而且它们的倾角也是基本相近。在很多公路工程的建设施工过程中, 由于路面的开挖, 导致顺层边坡发生变形, 就容易对路面施工以及日后的正常运行带来隐患。目前对于顺层边坡的分类, 可以根据岩性、岩层组合特点、倾角大小以及岩层厚度等因素进行区分, 例如, 按照边坡岩性可以分为软质岩顺层, 硬质岩顺层路堑边坡等;按照岩层组合特点, 可以将边坡分为单一岩性、双层、互层路堑边坡等。

二、顺层边坡的处置措施

由于顺层边坡的处置对于交通运输线路的安全具有非常重要的意义, 而我国西南地区的公路工程比较多, 经常在施工过程中受到顺层边坡的影响。本文主要通过案例的分析, 根据具体的实际情况, 采取各种应对措施。

1.案例一

我国西南地区某段公路右侧出现硬岩质路堑边坡。该段地形像一个小山脊, 地面横坡约为8-140m, 坡面都被果树覆盖, 部分地区开垦为旱地, 地表覆盖的黏砂土在1.5m以内, 下伏基岩为白垩纪上统二段岩组, 砂质泥岩与泥质砂岩相掺杂, 表面风化严重带厚3-5m。在本段路堑边坡深挖9.0m, 于右侧坡脚设置高3-8m的重力式挡土墙, 坡顶采用植草防护, 最大边坡高度为13m。由于受到雨季连连暴雨天气影响, 该路段发生滑坡。发生滑坡以后, 挡土墙被推倒, 滑坡沿线路方向的长度为100m, 主轴长约120m, 覆盖物厚度达在4-12m, 严重阻塞道路的正常运行。相关单位接到报告以后, 立即采取措施, 清楚覆盖物, 在该段路堑的右侧重新设置重力挡土墙, 不仅墙身采用C15 片石混凝土浇筑, 而且墙顶采用顺滑面设计, 坡率设置在在1:1.5 左右。同时, 坡顶也采用了植草防护。工程建设完工以后, 该路段的正常通行, 没有受到任何滑坡的影响。

2.案例二

在西南地区的某路段, 地形结构特征与上例比较接近, 不同的是该路段是出现滑坡以后, 山体还出现轻微的裂缝。相关部门接到汇报以后, 采取了相应的加固措施, 根据当地地形的具体情况, 在原有重力挡土墙的背后安装了10 根抗滑桩, 其断面为2.85m×2.0m, 这些抗滑桩的长度在15m左右不等, 施工完成以后, 原来的山体没有发生大的变化, 道路通行一直比较稳定。

3.案例三

在西北地区某路段, 长度约为200m, 右侧顺层边坡设置重力挡土墙, 该段挡土墙最高处15m, 然后向两端递减最后分别为2m, 沿着墙体还间隔25m, 设置一道伸缩缝。同时, 在墙体内部设置排水孔, 每个排水孔为梅花状, 间隔都在3m左右, 而且还要在挡土墙的背面每隔0.5m, 设置砂夹石反滤层。同样, 墙顶依然采用植草防护。当这段工程按照原先的设计, 施工到顶端开挖的工程时, 出现大面积的杀死滑坡, 所以施工单位与设计单位再一次进行协商, 共同研究, 寻找新的解决方案。经过顺层清理过后, 改造边坡坡率为1:2.3 左右。为了确保上部水流在岩体出现变化以后, 还能够流入侧沟, 增加了高度为2.5m的护坡工程。等到该段工程完工以后, 经过长期观察, 未发现山体发生变化, 公路运输也比较通畅。

三、有关处理顺层边坡问题的经验分析

在当今公路施工的建设过程中, 很多路段都是要经过山高谷深的地区, 气候、地质、水文等各方面环境都是比较复杂, 所以对于顺层边坡的处理就显得尤为重要。经过多年的实践, 目前我国在顺层边坡的处理过程中, 也积累了一些经验, 下面简要论述一下。

1.通过设计坡率的处理顺层边坡问题

对于设计坡率处理顺层边坡, 是目前最简单的一种路堑处理方案。只要将边坡的坡率按照1:1.5 左右的比率就可以。在施工过程中, 不仅不会受到山体高度的影响, 而且也不会地下水文因素的干扰。同时, 由于其滑动的方向远离路中心, 也不会对施工以及线路的安全运行构成影响。这种处理方案, 一般施工比较简单, 工程量也不会很大, 唯一的不足就是坡面很难一次性达到平整、美观的效果, 需要多次进行操作。

2.采用挡土墙的处理顺层边坡问题

挡土墙的施工方案, 一般比较适合坡度不高、地下水文不发达的地区。在具体的施工过程中, 一方面需要注意挡土墙要有稳固的基础, 能够抵挡住上部动土的压力;另一方面, 还需要注意施工的时候, 尽量快速完工, 减少对坡面的影响, 确保边坡的稳定性。同时, 还要做好表面的排水工作, 不要让地表水进入到人工作业区。这种方案在施工过程中, 土方作业量比较大, 表面防水要求也很高, 很容易发生危险事故, 所以尽量避免在雨天施工。

3.利用土钉墙处理顺层边坡问题

土钉墙的施工方案, 一般适用于岩层层面倾斜角度较大, 而山体较低的边坡, 同时, 还需要注意岩层的完整性以及地下水文等情况。在具体的施工过程中, 要成分考虑土钉墙的抗拔力以及作用范围, 垫板的大小以及网墙混凝土钢筋的粗细。在设计中, 一定要让土钉穿过最大的滑面。这种方案的施工对于勘探工作要求很高, 施工前必须开挖一块土方, 进行试验, 同时还要注意预留排水沟。这种工程方案一般施工周期比较长, 而且对于施工技术要求比较高, 尤其是灌浆技术。尽管开挖的土方不大, 但是对于岩层要求很高, 一般水系发达、山体高大以及软弱夹层等都不适宜。

4.使用抗滑桩处理顺层边坡问题

总体来说, 在工程实践中处理顺层边坡问题的方案, 抗滑桩这种方案是比较理想的。在具体的施工中, 由于抗滑桩的大小、深浅可以根据实际需要做适当的调整, 这样对坡体的稳定性影响就比较小。在设计的过程中, 只需要注意按照一般的挖孔桩施工原理操作就可以, 这样操作起来比较简便。等到上部完工以后, 下部就可以灵活采取措施, 不会对整个公路工程的工期产生影响。这种方案比较适用于水系发达、坡度较陡、岩层比较破碎的地理环境。尽管工程造价相对较高, 但是操作起来比较安全可靠。

结论:

随着我国对于中西部的进一步开发, 一大批新的基础设施项目正在投入建设当中。我们在施工建设过程中, 经常遇到各种复杂的顺层边坡问题, 需要采取有效的处置措施, 尽量降低给施工以及通行带来的危害。所以, 应该进一步研究这一类问题, 结合具体的情况, 寻找到更为合理的施工方案, 确保各项工程建设的稳步推进。

参考文献

[1]魏中华.贵州某高速公路顺层岩质边坡稳定性分析与支护措施探讨[J].科技创新与应用, 2014年第32期:231.

[2]黄振鹤, 陈自福.马巢高速公路边坡坍塌、滑动原因分析及治理[J].公路交通科技 (应用技术版) , 2013年第12期:29-33.

[3]袁从华, 吴振君, 陈从新, 卢海峰.山区高速公路边坡勘察设计常见问题分析[J].岩土力学, 2010年第1期:272-280.

[4]巨能攀, 赵建军, 邓辉, 黄润秋.公路高边坡稳定性评价及支护优化设计[J].岩石力学与工程学报, 2009年第6期:1152-1160.

[5]陈鹏, 徐博侯.顺层岩质路堑边坡稳定性数值极限分析[J].交通运输工程学报, 2012年第2期:38-45.

顺层边坡 篇2

关键词：路堑边坡,顺层滑移,变形机制,治理

0 引言

在山区公路工程建设中,路堑边坡发生滑坡将影响工程建设和运营期间的安全,因此,研究存在不稳定迹象边坡的变形破坏机制,准确地评价和预测其变形破坏模式,对治理设计具有重要意义。在建的某高速公路有一工段为高切方,坡高约为40 m。切方地段边坡坡顶基岩裸露,上部为0.6 m黏土及灰岩碎块石,下伏弱风化白云质灰岩。开挖至第二级边坡时,引起山体滑移。特别是在降雨和工程开挖的条件下坡体表现出了加速变形的趋势。因此,针对该路堑边坡的实际情况,必须首先查明边坡的地质结构条件、变形破坏机制,并预测可能的失稳破坏模式,然后以此为基础,制定相应的治理方案。

1 边坡工程地质条件

1.1 地形地貌

边坡地处构造溶蚀剥蚀峰丛—槽谷地貌,峰丛基座相连,山顶成大致齐平的剥夷面,峰顶高程1 350 m～1 650 m。山体间发育中等～强烈切割的冲沟、槽谷,沟谷底标高1 250 m～1 450 m,相对高差200 m～400 m,坡形较陡,坡度在30°～60°之间,地形起伏变化较大,地形条件较复杂,坡体第四系覆盖层较薄,植被不发育。

1.2 地层及岩性

根据工程勘探和现场工程地质调查资料,揭示滑坡区主要地层为:①黏土及灰岩碎块石耕植土:厚为0.2 m左右,松散。②碎块石:块石成分主要为灰岩,灰黄色,稍密～中密,厚为0 m～0.6 m。③白云质灰岩:层厚为0.2 m～5 m,灰色,上部为强风化,下部为微风化。灰岩结构面发育,将灰岩分割成大小不一的层状块体。④泥化软弱夹层:灰岩层间夹厚2 cm～30 cm的灰白色角砾、岩屑及次生泥。地层产状稳定,为NW10°～NW15°/NE∠34°,呈单斜构造,岩石风化程度严重,节理裂隙发育。

1.3 地质构造

受构造作用影响,岩体中挤压带(面)及节理发育,以NW向陡倾角结构面最为发育。主要发育4组节理:1)NW10°/NE∠34°;2)NE80°/NW∠85°;3)NE80°/SE∠88°;4)NW15°/SW∠50°。裂隙多张开1 mm～3 mm,个别宽度可达10 mm～50 mm,充填岩屑、黏土等。由结构面组合形成的块体发生多处沿层面1)的表层失稳。

2 边坡岩体结构特征

边坡为中倾角顺向坡,开挖面倾向与岩层倾向相近,岩层倾角小于开挖面倾角,属于典型的顺向坡。

受历史构造作用及后期边坡快速开挖强烈卸荷作用的影响,边坡岩体破碎,节理发育,开挖面岩体受节理(裂隙密集带)、层间错动带的切割,极为破碎,呈次块状、碎裂结构。特别在坡体的表层,由于表生改造的影响,多数层面张开且局部夹泥,工程性状较差,岩体被切割成10 cm～50 cm的岩块,总体呈碎裂结构,对坡体稳定极为不利,开挖过程中该段发生过多次局部表层块体失稳。

边坡发育4组优势结构面,结构面组合可形成以结构面1)为底滑面,结构面2),3)分别为左右边界,结构面4)为后缘边界的潜在失稳块体,切割的块体组合交线倾向坡外,倾角34°,小于坡面倾角,在降雨等作用下极可能发生沿第1)组结构面(泥化软弱夹层)的滑动。

3 边坡变形破坏机制分析

3.1 边坡变形破坏现象

边坡位于线路右侧,设计坡高40 m,坡率1∶(0.5～0.75)。当边坡开挖至第二级边坡中下部时,山体上出现一条拉裂缝,裂缝纵向开裂长度约为65 m,距公路中线为60 m～80 m,缝宽为5 cm～20 cm,深为10 cm～20 cm,在坡体侧界出现断续状的羽状剪切裂缝,局部出现滑塌破坏现象。同时,大部分坡体均出现了不同程度的变形,随着降雨的持续和坡脚的继续开挖,并有加速发展的趋势。

3.2 边坡稳定性影响因素分析

1)边坡开挖是本滑坡形成的主导因素。本边坡属于典型的中倾角顺向坡,路堑开挖后在边坡前部形成临空面,改变了坡体原有的力学平衡,使处于稳定或极限平衡状态的坡体失去支撑条件,导致滑坡前缘抗力相对较低或消失,使坡体在高势能作用下易于变形,在开挖面附近形成剪出口,从而牵动后部坡体变形并产生滑动。2)地层中的软弱夹层是滑坡形成的控制因素,是滑坡产生的基础。坡体灰岩层面间均存在着多处处于可塑～软塑状态的软弱夹层,由于软弱夹层的承载能力及抗变形能力差,加之软弱夹层倾向坡体外侧,倾角为34°,当软弱夹层与开挖临空面组合条件适宜时,导致坡体前缘坍塌,其后部的岩体在失去前缘支撑后,坡体应力松弛,从而导致坡体力学参数进一步降低。3)降雨与水对岩土作用是本滑坡的促进因素。

3.3 边坡变形机制分析

顺层岩石滑坡机理一般是层间主滑带软弱夹层受水或水气的作用先变形,而后引起后缘及两侧受拉,使影响到的陡裂面松弛与坡体分离,分离后的牵引部分有下滑力作用于主滑体上,主滑体沿软弱夹层产生滑移。边坡的变形破坏机制可以分为以下3个阶段:1)滑移—弯曲初始阶段;2)滑移—弯曲加速阶段;3)最终破坏阶段。根据前述对岩体结构及稳定性影响因素分析,认为边坡处于滑移—弯曲滑移拉裂复合型滑坡的初始阶段,变形体上部及表层岩体沿层面发生滑移拉裂变形。随着变形的发展,边坡碎裂岩体在层状岩体弯曲产生的推力作用下产生变形增大,逐渐破坏并形成贯通的剪切滑动面,弯曲部位岩体中滑移切出面与碎裂岩体内剪切滑动面贯通后,坡体整体失稳。

4边坡稳定性分析

边坡稳定性分析和计算是确定经济合理的边坡开挖方案或分析已有边坡的稳定程度,并为拟定边坡加固措施提供依据。本文采用极限平衡法中的传递系数法来进行边坡稳定性计算。

计算参数的选用根据室内实验并结合工程地质类比和参数反演综合确定,选定典型剖面分别按天然、暴雨两种工况进行计算,计算得出在天然状态下边坡的稳定性系数为0.97,在暴雨状态下为0.92,分别处于欠稳定、不稳定状态。计算结果充分说明了在顺层滑坡未及时采取治理措施的情况下,滑坡的整体稳定性会进一步降低,从而有可能导致滑坡再次失稳而产生下滑。因此,有必要及时对此斜坡体进行治理。

5支护建议

1)坡体呈顺向坡结构,地层中的泥化软弱夹层是滑坡形成的控制因素,是滑坡产生的基础,控制滑面的变形是防止滑坡发生的重点。因此可采用预应力锚索进行防护确保边坡稳定。

2)暴雨和汇水是影响边坡稳定性的关键因素,也是治理的中心环节,因此必须建立完善的截、疏、排水体系。

6结语

1)要加强施工阶段的地质工作。针对边坡开挖揭示的地质剖面,全面、准确地了解边坡的工程地质情况,动态调整、优化路堑边坡的防护加固方案。2)顺层滑移岩石边坡的稳定性主要决定于地质构造、水文条件及人类活动等多种因素的综合影响,其中任何一个因素的改变都会不同程度的影响滑坡的稳定性。3)多层滑动是顺层岩石滑坡的突出特点之一,在勘察时需结合堑坡形成后的工况,确定出最不利的滑动带。4)在进行边坡支挡和锚固设计时,应综合考虑各种加固技术的优缺点,采用综合加固技术。

参考文献

[1]张倬元,王士天,王兰生.工程地质分析原理[M].北京:地质出版社,1994.

[2]薛颖慎.六盘山阴湿区路基边坡稳定性问题及解决方法[J].山西建筑,2007,33(34):300-301.

[3]马惠民,王恭先,周培德.山区高速公路高边坡病害防治实例[M].北京:人民交通出版社,2006.

[4]张忠平.万梁高速公路顺层岩石滑坡变形机理分析[J].路基工程,2004(4):47-48.

顺层边坡 篇3

重庆三峡地区的大型路基灾害50%以上发育于三叠系巴东组、侏罗系珍珠冲组及这些地层的崩坡积体中,这类地层可统称为易滑地层。在公路建设和运营期间,位于该类地层之上的路基容易出现病害乃至失稳造成灾害。长期以来,重庆三峡地区易滑地层边坡的治理一直是公路建设中的一个棘手的问题。随着近年来重庆高速公路建设的飞速发展,边坡稳定问题也越来越突出。在建设过程中如何达到有效评判、提出合理边坡坡形和预测边坡稳定性,并进一步制定合理的防护加固方案,已成为相关领域技术人员所关注的热点课题[1]。

通用离散元程序(UDEC,Universal Distinct Element Code)是一个处理不连续介质的二维数值计算程序软件。它由离散元与边界元相互耦合,不仅可以进行有裂隙岩体的力学分析,还可以模拟多节理岩体热传导、地下开挖工程,以及流水、石油等在节理中的流动问题。在UDEC中,为完整块体和不连续界面开发了多种材料特性模型,用来模拟不连续地质界面以达到显现的典型特性。UDEC是基于“拉格朗日”有限元算法较好地模拟块体系统中的变形和大位移,它不仅能够对变形块体模型特征进行静力和动力响应分析,而且还能够解决非连续性的刚性体模型的变形移动问题[2]。

本文依托西部交通科技建设项目,通过对重庆三峡地区存在的易滑地层路基边坡进行详细的现场调研,充分收集和分析前人的研究资料及成果,运用通用颗粒离散元程序(UDEC)建立三峡库区顺层类三级边坡各种参数下的模型,进行模拟计算分析求出各种不同参数变化组合下的安全系数,提出顺层边坡合理放坡坡形。

2 主要参数及计算模型

边坡数值模拟分析主要针对三峡库区易滑地层。其岩体主要参数参照殷跃平[3]等的三峡库区重大地质灾害及防治研究调查分析报告,粘聚力、摩擦角的范围主要来源李远耀[4]等研究的三峡库区滑带土抗剪强度参数,粘聚力范围在4~60k Pa,摩擦角7°~18°。顺层边坡相关参数如表1、表2。

利用通用离散元UDEC软件,依据以上岩体层面各种参数建立三级顺层边坡模型如图1所示。模型范围:长60米,高30米,层面厚1米,左、右及底部边界采用固定边界。模型为摩尔-库仑力学模型。

3 模拟计算分析

对顺层三级边坡探讨层面倾角、层面粘聚力、碎落台宽度、坡比对边坡的稳定性影响。利用UDEC软件,对给定层面粘聚力、摩擦角工况下的三级顺层坡模型通过改变层面倾角、坡比、碎落台宽度等变量,计算得出边坡安全系数,如表3所示。

由表数据看出,层面倾角大于-20°和小于-70°时,边坡安全系数才满足规范要求,对于倾角在-35°~-15°时采用放坡坡比1:1.5碎落台宽度2米时,边坡安全系数也能满足规范要求。对于坡比1:0.75,层面倾角大于-25°时随碎落台宽度增加安全系数而降低;对于坡比1:1,层面倾角小于-35°时随碎落台宽度的增加安全系数随之增加;对于坡比1:1.5层面倾角大于-35°随碎落台宽度的增加安全系数随之降低,小于-35°时随碎落台宽度的增加安全系数随之增加。层面倾角在-35°左右安全系数基本上是最低的。可见,并不是坡放的越缓,安全系数就越大,当坡比给定时,应分析天然工况与暴雨工况层面间的粘聚力对边坡安全系数的影响。

对给定的层面倾角为-20°、-30°和摩擦角为12°,通过改变层面粘聚力、碎落台宽度、坡比,利用UDEC软件模拟计算分析得出边坡安全系数如下表4。

由图2可以看出,相同层面倾角、碎落台宽度下,相同层面粘聚力下的边坡安全系数随着坡比的增大而增加;相同层面倾角、碎落台宽度、坡比下,随着粘聚力的增加边坡安全系数是增大的。

由表4中数据可知:(1)当层面倾角为-20°时:碎落台宽度为2米,粘聚力c小于30k Pa时,三种坡比均不合理,需采取预加固;c在30~55k Pa时,放坡1:1.5较合理;c大于55k Pa时,三种坡比都合理;碎落台为4米,粘聚力c在小于20k Pa时,三种坡比均不合理,需采取预加固;c在20~40k Pa时,放坡1:1.5较合理;c大于40k Pa时,放坡1:1.5、1:1较合理;(2)当层面倾角为-30°时:碎落台宽度为2米,粘聚力c小于50k Pa时,三种坡比均不合理,需采取预加固;c大于50k Pa时,放坡1:1.5较合理;碎落台为4米时,三种坡比均不合理,需采取预加固。

4 结束语

重庆三峡地区易滑地层边坡的治理一直是公路建设中的一个棘手的问题,本文针对易滑地层顺层三级边坡利用离散单元法(UDEC)显示求解安全系数,进行模拟分析滑带粘聚力、碎落台宽度、层面倾角、坡比等因数的改变对其安全系数的影响,在模拟过程还考虑岩体刚度的变化,并得出以下结论:

(1)岩体刚度系数的选取对安全系数的计算有一定的影响,但影响并不明显,节理的刚度的选取不能太小,会直接影响安全系数的求解;

(2)

层面倾角为-15°~-35°、不同碎落台宽度、层面粘聚力下的顺层三级边坡合理放坡坡形如表5所示。层面粘聚力在35~50k Pa时,放坡坡比小于1:1较合理,当粘聚力较小时,可适当增加碎落台宽度或减缓放坡坡比。

摘要：针对重庆三峡地区易滑地层地质特性,充分收集和分析前人的研究资料及成果,运用通用颗粒离散元程序(UDEC)建立三峡库区顺层三级边坡模型,模拟过程中主要考虑层面倾角、碎落台宽度以及粘聚力等参数对边坡稳定性的影响,分析模拟计算得出的不同参数组合下的安全系数,提出易滑地层三级顺层边坡合理放坡坡形。

关键词：易滑地层,顺层边坡,UDEC,安全系数,合理坡形

参考文献

[1]胡辉.重庆三峡地区易滑地层路基边坡安全度评价方法研究[D].重庆交通大学硕士论文,2010.[1]胡辉.重庆三峡地区易滑地层路基边坡安全度评价方法研究[D].重庆交通大学硕士论文,2010.

[2]Itasca Consulting Group.Inc.UDEC(Universal Distinct Element Code)user's manual,Version3.0[R].[s.l.]:Itasca Consulting Group.inc.1996.[2]Itasca Consulting Group.Inc.UDEC(Universal Distinct Element Code)user's manual,Version3.0[R].[s.l.]:Itasca Consulting Group.inc.1996.

[3]殷跃平等.长江三峡库区移民迁建新址重大地质灾害及防治研究[M].北京:地质出版社,2004.[3]殷跃平等.长江三峡库区移民迁建新址重大地质灾害及防治研究[M].北京:地质出版社,2004.

顺层岩质边坡的稳定性及敏感性研究 篇4

随着我国水利水电工程建设的快速发展, 出现了大量的顺层岩质边坡工程问题, 有些顺层岩质边坡的稳定性问题直接决定着工程修建的可行性。顺层岩质边坡是指倾斜方向与边坡层状基岩的倾向接近或大体一致的边坡。影响其稳定性的主要因素有结构面倾角大小、粘聚力、内摩擦角、地下水以及节理裂隙切割状况等。

本文结合某水电站的顺层岩质边坡工程, 运用有限元法, 对影响顺层岩质边坡的稳定性分析, 并对粘聚力、内摩擦角、结构面倾角和地下水影响因子的敏感性问题进行分析, 从而得到了顺层岩质边坡稳定性的一些规律。

1 边坡工程概况

某水电站边坡工程位于西南部山区, 地形地貌条件十分复杂, 自然边坡高陡, 基岩裸露, 边坡稳定性较差, 其中顺层边坡的稳定性问题较为突出。自然边坡高大于300 m, 开挖边坡高约125 m, 宽约130 m, 开挖坡比1∶0.5, 岩性以花岗岩为主, 岩石组分中石英含量约占35%, 钾长石含量大于20%, 斜长石约占40%, 黑云母3%, 角闪石1%, 铁矿石少许。其软弱夹层厚度为1 mm~5 mm, 其倾斜方向与基岩倾向呈顺层关系, 依据试验资料, 软弱夹层的强度参数为c=30 k Pa, φ=25°, 边坡设计断面如图1所示。岩体物理力学指标如表1所示。

2 顺层岩质边坡稳定性数值模拟研究

2.1 有限元模型[4]

本次分析计算将岩土体材料视为各向同性的理想弹塑性材料, Drucker-Prager屈服准则可以较准确描述这类材料, DruckerPrager函数的表达式如下:

其中, I1为应力第一不变量;J2为偏应力第二不变量;a, δy均为Drucker-Prager准则的相关参数。

2.2 边坡稳定性与粘聚力关系

在无地下水位时, 取c=15°, 20°, 25°, 30°, 35°, 40°, 50°共7个值, 其他参数不变, c与边坡的稳定安全系数的关系见图2。

由图2可以看出, 安全系数与粘聚力基本上保持线性关系, 随着粘聚力c的增大, 安全系数Fs也随之增大。边坡稳定安全系数Fs对于岩体粘聚力c的变化率为0.006~-0.028, 平均值为0.017。

2.3 边坡稳定性与内摩擦角关系

在无地下水位时, 取φ=15°, 20°, 25°, 30°, 35°, 40°, 45°的7个值, 其他参数不变, φ与边坡的稳定安全系数的关系见图3。

由图3可以看出, 安全系数与内摩擦角φ基本上保持线性关系, 随着内摩擦角φ的增大, 安全系数Fs也随之增大。边坡稳定安全系数Fs对于岩体内摩擦角φ的变化率为0.008~-0.04, 其平均值为0.02。

2.4 边坡稳定性与地下水位的关系

本文将地下水位的高度以水位线距边坡顶面的距离来表示, 地下水位为0时表示地下水位线沿边坡坡面分布。计算中考虑了渗水压力的影响作用, 取地下水位为0, 1, 2, 3, 4, 5共6个值, 其他参数不变, hw与边坡的稳定安全系数的关系见图4。

由图4可以看出, 边坡稳定安全系数Fs对地下水位hw的反应比较敏感, 随着地下水位hw的不断升高, 边坡稳定安全系数Fs逐渐减小。边坡稳定安全系数Fs对于地下水位hw的变化率为0.02~0.04, 其平均值为0.03。

2.5 边坡稳定性与结构面倾角关系

为研究结构面倾角与边坡稳定安全系数的关系, 依次改变结构面倾角为15°, 20°, 25°, 30°, 34°, 35°, 40°, 45°共8个值, 保持其他参数不变, 边坡结构面倾角与边坡稳定安全系数的关系见图5。

由图5可以看出, 当边坡结构面倾角小于34°时, 结构面倾角与边坡安全系数成反比关系, 计算表明此范围内结构面倾角越小则越有利于增强边坡的稳定性;当结构面倾角大于34°时, 边坡安全系数与结构面倾角成正比关系, 计算表明在此范围内顺层倾角越大则越有利于增强边坡的稳定性;边坡稳定安全系数Fs对于结构面倾角的变化率为0.002 4~-0.09, 平均值为0.05。

3 结语

1) 根据上述计算结果, 顺层岩质边坡的4个主要影响因素对边坡稳定性影响按敏感程度大小依次排序为结构面倾角、地下水、内摩擦角和粘聚力。其中结构面倾角的变化对边坡稳定性影响最敏感, 在本工程地质条件下倾角为34°时, 顺层边坡稳定性最差, 是边坡工程治理中应重点关注的岩体部位。

2) 顺层岩质边坡的稳定性受软弱结构面的强度参数控制非常明显, 其软弱结构面的强度越高, 则边坡的稳定性越好。注意加强边坡排水设施的修建, 保持边坡排水顺畅, 尽可能降低边坡的地下水位。

参考文献

[1]马连城, 郑桂斌.我国水利水电工程高边坡的加固与治理[J].水力发电, 2000 (1) :34-37.

[2]陈从新, 黄平路, 卢增木.岩层倾角影响顺层岩石边坡稳定性的模型试验研究[J].岩土力学, 2007, 28 (3) :476-481.

[3]刘才华, 徐健, 曹传林.岩质边坡水力驱动型顺层滑移破坏机制分析[J].岩石力学与工程学报, 2005, 24 (19) :3529-3533.

[4]赵尚毅, 郑颖人.边坡稳定性分析的有限元法[J].地下空间, 2001, 21 (5) :450-454.

顺层边坡 篇5

顺层岩质边坡稳定性问题在道路交通、水利水电及矿山等重大工程中普遍存在。由于工程开挖引起岩体应力改变和重分配, 使边坡极易发生沿岩层面的整体滑移, 严重影响工程的安全性。顺层岩质边坡稳定性设计方法受边坡岩体地质情况如岩层倾角、层面抗剪强度、和地下水、开挖方式等多因素影响。目前, 顺层边坡主要有两种治理方案:放坡开挖或增设支挡结构物。

二、工程概况

重庆渝北区悦来新城路网会展公园边坡防护工程为修建会展大道形成的岩质挖方边坡上通过园林绿化工程形成一个景观斜坡绿化带, 正对方向 (公园正西方向) 为重庆·西部国际会议展览馆。边坡防护设计范围为:会展大道K1+356~K3+429.5段道路右侧挖方边坡。设计长度约为约为2073.5m, 宽40~190m, 高约7~75m, 为岩质边坡, 边坡安全等级为一级。

三、工程地质条件

会展大道位于龙王洞背斜 (N 1 1°E) 西翼, 岩层呈单斜产出, 倾向总体上向西、西北, 倾向270°~331°、倾角8~16°。岩层倾向与边坡坡向相同, 为顺层边坡。区域水文地质条件简单, 地下水贫乏。通过工程地质调查, 区域内未发现滑坡、断层、危岩等不良地质作用。

四、顺层边坡支护稳定性设计及其优化

1. 工程特点

该边坡工程设计难点如下:

(1) 全部边坡均为顺层边坡, 为砂泥岩互层, 易产生沿顺层层面的整体滑坡, 且边坡高度大, 对会展大道及国博中心造成的安全风险大。

(2) 会展公园对面即为国博中心, 会展边坡设计, 不仅要考虑边坡本身的安全, 还要结合会展公园景观进行设计, 须与国博中心整体规划协调一致。

2. 顺层边坡稳定性设计

根据边坡工程地质情况及工程特点, 原设计拟采用两种方案:

(1) 放坡支护。

放坡支护广泛适用于顺层边坡的治理中。根据顺层边坡的岩层倾角, 取边坡放坡坡比为1∶4, 为一级边坡。

(2) 支挡结构物支护

大量的室内试验及工程实践表明, 顺层路堑边坡多为发生整体牵引式失稳破坏。因此, 可增设抗滑桩、锚杆、锚索 (桩) 等支挡结构物对边坡进行预加固支挡。采用抗滑桩进行边坡支护虽然能起到很好的支护作用, 但成本较高, 且景观价值不高。而锚杆挡土墙由于其具有施工方便、造价低、安全可靠性高等优点在边坡工程中广泛使用。故设计考虑经济效益, 结合景观价值, 选用格架式锚杆挡墙进行支护。边坡采用分级放坡+格架式锚杆挡墙进行防护, 坡率为1∶2.5, 每级边坡高度不大于10m, 平台宽2m。锚杆均为1根25的HRB400钢筋, 长度为锚入破裂角 (岩层倾角) 内稳定中风化岩层至少8m, 间距为2.5 (水平) ×2 (竖直) m, 设置于格架节点处。

3. 优化设计

对边坡支护进行优化处理, 在满足安全性的前提下, 采用放坡+支挡结构物共同支护, 进行分段支护设计。

(1) 对K1+356~K1+600、K2+700~K3+429.5段右侧边坡采用放坡支护, 坡率调整为1∶3.5, 坡脚处采用格架式锚杆挡墙护坡。

(2) 对K1+700~K2+600路段没有用地需求的边坡, 采用更为经济的格架式锚杆挡墙支护, 分级放坡, 坡率1∶2.5。K1+600~K1+700、K2+600~K2+700为过渡段, 分级放坡, 采用格架式锚杆挡墙支护。其支护典型横断面图如下图所示:

边坡支护优化设计前后工程量与工程造价对比如下表所示:

根据理正软件计算得到上述方案设计得到的边坡稳定安全系数均满足《建筑边坡工程技术规范》 (GB50330-2002) 要求。根据上表可得, 优化后的工程总造价比全放坡方案节约约2800万。表明优化后采用的放坡+支挡的边坡支护形式具有较好的安全、经济及景观效益, 且满足城市用地需求, 为合理的支护方案。

五、总结

1.根据边坡工程的具体情况和特点, 结合对类似高边坡支护工程实例等各种影响因素的充分调查研究, 采用方案比选, 最终采用放坡方案和边坡支挡方案相结合方式, 即保证了边坡安全, 又有利于会展公园景观的打造, 且具有较好的经济效益, 对国博中心整体规划的有效实施奠定了基础, 可为类似顺层岩质边坡治理提供参考。

顺层边坡 篇6

1 滑坡推力计算方法

边坡处治设计中滑坡推力计算是关键, 对于不同的边坡滑动形式, 滑坡推力计算一般与其稳定性分析方法保持一致, 计算得到的滑坡推力和相应的稳定系数才能对应。现在的滑坡推力计算有滑面为或近似为圆弧面的力矩平衡法[5]、简化Bishop法[6], 滑面为连续的曲面或滑面由不规则线段组成时的Janbu法[12], 滑面由缓倾角、变化不大的折线段组成时采用分块极限平衡法[15—17] (图1) 。

式 (1) 中φ为滑面 (带) 岩土的综合内摩擦角, α为滑面 (带) 的倾角, k为安全系数。

极限平衡时, 各条块对转动圆心力矩之和应为零, 可得此时条块间的作用力为

式 (2) 中Wi为条块自重, Si为条块底部总切向力, Qi为水平作用力。经过一些中间步骤后, 得到安全系数的表达式,

由于lim Ti-Ti-1=0时, 可得到简化表达式, 其中fi=tanφi,

用极限平衡法分析加桩后坡体的稳定性时, 考虑桩在滑面处剪力使坡体增加的抗滑力矩, 稳定性表达式可推导如下, 在式 (2) 中加入桩底切向力对坡体的稳定作用, 可知

式 (5) 中Qp为桩在滑面处的水平剪力, αp为桩位处滑面的倾角。设抗滑桩条块号为j, 桩前的分条块号为j+1, 设桩给j+1条块的作用力为FB, 在力的作用点为其中点, 且方向与桩位处滑面平行, 则可计算桩前滑体的稳定安全系数为k时FB的值,

式 (6) 中R为FB作用点到圆心的旋转半径。

整理式 (5) 可得,

从而求得

桩所受的滑坡推力 (桩后荷载) 与桩前坡体抗力和桩在滑面处的水平向内力保持平衡, 所以水平向滑坡推力可表示为Pp=Qp+FBcosα。

2 联合处治技术研究

顺层岩质边坡处治设计中所需要的岩体力学参数有岩体参数和结构面参数, 其中软弱结构面即滑移面的抗剪强度参数尤其重要[19—21]。在确定顺层边坡的软弱结构面并通过JRC和JCS参数计算获得抗剪强度参数之后, 完成稳定性分析。根据有限元数值计算, 选取顺层边坡关键点的水平位移进行分析, 在同一顺层倾角情况下, 随着边坡走向与岩层走向夹角的增大, 边坡随着走向与岩层走向夹角的增大而趋向于稳定。岩层倾角小于层间综合摩擦角时, 一般不考虑顺层影响, 当岩层倾角大于10°~35°, 因倾角较大, 故岩层顺层边坡下滑力较大, 如设置抗滑支挡工程代价巨大, 具备条件清方时可采用清方措施。岩层倾角介于10°~35°之间, 顺层清方量大或边坡太高时, 结合边坡稳定系数和岩体结构面抗剪切强度等参数的分析, 及软弱夹层分部状态预加固桩、预应力锚索、挡土墙等抗滑工程。根据模型试验及大量顺层滑坡工地统计分析, 对于顺层滑坡, 顺层面滑动长度与切层厚度之比为6~10;未产生滑动时, 顺层面长度与切层厚度之比为4~7。设支挡时松弛区影响范围较不设支挡时缩小约30%, 及顺层面长度与切层厚度比为3~5。对于需要加固的顺层边坡, 岩层较稳定时, 优先采用微型桩、锚杆束桩、钢轨桩、抗滑键等进行加固, 当岩层较为破碎时采用锚固桩、锚索桩、及综合加固措施。

3 复杂地质结构顺层边坡处治应用

图4所示 (K49+150) ~ (K49+250) 处边坡岩体为厚层、砾状褐色泥岩, 岩体破碎, 覆盖层较厚, 主生裂隙和次生裂隙发育。原勘察资料提供岩层产状为N20°W/20°NE, 无软弱夹层。施工图设计因岩层倾角较缓且无软弱夹层, 故按1:0.75分两级刷坡, 在上部一级边坡形成, 下部边坡施工过程中, 中部平台以上边坡产生滑动, 后缘岩体被拉裂, 前缘边坡处水平错动0.5 m。现场查看, 边坡出露两层厚度为0.3~1 m的薄层状溶蚀性泥灰岩, 一层位于地面下约4 m处, 另一层位于地下约10 m处, 路堑开挖到15 m左右, 岩层产状为N10°E/22°~26°NW, 下陡上缓。通过反算得到的薄层溶蚀性灰岩的黏结力c=11 k Pa, 摩擦角φ=20°, 变更设计确定结合顺层清方, 先将拉槽临空部分回填反压, 再顺软弱层顺层清方。

图6所示某段落挖方边坡岩性为侏罗系沙溪庙组 (J2s) 砂泥岩互层, 表部覆盖残坡积粉质黏土, 厚0~1 m。原设计边坡加固方案为一级边坡 (K50+282) ~ (K50+342) 段采用埋置式抗滑桩支挡, 其余一级边坡采用锚杆+预应力锚索框架梁, 二级以上边坡采用3 m×3 m预应力锚索框架梁加固。由于边坡开挖至一级平台处, 边坡突然发生滑塌现象, 滑塌范围为 (K50+275) ~ (K50+340) , 堑顶见纵向拉裂缝, 最大裂隙达50 cm, 坡体破坏严重, 已无法按照原设计施工[22—23]。

根据边坡稳定现状和施工揭露地层出露情况, 选取 (K50+285) 、 (K50+290) 、 (K50+295) 、 (K50+305) 断面进行参数反演计算, 根据计算结果综合取值, 取粉砂质泥岩接触面计算参数:c=22 k Pa, =15°, 选取7个典型断面进行计算, 其中 (K50+275) 断面最大剩余下滑力为1 591.9 k N/m, (K50+285) 断面为685.5 k N/m, (K50+295) 断面为870.5k N/m, (K50+305) 断面为1 535.4 k N/m, (K50+310) 断面为2 531.5 k N/m, (K50+330) 断面为2 154 k N/m, (K50+340) 断面最大剩余下滑力为3 253.4 k N/m, 。根据计算结果采用清方+锚杆框架梁+预应力锚索框架梁+埋置式抗滑桩联合处治措施[24—26]。图6中曲线内坡比为1:0.75的边坡采用4 m×3 m锚杆 (锚索) 框架梁加固, 曲线外坡比为1:0.75的边坡采用3 m×3 m锚杆 (锚索) 框架梁加固; (K50+261) ~ (K50+281) 段二级边坡为清方过渡段, 坡比由 (1:0.75) ~ (1:1.0) , (1:1.0) ~ (1:1.5) , 最后顺适过渡至顺滑动面清方坡面; (K50+281) ~ (K50+330) 段二级边坡顺滑动面清方, 坡面才采用预应力锚索+注浆锚杆联合防护; (K50+330) ~ (K50+350) 段二级边坡为清方过渡段, 坡比由清方坡面过渡至 (1:0.75) , 坡面采用预应力锚索框架梁; (K50+210) ~ (K50+279) 、 (K50+305) ~ (K50+367) 段堑顶外坡面设6束垫墩锚索预加固; (K50+271) ~ (K50+332) 顺清方坡面加固锚索长度均采用19 m, 锚杆长15 m; (K50+307.3) ~ (K50+345.2) 段一级边坡平台处设埋置式抗滑桩支挡 (图6和图7) 。

4 结论及施工建议

(1) 研究了陡倾顺层岩质高边坡防治工程措施的合理组合形式, 引入角度判断法针对具体边坡特点提出了清方+锚杆框架梁+预应力锚索框架梁+埋置式抗滑桩联合处治措施。

(2) 在顺层段修建纵向便道时, 挖方过程中尽量减少开挖边坡高度, 避免纵向整体切穿岩层接触面, 引起顺层滑动;开挖坡比应同主体清方坡比保持一致, 开挖前后应及时按照设计图纸修建支挡防护设施。

(3) 锚索框架梁施工, 开挖前按设计坡比整平坡面, 框架梁嵌于基岩内, 梁底不能悬空, 钢绞线采用嵌砂型环氧涂层钢绞线。