王成,陳昌彥,楊素春,魏云杰

(1.北京市路政局門(mén)頭溝公路分局,北京 102300;2.北京市勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司,北京100038; 3.北京工業(yè)大學(xué)城市與工程安全減災(zāi)省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100124)

燕家臺(tái)碎裂巖質(zhì)邊坡變形體變形規(guī)律研究

王成1,陳昌彥2,楊素春2,魏云杰3

(1.北京市路政局門(mén)頭溝公路分局,北京 102300;2.北京市勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司,北京100038; 3.北京工業(yè)大學(xué)城市與工程安全減災(zāi)省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100124)

燕家臺(tái)碎裂巖質(zhì)邊坡是區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造多次反復(fù)作用而形成的,其復(fù)雜多變的工程地質(zhì)條件給工程設(shè)計(jì)和施工帶來(lái)了極大的困難。通過(guò)對(duì)大量的邊坡監(jiān)測(cè)資料分析,選取具有代表性的斷面進(jìn)行研究,人為擾動(dòng)和降雨是邊坡位移的主要控制因素。將邊坡變形演化分5個(gè)階段,分析了滑體的變形規(guī)律并提出支護(hù)建議,為公路邊坡的設(shè)計(jì)和施工提供了依據(jù)。

碎裂巖體;巖質(zhì)邊坡;變形監(jiān)測(cè);穩(wěn)定性

1 引言

燕家臺(tái)碎裂巖質(zhì)邊坡位于北京市門(mén)頭溝區(qū)清水鎮(zhèn)燕家臺(tái)村西雙大路。工程區(qū)位于北西向次級(jí)斷裂構(gòu)造與沿河城斷裂帶交匯地帶,受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的多次反復(fù)作用,節(jié)理裂隙和劈理構(gòu)造非常發(fā)育,巖層發(fā)生強(qiáng)烈的褶皺變形,產(chǎn)狀變化較大,甚至發(fā)生倒轉(zhuǎn)。區(qū)內(nèi)邊坡巖體破碎-極破碎(圖1)。公路邊坡開(kāi)挖后變形主要表現(xiàn)為后緣出現(xiàn)張拉裂縫,裂縫寬度超過(guò)30 cm,而前緣巖土體發(fā)生了崩塌。由于該邊坡的地質(zhì)條件復(fù)雜多變,邊坡的變形、穩(wěn)定性既受結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)控制,又受巖塊力學(xué)性質(zhì)控制[1],要在工程設(shè)計(jì)和施工階段準(zhǔn)確無(wú)誤地評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)邊坡巖土體的穩(wěn)定狀況,現(xiàn)有的技術(shù)手段還存在較大的困難[2]。而通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)并對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)分析推斷坡體變形發(fā)展趨勢(shì),是確保預(yù)測(cè)可靠性的最有效手段[3]。因此,本文根據(jù)該公路邊坡工程的實(shí)際特點(diǎn),選取具有代表性的斷面,采取了坡體深部位移監(jiān)測(cè)、地表位移監(jiān)測(cè)及裂縫監(jiān)測(cè)的方案。通過(guò)對(duì)深部位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的研究,得到邊坡的潛在滑動(dòng)面,分析了滑體的變形規(guī)律并提出支護(hù)建議,為公路邊坡的設(shè)計(jì)和施工提供了依據(jù)。

圖1 燕家臺(tái)碎裂巖體Fig.1 Yanjiatai cracked rock mass

2 工程概況與地質(zhì)條件

該路段設(shè)計(jì)主要為兩級(jí)臺(tái)階狀挖方邊坡,按1∶0.75設(shè)計(jì)坡度開(kāi)挖,并形成高15～25 m左右的人工邊坡,自然斜坡坡向與公路走向基本直交,邊坡巖體的總體產(chǎn)狀為175°～210°∠19°～24°。

2.1 地形地貌

工程區(qū)在區(qū)域上位于太行山脈的延伸地帶,整體上為構(gòu)造剝蝕低山地貌,海拔一般約為670～930 m,整體地形呈北西高、東南低。工程邊坡位于走向近東西向的較平緩山梁的陽(yáng)面斜坡上。自然斜坡坡向與公路走向基本直交,坡角約15°～25°,斜坡兩側(cè)均發(fā)育沖溝,中部?jī)蓷l小沖溝。

2.2 地層巖性

(1)第四系堆積層

第四系主要分布在溝谷兩側(cè)的河流階地及其底部與山坡表層,按成因可分為人工堆積層、坡洪積層、殘坡積層及風(fēng)積層。

(2)寒武系中統(tǒng)毛山、饅頭組巖層(C-2m)

區(qū)域地質(zhì)上,基巖地層主要為場(chǎng)地北側(cè)的中元古界的青白口系和薊縣系的灰?guī)r、砂巖等,而在場(chǎng)區(qū)內(nèi)及其以南主要出露地層為中寒武統(tǒng)的頁(yè)巖、泥巖、灰?guī)r和白云巖等地層。根據(jù)本次地質(zhì)調(diào)查和鉆探揭露,該邊坡揭露的基巖地層主要為鈣質(zhì)頁(yè)巖、炭質(zhì)頁(yè)巖、泥巖及泥質(zhì)白云巖為主,局部發(fā)育砂巖透鏡體,大約12.7～29.0 m以下發(fā)育泥質(zhì)白云巖。目前開(kāi)挖的邊坡巖體則以各種頁(yè)巖和泥巖互層為主,局部發(fā)育砂巖透鏡體,其中鈣質(zhì)頁(yè)巖為灰綠-灰黃色并夾有棕紅泥巖,炭質(zhì)頁(yè)巖為灰黑色。邊坡巖體的總體產(chǎn)狀為傾向175°～210°∠19°～24°,但由于受地質(zhì)構(gòu)造的影響,巖層發(fā)生強(qiáng)烈的褶皺變形,產(chǎn)狀變化較大,甚至發(fā)生倒轉(zhuǎn)。工程區(qū)內(nèi)邊坡范圍的頁(yè)巖和泥巖為極軟巖,全-強(qiáng)風(fēng)化,碎裂狀結(jié)構(gòu)、散體狀結(jié)構(gòu)、層狀碎裂結(jié)構(gòu),巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。下部的泥質(zhì)白云巖,一般為強(qiáng)風(fēng)-弱風(fēng)化,巖體結(jié)構(gòu)主要為破碎-較破碎、碎裂塊狀-層狀結(jié)構(gòu)巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí)。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查表明,邊坡北側(cè)不遠(yuǎn)處為沿河城斷裂帶的分支構(gòu)造,斷裂構(gòu)造的產(chǎn)狀為傾向150°∠60°～70°,場(chǎng)區(qū)西側(cè)有北西向次級(jí)斷裂構(gòu)造通過(guò)并與沿河城斷裂帶斜交。雖然場(chǎng)區(qū)邊坡巖體巖層整體為向南傾斜,但因沿邊坡走向發(fā)育兩個(gè)規(guī)模較大的次級(jí)褶皺,使得地層產(chǎn)狀發(fā)生較大的變化,褶皺東、西兩翼大部分向南偏西方向傾、西翼近核部向北東方向陡傾。測(cè)量的主要節(jié)理裂隙可劃分為兩組,走向分別為北東、北西兩個(gè)方向,傾角較陡。

2.4 水文地質(zhì)條件

調(diào)查表明,雨季因降雨入滲可能形成局部基巖裂隙水,主要分布在山體內(nèi)破碎巖體的裂隙或破碎帶中,順坡向下迅速排泄,其水量不豐富。

3 邊坡監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

根據(jù)上述布置,邊坡各點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)曲線見(jiàn)圖2～4,圖中曲線為2008年4月份至10月份測(cè)斜管深度-位移曲線,從圖中可以得出:

圖2 測(cè)斜管1深度-位移曲線Fig.2 Dep th-disp lacement curve fo r test tube one

圖3 測(cè)斜管2深度-位移曲線Fig.3 Dep th-disp lacement curve for test tube two

圖4 測(cè)斜管3深度-位移曲線Fig.4 Dep th-disp lacement curve fo r test tube three

(1)邊坡的變形主要發(fā)生在0～25m的范圍內(nèi),這個(gè)深度相當(dāng)于開(kāi)挖邊坡引起的“強(qiáng)卸荷區(qū)”[4]。邊坡變形表現(xiàn)出上部變形量比下部變形量大,在某一深度以上坡體的變形基本相同。

(2)深孔測(cè)斜可以準(zhǔn)確反映邊坡滑動(dòng)面位置與坡體隨深度的位移變化情況。

圖2中6 m和圖3中11 m處都出現(xiàn)了變形拐點(diǎn),這是由于邊坡第一臺(tái)階的開(kāi)挖,產(chǎn)生了卸荷回彈效應(yīng),第一臺(tái)階巖體沿層面發(fā)生了較小的錯(cuò)動(dòng)。

(3)圖2中14.0～16.0 m、圖3中15.0～17.0 m和圖4中23.0～25.0 m之間的位移有突變,在此深度以上的范圍內(nèi)變形具有很好的同步性和一致性,表明在這個(gè)深度上存在特定的軟弱結(jié)構(gòu)面并且傾向坡外,控制了結(jié)構(gòu)面以上坡體在開(kāi)挖卸荷過(guò)程中的整體回彈變形,并且對(duì)邊坡的整體變形起到主要控制作用,若不及時(shí)支護(hù),最終產(chǎn)生滑坡。

圖5為測(cè)斜管1深度點(diǎn)位移-時(shí)程曲線,從圖中可以看出:

圖5 測(cè)斜管1深度點(diǎn)位移-時(shí)程圖Fig.5 Disp lacement-time graph fo r test tube one

可以把位移-時(shí)程曲線劃分為5個(gè)階段:邊坡開(kāi)挖后78 d內(nèi)呈等速蠕變,變形緩慢平緩;78～84 d呈加速蠕變,這是因?yàn)橛昙窘涤耆霛B形成基巖裂隙水,加速了巖體的變形;84～99 d內(nèi)通過(guò)削去第一臺(tái)階變形體后變形減小;99～183 d內(nèi)因?yàn)榈诙_(tái)階的開(kāi)挖邊坡又呈等速蠕變;183 d以后通過(guò)在削去第二臺(tái)階變形體并用擋土墻支護(hù)后位移開(kāi)始逐漸收斂并趨于穩(wěn)定[5]。

4 結(jié)論及建議

(1)人為擾動(dòng)和降雨是邊坡位移的主要控制因素。燕家臺(tái)碎裂巖質(zhì)邊坡透水性強(qiáng),降雨條件對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響很大。

(2)邊坡發(fā)生由表及里的回彈變形,伴隨著變形的發(fā)展,邊坡的潛在滑動(dòng)面不斷在孕育、發(fā)展演化,如不及時(shí)支護(hù),最終進(jìn)入累進(jìn)性破壞滑動(dòng)面貫穿。

(3)建議使用錨索加格構(gòu)的支護(hù)措施控制巖體的變形,保持公路邊坡的穩(wěn)定。

(4)強(qiáng)降雨加速了邊坡的變形發(fā)展,因此,加強(qiáng)邊坡坡面的防護(hù),在坡頂設(shè)置截水溝以及地下水的排放對(duì)抑制邊坡的變形具有重要的作用。

[1]孫廣忠.巖體結(jié)構(gòu)力學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社,1988.

[2]劉漢東,阮飛鵬,李國(guó)維.粵贛高速公路k2邊坡監(jiān)測(cè)與穩(wěn)定性研究[J].巖土力學(xué),2008,29(12):3365-3369.

[3]李永江,陸陽(yáng),何斌.巖質(zhì)高邊坡變形與穩(wěn)定的綜合監(jiān)測(cè)[J].路基工程,2009,(2):129-131.

[4]孫健,陳明曉.高速公路開(kāi)挖邊坡變形監(jiān)測(cè)與分析[J].廣東公路交通,2008,(2):15-18.

[5]祁生文,楊小永,伍法權(quán),等.沙灣水電站原廠房后邊坡變形體變形規(guī)律研究[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào),2008,16:451-455.

DEFORMATION BODY IN YANJIATAI CRACKED ROCK SLPOE

WAM G Cheng1,CHEN Chang-yan2,YANG Su-chun2,W EI Yun-jie3,
(1.Beijing Road Political Bureau Mentougou Road Sub-bureau,Beijing 102300,China;2.BGIEngineering Consultants L td.,Beijing 100038,China;3.The Key Labo ratory of U rban Security and Disaster Engineering, M inistry of Education,Beijing University of Technology.Beijing 100124,China)

Yanjiatai cracked rock slope was fo rmed by the repeated regional geological structuring.The comp lex and everchanging conditionsof engineering geology has brought great difficulties to engineering design and construction.In this paper, select a rep resentative cross-section to study through a large number of slope analysis of monito ring data.Man-made disturbance and rainfall are the main control facto rsof slope disp lacement.The defo rmation evolution of slope is divided into five phases,defo rmation regularity analysis of slip body and suppo rt recommendations can made to aid slope design and construction.

cracked rock mass;rock slope;deformation monito ring;stability

P642;TU 457

:A

1006-4362(2010)02-0037-03

王成(1972- ),男,漢族,四川蓬溪人,高級(jí)工程師,研究方向:公路工程管理。

2009-08-03改回日期:2010-02-03

“十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目資助(2006BAJ06B02)