楊秀飛
(貴州高速公路開(kāi)發(fā)總公司)
潰曲破壞是指順層巖質(zhì)斜坡在一定的條件下,坡體后部的巖層發(fā)生滑移,坡體前沿的坡腳受阻,而發(fā)生的變形破壞模式。此變形破壞模式主要發(fā)生在開(kāi)挖的坡腳等于巖層傾角或者天然的中陡傾角的順層巖質(zhì)斜坡中。這類斜坡的特征是巖體具有沿滑移面下滑的條件,而由于沒(méi)有臨空面,則使得巖層需要承受縱向的壓應(yīng)力,隨之產(chǎn)生彎曲變形,最終導(dǎo)致潰曲破壞的發(fā)生。該破壞模式的過(guò)程可以分為輕微彎曲、強(qiáng)烈彎曲(隆起)、切除面貫通三個(gè)階段。
場(chǎng)區(qū)地處貴州高原西部高原山地區(qū),受溶蝕—侵蝕影響,地形條件較為復(fù)雜。場(chǎng)區(qū)附近地貌類型主要為低中山巖溶峰叢谷地。
場(chǎng)地區(qū)附近上覆第四系殘積層(Qel+dl)粘土,下伏基巖為三疊系下統(tǒng)夜郎組(T1y)薄至中層狀泥質(zhì)粉砂巖。
項(xiàng)目區(qū)屬揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)、黔北臺(tái)隆、遵義斷拱、畢節(jié)北東向構(gòu)造變形區(qū):以北東向褶皺斷裂為主,區(qū)域性斷裂構(gòu)造現(xiàn)已穩(wěn)定。
根據(jù)國(guó)家地震局頒布的《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》(GB 18306-2001),場(chǎng)區(qū)地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35 s,地震動(dòng)峰值加速度小于0.05 g,場(chǎng)區(qū)地震基本烈度小于Ⅵ度。
區(qū)域無(wú)常年性地表徑流。場(chǎng)區(qū)地下水類型為風(fēng)化基巖裂隙水及巖溶水。地下水主要以大氣降水為主要補(bǔ)給源。水體經(jīng)地表滲入風(fēng)化帶基巖裂隙從高向低徑流。
考慮層狀巖質(zhì)斜坡的破壞模式以及上述的假設(shè),在研究斜坡的彎曲變形破壞力學(xué)機(jī)理時(shí),假定巖層是放在斜坡上單位寬度的梁板,如圖1所示,運(yùn)用歐拉理論進(jìn)行分析。設(shè)巖層重度為γ,巖體彈性模量為E,巖層厚度為b,巖層假定長(zhǎng)度為L(zhǎng),巖層橫截面的中性軸慣性矩為I,各巖層的內(nèi)摩擦角為φ,內(nèi)聚力為c,斜坡的坡角為β,建立如圖1所示的坐標(biāo)系。
梁板簡(jiǎn)化為一個(gè)沿軸向壓縮和附加彎曲的疊加受力的模式,如圖2所示。
圖1 順層斜坡滑移彎曲變形的力學(xué)分析模型
圖2 梁板受軸向壓縮和附加彎曲
由圖可得
設(shè)此板梁彎曲變形的彈性曲線函數(shù)為
根據(jù)變形能與外力所作功的能量平衡原理可得
其中:變形能ΔU為
外力做功ΔT為
解式而可得
由式4可得臨界長(zhǎng)度計(jì)算公式為
該順層巖質(zhì)斜坡開(kāi)挖坡高為40 m,巖體的物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。
表1 斜坡巖體物理力學(xué)參數(shù)
由式5計(jì)算得出當(dāng)巖層層數(shù)為3層時(shí),臨界坡長(zhǎng)為L(zhǎng)cr=34.58<44。因此,該斜坡經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間的蠕滑變形就會(huì)發(fā)生潰曲變形破壞。所以必須進(jìn)行治理。
由于發(fā)生潰曲破壞的臨界坡長(zhǎng)為30.67,因此需要在這個(gè)位置加上錨索進(jìn)行處理,具體的處理措施為開(kāi)挖邊坡坡比為1∶0.75,8 m設(shè)一個(gè)臺(tái)階,臺(tái)階寬2 m,第一、二級(jí)邊坡采用三排預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行防護(hù),第二、四級(jí)邊坡采用長(zhǎng)度為6 m的錨桿框架植草進(jìn)行防護(hù)。
(1)通過(guò)對(duì)順層巖質(zhì)斜坡潰曲破壞機(jī)理的力學(xué)分析,依據(jù)發(fā)生潰曲破壞的臨界坡長(zhǎng)計(jì)算公式計(jì)算出斜坡的臨界長(zhǎng)度為34.58 m,而開(kāi)挖坡長(zhǎng)為44 m,因此,該斜坡在長(zhǎng)時(shí)間的蠕滑變形之后會(huì)發(fā)生潰曲破壞。
(2)針對(duì)該斜坡可能發(fā)生的變性破壞,對(duì)斜坡進(jìn)行預(yù)防護(hù),采用預(yù)應(yīng)力錨索和長(zhǎng)度為6 m的錨桿框架植草進(jìn)行防護(hù)。
(3)對(duì)斜坡發(fā)生的變形破壞進(jìn)行分析,并提出相應(yīng)的治理措施,對(duì)今后類似的工程實(shí)例具有一定的借鑒意義。
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