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        渝湘高速公路ZK37+080—ZK37+200段滑坡穩(wěn)定性分析

        2013-11-27 03:19:34
        鐵道建筑 2013年8期
        關(guān)鍵詞:坡體斜坡暴雨

        雷 剛

        (中國(guó)公路工程咨詢集團(tuán)有限公司,湖北武漢 430052)

        1 工程概況

        1.1 地形地貌

        渝湘高速公路ZK37+080—ZK37+200段滑坡位于重慶市酉陽(yáng)縣,微地貌形態(tài)為山前崩坡積堆積斜坡。斜坡的上部是灰?guī)r形成的陡崖,走向NE,坡角為65°,坡高約為100~250 m,局部近于直立。陡崖的下部與斜坡相連接,其連接處為250 m的平臺(tái)。平臺(tái)外側(cè)為向東突出呈舌狀的山脊,沿山脊延伸的方向總體坡度為20°~25°。舌狀山脊突出部分總長(zhǎng)度約為400 m,其前部與長(zhǎng)青子河相接。

        1.2 地層巖性

        滑坡位于一個(gè)崩坡積堆積斜坡上,其下伏的基巖是志留系地層,后緣及南側(cè)出露的地層為二疊系灰?guī)r,具體的地層巖性見(jiàn)表1。

        1.3 地質(zhì)構(gòu)造與地震設(shè)防烈度

        重慶市酉陽(yáng)縣位于咸豐背斜北西翼,巖層總體產(chǎn)狀為300°~330°∠30°~35°,在滑坡后部陡崖測(cè)得兩組裂隙,見(jiàn)表2。

        根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》(GB 18306—2001)及《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50011—2001)的相關(guān)規(guī)定,滑坡所在地區(qū)的地震設(shè)防烈度為6度。

        表1 地層巖性特征

        1.4 水文地質(zhì)條件

        在本滑坡中前部北側(cè)邊界附近,發(fā)育1處泉眼。該泉常年有水,原高程為717 m,但由于公路開(kāi)挖,出露點(diǎn)上移至公路左側(cè),高程約727 m,但隨著公路的進(jìn)一步開(kāi)挖,滑體變形加劇,導(dǎo)致該泉眼處地下水不再出露。

        表2 裂隙發(fā)育特征

        該地區(qū)下伏地層為灰?guī)r和頁(yè)巖,地下水主要為松散巖類孔隙水和碳酸鹽巖巖溶水。

        松散巖類孔隙水:分布在斜坡區(qū)較厚的堆積層中,補(bǔ)給類型為大氣降雨和后部巖溶水。旱季在坡面上無(wú)水源出露,堆積層中塊石含量較高,因此暴雨后也很少能見(jiàn)到坡面流。

        碳酸鹽巖巖溶水:主要分布于二疊系灰?guī)r出露區(qū),四季均有水,由大氣降雨補(bǔ)給,水量受降雨影響變化較大。該類型地下水沿豎向巖溶管道或陡傾裂隙下滲。

        2 坡體變形原因及形成機(jī)制分析

        根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察資料分析可得,該邊坡變形的方式為堆積層滑動(dòng)破壞方式,且為從前向后逐級(jí)牽引破壞的方式。其破壞特點(diǎn)如下:

        1)第一級(jí)邊坡破壞時(shí),只在邊坡中部樁基附近形成裂隙,裂隙呈直線展布。隨著蠕滑變形加大,裂隙在樁前向兩側(cè)擴(kuò)展,直到邊坡的邊緣,但在樁后,由于樁基的約束,地表很長(zhǎng)一段時(shí)間都不發(fā)生變形。

        2)隨著上覆地層的進(jìn)一步下滑,坡體開(kāi)始發(fā)生較大變形,裂隙開(kāi)始呈水平狀近似直線展布。只在最靠近樁的地方才開(kāi)始形成近弧形的圈椅形態(tài)變形區(qū),這種變形方式類似于垮塌方式。

        3)隨著滑體的變形加大,在滑坡的側(cè)邊界開(kāi)始形成微小的、近直線展布的裂隙。該裂隙在邊坡后部向小里程方向擴(kuò)展近50 m。

        根據(jù)勘察資料,研究區(qū)上覆地層堅(jiān)硬,連續(xù)性較好,但裂隙切割明顯。下部為原始?xì)埰路e粉質(zhì)黏土夾碎石,前部為破碎的頁(yè)巖,這兩部分相對(duì)于上覆地層,相對(duì)軟弱,且這兩部分長(zhǎng)期浸泡在地下水中。公路邊坡開(kāi)挖后,形成危害較大的臨空面。在上覆巖土層的壓力下,軟弱層開(kāi)始產(chǎn)生側(cè)向變形。隨著變形的進(jìn)一步加劇,軟弱層逐漸發(fā)生土體剪切變形破壞。軟弱層的下滑力主要作用在抗滑樁的中上部,下滑力導(dǎo)致抗滑樁產(chǎn)生位移,且使樁前的破碎頁(yè)巖向坡體外部剪出。同時(shí),樁前土體厚度較小,且連續(xù)性也較好,因此,樁前土體受力后開(kāi)始呈整體狀向兩側(cè)擴(kuò)展直至邊坡邊界。

        該邊坡上部的灰?guī)r巖塊較完整,層厚大,且有裂隙切割,邊坡變形從下方的軟弱層開(kāi)始,在變形初期,樁后裂隙寬度越來(lái)越大,樁前斜坡被剪出,底部的平臺(tái)產(chǎn)生縱向裂隙,但坡體表面未見(jiàn)明顯變形。

        3 有限元模擬

        3.1 計(jì)算模型和材料參數(shù)

        在勘察鉆孔資料的基礎(chǔ)上,本文選取滑坡主剖面(圖1)應(yīng)用FLAC3D建立滑坡模型,對(duì)滑坡的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。對(duì)該滑坡的巖土體進(jìn)行分組,剖分網(wǎng)絡(luò)包含3 790個(gè)節(jié)點(diǎn)、1 828個(gè)單元。根據(jù)勘察資料,將該邊坡巖土體分為殘積層、坡積層、灰?guī)r、頁(yè)巖。

        圖1 工程地質(zhì)剖面

        由于降雨是導(dǎo)致該滑坡破壞變形的誘發(fā)因素,因此本文選取治理前暴雨工況對(duì)滑坡的穩(wěn)定性進(jìn)行演算,計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表3和表4。

        表3 滑床體基巖計(jì)算參數(shù)

        表4 滑坡體殘坡積層計(jì)算參數(shù)

        3.2 計(jì)算結(jié)果分析

        首先用彈性模型計(jì)算得到治理前滑坡的初始地應(yīng)力,本階段選取原始狀態(tài)下對(duì)應(yīng)的巖土體參數(shù)。然后,在上述模型的基礎(chǔ)上,將本構(gòu)模型設(shè)置為 Mohr-Coulomb模型,對(duì)斜坡左側(cè)施加水頭,得出該邊坡在暴雨工況下,穩(wěn)定性系數(shù)為1.01。運(yùn)用剩余推立法進(jìn)行穩(wěn)定性分析,得出在暴雨工況下,邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)為0.90~1.04。

        該滑坡在治理前暴雨工況下的位移和應(yīng)力等值線圖分別見(jiàn)圖2和圖3。

        圖2 治理前暴雨工況位移云圖

        圖3 治理前暴雨工況應(yīng)力云圖

        從圖2和圖3可知,該邊坡的位移由下部向上部發(fā)散,是牽引式滑坡的典型特征。在鄰近公路的臨空區(qū)位移最大,達(dá)到123 cm。同時(shí),該區(qū)的應(yīng)力集中也較嚴(yán)重,在一定程度上對(duì)邊坡下方的高速公路造成直接威脅。上述分析表明在暴雨工況下,該邊坡欠穩(wěn)定,斜坡中部一個(gè)次級(jí)變形體的失穩(wěn)將對(duì)其下部的高速公路造成威脅,需要治理。

        4 治理建議

        根據(jù)上述穩(wěn)定性分析和詳細(xì)的勘察資料,對(duì)該滑坡的治理采取以抗滑為主,以治水為輔,抗滑與治水相結(jié)合的綜合治理措施。具體治理措施如下:

        1)進(jìn)行兩級(jí)治理,可采用抗滑樁+削方減載的綜合治理方案。

        2)對(duì)滑體內(nèi)及外圍地表水和地下水,修筑截排水溝,做好截排水工作,同時(shí)封閉滑坡體上已有裂縫,以免水體流入滑坡體內(nèi)。

        3)基槽、樁基開(kāi)挖時(shí)采取必要的支護(hù)措施,確保施工安全,并作好抗滑樁挖孔時(shí)的排水工作。

        4)滑坡治理過(guò)程中及治理后應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。對(duì)滑坡北側(cè)以外的變形區(qū)擴(kuò)大監(jiān)測(cè)范圍。

        5 結(jié)束語(yǔ)

        渝湘高速公路ZK37+080—ZK37+200段邊坡破壞機(jī)制為牽引式破壞。邊坡前緣由于松散堆積物及巖體裂隙面的存在,在暴雨情況下,產(chǎn)生崩塌,將前緣隧道口掩埋;邊坡中部由于軟弱夾層的存在,土層力學(xué)性質(zhì)差,使得覆蓋土層與部分強(qiáng)風(fēng)化層發(fā)生滑動(dòng),邊坡后部則由于坡體前部的牽引作用,上部覆蓋層與巖層交界面產(chǎn)生滑動(dòng)。

        在隧道洞口普遍存在地質(zhì)災(zāi)害,因此建議在勘察以及線路選取時(shí),要重視地質(zhì)災(zāi)害對(duì)工程的危害,盡可能地將隧道洞口布置在地質(zhì)構(gòu)造較簡(jiǎn)單、排水流暢、不宜積水、地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生概率較小的地段。

        [1]黃潤(rùn)秋,趙建軍,巨能攀.湯屯高速公路順層巖質(zhì)邊坡變形機(jī)制分析及治理對(duì)策研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2007,26(2):239-246.

        [2]江源,陶巖,顧衛(wèi).高速公路邊坡植被恢復(fù)效果研究[J].公路交通科技,2007,24(7):147-152.

        [3]馬啟和,王瑞榮,吳銀亮.某高速公路巖土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析及其防治措施[J].鐵道建筑,2012(10):108-111.

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