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        連云港某巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析與治理實踐

        2020-11-09 01:49:20陳城
        工程建設(shè)與設(shè)計 2020年21期
        關(guān)鍵詞:測線滑動巖體

        陳城

        (江蘇政泰建筑設(shè)計集團有限公司,江蘇 宿遷 223800 )

        1 工程概況

        旗臺山紅石咀人工開挖邊坡位于連云港火車站東南約2km,屬后云臺山系東北端。開挖邊坡東西最大長度670m,南北最大寬度650m 左右,最大坡高約120m。該邊坡為山體開采完后形成的一高邊坡。

        1.1 地層巖性

        邊坡出露地層為中上元古界云臺組下段第三層的一部分,呈層狀,表層風(fēng)化較弱。主要巖性為白云二長片麻巖?;野讑A肉紅及灰綠色,鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu),片麻構(gòu)造。礦物成分主要由鉀長石(30%~35%)、斜長石(30%~35%)、石英(20%~25%)以及少量白云母(8%~12%)組成。偶見黑云母、綠簾石、磁鐵礦等。巖石中的鉀長石和斜長石往往呈變斑晶出現(xiàn),粒徑一般在0.5~1.0mm。顆粒較大的鉀長石中均可見斜長石的出熔現(xiàn)象。長石和石英粒徑在0.05~0.02mm,部分呈拉長狀,彼此鑲嵌形成條帶。白云母呈鱗片狀,沿片麻理定向分布。

        1.2 邊坡地質(zhì)構(gòu)造特征

        邊坡為一總體傾向SE 的單斜構(gòu)造,地層產(chǎn)狀比較穩(wěn)定,總體走向 65°~80°,傾角 34°~39°。未見較大的斷裂構(gòu)造,受區(qū)域構(gòu)造的影響,巖石節(jié)理比較發(fā)育,其中以NE 向一組,最為發(fā)育,傾向 NW,傾角 77°~81°。其次為 NW 向一組,傾向 NE,傾角72°~87°。節(jié)理都帶有剪切性質(zhì),節(jié)理面較平滑或略顯弧形,顯示扭性或張扭特征。在白云二長片麻巖中見有長英脈沿裂隙充填【1】。

        邊坡巖體為變質(zhì)巖,巖性為白云二長片麻巖。主要成分為較均勻的長英質(zhì),屬堅硬巖組工程地質(zhì)區(qū)。巖石致密堅硬,飽和抗壓強度平均147MPa。完整性較好,大都塊狀構(gòu)造。巖體風(fēng)化程度較弱,巖石較為新鮮【2】。

        邊坡巖體節(jié)理發(fā)育,根據(jù)野外實地地質(zhì)調(diào)查,主要有NE向和NW 向2 組,其中NE 向一組最發(fā)育,該組節(jié)理易造成巖石崩塌滑落。

        1.3 水文地質(zhì)條件

        邊坡所處位置為后云臺山系旗臺山紅石咀,為剝蝕低山,劃為基巖裂隙水水文地質(zhì)區(qū),水位埋深由山頂向坡地漸淺,富水性差異大?;鶐r裂隙水僅發(fā)育于裂隙、構(gòu)造破碎帶中。

        2 邊坡基本特征

        2.1 邊坡類型

        本區(qū)邊坡為巖石邊坡,依據(jù)現(xiàn)場實測結(jié)構(gòu)面資料、巖體結(jié)構(gòu)特征,本區(qū)邊坡的主要破壞特征為沿碎裂結(jié)構(gòu)巖體中的不利滑動面組合滑移以及沿結(jié)構(gòu)面不利組合形成的塊體失穩(wěn),邊坡破壞形式屬于典型的滑移型及崩塌型【3】。

        2.2 邊坡巖體分類

        根據(jù)現(xiàn)場結(jié)構(gòu)面調(diào)查與地面宏觀地質(zhì)調(diào)查結(jié)果,邊坡強風(fēng)化巖體體積結(jié)構(gòu)面數(shù)量大于10 條,結(jié)構(gòu)面間距小于0.3m,結(jié)構(gòu)面發(fā)育3 組,巖體為裂隙塊狀、碎裂結(jié)構(gòu),巖體完整程度為不完整,屬于Ⅳ類巖體。

        中等風(fēng)化巖體為體積結(jié)構(gòu)面數(shù)量1~5 條/m,結(jié)構(gòu)面間距1~0.2m,結(jié)構(gòu)面發(fā)育3 組,巖體為似層狀結(jié)構(gòu),局部為鑲嵌結(jié)構(gòu),巖體完整程度為較完整,屬于Ⅲ類巖體。

        微風(fēng)化巖體結(jié)構(gòu)面平均間距大于1.0m,巖體較完整,屬于Ⅱ類巖體。

        本工程邊坡巖體基本屬于Ⅱ、Ⅲ類巖體。

        2.3 邊坡破壞的特點

        該區(qū)邊坡的特點主要有:

        1)開挖巖質(zhì)邊坡陡,邊坡坡向與層面大角度相交。邊坡巖體節(jié)理、裂隙較發(fā)育,巖體破碎,邊坡穩(wěn)定性差,邊坡破壞主要為沿結(jié)構(gòu)面組合形成的楔體發(fā)生崩塌破壞。

        2)該邊坡目前為二級開挖,高度在17m,邊坡極易沿結(jié)構(gòu)面組合交線發(fā)生滑動破壞。特別是結(jié)構(gòu)面發(fā)育區(qū)域,呈碎裂結(jié)構(gòu)。

        3 邊坡穩(wěn)定性分析與評價

        為了對邊坡進行有針對性的治理,在現(xiàn)有坡面上測取了典型剖面以分析其穩(wěn)定性。結(jié)合本工程邊坡的特點,破壞形式主要表現(xiàn)為整體圓弧滑動破壞與局部楔體破壞(崩塌)2 種類型。

        3.1 楔體破壞分析

        對于沿結(jié)構(gòu)面組合形成的楔體,由于本區(qū)結(jié)構(gòu)面除層面外,大多為Ⅳ、Ⅴ級結(jié)構(gòu)面。

        3.1.1 邊坡面上定位楔體的組成方式和搜索方法

        根據(jù)工程區(qū)段結(jié)構(gòu)面的發(fā)育和分布情況,參照構(gòu)成楔體的結(jié)構(gòu)面在邊坡面上的出露位置,研究和確定邊坡巖體內(nèi)可能滑動楔體的各種組合方式和規(guī)模,為穩(wěn)定分析提供幾何邊界條件。本項目采用如下步驟:

        1)根據(jù)現(xiàn)場巖體結(jié)構(gòu)面實測資料,建立巖體結(jié)構(gòu)面空間分布模型;

        2)確定結(jié)構(gòu)面在開挖面上的出露情況;

        3)應(yīng)用塊體理論,找出邊坡面上可能滑動的楔體。

        3.1.2 楔體的穩(wěn)定性分析

        求解由2 組結(jié)構(gòu)面及坡面、坡頂組合形成的楔體的穩(wěn)定性,可按Hoek 教授提出的方法(坡面楔體結(jié)構(gòu)面大圓分析)進行求解。邊坡塊體穩(wěn)定分析結(jié)果表明,大結(jié)構(gòu)面組合形成的定位塊體穩(wěn)定系數(shù)均滿足安全要求,其他小型楔體(深度小于4m)應(yīng)采用清坡或系統(tǒng)錨桿加固方法進行處理。對于由隨機結(jié)構(gòu)面組合形成的隨機楔體,應(yīng)采用隨機錨桿進行加固處理。

        3.2 邊坡整體穩(wěn)定性分析

        3.2.1 巖體物理力學(xué)參數(shù)

        綜合參考試驗資料、大型水利工程中有關(guān)變質(zhì)巖的大型現(xiàn)場試驗資料,結(jié)合結(jié)構(gòu)面計算機網(wǎng)絡(luò)模擬結(jié)果獲得的連通率選取巖體強度參數(shù)(見表1)。

        表1 邊坡整體穩(wěn)定性計算參數(shù)一覽表

        3.2.2 邊坡整體穩(wěn)定性極限分析

        采用極限分析程序,對邊坡斷面進行計算并自動搜索出臨界滑動面,得到不同工況下邊坡斷面的穩(wěn)定系數(shù)。計算得到的滑體穩(wěn)定系數(shù)如下。

        豇豆(Vigna unguiculata)為豆科豇豆屬一年生纏繞性草本植物,又稱角豆、帶豆、掛豆角等,廣泛分布于非洲、拉丁美洲及亞洲地區(qū)[1,2]。我國是豇豆的次 生起源中心,主產(chǎn)于山東、山西、四川、江西等地,具有悠久的栽培歷史[3,4]。豇豆不僅富含碳水化合物、蛋白質(zhì)、維生素和Fe,Zn,Ca及Mg等礦物質(zhì),還富含賴氨酸、組氨酸等必需氨基酸及黃酮、多酚等生物活性物質(zhì),是我國重要的蔬菜作物,具有較高的經(jīng)濟和食用價值[5-7]。

        1)天然狀態(tài)邊坡體的穩(wěn)定性

        現(xiàn)狀天然狀態(tài)下邊坡體的穩(wěn)定性計算,采用的孔隙水壓力系數(shù)為0.10,滑裂面限制在中風(fēng)化巖體內(nèi),并由程序自動搜索最危險滑裂面。邊坡穩(wěn)定系數(shù)最小為1.688,說明邊坡在天然狀態(tài)下處于穩(wěn)定狀態(tài)。

        2)地下水水位驟升+地震工況邊坡穩(wěn)定性

        本次計算根據(jù)連云港地區(qū)的降雨條件,計算時采用的孔隙水壓力系數(shù)取值為0.30。從穩(wěn)定分析結(jié)果可以得知,邊坡各斷面的穩(wěn)定系數(shù)最小值按孔隙水壓力系數(shù)法為1.254,其他斷面均大于1.35,表明除局部不滿足強降雨條件的穩(wěn)定性外,其他斷面整體處于穩(wěn)定狀態(tài),滿足邊坡穩(wěn)定的要求。

        3.3 邊坡穩(wěn)定性評價

        通過野外地質(zhì)調(diào)查與統(tǒng)計分析表明,本邊坡的主要失穩(wěn)模式為層面與結(jié)構(gòu)面組合形成的楔體,邊坡整體穩(wěn)定性能滿足安全要求?;窘Y(jié)論如下:(1)根據(jù)結(jié)構(gòu)面的分布特征,邊坡巖體的可能破壞模式有:追蹤巖體中的結(jié)構(gòu)面連通網(wǎng)絡(luò)、層面與走向NW 組結(jié)構(gòu)面組合(在坡向SE 向坡)、層面與走向NE組結(jié)構(gòu)面組合(在坡向NE 向坡)3 種類型;(2)由于邊坡坡向與層面傾向大角度相交,邊坡不存在沿層面發(fā)生滑動的可能;(3)楔體穩(wěn)定分析表明,該邊坡主要以淺部4m 以內(nèi)的小塊體破壞為主,大型楔體都處于穩(wěn)定狀態(tài);(4)在各臺級邊坡坡面中,均存在有結(jié)構(gòu)面密集帶或破碎帶,這些部位存在塌方的可能性;部分邊坡坡面存在結(jié)構(gòu)面不利組合、裂縫、臨空面以及危巖體等災(zāi)害因素;(5)從邊坡的整體穩(wěn)定性來看,邊坡的整體穩(wěn)定性能滿足安全要求,即在現(xiàn)狀邊界條件下(如降雨、坡面無荷載)邊坡處于整體穩(wěn)定狀態(tài),不會發(fā)生沿邊坡巖體中的結(jié)構(gòu)面組合而滑動。

        4 邊坡治理方案

        根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查,結(jié)合邊坡巖質(zhì)性狀和穩(wěn)定性分析結(jié)果,對不同區(qū)段邊坡分別采取如下治理措施。

        4.1 系統(tǒng)錨固區(qū)

        一階邊坡:依據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查,一階邊坡的測線3 全段50m、測線9 全段50m、測線11 結(jié)構(gòu)面密集發(fā)育段存在局部楔體破壞的可能,需采用系統(tǒng)錨桿+掛鋼筋網(wǎng)+噴混凝土加固;設(shè)置系統(tǒng)錨桿(φ25mm 鋼筋 @2 500mm×2 500mm,長度 L=6m)進行加固,錨桿孔孔向垂直坡面布置,傾斜角15°,鋼筋網(wǎng)φ6.5mm@200mm×200mm,噴射混凝土強度等級C20,厚度100mm。并設(shè)置 φ50mm@4m×4m,L=0.7m,仰角 10°的排水孔。坡腳設(shè)置花壇并種植爬山虎等藤類植物。

        二階邊坡:二階邊坡的13 測線全段0~50m、測線14 段0~15m、測線15 全段50m、測線21 結(jié)構(gòu)面密集發(fā)育段、22 測線的 40~50m 及 24 測線的 20~40m 等區(qū)段,結(jié)構(gòu)面發(fā)育,巖體呈碎裂結(jié)構(gòu),并存在局部楔體破壞的可能,需采用系統(tǒng)錨桿+掛鋼筋網(wǎng)+噴混凝土加固;設(shè)置系統(tǒng)錨桿(φ25mm 鋼筋@2 500mm×2 500mm,L=6m)進行加固,錨桿孔孔向垂直坡面布置,傾斜角15°,鋼筋網(wǎng)6.5mm@200mm×200mm,噴射混凝土強度等級C20,厚度 100mm。并設(shè)置 φ50mm@4m×4m,L=0.7m,仰角 10°的排水孔。坡腳設(shè)置花壇并種植爬山虎等藤類植物。

        4.2 隨機錨固區(qū)

        對于清坡過程中發(fā)現(xiàn)的隨機塊體,特別是局部發(fā)生滑動區(qū)段,視錨固力大小,需要采用預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)進行加固。對坡面危巖予以撬挖清除。

        各區(qū)邊坡針對局部不穩(wěn)定部位采用隨機錨桿進行加固。對坡腳臨空的不穩(wěn)定巖塊設(shè)置混凝土支墩,以提高邊坡穩(wěn)定性。

        5 結(jié)語

        該邊坡工程加固后已運行6a,未見任何崩塌、滑動等破壞,可為同類型邊坡工程治理提供借鑒。

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