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        檀木村滑坡自動化監(jiān)測與穩(wěn)定性分析

        2021-10-16 09:37:12呂軍濤
        山東交通科技 2021年4期
        關(guān)鍵詞:變形

        張 杰,呂軍濤

        (1.陜西省公路局,陜西 西安 710068;2.陜西省交通規(guī)劃設(shè)計研究院,陜西 西安 710065)

        引言

        對危險滑坡體變形及穩(wěn)定性分析是滑坡治理的重要依據(jù)。能夠進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測的自動化監(jiān)測系統(tǒng)不僅能夠更加全面的監(jiān)測滑坡體變形,而且能取得更加精確的測量數(shù)據(jù)用以進(jìn)行穩(wěn)定性分析[1-2]。監(jiān)測數(shù)據(jù)分析成果與地勘結(jié)論進(jìn)行相互驗(yàn)證,可進(jìn)一步為滑坡勘察、治理提供參考依據(jù)。

        1 滑坡自動化監(jiān)測

        1.1 滑坡簡述

        檀木村滑坡所處地貌單元屬于中低山地貌區(qū)。邊坡處山體坡度約42°,G210 位于坡腳處。滑坡區(qū)地層巖性主要為侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組(J2s)基巖,以塊狀紫色泥巖、黃綠色砂巖為主,夾長石石英砂巖和煤條帶,泥巖、砂巖多呈互層狀產(chǎn)出。區(qū)內(nèi)大多基巖直接出露,但因風(fēng)化嚴(yán)重,多呈全風(fēng)化狀,可見零星坡積層。該邊坡山勢稍高,勘察期間坡面以上鉆孔未見地下水。國道上鉆孔地下水位約10 ~16.2 m,地下水位隨降雨上下起伏較大。在調(diào)查過程中,坡面可見一處自流泉眼,常年流水,水量較小,降雨時水量稍大。

        該段邊坡現(xiàn)狀無防護(hù),坡腳常年發(fā)生小型滑塌、坡面溜滑現(xiàn)象。2019 年10 月,受長時間降雨影響,坡體發(fā)生較大變形;2020 年3 月至4 月,再次發(fā)生較大變形,主要表現(xiàn)為下邊坡滑塌40 余米高,時有落石發(fā)生,滑塌高度不斷向上擴(kuò)展;中后部發(fā)育多道環(huán)形裂縫;坡頂位置產(chǎn)生一弧形貫通裂縫。

        1.2 監(jiān)測方案

        根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查滑坡范圍、滑坡結(jié)構(gòu)、變形破壞特征,布設(shè)縱向三個監(jiān)測剖面,每個剖面設(shè)兩個地表位移監(jiān)測點(diǎn);在中間剖面及主裂縫設(shè)三個拉線式位移計監(jiān)測裂縫;在中間剖面設(shè)兩個測斜孔(共10個測斜儀)監(jiān)測深部位移,鉆孔利用勘探孔。GNSS基站和雨量計設(shè)在山頂穩(wěn)定開闊處。滑坡南側(cè)道路路肩上設(shè)視頻監(jiān)控一套。

        監(jiān)測點(diǎn)位置見圖1,監(jiān)測傳感器安裝位置經(jīng)過詳細(xì)勘查和GNSS-RTK 精確定位。

        圖1 監(jiān)測網(wǎng)布設(shè)

        1.3 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

        1.3.1 降雨量

        項(xiàng)目區(qū)6 ~8 月降雨量較大,頻率較高,6 月降雨為107 mm,7 月降雨量為262.6 mm,8 月降雨量為103 mm,9 月降雨量為31 mm,10 月降雨量為85 mm,見圖2。降雨頻次較多,有些天時斷時續(xù),有利于降雨入滲,對滑坡體穩(wěn)定性不利。

        圖2 項(xiàng)目區(qū)降雨量統(tǒng)計

        1.3.2 GNSS 位移

        自2020 年6 月15 日至11 月16 日各點(diǎn)地表位移監(jiān)測數(shù)據(jù):(1)GNSS 1 點(diǎn)位移:該點(diǎn)累計水平位移0.4 mm,數(shù)據(jù)平穩(wěn),波動一般不超過5 mm,均值穩(wěn)定,受6 ~8 月降雨量影響數(shù)據(jù)有一定波動,但降雨結(jié)束后恢復(fù)穩(wěn)定。(2)GNSS 2 點(diǎn)位移:該點(diǎn)累計水平位移-1.95 mm,數(shù)據(jù)圍繞-2.62 mm 均線波動,波幅小,趨勢平穩(wěn)。(3)GNSS 3 點(diǎn)位移:該點(diǎn)累計水平位移1.08 mm,數(shù)據(jù)圍繞0.27 mm 均線波動,波幅小,趨勢平穩(wěn)。(4)GNSS 4 點(diǎn)位移:該點(diǎn)累計水平位移0.24 mm,數(shù)據(jù)圍繞0.01 mm 均線波動,波幅小,趨勢平穩(wěn)。(5)GNSS 5 點(diǎn)位移:該點(diǎn)累計水平位移-3.63 mm,數(shù)據(jù)圍繞-3.92 mm 均線波動,波幅小,趨勢平穩(wěn)。(6)GNSS 6 點(diǎn)位移:該點(diǎn)累計水平位移0.44 mm,數(shù)據(jù)圍繞0.03 mm 均線波動,波幅小,趨勢平穩(wěn),見圖3。

        圖3 GNSS 位移監(jiān)測

        1.3.3 裂縫位移

        自2020 年6 月15 日至12 月8 日各點(diǎn)拉線式位移計監(jiān)測數(shù)據(jù):(1)裂縫計1 位移:該點(diǎn)測得的位移量較為明顯,累積裂縫位移約43 mm。(2)裂縫計2 位移:該點(diǎn)測得的位移量較為明顯,累積裂縫位移約65 mm。(3)裂縫計3 位移:該點(diǎn)裂縫累積位移約300 mm。11 月8 日,累計位移量到達(dá)220.8 mm,達(dá)到監(jiān)測系統(tǒng)預(yù)設(shè)的黃色預(yù)警閾值220 mm,并發(fā)出警報,見圖4。

        圖4 裂縫計位移監(jiān)測

        1.3.4 深部位移

        深部位移監(jiān)測鉆孔,利用勘探孔5 號孔及6 號孔,自2020 年8 月6 日至12 月8 日各點(diǎn)深部位移監(jiān)測數(shù)據(jù):(1)5 號孔:23 m 處的深部位移測量,具有明顯形變,累計形變量約為110 mm。(2)6 號孔:18 m 處的深部位移測量形變不明顯,累計形變量約為11 mm;23 m 處的深部位移測量形變不明顯,累計形變量約為16 mm。見圖5。

        圖5 深部位移監(jiān)測

        深部位移監(jiān)測結(jié)果表明:坡體內(nèi)部發(fā)生不均勻的形變,在5 號孔23 m 處發(fā)生較明顯形變約為110 mm,而在5 號孔其它深度的傳感器的形變量不明顯。其它鉆孔的深部位移量不大,約為15 mm 左右,表明巖土體內(nèi)部存在緩慢蠕滑。

        從監(jiān)測設(shè)備獲得的監(jiān)測數(shù)據(jù)中,深度位移計數(shù)據(jù)顯示在局部點(diǎn)位的不同深度發(fā)生不同程度的形變,表明在坡體深部發(fā)生蠕滑。地面裂縫計獲得的形變量表明,在1 號、2 號、3 號測線位置發(fā)生不同程度的地表形變,沿測線位置的形變量為43 mm、65 mm和300 mm。因?yàn)槿龡l測線長度和位置不一樣,獲得的測量值不一,整體表明滑坡體在緩慢蠕滑。

        2 滑坡穩(wěn)定性分析

        2.1 監(jiān)測結(jié)果分析

        根據(jù)滑坡性質(zhì)、監(jiān)測點(diǎn)位置,結(jié)合數(shù)據(jù)特征,滑坡動態(tài)評價結(jié)果:(1)滑坡體變形次序:北部前緣先發(fā)生向臨空面變形,逐級向上遞進(jìn)牽引變形;南部中上部蠕滑拉裂。(2)從深部位移監(jiān)測數(shù)據(jù)來看,滑坡處于緩慢蠕變階段,滑面未貫通。(3)降雨對滑坡穩(wěn)定性有明顯影響,裂縫計監(jiān)測數(shù)據(jù)在降雨過后有加速變化的現(xiàn)象,降雨滲入裂縫,對滑坡穩(wěn)定性有一定的影響。

        2.2 地勘成果分析

        2.2.1 定性分析

        滑坡自2020 年6 月15 日以來,坡腳處多次發(fā)生次級垮塌。定性認(rèn)為坡腳的次級滑坡,處于不穩(wěn)定狀態(tài),整體滑坡目前處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。隨著次級滑坡的進(jìn)一步發(fā)展,坡腳支擋力進(jìn)一步降低,在降雨坡體飽和后,邊坡將有發(fā)生大規(guī)模整體滑移的可能性。

        2.2.2 定量分析

        滑坡計算模型采用傳遞系數(shù)法,取單位寬度的主滑方向斷面,進(jìn)行分條,假定每一分塊為一剛體,即不考慮塊體內(nèi)部的變形與應(yīng)力,建立塊體間的平衡方程[3-4]。根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》(GB 50021—2018)推薦的滑坡穩(wěn)定性公式計算[5]。

        根據(jù)計算,定量計算結(jié)果與定性分析基本一致。(1)現(xiàn)狀已經(jīng)垮塌邊坡前緣部分在正常工況(天然)下穩(wěn)定系數(shù)為1.03,處于欠穩(wěn)定狀態(tài),在非正常工況I(暴雨)狀態(tài)下穩(wěn)定系數(shù)為0.97,處于不穩(wěn)定狀態(tài),與現(xiàn)場狀況基本一致。整個邊坡在正常工況(天然)下穩(wěn)定系數(shù)為1.089 ~1.091,處于基本穩(wěn)定狀態(tài),在非正常工況I(暴雨)狀態(tài)下穩(wěn)定系數(shù)為1.033 ~1.036,處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。定量計算與定性分析一致。(2)主滑面天然狀態(tài)在1.15 的安全系數(shù)下,剩余下滑力3 171 kN/m,非正常工況I 在1.10的安全系數(shù)下,剩余下滑力3 565 kN/m。前緣已經(jīng)垮塌部分,天然狀態(tài)在1.15 的安全系數(shù)下,剩余下滑力958 kN/m,非正常工況I 在1.10 的安全系數(shù)下,剩余下滑力1 034 kN/m。

        2.2.3 穩(wěn)定性評價

        邊坡前緣已經(jīng)發(fā)生垮塌,危害道路安全,正常工況和非正常工況I 狀態(tài)下,處于欠穩(wěn)定~不穩(wěn)定狀態(tài),需要治理。邊坡整體受前緣牽引,后緣出現(xiàn)變形和破壞,對道路危害嚴(yán)重,非正常工況I 狀態(tài)下,處于欠穩(wěn)定狀態(tài),不滿足道路安全儲備要求,需要治理??傮w認(rèn)為,隨著次級滑坡的進(jìn)一步發(fā)展,在降雨坡體飽和后,邊坡將有發(fā)生大規(guī)模整體滑移的可能性,應(yīng)對邊坡整體采取必要防護(hù)措施。

        3 結(jié)語

        對危險滑坡體建立動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng),能夠及時掌握邊坡的變化情況并指導(dǎo)工作人員發(fā)現(xiàn)問題,有效避免或減少因滑塌而造成的人民生命和財產(chǎn)損失。采用GNSS 位移、裂縫相對位移、深部位移等多種自動化監(jiān)測技術(shù)相結(jié)合的手段來實(shí)施動態(tài)監(jiān)測,不僅能夠更直觀地查看滑坡體位移變化情況,還能夠提示并剔除因各種原因造成的個別監(jiān)測點(diǎn)誤差,為研判滑坡體變化趨勢及判斷滑坡穩(wěn)定性提供參考依據(jù)。

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