高速滑坡（精选9篇）
高速滑坡 篇1
摘要：针对目前对高速滑坡的研究模型不能准确反映滑坡体的滑动特性这一不足,采用突变理论思想,建立了滑坡体含水条件下的三维突变力学模型,提出了一种新的滑坡体滑动速度及时间的计算公式,从而较精确的模拟实际滑坡体。
关键词：高速滑坡,突变理论,滑动速度,剪切模量
随着国民经济的高速发展,特别是西部大开发战略的正式实施,我国进入了一个基础设施建设的高峰期。其中有部分工程修建或拟修建在高山峡谷区,特别是西南地区,无疑将直接或间接地受到大型高速滑坡的威胁。因此,研究高速滑坡的形成机理以及预测预报高速滑坡的破坏特征具有重要的现实意义。
近几十年以来,国内对高速滑坡的研究不断深入。胡广韬[1]从工程地质的观点出发提出了将“滑坡动力学”作为工程地质的分支学科,程谦恭[2]基于岩体动力学等理论提出了滑坡动力学理论的公式。还有其他人对高速滑坡进行了试验研究[3,4]和数值模拟[5,6,7]。
作者认为,目前对高速滑坡的研究大多基于平面模型,不能准确反映滑坡体的滑动特性。作者采用突变理论的思想及方法,建立了滑坡体含水条件下的三维突变力学模型,结合滑动过程中的能量转化和耗散,提出了一种新的滑坡体滑动速度及滑动时间的计算公式。
1 几何模型与本构关系
如图1所示,滑体为棱台ABFETQCD,假设ABPR为含水后蠕滑面,其面积为Ae,其中AB的长度为d0,RP的长度为d1,EF的长度为d2,TQ的长度为d3;RPFE为含水后的剪切面,其面积为As,后缘拉裂段EFQT的面积为Ah,坡脚ABCD段的面积为Af,后缘拉裂缝FQ宽为lh,G为滑体重量,μ为蠕滑位移。
滑体的体积为:
其中,
滑体重量G为:
G=γVh (2)
其中,Vh为滑体的体积;γ为岩土材料的比重。
滑体重量M为:
M=ρVh (3)
其中,ρ为岩土材料的密度。
含水后剪切段介质的本构关系为:
其中,Gs为不排水条件下滑动面的剪切模量;μ′为失稳临界位移;τm为残余抗剪强度。
蠕滑段介质的本构关系为:
其中,Ge为不排水条件下滑面的初始剪切模量,u0为式(4)中的曲线在拐点处的峰值位移量。
总势能为:
其中,G为滑体重量;Gw为滑体中含水的重量。
根据graduE=0,得平衡曲面方程:
根据平衡曲面方程的光滑性质,在尖点处有:
gradu[gradu(graduE)]=0。
即:
于是,在尖点处有:
u=u1=2u0 (9)
其中,u0为峰值位移。
将平衡曲面方程式(7)在尖点处u1展开幂级数,截取前三项,并引入无量纲状态变量:
得尖点理论标准形式的平衡曲面方程:
式(11)中:
2失稳状态
式(11)只有在p≤ 0时成立,因而由式(11)可得发生突变的必要条件:
由式(13)可见,随着ζ的增大,控制变量q不断减小。为了确立跨越分歧点的ζ值,利用突变理论可得:
3突滑条件
在分叉方程4 p2+ 27q2= 0成立的条件下,p= 0时方程(11) 有三重零根x1= x2= x3= 0。
当p< 0时,有三实根,跨越分叉点集的状态x发生突跳:
4结语
1)突变理论可以作为研究高速滑坡的可靠理论基础,突变理论在研究高速滑坡中的应用具有广阔的前景。
2)推导出的滑坡速度计算公式考虑了孔隙水等的影响,能够较精确的模拟实际滑坡体。
参考文献
[1]胡广韬.滑坡动力学[M].北京:地质出版社,1995:1-3.
[2]程谦恭,胡厚田.高速岩质滑坡临床弹冲与峰残强度降复合启程加速动力学机理[J].岩石力学与工程学报,2000,19(2):173-176.
[3]邢爱国,高广运.高速运动条件下玄武岩摩擦系数的实验研究[J].摩擦学学报,2001,21(6):469-472.
[4]王家鼎,张倬元.地震诱发高速黄土滑坡的机理研究[J].岩土工程学报,1999,21(6):670-674.
[5]刘忠玉,方波.高速滑坡活动强度的动力模拟[J].郑州工业大学学报,2000,21(1):41-45.
[6]鲁晓兵,矫宾田,张金来,等.高速滑坡中的热效应分析[J].岩石力学与工程学报,2005,24(3):424-429.
[7]汪发武.地震和降雨诱发的两个流动性滑坡的流动化机制及运动模拟[J].岩石力学与工程学报,2005,24(10):1654-1661.
高速滑坡 篇2
摘要：随着山区高等级公路建设速度加快，大量在建或待建的高速公路将穿越不良地质条件区，滑坡灾害的危害性也与日俱增。本文在本地区主要山区高速公路滑坡资料收集和地质考察的基础上，揭示山区高速公路边坡滑坡病害，结合实际工程提出各类典型滑坡合理的防治对策，对减少滑坡灾害的发生、对本地区山区高速公路滑坡防治具有参考价值。关键词：山区高速公路；边坡滑坡；病害；治理
根据2011年底交通部发布的国家高速公路网规划，在未来30年，将建成13.2万公里高速公路。其中大部分公路建设将穿过山区和丘陵地带，由于修建公路要对沿线坡体进行挖方与填方，这就破坏了坡体的自然平衡条件，从而引起边坡失稳，导致滑坡发生。在滑坡防治过程中，目前对滑坡地质勘察重视不够，一味追求增大抗滑结构工程规模的思想来弥补对滑坡性质认识的不足，致使多数抗滑工程要么结构的安全系数过大，结构的抗滑能力远没有充分发挥。本文具体分析了山区高速公路边坡滑坡病害，然后通过实例提出了相关治理措施，现报告如下。1 山区高速公路边坡滑坡的病害 1.1 滑坡病害
公路滑坡所造成的直接经济损失约占突发性地质灾害所造成经济损失的80%，滑坡灾害不仅治理费用大，而且还 可能威胁居民的安全而引发社会问题。国内曾出现过抗滑支挡结构失效的事件，失效轻微的如抗滑桩顶出现位移等则须采取二次支护措施进行处理，严重点的导致抗滑桩折断，锚索拉出，再次发生滑坡灾害。如在某某高速公路的某路段，为防止边坡在开挖过程中失稳，采用了抗滑桩的支护方式，抗滑桩施工完后，由于雨季的到来，桩后顶部与滑坡体接触区域产生了裂缝，由于地表水的不断渗入，裂缝逐步发展扩大，最后不得不加用锚索锚固的方式对其进行二次加固支护。
1.2 滑坡成因
影响滑坡形成的物理因素主要包括气象因素、水文因素等，气象因素中最主要的是大气降水和融雪水渗入，造成坡体加载和滑移面抗滑力降低。从地层岩性分析，碎石类土不易产生滑坡，粘性土在受水作用后易产生滑坡，基岩中页岩、泥岩、千枚岩、泥灰岩、云母片岩易风化及遇水软化，易产生滑坡。人为因素主要是过度放牧、滥伐森林、在山坡上挖沟围草、挖中草药等人类活动造成的植被破坏，以及局部地段的坡脚开挖、人工切坡削坡过陡、矿山开采、坡后加载及爆破振动等。山区高速公路边坡滑坡病害的治理 2.1 滑坡概况
某某高速C21标K169段路基边坡位于半山腰，历史上该 边坡就曾经发生过滑动变形，因线路选择的不可避绕性，使得该路段存在大量挖方与填方边坡，由于地质条件较差，岩石产状较陡，均向河床倾斜，岩层为顺层坡，节理裂隙发育，部分路段已产生滑坡，部分地段可能潜在边坡整体滑动。根据现场勘察．在该段局部断层较发育，将岩体切割成块状，部分地段己发生蠕变或变形，古滑坡在强降雨的天气条件下极为容易复活，产生再次发生滑移的可能性。2.2 治理对策
针对滑坡的特点，可以采取削坡卸载、地表排水、地下排水和抗滑工程等措施对该滑坡进行加固处理。2.2.1 削坡卸载
本滑坡为推动式滑坡，并且滑床上陡下缓。根据地质勘探可知，滑坡后缘基岩埋藏深度变小，80m外见基岩露头，进一步滑动的可能性较小。因此可以采用在滑坡后缘挖除一定数量的滑体，以便减少滑体的剩余下滑力。2.2.2 地表排水
(1)在滑坡发展的边界5m以外，设置断面200×200mm环形截水沟以拦截地表水向滑体补给，迎水面设置泄水孔。(2)滑体区设树枝状排水系统，充分结合地形利用自然径流形成的沟系，作排水渠道，汇集井旁引坡面径流于滑坡体外排出。(3)坡体裂缝用粘土或水泥浆填实。对坡面应整平踏实，不能有积水坑、洼地，保证任何位置的坡面水能迅速向指定排 水沟汇集，减少地表水在坡面滞留时间和下渗量。2.2.3 地下排水
某某滑坡含水量丰富，地下水位高，路基拱起处有冒水和翻浆现象。路基护面墙断裂处多有流水涌出。为集中排除深层地下水，可设置排水隧洞或排水平孔。经过综合分析，工程上采用水平排水孔，收到了很好的工程效果。2.2.4 支档工程
某某滑坡剩余推力较大，为提高滑坡的稳定性，也可采用抗滑桩、抗滑挡土墙和预应力锚索等支档和锚固措施。由于滑坡体为第四纪残坡积层，岩性主要为碎石土、含碎石粉质粘土等，且滑体厚度大，采用抗滑工程的有效措施是在坡脚附近设置抗滑桩，但费用高。2.2.5 降低人为影响
禁止在山坡上挖沟围草，严禁开挖中草药破坏草场植被，严禁滥伐森林、矿山开采、修建山区公路和山区其它人类工程活动必须进行地质灾害危险性评估，合理开挖和施工，防止由人为原因诱发或加剧滑坡灾害的发生。
总之，我们对高速公路某某滑坡采用了设置水平排水孔为主的防治措施对滑坡进行治理。经过设置水平排水孔治理后，该滑坡目前还没有发现新裂缝等不稳定现象，说明这种滑坡治理是成功的、合理的。参考文献： [1] 赵明阶，何光春，王多垠．边坡工程处治技术[M]．北京：人民交通出版社，2004：84-86．
[2] 乔国强．高边坡整治工程施工技术[J]．山西建筑，2004，30(6)：117-118．
[3] 秦顺飞，顾长存，王虎金．某滑坡地质评价与治理对策研究[J]．广东土木与建筑，2001(1)：46-48 [4] 马洪生，胡卸文．神经网络在边坡稳定性分析中的应用[J]．中国地质灾害与防治学报，2009，10(1)：171-192． [5] 刘沐宇，朱瑞赓．基于模糊相似优先的边坡稳定性评价范例推理方法[J]．岩石力学与工程学报，2009，10(1)：42-48．
高速远程滑坡块体碰撞动量分析 篇3
1 理论分析
将滑体分割成块体进行研究, 特别是滑体在下滑冲击碰撞过程中破碎后, 其颗粒间紧密联系又相互碰撞的过程, 在滑面上符合动量守恒定律。其简化的模型为两颗球间的碰撞, 球i与i+1的质量分别是与, 球颗粒撞击前的速度为与, 撞击后速度改变为与。
由于球颗粒之间的碰撞模式不是完全的弹性碰撞, 也不是完全的非弹性碰撞, 特别是高速远程滑坡现实或模拟中, 颗粒球的变形模量不只有弹性模量, 而且碰撞过程中颗粒间存在一定的粘滞阻尼, 因此, 这种碰撞介于完全弹性碰撞与完全非弹性碰撞之间。碰撞存在恢复系数, 当=1时, 颗粒间实现了完全的能量传递, 速度发生了置换, 符合完全弹性碰撞;当=0时, 颗粒在碰撞后, 速度一致, 可以理解为两颗粒黏合到一起, 共同运动, 为完全非弹性碰撞。
高速远程滑坡滑坡体在破碎运动过程中, 作为滑体主体物质组成的岩石体之间的碰撞, 很明显不能够达到完全弹性碰撞的理想状态, 也不会像粘土质滑坡一样, 滑体完整性很好, 因此高速远程滑坡滑体运动过程块体间的碰撞形式一定介于完全弹性碰撞与完全非弹性碰撞之间。
2 PFC3D数值模拟分析
PFC3D (Particle Flow Code in 3 Dimensions) 也称之为二维的颗粒流程序[4], 它的核心就是离散颗粒离散单元法。通过对颗粒单元的运动过程以及相互之间的接触作用力研究, 来得到颗粒的特性。PFC3D的应用十分广泛, 起初主要应用于散体介质, 在研究散体介质细观力学特征基础之上, 将散体介质的力学响应从物理问题上面转化到数学问题上。这样的话, 一个真实的物理问题就简单的被数学领域中抽象的数值代替。通过设计单元的几何形状, 用合适的接触本构模型替代颗粒间相互作用力, 确定相应的边界条件和应力平衡状态, 就可以得到与颗粒宏观力学特性一致的细观参数[5]。
将上述动量理论模型代入到PFC3D进行数值模拟, 数值模型以ID=1与ID=2的球体ball来模拟碰撞球体i与i+1, 滑面通过墙体wall来模拟。所用模拟参数如下:球颗粒半径为1m, 球1初速度为V1=1m/s, 球2为V2=0m/s, 法向及切向刚度为1e8MPa, 球间的摩擦系数为0, 法向临界阻尼为0.36。
当球1与球2处于碰撞的临界点, 此时的速度曲线显示的是设置的初速度, 分别为V1=1m/s, V2=0m/s。两颗球体发生碰撞后, 由于球2的速度大于球1, , 此时球2已经与球1拉开了一定距离, 此时速度曲线显示球1的速度为U1=0.4m/s, 球2的速度为U2=0.6m/s。V1、V2、U1、U2之间的关系符合公式 (1) , 即V1+V2=U1+U2。将各数值代入到公式 (2) 中, 则此时碰撞的恢复系数K=0.2。
数值模拟实验能够模拟完全弹性碰撞模式, 模拟实验中得出的恢复系数K并不是等于1, 而是0.2, 是因为在模拟参数中将法向阻尼系数赋值为0.36, 。PFC3D软件, 通过切向和法向的粘性阻尼系数来表现粘滞阻尼, 粘滞阻尼主要用以模拟颗粒和颗粒之间或颗粒和墙体之间, 因塑性碰撞而损失的能量。在本次模拟实验中, 由于只有两个球体碰撞, 而且是法向碰撞, 因此球体只被赋值了法向临界阻尼系数, 从能量上分析, 刚体碰撞的阻尼能等于碰撞前后损失的动能, 因此阻尼系数与恢复系数有一定的关系。为了验证阻尼系数与恢复系数之间的关系, 只有一组数据显然是不够的, 现设置十组法向阻尼系数进行模拟实验, 其他参数不变, 以获取相对应的恢复系数。
从实验结果可以明显的看出, 颗粒间的法向阻尼系数与颗粒间碰撞的恢复系数具有明显的非线性反比例关系, 并且当法向阻尼系数达到0.6时, 恢复系数K开始趋近于0。从颗粒间的碰撞模式分析, 当法向阻尼系数为0时, 恢复系数K为1, 碰撞形式为完全弹性碰撞;当法向阻尼系数为0.6时, 恢复系数K值趋近0, 碰撞形式无限接近于完全非弹性碰撞, 到0.7时已完全成为完全非弹性碰撞模式。颗粒的法向阻尼系数与碰撞模式有着明显的对应。对于岩石恢复系数测量, 章广成等[6]通过高速摄像机和ANSYS软件做出了较为精确的测定, 并指出当地面为基岩裸露面时, 法向碰撞恢复系数为0.6~0.8, 切向碰撞恢复系数为0.0~0.3;为碎屑堆积层时, 法向碰撞恢复系数为0.4~0.6, 切向碰撞恢复系数约为0.6。且切向恢复系数与随着入射角的降低而升高。从法向阻尼系数对应的法向恢复系数分析, 以岩石为主要物质组成的高速远程滑坡, 其运动过程中, 颗粒块石间的法向阻尼系数在0.1-0.2之间, 而这一区间上的其岩石块体之间的碰撞模式很接近完全弹性碰撞, 是处于对块体间碰撞速度传递非常有利的区间。正是这种块石体之间良好的碰撞模式, 使速度的衰减过程变慢, 可以看做是滑体在一定的速度范围运动时间T的延长, 由速度与距离的基本公式S=VT可知, 滑体的运动距离S更长。由此通过块体间动量守恒理论, 可以作为解释高速远程滑坡远距离运动的动力原因。
3 结论
动量理论解释了岩石块体之间碰撞后速度分配更利于滑坡体保持高速度运动的原因, 根据动量理论得出的恢复系数与法向粘滞阻尼系数的关系, 有恢复系数与法向粘滞阻尼系数的曲线关系图, 再结合岩石固有的恢复系数, 得出岩石体碰撞时具有较小的粘滞阻尼, 物体间碰撞时粘滞阻尼越小, 则碰撞形式越接近完全弹性碰撞, 物体碰撞后传递速度越彻底, 越有利于物体的运动速度保持。
参考文献
[1]张明, 殷跃平, 吴树仁, 等.高速远程滑坡-碎屑流运动机制研究发展现状与展望[J].工程地质学报, 2010.
[2]廖小平, 徐峻龄, 郑静.高速远程滑坡的动力分析和运动模拟[J].中国地质灾害与防治学报, 1993.
[3]刘忠玉, 马崇武, 苗天德, 等.高速滑坡远程预测的块体运动模型[J].岩石力学与工程学报, 2000.
[4]Ghabouss.J, Pecknold.D.A (1984) , Incremental finite analysis of geometrically altered structure.International Journal for numerical methods in engineering.vol.20:2051—2064.
[5]曾远.土体破坏细观机理及颗粒流数值[D].同济大学, 2006.
高速滑坡 篇4
高速公路高填方路基边坡滑坡的鉴定与治理
通过对某高速公路边坡的观测和勘察,指出滑坡的出现与土体本身压实度不够以及滑动体和母体之间产生了软弱带两方面的.原因有关,提出了注浆加土钉综合加固边坡的方案,理论计算及加固效果证实了本方案的有效性.
作 者：宋志伟 SONG Zhi-wei 作者单位：河南省开封通达公司,河南开封,475000刊 名：山西建筑英文刊名：SHANXI ARCHITECTURE年，卷(期)：35(2)分类号：U417关键词：高填方路堤 滑坡 注浆 土钉
高速公路边坡滑坡的成因及处理 篇5
1 高速公路边坡滑坡成因分析
1.1 边界条件
滑坡的发生, 首先要有基本的滑坡边界条件, 主要指滑动 (岩) 土体的下方或前方要有滑动空间, 即要有临空面。在高速公路建设中, 开挖形成的路折边坡都存在着临空面, 所以边坡有着滑坡的条件。
1.2 地表水和地下水的影响
地表水的下渗, 导致边坡土体饱和, 甚至在边坡下部的隔水层上积水, 从而增加了滑体的重量, 降低了边坡岩土体的抗剪强度, 最终导致滑坡。地下水的存在, 使边坡 (岩) 土体抗剪强度显著减小, 同时地下水还能溶解土石中的易溶物质, 使土石成分发生变化, 并使岩石和岩体结构受到破坏, 发生崩解和泥化现象, 从而使 (岩) 土体的抗剪强度降低, 导致滑坡的形成。
1.3 地震、爆破对滑坡的影响
地震对滑坡的影响极大, 究其原因, 首先是地震的强烈作用使边坡 (岩) 土体的内部结构发生破坏和变化, 原有的结构面张裂、松弛, 加土上地下水也有较大变化, 特别是地下水位的突然升高或降低对边坡稳定很不利。另外, 一次强烈地震的发生, 往往伴随着许多余震, 在地震力的反复振动冲击下, 斜披土体就更容易发生变形, 最后就会发展成滑坡。
2 高速公路边坡滑坡的预防与处理
2.1 加强边坡工程中的极限状态设计
边坡设计要解决的根本问题是在边坡的稳定性与经济之间的一种合理的平衡, 力求以最经济的途径使服务于工程建筑物的边坡满足稳定性和可靠性的要求。边坡工程的可靠性是指边坡及其支护结构在规定的时间内, 在规定的条件下, 保持自身整体稳定性的能力, 它是边坡安全性、适用性和耐久性的总称。边坡及其支护结构在正常施工和正常使用时能承受可能出现的各种荷载作用, 以及在偶然时间发生时及发生后应能保持必须的整体稳定性。
2.2 边坡工程设计中的信息化设计
由于边坡岩土介质的复杂性、可变性和不确定性, 地质勘察参数难以准确确定, 加之设计理论和设计方法带有经验性和类比性。因此边坡工程的设计往往难以一次定型, 需要根据施工中反馈的信息和监控的资料不断校核、补充和完善设计, 这是目前边坡工程处治设计中较为科学的动态设计方法, 这种设计方法要求提出特殊的施工港岸和监控方案, 以保证在施工工程中能获取对原设计进行校核、补充和完善的有效资料和数据。
2.3 施工中尽量放缓边坡
放缓边坡是边坡处治的常用措施之一, 通常为首选措施。它的优点是施工简便、经济、安全可靠。边坡失稳破坏通常是由于边坡过高、坡度太陡所致。通过削坡, 削掉一部分边坡不稳定岩土体, 使边坡坡度放缓, 稳定性提高。
2.4 边坡的加固策略
注浆加固是较为常见的方法, 当边坡坡体较破碎、节理裂隙较发育时, 可采用压力注浆这一手段, 对边坡坡体进行加固。灌浆液在压力的作用下, 通过钻孔壁周围切割的节理裂隙向四周渗透, 对破碎边坡岩土体起到胶结的作用, 形成整体;此外, 砂浆柱对破碎边坡岩土体起到螺栓连接作用, 达到提高坡体整体性及稳定性的目的。注浆加固可对边坡进行深层加固。锚杆加固为一种浅层加固手段对边坡坡体破碎, 或边坡地层软弱时, 可打入一定数量的锚杆, 对边坡进行加固。锚杆加固边坡的机理相当于螺栓的作用。
另外, 还有土钉加固, 对于软质岩石边坡或土质边坡, 可向坡体内打入足够数量的土钉, 对边坡起到加固作用。土钉加固边坡的机理类似于群锚的作用。与锚杆相比, 上钉加固具有“短”而“密”的特点, 是一种浅层边坡加固技术。两者在设计计算理论上有所不同, 但在施工工艺上是相似的。当边坡较高、坡体可能的潜在破裂面位置较深时, 预应力锚索不失为一种较好的渗层加固手段。目前, 在高边坡的加固工程中, 正逐渐发展成为一种趋势, 被越来越多的人接受。
2.5 边坡的防护策略
边坡防护包括植物防护和工程防护。其中植物防护是在坡面上栽种树木、植被、草皮等植物, 通过植物根系发育, 起到固土, 防止水土流失的一种防护措施。这种防护措施一般适用于边坡不高、坡角不大的稳定边坡。工程防护分为如下几种情况: (1) 砌体封闭防护, 当边坡坡度较陡、坡面土体松散、自稳性差时, 可采用污工砌体封闭防护措施。砌体封闭防护包括浆砌片石、浆砌块石、浆砌预制块、浆砌混凝土空心砖等。 (2) 喷射素混凝土防护, 对于稳定性较好的岩质边坡, 可在其表面喷射一层素混凝土, 防止岩石继续风化、剥落、达到稳定边坡的目的。这是一种表层防护处治措施。 (3) 挂网锚喷防护, 对于软质岩石边坡或石质坚硬但稳定性较差的岩质边坡, 可采用挂网锚喷防护。挂网锚喷是在边坡坡面上铺设钢筋网或土工塑料网等, 向坡体内打入锚杆 (或锚钉) 将网钩牢, 向网上喷射一定厚度的素混凝土, 对边坡进行封闭防护。
2.6 边坡的排水策略
为了防止边坡以外的水流进坡体, 对坡面进行冲刷, 影响边坡稳定性, 通常在边坡外缘设置截水沟, 以拦截坡外水流。除了边坡外缘设置截水沟外, 在边坡坡体内应设置必要的排水沟, 使大气降雨能尽快排出坡体, 避免对边坡稳定产生不利影响。
3 结语
论文分析了高速公路边坡滑坡的成因。内在因素主要表现为边坡 (岩) 土体强度与边坡下滑的剪切力不相适应, 当剪切力大于边坡自身强度所形成的抗滑力时, 边坡就会变形, 直至破坏滑动;外在因素主要是边坡的边界条件, 地表水及地下水的影响, 地震和爆破震动的影向, 人类活动影响等等。总结了边坡处治的常用技术, 主要有放缓边坡、支挡、加固、防护、排水等形式。同时还要重视高速公路防、排水系统的设计与施工, 应根据当地降水强度与地形地貌的实际情况, 进行综合设计, 使其具有足够的导水排水功能, 保证路基及边坡的稳定, 提高公路的防灾能力。
摘要：高速公路因其具有快速、流量大、服务功能突出等特点, 已经成为人们出行、物流运输等社会经济活动中越来越重要的基础设施, 高速公路边坡的稳定对确保公路畅通、人车安全具有极其重要的意义。文章分析了高速公路边坡滑坡的成因及其处理措施。
关键词：高速公路,边坡,滑坡,处理对策
参考文献
[1]赵维.某边坡失稳原因分析与处理对策[J].陕西建筑, 2007 (8) .
[2]王洁华.浅谈高速公路边坡生态防护[J].汕头科技, 2005 (3) .
[3]朱建民.平原区高速公路填方路基边坡防护设计探讨[J].河北交通科技, 2007 (4) .
[4]匡雁晨.某高速公路边坡稳定性分析及治理方案[J].山西建筑, 2009 (10) .
高速公路路基滑坡现象的治理策略 篇6
一、工程概况
以某高速公路合同段为例, 本合同段位地势西北高, 东南低, 为赤水河河谷岸斜坡地貌, 河谷深切, 斜坡陡峻, 局部为陡岩地形, 路堤、路堑边坡高、路堤高挡墙多。其穿过的地区中崩积层主要为块、碎石土, 且地层为侏罗系上统蓬莱组 (J3p) 泥岩、砂岩, 岩体节理发育, 岩石受风化程度深, 差异风化明显, 剥蚀严重, 岩体较破碎。尤其该段地下水为基岩裂隙水和松散岩类孔隙水, 大气降水时一部分顺岩层层面、节理面向下渗透补给;一部分向地势低较低处的赤水河径流排泄。本段公路施工线路大多穿越赤水河谷崩塌堆积体上, 复杂的地形和地质, 导致该段质灾害频发, 路堑边坡发生多次坍塌。
二、高速公路路基滑坡的综合治理
高速公路具有长线特征, 一般都会经过环境条件不同的路段, 很有可能会发生各种地质灾害, 路基滑坡形成的原因无法一概而论, 在治理方面也应采取多样化措施综合治理。穿梭滑坡体, 是一些高速公路在建设中有时无法避免的作业。在深入了解高速公路所建地段地质特点基础上, 必须对合理的加减载措施进行采取。在进行挖方时, 高速公路滑坡体的抗滑地带是挖方过程中需及时避开的;在填方的过程中, 应对滑坡体的牵引和主滑地段加以选择。抗滑力的减少, 对滑坡体的稳定有重要作用。高速公路的各项作业中, 必须重视路基设计, 在设计的过程中需在坡高、坡率、坡形的设计上给予高度重视, 尽可能地使坡率能够接近原地表坡率。在对坡面进行防护的工程中, 可通过修筑支挡工程来进行。可通过设置盲沟、竖井等于滑坡体内, 促进滑动体含水率的降低, 这种方式还能促进抗滑强度的增强。在截排水工程措施中, 常见的除外围截水沟、排水盲沟、排水钻孔外, 还包括地表排水沟、排水钻孔等。对于一些“头重脚轻”等特殊滑坡体, 应首先对削坡或减重的方法加以考虑和采用, 通过对滑坡体外形的改变, 使滑坡体的稳定性得以最大化提高。对于一些坡面长度不大于50m, 坡面高度小于15m且不会向两侧或向上继续拓展的小型十质坡边, 可一次性通过挖除的方法将其根除。这种工作量不是很大的滑坡体, 一次性挖除后将使路基滑坡现象永久消除。
具体治理方案:
(1) 立即对坡脚进行反压, 保证坡体临时稳定性; (2) 当坡体变形趋于稳定后, 在第一阶坡面YK8+380~YK8+658.399段施作C15片混凝土挡墙, 挡墙基础换填0.5m厚碎石垫层, 以提高地基承载力和排出地下水。同时设置平孔排水; (3) 第二阶平台滑动体YK8+528~YK8+610段布置锚索抗滑桩, 桩顶设置3孔预应力锚索, 抗滑桩截面积尺寸2m×2.5m, 桩长28m~32m; (4) 第二阶潜在滑裂面布置4孔6索锚索框架, 锚索长度分别为28m、32m, 框架内客土喷播植灌; (5) 第三阶采用1:1.25坡率的客土喷播植灌; (6) 坡顶增设JS-01~JS-05共五个井点降水, 孔深35m, 孔径250mm; (7) 路基路床范围内进行透水性材料换填, 并增设横纵向排水盲沟, 周边辅助复合式路堑边沟、边坡平台边沟和截水沟, 形成完整畅通的排水系统。
在高速公路的建设过程中, 虽然滑坡体上可建设临时设施, 都但在建设过程中必须注意节制, 不能过量建设临时设施, 也不能将较多的路基挖方的土方或施工材料堆积在滑坡体的中上方。另外, 水是导致滑坡现象的一大因素, 防止各类滑坡都必须做好排水工作。在施工前必须将排水设施安排好, 以免滑坡体内再掺入施工过程中带来的一些生活和施工用水亦或者一些自然降水等。这就要求高速公路在对路基滑坡进行治理和施工期间应尽量避开大气降雨之时, 最好选择在旱季实施。对地下水和地表水的排除可通过对滑坡外围地表水的旁引与拦截进行, 也可恰当而尽快地排掉高速公路路基滑坡区域内的泉水和大气降水, 尽量组织滑坡体内进入泉水和雨水。当滑坡现象已经发生, 在处理这一现象的过程中, 首先需要立足滑坡现场各种资料分析其发生原因, 对其滑坡原因进行确定后才能使滑坡体基本状况的判断更加准确, 更好地预知后续情况。根据当时的具体情况, 对相关滑坡处理档案有针对性地制定和确定。
面对普遍发生的滑坡现象, 高速公路在治理中可逐渐建立起高速公路地质灾害发生数据库, 促进信息系统的完善, 提供更多的数据支持给高速公路路基滑坡现象的研究和分析。在对高速公路路基进行建立的前期, 就应选择出合理的路线方案。一些比较大型的滑坡或在多次治理后仍然没有太大效果的滑坡现象在工程实践中往往是不可避免的, 针对此种情况即可对其他改线绕道等方法加以考虑。还应强化对一些地质灾害频繁发生且比较严重的地方的环境调查, 对最新动态加以掌握, 同时促进高速公路路基滑坡防治和治理技术及措施的普及, 对科学的滑坡治理技术和方法不断研究。此外, 针对地质结构复杂, 频频发生地质灾害, 多次出现路堑边坡坍塌情况的高速公路, 除了要对一套完整的施工措施进行制定外, 还应对观测点加以增设, 监测点位置选择以容易反馈观测数据, 地质条件差、地形变化大为主, 每段路应最好多于两个观测断面。检测项目除地表水平、垂直位移、地表裂缝外, 还包含地下位移、水平监测, 以及支挡结构变形和应力监测等。在施工处置期间每天应至少观测一次地表位移及桩顶位移情况, 边坡开挖和雨季时应对观测频率酌情加强。
作为一定自然条件下的斜坡, 滑坡主要受河流冲刷、人工切坡等影响, 在重力的作用下使部分土体或岩体产生位移变现象, 是道路边坡一种比较常见的地质灾害。本文主要对高速公路路基滑坡现象的综合治理进行探讨, 以供参考。
参考文献
广惠高速公路段高边坡滑坡整治 篇7
广惠高速公路是广东省政府规划的通山区高速公路,是广东省“九五”重大建设项目,全长150 km。路线高边坡经过区域,构造上属于华南褶皱系一级构造单元,沿线褶皱断裂,断层极发育,岩体破碎、风化强裂。受地形影响,在本路段内,挖方边坡共17.6 km,占路线全长35%。而高边坡3.7 km,最大边坡高度大于70 m,地层岩性及其组合构成的路堑高边坡的地质基础差异性大,既有一般的土质边坡和风化程度不同的砂砾岩,又有遇水易软化的泥质岩和风化程度不同的软质岩层面,同时部分山体渗水较严重,因边坡开挖,相当于在古滑坡的抗滑段“卸载”,降低了维持山体稳定的抗滑力,影响着路堑边坡的强度和稳定,对工程构成较大的危害。为此,施工总的原则是确保边坡稳定放在第一位,同时,为达到高质量、低投入、景观协调目的,在选择具体边坡防护方案时坚持动态设计。文中就广惠高速公路滑坡的整治方案简要介绍。
1 工程地质概况
1.1 地质构造及水文条件
该段边坡大多属风化岩,土质边坡,岩性为侏罗系粉砂岩,白云质灰岩,受构造活动影响,岩石节理、裂隙发育、岩石破碎,上部以半岩半土状~碎块状强风化岩为重,下部以弱~微风化岩石为重,并在边坡中部夹杂有层理发育的碳灰质页岩石,因含较多碳质及岩体多个风化混杂而成,造成层间摩擦力较小,为潜在的滑动面(带),特别是有水渗入时更易造成边坡失稳。同时,该段地下水分布不均匀,埋藏较深,水位、水量受季节变化影响,补给主要来源于大气降雨。
1.2 滑坡成因
根据地质钻探及坡面地质调查,滑坡后缘山体大多为中~厚层状泥质砂岩、石英砂岩,岩层产状起伏波动明显,岩体被多组结构面切割较破碎,且有顺坡向的层面,节理面发育,受区内断裂(走向为北东60°~70°,倾角为40°~80°,为正断面层)影响,岩体产生小契块破坏及地面浅层顺坡向产生滑动而导致张开裂缝。经自然界多期物理风化作用及暴雨作用下,山坡岩体失稳,并在重力作用下,后缘山坡岩体伴随坡麓带松散块体向下产生滑动,同时中间级边坡存在较大范围的软弱土体,导致相邻级边坡和平台上出现了0.5 cm~2.0 cm左右的裂缝,岩石顺层垮塌形成滑坡。
2 原设计概貌及稳定性分析
在原设计中,采用台阶式边坡设计,台阶高10 m,平台宽2 m,土质边坡采用1∶1.25坡率,三维网植草防护;石质边坡采用1∶1~1∶1.25坡率,分别采用人字拱植草、框架植草、锚索地梁加喷混植生防护。
结构面统计分析表明,该段边坡存在顺结构面(主要是层面)直线滑动破坏的可能,同时由于岩层较软也存在圆弧滑动的可能。由于层面、结构面产状变化大,不易形成过坡脚的大规模直线滑动;相反,由于岩体破碎使大圆弧破坏的可能性增加。计算滑动面,形同虚设高度的边坡圆弧破坏的K值较直线破坏的K值小,因此在该段边坡中,以圆弧滑动的稳定性进行控制设计,单级边坡中同时考虑直线滑动的影响。
3 整治方案
3.1 整治原则
1)边坡工程以稳定为本,加固为重,排水、防护并重,一次根治,不留隐患,综合治理,保证施工中的临时稳定和通车后的长期稳定。
2)加强地表、地下水排水措施,以疏、引、截、排形成排水系统,排水工程与边坡加固工程相结合的综合整治措施。
3)根据边坡工程中的地质结构、地下水情况,采用技术可靠、经济合理、针对性强、适应性良好、施工方便的工程措施。
4)边坡防护与景观相结合原则,注意沿线景观的美化。
3.2 设计参数
采用原位剪切值计算C=65 kPa,Ф=35°,K=1.16(圆弧滑动),基本稳定;考虑地下水的作用及软弱夹层的作用,对C,Ф值进行折减,取C=43 kPa,Ф=23°进行计算,K=0.97(圆弧滑动),需对边坡进行加固。
3.3 整治方案
1)原整治方案是为了减少边坡的下滑力。在高级边坡中部设约20 m宽平台进行减载,在削方平台坡脚处设两排竖向钢管开孔注浆,封闭裂缝及加固低中级边坡锚索的锚固区,同时在一级平台上设置抗滑桩(见图1)。
2)根据布设的测斜孔监控纵横向日位移观测值在-0.1 mm~+0.3 mm之间,累计位移值在-4.15 mm~+3.95 mm之间,显示该边坡已趋于稳定。考虑削方卸载后下滑力减少,从开挖后暴露地质情况来看,煤系地层取消原定抗滑桩防护措施,而采用预应力锚索地梁(坡率1∶1,台阶高10 m,平台宽2 m),每级每根地梁设3根预应力锚索加固,锚索长32 m~36 m,锚固段长10 m,地梁间距3.0 m,地梁断面尺寸0.6 m×0.8 m。锚索采用4Ф15.2 mm高强度低松弛钢绞线。锚索张拉值均为450 kN,超张拉10%。其中坡面地梁框架间进行植草、喷混植生、三维网植草等措施;在中部设20 m宽平台进行减载,减载后采用30 cm厚浆砌片石封闭至截水沟。
3)做好附近山坡面的防、排水工作,以确保雨水不渗入坡面山体,在堑顶外与截水沟相连,有效排除坡面积水;同时根据山体渗水较严重,加强了深层排水措施,加设深层排水孔。
4 动态监测
为了随时掌握在边坡开挖过程中上部坡体内部的变形情况,防止滑坡在遇大雨时及在边坡开挖过程中发生上部坍塌和沿深层软弱面滑动,针对本路堑高边坡滑坡体的结构及实际的施工进展情况,从深部位移监测、地面变形监测和裂缝变形监测三个方面对整个坡体进行动态监测。整个坡面共布置深孔监测孔3个,地面变形监测倾斜盘18个,另外还布置了许多地面简易观测桩。
监测周期根据坡面变形情况和施工进度而定,在边坡开挖期间每5 d观测一次,但在降雨天气或变形值变化较大时则需加密观测,以便能及时掌握坡体的变形规律,为方案的再次修改提供依据。
5 结语
通过上述边坡滑坡的加固处理,认识到在复杂的工程地质条件下,须对路堑进行全面的调研、勘测、分析、研究、试验,再进行加固设计。在设计过程中,如果对复杂的工程地质及山体渗水情况了解不清,将会对后续的施工产生不利影响,进而造成较大的经济损失。
1)对地质条件较差的路堑边坡,开挖过程中预先做好监测及地质剖面编录工作,发现与设计不符时,以便能及时进行设计方案调整。2)对地质较差的路堑边坡,只注重坡面景观防护,而不进行深层治理,是不能保障其稳定性的。从斜坡开挖后受力分析,当其坡脚开挖后,已破坏了坡面山体原平衡状态,易造成局部应力集中,若其部分岩体岩性较松散并有遇水易软化的特点,加上地下水等不良地质条件的影响,容易产生滑坡等不良施工事故,因此对这样的边坡,必须做到开挖一级防护好一级并做好坡面山体内层的防护,方可保障坡面的稳定安全。
摘要：高边坡的稳定性不仅关系到工程的安全,同时制约整个项目的成本及工期控制,着重介绍了广惠高速公路滑坡整治经验,分析了边坡的滑坡机理,并提出了相应经济、合理的边坡防护加固措施,对其他建设类似项目具有借鉴作用。
关键词：高边坡,滑坡,整治
参考文献
[1]JTJ 033-95.公路路基施工规范[S].
[2]张倬元,王士天,王兰生.工程地质分析原理(第二版)[M].北京:地质出版社,1994.
高速公路滑坡与高边坡病害的防治 篇8
一、高速公路滑坡与高边坡病害的防治原则
在公路深挖方路段, 病害的防治需要从以下环节着手。
1. 在公路立项阶段。
山岭重丘区公路建设项目的深挖方路段高边坡的加固和防护标准应相应地提高, 把公路边坡的长期稳定性和对山区生态环境的综合治理有机结合起来。
2. 在公路设计阶段。加强地质调查, 合理选线, 尽量避开不良的地质体, 无法绕避的则对有可能出现的边坡病害提前预防和治理。
3. 在公路施工阶段。采取合理的施工方法和顺序, 及时对边坡进行加固和防护。
二、设计参数的选取
在病害防治设计中, 设计参数的选取时相当重要的, 它直接关系到治理工程的安全和经济指标。一般来说, 滑坡的滑带一般依附于坡体内的软弱夹层、构造面或软、硬岩的接触面生成。
由于滑坡较薄, 取样困难, 重塑土与原状土的剪切值差别较大, 或因滑带内含有粗粒物质, 在进行剪切试验时因剔除而影响试验结果等, 在工程实践中确定抗剪度指标时, 多采用反算法, 剪切试验的结果可作为参考值。当以下几种情况下进行滑带指标反算时, 应结合滑坡的各种影响因素对反算结果进行适当的调整。
1. 在边坡未开挖或未开挖完成之前, 滑带未完全形成, 此时
虽可以通过地质勘察查清潜在滑动带的位置, 但无法确定坡体开挖完成后滑坡的稳定度。
2. 旱季进行滑坡勘察时, 其稳定性较高, 反算时要充分考虑雨季稳定系数的降低。
3. 考虑人类工程活动对滑坡的稳定有影响。
三、治理工程措施
随着大规模高速公路建设的开展, 滑坡与边坡病害的治理也形成了一套成熟的、以新型支挡结构为主的成套治理工程技术, 主要从三个方面考虑:利用外力抵消平衡下滑力即增加滑体的抗滑力;增加滑带的抗剪强度;减小下滑力。一般采用减、锚、挡、固、疏等手段, 即刷方减载与锚固支挡的结合, 辅以截排地表水、疏排地下水措施。在选用时应根据具体情况综合考虑, 以求达到最佳的经济技术成果。
1. 一般高陡坡的加固工程浩大, 为减小加固工程, 取得合理
的经济效果, 多考虑稳固坡脚、减低分级平台高度、加宽平台宽度、放缓边坡坡率等刷方减载措施。不稳定边坡受控于边坡体内的软弱夹层, 一般倾角较缓, 通过刷方完全清除不稳定体较为困难, 但可减小下滑力, 因此刷方减载与加固工程常常配合使用。
2. 预应力锚索。
预应力锚索是一种承受拉力的杆状构件, 通过钻孔钢绞线或高强度钢丝锚固于深部的稳定地层中, 并在被加固边坡表面通过张拉产生预应力, 从而达到使加固体稳定和限制其变形的目的。
3. 抗滑桩。
抗滑桩在滑坡体上挖孔设桩, 避免大开挖而破坏其整体稳定, 桩身嵌固在滑动带以下的稳固地层内, 以抗衡滑坡体的下滑力。预应力锚索抗滑桩由于改变了普通抗滑桩不合理的悬臂受力状态, 从而可大幅度地降低工程造价, 节省钢材和水泥等材料, 经济效益十分显著。滑坡设置一般抗滑桩后, 仍要产生一定的变形, 当滑坡体上或前缘处有重要建筑物时, 不允许产生大的变形, 这就限制了抗滑桩的使用范围。而预应力锚索抗滑桩则属于主动式受力结构, 通过锚索在桩头施加一预应力, 根据需要主动限制滑坡的变形量。
4. 锚杆。
锚杆按锚固方式一般分为机械锚固、黏结锚固、摩擦式锚固等, 但工程上常见的一般为全长锚固的水泥砂浆锚杆。锚杆主要用于稳定岩质边坡的坡面防护, 具有施工快捷、布置灵活、造价低廉等优点。
5. 灌浆加固。
边坡开挖之前, 预先在自然坡面上打孔注水泥浆, 对坡体进行加固。但因灌浆效果不易评价, 应用时一般只作为辅助工程。
6. 排水措施。
排水措施分为地表水和地下水。地表水的目的是把滑坡区以上山坡来水截排不使其流入滑坡区, 把滑坡区的降水及地下水出露部分通过人工沟槽尽快排出滑坡区;地下排水措施可以起到截断补给滑带的水源、降低地下水位, 减小滑带上的孔隙水压力, 提高其抗剪强度等作用。
四、坡面防护技术
1. 坡面防排水措施。
防排水设计措施是保证边坡稳定的关键因素之一。边坡岩石破碎、裂缝发育, 地下水一般由地表补充, 所以坡面防排水措施十分必要。为此考虑到两个措施:一是在边坡周界外围根据边坡坡形设置截水沟;二是在坡面平台设置排水沟。
2. 喷射混凝土防护。
坡面喷混凝土分为普通喷射、挂网喷射和钢纤维喷射三种。喷射混凝土适用于风化严重的岩质边坡;深路堑经预裂光爆后, 形成的多台阶高边坡;成岩作用较好的黏土岩边坡也可采用喷锚加固。
3. 边坡格构防护。
格构加固技术是利用浆砌片石、现浇钢筋混凝土或预制预应力混凝土进行边坡坡面防护, 并利用锚杆或锚索加以固定的一种边坡加固技术。格构的主要作用是将边坡坡体的剩余下滑力或土压力、岩石压力分配给格构结点处的锚杆或锚索, 然后通过锚索传递给稳定地层, 从而使边坡坡体在由锚杆或锚索提供的锚固力的作用下处于稳定状态。边坡格构加固技术具有布置灵活、格构形式多样、截面调整方便、与坡面密贴。可随坡就势等显著优点, 并且框格内视情况可挂网、植草、喷射混凝土进行防护, 也可用现浇混凝土板进行加固。
4. 坡面植被防护。
坡面植被防护可分为植被坡面防护、土质边坡植被防护、岩石边坡植被防护。其植被护坡功能主要通过植被的力学效应和水文效应来体现;目前用于土质边坡的植被防护技术主要有以下几种:阶梯植被;框格植被;穴播或沟播;液压喷播;植生带;绿化网;土工网垫。岩石边坡不同于土质边坡, 目前常用的植被护坡方法无法应用于岩石边坡, 厚层基材喷射植被护坡技术则通过在坡面喷附一层结构类似于自然土壤且能够贮存水分和养分的植物生长所需的基层材料, 解决了岩石边坡无法生长植物的难题。
五、结语
高速滑坡 篇9
滑坡是指斜坡上的岩土沿坡内一定的软弱带 (面) 作整体地向前向下移动的现象[1]。自然坡体在开挖卸载后, 坡体应力得以释放, 坡体稳定性下降, 在不利情况如强降雨等因素诱发下, 容易产生工程滑坡, 山区高速公路建设中经常遇到此类情况[2]。近年来, 我国公路建设有了较快发展, 尤其是随着高速公路向山区的延伸, 公路建设中遇到的高边坡与滑坡、长大埋深隧道等复杂艰险的工程地质问题也越来越多[3]。并且山区特殊的地形和地质环境, 高边坡开挖很容易引起边坡变形导致滑坡等灾害的发生, 既会增加工程投资延误工期, 还会给运营安全留下隐患[4]。因此, 山区高速高速公路建设中出现的高边坡与工程滑坡等病害, 也越来越受到交通主管部门及建设单位的重视。针对这种情况, 如何根据实际的边坡工程地质情况, 选用合理的方法灵活治理滑坡以保证边坡稳定, 已成为山区高速公路建设中的重点工作。
以云南省保山至腾冲高速公路K8+920~K9+160段高边坡工程滑坡治理为例, 通过数理建模完成滑坡稳定性分析, 依据现场勘察和滑坡状况, 提出了针对该路段同种岩性、不同风化程度和表征状态的工程滑坡处理方案, 并取得了理想的治理效果, 为山区高速公路滑坡的类似治理工程提供实践经验和参考比较。
1 工程概况
云南省保山至腾冲高速公路 (以下简称保腾高速公路) K8+920~K9+160段位于云南省保山市龙陵县龙江乡境内, 为深挖路堑地段, 全长240米, 中桩最大挖深34.56m, 路线走向328°。该段处于深切割高中山陡坡地貌区, 海拔1830~1860, 自然边坡陡峻, 冲沟较发育, 山脊平缓, 地质作用以构造剥蚀作用为主。该深挖段因不良工程地质情况及施工开挖扰动坡体等原因, 曾多次发生滑塌, 且该段由于边坡土质风化程度差异较大而发生了沿不规则风化界面和层面下的错动以及滑移, 需要及时采取加固措施进行治理。
1.1 滑动历史及发展过程
保腾高速公路K8+920~K9+160右侧深挖路段原设计边坡为自下而上第1、2级坡比1:0.5, 第3级以上坡比1:0.75, 分别采用锚杆 (索) 框格梁防护。施工后该边坡K8+900~K9+012段曾发生小型浅层土质滑坡, 滑体由坡面侧向沿全强风化分界线滑动, 经清方减载及剪出口反压后基本稳定。其后高边坡路段上部边坡前期施工完毕, 2011年3月开始下部第1、2级边坡开挖及防护工作, 实施过程中第2级边坡发生局部碎落坍塌, 采用浆砌片石填补, 2011年4月该段落2级边坡K9+035~K9+123坡体发生局部滑移, 第3级已施工框格梁下挫约5cm, 并沿2级边坡梁体下部形成深约2米宽窄不等裂缝, 同时坡顶外侧K9+040~K9+090段形成两道裂缝, 其中一条最大宽度10cm裂缝, 现场发现问题后及时停工, 对发现裂缝进行灌浆封闭, 外侧设置临时截水沟, 下部开挖土体回填处理, 并予以长期监测。其后在进行滑坡专项勘察及方案设计过程中, 该地区连续降雨, 第5、6级边坡于6月再次发生坍塌, 且边坡土体散落, 坡顶原裂缝外缘再次发现同向裂缝, 同时第2级边坡K8+980~K9+020段框格梁出现变形断裂, 部分锚固节点破坏, 判断该滑坡有进一步发展迹象。因此需立即进行坡体抗滑工程治理, 减小发生次生滑坡灾害的可能, 保证周边坡体安全, 减小工程损失。
1.2 滑坡工程地质特征及形成机制
保腾高速公路路线K8+920~K9+160段为深挖明槽, 右侧最大边坡高度近50m, 右侧最大边坡高度20m, 山体自然横坡较陡, 坡体岩性为全~中风化花岗片麻岩为主, 上覆3~8m不等厚粘土层;地下水类型主要为松散岩类孔隙水、基岩裂隙水。通过现场勘察及观测, 发现该路段整体富水, 在K9+010位置附近开挖后长期有小股水流排出, 连续晴天手触其它开挖裸露岩面, 亦为潮湿状态, 因岩体风化程度差异较大, 原工程地质勘察资料未能完全揭示出风化分界段落。边坡内部随着雨水不断渗入全风化类土质岩层会导致土体容重过大, 多余水体不断富集软化片麻岩风化界面引起其抗剪强度大大降低, 因此施工期的连续降雨是滑坡范围和规模不断扩大的诱因之一。
该深挖路段不良的地质条件, 以及施工过快开挖导致山体应力集中释放, 也是滑坡规模不断扩大和加剧的主要原因。该段第四系覆盖层较厚, 自然状态下坡体稳定, 但路线开挖后形成高边坡, 使坡脚地带形成了高陡的临空面, 破坏了边坡土体的原有平衡状态, 降低了坡体的抗滑能力[5~6]。同时, 提供边坡变形空间, 在防护加固工程未来得及实施的情况下, 由前部向后牵引形成滑动, 导致坡顶开裂、边坡失稳。另外, 可塑~硬塑亚粘土具高孔隙比、遇水易软化、崩解的特点, 受暴雨冲刷下土体抗剪强度迅速降低, 极易引起边坡滑塌。同时, 由于基岩风化强烈, 路线设计标高以上为全~强风化岩石, 岩质松软, 具遇水易软化特点, 对边坡稳定不利。强风化片麻岩节理发育, 岩石破碎, 夹石英脉, 局部相变为花岗片麻岩。片麻岩属软质岩类, 开挖暴露后易软化、风化剥落, 对边坡稳定不利。
此外, 野外工程地质调查发现, 岩石片理产状255°∠35°, 共发育三组节理, 分别为 (1) 330°∠61°, 节理面平直, 无充填物, 延伸大于2米; (2) 23°∠74°, 节理面略呈弧形, 无充填物; (3) 230°∠76°, 密度大于20条/米, 节理面平直。这三组节理将岩石切割成碎石状, 其中第 (3) 组为顺坡向, 密度大, 对边坡稳定影响极大, 也为滑坡形成提供了条件。
根据专业人员现场多次勘察, 确定该路段不良地质为复合型花岗岩坡体岩土滑坡, 按风化程度共分为三种不同岩性:位于边坡两侧低矮边坡为全风化花岗岩段, 与覆盖层粘土混合, 呈灰白及褐红色土质颗粒状, 该段落滑动面主要产生于富水的风化层分界面上, 易形成小型滑坡, 在其带动牵引下对坡面整体稳定会产生一定影响;深挖边坡中部为中风化花岗岩地段, 节理裂隙发育, 且部分段落原状节理层面外倾, 不利于边坡稳定。目前该段二级边坡施工后锚固已起到一定作用, 但受上部荷载、岩性层状、岩体裂隙水、开挖临空面等综合不利条件影响, 二级边坡框格梁底部块状岩体被挤出, 局部下挫, 内部形成挤压裂缝, 坡顶产生张拉裂缝, 设计前期又再次发生垮塌, 因此该段需加强锚固, 支挡措施方能保证稳定;上述两层中间为强风化花岗岩岩性段落, 分界不甚明显, 但岩质较为均匀, 目前施工中一级边坡仅该类型岩层段落已予以锚固锁定且未发生破坏, 但不排除因两侧滑坡引起牵引滑动的可能, 已适当延伸处治范围, 力求防护处治一步到位, 尽量消除不安全隐患, 节约工程造价。
1.3 滑坡稳定性分析
该滑坡段由于岩土风化程度的不同主要分为两段, K8+921.74~K8+984.09段为全风化花岗岩土质边坡滑坡, 长85m, 宽96m, 上覆3~12米不等厚粘土层;K8+984.09~K9+160段为中风化花岗岩类土质边坡, 长110m, 宽60m, 上覆3~8m不等厚粘土层。为确定合适的滑坡治理方案, 采用有限元软件Midas/GTS对该边坡在自身荷载作用下位移及应变情况进行了模拟, 对原坡体在天然状态下的稳定性进行了分析, 以确定在目前已有的防治措施基础上还需增加的加固措施。Midas/GTS是针对岩土工程而开发的有限元软件, 该软件具有简洁的界面、前后处理功能强大的岩土材料模型库, 能满足大部分岩土体的破坏模式, 因此用此软件对边坡工程的建立三维数值模型, 比较接近真实情况, 且计算结果相对安全[7~8]。
1.3.1 参数选择
本次模型计算主要采用的物理力学参数为岩土体的容重 (γ) 、弹性模量 (E) 、泊松比 (μ) 、粘聚力 (C) 和内摩擦角 (φ) 。经过现场工程地质调查和测绘、钻探、原位测试以及室内试验, 结合场地边坡工程地质条件及地方经验, 综合考虑选取了岩土体的物理力学参数如表1。
1.3.2 模型建立及结果分析
边坡岩土体的本构模型采用修正莫尔-库仑模型, 是在莫尔-库仑模型基础上改善的, 用于边坡的材料本构模型。模型采用实体单元中的高阶单元划分网格, 在上部加密网格尺寸, 有利于提高有限元计算结果的精确度。模型的力学边界条件采用前后 (y方向) 、左右 (x方向) 、底面 (x、y、z方向) 约束。
该边坡模型的稳定性计算仅考虑在不采取任何防治措施的天然条件下的滑动趋势。模型计算结果由水平方向位移云图、总位移云图以及最大剪应变云图表示。但由于该边坡岩层沿走向方向相对均匀, 变化规律基本一致, 为更清楚地显示边坡的位移变形规律, 采用X-Z剖断面相关云图来进行分析边坡稳定性。
计算得到该边坡在天然状态下的安全系数为0.1625, 即该处挖方边坡由于坡度过陡及在自身重量作用下稳定性很差, 处于随时可能滑动的状态。且分析该滑坡段的位移变形图, 也可以看出其在边坡下部位移较大, 因此在目前已有的处治措施基础上, 应该加强对边坡底部的防护加固, 采取必要的抗滑支挡工程。
2 滑坡治理
针对该段边坡由于风化程度差异较大而产生的沿不规则风化界面及层面下的错动滑移, 本工程采用了两种现场处置措施相结合的方法, 即在岩质滑动及开裂路段设置桩间锚杆挡墙, 而对全风化类土质边坡采用桩间挡土板进行加固处理, 另外为了减弱边坡受雨水及岩隙水的影响, 采取相应的内外部排水措施, 以期取得所需的治理效果。
2.1 主要工程措施
2.1.1 抗滑桩+挡土板
抗滑桩一般应设在滑坡前缘抗滑段滑体较薄处, 以便充分利用抗滑段的抗滑力, 减小作用在桩上的滑坡推力, 减小桩的截面和埋深, 降低工程造价, 并应垂直于滑坡的主滑方向成排布置。滑坡治理工程中, 全风化花岗岩及已进行清坍的矮边坡段, 由于前期削方减载和前端反压措施效果良好, 经观测和计算已基本处于临界稳定状态, 采取适当清除松散滑坡土体, 并以小桩径1.5×2.0抗滑桩, 桩间设高度1米的预制钢筋砼挡土板进行支挡方式处理。
2.1.2 抗滑桩+桩间抗滑挡墙
抗滑挡土墙一般为重力式挡土墙, 以其重量与地基的摩擦阻力抵抗滑坡推力。其布设位置一般是放在滑坡前缘出口处, 充分利用滑坡抗滑段的抗滑力以减少挡墙的截面尺寸[9]。滑坡治理中针对强~中风化花岗岩段采用抗滑桩与桩间抗滑挡墙相结合的治理方法, 对该段用桩径2×2.5的抗滑桩处理, 又由于该滑坡滑面较浅, 大部分剪出口在原公路路面以上, 且基岩或碎石土层埋深均较浅, 在保证工程安全的前提下, 决定在抗滑桩间设抗滑挡土, 即桩间采用仰斜式C20现浇片石砼抗滑挡墙进行支挡, 以防止滑坡进一步发展及桩间体积较大的风化石块开裂挤出。
2.1.3 排水措施
为有效排除地表水对滑坡稳定性的影响, 设计中在边坡平台裸露部分用混凝土封面并采用向外侧的排水横坡, 在滑坡后壁设置了堑顶截水沟, 通过急流槽将水导入边沟中, 再经边沟入涵洞排出滑坡体外。坡体内部采用外壁打孔土工布反包的PVC管式疏干孔排引坡体水, 实际施工根据现有出水点及风化界面进行布设, 并通过平台排水沟及桩外边沟引水至滑坡体外部。
2.2 具体处治措施及工序
根据现场实际及会议纪要意见, 经过设计人员会同业主、施工方及监理方现场查勘后确定具体处治措施及工序如下:
(1) 上部第5、6级边坡清方减载, 平台宽度6m, 坡比1:1.5, 全坡面外侧设置梯形堑顶截水沟。第2级边坡框格内部打入长度8m仰斜式疏干孔, 水平间距10.2m, 垂直间距2.5m, 品字形布置, 第1级边坡K9+010附近布置5根并做好排水通道与护面墙内部排出。K8+940~K8+980矮坡段坡体沿风化界面打入长度8m的疏干孔排引坡体水, 并设置排水沟引水至坡体外侧。
(2) 清方荷载反压至现状路槽, 高度约5m;清除K9+044.5~K9+085.5段新增滑坡土体至原状土层。
(3) 现场发生张裂及破坏坡段框格内部增设点锚加强锚固, 并适当布设疏干孔排除边坡内部水体。
(4) 路线右侧第一台边坡平台外缘设置桩板墙, 强~中风化花岗岩段为桩径2×2.5抗滑桩处理, 桩中心间距5.5m, 桩间采用仰斜式C20现浇片石砼抗滑挡墙支挡;全风化花岗岩及已进行清坍的矮边坡段为桩径1.5×2.0抗滑桩处理, 桩中心间距5.5m, 桩间设高度1m的预制钢筋砼挡土板支挡。抗滑桩总长16m, 其中外露高度5m。
(5) 跳槽清理K9+060~K9+120段碎裂岩体, 完成桩间抗滑挡墙及挡板施工, 并按顺序及时采用浆砌片石充填空洞部分。
(6) 理顺排水系统, 边坡平台裸露部分采用5cm厚C15砼封面并设置向外侧3%的排水横坡。
3 结语
保腾高速公路K8+920~K9+160段滑坡工程地质条件差, 第四系覆盖层较厚, 土体松散, 力学强度低, 软化系数小, 遇水易软化失稳[10]。同时, 不同风化程度的花岗岩导致坡体沿不规则风化界面下及层面的错动滑移使得滑坡情况更为复杂。路线开挖后高边坡坡脚地带形成了高陡的临空面, 在较长降雨期内, 使得该段滑坡多次发生滑动且规模一再扩大。
特殊的地质条件决定该段边坡无论高差大小, 在各不利因素的共同作用下, 只要形成了临空面和滑动带, 就必然会向工程边坡坍塌和滑坡不断发展的活动特征。根据其形成机理, 通过对工程开挖后形成的滑坡体工程地质、风化程度和现场状况的综合分析评价, 本路段分别采用抗滑桩+挡土板和抗滑桩+抗滑挡墙的工程措施, 辅以锚固、综合排水等措施而拟定的工程滑坡治理方案, 经工程实践检验取得了良好的效果, 为类似工程的前期地质病害预判和各阶段方案研究及设计提供了宝贵经验。
参考文献
[1]孙英勋.云南山区高速公路滑坡治理研究[J].公路交通科技, 2005, 22 (4) :49-52.
[2]王忠华, 李相依.泉三高速公路LK10滑坡治理技术方案研究[J].公路, 2010 (4) :48-54.
[3]章勇武, 马慧民.山区高速公路滑坡与高边坡病害防治技术实践[M].人民交通出版社, 2007.
[4]郑颖人, 陈祖煜.边坡与滑坡工程治理[M].人民交通出版社, 2010.
[5]李慧青.金斗山滑坡治理施工方案[J].路线/路基, 2009 (12) :20-23.
[6]王明学, 李胡杰.四川九寨环线铜匠沟滑坡智力设计与施工[J].中国地质再喊与防治学报, 2004 (15) :74-76.
[7]帅红岩, 韩文喜, 赵晋乾.Midas/GTS软件在边坡三维稳定分析中的应用[J].地质灾害与环境保护, 2009, 20 (3) :104-107.
[8]钟志辉, 刘祚秋, 杨光华, 张玉成.基于Midas/GTS的FLAC3D边坡建模技术及工程应用[J].西北地震学报, 2011, 33:261-265.
[9]祁宁.云南省S224线K14+460~+600段滑坡治理[J].公路交通科技, 2006 (3) :74-75.