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      貴州沿河至榕江高速公路合興滑坡穩(wěn)定性分析

      2015-10-21 17:10:35孟晉杰楊建強(qiáng)
      建筑工程技術(shù)與設(shè)計 2015年33期
      關(guān)鍵詞:穩(wěn)定性分析抗滑樁數(shù)值模擬

      孟晉杰 楊建強(qiáng)

      【摘要】:本文在野外工程地質(zhì)調(diào)查與巖土工程勘察的基礎(chǔ)上,對"合興滑坡"采用定性數(shù)值模擬分析方法,分析了滑坡產(chǎn)生的機(jī)理、類型及特征,表明該滑坡的類型屬強(qiáng)風(fēng)化泥巖夾土中厚層滑坡?;抡w在自然狀態(tài)下處于基本穩(wěn)定狀態(tài),后期由于路基開挖施工,破壞了原地面臨界穩(wěn)定狀態(tài),在坡體自重及地下水及巖層順層間潤滑泥作用下,出現(xiàn)了滑坡。通過采取清方、抗滑樁、排水、坡面防護(hù)對滑坡進(jìn)行了綜合治理,并對滑坡體進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測。

      【關(guān)鍵詞】:滑坡;穩(wěn)定性分析;數(shù)值模擬;抗滑樁

      1引言

      "合興滑坡(路線樁號K104+060~K104+287)"深挖路塹位于德江縣合興鎮(zhèn)中寨村東南側(cè),沿軸線地面高程858.95~887.44m。該段長約227m,線路設(shè)計路面高程859.29~862.83m,長236m,坡度2.0%,按設(shè)計高程開挖后,軸線左側(cè)最大挖方深度約34.48m。單幅路基設(shè)計寬度為10.75m,設(shè)計挖方邊坡坡比為1:0.75~1:1.0。

      2地質(zhì)環(huán)境條件

      2.1區(qū)域地質(zhì)概況及地層巖性[1]

      路塹區(qū)出露地層巖性主要有殘坡積層粉質(zhì)粘土、志留系下統(tǒng)龍馬溪群頁巖及奧陶系中上統(tǒng)泥質(zhì)灰?guī)r。

      2.2地質(zhì)構(gòu)造[1]

      路塹區(qū)位于寬平正斷層?xùn)|側(cè)上盤,該段線路走向與寬平正斷層走向平行,路塹區(qū)距離斷層面約150m,巖體受斷層影響,擠壓破碎嚴(yán)重,層面撓曲,節(jié)理裂隙發(fā)育,局部充填有粘性土。受斷層影響路塹區(qū)節(jié)理裂隙發(fā)育,均以高陡傾裂隙為主。

      3滑坡基本特征及穩(wěn)定分析評價

      3.1滑坡基本特征

      滑坡變形區(qū)平面形態(tài)呈半圓形,前緣以開挖邊坡坡腳線為界,后緣以最后一道張拉裂縫為界,兩側(cè)以微地貌沖溝為界,縱長約145m,寬約215m,平面面積約2.44×104m2,平均厚度約為10m,體積約24.4×104m3。

      3.2邊坡變形宏觀分析評價

      (1)變形特征

      據(jù)當(dāng)?shù)卮迕穹磻?yīng)邊坡上部出現(xiàn)裂縫后,施工單位立即對整個邊坡進(jìn)行排查并布置了監(jiān)測工作量,邊坡頂部距離坡頂開挖線100m范圍內(nèi)呈現(xiàn)多條裂縫,后緣線裂縫寬約2~3cm。根據(jù)監(jiān)測資料及常規(guī)排查,坡頂裂縫不斷增加,并逐步向后源擴(kuò)散,已有裂縫寬度逐步加寬,并向兩側(cè)延伸,表明該路塹邊坡已處于蠕滑變形階段。半個月后邊坡體后緣裂縫較之前延伸了5~10m,新后緣裂縫寬3~5cm。山體后緣上方民房出現(xiàn)開裂現(xiàn)象,但周圍未發(fā)現(xiàn)裂縫痕跡。

      (2)變形破壞的模式

      線路位于斜坡前緣,其走向與邊坡延伸方向及寬平正斷層走向一致,線路施工開挖斜坡前緣,并在其左右兩側(cè)形成路塹邊坡,尤其在線路左側(cè)形成高達(dá)30m的巖質(zhì)邊坡。

      邊坡開挖坡體前緣(前緣減載),破壞了巖土體原有的應(yīng)力平衡狀態(tài),在邊坡臨空面及坡腳一帶因應(yīng)力釋放產(chǎn)生卸荷,破壞了邊坡巖體的完整性,降低了坡體的抗滑力。路塹左側(cè)開挖邊坡坡向為291°22',形成的邊坡主要為順向坡,傾角約為10~15°。邊坡巖體為頁巖,薄層狀構(gòu)造,性脆,為軟質(zhì)巖,易崩解開裂,且?guī)r體受構(gòu)造影響,局部撓曲,陡傾裂隙發(fā)育,巖體被切割呈塊狀。經(jīng)鉆孔揭露,強(qiáng)風(fēng)化層中多見泥化夾層,個別中風(fēng)化鉆孔見泥化夾層。

      (3)穩(wěn)定性宏觀判斷及發(fā)展趨勢

      經(jīng)工程地質(zhì)調(diào)繪及調(diào)查訪問知,天然斜坡未見明顯變形跡象,處于基本穩(wěn)定~穩(wěn)定狀態(tài)?,F(xiàn)坡頂上方產(chǎn)生多條張拉裂縫,僅在兩側(cè)邊緣見微量剪切裂縫,在停止施工后,坡體上已有裂縫緩慢張開向兩側(cè)延伸貫通外,后緣未繼續(xù)向后發(fā)展,表明開挖邊坡現(xiàn)狀處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。但邊坡在風(fēng)化卸荷等內(nèi)營力作用下,在降雨入滲、震動等外營力作用下,其物理力學(xué)性質(zhì)將進(jìn)一步降低,其穩(wěn)定性將進(jìn)一步降低,邊坡可能產(chǎn)生失穩(wěn)破壞。

      4滑坡穩(wěn)定性分析

      本文采用數(shù)值模擬軟件ANSYS分析"合興滑坡"的穩(wěn)定性。目前南方大部分滑坡都是在多雨季節(jié)連續(xù)強(qiáng)降雨導(dǎo)致的,本次通過計算對滑坡在自然狀態(tài)和開挖施做抗滑樁后的兩種狀態(tài)的邊坡穩(wěn)定性都進(jìn)行了計算分析其穩(wěn)定性。

      4.1數(shù)值模擬分析滑坡穩(wěn)定性

      (1)模型建立

      邊坡模型左右邊界采用法向約束,底部采用固定端約束,共同構(gòu)成模型的邊界條件,上部滑坡體和下部基巖的接觸面采用Targe169和Conta172進(jìn)行模擬。

      (2)結(jié)果分析

      ①Y方向應(yīng)力

      通過從分析可知滑坡體在抗滑樁施做前Y方向最大應(yīng)力位于邊坡中部坡率最大處,滑坡體從上層到下層逐漸增加,抗滑樁施做后在Y方向應(yīng)力減少約47%,這表明滑坡體下滑力大大減少,抗滑樁起到的巖土體下滑的作用。

      ②XY方向剪應(yīng)力

      通過分析可知滑坡體XY方向最大剪應(yīng)力位于滑坡體中上部和中下部坡率發(fā)生陡變處,這表明滑坡體將在這兩個位置開始發(fā)生剪切破壞進(jìn)而發(fā)生滑坡剪出,本次滑坡體就是在路基邊坡開完后未及時支護(hù)導(dǎo)致剪應(yīng)力集中并在坡面連通后發(fā)生滑坡。施做抗滑樁后剪應(yīng)力發(fā)生了重新分布,最大剪應(yīng)力發(fā)生在兩排抗滑樁的底部,滑坡體的剪應(yīng)力大大減少。保證了滑坡體不發(fā)生剪切破壞,保證了滑坡體的穩(wěn)定。

      ③總位移

      通過分析可知滑坡體最大位移位于滑坡體中部,并往坡腳處逐漸減小,在施做抗滑樁前,滑坡體將從邊坡中部開始產(chǎn)生蠕變滑移并逐漸產(chǎn)生滑坡,在施做抗滑樁后由抗滑樁抵抗下滑力,使其位移減少將近50%,保證邊坡的穩(wěn)定安全性。

      5滑坡治理方案

      上述數(shù)值模擬表明該天然斜坡在自然狀態(tài)下是穩(wěn)定的,在邊坡開挖后飽和狀態(tài)下是不穩(wěn)定的,因此該路基邊坡在開挖發(fā)生滑坡后采取了進(jìn)行"滑坡清方+放緩坡率+兩排抗滑樁+治水+坡面防護(hù)"的綜合治理方法。

      5.1清方、放緩坡率及防護(hù)方案

      變更后設(shè)計邊坡坡率第1、2級1:1采用錨索框架梁防護(hù),第3級1:1.5采用錨桿框架梁防護(hù),第4級1:1.75,第五級1:2,第四、五級采用人字形骨架植草防護(hù)。邊坡應(yīng)嚴(yán)格按照開挖一級、防護(hù)一級的順序施工,結(jié)合永久性排水設(shè)施做好施工期間的臨時排水工作。若雨季施工,開挖后須采用臨時遮蓋或其他措施;對坡面進(jìn)行及時防護(hù);同時按設(shè)計要求加強(qiáng)邊坡施工開挖過程中監(jiān)測工作。

      5.2抗滑樁方案

      從滑坡區(qū)的地形地質(zhì)條件、滑坡的性質(zhì)、推力及安全等因素綜合考慮,本滑坡治理時采用兩級排抗滑樁進(jìn)行支護(hù),分別阻抗現(xiàn)狀邊坡滑移面和開挖至設(shè)計路面潛在滑移面。

      5.3治水

      水是導(dǎo)致山體滑動的關(guān)鍵,必須將供給滑動帶的水源予以切斷?;潞缶壛芽p地表水入滲是危害滑坡的主要因素,宜在滑坡后緣以外設(shè)置環(huán)形截水溝,以攔截和旁引滑坡范圍外的地表水,使之不進(jìn)人滑坡區(qū);在滑坡體表面上修建樹枝狀排水系統(tǒng),在邊坡下部采用仰斜式排水孔系統(tǒng),盡快將地下水排出,以達(dá)到排水疏干的效果,增加滑坡巖土體的抗滑力。

      6結(jié)論與建議

      本文通過針對路塹開挖后滑坡的成因機(jī)理、穩(wěn)定性分析、治理方案等定性、定量研究,得到以下結(jié)論:

      (1)本滑坡屬強(qiáng)風(fēng)化泥巖夾泥的牽引式滑坡;

      (2)在天然狀態(tài)下,該滑坡整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài),但穩(wěn)定安全儲備不高,在路塹開挖后未及時進(jìn)行支護(hù),再遇上在連續(xù)降雨很容易導(dǎo)致其發(fā)生滑坡,因此對于強(qiáng)風(fēng)化頁巖、泥巖等軟質(zhì)巖高邊坡在設(shè)計時要加強(qiáng)勘察、設(shè)計防護(hù)、施工的規(guī)范性,以防滑坡事故的發(fā)生;

      (3)采用"滑坡清方+放緩坡率+抗滑樁+治水+坡面防護(hù)"的綜合治理方法治理,采用人工挖孔灌注樁作為該工程支擋措施;坡頂上部截流堵源,坡體內(nèi)排水疏干;夯實坡面,并采用骨架植草護(hù)坡;

      (4)目前沿河至榕江高速公路項目部已對該滑坡進(jìn)行了變形監(jiān)測,建議在下一步施工時開挖后及時支護(hù),加強(qiáng)對滑坡的動態(tài)監(jiān)測。

      參考文獻(xiàn)

      [1]沿河至榕江高速公路工程地質(zhì)詳細(xì)勘察報告.北京.中交一公局公路勘察設(shè)計院有限公司.2013

      [2]DZ/T0218-2006滑坡防治工程勘查規(guī)范

      [3]候運(yùn)秋,劉代全.某高速公路傾斜基底高路堤滑坡機(jī)理分析與治理[J].公路

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