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1、顺层边坡临界高度的确定喻邦江.鄢霞(贵州省交通规划勘察设计研究院,贵州贵阳550001)摘要:从地质学角度对顺层岩质边坡的稳定性影响因素和破坏机制进行分析,采用界限平衡法基本理论推导出顺层边坡临界高度的计算式,并对实际工程中的顺层边坡临界高度进行计算分析,计算结果与实际情况吻合较好.关键词:顺层边坡;临界高度;稳定性分析;破坏机制;综合治理;预应力锚索中图分类号:U416.14文献标识码:B文章编号:10024786(2010)09006303D0I:10.3869.issn.10024786.2010.09.006DeterminationofBeddingRockSlopeSCritica
2、lHeightYUBang-jiang,YANXia(GuizhouCommunicationPlanningSurveyandDesignAcademy,Guiyang550001,China)Abstract:Fromtheaspectofgeology,theinfluencingfactorsandfailuremechanismofbeddingrockslopeisanalyzed.Thecalculationformulaofcriticalheightofbeddingslopeiseducedapplyingthefundamentaltheoryofboundbalance
3、method.Thecriticalheightofbeddingslopeofanactualengineeringiscalculatedandanalyzedthroughadoptingthemethod,theresultisinagreementwiththepracticalstates.Keywords:beddingslope;criticalheight;stabilityanalysis;failuremechanism;comprehensivetreatment;prestressedcable1引言山区高速公路建设中,顺层岩质边坡普遍存在.顺层岩质边坡失稳大多由于修
4、筑路基时对坡体进行切脚开挖,使坡脚出现临空面,连续强降雨诱发边坡沿层面特别是软弱夹层发生顺层滑动.顺层滑移破坏多发生在缓倾或中等倾角顺层边坡.调查发现,倾角在15.以下的顺层高边坡基本可以自稳,其破坏的概率比较小,稳定性比较高;陡倾角的顺层边坡.路堑边坡设计中往往按岩层层面进行放坡,故这类高边坡的破坏也较少;中等倾角的顺层边坡稳定性最差,路堑开挖中不可避免会将岩层切断,开挖边坡切脚,从而引起边坡的顺层滑动.被切断的岩层的稳定状态主要取决于岩层的倾角,软弱结构面的抗剪强度及边坡开挖的坡率和高度.因此本文主要针对中等倾角顺层边坡的破坏机理,影响因素及临界失稳高度进行分析.2顺层边坡的影响因素及破坏
5、机理顺层边坡的变形破坏与地层岩性,岩体结构,地形地貌,水文地质条件,开挖高度,开挖坡率及方式等因素有关.天然顺层边坡上开挖路堑时,岩层被切断,被切断岩层的稳定性不仅取决于软弱层面的产状和抗剪强度,同时还受边坡中地下水的活动及岩层弯曲或断层切割形成的起伏差的控制.边坡中地下水的作用一方面降低了潜在滑动面的抗剪强度.另一方面,地下水水压力作用在滑动面产生的拖曳力作用,加速了边坡岩体的破坏.顺层失稳的原因可能是材料破坏,也可能是结构溃屈.顺层边坡失稳多由结构溃屈引起.顺层滑坡产生的一般规律是:边坡开挖,坡体形成一边坡在自重作用下,岩层沿软弱夹层或层理产生剪切滑移,在中下部的岩层向临空方向轻微弯曲,坡
6、面隆起,并伴有坡体扩容一随着滑移量的增加,在弯曲段的坡面产生张挣裂隙,并在剖面上伴有x共轭状裂隙,当弯曲,隆起发展到一定阶段,边坡产生溃屈或弯折破坏一滑坡及后期改造阶段,岩块在发生突发性破坏以后,又达到了新的平衡中缓倾角顺向边坡滑移一弯曲破坏(溃厢)过程一般经历四个阶段(如图1所示):a)滑移一轻微弯曲阶段;b)滑移一强烈弯曲一隆起阶段;c)滑移一碎裂一散体化阶段;d)整体失稳阶段.1滑移一弯曲破坏演化梗式3边坡失稳临界高度的确定在山区高速公路建设中,将不可避免地遇到大量的顺层边坡,顺层边坡的临界高度,开挖坡率的确定对工程实施具有现实的指导意义.现国内许多学者和专家对顺层边坡的稳定性已经进行了
7、广泛的研究.以孙广忠教授为首的专家学者利用材料力学中的压杆稳定理论对顺层边坡稳定的判据进行了研究,李强I2l把岩板弯曲问题视为弹性理论的薄板稳定问题,根据能量平衡求解方程,最后推导顺层边坡临界坡高如下:(I)式中:,岩板弹性模量,泊松比和容重;Ot,岩层的倾角和岩层的厚度(即滑面上岩层的总厚度):,C内摩擦角和滑面内聚力:临界高度.边坡失稳的判据为:K=H日1.综合分析,发现计算式(1)中存在如下问题:a)计算式中未考虑边坡开挖坡率对临界高度计算的影响,与现实情况不符:h)若不考虑岩体其他结构面,爆破等因素的影响,理论计算,当边坡开挖坡角小于等于岩层倾角时(O/),一般高度的顺层边坡开挖能保持
8、稳定,边坡开挖的临界高度极大(对于高大边坡发生溃屈变形破坏的情况,采用文献【3卜【5的方法进行计算),但式(1)中,当>>时,>>0,可推出>>0,显然不符合实际情况.文中运用力学平衡原理对顺层边坡模型(见图2)进行计算分析,得flJ边坡的稳定性系数=Gcosma.ndp+CL一.当边坡处于临界稳定状态时,:(781nOL1,由几何关系可推导得边坡的临界稳定高度公式为:Hnnx-2Csitw丽(2)【sln一c0stan)s1n(一)式中:OL,岩层的倾角和边坡开挖坡角,00,90.;,C,内摩擦角,滑面内聚力,容重;.临界状态下的边坡高度,即临界坡高.2顺
9、层边坡模型根据式(2),在岩体及结构面物理力学性质不变的情况下,由.曲线(见图3)可得出如下结论:a)边坡开挖的临界高度除了与滑面,滑体的物理力学参数有关外.还与边坡开挖时的开挖坡脚相关,边坡坡角与边坡临界高度一一对应,当0f0,时,一(一o.,0),但实际中H/>0,因此H一不存在,即当边坡开挖坡角小于等于岩层倾角时,边坡开挖均能保持稳定,与现实边坡稳定状态相符合:b)当边坡开挖坡角0=90.时,边坡存在一个自稳的高度,当边坡开挖高度小于陔值时,边坡总能保持稳定,即边坡存在一个自稳的最小稳定高度日,因此,.,+),其中:日2CtanaLsln一c0stanC)边坡坡角0不断减小趋近于倾
10、角时.边坡临界高度不断增大,曲线斜率急剧上升;d)在边坡开挖坡角一定的条件下,由一日一曲线(如图4所示)可得出顺层边坡可能失稳的倾角(西,0),其中存在一个最不利倾角,即临界高度最小时的倾角,分别对边坡坡率为1:0.3,1:0.5,1:0.75.1:1,1:1.25,1:1.5,1:2七种坡率下的最不利倾角进行了计算,计算结果为a=43.5.,39.,33.,29.,26.,24.,20.,从而可得L叶J倾角O/(15.,40.)时边坡稳定性最差,与现实情况吻合.0>or区gI,d90.图3边坡坡角一临界高度关系曲线/,/,-_,/击0区如.不存在flf图4岩层倾角一临界高度关系f=【i
11、线4工程实例分析运用本文中临界坡高计算公式(式(2)和文献f21中的计算公式(式(1)分别对镇胜高速公路,茅台高速公路l1段顺层边坡进行了计算对比分析,结果见表1.边坡坡体基岩为中厚层状灰岩,白云岩,层问夹薄层状软弱夹层,其中第16段边坡开挖后发生了顺层滑坡,第711段边坡采用放缓坡率开挖.边坡整体稳定.计算分析结果显示,第16段边坡计算中,式(1),式(2)均与实际情况较吻合(=<1,边坡失稳),第711段边坡计算中,式(2)相比式(1)与工程实际情况更加吻合(=眦/日>1,边坡稳定).表1临界高度计算结果最大开挖式(1)式(2)序号桩号段落地质概况计算临界计算临界备注高度(Il
12、1)高度(in)高度(m)1K49+862K50+000中厚层状白云岩,层问夹薄层状泥岩,产状225.31.16.338.7810.912K51+800K52+200中厚层状白云岩,层面间夹有褐黄色粘土,产状235.27.15-48-813.043K55+350K55+420中厚层状白云岩,层间夹簿层状泥岩.产状230.31.10.677.291O.91开挖后发4K58+487K58+690中厚层状灰岩.层面问夹有褐黄色粘土充填,产状230.34.l8.878.51O.1生滑坡5YK57+455-YK57+550中厚层状白云岩.层间夹薄层状泥岩.产状230.31.13.16.9510.9l6Y
13、K40+9OOYK41+253中厚层状灰岩,层间夹薄层状炭质泥岩,产状320.44.13.168.367_287K5+18OK5+480中厚层状白云岩,层问夹薄层状泥岩,岩层产状160./35.23.8913.97*42.O98K7+990K8+140中厚层状白云岩,层间夹薄层状泥岩,岩层产状230.42.46.385.82*53.23开挖后边9K9+720K9+860灰黑色厚层状灰岩.层问夹泥质.产状350.25.27.991O.1936.82坡稳定1OK11+180-K11+360灰黑色厚层状灰岩,夹泥质白云岩,产状350.20.39.6-6.6324.O3l】ZK14+2l0ZK14+3
14、00中厚层状灰岩夹薄层状炭质泥岩,产状330.39.28.516.7132.89注:表中加的数字表示计算结果与实际情况不符.负值表示临界高度不存在.即边坡稳定5结语5.1对于岩层倾角较大,边坡开挖坡角与岩层倾角一致的边坡.可采用文献31-5所述的方法进行其稳定性评价和失稳高度计算,并以此为据进行支挡,锚固设计.5.2对于岩层倾角中等,边坡开挖坡角大于岩层倾角的顺层边坡,其边坡开挖的临界高度可采用本文提出的计算方法进行分析,进而对边坡进行坡率设计和支挡,锚固优化合理设计.5-3经实例分析,本文提的分析计算方法,对人工挖孔技术在山区桥梁桩基施工中的应用徐天明(驻马店市公路管理局,河南驻马店4630
15、00)摘要:介绍人X-.挖孔在桥桩施工中的机具配备和5-艺流程,通过施工实例具体分析人工挖孔的施工特点和注意事项,可为相关工程实践提供参考.关键词:人.32挖孔:风化岩层;渗水中图分类号:U443.15文献标识码:B文章编号:10024786(2010)09006604DoI:10.3869.issn.10024786.2010.09.007ApplicationofManualDiggingTechnologyforBridgePileFoundationC0nstructi0ninMountainAreaXUTianruing(ZhumadianCityHighwayManagementB
16、ureau,Zhmnadian463000,China)Abstract-Theequipmentandtechnologicalprocessofmanualdigginginbridgepileconstructionareintroduced,andtheconstructioncharacteristicsandattentionpointsareanalyzedaccordingtotheconstructionexample,whichcanprovidereferenceforrelatedengineeringpractice.Keywords:manualdigging;we
17、atheredrockstrata;seepage硬质岩夹软弱夹层直线型滑动的顺层边坡实用性较好,对于今后公路工程中类似的顺层边坡的稳定性评价,加固治理设计具有一定的指导意义.参考文献fl1黄润秋,徐强.工程地质广义系统科学分析原理及应用M1.北京:地质出版社,1997.2】李强.鄂西山区地下采掘与山体稳定性岩体力学研究DJ.成都:成都地质学院,1990.【3严明,黄润秋,张倬元,等.岩质边坡滑移一弯曲破坏中间状态的工程地质分析J1.水利水电技术,2005,36(11):4144.【4李云鹏,杨治林,王芝银.顺层边坡岩土结构稳定性位移理论J.岩石力学与1=程,2000,(6):63-63.51孙广忠.岩体结构力学M】.北京:科学出版社,1988.66JTGD302004,公路路基设计规范S.71陈祖煜,汪小刚,杨建,等.岩质边坡稳定性分析lM1.北京:中国水利出版社,2004,5557.张卓元,王士天,王兰生.工程地质分析原理fM】.北京:地质出版社,l985,134136.作者简介:喻邦江(1980一),男(汉族),贵州遵义人,工程师,主要从事岩土工程勘察,设计,研究工作.收稿日期:20091221