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1、强降雨环境下岩土互层边坡支护研究岩土互层的岩土质混合边坡常见于沉积岩层状边坡中，其成因主要是裂隙水沿层理面渗入，使部分较软的岩层风化成土，形成夹心饼状的岩土互层，其中顺倾向岩土互层边坡的稳定性较差1.目前对岩土互层边坡的研究主要集中在开挖卸荷对其稳定性的影响1-3,对降雨入渗条件下岩土互层边坡的稳定性研究较少。岩土互层边坡中的土层与岩层相比渗透率大、强度低、易风化、力学性质差，当地表水浸入土层时土体抗剪强度急剧减小，土体重力增加，同时在渗透压力等因素作用下边坡稳定性迅速降低，往往其破坏过程都是由软弱土层发展而来，最后在层理方向形成破裂面造成边坡的滑塌。因此，岩土互层边坡在降雨入渗时土层强度降低
2、，边坡前缘开挖形成临空面边坡上的岩土体在水力作用触发下稳定性极差。对兰州（新城）至永靖一级公路进行勘察时发现K23+960断面处为岩土互层地质。中国西北地区全年总降水量少但集中在夏季，单次降水强度大，往往一次的暴雨量就占全年降水量的30%甚至更多，24h暴雨笼罩面积可达5000070000km2.因此，如何保证强降雨条件下该断面处岩土互层路堑边坡的稳定性对保证工程质量至关重要，可为本地区相似工程提供借鉴。近年来，框架预应力锚杆柔性支护技术发展迅速，它是应用于基坑开挖和边坡稳定的一种新型支挡技术，克服了传统支护结构的高度受限制、造价高、笨重、稳定性差等缺点，且具有施工方便、控制变形有利、使用安全
3、等优点。现在随着西北地区大量国道、高速公路和超高层建筑的兴建，预应力锚杆（索）柔性支护技术在基坑支护和边坡加固工程中得到了日益广泛的应用4-8.研究尝试以预应力锚杆柔性支护技术加固该边坡，并探讨在强降雨条件下其动态稳定性。借助GeoStudio软件对强降雨条件下兰州（新城）至永靖一级公路K23+960段顺倾向岩土互层边坡的整体稳定性进行了分析，并探索了预应力锚杆和框架预应力锚杆柔性支护结构对增加该边坡整体稳定性的效果。1工程概况该边坡位于兰永一级公路K23+960段面处，开挖边坡长度约150m,坡高8m.1.1工程地质条件工程地质横断面为白垩纪砂岩泥岩互层，岩层厚度3m,土层厚度2m,岩层顺层
4、，受构造影响，岩体相对较破碎，开挖后易崩解、掉块，粘土岩易风化剥落，具弱膨胀性。岩层产状为55°∠15°,发育两组节理，产状依次为195°∠82°和280°∠82°,岩体呈中厚层状，裂隙多呈微张型，少有充填物，呈块状结构，受构造影响严重的位置呈镶嵌碎裂结构，岩体较完整；结构面结合差，外倾不同结构面的组合线倾角小于35°,有内倾结构面。由于岩体节理裂隙较发育，受构造影响较严重，人工开挖扰动后，在雨季和地震时会有掉块或局部塌落。1.2水文地质条件根据现场的地形地貌以及地质条件勘察和现场调研来看，坡体所在场区地下水低于路
5、基，开挖后各级边坡坡角均出现地下水渗流。2计算模型利用GeoStudio软件对边坡在强降雨24h及停雨后48h的渗流和整体稳定性进行模拟计算，采用SEEP/W模块模拟降雨条件下边坡内部渗流场，将SEEP/W模块分析结果导入SLOPE/W模块分析边坡的整体稳定性。强降雨按坡顶和坡底边界条件产生10mm滞水的水头、坡面产生5mm滞水的水头考虑，SLOPE/W模块边坡滑动面平行于层理方向（层理倾角按30°考虑）。2.1岩土体参数边坡岩土体计算参数见表1.2.2支护结构参数分别采用框架预应力锚杆柔性支护结构（未设面板）和边坡中部一排预应力锚杆的支护形式将坡角为70°的该边坡加固，将岩土
6、层结构面倾角简化为30°,边坡重要性系数取1.0,考虑坡顶地面超载q0=12kN/m2.框架预应力锚杆柔性支护结构共布置三排锚杆，锚杆水平间距、竖向间距均为2.5m,立柱和横梁截面尺寸均为300×300mm2,混凝土强度为C30,锚杆均采用直径为32mm的HRB335级钢筋，锚杆与水平方向倾角为15°,锚杆的其他设计参数见表2.边坡中部采用一排预应力锚杆，其支护形式的锚杆参数同框架预应力锚杆柔性支护结构中的第2层锚杆。2.3计算模型不采用支护形式的自然边坡考虑坡角为40°、50°、60°和70°,采用框架预应力锚杆柔性支护结构支护边坡
7、模型坡角为50°、60°和70°,采用一排预应力锚杆支护边坡模型坡角为70°,所建计算模型见图1、图2（以70°坡角边坡为例）。SLOPE/W模块计算模型中，边坡的滑动面定义为平行于层理方向。3计算结果分析3.1不同坡角的自然边坡整体稳定性变化不采用支护形式坡角为40°、50°、60°和70°的自然边坡的安全系数变化规律如图3所示。从图3可以看出：（1）强降雨24h坡角为60°和70°的边坡已经破坏，坡角为50°的边坡濒临破坏，只有坡角为40°的边坡安全系数最小值为1.476（大于1.3,未
8、破坏），可见强降雨对岩土互层边坡稳定性的影响不容忽视；（2）坡角为40°、50°、60°和70°的边坡安全系数降幅分别为14.5%、22.7%、27.6%、31%,坡角越大边坡安全系数降幅越大；（3）边坡安全系数在停雨后8h内回升最快，然后缓慢增加。3.2增加支护后边坡整体稳定性变化坡角为70°的边坡采用框架预应力锚杆柔性支护结构、中部采用一排预应力锚杆支护以及不采取支护形式的自然放坡的安全系数变化情况如图4所示。从图4可以看出：（1）边坡中部采用一排预应力锚杆支护后安全系数达到1.35,比自然边坡提高24%,但在强降雨24h后濒临破坏；（2）采用框架预
9、应力锚杆柔性支护结构后，强降雨24h后边坡安全系数最小值仍大于1.3,边坡不会破坏且安全储备较大。4结论（1）不采取任何支护形式的层理倾角为30°的岩土互层边坡，在考虑强降雨影响时最大安全坡角约为40°,但针对具体工程需要详细计算。（2）强降雨对岩土互层边坡整体稳定性的影响不容忽视，且坡角越大边坡安全系数降幅越大。（3）预应力锚杆以及框架预应力锚杆柔性支护结构对岩体互层边坡支护效果比较显著，但应该考虑强降雨对边坡整体稳定性的影响，加大安全储备。（4）基于GeoStudio软件对强降雨条件下兰州（新城）至永靖一级公路K23+960段顺倾向岩土互层边坡的整体稳定性进行了分析，并探索
10、了预应力锚杆和框架预应力锚杆柔性支护结构对岩土互层边坡的支护效果，为类似工程设计提供了参考。参考文献：1黄欢，龚刚，郭冲，等.顺倾向层状岩土质混合高边坡稳定性分析J.中外公路，2013,33（1）:24-28.2黄斌，郭冲，冯宇.岩土质互层高边坡开挖的稳定性分析J.公路，2013,2（2）:10-15.3贾存兴.层状岩土质混合高边坡施工期破坏机制与稳定性研究J.中外公路，2013,33（1）:55-59.4赵静波，高谦，李莉.层状岩质边坡预应力锚索加固工程应用分析J.岩土力学，2005,26（8）:1338-1341.5李忠，朱彦鹏.框架预应力锚杆边坡支护结构稳定性计算方法及其应用J.岩石力学与工程学报，2005,24（21）:3922-3926.6周勇，朱彦鹏.框架预应力锚杆支挡结构的分部优化设计策略J.甘肃科学学报，2006,18（3）:97-100.7周勇，朱彦鹏.黄土边坡框架预应力锚杆支挡结构的理论分析与工程实践J.建筑科学，2006,22（6）:48-53.