论文部分内容阅读
摘要：以湖南某高速层状岩质高边坡变形体作为典型工程实例，根据地勘成果选择典型断面布置测斜孔对边坡岩体进行监测；对监测数据进行深入分析，提出雨水冲刷和入渗是影响边坡稳定变形的主要因素，岩体内部至少存在两个潜在滑动带，同时监测数据为工程处理措施的制定和实施提供有效指导；通过对边坡开挖过程进行数值模拟，分析边坡开挖导致位移和变形的变化规律。
关键词：测斜仪；顺层岩质边坡；现场监测；开挖变形；数值模拟
Abstract: a high speed in hunan of layered rock high slope deformation as a typical engineering example, based on geological exploration results choose typical cross-section layout surveying slant hole of slope rock mass monitoring; An in-depth analysis of monitoring data, this paper puts forward the rains washed out and infiltration are the main factors influencing the deformation of slope stability, rock mass inside there are at least two potential sliding face, at the same time monitoring data for the engineering treatment measures of effective guidance for the formulation and implementation; Through analyzing a numerical simulation of the slope excavation process of slope excavation leads to the changing rule of the displacement and deformation.
Key words: inclinometer; Bedding rock slope; Field monitoring; The excavation deformation; The numerical simulation.
中图分类号：TN931.3文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）
引言
随着高速公路向山区的不断延伸，将不可避免地遇到越来越多的路堑高边坡工程问题。其中顺层岩质高边坡是稳定性相对较差的边坡类型之一。从地质构造上看，倾角一般为10°~35°，受单向挤压力的作用，岩层中层间错动带，软弱夹层发育。发育的陡立结构面（如张性结构面、剪性结构面、压性结构面）一般延伸性较好，往往将岩体切割成块状，边坡的变形规模受结构面发育程度的影响较大。湖南省属于亚热带季风湿润气候，雨水充沛，降雨集中在3~8月，强降雨天气时有发生。大量研究表明，降雨对边坡的稳定性有重大影响。首先强降雨后将形成边坡地表的径流、水在边坡内部的渗流以及坡脚积水的浸泡软化作用。在这三重因素作用下边坡抗滑能力将急速下降从而导致边坡垮塌。对于顺层高边坡而言，强降雨对边坡稳定性的影响更为显著，它可促使岩层中软弱夹层及泥化夹层产生蠕动下滑，从而产生失稳破坏。
本文通过对某高速公路典型顺层岩质边坡的深部位移进行现场监测，并利用有限元分析了顺层岩质边坡开挖施工中边坡内部应力应变变化规律。
工程概况
湖南某高速公路K109+880～K110+100右侧边坡最大切深约为42m，地质勘察报告中描述该段边坡自上而下为①种植土（第四系全新统Qh）：灰褐色，松软，含植物根茎及有机质，厚度约0.3m.；②块石（第四系全新统Qh）：紫红色，密实，块石含量约占90%，呈块状，粒径一般为20-200mm，成分为砂岩，间隙充填黏土；③砂岩（泥盆系中统跳马涧组D2t）：紫红色，砂质结构，节理裂隙稍发育，局部沿节理面被铁质浸染呈褐红色，岩质硬，较完整，为中风化岩，钻孔揭露厚度为18.6m, 在坡体右侧后缘出露砂岩测得产状124°～134°∠43°～45°。该边坡最高为五级边坡，第一级边坡坡率为1:0.75，二至五级边坡坡率为1:1.0；第一级边坡采用钢筋混凝土锚杆框架梁护坡，二至四级采用拱形骨架内植草护坡，第五级边坡采用三维网植草护坡。该边坡地质勘察报告横断面图如图1所示。
图1 (I) K109+880～K110+100右侧顺层岩质边坡工程地质断面图
图1 (II)K109+880～K110+100右侧顺层岩质边坡现场
边坡开挖监测
3.1监测方案
本文的现场试验主要是对边坡岩体深部位移进行监测。根据现场调研分析，应重点监测边坡岩体的薄弱地段。结合现场实际情况，分DK110+014 和DK110+040两个断面进行设置。边坡深部位移监测采用测斜仪法，该方法可测得岩土体内部位移沿钻孔深度的变化，并建立位移—深度关系曲线。通过该关系曲线可以找出潜在滑动面的位置，并对滑动面的位移大小及位移速率进行监控。深部位移监测点布置图如图3所示。
图3 边坡深部位移监测点布置图
边坡的深部位移监测频率应遵循以下标准：在施工期间，一般7天/次，运营期间15~30天/次，雨季加密；当边坡出现变形过大或加快时，要适当增加监测频率，必要时要进行预警，以确保边坡施工安全。
3.2监测结果
图4 A1点岩体内部位移时间变化图
图5 A1点的内部累加位移-深度累加变化图
由图4可知，A1点在孔深28.5m和20m处的突变值急剧增大，最大变化值为2.75 mm；由图5可知，A1点最大累计位移量40.475 mm，并且孔深与位移曲线反映出位移量逐次增大。结合两图综合分析可知，边坡岩体在第二级平台往下20m和28.5m处可能存在微弱潜在滑动面，由于变化数值并不大，边坡岩体处于稳定状态。
图6 A2点岩体内部位移-时间变化图
图7 A2点岩体内部位移-时间累加值变化图
由图6可知，A2点在孔深11.0m有极明显的突变区段，最大变化值達3.25 mm,表明该孔深处可能存在较明显的变形界面，孔深14m和 17m有两个异常区段，位移变化值分别为2.913mm、2.588mm，表明存在微弱的变形界面。从图7可知，A2最大累计位移量38.857 mm，并且孔深与位移曲线反映出位移量逐次增大。结合上图综合分析知，边坡岩体在第三级平台往下11.0m处有比较明显的突变点，可能存在潜在滑动面，在14m、17m处有可能也存在软弱夹层。由于锚杆施工队的不规范钻孔，在钻孔过程中钻孔偏离50cm导致A2孔被钻孔机破坏，A2孔监测的数据到12月底时无法进一步观测。
图8 A3岩体内部位移-时间变化图
图9 A3点岩体内部位移-时间累加变化图
由图8可知，A3點在孔深1m、2m、4m有突变区段，最大变化值达3.47 mm,表明边坡表层岩土体处于不稳定状态；从图9可知，A2最大累计位移量25.120 mm，并且孔深与位移曲线反映出位移量逐次增大。结合两图综合分析知，在3月22日之前位移突变比较缓慢，之后位移急剧增加，而在此期间该地区一直处于阴雨天气中，降雨因素导致坡面岩土体失稳非常明显。同时在第四级平台往下8m、22m处可能存在潜在滑动面。
综上所述，本文通过监测顺层岩质边坡坡体内部位移的变化情况，掌握边坡可能存在的潜在滑动面和软弱夹层。分析发现，降雨是影响顺层岩质高边坡稳定性的关键因素，首先，雨水冲刷坡面、地表水下渗到坡体内部软化坡体岩体和动水压力的作用使坡体稳定性降低；其次，地表水的下渗加速顺层岩质边坡软弱夹层的软化，严重影响边坡的稳定性。
4 结论与建议
(1)对于有特定滑动面滑动变形的边坡或者是层状岩质边坡，利用滑动式测斜仪进行监测具有良好的效果，并且能客观的反映岩体在不同深度的变形状态及动态变形情况。
(2)根据现场观测成果分析，可以准确的判定边坡岩体内部滑动面的分布情况及其深度，有利于分析边坡在各种状况下的变形机理，为后期加固措施提供可靠依据。
(4)对边坡进行设计时，在综合考虑经济因素、施工因素和地形条件的前提下，建议应尽量在边坡中部设置宽平台。当平台达到一定宽度时，上下两级坡面开挖将不会互相干扰，即使某一级坡面发生局部滑塌，也不会影响下一级，从而避免顺层岩质高边坡从上到下发生大规模滑坡。
(5)边坡开挖过程中，由坡面向坡内的水平位移逐渐减小，在某一点后基本不变。
(6)顺层岩质高边坡进行多级开挖时，第一次开挖完后，对其下面坡体影响较小，影响区域范围也不大；而对于接下来的开挖，对其上面坡体的影响大于其下面坡体。
参 考 文 献
[1]湖北省襄荆高速公路软土工程特性、路堤变形观测与控制研究报告[R]. 中国科学院武汉岩土力学研究所，2003
[2]二滩水电开发有限责任公司. 岩土工程安全监测手册[M]. 中国水利水电出版社，1999，187～199
[3]陈开圣，彭小平．测斜仪在滑坡变形监测中的应用[J].岩土工程技术,2006,20(1):38-41．
[4]李守义,吕生龙,张长喜.某工程边坡蠕滑机制与监测资科分析[J]，岩石力学与工程学报，1998，17(2)：133—139．
关键词：测斜仪；顺层岩质边坡；现场监测；开挖变形；数值模拟
Abstract: a high speed in hunan of layered rock high slope deformation as a typical engineering example, based on geological exploration results choose typical cross-section layout surveying slant hole of slope rock mass monitoring; An in-depth analysis of monitoring data, this paper puts forward the rains washed out and infiltration are the main factors influencing the deformation of slope stability, rock mass inside there are at least two potential sliding face, at the same time monitoring data for the engineering treatment measures of effective guidance for the formulation and implementation; Through analyzing a numerical simulation of the slope excavation process of slope excavation leads to the changing rule of the displacement and deformation.
Key words: inclinometer; Bedding rock slope; Field monitoring; The excavation deformation; The numerical simulation.
中图分类号：TN931.3文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）
引言
随着高速公路向山区的不断延伸，将不可避免地遇到越来越多的路堑高边坡工程问题。其中顺层岩质高边坡是稳定性相对较差的边坡类型之一。从地质构造上看，倾角一般为10°~35°，受单向挤压力的作用，岩层中层间错动带，软弱夹层发育。发育的陡立结构面（如张性结构面、剪性结构面、压性结构面）一般延伸性较好，往往将岩体切割成块状，边坡的变形规模受结构面发育程度的影响较大。湖南省属于亚热带季风湿润气候，雨水充沛，降雨集中在3~8月，强降雨天气时有发生。大量研究表明，降雨对边坡的稳定性有重大影响。首先强降雨后将形成边坡地表的径流、水在边坡内部的渗流以及坡脚积水的浸泡软化作用。在这三重因素作用下边坡抗滑能力将急速下降从而导致边坡垮塌。对于顺层高边坡而言，强降雨对边坡稳定性的影响更为显著，它可促使岩层中软弱夹层及泥化夹层产生蠕动下滑，从而产生失稳破坏。
本文通过对某高速公路典型顺层岩质边坡的深部位移进行现场监测，并利用有限元分析了顺层岩质边坡开挖施工中边坡内部应力应变变化规律。
工程概况
湖南某高速公路K109+880～K110+100右侧边坡最大切深约为42m，地质勘察报告中描述该段边坡自上而下为①种植土（第四系全新统Qh）：灰褐色，松软，含植物根茎及有机质，厚度约0.3m.；②块石（第四系全新统Qh）：紫红色，密实，块石含量约占90%，呈块状，粒径一般为20-200mm，成分为砂岩，间隙充填黏土；③砂岩（泥盆系中统跳马涧组D2t）：紫红色，砂质结构，节理裂隙稍发育，局部沿节理面被铁质浸染呈褐红色，岩质硬，较完整，为中风化岩，钻孔揭露厚度为18.6m, 在坡体右侧后缘出露砂岩测得产状124°～134°∠43°～45°。该边坡最高为五级边坡，第一级边坡坡率为1:0.75，二至五级边坡坡率为1:1.0；第一级边坡采用钢筋混凝土锚杆框架梁护坡，二至四级采用拱形骨架内植草护坡，第五级边坡采用三维网植草护坡。该边坡地质勘察报告横断面图如图1所示。
图1 (I) K109+880～K110+100右侧顺层岩质边坡工程地质断面图
图1 (II)K109+880～K110+100右侧顺层岩质边坡现场
边坡开挖监测
3.1监测方案
本文的现场试验主要是对边坡岩体深部位移进行监测。根据现场调研分析，应重点监测边坡岩体的薄弱地段。结合现场实际情况，分DK110+014 和DK110+040两个断面进行设置。边坡深部位移监测采用测斜仪法，该方法可测得岩土体内部位移沿钻孔深度的变化，并建立位移—深度关系曲线。通过该关系曲线可以找出潜在滑动面的位置，并对滑动面的位移大小及位移速率进行监控。深部位移监测点布置图如图3所示。
图3 边坡深部位移监测点布置图
边坡的深部位移监测频率应遵循以下标准：在施工期间，一般7天/次，运营期间15~30天/次，雨季加密；当边坡出现变形过大或加快时，要适当增加监测频率，必要时要进行预警，以确保边坡施工安全。
3.2监测结果
图4 A1点岩体内部位移时间变化图
图5 A1点的内部累加位移-深度累加变化图
由图4可知，A1点在孔深28.5m和20m处的突变值急剧增大，最大变化值为2.75 mm；由图5可知，A1点最大累计位移量40.475 mm，并且孔深与位移曲线反映出位移量逐次增大。结合两图综合分析可知，边坡岩体在第二级平台往下20m和28.5m处可能存在微弱潜在滑动面，由于变化数值并不大，边坡岩体处于稳定状态。
图6 A2点岩体内部位移-时间变化图
图7 A2点岩体内部位移-时间累加值变化图
由图6可知，A2点在孔深11.0m有极明显的突变区段，最大变化值達3.25 mm,表明该孔深处可能存在较明显的变形界面，孔深14m和 17m有两个异常区段，位移变化值分别为2.913mm、2.588mm，表明存在微弱的变形界面。从图7可知，A2最大累计位移量38.857 mm，并且孔深与位移曲线反映出位移量逐次增大。结合上图综合分析知，边坡岩体在第三级平台往下11.0m处有比较明显的突变点，可能存在潜在滑动面，在14m、17m处有可能也存在软弱夹层。由于锚杆施工队的不规范钻孔，在钻孔过程中钻孔偏离50cm导致A2孔被钻孔机破坏，A2孔监测的数据到12月底时无法进一步观测。
图8 A3岩体内部位移-时间变化图
图9 A3点岩体内部位移-时间累加变化图
由图8可知，A3點在孔深1m、2m、4m有突变区段，最大变化值达3.47 mm,表明边坡表层岩土体处于不稳定状态；从图9可知，A2最大累计位移量25.120 mm，并且孔深与位移曲线反映出位移量逐次增大。结合两图综合分析知，在3月22日之前位移突变比较缓慢，之后位移急剧增加，而在此期间该地区一直处于阴雨天气中，降雨因素导致坡面岩土体失稳非常明显。同时在第四级平台往下8m、22m处可能存在潜在滑动面。
综上所述，本文通过监测顺层岩质边坡坡体内部位移的变化情况，掌握边坡可能存在的潜在滑动面和软弱夹层。分析发现，降雨是影响顺层岩质高边坡稳定性的关键因素，首先，雨水冲刷坡面、地表水下渗到坡体内部软化坡体岩体和动水压力的作用使坡体稳定性降低；其次，地表水的下渗加速顺层岩质边坡软弱夹层的软化，严重影响边坡的稳定性。
4 结论与建议
(1)对于有特定滑动面滑动变形的边坡或者是层状岩质边坡，利用滑动式测斜仪进行监测具有良好的效果，并且能客观的反映岩体在不同深度的变形状态及动态变形情况。
(2)根据现场观测成果分析，可以准确的判定边坡岩体内部滑动面的分布情况及其深度，有利于分析边坡在各种状况下的变形机理，为后期加固措施提供可靠依据。
(4)对边坡进行设计时，在综合考虑经济因素、施工因素和地形条件的前提下，建议应尽量在边坡中部设置宽平台。当平台达到一定宽度时，上下两级坡面开挖将不会互相干扰，即使某一级坡面发生局部滑塌，也不会影响下一级，从而避免顺层岩质高边坡从上到下发生大规模滑坡。
(5)边坡开挖过程中，由坡面向坡内的水平位移逐渐减小，在某一点后基本不变。
(6)顺层岩质高边坡进行多级开挖时，第一次开挖完后，对其下面坡体影响较小，影响区域范围也不大；而对于接下来的开挖，对其上面坡体的影响大于其下面坡体。
参 考 文 献
[1]湖北省襄荆高速公路软土工程特性、路堤变形观测与控制研究报告[R]. 中国科学院武汉岩土力学研究所，2003
[2]二滩水电开发有限责任公司. 岩土工程安全监测手册[M]. 中国水利水电出版社，1999，187～199
[3]陈开圣，彭小平．测斜仪在滑坡变形监测中的应用[J].岩土工程技术,2006,20(1):38-41．
[4]李守义,吕生龙,张长喜.某工程边坡蠕滑机制与监测资科分析[J]，岩石力学与工程学报，1998，17(2)：133—139．