紅層軟巖高邊坡穩(wěn)定性分析與評價

紅層軟巖高邊坡穩(wěn)定性分析與評價

云南寧安楚雄高速公路全長129.93公里，其中三分之二以上的道路來自紅色層。由于紅層巖石的特殊技術(shù)特征，對道路的建設(shè)和運(yùn)營有重大影響和限制，尤其是對開挖邊坡的影響。由于其獨(dú)特的地質(zhì)構(gòu)造和巖石結(jié)構(gòu)，安楚公路的紅色邊緣具有變形和破壞模式。在本文中，我們評估了該段滑動破壞模式和紅色邊緣的穩(wěn)定性，并總結(jié)了在工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上破壞紅邊邊坡的穩(wěn)定性分析。1采空及構(gòu)巖條件K93邊坡地質(zhì)勘察工作主要以工程地質(zhì)測繪為主,輔以鉆探、槽探、鉆孔壓水試驗(yàn),并取樣進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn).K93邊坡工程地質(zhì)平、剖面圖見圖1、圖2,主要的工程地質(zhì)結(jié)論如下.1)邊坡區(qū)為斜坡地形,自然地形上緩下陡,局部呈臺階狀.2)邊坡巖體以軟巖為主,巖性為紫紅色、暗紫色中厚層狀粉砂質(zhì)泥巖、泥巖、夾灰紫色、灰黃色、灰綠色薄~中厚層狀泥質(zhì)粉砂巖、粉、細(xì)砂巖,局部夾厚層狀中粒長石石英砂巖.3)邊坡區(qū)內(nèi)為單斜構(gòu)造,巖層產(chǎn)狀零亂,坡腳部位巖層產(chǎn)狀N60°~70°W,SW∠20°~40°,外圍巖層產(chǎn)狀N60°~80°E,SE∠20°~25°.邊坡內(nèi)無大的斷裂構(gòu)造,主要發(fā)育三組節(jié)理:①N55°~80°W,NE∠68°~82°;②N88°W,SW∠70°~85°;③N80°~88°E,NW∠60°~70°.面平直、稍粗糙,閉合~張開,大者達(dá)18~20cm,部分夾泥,延伸長度為數(shù)十厘米,巖體體積節(jié)理數(shù)JV=16條/m3,較發(fā)育.2穩(wěn)定分析的計算與評價2.1順層邊坡巖體變形和位移安楚路全線只有一處松動變形體,它位于星宿江與下尾河的交匯處,山脊走向近南北,與公路走向近于正交,K93+620~+780邊坡通過此松動變形體.山脊西側(cè)靠近星宿江邊,地形較陡,有一大型古滑坡.由于星宿江和下尾河強(qiáng)烈下切,巖體側(cè)向約束力逐漸變小和解除,邊坡巖體向臨空方向卸荷回彈,使節(jié)理張開,裂隙張開度加大,為地表水下滲和地下水活動提供了條件,泥巖和粉砂巖在地下水的作用下軟化、塑變,甚至流變,拉裂其上部的巖體,進(jìn)一步加劇巖體松動變形.根據(jù)赤平投影圖可以看出,雖然邊坡為順層斜交,但交角較小,巖體中巖層面對邊坡穩(wěn)定起重要的控制作用,邊坡破壞為巖層面與構(gòu)造節(jié)理邊界面的整體滑移破壞和局部巖體的滑移破壞,即A級結(jié)構(gòu)體破壞和B級結(jié)構(gòu)體破壞.綜上所述,該路段邊坡為一順向坡,坡體巖質(zhì)軟弱,邊坡巖體已松動變形,雖然邊坡目前是基本穩(wěn)定的,但穩(wěn)定狀況較差,在將來的開挖、施工及運(yùn)營過程中,由于降雨、地震等不利因素的影響,將對邊坡穩(wěn)定產(chǎn)生很大的威脅.2.2k3邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算計算邊坡安全系數(shù),計算采用施工實(shí)測主剖面,參照測斜孔和錨桿應(yīng)力監(jiān)測資料,假定計算滑面見圖4.計算參數(shù):巖體密度ρ=25kN/m3,滑面按硬性結(jié)構(gòu)面考慮,c=90kPa,φ=20.用《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021—2001)推薦的ψ計算公式計算,對于3個條塊情形,計算公式如下:式中:Fs為穩(wěn)定系數(shù);θi為第i塊段滑動面與水平面的夾角(°);Ri為作用于第i塊段的抗滑力(kN/m);Ni為第i塊段滑面的法向分力(kN/m);φi為第i塊段滑面的內(nèi)摩擦角(°);ci為第i塊段滑面的粘聚力(kPa);Li為第i塊段滑面的長度(m);Ti為作用于第i塊段滑面上的滑動分力(kN/m);ψi為第i塊段的剩余下滑力傳遞至i+1段的傳遞系數(shù).計算結(jié)果見表1.由表1可知,K93邊坡按圖4剖面開挖后在天然狀態(tài)下整體尚處于較穩(wěn)定狀態(tài),在雨季連續(xù)降雨等影響下穩(wěn)定性將有所降低,因此,有必要對K93邊坡進(jìn)行整體加固,才能保證邊坡在公路運(yùn)營期間的安全.本邊坡整體穩(wěn)定安全系數(shù)取1.20,由此對該邊坡作進(jìn)一步計算.根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB50007—2002),并經(jīng)簡化后可得如下驗(yàn)算公式:式中:Fi為第i條塊的剩余下滑力(kN/m);Ti為條塊單寬下滑力(kN/m);Ri為條塊單寬抗滑力(kN/m);Ks為抗滑安全系數(shù)(這里取1.20).計算結(jié)果見表2.由表2可知,本邊坡整體穩(wěn)定安全系數(shù)達(dá)1.20時,需增加單寬抗滑力1278kN/m.現(xiàn)將錨索、錨桿的支護(hù)力考慮進(jìn)來作簡單驗(yàn)算.錨索間距5m,錨桿間距3m,7φ5鋼絞線抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為1860MPa.則1000kN級錨索拉力標(biāo)準(zhǔn)值為1790kN,700kN級錨索拉力標(biāo)準(zhǔn)值為1278kN,Φ32錨桿拉力根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)取176kN.作用于塊1上的錨索可提供抗滑力1039kN/m,作用于塊2上的錨索可提供抗滑力524kN/m,作用于塊3上的錨桿可提供抗滑力160kN/m.考慮傳遞系數(shù)折減,加固措施作用于圖4計算剖面上總的抗滑力為1150kN/m,由此反算加固后K93邊坡的整體穩(wěn)定系數(shù)為1.19.但是上述計算未考慮巖橋的作用,因此,計算所用c、φ值偏低,實(shí)際計算應(yīng)當(dāng)綜合考慮結(jié)構(gòu)面和巖橋作用而采用一個綜合的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)來進(jìn)行計算.3基于極限平衡法的投影圖分析安楚公路紅層地區(qū)的軟巖邊坡,由于其特殊的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境及工程力學(xué)性質(zhì),路塹邊坡開挖后發(fā)生松動體變形失穩(wěn),可先用赤平投影圖對紅層邊坡松動體穩(wěn)定性做出快速、定性的判斷,并采用極限平衡法對其進(jìn)行穩(wěn)定性定量分析,為之后的加固提供了有力的憑