南水北調(diào)中線隧洞工程圍巖邊坡穩(wěn)定性評價(jià)指南

1DB13/TXXXXX—XXXX南水北調(diào)中線隧洞工程圍巖邊坡穩(wěn)定性評價(jià)指南為預(yù)防南水北調(diào)中線邊坡發(fā)生的地質(zhì)滑坡失穩(wěn)問題，確保工程安全輸水，對邊坡地質(zhì)滑坡狀況進(jìn)行了分析，規(guī)定了南水北調(diào)中線隧洞工程復(fù)雜地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防指南的術(shù)語和定義；水文氣象、地震、斜坡地質(zhì)、滑坡穩(wěn)定性分析方法、施工安全工藝評價(jià)、效益分析與評價(jià)，提出了防治措施。本文件適用于南水北調(diào)中線隧洞工程勘察、設(shè)計(jì)與施工。其他大中型水利工程亦可參照執(zhí)行。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文必不可少的條款。其中，注明日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注明日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB50011《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50330-2013《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》GB51247-2018《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》SL252-2017《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》SL/T264-2020《水利水電工程巖石試驗(yàn)規(guī)程》SL279-2016《水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范》SL386-2007《水利水電工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》SL430-2008《調(diào)水工程設(shè)計(jì)導(dǎo)則》SL677-2014《水工混凝土施工規(guī)范》DL/T5255-2010《水利水電工程邊坡施工技術(shù)規(guī)范》3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1輸水隧洞waterconveyancetunnel在山體中開挖的、具有封閉斷面的輸水通道。本文件按《水工隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》SL279-2016執(zhí)行。3.1.1水文氣象hydrometeorology工程所在區(qū)域?yàn)榕瘻貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，夏季炎熱多暴雨，其他為平雨（平常降雨）。冬季寒冷干燥，最大凍土深66cm。3.1.2地震earthquakea）本文件抗震設(shè)計(jì)按國家現(xiàn)行有關(guān)文件《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB51247-2018、《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB-50011執(zhí)行。b）本區(qū)域內(nèi)地震基本烈度為6度，建筑物抗震設(shè)防烈度為6度，動(dòng)峰值加速度為0.05g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期0.45s。3.1.3水文地質(zhì)hydrogeology2DB13/TXXXXX—XXXX本區(qū)域地下水均超于開挖高程以下，在雨季，隧洞有地表裂隙水沿節(jié)理或破碎帶滲入洞內(nèi)，主要形成水滴。3.2滑坡地質(zhì)災(zāi)害landslidegeologicalhazard本區(qū)域指滑坡作用引起的人類生命財(cái)產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境的損失。3.3三維邊坡three-dimensionalsideslope邊坡多呈三維形態(tài)，通過三維邊坡的位移場、應(yīng)力場等來間接評估邊坡穩(wěn)定性。3.4風(fēng)險(xiǎn)評估riskassessment在查明各種致災(zāi)因子的基礎(chǔ)上，對滑坡地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性進(jìn)行評估，并提出相應(yīng)的加固措施。4輸水隧洞工程本工程區(qū)多屬殘丘、孤山，斜坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)上碎石土，下基巖土雙層結(jié)構(gòu)，巖層較為發(fā)育，存在輝綠巖脈，地質(zhì)條件復(fù)雜。4.1輸水隧洞設(shè)計(jì)規(guī)則本文件在深埋長隧洞方面按照水利行業(yè)《調(diào)水工程設(shè)計(jì)導(dǎo)則》SL430-2008執(zhí)行。4.2隧洞邊坡工程地質(zhì)區(qū)域?yàn)閸忣^隧洞進(jìn)口閘旁側(cè)復(fù)雜的邊坡，旁側(cè)邊坡地質(zhì)構(gòu)造見表1，巖石物理性質(zhì)參數(shù)見表2。表1隧洞旁側(cè)邊坡地質(zhì)構(gòu)造3DB13/TXXXXX—XXXX表2隧洞巖石物理性質(zhì)參數(shù)建議表物理性質(zhì)力學(xué)性質(zhì)彈性模量E/10MPa泊松比v4.3隧洞邊坡塌方原因判據(jù)4.3.1巖質(zhì)邊坡形式破壞分類如表3。表3巖質(zhì)邊坡形式破壞分類4.3.2地質(zhì)條件對塌方的影響4DB13/TXXXXX—XXXX圍巖構(gòu)造斷裂帶易造成隧洞洞口塌方，隧洞進(jìn)口段有兩條斷層對隧洞邊坡穩(wěn)定性影響較大，此外，軟弱夾層的存在也進(jìn)一步誘發(fā)塌方的發(fā)生。4.3.3降雨入滲誘發(fā)滑坡的關(guān)鍵條件隧洞洞室開挖完成后，永久支護(hù)未形成前，由于連續(xù)降雨，導(dǎo)致坡體內(nèi)入滲雨水增加，地下水滲入洞口左側(cè)的斷層破碎帶后，導(dǎo)致圍巖整體失穩(wěn)。4.3.4施工影響施工建設(shè)中，造成隧洞坍塌的主要原因。a）爆破次數(shù)越多，爆破振動(dòng)波產(chǎn)生的剪切效應(yīng)造成松塌的幾率越高。b）塌方規(guī)模和速度對圍巖收斂有一定的影響，破壞規(guī)模越大，施工速度越快，收斂就越快。c）在圍巖的內(nèi)在原因和外部條件的相互促進(jìn)下，塌方可能成片出現(xiàn)。4.3.5圍巖擾動(dòng)隧洞開挖后，圍巖在應(yīng)力重組過程中失穩(wěn)，引發(fā)塌方。4.3.6多場耦合作用當(dāng)隧洞穿越復(fù)雜應(yīng)力場與滲流場環(huán)境的富水破碎帶時(shí)，出現(xiàn)塌方。5邊坡穩(wěn)定性分析方法安全系數(shù)是評估邊坡穩(wěn)定狀態(tài)最直接、最常用的指標(biāo)。5.1本文件中，對邊坡失穩(wěn)，采用有限元強(qiáng)度折減系數(shù)Fos，近似為邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)。=t……（2）式中：Fos——折減系數(shù)；C——黏聚力；5.2采用三維有限元方法，結(jié)合強(qiáng)度折減法分析邊坡的穩(wěn)定性。5.2.1折減步進(jìn)行強(qiáng)度折減，根據(jù)增加折減系數(shù)達(dá)到邊坡“瀕臨破壞極限狀態(tài)”。a）以特征點(diǎn)處的位移（坡頂點(diǎn)豎直方向的位移及坡腳點(diǎn)水平方向的位移）作為邊坡的失穩(wěn)判據(jù)；b）以廣義塑性應(yīng)變或者等效塑性應(yīng)變從坡腳到坡頂貫通作為邊坡破壞的標(biāo)志；c）以有限元計(jì)算不收斂作為邊坡失效的判據(jù)。5.2.2滑坡體積由有限元單元位移大于0.2m的單元體積之和得到。5.3選取計(jì)算參數(shù)，巖土體的基本力學(xué)參數(shù)見表4。5DB13/TXXXXX—XXXX表4巖土體基本力學(xué)參數(shù)/GPa/°6三維邊坡穩(wěn)定性描述由于自然邊坡地質(zhì)地貌形成過程的復(fù)雜性，巖土體材料通常在空間上分布不均勻，材料強(qiáng)度顯現(xiàn)出較大的空間變異性，進(jìn)一步加大了發(fā)生局部滑坡的可能性。非均質(zhì)土體特性的滑坡機(jī)理不同于傳統(tǒng)的均質(zhì)邊坡，在邊坡失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)定量評估、滑坡變形機(jī)理、管理與控制邊坡等方面也具有較大的差異性。6.1本文件中選取土體的力學(xué)計(jì)算參數(shù)，三維邊坡土體基本力學(xué)參數(shù)見表5。表5三維邊坡土體力學(xué)參數(shù)0不排水黏聚力cu/kPa剪脹角ψ/°0x、y方向相關(guān)長度/m2z方向相關(guān)長度/m26.2滑動(dòng)體體積定義為有限元單元位移大于0.2m的單元體積之和。單元位移和滑動(dòng)體體積見式（3-5）。?Vk=uki……（3）i=1uki=(xi+yi+zi)……（4）V=Vk……（5）k=1式中：?Vk——第k個(gè)單元的變形位移；6DB13/TXXXXX—XXXXuki——第k個(gè)單元第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的位移；xki,yki,zki——第k個(gè)單元第i個(gè)節(jié)點(diǎn)在x，y，z方向上的位移；V——滑動(dòng)體體積；N——滑動(dòng)過程中單元位移超過0.2m的單元數(shù)量。每模擬一次土體的非均勻性，便可計(jì)算相應(yīng)模型的滑動(dòng)體體積以及安全系數(shù)。7巖土體對滑坡的影響7.1非均質(zhì)土體對滑坡體積的影響本文件中，引入滑坡體積分?jǐn)?shù)的概念，其定義為滑坡體積與邊坡的總破壞體積之比。7.2非均質(zhì)土體對安全系數(shù)的影響本文件中，引入泰勒穩(wěn)定數(shù)圖表法，作為土體強(qiáng)度的平均值cu=25kPa，得出均質(zhì)土坡達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)最大的穩(wěn)定數(shù)，并基于此求解出邊坡的最小安全系數(shù)。7.2.1降雨入滲誘發(fā)工程地質(zhì)滑坡的影響隧洞實(shí)際地質(zhì)條件，具有較大的軟弱夾層，軟弱夾層在滑動(dòng)巖底部的堅(jiān)硬基巖削弱了抗滑力，降雨入滲在軟弱夾層優(yōu)先發(fā)生破壞，進(jìn)而造成邊坡失穩(wěn)。7.2.2軟弱夾層對安全系數(shù)的影響a）在邊坡起伏較大、邊坡較穩(wěn)地段的巖土體，首先出現(xiàn)屈服，塑性區(qū)由邊坡中下部逐漸向上發(fā)展，塑性應(yīng)變從坡腳到坡頂貫通，導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。b）邊坡坡腳表面土體為易滑土體，在外力作用下易造成土體失穩(wěn)，滑體形狀為橢球形。軟弱夾層的存在大幅降低邊坡安全系數(shù)，是導(dǎo)致邊坡發(fā)生破壞的重要因素。c）在考慮軟弱夾層情況下，邊坡發(fā)生破壞時(shí)，塑性區(qū)域的范圍及塑性應(yīng)變場大于不存在軟弱夾層的情況。8隧洞圍巖地質(zhì)評價(jià)8.1隧洞工程圍巖地質(zhì)評價(jià)可作隧洞工程邊坡地質(zhì)評價(jià)的直接依據(jù)。主要以圍巖特征、圍巖類別、圍巖地質(zhì)評價(jià)、斷面形式等進(jìn)行評價(jià)，隧洞圍巖地質(zhì)評價(jià)見表6。7DB13/TXXXXX—XXXX表6隧洞圍巖地質(zhì)評價(jià)圍巖為中厚層～厚層弱風(fēng)化白云巖，局部夾薄層，一般層厚20cm~條較大規(guī)模的裂隙，發(fā)育兩組節(jié)理?；揖G巖脈出露處與隧洞軸線近直交。巖脈強(qiáng)度低于圍巖強(qiáng)度。巖脈與白云巖體接觸面有明顯的烘烤現(xiàn)象；揭露的裂隙均為張開裂隙，裂隙內(nèi)充填含碎ⅣD受各種結(jié)構(gòu)面相互組合影響，該洞段圍巖成洞條件極差，總體左右范圍內(nèi)，巖體產(chǎn)生掉塊、塌方，并有滲水現(xiàn)象；灰綠巖出露處與隧洞軸線近直交。巖脈強(qiáng)度尚可，低于圍巖強(qiáng)度。巖脈與白云巖體接觸面有明顯的烘烤現(xiàn)象；揭露的裂隙均為張開裂隙，裂隙內(nèi)充填含碎ⅣD受各種結(jié)構(gòu)面相互組合影響，該洞段圍巖成洞條件極差，總體ⅣD受各種結(jié)構(gòu)面的相互組合影響，圍巖成洞條件極差，總體評挖該段共發(fā)育1條灰綠巖脈，2條裂隙，發(fā)育兩組節(jié)理，裂隙附近多處ⅣA受節(jié)理及層面的切割作用，圍巖成洞條件差，總體評價(jià)為不穩(wěn)定，但本段未有較大構(gòu)造揭露，表6隧洞圍巖地質(zhì)評價(jià)（續(xù)）8DB13/TXXXXX—XXXXⅣAⅢC巖體完整性較好。該段共發(fā)育數(shù)條平行的裂隙，裂隙夾泥厚度ⅡBⅣA受破碎帶的影響，圍巖成洞條件層厚30～80cm，巖體完整性較好。發(fā)育1條層間夾泥及兩條節(jié)理密集帶，發(fā)育兩組節(jié)理，節(jié)里面閉合，延伸長度1m～2m，節(jié)理ⅡB向近垂直，節(jié)理面張開，銹染嚴(yán)重，有泥膜，將巖石切割成2cm~ⅣAⅣA表6隧洞圍巖地質(zhì)評價(jià)（續(xù)）9DB13/TXXXXX—XXXX層厚50cm～100cm，巖體完整性好。節(jié)理面錨ⅡBⅣC及掉塊現(xiàn)象。總體評價(jià)為局部穩(wěn)定性ⅣA巖體評價(jià)為不穩(wěn)定，施工中采用A10cm～16cm,巖層面之間均存在泥膜，巖層的層間結(jié)合力極差。ⅣAⅣA巖體評價(jià)為不穩(wěn)定，施工中采用A表6隧洞圍巖地質(zhì)評價(jià)（續(xù)）ⅣADB13/TXXXXX—XXXX圍巖巖體破碎，為隧洞出口洞臉。發(fā)育規(guī)模較大的層間夾泥，夾層厚度10cm～16cm，巖層面之間均存在泥膜，巖層的層間結(jié)合力極差。發(fā)育兩組節(jié)理，走向近正交，節(jié)理面閉合，各節(jié)理面都可見泥膜，巖體隱節(jié)理發(fā)育。受幾種結(jié)構(gòu)面的組合作用，該洞段巖體極為破碎，圍巖成洞條件差，大部頂板有塌方掉塊現(xiàn)象，施工中的超前錨桿及隨機(jī)錨桿均有隨塌方脫落現(xiàn)象。隧洞ⅣD段有1條破碎帶，并發(fā)育兩組節(jié)理。破碎帶（洞口）處，與洞軸線大部洞段進(jìn)行了掛網(wǎng)，并在洞口位置采用了格柵鋼架進(jìn)行支護(hù)。在隧洞貫通后，洞臉處出現(xiàn)較大規(guī)模塌方，根據(jù)處理方案，整個(gè)洞口ⅣD成塌方或塌滑，總體評價(jià)為不穩(wěn)圍巖局部夾薄層，巖體完整性差。該段主要發(fā)育L16大裂縫及節(jié)ⅣD軟弱，加之節(jié)理裂隙的切割作用，使巖體呈鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)。該段巖節(jié)理極為發(fā)育，節(jié)理面閉合，少數(shù)張開，節(jié)理間距10于多種結(jié)構(gòu)面的組合，使該段巖體極為破碎，拱頂多次發(fā)生較大規(guī)ⅣD表6隧洞圍巖地質(zhì)評價(jià)（續(xù)）DB13/TXXXXX—XXXXF1斷層在樁號（378+618）處左邊墻處交匯。破碎帶P2位于樁號基本平行，裂隙內(nèi)大部為紅黏土填充，厚度2cm～10cm夾有泥膜。ⅣD局部夾薄層，巖體完整性好。該段發(fā)育多條大的裂隙，裂隙面張ⅡB圍巖局部夾薄層，節(jié)理發(fā)育，巖體完整性差，該段主要發(fā)育2條裂隙夾泥，為紅褐色黏土填充，發(fā)育兩組節(jié)理，相互正交，延伸長ⅣA圍巖層厚30cm～60cm，巖體完整性較好。該段有一條斷層F11，色斷層泥充填，斷層擠壓嚴(yán)重，斷層面銹染嚴(yán)重。兩壁和洞頂影響ⅢC銹染嚴(yán)重，斷層泥、角礫巖厚度為1.2m～1.6m；斷層向上游存在破碎帶，節(jié)理裂隙較發(fā)育，切割巖石呈塊狀，節(jié)理面大部銹染嚴(yán)重呈紅褐色，局部巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，呈灰白色粉末狀；斷層向下游也存在破碎帶，節(jié)理裂隙極發(fā)育，切割巖石呈塊狀，節(jié)理面銹染嚴(yán)重，ⅣA成洞條件較差，總體評價(jià)為不穩(wěn)表6隧洞圍巖地質(zhì)評價(jià)（續(xù)）ⅡB總體評價(jià)為基本穩(wěn)定，施工中DB13/TXXXXX—XXXX節(jié)理裂隙較發(fā)育，切割巖石呈塊狀，節(jié)理面大部銹染嚴(yán)重呈紅褐色成洞條件較差，施工中采用AⅣA或有紅色粘泥充填，局部巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，呈灰白色粉末狀，形成節(jié)理ⅡB該段發(fā)育多條大的裂隙，裂隙面張開，夾粘泥，總體看對圍巖整體穩(wěn)定影響不大，故對該段圍巖采取局部增加掛網(wǎng)噴錨。該段圍巖成洞條件較好，總體評價(jià)為巖體較完整，發(fā)育多條裂隙及層間夾泥，兩組節(jié)理，節(jié)理面銹染嚴(yán)重，延伸長度1m～2m，節(jié)理間距1m左右，由于受節(jié)理、裂隙及層間ⅢC總體評價(jià)為局部穩(wěn)定性差，施該段發(fā)育兩組節(jié)理，在拱頂將圍巖切割成楔形三角體，節(jié)理面有銹染ⅣA總體評價(jià)為不穩(wěn)定，未揭露較發(fā)育多條層間夾泥，夾泥為紅粘泥充填，并發(fā)育兩組節(jié)理，在拱頂將圍巖切割成楔形三角體，節(jié)理面有銹染或泥膜，節(jié)理間距較小（只），），ⅣA總體評價(jià)為不穩(wěn)定，未揭露較發(fā)育多條層間夾泥，夾泥為紅粘泥充填，并發(fā)育兩組節(jié)理，在拱頂將圍巖切割成楔形三角體，節(jié)理面有銹染或泥膜，節(jié)理間距較?。ㄖ唬?，ⅣD總體評價(jià)為不穩(wěn)定，施工中采表6隧洞圍巖地質(zhì)評價(jià)（續(xù)）ⅣD總體評價(jià)為不穩(wěn)定，劃分為ⅣDB13/TXXXXX—XXXX單層厚度5cm～30cm，局部為互層狀，千枚化頁巖強(qiáng)度極低，巖石軟弱，加之節(jié)理裂隙的切割作用，使巖體呈鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)。發(fā)育兩組節(jié)理，在局部形成節(jié)理密集帶，使巖體呈鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)，該段成洞條挖8.2斷面支護(hù)結(jié)構(gòu)8.2.1A型結(jié)構(gòu)A型結(jié)構(gòu)適用于巖石破碎、圍巖穩(wěn)定性差的Ⅳ類圍巖區(qū)、節(jié)理密集帶、斷層區(qū)以及進(jìn)出口洞段。8.2.2B型結(jié)構(gòu)B型結(jié)構(gòu)適用于圍巖穩(wěn)定性較好的Ⅱ類圍巖區(qū)。8.2.3C型結(jié)構(gòu)C型結(jié)構(gòu)適用于圍巖穩(wěn)定性較好的Ⅲ類圍巖區(qū)。8.2.4D型結(jié)構(gòu)D型結(jié)構(gòu)適用于在斷層破碎帶段。8.3斷面支護(hù)方式主要有錨桿、錨噴、超前小導(dǎo)管及拱架支護(hù)、超前管棚等措施。a）塌方量和洞體破壞較小時(shí)，在洞體破壞位置進(jìn)行錨噴支護(hù)，但支護(hù)強(qiáng)度稍有不足。b）塌方量和洞體破壞較大時(shí)，在錨桿錨噴支護(hù)的基礎(chǔ)上增加超前小導(dǎo)管及拱架支護(hù)。此方法易于操作，支護(hù)強(qiáng)度大，效果較好。c）塌方量和洞體破壞較大時(shí)，在錨桿錨噴、型鋼拱架的基礎(chǔ)上增加超前管棚施工。9隧洞塌方地質(zhì)評價(jià)9.1隧洞進(jìn)口的穩(wěn)定性受斷層破碎帶的影響破碎帶的存在會(huì)使隧洞進(jìn)口周圍應(yīng)力分布不均勻，塑性區(qū)域的范圍、塑性應(yīng)變和各方向位移均大于不存在破碎帶的情況。9.2不同位置的破碎帶對隧洞進(jìn)口穩(wěn)定性的影響破碎帶的存在和其復(fù)雜的分布情況是促成塌方險(xiǎn)情的主要因素之一。9.3軟弱夾層對邊坡穩(wěn)定性的影響可以發(fā)現(xiàn)，軟弱夾層的存在大幅降低了邊坡的安全系數(shù)，是導(dǎo)致滑坡的重要因9.4安全系數(shù)DB13/TXXXXX—XXXX對黏聚力和內(nèi)摩擦角的敏感性，在其他情況不變的前提下，黏聚力與內(nèi)摩擦角與邊坡安全系數(shù)呈線性增加的關(guān)系。9.5抗剪強(qiáng)度參數(shù)對于滑動(dòng)面的位置以及面積的影響，強(qiáng)度參數(shù)的改變會(huì)引起滑動(dòng)面及面積大小發(fā)生變化。9.6土巖的非均質(zhì)性對滑動(dòng)體的體積有顯著影響，基于平均強(qiáng)度的確定性分析結(jié)果可能導(dǎo)致有風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)計(jì)或建議。9.7土體特性假定土體在空間上是均勻的，則滑動(dòng)體的體積將被低估，說明非均質(zhì)性的土體對滑坡危險(xiǎn)性評估具有重要影響。9.8邊坡坡腳在降雨沖刷下邊坡坡腳位置較為危險(xiǎn)，受到較大的滲透力作用，邊坡整體存在較大的失穩(wěn)概率。9.9降雨與軟弱夾層的厚度共同影響邊坡的穩(wěn)定性軟弱夾層會(huì)降低邊坡滑體的抗滑力以及安全系數(shù)，其厚度影響滑動(dòng)面半徑及位置。9.10施工影響混凝土噴錨層的滲透系數(shù)與抗?jié)B、強(qiáng)度等級和施工質(zhì)量有關(guān)，噴錨層下方的土體從排水設(shè)施中沖出，導(dǎo)致噴錨層下方出現(xiàn)大量的空洞，同樣會(huì)進(jìn)一步誘發(fā)邊坡失穩(wěn)。10邊坡預(yù)防治理措施考慮到由于土體強(qiáng)度不均勻而導(dǎo)致的滑坡可能對沿線輸水工程安全造成重大的影響，在地質(zhì)條件較差的區(qū)域需對邊坡采取一定的加固措施，以防止滑坡的發(fā)生。10.1排水措施a）對坡面進(jìn)行防水，封閉坡面存在的裂隙、裂縫和落水洞等。b）在坡面、坡腳等處設(shè)置排水渠防止將坡面水排走。c）對坡內(nèi)存在的潛水，可針對巖土邊坡進(jìn)行鉆孔排水，對于巖質(zhì)邊坡，其排水孔優(yōu)先選在裂隙發(fā)育、滲水嚴(yán)重的部位。d）當(dāng)?shù)叵滤y以通過鉆孔排水排走時(shí)，可考慮在坡內(nèi)開挖平洞，洞頂輔以扇形排水孔幕。10.2削坡減載通過控制滑坡高度和坡度，將部分滑坡體移走，無需對邊坡進(jìn)行整體加固可使邊坡達(dá)到自身穩(wěn)定。10.3重力式擋墻依靠墻身自重來抵擋邊坡下滑?？紤]中線沿線邊坡工程大多較陡，可以選擇直立式擋土墻或仰斜式擋土墻進(jìn)行加固，進(jìn)一步防范牽引式滑坡發(fā)生。10.4抗滑樁加固DB13/TXXXXX—XXXX通過在邊坡位置埋設(shè)全埋式、半埋式的鋼筋混凝土樁可阻止滑坡移動(dòng)層繼續(xù)擴(kuò)散，以使滑坡保持動(dòng)態(tài)平衡，達(dá)到穩(wěn)定效果。10.5預(yù)注漿加固由于沿線邊坡大多為巖土夾層邊坡，土層相當(dāng)于邊坡中的軟弱帶或破碎帶，可考慮對邊坡中的軟弱夾層、斷層、破碎帶等采取預(yù)注漿加固措施來提高邊坡的整體穩(wěn)定性。10.6錨固多數(shù)邊坡在初始破壞前，其頂部就出現(xiàn)明顯的拉伸裂隙。采用強(qiáng)力錨桿加固可有效減少張拉裂隙的形成，防止進(jìn)一步發(fā)展擴(kuò)散為滑坡災(zāi)害。DB13/TXXXXX—XXXX河北省地方標(biāo)準(zhǔn)南水北調(diào)中線隧洞工程圍巖邊坡穩(wěn)定性評價(jià)指南xxx-xxx條文說明DB13/TXXXXX—XXXX根據(jù)《河北省氣象事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，河北省每年的氣象災(zāi)害損失嚴(yán)重，每年直接受災(zāi)人口都在2000萬以上，經(jīng)濟(jì)損失占GDP總量的1%。河北省受溫帶季風(fēng)氣候的影響，導(dǎo)致山洪災(zāi)害嚴(yán)重，且暴雨成為引起山體滑坡的最關(guān)鍵誘因?！笆濉币?guī)劃的主要任務(wù)中，加強(qiáng)氣象防災(zāi)減災(zāi)能力建設(shè)是重中之重，其中包括山洪地質(zhì)災(zāi)害的災(zāi)害預(yù)警工作。“十三五”規(guī)劃的重點(diǎn)工程項(xiàng)目中，氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警工程是最重大、投資最多的項(xiàng)目，總投資6.9億元。南水北調(diào)中線是緩解華北地區(qū)水資源嚴(yán)重短缺、優(yōu)化水資源配置的重大戰(zhàn)略基礎(chǔ)設(shè)施。跨長江、淮河、黃河、海河四大流域，沿線經(jīng)過河南、河北、北京、天津等四省市。其中陶岔渠首至北京團(tuán)城湖全長1276km，天津干線全長155km，工程布置各類建筑物2500座，中線一期工程設(shè)計(jì)多年平均調(diào)水量95億m3。由于中線工程類型多樣，工程地質(zhì)條件復(fù)雜，且部分穿越工程施工工藝復(fù)雜，安全控制因素多。因此，依托于河北省南水北調(diào)中線干線邊坡地質(zhì)滑坡防護(hù)工程，并著眼于河北省山洪地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警工作，結(jié)合具體工程實(shí)例，進(jìn)行河北省土壤典型基質(zhì)調(diào)查，通過試驗(yàn)驗(yàn)證斜坡地貌穩(wěn)定性力學(xué)模式，并結(jié)合具體施工情況研究斜坡地貌穩(wěn)定性分析方法，訂正參數(shù)；通過資料收集，選取適當(dāng)參數(shù)，建立計(jì)算模型，研究施工過程中土體擾動(dòng)范圍，地層變形規(guī)律，并進(jìn)行相關(guān)地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性預(yù)測，以便指導(dǎo)今后的斜坡施工、山區(qū)建設(shè)用地選址，減少由于降雨導(dǎo)致突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害所帶來的經(jīng)濟(jì)損失。邊坡失穩(wěn)問題一直是巖土工程領(lǐng)域研究的重要課題之一，邊坡的穩(wěn)定與否關(guān)系到人身安危和財(cái)產(chǎn)安全。由于中線工程地質(zhì)條件復(fù)雜多樣，安全因素多，因此，本文件依托河北省滑坡防治工程，對相關(guān)地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性的三維滑坡預(yù)測在安全評估和加固設(shè)計(jì)中更具有現(xiàn)實(shí)意義。4輸水隧洞工程4.2隧洞邊坡工程地質(zhì)崗頭隧洞進(jìn)口閘旁側(cè)的復(fù)雜邊坡為土巖雙層結(jié)構(gòu)，地表為人工堆積碎石層，基巖為燧石條帶白云巖，存在輝綠巖脈和斷層破碎帶，節(jié)理裂隙發(fā)育，地質(zhì)條件較差。4.3隧洞邊坡塌方原因判據(jù)4.3.2地質(zhì)條件對塌方的影響a）崗頭隧洞進(jìn)口為上碎石下基巖土巖雙層結(jié)構(gòu)，地表為人工堆積碎石層，下覆為強(qiáng)～弱風(fēng)化的燧石條帶白云巖。隧洞進(jìn)口斷層較為發(fā)育，并存在輝綠巖脈，地質(zhì)條件較差。b）隧洞出口為上黏性土下基巖土巖雙層結(jié)構(gòu)，地表為黃土狀壤土，厚度較薄，最厚為8m，下DB13/TXXXXX—XXXX覆為強(qiáng)—弱風(fēng)化的燧石條帶白云巖。此外，有兩條對隧洞穩(wěn)定性影響較大的斷層。隧洞處于舒緩向斜構(gòu)造中，受斷層、破碎帶的影響，有一組節(jié)理裂隙較發(fā)育。隧洞有多條破碎帶，破碎帶內(nèi)由碎石紅黏土充填及包括部分碎石，4.3.3降雨入滲誘導(dǎo)隧洞塌方降雨入滲條件下軟弱夾層失穩(wěn)，進(jìn)而誘發(fā)滑坡。a）隧洞進(jìn)口段邊坡軟弱夾層區(qū)域比較大，軟弱夾層的存在大幅降低了邊坡的安全系數(shù)。然而，降雨入滲是造成軟弱夾層失穩(wěn)從而進(jìn)一步誘發(fā)滑坡現(xiàn)象的關(guān)鍵條件。降雨入滲是一次使土體由非飽和到飽和的過程，降雨入滲會(huì)降低土體的基質(zhì)吸力，從而使土體的黏聚力及抗剪強(qiáng)度降低，同時(shí)增大了土體的下滑力，降低了邊坡的安全系數(shù)。由于其具有較大的軟弱夾層帶，軟弱夾層在滑動(dòng)帶底部相對于堅(jiān)硬的基巖削弱了抗滑力。降雨條件下軟弱夾層帶更容易優(yōu)先發(fā)生破壞，進(jìn)而造成邊坡的局部失穩(wěn)。b）南水北調(diào)中線隧洞周圍邊坡大多采用噴錨支護(hù)，由于混凝土噴錨層的滲透系數(shù)很低，入滲的雨水難以排出導(dǎo)致坡腳處的孔隙水壓力無法消散，孔隙水壓的存在一方面會(huì)導(dǎo)致土體有效應(yīng)力的降低，另一方面孔隙水壓導(dǎo)致的滲透力會(huì)將噴錨層下方的土體從排水設(shè)施中沖出，導(dǎo)致噴錨層下方出現(xiàn)大量的空洞，也會(huì)進(jìn)一步誘發(fā)邊坡失穩(wěn)。因此，探究降雨入滲對邊坡安全穩(wěn)定性影響以及設(shè)計(jì)合理的排水措施是保證邊坡安全穩(wěn)定的重要前提。4.3.4施工影響a）鋼格柵拱架失穩(wěn)。由于洞室左側(cè)為4m～5m厚的夾泥層，施工中，鋼格柵拱架底腳無法座落在堅(jiān)硬的基巖上，降雨后底腳斷層夾泥軟化，抗側(cè)滑力的強(qiáng)度降低，故在巨大的側(cè)壓力下，導(dǎo)致鋼格柵拱架的失穩(wěn)變形。b）施工建設(shè)中，為搶工期，不按設(shè)計(jì)要求與施工規(guī)范施工，造成隧洞坍塌。4.3.5圍巖擾動(dòng)隧洞施工開挖后，圍巖在應(yīng)力重組過程中失穩(wěn)，引發(fā)塌方。從施工現(xiàn)狀分析，爆破次數(shù)越多，爆破振動(dòng)波產(chǎn)生的剪切效應(yīng)造成松塌的幾率越高。同時(shí)，塌方規(guī)模和速度對圍巖收斂也有一定的影響，破壞規(guī)模越大，施工速度越快，收斂就越快。在圍巖的內(nèi)在原因和外部條件的相互促進(jìn)下，塌方可能成片出4.3.6多場耦合作用a）當(dāng)隧洞穿越處于復(fù)雜應(yīng)力場與滲流場環(huán)境的富水破碎帶時(shí)，易出塌方。其本質(zhì)是圍巖的力學(xué)平衡和地下水的滲流平衡因施工擾動(dòng)發(fā)生急劇變化，引起圍巖應(yīng)力重分布及地下水能量釋放；b）施工中，揭露斷層導(dǎo)致地下水在水頭壓力作用下，形成漏斗形的滲水區(qū)域，隨著滲流時(shí)間的DB13/TXXXXX—XXXX延長，地下水和巖土體逐漸流失，隧洞上方的破碎巖體發(fā)生嚴(yán)重的滑移變形，出現(xiàn)塌方，甚至進(jìn)一步引發(fā)重大突水事故。5邊坡穩(wěn)定性分析方法當(dāng)前，極限平衡法和有限元法是求解邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)時(shí)常見的研究方法。極限平衡法需事先假定邊坡滑動(dòng)面的形狀和位置，原理簡單，物理意義明確，但無法真實(shí)刻畫邊坡失穩(wěn)后的破壞過程，限制了其在解決含復(fù)雜結(jié)構(gòu)面的邊坡穩(wěn)定性問題中的應(yīng)用，主要用于分析二維邊坡問題，而對于三維邊坡研究較少，但實(shí)際過程中邊坡大多呈三維形態(tài)，二維邊坡穩(wěn)定性無法真實(shí)反映實(shí)際的邊坡狀態(tài)和失穩(wěn)過程。因而三維邊坡在安全評估和加固設(shè)計(jì)中更具有現(xiàn)實(shí)意義。有限元法則通過邊坡的位移場、應(yīng)力場等來間接評估邊坡穩(wěn)定性，并可結(jié)合強(qiáng)度折減法得到安全系數(shù)。相比于極限平衡法，在保證求解精度的前提下，最大的優(yōu)勢在于可自動(dòng)搜索出邊坡破壞滑動(dòng)面，這大大增加了其在解決復(fù)雜三維邊坡問題中的適應(yīng)性和可靠性，因此有限元與強(qiáng)度折減法相結(jié)合的方法受到工程界和學(xué)術(shù)界的廣泛認(rèn)可。5.2.1在計(jì)算三維角邊坡的安全系數(shù)時(shí)，在有限元計(jì)算不收斂的前提條件下，其塑性應(yīng)變或者等效塑性應(yīng)變云圖從坡腳到坡頂是否貫通，作為邊坡破壞的標(biāo)志。如果邊坡失穩(wěn)破壞，滑面上將產(chǎn)生沒有限制的塑性變形，有限元程序無法從有限元方程組中找到一個(gè)既能滿足靜力平衡又能滿足應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系和強(qiáng)度準(zhǔn)則的解，不管是從力的收斂標(biāo)準(zhǔn)，還是從位移的收斂標(biāo)準(zhǔn)來判斷有限元計(jì)算都不收斂。因此判斷邊坡發(fā)生破壞是合理的。7巖土體對滑坡的影響7.1非均質(zhì)土體對滑坡體積的影響為更好地評估滑坡的危險(xiǎn)性，通過隨機(jī)有限元計(jì)算得到的滑坡體積與確定性有限元分析結(jié)果（確定性有限元分析中土體強(qiáng)度取為均值，即cu=25kPa），隨機(jī)有限元分析中，土的不均勻性對滑動(dòng)體的體積有顯著影響；非均質(zhì)性邊坡以軟弱層為主，其中滑面強(qiáng)度值小于平均強(qiáng)度值，這意味著基于平均強(qiáng)度的確定性分析可能導(dǎo)致有風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)計(jì)或建議。假定土體在空間上是均勻的，則滑動(dòng)體的體積將被低估，說明具有非均質(zhì)性的土體對滑坡危險(xiǎn)性評估具有重要影響。7.2非均質(zhì)土體對安全系數(shù)的影響對于均質(zhì)三維邊坡，取土體強(qiáng)度的平均值，通過穩(wěn)定數(shù)圖表法得到邊坡的安全系數(shù)為1.20。100次隨機(jī)有限元模擬結(jié)果計(jì)算得到邊坡安全系數(shù)均值為1.12，可得到隨機(jī)有限元的計(jì)算結(jié)果明顯低于泰勒圖表法所得的安全系數(shù)。這是由于天然土坡受到不同地質(zhì)因素、環(huán)境因素以及物理化學(xué)等交叉作用，不可避免地在參數(shù)特性上表現(xiàn)出明顯的非均質(zhì)特性，這一特征顯著降低了邊坡的整體穩(wěn)定性。因此，基于土體平均強(qiáng)度進(jìn)行的穩(wěn)定性分析可能導(dǎo)致偏危險(xiǎn)的邊坡設(shè)計(jì)和建議。DB13/TXXXXX—XXXX通過泰勒穩(wěn)定數(shù)圖表法，取土體強(qiáng)度作為土體強(qiáng)度的平均值，即cu=25kPa，得到安全系數(shù)，可以看出，土體的非均質(zhì)特性可以削弱土體的強(qiáng)度，導(dǎo)致邊坡的穩(wěn)定性降低?；谕馏w平均強(qiáng)度的穩(wěn)定性，導(dǎo)致偏于危險(xiǎn)的設(shè)計(jì)和分析，土體非均質(zhì)特性對邊坡安全系數(shù)的影響具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和工程應(yīng)用價(jià)值。7.2.1降雨入滲誘發(fā)工程地質(zhì)滑坡的影響降雨是造成軟弱夾層失穩(wěn)誘發(fā)滑坡的關(guān)鍵條件