某順層巖質(zhì)斜坡變形機(jī)理及治理分析研究

楊秀飛

(貴州高速公路開發(fā)總公司)

1 引言

潰曲破壞是指順層巖質(zhì)斜坡在一定的條件下，坡體后部的巖層發(fā)生滑移，坡體前沿的坡腳受阻，而發(fā)生的變形破壞模式。此變形破壞模式主要發(fā)生在開挖的坡腳等于巖層傾角或者天然的中陡傾角的順層巖質(zhì)斜坡中。這類斜坡的特征是巖體具有沿滑移面下滑的條件，而由于沒有臨空面，則使得巖層需要承受縱向的壓應(yīng)力，隨之產(chǎn)生彎曲變形，最終導(dǎo)致潰曲破壞的發(fā)生。該破壞模式的過程可以分為輕微彎曲、強(qiáng)烈彎曲(隆起)、切除面貫通三個階段。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

場區(qū)地處貴州高原西部高原山地區(qū)，受溶蝕—侵蝕影響，地形條件較為復(fù)雜。場區(qū)附近地貌類型主要為低中山巖溶峰叢谷地。

2.2 地層巖性

場地區(qū)附近上覆第四系殘積層(Qel+dl)粘土，下伏基巖為三疊系下統(tǒng)夜郎組(T1y)薄至中層狀泥質(zhì)粉砂巖。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

項目區(qū)屬揚(yáng)子準(zhǔn)地臺、黔北臺隆、遵義斷拱、畢節(jié)北東向構(gòu)造變形區(qū):以北東向褶皺斷裂為主，區(qū)域性斷裂構(gòu)造現(xiàn)已穩(wěn)定。

根據(jù)國家地震局頒布的《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB 18306-2001)，場區(qū)地震動反應(yīng)譜特征周期為0.35 s，地震動峰值加速度小于0.05 g，場區(qū)地震基本烈度小于Ⅵ度。

2.4 水文地質(zhì)條件

區(qū)域無常年性地表徑流。場區(qū)地下水類型為風(fēng)化基巖裂隙水及巖溶水。地下水主要以大氣降水為主要補(bǔ)給源。水體經(jīng)地表滲入風(fēng)化帶基巖裂隙從高向低徑流。

3 力學(xué)分析

3.1 模型的建立

考慮層狀巖質(zhì)斜坡的破壞模式以及上述的假設(shè)，在研究斜坡的彎曲變形破壞力學(xué)機(jī)理時，假定巖層是放在斜坡上單位寬度的梁板，如圖1所示，運(yùn)用歐拉理論進(jìn)行分析。設(shè)巖層重度為γ，巖體彈性模量為E，巖層厚度為b，巖層假定長度為L，巖層橫截面的中性軸慣性矩為I，各巖層的內(nèi)摩擦角為φ，內(nèi)聚力為c，斜坡的坡角為β，建立如圖1所示的坐標(biāo)系。

3.2 潰曲破壞臨界坡長的確定

梁板簡化為一個沿軸向壓縮和附加彎曲的疊加受力的模式，如圖2所示。

圖1 順層斜坡滑移彎曲變形的力學(xué)分析模型

圖2 梁板受軸向壓縮和附加彎曲

由圖可得

設(shè)此板梁彎曲變形的彈性曲線函數(shù)為

根據(jù)變形能與外力所作功的能量平衡原理可得

其中:變形能ΔU為

外力做功ΔT為

解式而可得

由式4可得臨界長度計算公式為

4 工程實(shí)例

該順層巖質(zhì)斜坡開挖坡高為40 m，巖體的物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。

表1 斜坡巖體物理力學(xué)參數(shù)

由式5計算得出當(dāng)巖層層數(shù)為3層時，臨界坡長為Lcr=34.58＜44。因此，該斜坡經(jīng)歷長時間的蠕滑變形就會發(fā)生潰曲變形破壞。所以必須進(jìn)行治理。

由于發(fā)生潰曲破壞的臨界坡長為30.67，因此需要在這個位置加上錨索進(jìn)行處理，具體的處理措施為開挖邊坡坡比為1∶0.75，8 m設(shè)一個臺階，臺階寬2 m，第一、二級邊坡采用三排預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行防護(hù)，第二、四級邊坡采用長度為6 m的錨桿框架植草進(jìn)行防護(hù)。

5 結(jié)論及建議

(1)通過對順層巖質(zhì)斜坡潰曲破壞機(jī)理的力學(xué)分析，依據(jù)發(fā)生潰曲破壞的臨界坡長計算公式計算出斜坡的臨界長度為34.58 m，而開挖坡長為44 m，因此，該斜坡在長時間的蠕滑變形之后會發(fā)生潰曲破壞。

(2)針對該斜坡可能發(fā)生的變性破壞，對斜坡進(jìn)行預(yù)防護(hù)，采用預(yù)應(yīng)力錨索和長度為6 m的錨桿框架植草進(jìn)行防護(hù)。

(3)對斜坡發(fā)生的變形破壞進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的治理措施，對今后類似的工程實(shí)例具有一定的借鑒意義。

［1]任光明等.順層坡滑坡形成機(jī)制的物理模擬及力學(xué)分析［J］.山地學(xué)報，1998，16(3):182-187.

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