巖土高邊坡變形監(jiān)測(cè)分析

李 昆

（廣東大道檢測(cè)技術(shù)有限公司，廣東 中山 528400）

0 引言

巖土監(jiān)測(cè)作為巖土工程動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的核心，對(duì)評(píng)價(jià)施工方法的可行性，設(shè)計(jì)參數(shù)的合理性，了解巖體及支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力、變形特性等能夠提供準(zhǔn)確而及時(shí)的依據(jù)，是保障邊坡工程成功的重要因素。它影響著工程的進(jìn)度、投資和安全。利用各種監(jiān)測(cè)方法及儀器設(shè)備，在邊坡上建立較為完善的能長(zhǎng)期觀測(cè)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在監(jiān)測(cè)期間對(duì)邊坡有關(guān)結(jié)構(gòu)形態(tài)的變化量進(jìn)行周期性、系統(tǒng)性地觀察和測(cè)量,然后對(duì)這些觀測(cè)資料進(jìn)行整理、計(jì)算、統(tǒng)計(jì)、分析，達(dá)到監(jiān)測(cè)目的。本文以某深路塹高邊坡為例，分析其變形監(jiān)測(cè)情況，為提升邊坡的穩(wěn)定性提供幫助。

1 工程概況

某深路塹高邊坡段落位于K1+320~K1+640，共320m。鉆探測(cè)試表明，邊坡體主要由填土、殘坡積土及花崗巖風(fēng)化層組成；坡面不規(guī)則，凹凸不平，坡腳為道路及廠房；坡體經(jīng)人工開挖改造，設(shè)置施工便道，坡頂無(wú)建筑物。邊坡上部為素填土、粉質(zhì)黏土、砂質(zhì)黏土、全風(fēng)化和砂土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖組成，中下部為巖質(zhì)邊坡（巖體類型為Ⅱ～Ⅳ類）。邊坡高度為3.066~52.611m，邊坡工程安全等級(jí)為一級(jí)。工程邊坡實(shí)景如圖1所示。

圖1 邊坡工程實(shí)景

2 邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

2.1 影響邊坡穩(wěn)定性的主要因素

上部土質(zhì)邊坡由素填土、粉質(zhì)黏土、砂質(zhì)黏土、全風(fēng)化花崗巖及砂土狀強(qiáng)風(fēng)化巖組成。這類邊坡的穩(wěn)定性由邊坡坡度、巖土體抗剪性能、下覆基巖接觸面坡度及其抗剪性能等因素控制。另外大氣降雨對(duì)邊坡巖土體沖刷以及下滲形成地下水，增加坡體自重，地下水浸泡巖土體改變巖土體強(qiáng)度，對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響也較大。其次，人類的工程活動(dòng)對(duì)邊坡的穩(wěn)定性也有很大的影響。人類的工程活動(dòng)破壞了山體原始平衡，容易在坡腳處產(chǎn)生應(yīng)力集中，為邊坡失穩(wěn)創(chuàng)造條件。

下部為巖質(zhì)的邊坡：這類邊坡穩(wěn)定性主要受巖體結(jié)構(gòu)面的類型、產(chǎn)狀及其與坡向的關(guān)系等控制，當(dāng)然，降雨下滲作用的影響也較大。據(jù)本次勘察對(duì)邊坡節(jié)理裂隙的觀測(cè)統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)構(gòu)面局部夾砂土，在降雨期間可能間歇性集水形成靜水壓力或動(dòng)水壓力、結(jié)構(gòu)面軟化，可能會(huì)影響邊坡的穩(wěn)定性。

2.2 穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)

2.2.1 上部的土質(zhì)邊坡可能發(fā)生的破壞形式

邊坡上部主要由素填土、粉質(zhì)黏土、砂質(zhì)黏土、全風(fēng)化花崗巖及砂土狀強(qiáng)風(fēng)化巖組成，其層底為碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化巖及中風(fēng)化巖。邊坡上部覆蓋層與巖面交界層面坡度大且傾向坡外時(shí)，可能沿巖面位置產(chǎn)生平面(直線)滑動(dòng)，覆蓋層厚度較大時(shí)，亦可能產(chǎn)生圓弧滑動(dòng)。

2.2.2 下部巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析和可能產(chǎn)生的破壞形式

（1）巖體裂隙較發(fā)育，主要發(fā)育有2組優(yōu)勢(shì)裂隙面，裂隙1產(chǎn)狀為267°∠59°，裂隙2產(chǎn)狀為57°∠55°，線密度可達(dá)1-2條/m，相互切割，延伸長(zhǎng)，呈閉合狀，邊坡整體穩(wěn)定性主要取決于2組優(yōu)勢(shì)裂隙面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

（2）開挖后邊坡坡向339°，坡度53°，采用極射赤平投影法（如圖2）評(píng)價(jià)如下：裂隙1與邊坡傾向空間關(guān)系為大角度斜交，傾角大于邊坡坡角，由裂隙1控制時(shí)邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)；裂隙2與邊坡大角度斜交，傾角大于邊坡坡角，由裂隙2控制時(shí)邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)；兩組裂隙面形成交割線。

圖2 極射赤平投影圖

（3）巖體破壞以楔體滑塌為主，滑塌方量大小取決于切割線長(zhǎng)度。

3 工程監(jiān)測(cè)

3.1 監(jiān)測(cè)目的

通過(guò)對(duì)其表面變形、深部位移等綜合分析實(shí)時(shí)監(jiān)控開挖過(guò)程的變形，合理控制施工速率，防止滑塌，實(shí)現(xiàn)安全、快速施工的目的；監(jiān)測(cè)成果為動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)提供有效參考；預(yù)判邊坡險(xiǎn)情，提供預(yù)警信息，且判斷滑動(dòng)面深度、滑動(dòng)范圍及變形發(fā)展趨勢(shì)，評(píng)估施工對(duì)邊坡或路堤穩(wěn)定性和周圍建構(gòu)筑物的影響。

3.2 深層水平位移監(jiān)測(cè)

深層水平位移監(jiān)測(cè)采用測(cè)斜儀CX-3D開展，儀器測(cè)量精度±0.01mm/500mm；土體測(cè)斜管在邊坡開挖1周前埋深；邊坡測(cè)斜管應(yīng)預(yù)先在邊坡頂用鉆機(jī)鉆孔，鉆孔深度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定，然后將測(cè)斜管連接好，放入孔內(nèi)，用細(xì)砂將測(cè)斜管與鉆孔之間的孔隙填充實(shí)。安裝時(shí)應(yīng)盡量保證一組導(dǎo)槽垂直于邊坡面。

根據(jù)沿線各邊坡的高度、工程地質(zhì)條件等情況，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，選擇其中穩(wěn)定性較差、安全風(fēng)險(xiǎn)較大的邊坡進(jìn)行監(jiān)測(cè)。測(cè)斜孔布置在邊坡平臺(tái)或坡頂，一斷面不少于兩孔。測(cè)點(diǎn)布置如圖3所示。

圖3 高邊坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置示意

3.3 錨索內(nèi)力監(jiān)測(cè)

在監(jiān)測(cè)巖土應(yīng)力變化的過(guò)程中，通常是采用應(yīng)力計(jì)對(duì)錨桿（錨索）應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)錨桿（錨索）應(yīng)力，除了能夠?qū)吰逻M(jìn)行監(jiān)測(cè)以方便指導(dǎo)施工作業(yè)外，還能夠?qū)吰率Х€(wěn)進(jìn)行提前預(yù)測(cè)。該技術(shù)可以通過(guò)振弦式鋼筋測(cè)力進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)。其原理較為簡(jiǎn)單，即當(dāng)鋼筋試樣受到拉伸或壓縮時(shí)，對(duì)應(yīng)區(qū)域的感應(yīng)線圈就會(huì)發(fā)生震動(dòng)，通過(guò)檢測(cè)線圈震動(dòng)頻率就可以獲取鋼筋所受應(yīng)力。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，按施工總數(shù)的3%布置錨索內(nèi)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)，本次共對(duì)21根錨索進(jìn)行監(jiān)測(cè)；通過(guò)對(duì)錨桿（索）的預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)，繪制出應(yīng)力曲線，從而可以研究錨索預(yù)應(yīng)力的變化趨勢(shì)，分析邊坡的穩(wěn)定情況。

3.4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置

針對(duì)該邊坡工程，監(jiān)測(cè)設(shè)備及數(shù)量如表1所示、測(cè)點(diǎn)平面布置如圖4所示。

表1 邊坡監(jiān)測(cè)設(shè)備及數(shù)量

圖4 測(cè)點(diǎn)平面布置圖

4 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

4.1 深層水平位移監(jiān)測(cè)分析

深層水平位移監(jiān)測(cè)為該邊坡監(jiān)測(cè)的主要部分，結(jié)合該工程地質(zhì)情況及設(shè)計(jì)，從16個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)選取兩點(diǎn)（CX1、CX3）做為分析對(duì)象。其深層水平位移與深度關(guān)系曲線如圖5所示。

圖5 深層水平位移與深度關(guān)系曲線

從CX1號(hào)測(cè)斜孔位移過(guò)程曲線可以看出，監(jiān)測(cè)時(shí)間段為2020年11月26日~2021年12月15日，深層位移與深度曲線呈S波浪型曲線，累計(jì)位移最大處為5.5m，累計(jì)變形量為8.53mm，邊坡開挖初始階段位移變化速率較大，最大變化速率為0.45mm/d，隨著錨索施工張拉完成，其變化速率開始變小，位移變化速率為0~0.02mm/d，可見在錨索施工完成后，累計(jì)位移變化率小于施工前期，邊坡的變形較前期小,由此推斷出高邊坡在錨索張拉完成后，邊坡變形趨于穩(wěn)定。

從CX3號(hào)測(cè)斜孔位移過(guò)程曲線可以看出，監(jiān)測(cè)時(shí)間段為2021年1月4日~2021年12月15日，深層位移與深度曲線呈S波浪型曲線，累計(jì)位移最大處為4.0m，累計(jì)變形量為8.01mm，邊坡開挖初始階段位移變化速率較大，最大變化速率為0.26mm/d，隨著錨索施工張拉完成，其變化速率開始變小，位移變化速率為0~0.01mm/d，可見在錨索施工完成后，累計(jì)位移變化率小于施工前期，邊坡的變形較前期小，由此推斷出高邊坡在錨索張拉完成后，邊坡變形趨于穩(wěn)定。

4.2 應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

根據(jù)21個(gè)錨索應(yīng)力計(jì)測(cè)量的數(shù)據(jù)，選取兩個(gè)錨索應(yīng)力計(jì)（M1、M4）數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。其錨索應(yīng)力與時(shí)間關(guān)系曲線如圖6所示。

圖6 錨索應(yīng)力與時(shí)間關(guān)系曲線

從圖6可以看出，M1錨索在鎖定完成后，錨索應(yīng)力在整個(gè)監(jiān)測(cè)過(guò)程中變化區(qū)間為220.59~225.86kN；M4錨索在鎖定完成后，錨索應(yīng)力在整個(gè)監(jiān)測(cè)過(guò)程中變化區(qū)間為208.41~213.38kN，錨索應(yīng)力變化幅度均很小，曲線平緩，這表明錨索應(yīng)力計(jì)的受力效果良好，未超過(guò)錨索設(shè)計(jì)荷載，邊坡內(nèi)部未產(chǎn)生應(yīng)力集中和應(yīng)力增高的現(xiàn)象，邊坡經(jīng)過(guò)加固處理后趨于穩(wěn)定。

5 結(jié)束語(yǔ)

本次巖土高邊坡變形監(jiān)測(cè)及分析工作結(jié)論如下：

（1）通過(guò)對(duì)該邊坡的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，在錨索施工完成后，深層水平累計(jì)位移變化率、變形較張拉前小，錨索測(cè)力計(jì)受力狀態(tài)良好，錨索內(nèi)力變化幅度小，曲線平緩，高邊坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

（2）通過(guò)深層水平位移數(shù)據(jù)可以有效了解邊坡狀態(tài)、掌握邊坡變化情況，且判斷滑動(dòng)面深度、滑動(dòng)范圍及變形發(fā)展趨勢(shì)，在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)指導(dǎo)下進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、信息化施工，可以有效防止高邊坡發(fā)生較大工程滑坡。