泥页岩顺向坡水化后对基坑支护的影响

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1、泥页岩顺向坡水化后对基坑支护的影响摘要：在基坑失稳机理分析的基础上,经室内实验及室外实际工作得出泥页岩水化后岩石力学参数的变化规律及岩石倾角对基坑稳定性的影响表明,泥页岩基坑土层的计算应进行相应调整。关键词:基坑支护计算；泥页岩水化；平面滑动；边坡稳定；abstract:basedonthepitinstabilitymechanismanalysis,obtainedthevariationofshalerockmechanicsparametersandrockinclinationaffectonthestabilityofpitsha

2、lehydrationbyindoorexperimentsandoutdoorpracticalwork,itshowthatthecalculationofthesoilshouldbeadjustedaccordingly.keywords:pitsupport;shalehydration;planesliding;slopestability 前言随着科技的进步,现在建筑已越来越多向地下发展。地下室的面积越来越大，开挖深度也越来越深，在深基坑施工过程中出现的问题越来越多。但国内现有的理论体系及计算方式，无法根据各种岩层在复杂的地质结

3、构及环境下，准确地计算出基坑的变形结果。往往计算时是稳定的，但在施工过程中却会出现和基坑设计时计算结果大不一致的情况，导致基坑的安全问题比较突出。在此，主要探讨一下泥质岩对基坑变形的影响及设计时如何避免。泥页岩水化对滑动面的影响泥质岩属沉积软质岩，结构面的发展情况为层理、片理、节理裂隙，常见结构有：①泥质结构。主要由小于4微米的颗粒组成,因而岩石致密均一。当含粉砂和砂时，则形成各种过渡类型结构，如粉砂泥质结构、砂泥质结构等。②鲕粒和豆粒结构。粘土质点围绕核心凝聚而成，直径小于2毫米的称鲕粒，大于2毫米的称豆粒，常见于胶体成因的粘土岩中。③同生

4、砾屑结构。粘土物质沉积后，尚未完全固结，受到流水冲刷形成砾屑，又被粘土物质胶结而成。其岩石工程特征接近均一的各向异性体，其变形及强度特征受层面控制。我们通常进行边坡稳定性分析时，广泛采用的是刚体极限平衡分析法，刚体极限平衡分析法的基本思路是：假定岩土体破坏是由于在滑体内的滑动面上发生滑动而造成的，滑动面上岩土体服从破坏条件，通过考虑由滑动面形成的隔离体的静力平衡来分析边坡的稳定性。岩土体的破坏条件通常采用mohr-coulomb准则，即ft＝ns·tanφ+c(1)式中：ft，ns分别为破坏面上的剪应力与正应力；c，φ为破坏面上的粘聚力与内摩

5、擦角。边坡滑动面的形状可以是平面、圆弧面、对数螺旋面或其他不规则曲面。在宏观上，泥质页岩最显著特性是由于粘土矿物的定向排列而呈现出的剥裂性。微观上，它由极细小的鳞片状粘土矿物杂乱分布而成的鳞片构造，由纤维状粘土矿物错综交织而成的毡状构造和由片状粘土矿物定向排列而成的定向构造。一般当力与层理或节理面平行时，其抗压强度高，抗剪强度较低，其蠕变最大；力与层理或节理面垂直时，则相反。根据大量的边坡失稳分析、调查、监测证明：泥页岩边坡常沿顺层或软弱夹层作平面滑动。资料显示：边坡滑动体自重w所产生的侧向滑动力应小于或等于滑动面的抗滑阻力，而当岩层遇雨浸蚀

6、，岩石发生水化，其力学性质会发生急剧恶化。许多边坡沿平面滑动前，在滑体后部产生张裂缝。张裂缝可能临时充水达一定高度，沿张裂缝及滑动面产生静水压力u和水的张浮力v，使滑动力突然增大，如图1，边坡高度为h；边坡倾角为s；假定张性断裂走向与边坡面走向平行，裂纹内充水，裂缝深度为z，水深为zw；滑面倾角为г。其边坡的安全系数f可表示为[3，4，5]图1注：｛为内摩擦角式中：w=γ[(h2-z2)cotг-h2cots]/2a=(h-z)cscгu=γwzw(h-z)cscг/2v=γwzw2/2γw为水的容重。由于泥页岩具有岩石的共同特点,而且具有独

7、特的水化性，在基坑开挖土层遇到泥质岩时，基坑的稳定和计算结果经常相左。因此,在研究影响基坑稳定的力学因素时,必须研究水化对岩石力学参数特别是岩石坡面方向的影响规律。根据国内现有的对泥质岩水化的实验研究结果，我们了解到：泥页岩岩石强度等参数随岩石含水量的增加变化十分显著。饱和含水量岩样的单轴抗压强度值仅为其干燥状态下的31.5%,降低幅度高达68.5%;弹性模量的降低幅度也超过50%;而泊松比则大幅度上升,上升幅度达375%。根据现有的钻井工程中井壁的稳定性实验数据，我们可以得知水化对泥页岩岩石内聚力c、内摩擦角φ的影响。是随rc的减少,c逐渐

8、减少,最大衰减幅度可达50%，而φ值逐渐增加，增加幅度最大为12%。[2]因此，我们在涉及泥页岩的基坑计算中需根据岩面的倾角调整内聚力c、内摩擦角φ的取值，计算边坡