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1、湘南某市政公路边坡失稳原因及稳定性分析·道路工程·:100926825(2010)0320288202湘南某市政公路边坡失稳原因及稳定性分析3收稿日期:2009210215 3:湖南省自然科学基金项目(项目编号:07JJ6094,07JJ6070)简介:莫进丰(19832),男,中南大学地学与环境工程学院硕士研究生,湖南长沙 410083张可能(19622),男,博士生导师,教授,中南大学地学与环境工程学院,湖南长沙 410083李 瑞(19862),男,中南大学地学与环境工程学院硕士研究生,湖南长沙 410083莫进丰 张可能
2、李 瑞摘 要:通过对边坡的地层岩性、岩体结构和边坡开挖等因素的分析研究,阐述了其失稳原因,揭示了其蠕滑—弯曲的滑移复合变形破坏模式,采用二维有限元及稳定性分析,以验证上述变形破坏模型。关键词:路堑高边坡,变形机理,蠕滑—弯曲,稳定性:U417.1:A 郴州市某市政公路5号边坡位于京珠高速西侧,边坡起讫桩号K2+300～K2+440左侧,路堑边坡最大切深36m。该边坡在施工过程中发生过一定规模的滑坡,滑坡区域为K2+320～K2+400段,滑体呈勺状,滑坡后缘延伸范围较广,地面出现多条拉裂缝,并发生较大错位,最大约1.5m。根据现
3、场踏勘,坡顶表象特征显示后缘有进一步扩大的趋势。本文通过现场地质调查,研究了该边坡的变形破坏机理。在此基础上,对边坡进行了稳定性分析和评价,揭示了此类边坡在分级开挖状态下的变形发生规律及变形破坏模式,从而有针对性地提出了边坡稳定性的改善措施,为支护工程设计提供了重要依据。1 边坡基本地质条件该边坡坡体走向N36°E,所处部位属低山地貌,地形较复杂,地势高差较大,地面高程在178.2m～295.8m之间,山体自然坡度20°～40°,坡顶植被较发育。坡体第四系覆盖层较薄,场地出露地层岩性由上至下主要有:第四系全新统残坡积(Qel+de
4、l4)种植土、粉质黏土、碎石土及石炭系大塘组测水段(C1d2)粉砂质页岩、石英砂岩(见图1)。坡顶中上部含软弱夹层,微新基岩一般埋藏较深,基岩总体为强～中风化状。边坡节理裂隙发育,岩层产状变化无序,但基本呈较平缓的反倾边坡,对边坡稳定有利。该路堑边坡地表水不发育,未见明显地表水体。地下水主要为孔隙水及基岩裂隙水。孔隙水主要赋存于第四系粉质黏土中,接受大气降水补给,受地形地貌及地质条件的影响,沿线路堑边坡孔隙水较不发育;裂隙水主要赋存于基岩的节理裂隙中,下伏基岩节理裂隙发育,但连通性一般,地下水对边坡稳定有一定的影响。2 边坡变形破
5、坏及机理分析2.1 边坡变形破坏现象边坡K2+320～K2+400段在开挖第四级平台过程中出现明显的变形破坏,边坡表部岩体松动变形、破坏,已经形成了一较大规模的变形体。根据地表裂缝发育特征及分布范围,该变形体立体上近似呈勺状,横向宽约20m,纵向长约80m。根据地质条件,推测变形体底面为一条由后缘裂缝底部和前缘鼓胀区底部相连的折线,由此初步判断变形体铅直厚度为7m～15m。滑坡部位第二级台阶面岩体出现较大范围的松弛和隆起现象。2.2 变形破坏机制根据地形、地质资料及施工情况,分析变形破坏主要成因为:1)边坡岩体较破碎,岩石块度小,
6、且裂隙大多微张或张开;2)应力重分布后,开挖边坡坡缘(坡面与坡顶面的交线)附近形成张力带,易产生拉张裂缝,而坡脚应力集中,易产生剪切破坏现象;3)雨水渗入坡体,导致夹层岩土软化,对边坡的变形破坏起到了诱发作用;4)施工不利因素对边坡的稳定性有较大影响。3 边坡变形破坏稳定性分析3.1 边坡应力特征分析3.1.1 有限元模型建立根据边坡地质结构,计算选用理想弹—塑性本构关系,模型主要采用八节点四边形单元进行有限元剖分,模型左右边界及底部边界为固定约束边界(见图2)。各岩体的物理力学参数取值在参考勘察资料的同时,也结合了结构面类型、物
7、质成分、风化状况等工程地质特性的调查研究。综合评价的各类岩体参数值如表1所示。表1 岩土物理力学参数岩土体名称弹性模量/GPa泊松比内聚力/kPa内摩擦角/(°)容重/kN·m-3粉质黏土0.040.4251819.6夹层0.010.495819风化岩3.00.3102520新鲜岩9.00.251535203.1.2 开挖边坡应力特征比较·288·第36卷第3期2010年1月 山西建筑SHANXI ARCHITECTURE Vol.36No.3Jan. 2010 边坡开挖前后其不同
8、高程最大主应力、最小主应力、最大剪应力和开挖前后的关系分别如图3～图5所示。图中对比分析了开挖前后边坡的应力特征。由图3～图5分析可见,边坡的最大主应力、最小主应力及最大剪应力均在开挖后增大。开挖后,使边坡临空面变陡,各级台阶底部最大主应力增长较快
