高速公路隧道洞口边坡现场监测和稳定性研究

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1、高速公路隧道洞口边坡现场监测和稳定性研究　　摘要：本文依托重庆涪丰石高速公路尖峰岭隧道在建项目，依据边坡破坏理论和机制，对影响尖峰岭隧道进口处边坡稳定性的各种因素进行综合分析，结合现场调研数据，运用传统的边坡稳定分析方法分析边坡的稳定性，同时将基于强度折减法，利用有限元数值仿真软件MIDAS—GTS建立边坡模型并对其进行模拟稳定性分析，比较分析结果，将为判断边坡的稳定性提供参考。关键词：隧道洞口边坡；稳定性；MIDAS—GTS中图分类号：U45文献标识码：A文章编号：边坡岩体的稳定性受多种因素的影响，可以分为内在因素和外在因素。内在因素主要包括边坡岩体的地层、组成边坡岩体的岩性、

2、地质构造、岩（土）体结构、地应力以及水的作用等；外部因素主要指边坡形态的改造、气象变化、震动作用、工程荷载、植被作用以及人为因素的影响等。①②1工程概况1.1地层岩性8隧址区地层上部为第四纪松散覆盖层，下伏基岩有泥岩、页岩、下统珍珠冲组砂质泥岩以及三迭上统须家河组砂岩、中统雷口组泥灰岩和页岩、下统嘉陵江组灰岩等。根据钻探资料隧址区的地下岩性以灰岩为主，进口部分局部为砂岩、页岩，灰岩中岩溶裂隙发育，虽然各钻探孔内为揭露有溶洞、空洞存在，但岩芯有明显的溶蚀现象，说明地下熔岩较为发育；同时物探勘察揭露有两条溶饰裂缝发育带，推测其深度达到或接近隧道的设计洞顶面；其余地段亦揭露有多处的溶洞

3、、溶槽发育，将给隧道施工带来较为不利的影响。2边坡稳定性数值模拟分析2.1原理分析强度折减理论：将边坡岩土体物理力学参数（粘聚力C和内摩擦角值φ）均除以折减率F，得到一组新的C、φ，即经过折减后的抗剪强度指标为：C1=C/Fφ1=arctan[tanφ/F]然后将C作为新的计算参数输入,再进行试算，直到计算没有收敛为止,将没有收敛的阶段视为破坏,并将该阶段的最大的强度折减率作为边坡的最小安全系数，此时坡体达到极限状态，发生剪切破。此外岩体按连续介质处理，二维时采用平面应变三角形六节点实体单元模拟，三维时采用结构实体单元模拟，材料的本构关系采用理想塑性模型，屈服准则为莫尔-库伦准则

4、。③④2.2模型的建立与参数取值8①参数取值根据实地工程调研，并参考《公路隧道设计规范》中各级围岩的物理力学指标标准值的选用，模型中各部分参数如下表2.1所示：表2.1模型参数取值②边坡开挖前模型的建立对尖峰岭隧道洞口边坡的稳定性进行分析，根据实地调研与勘测，简略岩层位置和隧道位置的二维模型如图2.1所示。计算时以Z轴为坐标垂直方向，以X轴为水平方向，左下角为原点位置。在底部深度的取值时，由于下部基岩受到影响较小，故以隧道水平面向下取到20m的深度，模型的上部分取到边坡的顶部，隧道洞口距离山体左侧距离为20m，整个计算范围为横向X方向范围50m，纵向Z方向范围40m。图2.1边坡

5、模型图图2.2开挖后网格图在二维模型中，有限元计算的模型并加以网格划分后，模型的形状如图2.2所示（以Z轴为坐标垂直方向，以X轴为水平方向），图中，上层网格较密为土层，中间部分网格为风化岩层，下层为为基岩。2.3边坡开挖后的稳定性分析8隧道开挖以后，由于各种因素的影响，边坡原有的平衡受到扰动，稳定性遭到破坏，出现变形以达到新的平衡，本节使用midas/GTS岩土与隧道分析系统模拟隧道开挖情况，对边坡稳定性进行分析，建立模型并划分网格如图2.2所示,图中的三角区域为模拟洞口开挖部分，开挖后将不存在，模型材料的属性同未加荷载状态下的材料属性，边界条件与自重荷载与静力荷载条件下相同，除

6、去临空面以外，其余三个面都分别施加X方向的约束，模型底面施加X方向和Z方向的约束条件，仅施加重力荷载。可以分析得出边坡开挖后的各方向位移图和剪切应变图，如下所示：图2.3开挖后X方向的位移图2.4开挖后的Z方向位移图图2.5开挖后整体位移图2.6开挖后剪切应变图8从开挖后的各方向和整体位移得出，边坡开挖后，开挖区域附近大部分发生位移，岩体在强度折减的过程中发生了塑性变形，并且发生的区域较大，应力集中的区域在坡脚，从最大剪切应变图中可以看出，潜在软弱面的变形较未开挖的时候大，边坡的中下部发生了较大的剪切滑移。根据有限元强度折减法的原理，模拟出边坡的安全系数为1.1875，在经验和规

7、范要求之内，但在洞口开挖以后，边坡洞顶部分的稳定性是比较差的。如遇到雨水施工或者隧道内施工产生的爆破震动，边坡是很容易发生垮塌的现象的，所以，在隧道洞口的施工过程中，正确的开挖方法和支护手段是必要的。⑤⑥3工程实际监测分析3.1边坡沉降监测由于隧道的开挖，使洞口边坡应力重新分布，破坏了边坡岩土体相对平衡的应力状态,导致边坡出现变形开裂,并在薄弱部位形成滑动面。特别是边坡脚被破坏，使得边坡脚附近的岩体出现剪应力集中，对边坡的稳定造成影响。隧道开挖后，为隧道上方岩体移动提供了临空面，