路堑边坡施工过程中后缘变形演化分析

第２７卷第６期　２０１４年ｌ２月　土　工　基　础　Ｓｏｉｌ　Ｅｎｇ．ａｎｄ　Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　Ｖ＿０１．２７　ＮＯ．６　Ｄｅｃ．２Ｏｌ４　路堑边坡施工过程中后缘变形演化分析　林素明，李建福　（福建建工集团总公司，福州　３５０００３）　摘　要：在路堑边坡施工过程中，研究边坡后缘的变形趋势可以较早地提供整个边坡的变形的信息。对整个施工过　程有实际的工程意义。基于数值模拟和现场监测结果，以漳州招银疏港高速公路Ａ３标边坡（ＺＫ１４－４－１６５）为例来　探索在施工过程中路堑边坡上缘的变形演化过程。结果表明：１）除了新开挖平台由于卸荷引起的变形以外，边坡　上缘是产生变形的主要区域；２）随着开挖施工的进行，上缘变形越来越大，靠近开挖面处最大；３）变形发生在坡顶　以上１０　ｒｎ左右的范围内（针对此开挖高度为３８．８　ｒｒｌ的路堑边坡），变形区域由上缘坡面到开挖面近似螺旋曲线的　形状。　关键词：路堑边坡；变形；上缘　中图分类号：Ｐ６４２　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００４—３ｌ５２（２０ｌ４）０６－００９９－０４　地质初步调查分析，以上边坡分属堆积土路堑高边　１　引言　在边坡稳定性评价中，目前常用且较为有效的　方法主要有两种：一种是基于数值模拟的变形分析　方法；另一种是基于静力平衡的极限平衡法ｌ１］。尽　坡、破碎岩石路堑高边坡、岩石路堑高边坡。　结合现场勘察、设计、施工资料，发现沿线高边　坡存在诸多的潜在失稳致灾因素，分别如下：（１）边　坡的物质组成为松散粉质粘土与砂土状强风化花岗　岩，岩土体呈松散～碎裂结构，强度低，为边坡滑动　提供了物质基础；（２）线路所在地降雨量大，且集中，　雨季期间长时间降雨，使岩土体长期处于饱和状态，　并软化各类结构面，使其强度降低，在各种因素的影　响和作用下，易产生变形破坏；（３）路基开挖形成高　陡临空面，破坏了岩土体平衡条件，破坏岩土体的原　有稳定状态，岩土体在自重作用下有沿较为软弱的　管极限平衡法以其独特的优势而成为较为流行的分　析方法ｌ２］。然而，由于其基本依据是静力学，所以结　果也仅仅能提供一个静态的稳定系数　］，而无法提　供边坡在其生命周期内变形演化的动态特性。而边　坡的稳定性是受其变形的大小及发展演化状态所控　制的ｌ４　］，因此，研究边坡变形的演化过程对其稳定　性评价具有巨大的工程意义。　土石界面向临空方向滑移的趋势；（４）边坡岩体风化　强烈，节理、裂隙等不良结构面发育，岩体破碎、自稳　能力差，易形成边坡滑动的软弱结构面。　本文选取该工程典型路堑边坡ＺＫ１４＋５５０～　ＺＫ１４＋５５０段的左侧边坡，研究在施工过程中上缘　变形的演化过程及其对施工过程的影响。　对于路堑边坡来说，在其施工过程中，后缘的变　形演化趋势可以较早地提供变形的信息。因而研究　路堑边坡上缘的变形演化过程对整个施工过程有实　际的工程意义，本文以漳州招银疏港高速公路Ａ３　标边坡（ＺＫ１４＋１６５）为例来探索在施工过程中路堑　边坡上缘的变形演化过程。　漳州招银高速公路穿越构造剥蚀中山地貌区，　２　工程地质条件及工程概况　该边坡最高约３８．２　ｎｌ，为类土质边坡：上部为　该地区地形高低起伏大，不同层次的褶皱、断裂构造　众多，岩石风化不均匀且强烈，地质条件复杂。仅　Ａ３合同段，路基开挖形成３０　ｉｎ以上的路堑高边坡　就有５座，其分别为：ＺＫ１４＋５５Ｏ～ＺＫ１４＋５５Ｏ段的　残坡积粉质粘土，厚度约０～４　ｍ；其下为砂土状全　风化花岗岩，厚度约２～４　ｒｎ；砂土状强风化花岗岩，　厚度约２～２６　ｍ；下伏碎块状强风化花岗岩。该边　坡坡顶较缓，植被茂密。岩层风化不均匀，坡面孤石　左侧边坡，ＭＫ１０＋９９０～ＭＫ１１＋２５４段的左、右侧　边坡，ＺＫ１５＋６３０～ＺＫ１６＋０１０段的左、右侧边坡，　路堑边坡的最大高度达６６．５　ｍ，长３９０　ｍ，据边坡　收稿日期：２Ｏ１４—０７—１７　零星分布。地质概化模型如图ｌ所示。　作者简介：林素明（１９６８），男，高级工程师，研究方向为公路工程的施工与管理。　第６期　林素明等：路堑边坡施工过程中后缘变形演化分析　１Ｏ１　４施工过程后缘变形现场监测　４．１监测设计　为揭示边坡上缘及坡体内部的变形演化过程，　本文采用边坡的深部位移监测数据，监测ＺＫ１、ＺＫ２　和ＺＫ３的布置如图３所示。边坡上缘处的监测点　ＺＫ１位于坡顶４～５　ｍ处，深度为坡面以下３０　ｍ。　深部位移监测目的是掌握滑体沿垂直方向的变　形情况，分析滑坡体滑动面位置。依据国家标准《岩　土工程勘察规范》（ＧＢ　５００２１—２００９）、《工程岩体试　验方法标准》（ＧＢ／ＴＳ０２６６—９９）的规定及本工程的　特点，边坡深部位移的监测宜采用预埋测斜管、通过　测斜仪观测各深度处水平位移，其工作原理如图４　所示。　Ｋｉ４＋５５Ｏ　Ｋｌ４＋５７６　Ｋ１　４＋６１　５　Ｋ１４＋６５５　图３深部监测点布置图　图４边坡测斜示意图　４．２监测结果分析　该边坡ＺＫ１钻孔深度～位移曲线如图５所示，　累计变化量均控制在４．５０　ｍｉＤ．以内，上缘变形量总　体较小，边坡稳定，但在坡面以下ｌＯ　ｍ左右的深度　位移产生了明显的突变。　５　施工过程中后缘变形演化过程分析　根据施工过程，监测分为８个步骤进行，数值模　拟的施工步骤据此也分８步。图６为边坡上缘深度　５　ｍ左右的侧向位移随施工过程的变化曲线。首　先，数值模拟结果与监测结果较为一致，数值模拟方　图５　ＺＫ１深度～位移曲线图　法对于边坡变形演化预测来说不失为一个好方法，　但该处的位移数值计算结果较监测结果偏大，其原　因可能是有限元采用的是连续介质模型对地质模型　的复杂性进行了均质的简化。其次，二者结果均表　明，随着开挖深度的增加，上缘深部侧向位移向着开　挖面慢慢增加，开挖越深侧向位移越大。第三，上缘　位移变化范围在坡顶往上ｌ０　ｍ范围内，靠近开挖　面的位移较大。第四，对于该边坡来说，总体的位移　局势明显，但位移大小较小，边坡上缘一直控制在　４．５　ｍｍ以内，因此该边坡相对比较稳定。　吕　暑　、，　皂　一　ｇ　图６坡顶上缘深部５　ｍ处侧向位移　６　结论　基于有限元数值模拟和现场监测结果，以漳州　招银疏港高速公路Ａ３标边坡（ＺＫ１４＋６１５）为例，　分析了路堑边坡在开挖施工过程中边坡上缘的变形　演化过程。根据研究成果，可总结主要结论如下：①　路堑边坡开挖过程中，除了新开挖平台由于卸荷引　起的变形以外，边坡上缘是产生变形的主要区域；②　随着开挖施工的进行，上缘变形越来越大；③上缘的　１０２　土　工　基　础　与防治学报，１９９６（３）：５５—５６．　２Ｏ１４　变形靠近开挖面处最大；④变形发生在坡顶以上１０　ｍ左右的范围内（针对此开挖高度为３８．８　ｍ的路　堑边坡），变形区域由上缘坡面到开挖面近似螺旋曲　线的形状；⑤根据数值模拟和现场监测结果对比，二　郑宏，谭国焕，刘德富．边坡稳定性分析的无条分法［Ｊ］．岩土力　学，２００７，２８（７）：１２８５　１２９１．　邵龙潭，唐洪祥，韩国城．有限元边坡稳定分析方法及其应用　ｒＪ］．计算力学学报，２００２，１８（１）：８１－８７．　王志伟，王庚荪，裂隙性粘±边坡渐进性破坏的ＦＬＡＣ模拟　者吻合较好，前者的结果相对较大，可能由于有限元　计算模型是对地质模型的概化后的连续介质模型所　引起的，但总的来说该边坡上缘较为稳定。　参　考　文　献　［１］　刘传正．论滑坡稳定性评价的几个关键问题［Ｊ］．中国地质灾害　ＥＪ］．岩土力学，２００５，２６（１Ｏ）：１６３８—１６３９．　唐辉明，晏鄂川，胡新丽．工程地质数值模拟的理论与方法　［Ｍ］．北京：中国地质大学出版社，２００１．　黄润秋，许强．地质灾害过程模拟和过程控制研究［Ｍ］．北京：　科学出版社，２００２．　Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｔ　ｔｈｅ　Ｃｒｅｓｔ　ｏｆ　Ｈｉｇｈｗａｙ　Ｃｕｔ　Ｓｌｏｐｅｓ　ＬＩＮ　Ｓｕｍｉｎｇ，ＬＩ　Ｊｉａｎｆｕ　（Ｆｕｊｉａｎ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏ．，Ｆｕｚｈｏｕ　３５０００３）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｈｅ　ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｔ　ｔｈｅ　ｃｒｅｓｔ　ｏｆ　ｈｉｇｈｗａｙ　ｃｕｔ　ｓｌｏｐｅｓ　ｃａｎ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｆｉｒｓｔ—　ｈａｎｄ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｅｎｔｉｒｅ　ｓｔａｂｉｌ—．　嘲　Ⅲ　嘲　嘲　ｉｔｙ　ａｎｄ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｃｕｔ　ｓｌｏｐｅｓ；ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｉｔ　ｈａｓ　ａ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｍｅａｎｉｎｇ　ｔＯ　ｓｔｕｄｙ　ｔｈｅ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｔ　ｔｈｅ　ｃｒｅｓｔＢａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　．ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｅｄ　ｄａｔａ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｐｒｅｓｅｎｔｓ　ａ　ｃａｓｅ　ｈｉｓｔｏｒｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｔ　ｔｈｅ　ｃｒｅｓｔ　ｏｆ　ａ　ｃｕｔ　ｓｌｏｐｅ　ｉｎ　Ｂｉｄ　Ｐａｃｋａｇｅ　Ａ３（ＺＫ１４＋１６５）ｏｆ　Ｚｈａｏｙｉｎ　Ｈｉｇｈｗａｙ　Ｐｒｏｊｅｃｔ　ｉｎ　Ｚｈａｎｇｚｈｏｕ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｈａｖｅ　ｔｈｅ　ｆｏｌｌｏｗｉｎｌｇ　ｃｏｎ　ｃｌｕｓｉｏｎｓ：１）Ｅｘｃｅｐｔ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｕｎｌｏａｄｉｎｇ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｎｅｗｌｙ　ｅｘｃａｖａｔｅｄ　ｂｅｎｃｈｅｓ，ｔｈｅ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｚＯｎｅ　ａｔ　ｔｈｅ　ｃｒｅｓｔ　ｈａｓ　ｔｈｅ　ｐｒｅｄｏｍｉｎａｎｔ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓ；２）Ｔｈｅ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｄｅｐｔｈ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｕｔ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｌａｒｇｅｓｔ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｃｌｏｓｅ　ｔＯ　ｔｈｅ　ｓｌｏｐｅ；３）Ｆｏｒ　ａ　ｃｕｔ　ｄｅｐｔｈ　ｏｆ　３８．８　ｍｅｔｅｒｓ　ｓｌｏｐｅ，ｔｈｅ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｃｃｕｒｓ　ｗｉｔｈｉｎ　ａ　１０一ｍｅｔｅｒ　ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｚｏｎｅ　ｔＯ　ｔｈｅ　ｅｄｇｅ　ａｎｄ　ａ　ｓＤｉ—　ｒａｉ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｃｕｒｖｅ　ｃａｎ　ｈｅ　ｆｏｕｎｄ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｃｒｅｓｔ　ｔＯ　ｔｈｅ　ｔｏｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｌｏｐｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　Ｃｕｔ　Ｓｌｏｐｅｓ；Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｓ；Ｓｌｏｐｅ　Ｃｒｅｓｔｓ