边坡失稳风险范文（精选7篇）
边坡失稳风险 第1篇
HRHRS 公路岩崩灾害评级系统 (Wyllie 1987)
SSRS 边坡稳定性评级系统 (FHWA, 1989)
RHRS 岩崩灾害评级系统 (Pierson和Van Vickle, 1993)
RHRON 安大略岩崩灾害评级系统 (Franklin和Senior, 1997)
NPCSs 新优先分类系统 (Wong, 1998)
USMS 不稳定边坡管理系统 (Lowell和Morin, 2000)
USRS 不稳定边坡评级系统 (ODOT, 2001)
HiSIMS 公路滑坡失稳管理系统 (Miller, 2003)
MORFH-RS 密苏里州岩崩灾害评级系统 (Maerz和Youssef, 2004)
mRHRS 改进的岩崩灾害评级系统 (Budetta, 2004)
RHCMS 岩崩灾害分类及减灾系统 (Pierson等, 2005)
RCSA 岩石开挖稳定性评价 (Uribe Etxebarria等, 2005)
RHRM 俄亥俄州岩崩灾害评级矩阵 (Woodard和Shakoor, 2005)
LHRS 滑坡灾害评级系统 (Liang等, 2006)
UDOT-RHRS UDOT岩崩灾害评级系统 (Pack等, 2006)
TRHRS 田纳西州岩崩灾害评级系统 (Mauldon等, 2007)
RSRP 岩质边坡评级程序 (NYDOT, 2007)
CRHRS 科罗拉多州岩崩灾害评级系统 (Russell等, 2008)
0前言
沿高速公路边坡的不稳定, 不仅是对旅客的重大危险源, 而且还导致了维护成本过高和阻碍交通。在过去20年中, 已经提出了边坡失稳风险评估系统, 以确定人造斜坡失稳的高风险以及预防措施可以有效地优先实施。大家最熟知的系统是美国联邦公路管理局 (FHWA) 推荐的岩崩灾害评级系统 (Pierson和Van Vickle, 1993) 。
本文从提问的角度对这些系统做了一个综述, 说明了它们之间的主要区别和类似之处, 重点放在涉及的因素和总体结构。这些系统的可靠性也是一个重要的研究问题。应该提到的是文中使用的灾害、后果和风险的术语遵循国际地质科学联合会 (IUGS) 滑坡工作组的定义 (1997) 。
1定量滑坡风险分析
定量风险分析试图估计风险损失概率并评价这种概率来做出决策 (Modarres, 2006) 。“生命危险”[一年中暴露在危险中的人口死亡的概率P (D) ], 由于山体滑坡是每年涉及的一个或多个车辆死亡事故的概率 (Budetta, 2002) 。P (D) 是由每年的滑坡概率, 以及滑动发生时车辆在滑动路径上的空间分布, 滑动发生时车辆在滑动路径上的时间分布、造成一辆车上一个或多个驾乘人员死亡的概率的乘积 (修订自Morgan等, 1992) 。岩石和车辆之间的相互作用的三个结合点已经确定:①崩落的岩石对行进中的车辆的影响;②行进中的车辆对崩落岩石的影响;③崩落岩石对静止车辆的影响 (Bunce等, 1997) 。
该方法已被澳大利亚地质力学协会采用并制定澳大利亚国家滑坡风险管理框架。Bunce等人 (1997年) 和Budetta (2002) 采用同样的方法, 以评估沿99号公路 (泥岩开挖, 加拿大英属哥伦比亚省) 和那不勒斯-萨勒诺高速公路 (意大利南部) 沿线的滑坡风险。
虽然一般的定量风险分析在滑坡风险管理, 在公路沿线的风险评估的情况下, 是很受欢迎, 该方法具有以下主要缺点。
(1) 一些有关交通和山体滑坡的简化假设是必要的。例如, 假定均匀地分布在时间和空间, 与山体滑坡无关, 每辆车的车辆平均长度一致。
(2) 在其目前的形式, 它仅涉及损失的生命和财产损失。因此, 需要改进, 以考虑到由交通破坏等引起的社会、经济后果。
(3) 斜坡地质结构和条件被忽略。事实上, 对于计算的滑坡频率的计算, 它主要是根据历史数据、经验、意见和专家判断。历史数据是新建的很少。此外, 收集这些数据需要足够的时间。至少要等于失稳触发因素 (如地震, 降雨) 临界值的重现期。另一方面, 观测和工程评判带有主观性并且需要足够的经验。
(4) 根据相关的滑坡频率与触发因素 (如地震、降雨强度和测压管压力) 的实证研究方法也可用于在滑坡风险管理 (IUGS, 1997;Lee和Jones, 2004;AGS, 2007) 。然而, 对于较长的线性结构 (如公路) 而言, 因为它穿越了不同的地质、地形和土地利用类型, 因此这种定点方法似乎过于理想化。
(5) 最后, 如AGS (2007) , Budetta (2002) 和Bunce等应用的方法。是侧重于沿路段的风险而不是针对一个单独的边坡。这样就不能识别出具有潜在风险的边坡, 因此也就无法采取预防措施进行有效管理。
2定性滑坡风险分析
这种类型的分析可能是使用最广泛的, 因为它是简单而快速的执行 (Modarre, 2006) 。在其最简单的形式下, 定性滑坡风险分析包括获取灾害的知识、处于风险的元素及其脆弱性, 但是要定性地来表示这些知识, 一般是划分属性的等级 (IUGS滑坡工作组, 风险评价委员会, 1997) , 例如风险评级系统、风险评分方案和风险等级矩阵。这些一般在滑坡风险管理中发挥很大作用, 它们提供了不同地点风险的相对比较, 有助于在许多地方同时存在多种风险时确定后续行动的优先次序 (Fell等, 2005) 。
表1给出了一个现有的定性滑坡风险评估系统的名单。可以看出, 他们中的绝大多数已在美国国家运输部门开发。Bateman (2003) 进行了文献研究和电话调查, 以确定哪些危害等级系统是由美国运输机构的结论, 他们大多数要么通过或修改了落石的危险评级系统 (Pierson和Van Vickle, 1993) , 要么综合使用该系统与Wyllie’s (1987) 的系统。下文对这些系统的分析比较凸显了其中存在的严重不足和错误应用, 这将直接影响系统的可靠性。
现有的定性滑坡风险评估系统的一般概念和应用领域。
表1列出的所有系统使用的详细评价的概念, 以数字区分的风险, 在确定的地点。详细的评价, 包括其中的斜坡进行评估, 并取得多项因素。这些因素, 为简洁起见, 本文分为六个类别涉及到失稳的危险斜坡 (H) , 沟的成效 (D) , 失稳的后果 (C) , 失稳的震级 (M) , 康复费用 (R) 和高速公路类 (HW) 。在所有的因素不是每个系统都必须使用 (表1) 。
18个系统中的14个使用相同等级的概念, 以3为底的指数评分系统 (如3, 9, 27, 81或1, 3, 9, 27, 81) 。在这些系统中, 反映风险的总分是不同类别因素综合后得分的总和 (表1, 第五列) 。在RHRON和MORFH-RS系统中, 采用了不同的打分程序, 将失稳灾害的得分与后果的得分相加, 而不是相乘。此程序不符合风险的定义 (风险=危险×后果) 。值得注意的是, 在表1中的18个定性风险评估系统中, 只有NPCs (香港) 和RCSA (西班牙) 两个系统用失稳灾害的得分乘以后果的得分来计算风险。
此外, 考虑到指数的评分系统, Prierson和Van Vickle (1993) 声称更危险地点的区分是靠“分数的快速增长”来做出的。这只是部分正确, 因为在这些系统中, 对非常高风险的评级标准可能对应着低分值, 例如:
(1) 认为一个“15m”高的岩石边坡没什么问题, 但事实上, 根据坡度它可能会产生一个很长的落石运动距离 (见Pierson等人, 2001) 。
(2) “0.3m”或“0.6m”的岩石在人行道上没什么问题, 但事实上它可能成为严重交通意外的原因。
(3) 认为“13.2m”或者“10.8m”宽的道路没有问题, 但事实上不论路面总宽度是多少, 路面上的岩石都是一种潜在危险。
(4) 认为只有“中等”或“有限”的影响排水区没什么问题, 但事实上极有可能发生岩石滚落到路面上, 从而引发事故。
(5) 考虑到对旅客的实际危害水平, 认为岩质路堑经常或相当经常失稳 (评级标准分别是“经常失稳”和“偶尔失稳”) 没什么问题。笔者认为, 已经多次发生的路堑失稳 (评级标准为“长期滑落”) , 特别是最近一段时间内常常发生的话, 不应当再用任何风险评估程序进行评价, 已经有足够的现场经验可以证实其可能引发的后果, 因此, 实际的风险水平也是如此。
最后, 指出现有绝大多数系统都将重点放在公路沿线的岩质路堑上。NPCs和USMS系统也考虑过土质路堑和路堤, USRS、HiSIMS和LHRS系统只考虑岩质路堑和土质路堑 (表1) 。
注:R:岩质路堑, S:土质路堑, E:路堤, HS:人类安全, Tr:交通, r$:修复成本, s$:社会-经济成本;
1:fh, fd, fc, fm, fr和fhw分别是与失稳灾害 (h) 、边沟效果 (d) 、可能失稳后的后果 (c) 、估计的失稳规模 (m) 、修复成本 (r) 和公路等级 (hw) 相关的因素;
2:括号里面的下标 (比如m+h) 表示将上面提到了两类综合到一个因素里面;
3:利用了以3为底的指数评分系统 (例如3, 9, 27, 81或者1, 3, 9, 27, 81) 。
3失稳的危害
岩屑失稳总是与不连续面 (大尺度或小尺度的) 的存在有关。然而, 尽管倾角, 方向的重要作用, 条件不连续性, 在现有的定性滑坡风险评估系统一般不提供在这方面的足够的信息。在大多数情况下, 未指定的失稳类型 (见表2) , 或指定的地方, 岩体条件描述不足。另一方面Budetta (2004) 采用了岩体分类系统——SMR (Romana, 1991) , 在mRHRS框架中描述岩质边坡的条件。 Pantelidis (2009) 审慎回顾了现有的岩体分类系统 (包括SMR) , 并注意了一些错误做法和缺点。在涉及到土质边坡 (土质路堑和路堤) 的定性滑坡风险评估系统中, 只有NPCs在路堤中的应用区分了潜在的失稳类型。
最后, 虽然被普遍认为水是不稳定的重要触发因素, 即使在地震易发区 (Pantelidis, 2009a, B, C) , 与水相关的不稳定因素对现有定性系统的影响也很小 (通常<10%) 甚至被忽略了。
注:采用Varnes (1978) 滑坡分类;
1:在HRHRS, SSRS, USMS, USRS, HiSIMS, MORFH-RS, RCSA, RHRM, RSRP和UDOT-RHRS系统中, 对公路岩土工程失稳类型未作详细说明;
2:用到了与各因素相关的不连续面, 但是, 失稳类型不明显;
3:利用了SMR (Romana, 1991) 系统, 因此, mRHRS处理的是相同的失稳类型。
4失稳的后果
尽管滑坡移动距离对旅客和交通的后果的严重程度影响很大, 但边沟效果的原始的、定性的现场评价通常是基于工程判断和经验。此外, 大多数现有的系统评价对于任何类别的后果 (交通, 人类安全, 经济等) 都在同一基础上, 无论是作为一个后果因素还是作为几种后果因素的综合。其他系统只在意为人的安全。然而, 尽管公路岩土工程 (路堑和路堤) 的失稳不一定对旅客安全有影响 (如为司机提供足够的视线/停车距离) , 它可能会导致严重的不良社会-经济影响。
在现有的定性滑坡风险因素评估系统中, 反应视距 (PDSD) 、平均车辆风险 (AVR) 、平均日交通量 (ADT) 的百分比和道路宽度是目前最常用的后果因素。如Pierson和Van Vickle (1993) 定义的, 实际视距 (AASHTO, 2004) 是相对于反应视距的 (AASHTO, 2004) 。后者是设计长度 (因此是保守的) , 这是远远大于所需的停车视距 (AASHTO标准2004) 。水平的道路, DSD/SSD的比例在车速为120 km/h时为1.3, 在车速为50 km/h时为2.3。因此, 基于PDSD因素, 许多非危险场所, 似乎是危险。
一般认为在三种情况中:①落石对行进车辆的影响;②行进车辆对落石的影响;③以及落石对静止车辆的影响, 二是最有可能发生的 (Bunce等, 1997) 。因此, 在使用车辆平均风险 (见Pierson和Van Vickle, 1993) 在低估实际风险。最后, 至于道路宽度的因素, 一个宽阔的道路不一定是安全的道路 (例如由于不适宜的竖向定线而导致没有足够的视距) , 如前面提到的, 取决于斜坡几何 (高度和坡度) , 即使道路很宽, 也有可能封路。
5总结
在过去的20年, 人们对公路沿线滑坡风险管理的关注已经大大增加。定性和定量技术, 后者是最流行和易于使用的。该文件已提出现有的定性和定量滑坡风险评估系统中存在的一些不足、局限性和错误的假设。
这些系统的一个共同特点是缺乏对边坡地质地貌的认识, 同时气候条件对边坡稳定性作用的认识也非常有限。
在大多数情况下, 最终评级反映风险来源于灾害和后果因素综合得分的相加。这种做法是不符合风险的定义, 风险=危险或概率×后果。
在公路岩土工程失稳后果的定量分析中, 许多系统只考虑旅客的安全性, 而忽略潜在的社会-经济影响, 而其余的结合任何类别的后果, 以产生一个单一的风险得分。这可能导致风险的低估, 所以许多类别的后果不一定同样/同时严重。
摘要：文章综述了现今存在的高速公路边坡失稳风险评估系统, 说明了定性和定量系统中的主要缺点———缺乏对地质地貌重视的共性。此外, 气候条件 (最常见的滑坡触发因素) 的影响也被减小或忽略。据悉, 现有的风险评估系统只注重了一个类别的影响 (例如旅客的安全) 或是多个类别影响的简单加和, 这些都会导致低估结果类别的重要性。最后, 讨论了常用影响因素的实用性和稳定性。
岩土基坑边坡失稳原因研究 第2篇
随着我国社会经济的快速发展,建筑行业也取得巨大进步,高层建筑越来越多。高层建筑的增多极大的提高了人们的生活水平,但是过于密集的建筑以及复杂的地质条件致使岩土基坑施工面临着较大困难,边坡失稳便是其中之一。在进行施工设计时, 如何采用有效措施增强基坑边坡稳定性成为项目研究的重点。
1基坑边坡失稳现状分析
为对基坑边坡失稳情况进行准确了解,文章结合某工程实例,对基坑边坡失稳现状进行简单分析。 该工程为大型商住楼工程,地上20层,地下2层, 基坑开挖深度为4.8m,地表距地下水位2m。本工程于基坑东西两侧采用复合土钉墙形式支护方式, 南北段采用混凝土浇灌桩加锚钉支护方式。施工期间,在开挖东侧第5层坡土时,突遇大雨,雨水对坡面冲刷破坏严重且坡底出现积水。随后,施工人员发现第5层坡底存在出水点,施工场地西侧路面出现南北方向类分,且裂缝西侧路面出现明显下沉, 拉破围墙(见图1)。
事后通过分析原因发现,导致该工程基坑边坡失稳的原因主要有:(1)第1,2,3,4层边坡的实际坡度与施工设计要求不符合。(2)施工企业未覆盖第5层土体,致使土体遭到雨水直接冲刷。(3)未及时排出积水,致使坡地土层被浸泡软化。(4)坑外西侧正在使用的下水道使用时间过长,出现老化。(5)持续3天的降雨导致边坡失稳。通过对该工程的研究,可以发现造成岩土基坑边坡失稳的原因总结起来主要包括3个方面:施工原因、周围环境原因以及降雨等不可抗拒因素。
2基坑边坡失稳原因分析
2.1地质原因
造成基坑失稳的地质原因主要有:(1)地下水位过高,导致基坑边坡不稳;基坑边坡土质为砂性土,透水性强,基坑因地下水渗漏而出现软化,进而发生边坡滑动。(2)基坑土体承载能力不足,一旦开挖很容易因坡度过大而出现滑坡问题。(3)在施工过程中,场地附近出现地震等地质变化,进而导致边坡失稳。
2.2工程设计原因
众所周知,工程勘测设计是关乎工程施工质量及进度的重要环节之一,而因工程勘测设计失误而造成的基坑边坡失稳现象也屡见不鲜。具体如下:(1)忽略现场实地勘察。现场实际勘察是工程勘测设计的必要环节,然而部分工作人员由于工作责任心不强、工作态度不认真,而未到施工现场实际了解基坑地质情况及周围环境,进而致使设计的支护方案极不合理,存在较多边坡失稳风险。(2)数据参数不准确。开挖基坑时需要用到土层物理参数,而实际中部分设计方案提供的数据参数极不准确,导致基坑开挖边线偏离实际观测点,增加基坑失稳风险。(3)排水方案不合理。排水工程是基坑施主要内容,若设计人员或单位提供的排水方案不合理,则很容易导致施工出现地下水渗漏问题,引起边坡失稳。(4)计算方法错误。设计人员或者设计单位在设计挡土断面时,需要用到一系列计算方法。如果计算方法选择错误,那么其设计的挡土结构将不合理,进而影响边坡稳定性。(5)基坑整体安全性不足。设计基坑整体的稳定性、抗倾覆性较小,并且支护方案的实际支护刚度、强度不足,因而很容易引起边坡失稳。(6)止水帷幕设计不合理导致施工过程中出现管涌、流沙等现象,进而引发边坡失稳。
2.3施工原因
施工过程是直接影响施工质量的环节,并且施工过程中任何一个微小的失误都有可能造成边坡失稳问题。具体如下:(1)施工企业为严格按照施工方案开展施工,致使边坡失稳。(2)边坡支护效果不明显,并且随着边坡外侧的开挖,土体侧压力增加,导致挡土板失去平衡,造成边坡失稳。(3)未严格按照规定操作开挖处理位于松软土体中的基坑。(4)未严格按照施工设计进行排水及降水操作,导致排水、降水效果不良,基坑土地软化严重,基坑沉降,边坡发生失稳现象。(5)支护结构质量不符合相关工程质量评价标准, 以致施工中发生边坡失稳现象。另外,未按照施工规章进行操作、挖土方式不合理,对支护结构产生较大影响等原因同样会增加边坡失稳的发生率,从而影响施工进度与质量安全。
2.4工程监理原因
工程监理是控制建筑工程施工质量的主要手段之一,因此在场地地质、施工设计、施工质量等方面均无问题的前提下,监理工作水平不高同样会导致边坡出现失稳,影响施工质量。工程监理中的监测操作是最容易导致边坡失稳的因素,具体包括:检测装置陈旧,精度不高;监测点布置不合理;检测方法选择错误等几个方面。
另外,除以上4方面原因外,第一部分所提到的周围环境原因、不可抗拒原因等同样是引起边坡十分的重要因素。所以在研究基坑边坡失稳处置措施时需全面考虑所有可能造成失稳的原因。
3如何应对边坡支护失稳
通过分析边坡失稳原因发现,应对边坡失稳的原因主要包括预防以及补救2个方面。
3.1边坡失稳的预防措施
(1)做好施工方案设计。设计人员或单位在设计施工方案前,务必要对施工现场进行实际勘察、监测, 了解施工场地的地质情况、地理位置、自然环境、气候条件等,从而为方案设计提供准确的参考资料,确保方案的科学性。另外,在设计施工方案时,要选用正确的计算方案、测量标准等,确保方案的准确性。(2)施工人员应该具备高度负责的工作态度与敬业精神,设计人员应选择合理的勘测工作,确保勘测所得数据的精确性。同时,施工人员应采用高质量的锚杆,并对锚杆直径、长度、锚杆间间距等因素进行严格控制,进而提高整个支护结构的支护能力。(3)设计有效的排水降水方案。设计合理的止水帷幕方案,避免较高地下水位对基坑土体产生影响,而出现地面沉降问题,从而引起边坡失稳。
3.2失稳后的处置措施
以本文提出的基坑工程为例,在发生边坡失稳后,施工企业采取了以下补救措施。(1)增设两排长度为12.0m的管钉,以补强边坡土钉的抗拉能力,从而维持坡体的稳定性。(2)采用双液法坡顶灌浆,以防渗堵漏,避免滑坡再次发生。(3)对存在的裂缝进行注浆处理,避免地面水再次深入土层内。(4)采用人工挖孔方式,沿南北方向增加3口降水井。
4结语
基坑边坡失稳对邻近桩基的影响分析 第3篇
1基坑边坡失稳对邻近桩基的影响
通过以上叙述可以知道, 基坑边坡失稳对于邻近桩基具有较大的影响, 为了进一步对其中的影响因素和影响程度进行了解, 需要以实际的案例来进行具体的分析, 通过具体的数据来对其影响程度进行了解。
1.1工程概况
此项工程主要包含有两栋建筑物, 在这里将这两栋建筑物设为A座和B座, 这两座建筑物的整体结构和高度比较相似, 其建筑结构都为砖混结构, 建筑楼层为五层, 但是对于两座建筑的桩基来说, 其制作方式和种类具有一定程度的差异, 其中A座建筑物桩基的制作, 采用的沉管灌注单打的方式来进行的, 而B座建筑桩基的制作, 采用的主要方式主要为复打, 对于两座建筑物的桩基长度和直径来说, 其具体的长度范围为15m到18m之间, 桩基的直径为425mm。为了进一步对桩基的影响因素进行相关的分析, 在进行施工之前, 需要对施工现场的地形土质进行考察并且对其进行相关的分析, 根据分析的结果, 可以得出相关的地质土质的参数, 这些参数主要表现在以下几个方面:施工现场的土质主要可以分为素填土、黏土和淤泥质粉黏土等, 其中土层的厚度主分别为3m、3m、15m, 另外, 这三种土质的重度大概保持一致, 其压缩模量分别为3.85Mpa、4.65Mpa、3.31Mpa。
1.2对基坑边坡失稳对邻近桩基的影响进行分析
通过以上对工程概况的叙述, 加上对施工现场的具体考察, 可以发现在进行基坑开挖的过程中, 会发生相应的基坑边坡失稳现象, 其中, 基坑边坡失稳对邻近桩基的影响, 主要体现在建筑桩基的偏移下, 在基坑边坡失稳的状态下, 由于相关土质和土体应力的情况下, 建筑物的桩基会随着土体的滑移, 发生一定程度的横移, 在这样的情况下, 会影响建筑施工的整体效率和进度。接下来, 可以对两座建筑物桩基的横移程度进行相应的测量和分析, 并且对其结果进行记录, 通过测量的结果可以看出, A座建筑物桩基的横移程度和面积较大, 其中的最大横移量为5m, 在所有横移桩基的统计计算当中, 平均的横移量为3.5m, 而相对于B座建筑物来说, 只有部分的桩基发生了范围较小的横移, , 并且发生横移的桩基大部分集中于建筑物的中间部分, 建筑物两侧的桩基则没有发生明显的横移现象。在对基坑边坡失稳对邻近桩基的影响进行分析的过程中, 同样对两座建筑物离所挖基坑之间的距离进行了测量和分析, 其中A座建筑离所挖基坑的最近距离为5m, 而B座建筑离所挖基坑之间的最近距离为20m, 除了对建筑与所挖基坑之间的距离进行测量之外, 相关工作人员还对两座建筑中桩基的数量和类型进行了相关的分析, 通过分析计算的结果可以发现, 在A座建筑物中, 所使用的第一类桩基数量为45根, 所使用的第二类桩基数量为100根, 第三类桩基的使用数量为30根, 而在B座建筑物中, 对应所使用桩基的数量分别为150根、50根、15根, 最后可以对两座建筑物桩基的损坏程度进行统计, 经过统计可以发现, A座建筑物桩基的损坏程度最为严重。通过上述的分析和统计可以发现, 土质种类、建筑工程离所挖基坑的距离、桩基的安装形式、所使用桩基的数量和种类, 都会影响基坑边坡失稳状态下, 对邻近建筑桩基的损坏程度。
2对基坑边坡的稳定性进行分析
通过上述的分析可以知道, 基坑边坡的稳定性对邻近建筑桩基的整体使用效果有着较大的影响, 同时也会对建筑物的稳定性和施工效率造成一定的影响, 所以说, 对基坑边坡的稳定性进行分析是非常有必要的。
根据上述的工程概况可以知道, 此次建筑施工施工现场的土质为软土, 在这样的情况下, 可以采用有限元强度折减法来对其进行相应的分析, 在研究的过程中, 由于软土地域的特性, 在进行基坑开挖的过程中, 会因为各种因素发生相应的塑形变化, 导致出现边坡失稳情况的几率较大, 所以, 在对基坑边坡稳定性的分析过程中, 需要根据施工的具体情况和基坑开挖的方式, 来进行具体的分析。一般情况下, 基坑开挖的方式包括以下几种方式:首先是在基坑开挖的过程中没有相应的支撑, 并且边坡没有土方堆积, 在这样的情况下, 由于在建筑施工的过程中, 施工现场的地质情况较为复杂, 在其中的土层中, 可能存在有一些土质较为松软的土层, 所以说在基坑开挖的过程中, 基坑会比较容易发生滑动的现象, 一般情况下, 滑动的部位大部分为深层土层的滑动, 带动基坑边坡进行滑动, 这种土层的滑动也会带动邻近建筑的桩基一起进行滑动, 从而对建筑桩基造成一定的破坏;另外一种是在基坑开挖的过程中, 存在有支撑设施, 并且自基坑的边缘存在有数量较少的土方, 在这样的情况下, 基坑的边坡已经被破坏, 基坑边坡失稳对邻近建筑桩基造成的影响, 一般是由于深层土层滑动引起的;最后一种情况是在基坑开挖的过程中, 缺少相应的支撑设施, 并且在基坑的边坡上堆积有较多的土方, 在这样的情况下, 施工的安全系数较低, 对邻近建筑桩基的破坏程度也就越大, 基坑边坡的滑动不仅有深层土层的滑动, 同时也包括有浅层土层的滑动。从上述的分析结果中可以看出, 在基坑开挖的过程中, 如果其中缺少相应的支护设施, 基坑边坡土方堆积的数量会影响边坡移动对邻近桩基的破坏程度。
3结束语
在目前的建筑工程中, 对软土地域中进行基坑开挖的过程中, 需要结合建筑施工的实际情况, 对土质的具体参数进行考察分析, 以此来保证所挖基坑的边坡不会发生相应的滑动现象, 从而保证建筑桩基的整体稳定性, 另外, 通过对基坑边坡稳定性的分析, 可以对桩基破化程度的影响因素进行把握, 在基坑开挖的过程中, 应该使用相应的支撑设置, 以此来保证基坑边坡的整体稳定性。
参考文献
[1]吴开辉.基坑边坡失稳对邻近桩基的影响分析[J].福建建设科技, 2015 (01) :1-4.
[2]杨坤.基坑边坡失稳对邻近建筑物的影响分析[J].城市建设理论研究 (电子版) , 2015, 5 (14) .
边坡失稳风险 第4篇
本文根据某工程案例, 对基坑边坡失稳对临近建筑物的影响进行检测分析, 为工程后期建设提供借鉴。
1 工程概况及现场调查情况
某建筑物位于该小区东南端, 该楼地面以上为6层, 地面以下为半层地下室, 砖混结构, 主体工程竣工后在该楼南侧1、2单元之间建一钢筋混凝土箱形蓄水池, 蓄水池北侧墙距36#楼南阳台为8.5m。在蓄水池基坑开挖过程中, 曾遭受到多次降雨, 使得基坑北侧边坡出现滑坡和坍塌。
1.1 基坑开挖设计
根据勘察资料以及蓄水池施工组织说明, 蓄水池基坑开挖最大深度为6.0m左右, 基坑边坡控制在1:0.5左右。开挖后基坑形状为:基坑底部轴线长 (东西向) 23.4m, 宽 (南北) 为14.6m, 基坑顶部东西长29.4m, 南北长20.6m, 施工单位仅在靠近楼基坑北侧边坡用Ф50钢管伸入土层1.0~1.5m作为支撑, 用竹笆进行简单支护, 滑坡发生后采用混凝土护面、抽排降雨和洪水流入基坑内水、砂袋挡拦等措施。基坑开挖和边坡滑坡坍塌过程中, 监理和施工单位对36#楼作了沉降观测工作。
1.2 基坑坍塌过程
根据建设单位、施工单位、监理单位提供的资料, 该蓄水池基坑开挖过程、基坑北侧边坡多次坍塌过程及处理根据现场调查, 7月21日至27日持续数天降雨, 从7月25日开始从基坑北侧东段出现部分滑坡现象, 7月27日小雨东段出现坍塌现象;7月29日~30日降雨, 边坡明显坍塌, 东段坍塌很严重, 支护基本挤压下移;8月17日暴雨, 西段边坡也出现大面积坍塌, 滑坡裂缝范围已经涉及到楼南阳台。从现场滑塌过程可知, 每一次滑坡或坍塌均与降雨有关, 首先从东段 (靠近排洪沟) 开始, 然后延伸到西段。另从边坡滑坡和坍塌过程中可知, 第一次较轻, 滑体较少, 逐次坍塌范围越来越大, 而且愈严重, 属于边坡多次滑动类型。经统计基坑边坡受到三次较强降雨或连续降雨侵袭, 实际观测该基坑边坡累积产生三次较大滑坡。基坑现状如图1、图2。
2 区域工程地质条件
经勘探揭露, 在钻孔所达深度范围内的土体主要为第四系全新统人工填土、上更新统粘性土, 寒武系上统凤山组石灰岩, 共分为六层:
第 (1) 层:填土 (Q4ml) , 层厚0.30~2.90m, 层顶埋深0.00~0.00m, 层底高程-0.50~17.30m, 浅黄色, 松散, 湿, 含植物根, 碎石, 土质不均匀, 工程特性差, 应挖除。
第 (2) 层:粘土混粉质粘土 (Q3dl) , 层厚1.40~1.80m, 层顶埋深1.00~1.50m, 层底高程0.03~0.87m, 棕黄色, 硬塑, 湿, 混粉质粘土, 干强度高, 高韧性, 摇振反应无, 切面光滑, 含铁锰结核, 局部夹风化岩碎屑, 透镜状分布, 压缩模量Es1-2平均值为7.40MPa, 中等压缩性, 分布不均匀, 层位较稳定, 工程特性好。
第 (3) 层:粘土混粉质粘土 (Q3dl) , 层厚0.40~9.00m, 层顶埋深0.30~2.90m, 层底高程-7.33~16.90m, 棕黄色, 硬塑~坚硬, 湿, 混粉质粘土, 干强度高, 高韧性, 摇振反应无, 切面光滑, 含较多铁锰结核, 钙质结核, 局部夹风化岩碎屑和砾石。压缩模量Es1-2平均值为9.60MPa, 中低等压缩性, 分布较均匀, 工程特性好。
第 (4) 层:粉质粘土混粘土 (Q3dl) , 层厚0.80~8.30m, 层顶埋深3.70~9.50m, 层底高程-11.69~2.35m, 暗红色, 坚硬, 干强度高, 高韧性, 摇振反应无, 切面光滑, 含铁锰结核, 钙质结核, 偶见粉土。本层94#孔厚度较大, 未揭穿。压缩模量Es1-2平均值为11.70MPa, 中低等压缩性, 分布不均匀, 层位较稳定, 工程特性好。
第 (5) 层:粘土混粉质粘土 (Q3dl) , 层厚0.30~2.70m, 层顶埋深3.10~12.00m, 层底高程-13.23~6.32m, 棕黄色, 可塑, 干强度高, 中等韧性, 摇振反应无, 切面光滑, 含风化碎末和砾石, 透镜状分布。压缩模量Es1-2平均值为7.80MPa, 中等压缩性, 分布不均匀, 层位不稳定, 工程特性一般。
第 (6) 层:中风化石灰岩 (∈3f) , 本层未揭穿, 最大控制厚度为6.90m, 层顶埋深1.10~14.70m, 青灰, 灰白色, 中分化, 层状结构, 裂隙发育, 岩石饱和单轴抗压强度大于30MPa, 硬度为较硬岩~坚硬岩, 完整程度属于较完整, 岩石基本质量等级为Ⅲ级。
3 滑塌区受影响楼主体结构工程质量检测
3.1 外观及裂缝检查
经对1、2两个单元主体结构检查, 仅在1单元28-28’轴南部东侧混凝土柱底部发现一条水平向裂纹;检查中发现1~2单元之间南侧因基坑边坡坍塌造成土体向下沉滑移现象;由于土体滑移, 使这部分后浇楼梯结构损坏。
3.2 28-28’轴混凝土柱裂纹检测
针对28-28’轴南部东侧混凝土柱底端裂缝进一步检测。携带超声波探测仪和测缝仪等仪器, 开展对该缝深度、缝宽等方面进行检测。
进行现场检测准备工作, 当剥除饰面砖时, 发现裂缝开展部位有砂浆找平层, 并且空鼓, 将砂浆层剥除后, 发现该柱这部分砂浆粉刷层较厚。经检测裂缝部位的找平层厚度为30-35mm, 该找平层分两次粉刷, 第一遍厚度约为20mm, 第二遍厚度约为15mm。经检测, 构件混凝土浇筑面无裂缝。
粉刷层砂浆出现裂缝的原因一般比较复杂, 外界条件、施工水平、材料性质都是引起裂缝的因素。上述部位找平层裂缝形成原因可能为:构件表面未处理干净、施工时混凝土表面较干燥、立模偏差, 使局部粉刷层较厚等。建议将该部位粉刷层剥除, 按规范要求重新进行粉刷层施工, 每遍厚度:水泥砂浆以5~7mm为宜、混合砂浆以7~9mm为宜。
4 基坑边坡稳定分析计算
基坑边坡稳定系指基坑周围土体稳定性, 即不发生或小范围发生土体滑动破坏, 不能因滑动破坏影响周围环境。该蓄水池基坑设计为无支护土质边坡, 由于基坑北侧存在较厚回填土层, 大气降雨后易入渗该土层, 同时在水流侵蚀作用下, 使得这部分土体强度降低, 造成基坑北侧边坡土体失稳滑塌。为了计算基坑边坡滑塌后是否对楼产生影响, 需对基坑边坡稳定计算, 确定滑裂面的位置。
4.1 计算工况及计算断面
对照基坑边坡坍塌过程及现状, 考虑到现行相关规范要求及该基坑无地下水等情况, 本次计算工况分别有:正常开挖期、降雨期和多次降雨期三种工况。
4.2 计算参数
由于基坑开挖后无地下水出现, 在基坑边坡稳定计算中, 当考虑降雨工况时, 为模拟降雨对基坑渗流影响, 本次计算设上游水位位于基坑顶部, 下游水位设基坑底部。计算中设定浸润线, 浸润线以上为湿重度, 浸润线与水位之间为饱和重度, 水位以下为浮重度。
从现场基坑边坡坍塌形态和楼与基坑距离分析, 楼基底附加应力不构成对基坑边坡稳定产生影响, 因而基坑边坡稳定计算中, 未考虑其荷载影响, 同时也未考虑南侧坡顶堆土影响。根据“GB50330-2002”中第4.15中规定:“不同土质、不同工况下, 土的抗剪强度是不同的。所以土的抗剪强度指标应根据土质条件和工程实际情况确定。如土坡处于稳定状态, 土的抗剪强度应用指标可适当折减;若已经产生滑动则应采用残余抗剪强度;若土坡处于饱和状态, 则应用饱和状态下抗剪强度指标。”
4.3 基坑边坡稳定计算结果
在基坑边坡稳定计算中, 水平向和竖向相对在基坑边坡稳定计算中, 坐标分别设有:水平向“零”点设基坑边坡坡脚;竖向设基坑底部为“零”点, 具体见基坑边坡稳定计算相关图中设定。
1) 基坑正常开挖工况 (非饱和状态)
本次计算分析基坑边坡正常开挖时不考虑降雨影响, 即非饱和状态, 主要结果列于表1中。
从表1中可知, 非饱和状态下两种方法计算得到最小稳定安全系数远大于1.0以上, 说明南、北侧基坑边坡不仅呈稳定状态, 并且远满足规范要求。
另从表1中可知, 由于基坑北侧圆弧滑动和折线滑动, 边坡安全系数较为接近, 表1中滑弧位置以圆弧滑动确定, 并且也较符合基坑边坡坍塌实际情况, 以下滑弧位置确定同上。
2) 降雨工况
计算工况选为一次降雨情况下, 分别计算饱和状态和滑动状态基坑北侧边坡稳定安全系数, 基坑南侧仅计算饱和状态下边坡稳定, 计算结果见表2。
从表2中可知, 降雨后当土体呈饱和状态时, 基坑南侧和北侧边坡基本均处于稳定状态, 同时基坑边坡稳定安全系数远大于规范要求;当取滑动状态时基坑北侧边坡则不稳定, 但滑动面位置较浅, 属浅层滑动。
3) 多次降雨工况
从该基坑边坡施工过程中了解到, 共有三次典型降雨, 基坑北侧边坡曾经也造成二到三次较大规模的滑坡。为了模拟多次滑坡情况, 本次计算中考虑三次滑坡情况下, 确定滑裂面形态及位置。三次滑坡各阶段边坡稳定计算主要结果列于表3中。
从表3中可知, 基坑边坡后一次滑坡较前一次滑弧后缘位置水平距离由小到大, 但深度无变化;基坑边坡每一次滑坡前缘滑弧位置变化较小;从第三次滑弧位置判断仍属浅层滑动, 该基坑滑裂面特点为水平向较长, 但深度浅。
4.4 基坑边坡坍塌形成的滑裂面对楼地基与基础影响
现场检查可知, 基坑坍塌滑坡体后缘接近楼南侧, 滑动土体伴随着下沉和向下移动, 为了分析基坑边坡滑动后对楼J1、J8基础和墙体是否存在影响, 从基坑边坡坍塌后其滑裂面开展范围分析, 经对基坑边坡滑动状态下多次滑动进行稳定计算, 将滑裂面与建筑物相对位置列于表4中。
从表4中分析, 滑裂面均在J1和J8基础顶面以上通过;从3-3断面计算结果可知, 滑体后缘距1单元J1混凝土柱水平距离为0.3m, 现场实际坍塌最大位置后缘已在J1附近, 计算结果略为偏小, 但其它断面计算结果与实际滑体后缘位置很接近;从滑体前缘位置可知, 前缘深度距基坑底部仍有4.0m左右距离;经对计算结果与实际基坑边坡坍塌坡面形状比较, 4-4计算断面与4’-4’实际断面滑体表面形态比较吻合;由于3’-3’滑体表面有下沉和向下滑移现象, 因而计算和实际断面坡面形态有一定差异, 但不影响总体计算结果。另从中分析认为, 在滑塌区范围内楼基础部分侧压力和上覆盖压力均有所减少, 但回填后并经加固处理可恢复原有状态。
5 结语
通过现场检测, 蓄水池基坑开挖时受到多次降雨雨水浸蚀作用, 致使蓄水池基坑北侧边坡坍塌较为严重, 滑坡体后缘位置在楼南阳台附近。基坑北侧边坡坍塌, 致使楼南侧东单元后浇楼梯损毁。经现场检查和检测, 楼主体结构未因基坑坍塌而受到损害。经对基坑边坡各工况下稳定计算, 在最不利组合工况下, 其滑裂面在楼基础以上, 因而没有对楼基础以下地基形成扰动。
参考文献
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边坡失稳风险 第5篇
关键词：边坡支护,石灰岩,演化过程,失稳机理,框格梁,植被护坡
0 引言
随着国家西部大开发战略的逐步开展, 诸多高等级公路项目付诸实施。中国西部地形起伏, 多为山岭重丘区, 因此衍生了大量路基边坡。在公路建设和后期养护过程中, 加强对边坡的加固, 保证边坡的稳定性, 对公路建设成本和运营安全尤为重要[1]。既有研究较多的关注于边坡支护方法和边坡稳定性分析等施工技术和力学问题方面[2~5], 对表生环境下路基边坡演化过程和失稳机理的研究报道较少。从地质学的角度分析边坡生成与演化过程, 有助于从更深层次上了解边坡失稳机理, 探寻与之相适应的边坡加固技术, 提高边坡支护效益。
在我国西南地区, 石灰岩在地表广泛分布, 在道路工程建设中, 这些岩层往往成为路基边坡, 由于其易于风化, 对道路工程建设和运营带来很大的安全隐患。本文根据昆明市呈贡区某石灰岩边坡失稳破坏特征并结合边坡附近采石场剖面特征, 分析了该边坡的演化过程及失稳机理。
1 边坡演化过程分析
1.1 场区工程地质背景
该路基边坡位于昆明市呈贡区吴家营某小区背后, 为典型的石灰岩边坡。为了解边坡结构特征, 对其东北方向距该边坡1km左右的同一岩层采石场剖面进行了调查, 该路基边坡附近地质情况如图1所示。
场区地层岩性复杂, 从新到老分别出露如下地层:第四系江、湖混合相沉积层 (Qall) , 上三叠—下侏罗统泥岩、泥质砂岩、砂岩 (T3-J1) , 二叠系下统栖霞组—茅口组灰岩 (P1q+m) , 二叠系下统倒石头组铝土岩、页岩、砂岩 (P1d) , 石炭系中—上统灰岩 (C2-3) , 石炭系下统角砾状灰岩、砂岩 (C1d) , 泥盆系中—上统白云质灰岩 (D2-3) , 寒武系下统筇竹寺组页岩、砂岩 (1q) , 震旦系上统灯影组硅质岩、白云质灰岩、白云岩 (Zbdn) 等。采石场位于图示场地的中部, 为二叠系下统栖霞组—茅口组灰岩 (P1q+m) , 呈“半环形矛头状”出露, 走向北北东, 环外东西两侧均为峨眉山玄武岩 (P2β) , 环内为第三系冲洪积层 (N) 。结合地层分布情况以及地层地质年代可知, 图中虚线所示AB剖面 (见图1 (a) 及图1 (b) A-B剖面示意图) 为复背斜构造。路基边坡、采石场剖面为同一岩层, 因性质不明断层 (见图1 (a) 中粗线) 的影响, 使得边坡岩层走向 (北东东) 发生了变化, 但是根据岩层分布形态, 本文认为路基边坡岩层为采石场岩层的延续, 断层的存在不影响边坡基本结构, 采石场边坡剖面是可以借鉴的。
1.2 剖面结构特征
如图2所示, 采石场剖面呈现石灰岩基岩上覆红土的典型“岩土二元体”宏观结构形态。红土覆盖层厚度不均, 局部无覆盖, 以致石灰岩基岩裸露, 岩土体分界线呈“锯齿状”, 如图2 (a) 所示。石灰岩岩层裂隙发育, 结构破碎, 图2 (b) 所示剖面显示, 主要存在两组结构面 (虚线和点线) , 与水平面成大角度分布。结合地层分布及地质构造特征, 虚线所示结构面应为岩层层面, 点线所示结构面与层面近似垂直, 应为岩层褶皱过程中伴生的张拉裂隙。岩体结构面面壁 (图2 (a) 所示) 风化强烈, 直观上看强度较低, 结构面岩石破碎并充填红粘土。在其他结构面面壁 (图中未列出) 调查中可见溶蚀孔洞和钙华, 表明该场地岩石结构尤其结构面经历了强烈的溶蚀作用。
低纬度气候湿润区岩石与侵蚀性地下水接触而发生化学风化, 造成岩体质量劣化。相对于硅酸盐岩, 碳酸盐岩风化作用类型单一, 文中石灰岩化学风化主要以方解石矿物溶解为主。降水入渗转化为地下水过程中, 溶解部分CO2及SO2使得地下水溶液呈弱酸性, 从而发生较为常见的Ca CO3溶解化学反应。国外学者如Wevl P.K. (1958) 、Robert A.Berner. (1967) 、John W.Morse. (1978) 等较早就对碳酸盐岩溶解特性开展了相关研究, Buhmann[6,7]开展了开放系统和封闭系统下Ca CO3的溶解实验研究, 并得出开放系统中Ca CO3的溶解速率为16×10-4mmol/cm3, 封闭系统中Ca CO3的溶解速率为 (4.1~6.4) ×10-4mmol/cm3。Sabbides[8]进行了泥晶灰岩在蒸馏水中的溶解实验, 得出了Ca2+在不同温度下的溶解速率。
岩体结构面作为地下水的主要运营通道而优先风化, 地下水溶蚀淋滤作用使得结构面面壁一定厚度内岩石孔隙发育、结构疏松。基于比表面积越大, 溶蚀速率越大这一观点[9~12], 结构面面壁溶蚀速度加大, 造成岩体裂隙开度增大并最终向粘土矿物演化。对于石灰岩上覆红土的形成机制, 诸多学者已经进行了相关的研究, 并且形成了诸多观点不同的学说。徐则民等[13]对红土形成机制的研究成果进行了系统的总结并倾向于溶蚀—残积学说。这里对红土层形成机理不做讨论, 只作为边坡演化的一个阶段。
综上所述, 该石灰岩边坡演化过程如下 (如图3所示) :岩层经历构造运动并伴生张拉裂隙形成主结构面, 结构面在水的作用下垂向不均匀溶蚀造成裂隙拓展并形成“锯齿状”形态, 粘土矿物残留形成红层覆盖, 最终呈现典型的“岩土二元体”结构形态。
2 边坡失稳机理分析
2.1 工程概况及失稳特征
2013年8月28日对该挖方边坡进行了详细调查, 如图4所示。边坡呈典型“岩土二元体”结构形态, 石灰岩基岩局部裸露。边坡为台阶式挖方边坡, 前缘采用重力式挡土墙支护, 墙高1.8m, 墙顶为第一台阶, 宽3.0m, 在其内侧设置截水沟。第一级边坡高度8.0m, 坡度1∶1.25, 坡脚处采用浆砌片石护坡, 高度1.2m, 上部采用框格梁护坡, 竖梁宽度80cm, 厚度30cm, 横梁采用弧形, 尺寸与竖梁相仿, 竖梁净距4m, 横梁净距3m;坡顶上部为第二级台阶, 宽度为1.2m, 其内侧设置截水沟, 第二级边坡高度6~8m, 坡度1∶1, 仅对坡面进行整理未采取其他支护措施。
边坡失稳主要发生于第一级边坡红层覆盖区域, 为局部失稳, 以红层沿某破裂面整体下移并造成框格结构体开裂或破碎为特征 (见图4 (b) ) , 这种失稳方式在附近同岩层同支护类型的路基边坡中较为常见。滑动面通过坡顶和坡脚浆砌片石支护上缘, 滑体后缘滑动面近似垂直, 高度1m左右, 应该为边坡后缘拉裂所致;基岩裸露区域未见明显滑动现象, 主要以框格结构体变形开裂为主 (如图5所示) 。边坡其他区域虽未见明显破碎特征, 但已发生明显变形, 第一级边坡基岩裸露区后缘以及第二级边坡坡脚处均出现明显的拉裂缝, 裂缝宽度最大约20cm, 表明边坡有进一步失稳的可能。
2.2 失稳机理分析
2.2.1 框格圬工结构体对边坡稳定性的影响
如图5所示, 基岩裸露区域框格梁发生变形并开裂破碎。框格梁作为刚性结构体, 当其下部岩土体蠕动变形积累显现, 框格梁变形无法协调且强度不足时, 容易发生开裂, 徐则民等[1]研究认为, 框格支护对于稳定性较差的边坡是不适宜的。因此, 就本文边坡来看, 由于开裂破坏, 框格梁圬工结构体对边坡稳定性的作用是有限的或者并没有发挥其应有的作用。
2.2.2 植被对边坡稳定性的影响
植被与边坡稳定性的关系是辩证的、复杂的。植被通过根系加筋土效应、蒸腾作用对边坡水土保持以及稳定性具有重要意义;但是植被根系促进大孔隙发育, 改善地下水入渗条件, 根系呼吸、微生物代谢以及枯叶根系腐蚀过程会加重土体酸性, 促进各种水岩作用进行, 因此植被对深层滑坡孕育贡献是显著的[14]。
就本文路基边坡而言, 植被为地下水入渗和酸根离子浓度的增高提供了便利条件, 使得边坡基岩接触侵蚀性地下水溶液的概率大大提高, 促进了边坡演化加速并造成边坡岩体进一步劣化。从力学机理上看, 植被对边坡稳定性的贡献主要表现为对边坡土体物理力学指标的深刻影响。表1给出了实验室人工边坡在有、无植被 (人工植草) 情况下, 人工模拟降水前后土层不同深度的物理力学指标。表1数据显示:实施人工降水之前, 有植被边坡相对裸坡 (无植被边坡) 土层粘聚力增大了29.7%, 说明植被根系加筋土效应比较显著;人工降水后, 植被护坡不同深度土层含水率、容重增加值明显高于裸坡, 表明植被具有降水截留和改善土层降水入渗条件的功能。对土层力学参数c、φ而言, 降水入渗后, 有植被护坡的土体摩擦角衰减更为显著, 土体粘聚力表层虽然降幅较小, 但深层土体粘聚力衰减明显。上述结果表明, 植被对表层土体的机械剥蚀具有减缓作用, 而对边坡以风化为历程的演化进程具有加速和促进作用[15], 总体上, 可以认为植被对边坡稳定性是不利的。
2.2.3 降水对边坡稳定性的影响
当边坡出现后缘拉裂缝, 假设滑动面为平面时, 其计算简图如图6所示。
土体自重:
后缘拉裂缝静水压力:
抗滑力R和下滑力F分别为:
把 (1) 、 (2) 代入整理, 边坡稳定系数K为:
上式表明, 边坡后缘拉裂缝静水压力的存在造成边坡抗滑力降低和下滑力的增大, 对边坡稳定极为不利。结合前文所述, 降水应该是该边坡失稳的诱发因素。后期对该边坡的调查也验证了此观点。2013年12月中旬, 昆明地区出现较强降水后, 该边坡失稳进一步加剧。
红粘土工程性质复杂, 具有明显的区域性, 一般呈现出较高的强度和较低的压缩性, 固结快剪内摩擦角一般φ在8~18°, 粘聚力c在40~90k Pa之间[17]。所以在无降水条件下, 红土覆盖层稳定性应该是比较高的。
综上所述, 该边坡失稳机理应该为:边坡蠕动变形造成框格梁圬工结构体开裂, 丧失了护坡作用, 植被促进了边坡演化进程且不利于边坡稳定, 降水入渗使得边坡土体物理力学参数强度降低, 不利于边坡稳定并诱发了边坡失稳。
3 讨论
边坡主要演化进程为石灰岩的溶蚀, 其实质为方解石矿物的溶解。植被改善了土体中水的入渗条件, 提高了地下水的侵蚀性, 从而加速了石灰岩的溶蚀进程, 促进边坡进一步劣化, 所以从长期效益来看, 植被护坡对石灰岩边坡是不利的。云南楚大高速红层分布区大量采用框格梁植被护坡, 但经历多个雨季后破坏严重, 不仅丧失了其景观效果, 而且加大了其维护成本[1]。
根据边坡演化过程和失稳机理, 防水是该边坡的首要任务。防水措施不仅可以减缓因地下水造成的边坡表生演化, 而且通过阻止地下水入渗提高边坡在降水条件下的安全性。在加强边坡区域排水构造措施的基础上, 对于基岩裸露区域, 可以采用勾缝、抹面、喷浆等方式对坡面进行封闭;对于红层覆盖区, 建议采用全坡面浆砌石或护面墙护坡。成渝高速公路红层区段, 由于采用了浆砌石护坡或护面墙隔绝降水, 很少发生边坡失稳灾害[18]。
4 结论
(1) 通过对采石场剖面特征进行分析研究, 认为该石灰岩边坡演化包括构造控制边坡裂隙发育、石灰岩的溶蚀和红土覆盖层的形成三个过程。
(2) 边坡失稳机理分析表明, 由于框格梁圬工结构体变形开裂, 其对边坡的支护作用是有限的甚至完全丧失;植被对石灰岩演化具有促进作用, 对边坡稳定性是不利的;降水不利于边坡稳定并且是该边坡失稳的诱发因素。
边坡失稳风险 第6篇
1 膨胀土边坡失稳分析
1.1 风化作用的影响
膨胀土路堑边坡开挖成型后,由于日晒风干作用,坡面表层水分蒸发,膨胀土失水干缩开裂,整个坡面满布长短不一的大小裂纹,随时间不断扩展而逐步形成较大的纵贯坡面的竖向裂缝。表层出现碎裂、剥落和泥化。大气环境对坡体水分的蒸发作用随土层的厚度增加而减弱,达到某一深度D0后,土中的湿度保持均衡状态,不再受坡体外湿度变化的影响。一般称D0这一深度为大气影响深度。以上提到的裂隙为次生裂隙的一种即风化裂隙,除此还有原生裂隙和卸荷裂隙,不同成因和产状的裂隙将膨胀土切割成具有特定形态的若干块体,这些裂隙有的互相连接,在土体内部构成软弱结构面。
1.2 降雨对边坡稳定性的影响
1)边坡表层的膨胀土一般暴露于大气之中,通常处于非饱和状态,这时的膨胀土强度很大一部分来自于基质吸力(ua-uw)贡献,基质吸力大小主要受土体含水量、饱和度控制,土体含水量越高,饱和度越大,吸力就越小,饱和状态吸力为0。当降雨雨水入渗进入边坡土体,土体含水量迅速提高,饱和度变大,导致基质吸力降低甚至消失,粘聚力和内摩擦角也随着土体干密度降低(反复胀缩循环引起的)而降低,从而在整体上降低了土体的抗剪强度。
2)由于风化等作用产生的边坡内交织的裂隙网为降雨提供方便的入渗路径,顺着这些裂隙雨水很快到达土体软弱结构面和潜在滑动面,降低了滑动面的抗剪强度。
3)雨水的入渗使土体湿密度增加。
4)土体水分的增加导致土体膨胀,一旦膨胀受到侧向的土体约束时,就会产生对边坡土体的膨胀力,降低了边坡的稳定性。
1.3 非饱和膨胀土抗剪强度理论
非饱和土是由土、水、空气三相体构成的,由于水—气界面上自由能的存在,使得土体中产生负孔隙水压力uw,其抗剪强度计算公式变得十分复杂;到目前为止,非饱和土的抗剪强度公式已有多种形式。其中以Fredlund公式最具代表性,它以两个独立的应力状态变量σn-ua和ua-uw表达抗剪强度公式。
τf=c′+(σn-ua)tanφ′+(ua-uw)tanφb (1)
式中引入了一个参数φb作为吸力的内摩擦角,利用式(1)可以分析边坡土体随气候作用的强度变化过程。当土体由于水分入渗而接近饱和时,孔隙水压力uw接近孔隙气压力ua,吸力ua-uw趋于0,即式中的基质吸力项消失,土体的抗剪强度也随之下降,从而变为饱和土的公式。
2 工程实例
广西南宁—友谊关高速公路K135+060～K135+400挖方段处于膨胀土路段,中心桩号最大挖方17 m。土质呈灰黄色,属于典型膨胀土,性质见表1。
2.1 边坡处治方案
边坡坡率分别采用1∶5与1∶2两种类型,采用柔性支挡及刚柔相济支护相结合的方法对膨胀土路基边坡进行加固。1)柔性支护体基础挖深1.5 m,其中碎石垫层0.5 m,两层土工格栅反包碎石土,以保证基底稳定;2)加筋体填料采用就近边坡开挖膨胀土回填,并用压路机碾压,压实度90%;3)排水设施:在墙趾和墙踵的基础部位开挖两条盲沟,其宽度和深度可以根据雨季涌水量大小来确定,盲沟纵坡按排水要求设计。墙后的排水垫层应当采用透水性碎石材料,做到上下贯通,排水通畅;4)将边坡坍滑处的松土清除,然后回填并分层压实;5)坡顶截水沟范围内底部铺设一层隔水土工膜,另培土30 cm植草防护;6)土工格栅向坡内按4%的坡率铺设;加筋间距:每两层填土压实后高度即50 cm;7)在坡顶铺土工膜前,坡顶应整平,填塞裂隙。铺设土工膜时,两块膜之间重叠至少大于10 cm;8)柔性支护边坡施工完成后应及时回填耕植土,以防止格栅破坏。
2.2 施工工艺及步骤
1)挡墙基础的开挖。边坡按设计开挖完毕后,修整好边坡,清除表面浮石、松土,使坡面平顺整齐。再进行基础开挖,如果基坑出现滑动软化,则可以采用好土换填,或者利用石灰或水泥改良膨胀土进行改良,分层填筑。然后采用压路机对基础进行静压,压实度要求不小于80%。柔性支护结构的基础应该碾压成向边坡内倾斜的斜面,倾斜坡比为4%。2)渗沟开挖及防水层布设。基础开挖完成以后,采用人工或挖掘机在墙趾和墙踵部位开挖50 cm×50 cm纵向渗沟,直到边坡的两侧与填挖交界处的边沟相连,渗沟顶部位于路床换填碎石土底部,若遇到滑塌软化的情况,则可以采用好土换填,或者利用石灰或水泥改良膨胀土进行改良,分层夯实至设计标高。要求沟底平整由挖方中部向两边设有3%沟底纵坡,保证水流畅通至边沟。然后,在挡土墙基础和在渗沟底部和侧面铺设“两布一膜”做好防渗工作。3)修筑坡顶截水沟。坡顶截水沟采用人工开挖基坑,按设计图纸位置铺土工膜,截水沟应设置在滑坍体以外,距滑坍体边缘不小于5 m,并且渗沟和截水沟沟底平整、沟内水流顺畅、不积水,沟底纵坡不小于0.5%。4)基础铺设土工格栅。将土工格栅按柔性挡墙宽度+1.5 m长度进行裁剪铺设,再按1.5 m进行反包。并用U形钉在搭接部位固定;在尾部固定后,中间部位U形钉的间距为1.5 m。5)填筑渗水层。按宽50 cm×高25 cm开挖,将碎石土填筑于墙背与基础或坡体清方所成的边坡面之间,以形成墙背渗水层,注意开挖深度应保证与下一层透水碎石土层相接。为防止边坡地下水渗入路床,在柔性挡墙底部土工格栅包碎石土边坡外侧铺一层两布一膜。6)加筋体填料区铺设格栅。完成基础后,将边坡松土清除,然后按30 cm一层铺设土工格栅,将膨胀土填料(或碎石土)置放于土工格栅上及背后需回填的区域。7)边坡封顶。在回填土上方以及膨胀土边坡顶部铺设土工膜,铺设宽度(坡顶距离截水沟距离)不低于5 m。土工格栅柔性挡墙顶部至截水沟边缘范围内坡面铺土工膜隔水,并在其上铺50 cm厚种植土,植草绿化。
广西南宁—友谊关高速公路采用土工格栅柔性支护技术共处理膨胀土边坡10余万平方米,处理的边坡为2004年初,经观测,边坡稳定,排水骨架和坡面排水系统起到了良好的排水作用。
3 结语
膨胀土路堑边坡破坏通常具有逐次性(浅层、牵引)、随机性和潜伏性。因此,膨胀土路基边坡的处治不但需要合理的方案,还需要有科学的施工组织管理,应利用旱季施工,遵循内、外结合,截、排结合的综合防治方法进行加固。膨胀土边坡土工格栅柔性支护防护技术在广西的应用取得了良好的效果。
参考文献
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[2]孟黔灵.膨胀土的裂隙性对边坡稳定性的影响[J].公路,2001(18):10.
边坡失稳风险 第7篇
坡体的失稳预测预报是岩土工程中的热点话题, 滑坡预测预报研究主要包括失稳时间预报和变形趋势预测等方面的内容, 在滑坡时间预报方面, 很多学者根据蠕变理论来研究滑坡发生的预报时间, 滑坡时间预报模型有很多, 如斋藤模型[1]、黄金分割预测法[2]等, 龙建辉讨论了滑带土蠕变特性与边坡失稳时间预报模型之间的内在联系, 为黄土滑坡的临滑预报作了实验研究和理论探讨[3];进行滑坡变形趋势预测的方法也有很多, 根据滑坡变形的历史数据, 结合智能算法, 如R/S分析[4], 灰色预测法[5], 神经网络模型[6]等, 对滑坡以后位移量进行预测。以上预测预报方法均以边坡位移变化作为判别边坡失稳的依据, 一种观点认为, 如果在模拟过程中出现单元的位移或转动, 则判断失稳;另一种认为, 如果单元位移大于边坡实际失稳观测的统计数字, 则认为失稳[7]。但实际生活中, 也常常出现裂而不滑的情形, 也就是说边坡出现位移, 但并没有出现大范围的滑动, 因此, 以位移量作为边坡失稳依据存在一定的缺陷。
强度折减法求解边坡安全系数[8], 在已知边坡的力学物理参数的基础上, 将安全系数定义为岩土体的实际抗剪强度与临界破坏时的折减后剪切强度的比值。强度折减法的要点是调整岩土体的强度指标c和, 然后对边坡稳定性进行数值分析, 不断地增加折减系数, 反复计算, 直至其达到临界破坏, 此时得到的折减系数即为安全系数。
神经网络具有通过学习逼近任意非线性映射的能力, 将神经网络应用于非线性系统的辨识和预测, 可以不受非线性模型的限制, 便于给出易于实现的学习算法。BP神经网络是一种多层前馈神经网络, 源于网络权值的调整规则采用的是后向传播学习算法, 可以十分方便的实现未来数据的预测。
将边坡稳定性预测转换为影响边坡稳定性的力学物理参数预测, 将预测到的力学物理参数使用强度折减法, 运用FLAC3D进行数值模拟求解安全系数, 即可得到边坡未来的状态, 达到预测的目的。
1 强度折减法
强度折减法是将岩土体强度指标c, φ值同时除以一个折减系数F, 得到一组新的c', φ'值, 作为材料新的参数进行数值计算。当滑坡岩土体符合给定的临界破坏状态判定条件时, 对应的F即为滑坡的最小安全系数。其计算公式为:
其中, c和c'分别为岩土体折减前、后的内聚力;φ和φ'分别为岩土体折减前、后的内摩擦角;F为岩土体的强度折减系数。
2 BP神经网络建立
使用强度折减法计算边坡的稳定性系数, 要给出的物理力学参数有密度、体积模量、剪切模量、粘聚力、抗拉强度、摩擦角和减胀角, 通过这七个物理力学参数就可以确定边坡稳定性系数, 本文引入BP神经网络理论, 对这七个物理力学参数进行预测, 进而预测出边坡未来的稳定性状态。
BP神经网络是一种具有一个输入层, 一个或多个隐层和一个输出层的多层网络。隐层和输出层上的每个神经元都对应一个激发函数和一个阈值。每一层上的神经元都通过权重与其相邻层上的神经元相互连接。对于输入层上的神经元起阈值为零, 其输出等于输入。BP神经网络隐层与输出层上的某神经元j的输出由下式确定:
式中:fj———对应神经元的激发函数;
θi———该神经元的阈值;
xi———该神经元的输入;
ωij———从神经元i到神经元j的连接权值。
BP神经网络大致分为三个步骤, 分别为神经元的输入、神经元的训练和神经元的输出。通过输入影响边坡稳定各因素的历史数据, 利用神经网络对其进行训练, 最终预测到边坡未来物理力学参数的变化情况。
3 数值模拟分析
3.1 工程简介
本文以石榴树包滑坡监测为例, 进行预报分析。石榴树包滑坡是长江三峡河段中大型滑坡之一, 黄腊石滑坡群的一个重要组成部分, 它位于巴东县城东1.5 km的长江北岸, 下距三峡坝址66 km。在漫长的历史时期内, 石榴树包滑坡经过多次彼此迭置交错复杂的滑移演变过程, 形成了现在的滑坡体。依据石榴树包滑坡A1~A6号监测点得到监测数据进行算例分析, 监测时间间隔为15 d, 收集到6个监测点密度、体积模量、剪切模量、粘聚力、抗拉强度、摩擦角和减胀角7个参数的112组数据, 以此为历史数据预测其未来变化趋势 (见表1) 。
3.2 BP神经网络进行物理力学参数预测
使用MATLAB编程实现BP神经网络对各历史数据的预测, 虚线为历史数据, 实线为预测结果, 分别对七个物理力学向后进行七次预测, 以该边坡的密度为例, 绘制出密度的原始数据和预测数据的趋势图 (见图1) , 可以看出, 预测数据变化趋势与原始数据变化趋势具有较高的统一性, 预测效果优秀。
3.3 模拟网格模型安全系数求解
同理, 对剩余的六个参数依次进行预测, 将预测到的边坡物理力学参数进行FLAC3D数值模拟分析, 最终得到的预测结果见表2。
值得注意的是, 通过分析该边坡安全系数为1.04的应力云图 (见图2) , 可以发现, 该边坡的塑性区形成明显的连通区, 则认为边坡发生破坏, 因此在该边坡的3个月后极有可能发生滑坡, 应做好相应的应急措施。
4 结语
1) 基于强度折减法和神经网络的边坡稳定性预测模型, 预测过程简单, 能方便准确的对边坡进行实时预报, 在边坡失稳监测分析领域中有较高的实用价值;
2) 将边坡稳定性预测转化为影响边坡稳定物理力学变化趋势的预测, 可以从本质上预测边坡未来的状态, 为边坡预测预报提供新的途径;
3) FLAC3D可以直接的给出边坡的应力云图, 可以直观的显示出边坡可能发生滑坡的区域, 为防灾减灾提供依据。
摘要：结合石榴树包滑坡监测数据, 使用BP神经网络对监测到的边坡物理力学参数进行了单因素预测, 将预测到的物理力学参数结合强度折减法, 运用FLAC3D进行数值模拟, 求解该边坡未来的安全系数, 通过分析边坡应力云图和安全系数的变化情况, 达到了预测预报的目的。
关键词：强度折减法,神经网络预测,滑坡预测
参考文献
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