开挖边坡范文（精选12篇）
开挖边坡 第1篇
关键词：爆破,欲裂,缓冲
一、概述
大岗山电站枢纽区微新花岗岩岩体湿抗压强度一般约为70～80MPa, 属坚硬岩, 岩体较完整。岩石具中粒结构, 部分裂面具绿泥石—绢云母化蚀变。弱风化下段花岗岩湿抗压强度一般40～60MPa, 属中硬岩, 岩体完整性差;弱风化上段花岗岩湿抗压强度约为20～40MPa, 属较软—中硬岩, 岩体较破碎;全、强风化花岗岩岩石湿抗压强度<15MPa, 属软岩, 岩体破碎。
岩体中的各种结构面, 按充填物情况划分成刚性结构面和软弱结构面两类。刚性结构面按隙壁接触紧密程度与蚀变特征细分为胶结结构面、蚀变结构面和张开结构面三类;软弱结构面按其成因类型、充填物厚度、物质组成等细分为三类。
左岸坝肩开挖爆破试验主要根据相关的试验、规范以及设计指标的要求在1100m～1090m范围内进行。本次试验在2009年7月开始, 并根据施工进度, 在适当高程及适当部位, 完成相应岩层的爆破试验并提供相应参数。
二、试验目的
爆破试验验证爆破设计的效果, 并通过试验调整、优选钻爆参数和装药结构, 以取得良好的爆破效果。试验的主要目的:
1、确定满足施工期规模生产要求的坝肩边坡钻爆参数及施工工艺。
2、确定满足坝肩槽开挖质量控制要求的爆破装药结构、爆破网络参数及炮孔布置方式。
3、通过监测得到爆破开挖诱发爆破震动在该地区的传播规律, 作为坝肩槽开挖施工时震速预报依据, 同时提出相应的爆破震动控制措施及手段, 保证高边坡及周边建筑物的安全稳定。
三、试验内容
结合前两次爆破试验的结果以及本工程其他部位的爆破参数, 拟定三个线装药密度分3段爆破, 通过对比坡面平整度、半孔率、孔壁裂隙情况等确定最佳的线装药密度和通过震动观测确定缓冲孔与预裂孔之间的最佳距离。
四、试验要求及人员配备
1、试验要求
A.试验必须在与边坡面有一定距离的条件下进行, 岩石状况条件较好。
B.预裂爆破实验孔采用YQ100B打孔, 孔径为90mm。孔中心间距70cm。
C.预裂孔采用φ25和φ32的乳化炸药。
D.缓冲孔采用古禾液压钻机钻孔, 用φ70的乳化炸药装药。
2、人员配备
根据试验规模及时间要求, 将成立左岸石方开挖专项爆破试验小组, 由有丰富爆破试验与爆破测试经验的人员组成, 并由具备爆破资质证书的爆破专业工程师担任组长。试验小组的人员配备初拟如下:爆破专业工程师:2人;测量技术人员:3人;风钻工:8人;炮工:2人;其他辅助人员:2人;
五、试验地点及时间
为满足大岗山大坝工程各开挖技术要求规定及满足设计要求, 在上游面高程1100～1090m阶段 (坝纵:23.67～33.65;坝横:-200.01～-205.20) 选择了一块岩石具有代表性的开挖区域做预裂爆破参数试验。
试验在2009年7月下旬开始, 并根据施工进度, 在坝基开挖前, 完成相应岩层的爆破试验并提供相应参数。
预裂爆破试验规模为:长×宽×高=10m×3.5m×12m。
六、爆破参数试验
1、爆破试验钻孔机械选择
预裂采用YQ100B钻机打孔, 缓冲采用古禾液压钻孔, 钻机详见表6-1。
2、爆破参数
初拟爆破试验参数见表6-2。
3、爆破试验材料
爆破试验所需材料主要为爆破火工材料, 详见表6-3。
4、爆破试验主要施工方法
(1) 浮渣清理。采用2m3反铲清理。
(2) 测量放样。由具有相应资质的专业测量人员, 利用坝区测量控制网, 按照爆破试验布置图进行测量放样。
(3) 钻孔。按作业指导书要求, 安排钻机在测量放样点位置就位开钻, 钻进过程中应随时对钻孔深度和偏斜进行检测, 以便及时纠偏。
(4) 装药起爆。各钻孔验收合格后, 进行装药, 其中预裂爆破孔采用不耦合装药, 选用Φ25～32mm乳化炸药, 竹片绑扎;松动爆破孔根据设计, 选用Φ70mm乳化炸药。
起爆网络均采用非电导爆系统, 其中松动爆破采用梯段微差爆破。爆前必须认真检查, 确定施工无误且安全措施就位后, 方可起爆。
(5) 爆效检查。主要检查预裂爆破的残留炮孔保存率, 预裂面平整度, 炮孔壁裂隙情况;松动爆破的爆堆岩石块度及挖装效率;飞石大小及距离。
七、结语
高边坡开挖安全专项方案 第2篇
高 边 坡 开 挖 安 全 方 案
泸州市江南建筑工程有限公司 城口县城观二路-A公路子项目部
二〇一四年
目
录
一、路基工程概况
二、施工准备及施工工艺
三、援救预案
四、安全技术措施
五、处罚措施
六、文明施工及环保措施
七、安全生产管理网络图
高边坡开挖安全施工方案
一、编制依据
1、《中华人民共和国建筑法》、《中华人民共和国安全生产法》、《建设工程安全生产管理条例》、《公路工程施工安全技术规程》
2、城口县城观二路-A公路子项目设计施工图；
3、与业主签订的安全责任书；
4、本公司多年来的安全生产施工经验；
5、现场实际情况。
二、安全目标
1、劳动生产安全不发生重、特大责任死亡事故，重伤率不超过2‰。
2、道路运输不发生重、特大死亡事故，直接经济损失不超过3万元。
3、消防安全不发生一般以上火灾事故；爆炸物品管理不发生丢失、流失、偷盗等事件。
4、内保安全不发生重、特大恶性事件。
5、不发生一次性直接经济损失在10万元以上的生产设备损坏和被盗事故。
三、工程概况
本标段（k13+500-k17+135）为***至****段新建工程第三合同段，本标段土石方挖方约****万方。其中k13+740—k13+765、k14+810—k14+850、k15+000—k15+050、k15+090—k15+130、k15+800—k15+840、k15+980—k16+020、k16+480—k16+
510、k16+710—k16+770、k16+900—k16+940、k17+020—k17+080为挖方路段，边坡挖方高度在12m以上，局部路段需要实施爆破作业段。
四、施工准备及施工工艺
1、土方路基开挖
a、恢复中线，放出边线桩，对原地面进行复测，绘制横断面图。在开挖前标出开挖线位臵，报监理工程师批准。路基中桩采用木桩，边线采用毛竹片桩，直线段20米放一个断面，曲线段10米一个断面。开挖边线用石灰线划出。
b、对较短的路堑采用横挖方法，路堑深度不大时，一次挖到设计标高；路堑深度较大时，分成几个台阶进行开挖。
c、对较长的路堑采用纵挖法，其路堑宽度、深度不大时，按横断面全宽纵向分层开挖；对宽度、深度较大的路堑，采用通道式纵挖法开挖。
d、路基土方开挖采用机械化施工方法：土方运距在100m左右，选用推土机推运；大体积的土方远运，用挖装机械配合自卸汽车施工。
e、路基开工前，考虑排水系统的布设，防止在施工中线路外的水流入线内，并将线路内的水（包括地面积水、雨水、地下渗水）迅速排出路基，保证施工顺利进行。
f、对设计中拟定的纵横向排水系统，要随着路基的开挖，适时组织施工，保证雨季不积水，并及时安排边沟、天沟、边坡的修整和防护，确保边坡稳定。
g、路槽达到设计标高后，用推土机整平，刮出路拱，并预留压实量，最后用压路压实，检查压实度。
2、石方路基爆破开挖
a、恢复路基中线，放出边线，钉牢边桩。
b、根据地形，地质及挖深选择适宜的开挖爆破方法，制订爆破方案，编制爆破施工组织设计，报有关部门审批。
c、推土机整修施工便道，清理表层覆盖土及危石。
d、在地面上准确放出炮眼（井）位臵，竖立标牌，标明孔井号，深度，装药量。
e、用推土机配合爆破，创造临空面，使最小抵抗线方向面向回填方向。
f、炮眼按其不同深度，采用手风钻或潜孔钻挖孔，炮眼布臵在整体爆破时采用“梅花型”或“方格型”，预裂爆破时采用“一字型”，洞室爆破根据设计确定药包的位臵和药量。
g、在地质不良的可能引起坍塌后遗症的路段，原则上不采用大中型洞室爆破。在石方集中的深挖路堑采用洞室爆破时，认真设计分集药包位臵和装药量，精确测算爆破漏斗，防止超爆、少爆或振松边坡，留下后患。
h、爆破施工严格控制飞石距离，采取切实可行的安全措施，确保人员和建筑物及交通安全，采用毫秒微差爆破技术，将一响最大药量控制为最深单孔药量，当最深梯段为HT时，单孔装药量Q按下式计算： Q=e 〃 q〃 HT 〃 Wd 其中：e——炸药换算系数 q——梯段爆破单位耗药量 Wd——最小抵抗线
i、控制爆破也可以采用分段毫秒爆破方法，其最大段用药量Q按下式计算：
R=（K/V）1/2 〃Q 〃M 其中：K——与地质条件有关的系数 M——药量指数
V——爆破安全振动速度 R——建筑物距爆破中心距离
j、为确保边坡爆破质量，采用预裂爆破技术、光面爆破技术和排眼毫秒爆破技术，同时配合选择合理的爆破参数，减少冲击波影响，降低石料大块率，以减少二次破碎，利于装运和利用方填筑。
k、装药前布好警戒，选择好通行道路，认真检查炮孔、洞室，吹净残渣，排除积水，做好爆破器材的防水保护工作，雨季或有地下水时，考虑采用乳化防水炸药。
l、装药分单层、分层装药，预裂装药及洞室内集中装药。光眼装药后用木杆捣实，填塞粘土，洞室装药时，将预先加好的起爆体放在药包中心位臵，周围填以硝酸安全炸药，用砂粘土填塞，填塞时注意保护起爆线路。
m、认真设计，严密布设起爆网络，防止发生短路及二响重叠现象。n、顺利起爆，并清除边坡危石后，用推土机清出道路，用推土机、铲运机纵向出土填方，运距较远时，用挖掘机机械装土，自卸汽车运输。o、随时注意控制开挖断面，切勿超爆，适时清理整修边坡和暴露的孤石。
p、路基开挖至设计标高，经复测检查断面尺寸合格后，及时开挖边沟和排水沟，截水沟，经监理工程师验收合格后，按设计对边沟、边坡进行防护，边沟施工要做到尺寸准确，线型直顺，曲线圆滑，沟底平顺，排水畅通，浆砌护坡要做平整坚实，灰浆饱满。路槽整理要掌握好，不要留孤石和超爆，做到一次标准成型验收合格。
五、援救预案
（一）高边坡坍方的应急处臵
高边坡坍塌事故发生后，立即将所发生事故的情况向工程指挥部重特大事故应急领导小组及相关部门报告。
在第一时间进入事故现场的人员或部门必须负责事故现场的保护。坍塌事故发生后，项目部事故应急领导小组立即投入运作，各抢险小组负责人应迅速到位履行职责，及时组织实施事故应急预案，并随时将事故应急处理情况报上级有关部门。
抢险小组保证抢险物资、设备、后勤供给及通讯畅通，确保应急救援工作的顺利开展。
请求当地派出所派警力配合二标项目部加强对事故现场的安全保卫和疏导工作，预防抢险工作中的各种突发事件。
拔打120急救电话请求当地卫生院与人民医院医疗救护组支援。利用当地人民医院各种医疗设施，抢救伤员，其他相关部门应做好抢救伤员的配合工作。坍方处理方案：高边坡坍方后，一方面组织抢险，另一方面项目技术人员与设计单位及监理单位认真分析事故原因，根据坍方的情况，制定合理的处理方案，并严格按照处理方案实施。
（二）应急救援程序
应急救援组接到事故通知后，立即赶赴事故现场，并迅速采取以下行动：
1、项目部所属各施工区在重特大交通工程安全事故发生后，除了按规定拔打110、119、120电话外，必须在第一时间将事故发生地点、时间、人员伤亡和财产等初步情况报告第三合同段工程项目部。
2、项目部在接到事故报告后可根据伤亡人员的多少直接向工程指挥部报告。
3、项目部在事故发生后1小时内将事故简要情况书面上报给安监站，内容主要包括：
1）事故发生的时间、地点、工区、操作人员姓名和车船牌号等； 2）事故发生的简要经过、伤亡人数和初步估计的直接经济损失概况； 3）事故发生的初步原因；
4）事故发生后已采取的措施及事故控制情况； 5）事故报告的单位及联系电话。
（三）事故应急小组
组长： 副组长： 成员： 组长：主持施工现场安全生产全面工作 副组长：协助组长管理施工现场安全生产工作 成员：负责应急救援实施工作
六、安全技术措施
1、路基工区成立高边坡施工领导小组，明确职责。
2、对作业班组加强教育，落实安全技术交底，并督促检查严格按照安全教育和技术交底内容进行作业。加强作业人员的责任心教育。
3、所有机械操作者必须经过培训，持证上岗；专人专机严禁机械转借他人操作。作业时必须精神集中、头脑清醒，判断准确。机械作业半径内严禁站人。
4、加强日常对车辆保养和维修、熟悉车况、启动前必须检查制动系，转向系，开动机械后首先检查仪表是否良好、液压系统是否运行自如、确保良好无误后方可作业。
5、边坡开挖作业严格按照自上而下的放破进行施工。尤其注意爬坡、下坡中的安全。严禁采用挖空底脚趾的操作方法。
6、做好警戒工作、先检查周围电线、电杆、地下光缆、水管、民房，并做好保护。正确摆放施工作业的标志、标牌。
7、开挖接近坡面时，采用光面爆破或小炮结合人工清理，确保边坡的平整稳定及表面平顺，对于边坡上的孤石、危石及时清理，防止边坡坠落石方。
8、运输车辆高边坡拉运时严格按照《运输安全技术交底》要求外，还要听从指挥，严格执行空车避让重车，缓慢前进，只可通行一辆车的路段必须先上后下，尽量靠远离边坡的方向行驶。车辆保持制动系，转向系灵敏良好。
9、爆破作业严格按照爆破设计，控制好布眼，装药量，雷管长度严格按照要求，同时对各个路口实行严格警戒，确保人员，车辆，设备撤离到警戒线之外再开始爆破作业。所有爆破工作人员必须持证上岗。
10、作业完毕后机械停放于安全警戒距离以外的地点。严禁停放在边坡底下，或其它土质松软容易塌方路段，指挥人员做好警戒工作。
11、老路拼宽路段，由于老路原本就十分狭窄，高边坡施工路段尽可能做好交通管制，两边配备一定协管人员。施工时逐步拓宽，逐步推进。尽可能少打开工作点，做一段是一段，确保道路安全畅通。
12、爆破安全距离的确定
爆破施工中发生的安全事故，主要是由于爆炸引起的飞石导致的安全事故，确定爆破的安全距离就显得特别的重要。公路施工中，绝大部分是露天爆破，如果处理不当，会有些岩块飞散很远，对人员、牲畜、机具、建筑物和构筑物造成危害。确定飞石的安全距离可参考下列计算公式：
R=20×k×n×w 式中：R—飞石安全距离，k —安全系数，根据爆破的综合因数考虑，n —最大药包爆破作用指数，w —最大药包的最小抵抗线，一般为阶梯高度的0.5～0.8倍。
13、爆破事故的预防措施
a、严格按照爆破操作规程进行施工，爆破作业人员必须由经过爆破专业培训并取得爆破从业资格的人员实施。根据爆破前编制的爆破施工组织设计上确定的具体爆破方法、爆破顺序、装药量、点火或连线方法、警戒安全措施等组织方案实施爆破。在爆破过程中，必须撤离与爆破无关的人员，严格遵守爆破作业的安全操作规程和安全操作细则。
b、装药、充填，装药前必须对炮孔进行清理和验收。使用竹、木棍装药，禁止用铁棍装药。在装药时，禁止烟火、禁止明火照明。在扩壶爆破时，每次扩壶装药的时间间隔必须大于15分钟，预防炮眼温度太高导致早爆。除裸露爆破外，任何爆破都必须进行药室充填，堵塞前应对装药质量进行检查，并用木槽、竹筒或其他材料保护电爆缆线，堵塞要小心，不得破坏起爆网路和线路。为减少爆破药包受潮引起“盲炮”，放炮距装药时间不宜过长。装药前应对炮眼进行验收和清理；对刚打成的炮眼应待其冷却后装药，显泡眼应擦干后才能装药；已装药的炮孔必须当班爆破，装填的炮孔数理应以一次爆破的作业量为限。
c、设立警戒线
爆破工作必须由专职安全员指挥，确定的危险区边界应有明显的标专，警界区四周必须派设警戒人员；爆破前必须同时发出声响和视觉信号，使危险区内的人员都能清楚地听到和看到；在重要地段爆破时，应在危险区的边界设臵岗哨，撤走危险区内所有人、畜。
d、点火、连线、起爆
（1）、采用导火索起爆，应应采用一次点火法法点火，其长度应保证点完导火索后人员能撤至安全地点，但不得短于1.2m。不得在同次爆破中使用不同燃速的导为索；露天爆破，一个人连续点火的导火索根数不得超过10根，而且必须用导火索或专用点火器材点火，严禁明火点炮，严禁脚踩和挤压已点然的导火索；单个点火时，如一人点炮超过10根或多人点炮时，应先点燃计时导火索，计时导火索的长度不得超过该次被点导火索中最短导火索长度的1/3，当计时导火索燃烧完毕，无论导火索点完与否，所有爆破工作人员必须撤离工作里。
e、爆破检查
爆破后必须经过15分钟通风排烟后，检查人员方可进入工作面，再确认爆破地点安全与否，检查有无“盲炮”及可疑现象；有无残余炸药或雷管；顶板两帮有无松动石块；支护有无损坏与变形。在妥善处理并确认无误后，经爆破指挥班长同意，发出解除警戒信号后，其他工作人员方可进入爆破地点工作。
f、盲炮处理
盲炮包括瞎炮和残炮，发现盲炮和怀疑有盲炮，应立即报告并及时处理。若不能及时处理应设臵明显的标志，并采取相应的安全措施，禁止掏出或拉出起爆药包，严禁打残眼。盲炮处理，应由原施工人员参加处理。处理主要有下列方法： 1）、经检查确认炮孔的起爆线路完好和漏接、漏点造成的拒爆，可重新进行起爆。
2）、打平行眼装药起爆。对于浅眼爆破，平行眼距盲炮炮孔不得小于0.6m外另行打眼爆破（当炮眼不深时，也可用裸露药包爆破），深孔爆破平行眼距盲炮孔不得小于10倍炮孔直径。
3）、用木制、竹制或其他不发火的材料制成的工具，轻轻地将炮孔内大部分填塞物掏出，用聚能药包诱爆。
4）、若所用炸药为非抗水硝铵类炸药，可取出部分填塞物，向孔内灌水，使炸药失效。
14、爆破器材的安全管理
爆破器材属于危险品，应进行严格管理。施工现场建立符合国家有关标准的炸药库，建立爆破器材集中收发制度，由现场负责人签字领料，按工作量发料；每天下班前进行爆破器材进行清点，施工现场当天没有使用完的爆破器材应及时上交炸药库保管，做到集中发料、统一制作、统一收回、集中保管、严格登记手续，避免爆破器材流入社会。严禁炸药与雷管由一人同时搬运。作业人员在保管、加工、运输爆破器材过种中，严禁穿着化纤衣服。
15、路基高边坡开挖巡查领导小组
组长： 副组长： 成员： 小组成员要积极主动开展好高边坡和坡底施工工作，组长组织定期对高边坡开挖施工进行检查并对现场指挥人员和作业人员进行教育。开挖前小组成员要进行巡查、监查、检查山体原状，开挖山体稳定性。暴雨、台风和爆破后加强检查频率并做好记录。
路基高边坡开挖巡查领导小组要定期和不定期对高边坡路段实行检查。特别在节假前后、特殊气候前后要加强检查的力度。每月、每季度进行大规模的专项检查。
严格按照《高边坡开挖技术交底》和项目部高边坡施工专项安全会议要求进行施工，严禁贸干、蛮干，严禁无现场管理指挥人员进行作业。
实行领导负责制，项目经理为安全生产负责人，工区主任为高边坡开挖安全施工第一责任人。路基工区安全第一责任人为陆友明，施工班组安全施工责任人为王成，机械班组施安全施工责任人为马建成。
七、处罚措施
在施工过程中严格按照规范要求实施，为了加强施工作业人员的安全意识，减少施工中发生安全事故。“以人为本、安全第一、综合治理”的方针，对施工中违反安全生产规定的施工人员实行一定的处罚。
1、施工人员进入工地没有带安全帽，每发现一次罚款20元，并给予警告，如连续三次检查发现没有戴安全帽，对该施工人员扣除当月工资的20%。
2、特种人员要持证上岗，上岗证要真实有效。如在检查中发现弄虚作假的，清退该施工人员。如上岗证过期没有年检的，要求限时整改。
3、高空作业人员要系好安全带，安全帽扣带要扣好。发现没有按要求佩带安全帽或系安全带的，要求马上整改，并处以每次20元的罚款。
4、爆破作业人员对爆炸物品的使用要严格按规定实施。在施工过程中如发现违规操作，马上整改，造成爆炸物品外流的，要追查相关人员的责任，对该施工人员清退出场，并处以罚款1000元，情节严重的交公安机关处理。
八、文明施工及环保措施
1、建立文明施工管理制度，全面负责施工现场的文明施工，实行责、权、利相结合，责任落实到人，使整个施工现场有一个干净、整齐的工作环境，争创文明工地。
2、遵守施工技术规范，不乱倒乱放。材料推放整齐有序，建造各种材料仓库。
3、车辆进出洒落的泥土、地方材料由值勤人员负责清扫干净，车辆运输砂石、沥青等用帆布遮盖，以免洒落。砂石严禁抛向施工场外，违者调离施工现场，并以经济处罚。
4、施工现场周围设臵醒目的文明施工标语，以取得行人和附近居民的谅解和支持。施工路口设臵警示灯，以告戒车辆和行人注意。
5、在取得监理工程师的同意下安排夜间连续作业，尽量停止使用大型机械，减少噪音，保证附近居民正常休息。
开挖边坡 第3篇
1 理论模型
1.1 基本假设
(1) 处于塑性区(极限平衡区)内任何节点的的正应力与剪应力满足莫尔-库仑强度准则：
其中，为斜面上的抗剪强度；，分别为岩体的粘聚力和内摩擦角；为斜面上的正应力，其值；，为方向余弦。
(2) 分析过程中不考虑体积力的影响。
(3) 岩体是弹塑性材料，且各向同性。
1.2 基本方程
在处于塑性区(极限平衡状态)的岩体，应力满足平衡微分方程：
1.3 本构模型
本研究采用ansys有限元法求解边坡稳定问题时，采用了理想弹塑性模型，其本构模型采Drucker-Prager 准则：
式中：,分别表示应力张量的第一不变量和应力偏张量的第二不变量。、为与岩土材料内摩擦角和粘聚力有关的常数，，。屈服面在平面上为不等角度的六边形的外接圆。
2 高边坡开挖应力场
为了解边坡开挖的力学效应,对K88+680断面边坡进行了二维弹塑性有限元计算分析。计算模型边界为：底部为173m,高为112m,分别为开挖宽度和深度的4倍多，基本可以消除边界对应力的影响。底部取x、y方向
位移约束，侧面施加x方向位移约束。模型网格的稀密对二维弹塑性有限元计算有着一定的影响，为了提高计算精度，所以在开挖区域及周边敏感部位对网格采取加密措施。模型是由5544个节点组成的5688个单元。用“杀死”单元法开挖掉3710个单元。
2.1 计算参数的选取
本次模拟考虑到了地层岩性的差异，计算区域中所涉及的岩体主要有坡积土(Q4dl+el) 和强风化泥灰岩(T2b)，通过岩体物理力学试验和工程地质类比，最后确定了各岩体的计算参数(表1)
摘 要：边坡开挖过程的力学性状变化是一个复杂的过程，同时其塑性区演变趋势也是一个复杂的过程。文章通过假设边坡完全处于理想弹塑性状态，并以Drucker-Prager 准则为本构模型，运用ANSYS有限元软件对巫山至巫溪（巫溪段）公路K88段高边坡开挖过程应力调整过程及塑性区变化过程进行了模拟，得出了开挖过程中应力最大处为坡脚。边坡塑性区是一个动态调整过程，最终位于强风化泥灰岩与弱风化泥灰岩交界处。
关键词：开挖岩体边坡；力学性状；塑性区演变特征
巫山至巫溪(巫溪段)二级公路位于重庆市巫溪县南部地区。起点位于龙溪金家沟，里程K86+000，终点在花栗路口，里程K109+875.993，全长23.875km。路线路段主要跨越大泉山山脉，地形较复杂，沿线多高陡边坡，受岩性影响，有很多高边坡在开挖过程中出现失稳现象。研究路段位于柚子树境内，起止里程桩号K88+840～K88+950，全长110m。该段内边坡为路堑边坡，切坡最高为32m，最低为21m。场地内出露地层主要为第四系全新统残坡积碎石土（Q4el+dl），厚度0.4~1.5m；以及三叠系中统巴东组（T2b3）泥灰岩，厚度大于30m。
1 理论模型
1.1 基本假设
(1) 处于塑性区(极限平衡区)内任何节点的的正应力与剪应力满足莫尔-库仑强度准则：
其中，为斜面上的抗剪强度；，分别为岩体的粘聚力和内摩擦角；为斜面上的正应力，其值；，为方向余弦。
(2) 分析过程中不考虑体积力的影响。
(3) 岩体是弹塑性材料，且各向同性。
1.2 基本方程
在处于塑性区(极限平衡状态)的岩体，应力满足平衡微分方程：
式中：,分别表示应力张量的第一不变量和应力偏张量的第二不变量。、为与岩土材料内摩擦角和粘聚力有关的常数，，。屈服面在平面上为不等角度的六边形的外接圆。
2 高边坡开挖应力场
为了解边坡开挖的力学效应,对K88+680断面边坡进行了二维弹塑性有限元计算分析。计算模型边界为：底部为173m,高为112m,分别为开挖宽度和深度的4倍多，基本可以消除边界对应力的影响。底部取x、y方向
位移约束，侧面施加x方向位移约束。模型网格的稀密对二维弹塑性有限元计算有着一定的影响，为了提高计算精度，所以在开挖区域及周边敏感部位对网格采取加密措施。模型是由5544个节点组成的5688个单元。用“杀死”单元法开挖掉3710个单元。
2.1 计算参数的选取
本次模拟考虑到了地层岩性的差异，计算区域中所涉及的岩体主要有坡积土(Q4dl+el) 和强风化泥灰岩(T2b)，通过岩体物理力学试验和工程地质类比，最后确定了各岩体的计算参数(表1)
岩 体 (kg/m3)(MPa)(KPa)
坡积土21001500.382521
强风化泥灰岩230018000.326023
弱风化泥灰岩240026000.2613024
灰岩(基岩)240045000.1840035
2.2 初始应力场
岩体的初始应力场, 取正应力以压为正（在ansys中数值上表示为负）, 其大主应力方向在近地表呈不规则的锯齿型，深部接近水平，深部应力值为2.6MPa左右(图1)；小主应力方向在近地表处基本上与坡面轮廓线平行, 深部接近水平，深部应力值为0.57MPa左右(图2)。
2.3 开挖应力场
经计算, 在开挖过程中, 初始应力场不断受到扰动与调整, 开挖区左右及下部的扰动范围在1倍开口宽度以内, 开挖面附近大主应力方向接近垂直开挖面方向, 坡面局部地区由压应力变为拉应力,小主应力方向接近于平行开挖面方向,路基近表面是处于受拉状态。在左右坡脚处存在不同程度的应力集中现象,右边坡脚处最大压应力值为0.17MPa，左边坡脚处最大压应力0.98MPa。
2.4 受拉区域
边坡切削完成后，由于卸荷回弹，整个路基近表面及左切坡的第一台阶中部出现了拉应力区，并受地质构造等因素的影响而呈现出不同的分布形式。在路基上出现呈矩形状拉应力区，其大主应力值为30～75kPa，左切坡上有一个呈等边三角形状的拉应力区，其大主应力值为5～27kPa。
3 塑性区演变特征
根据计算区内的地层结构，在建模的时候分成四层不同岩性的岩体，该边坡分四个阶段开挖来分析其塑性区的演变情况。随开挖深度的增加, 塑性区范围不断增大。当开采深度达到一定深度, 边坡的稳定性就会受到很大威胁。
3.1 第一次开挖
第一次开挖主要是把近地表的坡积土挖除，兼挖强风化泥灰岩层上部，因为原地表斜坡比较陡峭，且开挖坡比高大(1∶0.5~1∶0.3)。此部分开挖后，观察有限元计算结果，可以看出在坡脚除出现了应力集中，并有小范围的塑性变形，其等效塑性应变区的值为：0.395×10-5～0.673×10-4 。
3.2 第二次开挖
第二次开挖是将强风化泥灰岩层切掉，坡脚已达到强风化泥灰岩与弱风化泥灰岩交界处，坡脚虽然有应力集中现象，但是塑性区是出现在层间，与第一次开挖的塑性区是相连接的。塑性区外的弹性区应力有增加的趋势，这是因为此处岩体发生塑性变形，将应力释放转移到弹性区岩体内。塑性应变出现在坡面临空面，其等效塑性区内的值为：0.163×10-4～0.277×10-3 。
3.3 第三次开挖
第三次开挖是沿第二次开挖的基础上往下开挖5m左右，坡角处出现应力集中现场，并出现小范围的塑性区，在强风化泥灰岩与弱风化泥灰岩的交界处的塑性区范围进一步扩大，并出现滑移变形。层间塑性区的等效塑性应变为：0.124×10-4～0.210×10-3；开挖坡脚塑性区的等效塑性应变为：0.124×10-4～0.111×10-3。
3.4 第四次开挖
此次开挖是将边坡切削到路基设计标高，整个路基是处在弱风化泥灰岩层中。强风化泥灰岩和弱风化泥灰岩交界处出现大面积的塑性区，坡脚排水沟处出现应力集中，有塑性区分布，并在路肩上了出现塑性变形。第三阶段的开挖坡脚塑性区消失，这是因为随着开挖的深入，此处的应力集中消失。层间塑性区的等效塑性应变为0.208×10-4～0.187×10-3 ，其值较第三阶段小，这是由于开挖卸荷后应力调整，使得部分变形反弹；坡脚塑性区的等效塑性应变为0.208×10-4～0.229×10-3 。
4 结论
（1）随着自上而下开挖推进, 应力不断调整，位移、塑性区范围也不断增大。开挖结束后, 左边坡脚处最大压应力0.98MPa 。虽然坡体总体上处于稳定状态, 但通过对应力、位移及塑性区计算结果分析知道,坡面出现了拉应力区,有局部破坏的危险，应力集中区坡脚处。
（2）随着开挖的进行，在强风化泥灰岩与弱风化泥灰岩交界处塑性区范围逐渐扩大，从云图中可以看出有向下滑移的趋势；坡脚处塑性区随着开挖的深入而位置也发生移动。
基于ANSYS的边坡开挖模拟 第4篇
关键词：ANSYS边坡开挖,生死单元,强度折减
边坡的开挖在一些边坡工程中是经常会遇到的,边坡开挖是一个卸荷的过程,在卸荷前后边坡的稳定性状况直接关系着工程的施工安全、施工进度和经费预算等,因此有必要对边坡的稳定性进行定性定量的综合分析。边坡开挖前后的应力场和位移场的变化规律是边坡稳定性评价的基础,准确评价和预测边坡的稳定状况和发展趋势将为边坡的处理措施提供可靠的依据。随着计算机模拟数值计算技术的发展,可采用ANSYS有限元软件对边坡开挖进行验算。
1 ANSYS中的生死单元
在边坡工程的开挖过程是一个动态的连续施工过程,而不是一次成型的,而且工程上关心的是施工过程中以及施工结束时土工结构物的应力应变分布。充分应用生死单元的优点能收到事半功倍的效果。单元生死是指在有限元分析过程中,在力学模型中加入或删除材料,模型中的相应单元就会“虚化”或“激活”。应用单元虚化和激活的优点是:1)观察每一个荷载步结束后的求解结果并进行对比分析,因而能够模拟整个开挖过程的力学状况的变化。2)只需要建立一次模型,通过虚化单元来模拟进程,而其他方法需要建立多个模型进行过程分析。
2 边坡稳定性有限元分析的强度折减法
将强度折减法应用于边坡稳定性分析中,折减土体强度,代入有限元程序进行计算,直至计算不收敛,此时的折减系数即为安全系数。在考虑屈服准则时,一般采用Drucker-Prager屈服准则,它既考虑了中间主应力σ2对屈服强度的影响,又考虑了静水压力对屈服强度的影响,对土体材料有较好的适用性,已广泛应用于土体分析。Drucker-Prager屈服准则表达式如下:
其中,σm为平均应力或静水压力;{S}为偏应力差;β为材料常数,
有限元法分析边坡的稳定性克服了传统分析法的不足,不仅满足力的平衡条件,而且还考虑了土体应力、变形关系和支挡结构的作用,能够得到边坡在荷载作用下的应力、变形分布,模拟出边坡的实际滑移面。有限元强度系数折减法的基本原理是将坡体强度参数(粘聚力c和内摩擦角φ)同时除以一个折减系数F,得到一组新的c′,φ′值,然后作为新的资料参数输入,再进行试算,利用相应的稳定判断准则,程序可以自动根据弹塑性计算结果得到破坏滑动面,确定相应的F值为坡体的最小稳定安全系数。此时坡体达到极限状态,发生剪切破坏,同时又可得到坡体的破坏滑动面。其中,c′=c/F,φ′=arctan(tanφ/F)。
3 算例分析
某高速公路边坡的断面图如图1所示,图中的Ⅰ,Ⅱ表示地层的围岩类别,边坡的防护结构由A,B,C,D,E五部分组成,A和E为自然坡度,其防护形式采用菱形网格,而B为开挖出来的坡度,其防护形式采用窗孔肋;C为钢筋混凝土挡土墙,采用C30混凝土;D为路基,菱形网格和窗孔肋两种边坡防护形式的材料均为混凝土,边坡A和E的坡度为1∶2,边坡B的坡度为1∶1。整个分析模型的高为35 m,宽为91 m。该边坡在施工时,先开挖B部分,然后施加窗孔肋防护体,再开挖D部分并修挡土墙C,然后对A和E进行菱形网格防护,最后对A,B和E部分植草绿化。在计算分析中用到的围岩类别和钢筋混凝土的参数见表1。
c=1.5×105,φ=20°。
3.1 建模与网格划分
在选取单元时,Ⅰ类围岩和Ⅱ围岩都采用Plane42单元,选取Beam3单元做钢筋混凝土挡土墙。定义材料本构模型时采用DP模型,取剪胀角为0°,见图2。
3.2 加载及初始地应力场模拟
将模型的底部x,y方向和右边界x方向约束,取y方向的重力加速度为10,在求解控制时采用牛顿迭代,然后将挡土墙单元杀死,求解。
3.3 上台边坡开挖部分及其节点力(见表2)
3.4 上台边坡开挖模拟分析
在该部分操作中,建模只需要将上面的模型运用生死单元的操作将开挖部分杀死即可。在施加荷载时要将前面所输出的节点力进行数据整理。本次所计算的节点力共6组,都进行了反号处理,再对该模型求解,求出下台边坡开挖部分的节点力(见表3)。
3.5 下台边坡开挖分析
在下台边坡开挖模拟过程中,将上步所求的节点力反号后施加在岩体节点上求解。
4 计算结果分析
1)从边坡开挖过程仿真分析地层的变形和位移,结果可知最大变形为4.067 mm,而x方向的最大位移在第一次开挖后为3.967 mm,说明第二次开挖后边坡的位移量很小边坡不会滑移,是稳定的。2)从边坡开挖过程仿真分析地层的应力结果可以看出,地层的最大拉应力为0.613 MPa,在挡土墙后大部分范围内拉应力为0.353 MPa～0.266 MPa,说明边坡地层的拉应力很小,边坡是稳定的。3)对挡土墙单元的内力分析可知,挡土墙的最大弯矩为87.365 kN·m,剪力为-43.685 kN,轴力为-383.20 kN,其轴力为负表示受压。4)对该边坡进行强度折减法计算的安全系数取1.5时,计算结果为收敛,故该边坡在开挖后在挡土墙及表面护坡的共同作用下处于稳定状态。
参考文献
[1]李黎明.ANSYS有限元分析实用教程[M].北京:清华大学出版,2005.
[2]李围.ANSYS土木工程应用实例(第二版)[M].北京:水利水电出版社,2003.
[3]张鲁渝,刘东升.扩展广义Drucker-Prager屈服准则在边坡稳定分析中的应用[J].岩土工程学报,2003,25(2):216-219.
[4]史恒通,王成华.土坡有限元分析若干问题探讨[J].岩土力学,2000,21(2):152-155.
开挖边坡 第5篇
水力发电与火力发电不同，是一种比较清洁的发电形式，在提倡可持续发展的今天，水力发电更是受到了国家与社会的普遍关注，水电厂的电气自动化也随之取得了显着成效。但现阶段，随着经济的不断发展，使我国的用电量持续提高，火力发电资源的欠缺使其未来无法满足社会的用电需求，因此，水力发电的自动化水平还需要进一步提高，而智能技术在水电厂电气自动化中的应用便能够有效满足这一要求。
1 智能技术的应用发展
当前，水电厂中的自动化系统已经是水电厂中必备的设备之一，但在水利发电的过程中，虽然已经将鲁棒性控制等技术应用到整个系统中，但是，仍然无法满足越来越复杂多变的环境的客观要求。
早在上个世纪六十年代中期，智能技术概念便已经被提出并逐渐发展到控制技术当中，发展到七十年代，智能控制领域才真正意义上得到发展[1]。智能系统的根本意义指的是能够完成指定智能行为的操作系统，举例来说，如果对系统输入一个具有激励性质的问题，系统若具备智能性，便可以针对问题给出相应的回答，这种类型的系统便可以称之为智能系统，另外，智能系统还具备较强的学习组织功能。
现阶段，智能控制系统还处在发展初期，其健全的理论体系还没有完全建立起来，但已经受到全社会的普遍重视，也得到了广泛应用。在水电厂电气自动化中，水电机组的智能控制便是智能技术得到应用的主要方面。
2 智能技术在水电厂电气自动化中的应用情况
2.1 专家控制智能技术
专家控制智能技术是一种比较传统的控制技术。自动控制学自发展以来，从古典理论到现代理论，再到自适应性的一系列发展，其进步是快速的，而支持这些进展的技术主要有数学分析预计数值计算两种，相应的，其实践操作部分也由传统的模拟形式逐渐转变为当前的数字形式。但无论发生怎样的改变，传统控制技术的基本结构并未出现实质性的变化，基本上仍然是利用机器的单独控制来实现系统的整体反馈，与此同时，机制也没有发生重大变化，仍然是以准确执行控制制度为主[2]。而专家系统主要作用于非结构化造成的相关问题，在处理定性、启发等相关信息有良好效果，专家控制智能技术从某个角度来看，是专家系统与自动控制两种技术向结合的产物。
2.2 模糊控制智能技术
模糊控制智能技术主要来源于模糊集合理论，是一种相对宏观的系统控制方法，主要应用于描述控制规则。模糊控制技术的主要应用特征是将人工操作系统的经验用相对模糊的方式表达并传递出来，之后运用模糊推理的方式，使比较复杂的对象能够在一定范围内控制起来。另外，该控制对被控模型没有过强的依赖性，也正因如此，该控制能够为随机系统或不确定系统创造较好的控制环境。
而模糊微处理芯片装置的开发与应用，也为模糊控制智能技术提供了实践与发展的新途径，相应的，从水电机组的角度看，模糊控制智能技术也是一种相对有效的解决手段。但客观上讲，当前的模糊控制智能技术与传统的控制理论对比，还存在着很多不足，主要表现在品质与学习能力的提高方面。
2.3 神经网络智能技术
如今，在动态系统理论的发展下，线性系统的相关设计与应用稳定性也越发完善起来。然而，与线性系统相比，非线性系统的发展却并不快速，主要受其理论与应用复杂性的限制，在整体系统上也发展得并不完善，为解决当前问题，神经网络智能技术应运而生。神经网络从客观上讲是一种既与数值计算相关联，又与符号推理有联系的数学应用工具，其应用并不以具体模型为依托，只需要将一个信息输入进去，便能够得到相应的输出信息，但其对于两者之间的数学联系并不明确，这也是神经网络智能技术所具备的另一功能，即非线性映射[3]。
神经网络智能技术在职能控制应用中所具备的优势主要表现在以下方面：首先神经网络智能技术能够借助具体实例进行学习，为信息处理开辟了一条全新的道路;其次，神经网络智能技术的复杂性能够显现出其巨大的发展潜力;最后，神经网络智能技术的非线性映射能够解决较复杂的控制问题。
3 智能技术在水电厂电气自动化中的应用前景
现阶段，智能集成化已经成为智能控制发展的一个新角度，我国在水电厂自动化控制方面，正在研究一种不仅能将模糊处理合理应用到自动化技术中，还能进行有效学习的新技术，这种技术将在不远的将来成为水利发电智能控制的新方式，水电厂也将逐渐实现全面自动化，达到减少值班人数，节省人工成本的目的。
4 结束语
随着我国经济社会的发展与用电量的持续提高，实现水电厂全面自动化已经成为水电厂未来的主要发展方向，而智能技术便是当前实现水电厂全面自动化的主要途径，只要合理应用专家控制、模糊控制以及神经网络控制等先进智能技术，我国的水电厂一定能在不远的将来实现全面自动化。
参考文献
[1]贾刚，张萌.浅谈电气自动化控制中的人工智能技术[J].中小企业管理与科技(下旬刊)，，8(15)：218-219.
[2]陈存，程兵，朱明.基于保护原理的神经网络式失磁保护配置方案[J].江苏电机工程，，9(27)：184-185.
开挖边坡 第6篇
关键词：开挖高边坡 高边坡防护 措施
高边坡是指土方开挖高度≥20m 的边坡，在岩土边坡的分类中通常把坡高为10m—15m的土质边坡称为高边坡，把坡度为30°— 60°的边坡称为陡坡，把 60°— 90°的边坡称为急坡，高边坡受到各种不稳定因素的影响，成为滑坡、崩塌等地质灾害和工程事故的多发地段，现已引起土木、地质、公路建设和水利水电等相关领域设计和施工人员的广泛关注。
1、开挖高边坡防护的常见基本问题及技术方法
1.1高边坡防护的重要性
高边坡的地质构造往往比较复杂，影响滑坡的因素也很多。我国曾有几十个水利水电工程在施工中发生过边坡失稳问题，如天生桥二级水电站厂区高边坡、漫湾水电站左岸坝肩高边坡、安康水电站坝区两岸高边坡、龙羊峡水电站下游虎山坡边坡等等。为治理这些边坡不但耗去了大量的资金，还拖延了工期，成为我国水利水电工程施工中一个比较严峻的问题。有的边坡工程甚至已经成为制约工程进度和成败的关键。因此，加快水利水电边坡工程的科研步伐开发出一套现代化的边坡工程勘测、设计、施工、监测技术，已经成为水利水电科研攻关的重大课题。
1.2 开挖高边坡稳定分析法
边坡稳定性分析中，力学参数的选取会对计算结果产生重大影响，因此，开挖高边坡的稳定性不仅关系到工程本身的安全系数，也直接影响到工人的自身安全和财产安全。由于岩体中结构面的存在以及水等风化外应力的作用，使得岩体的力学行为与岩石试块所表现的力学行为之间存在着很大差异。采用原位试验方法确定岩体力学参数比室内岩块试验合理，但原位试验通常受到各种条件的限制，而且还存在一些尚待解决的技术问题。边坡的稳定性主要与工程建设的指导的正确有着很大的关系，因此，将岩块力学参数应用于岩体工程时，必须考虑岩块与岩体之间的差异，对参数进行工程处理，使得对岩体工程所做的稳定性分析结果更接近于现场实际情况。
1.3 极限平衡法分析
该方法是将边坡有滑落倾向有滑落趋势的土层划分成多条或斜条段，经过研究分析得出整个土层的着力点和保持平衡的公式。在分別考虑自重影响、自重+地震影响工况下搜索了边坡的最小安全系数作为参考，分成1到4部分，如果一个土层马上发生滑动或偏移，移动的范围非常合理，不将土层的其它因素考虑进去，滑动层面上的力度和抗减强度折减安全系数一样，其安全范围内的数值与滑坡体范围内的特征和外部范围环境因素、地址因素、承载情况等毫无关系，并也将刚体极限平衡法也考虑进去。这样边坡稳定性和经济性达到较好组合。
1.4 开挖高边坡自然因素的影响
在边坡的建设中会遇到很多的自然因素。如 ：不同的岩层结构、不同的风化带、气温的差异、地下排水渠等。我们只有在遇到这些问题前做好长时间的观察工作和记录，建于大量的数据上，才能保证在实施工程的时候不出现误差。
2、开挖高边坡防护相关措施
2.1 选择地质较好的地点建立边坡
首先，要选择易风华的软岩层作为边坡地的首选，边坡的地下层必须是干燥、无水的，以免被侵蚀，造成土质的松动从而引发事故。
2.2 技术的选择
由于开挖高边坡防护的技术水平要求较高，在这里我们推荐的是稳定分析法，极限平衡法。当然还是有很多其他的计算方法，具体的还是要根据施工情况而定。
2.3 边坡防护的建造要求
在建造时，抹面的厚度在10cm 之内，捶度在20cm 之内。二者与未防护面的连接处的距离应该严格密封，以免沙土、水流进入，从而破坏内部的构造为工程埋下隐患。例如坡顶要做好截水沟，沟底和沟边要也要做好防护措施。在灌注泥浆时，要选择坚硬的石子，不容易被风化，宽窄度较小的边坡。泥浆要选择粉土、碎沙、粘土等质料，这样很容易将边坡的缝隙填满，从而起到很好的保护作用。
2.4 边坡的护面墙的水泥含量
边坡的护面墙也要有水泥层，其水泥的含量要根据边坡的面积而定。护面墙一般多建于云母岩、岩石层和其他风化较为严重的岩层、较为易碎的岩石等。建立好后不仅有美观的作用、也可以起到防止雨水渗漏、风化侵蚀，并延长边坡的使用寿命。
2.5 植物防护
在边坡建设完成后，为了边坡更加稳定和减少雨水对其冲刷的损害，我们将会在外部种植绿化带。方法有撒种、直接铺设草甸、植树等。这样不仅可以减少风化对于边坡的侵袭，也增加绿化面积。对于路边坡、防护堤岸都起到了很好的保护作用；同时降低了河水的速度，河岸边泥沙的淤积，水流直接冲蚀边坡等。
2.6 建立钢绳网锁的多层防护栏
由于边坡都处在地质较为特殊的地带，因此建立防护网是十分有必要的。一般建立在边坡两边，主要是拦截落石、防止细小的灰尘颗粒、水土流失。钢绳网也要铺设于地面上，从而很好的固定植物的根系，与坡面的防护措施融为一体，达到最佳的防护效果。
3、结论
综上所述，开挖高边坡防护的技术已经发展得非常完善，有着独立的理论和完整的现代科技。它不仅被广泛应用，而且在近些年中快速的发展着。所以，只有懂得边坡的系统知识才能做好防护工作，只有不断的去探索研究，才能让开挖高边坡的防护技术更加日趋完善。
参考文献：
[1]张有天，周维垣.岩石高边坡的变形与稳定[M].工北京：中国水利水电出版社1999
[2]丰定祥，吴家秀.葛修润.边坡稳定性分析中几个问题的探讨[J].岩土工程学报，1990
边坡开挖支护技术的水利施工研究 第7篇
1 边坡开挖支护技术在水利工程中的重要性
水利工程属于我国重要的民生工程, 其影响着当地居民的生活, 也是政府机构比较重视的施工项目。水利工程增多后, 有效达到了南水北调的目的, 不但解决的人们用水问题, 还可以进行发电, 是提高人们生活质量的有效措施。在水利工程中, 边坡施工具有一定复杂性, 增加了施工的难度, 也影响着工程的整体质量。所以, 在施工的过程中, 一定要合理应用边坡开挖支护技术, 做到结合实际, 并及时调整施工方案, 从而降低施工的成本, 保证施工的质量。通过实践可以发现, 合理应用施工技术, 可以达到防止边坡岩体滑塌的效果, 还可以保证水利工程更好的发挥出综合效益。
2 边坡开挖支护技术的水利施工分析
2.1 监测与物探
为了保证水利工程的质量, 施工单位需要做到一边施工, 一边分析与调整, 对边坡进行安全监测。这一过程需要应用先进的监测仪器, 主要是防止边坡内部出现变形问题, 工作人员结合监测到的资料, 可以判断出位移的趋势。监测工作还包括爆破振动监测, 主要是根据衰减规律以及爆破振动的速度总结出趋势与规律, 从而对爆破工作进行必要的指导。
物探检测工作也是维护工程安全的有效措施, 在对边坡进行开挖时, 施工单位需要设置好长观孔、声波孔以及变模孔, 这些孔洞主要是方便物探检测与分析。在检测的过程中, 如果发现孔口段岩体完整性较差, 孔壁较为粗糙, 检测到的波速比较低, 则需要对施工技术进行改进与优化。利用物探检测技术, 可以优化边坡开挖支护技术参数, 从而保证施工的质量。
2.2 施工关键环节
在边坡开挖支护工程中, 关键的施工环节包括:钢筋网铺设、喷混凝土施工、排水孔施工以及贴坡混凝土支护。控制好这些重要的施工环节, 可以降低安全事故出现的概率。钢筋网的铺设可以防止边坡出现塌滑现象, 有利于维护边坡的稳定性。喷混凝土的环节需要做好封闭工作, 对边坡建基面进行必要的养护, 降低其受到风化的概率。排水孔施工可以避免山体水压对边坡造成的破坏。贴坡混凝土支护是一项常见的支护技术, 其可以保证边坡的稳定性, 在施工的过程中, 需要保证整个过程的持续性。另外, 在边坡开挖支护施工操作中, 还要按照水工混凝土的相关标准进行严格的把关, 保证各项技术参数达到要求。
2.3 施工控制技术
2.3.1 边坡开挖施工流程
2.3.1.1 技术交底。水利工程是一项系统的工作, 在施工前, 首先需要做好技术交底工作, 技术人员应做好与现场管理人员及施工人员的沟通与交流。如果相关人员对技术交底内容有更为合理的建议, 必须向技术部门申请之后, 得到核实同意才能顺利实施。
2.3.1.2 测量放线工序。进行边坡开挖施工之前, 现场施工人员要依照有关技术和设计图纸要求对开挖的轮廓展开测量放线, 保证测量放线点达到水利工程的实际要求。施工人员要遵照成型后的开挖断面实施检测, 如果出现无法达到工程规范及设计要求的部分, 及时给予相应的处理。
2.3.1.3 合理开挖硐室、竖井。水利工程边坡开挖施工主要采用钻爆方式实施, 采用自上而下的顺序进行。钻爆法进行开挖可以划分为台阶式分层开挖、逐层爆破开挖、薄层爆破开挖这三种主要方式。多数爆破方式必须在施工前要在边坡上钻出多个竖井及洞室, 方便放置炸药。在进行竖井及洞室开挖的时候, 施工人员要依照有关的技术要求施工, 合理控制欠挖和超出开挖范围的情况, 要在规定的范围内施工, 合理掌控洞室安放炸药的参数。
2.3.1.4 槽挖施工。进行边坡开挖的钻爆设计过程中进行水质岩质边坡施工最重要, 对提升开挖施工的效率及开挖施工质量具有重要意义。技术人员必须现场施工岩石结构和实际情况展开考察, 选取科学、合理的施工办法, 同时设置合理的爆破性试验爆破参数。
2.3.2 边坡支护施工技术
2.3.2.1 浅层支护。一般来说, 水利水电施工工程在进行边坡开挖支的护施工过程当中, 边坡的浅层支护涉及到的部分主要有排水孔、喷混凝土以及锚杆束等。施工过程中, 可采用XZ-30 钻机或全液压钻机来进行锚杆束的钻孔工作。其中全液压钻机的造孔施工通常使用于对已经形成的施工平台进行开挖作业, 能够保证高速、高效、可靠的钻孔施工工作。在排架搭设的工作完毕之后, 则可使用XZ-30 钻机针对边坡的上部孔位来造孔。对锚杆束进行安装的施工:采用先注浆后插杆的方法对岩层较为完整的部分进行施工, 然而对于岩层中的容易塌孔、较为破碎的部分则应该采用先插杆后注浆的方法对其进行施工。
2.3.2.2 深层支护。在水利水电工程中边坡开挖的过程中, 一个无法避免的施工技术就是深层支护了, 在施工中要注意, 需要使用轻型的锚固钻机对锚索钻孔, 在控制钻孔时要检查并进行纠偏和测斜。在深层支护的施工中, 若是使用的是3SNS型号的高压灌浆泵进行的灌浆施工, 使用的是溜槽来入仓锚墩混凝土的话, 要在锚墩混凝土在凝结后并达到了设计中要求的强度后在进行锚索张拉程序, 这个过程中要注意到, 初期要根据设计值的90%来对张拉力进行控制, 并且要使用专门的设备来对单根的钢绞线进行对称的循环张拉操作, 以此来测试是否还需要进行补偿张拉。
3 结论
综上所述, 边坡开挖支护在整个水利工程中发挥着重要的作用, 影响着工程是否可以安全的运行, 对整个工程的质量也有着关键性作用。为了提高水利工程的综合效益, 施工单位需要做好技术监测以及控制工作, 结合工程实际情况, 选择适合的技术;还要重视施工关键环节的质量检测, 提高施工人员的安全意识, 从而在最短的时间完工, 缩短工期, 降低施工的成本, 提高工程的经济效益。
参考文献
[1]袁小东.关于水利工程中边坡开挖支护技术的探讨[J].城市建设理论研究 (电子版) , 2013 (11) .
[2]蔡光荣.论新形势下如何加强水利水电工程的施工质量控制[J].经营管理者, 2010 (7) .
岩石高边坡爆破开挖安全评价分析 第8篇
1 问题的提出及相关意义
大型水利工程、交通建设工程等一系列开发工程都在一定程度上涉及到大量的高边坡爆破开挖问题, 过程中的爆破振动对它的稳定性带来的影响是工程师研究的重要课题。在岩石高边坡爆破开挖过程中, 由于爆破比较频繁, 往往会对高边坡带来不利的影响, 特别是那些已经存在着一定地质缺陷的部位, 甚至在其影响下会造成大面积的滑坡。随着我国工程建设的大力发展, 涉及到高边坡开挖的工程日益增加, 因此, 有必要对其进行主要分析, 并找出相应措施。
岩石高边坡开挖过程中一般都采用分层爆破的方式进行施工, 它的安全稳定问题不仅在一定程度上与地质条件有关, 还与施工方案密切相关, 特别是爆破过程中所采用的方案和技术。爆破开挖不仅改变了它原本的地形, 还会由于频繁爆破振动使岩体产生裂痕, 从而降低它的岩体结构的粘结力度, 会间接的导致坡体失去稳定。从另一方面上来说, 振动引起的惯力会引起坡体的下滑力度加大, 最终导致整个动力失去稳定性。在开挖过程中除了对高边坡的稳定带来影响外, 振动对岩体的破坏力也是不容小觑的。根据爆破作用原理可以得知, 爆破过程中的振动区域是对地质条件的影响区域, 还会在此过程中在原有的裂痕上产生新裂痕。因此, 正确评价开挖对高边坡的影响, 不仅可以准确确定爆破方案和规模, 还可以通过制定的相应措施来控制振动, 以便直接避免振动带来的破坏, 另外, 对高边坡进行加固, 会在一定程度保障人民财产的安全。
2 对高边坡爆破开挖的现状研究
岩石爆破是一个非常复杂的过程, 涉及到多种学科知识, 同时, 爆破过程中的炸药反应是一个快速的过程, 人们对岩石爆破的程度了解的不够全面, 再加上岩石具有性质上的复杂性和多样性, 这些都决定着振动下的稳定问题是工程师们所关注的重要难题之一, 并且就目前情况来看还没有提出准确的评价。虽然在一定程度上岩石高边坡爆破技术有所进步, 但是从理论上对它的相关评价还是满足不了实践过程中的需要。
近年来, 随着计算机科学的快速发展, 岩石力学的方法得到了大幅度的发展, 在对爆破工程进行分析过程中, 较为成熟的是有限元方法, 国外曾在六十年代就开始使用这一方法进行爆破的计算, 随着计算机的日益完善, 这种方法在动力学更是取得很大的发展, 在处理相当大的变形以及条件比较复杂等方面有非常明显的优势, 还在这一方面取得相关成果。
3 爆破开挖对高边坡的影响及破坏
3.1 爆破开挖对高边坡的影响
边坡工程是岩石爆破工程中最重要的组成部分, 它的工作状况直接影响着工程的稳定性和安全性。水利工程、交通建设等要在一定程度上涉及着大量规模不同的爆破开挖, 由于它的频繁性, 经常会对边坡带来不良影响, 甚至严重时会推延工期, 给经济造成损失。爆破开挖对高边坡的主要影响分内在和外在因素, 主要是:内在因素是工程的地质条件。高边坡在形成过程中, 通常情况下会受到各种自然因素, 如地下水、风化等, 地质结构的存在, 如缝隙面、积压面等, 这些都是影响高边坡的重要因素。同时, 结构面的存在还降低它的整体强度, 使其增大变形, 还改变着岩体的不均匀和非连续性能, 当高边坡体内的承受力超过了岩体的相应强度时, 将会在一定程度上导致坡面产生变形, 近年来的许多岩体工程事故证明, 呈现不稳定状态的岩体往往会沿着一个结构面滑移、错位等造成岩体失去稳定性;外在因素主要是开挖过程中产生的荷载或开挖后的卸荷。爆破开挖对高边坡的稳定影响有两个方面:一是爆破过程中产生的荷载直接作用在高边坡上, 从而在一定程度上减小着岩体的抵抗力, 频繁振动降低着它的强度, 对高边坡产生不利影响;二是开挖过程中形成的新的坡面, 改变了原地形和覆盖层之间的相互约束, 又随着时间和空间的不断变化, 使结构发生着系列变化。
3.2 爆破过程中对高边坡的破坏
爆破对高边坡稳定性的破坏。爆破对高边坡的稳定性影响可以从两个方面体现出来:爆破的振动强度和自身的地质条件。资料显示:角度在三十五度以上就会出现稳定性不强的现象, 同时, 根据地质条件来看, 容易发生失稳的结构有以下几种:爆破前已经有着一定的滑面, 并靠它的抗剪度来维持现状, 爆破过程中由于频繁振动, 导致抗剪度降低, 从而引起滑体;虽然没有滑面, 但是却存在着裂缝, 使强度降低, 在爆破的振动下, 促使该裂缝扩张, 产生变形, 又在降雨的影响下失去稳定性。一般情况下, 高边坡失去稳定是由强度大的爆破引起的, 这种大爆破所产生的振动比较强烈, 并且范围也比较广, 因此, 这样的情况对高边坡带来的影响应该引起格外重视。
同时, 爆破过程中还会相应的对那种内部岩石造成破坏, 主要表现为:爆破量大、抵抗线大、地质条件不良等, 这些因素直接对内部岩石造成系列破坏。
4 岩石高边坡爆破开挖的评价及分析方法
4.1 分析方法
上文曾提到过有限元法, 这种方法主要是对方程进行系列求解, 它的基本思想就是将实际中有一定联系的求解区进行离散, 将它们离散为一组按一定方式联结起来的组合体。有限单元法的另一个重要特点是利用每个近似函数来表示那种待求的函数。近年来, 有限单元法的应用逐渐广泛, 分析的对象也逐渐扩展, 在爆破技术中也经常采用这一方法。
常用的一种方法是拟静力法, 这种方法将分布在爆破中的惯力拟静力化, 然后参与稳定性计算。总的来说, 这种方法和爆破地震作为一种影响力小、能够在一定程度上进行人为控制是相互适应的, 同时, 这种方法的基本假设认为地震过程中高边坡会一直受到速度的作用, 而且这种作用方向不会发生改变。
岩石高边坡爆破开挖的分析方法除了有限单元法和拟静力法之外, 还有概率统计法、工程类比法, 这两种方法都在一定程度上影响着高边坡的稳定性。
4.2 评价方法
在实际工程中, 爆破振动下的高边坡的分析方法和安全标准, 主要包括以下几种:安全系数法。这种方法将分布在高边坡上的荷载作为一种外力使用, 从而确定它的抗滑度。早期的工程师曾用拟静力法来进行抗滑度的计算, 这种方法主要是将荷载转化成大小、方向不变的力使用在滑动体上, 从而算出它的安全系数, 很显然, 这样的方法是不准确的。后来, 经过工程师的不断试验和研究, 终于确立了这种安全系数法, 并成功应用在爆破工程中;质点振速法。质点振速法是实际工程中最常用的, 它主要应用在控制振动的破坏等级标准。目前, 各国对高边坡的岩体破坏标准都在一定程度上以振动的频率作为评判标准, 由于在此过程中有着所谓的临界值, 各国的标准也因此存在着差异, 主要有以下方法:根据岩石的拉伸破坏过程中的极限值来求振动速度;根据岩石抗拉强度求振动速度;根据近似值的计算求振动速度;安全距离估算法。爆破的安全距离主要指爆破后不引起建筑的破坏, 所处位置距离爆破点的距离最近。在这一段距离内, 如果建筑遭到一定程度上的破坏, 就会被称为危险区, 如果在这个距离之外, 则是安全区。这个估算法是从向上抛爆破物时药包对岩石的破坏范围得来的, 没有对爆破的方向进行考虑, 同时也没有靠虑高边坡的结构特性。当然, 除了以上方法外还有许多方法, 这需要工程师的不断试验和探索, 从而促进爆破技术的进一步发展。
5 结束语
爆破过程中的振动在一定程度上对岩石高边坡的稳定性影响是一个非常复杂的问题, 涉及到多个科学领域, 同时也是我国大型水利工程建设过程中亟需的重要问题。本文不仅对高边坡爆破开挖的评价和分析方法进行了简要介绍, 并同时对边坡的稳定性进行了系列研究, 主要是想通过这些现象表明施工过程中的相关问题, 同时希望广大学者继续对其进行研究、探索, 以便为我国的大型施工建设提供相应技术。
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开挖边坡 第9篇
在岩土工程(边坡工程、地下工程、基础工程)中,往往涉及到岩体的爆破开挖。岩体的爆破开挖必然在一定范围内损伤保留岩体。爆破开挖时,爆破地震波的作用,在岩体内产生剪应力和拉应力,使得岩体原有的节理裂隙扩展、错动,或产生新的裂隙[1]。王思敬院士[2]曾经指出:工程开挖后,由于应力场改变及储存的应变能释放,边坡浅表部岩体沿原有结构面扩展、张开及错动,甚至产生新的破坏面。伍法权研究员[3]等在小湾水电站坝基岩体开挖卸荷与分带研究中发现小湾坝基引起了一系列岩体卸荷变形破坏现象,包括岩体中已有结构面的回弹松动与剪切错动,以及完整岩体的岩爆拱裂、薄板状破裂等新生破裂。岩体的爆破开挖损伤使岩体发生了变形或破坏,弱化岩体力学参数,降低工程岩体稳定性。对于边坡工程,岩体的爆破开挖损伤将降低边坡稳定性,使边坡产生变形,甚至坍塌破坏。为此本文利用岩体声波测试对尖山磷矿边坡岩体的爆破开挖损伤进行了研究。
1声波测试
1.1工程概况
尖山磷矿位于东西走向构造带香条村背斜的北翼东段,地层倾向正北,呈单斜形式。矿区内岩石为湖相沉积岩,从北向南主要岩层为灰黑色中厚层状粉砂质泥岩(俗称黑页岩)、矿体、薄层状砂质白云岩和细粉晶白云岩。矿区上层的黑页岩是开采过程中主要的剥离对象,砂质白云岩是边坡保留岩体,岩层面与边坡坡面平行,细粉晶白云岩在边坡上无出露。露天矿以山坡露天方式开采,形成200 m的高边坡,由于边坡稳定性差,边坡坡顶出现一条近东西向的弧形裂缝,裂缝长度约200 m,裂缝宽度15 mm～500 mm,地裂缝距边坡约40 m,边坡下部局部地段出现鼓出现象,严重威胁矿山的安全生产。采场爆破采用逐孔微差爆破,最大段药量为单孔药量,各岩体的爆破参数如表1所示。
1.2测试结果
声波测试采用单孔测试法。测试用中国科学院武汉岩土力学研究生产的RSM—SY5智能型分机体声波仪,探头用HX-PZT—S45G2型一发双收换能器。利用声波仪对采场边坡岩体黑页岩、砂质白云岩、矿体进行现场声波测试。测试孔在爆破开挖形成的平台上布置,为垂直孔,钻取好测试孔后,注满清水放入探头进行测试。测试结果如图1—图3所示。
2 岩体损伤
2.1 损伤范围
我国《水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范》要求:用波速方法判定爆破岩体质量破坏标准时,测试同部位岩体的爆破后波速V与爆破前波速V0,计算其变化率
当η>10%则判定岩体受到爆破开挖损伤破坏;当η≤10%则判定岩体未受到爆破开挖损伤破坏。依据该规范,可根据岩体声波测试得出的波速变化率η来判定爆破开挖对边坡岩体的损伤范围。
从声波测试结果可以看出,随着深度的增加,岩体纵波波速趋于一稳定值,即在一定深度下,岩体不受爆破开挖的损失破坏,可以把不受爆破开挖损伤的岩体对应的波速就作为爆破前岩体波速。张袁娟[4]在边坡岩体声波测试中把10 m左右岩体波速认为爆破前波速。此次测试黑页岩区,把8.5 m以下的岩体的波速作为爆破开挖前岩体波速;砂质白云岩区,把9 m以下岩体波速作为爆破开挖前岩体波速;矿体区,把7.5 m以下岩体波速作为爆破开挖前岩体波速。通过计算,黑页岩的损伤范围为6.6 m,砂质白云岩损伤范围为6.1 m,矿体损伤范围为5.1 m。
2.2 损伤因子
爆破开挖对岩体的损伤将使岩体原有节理裂隙张开、扩张、或产生新的裂隙,从而导致岩体的力学参数降低[5]。这里用损伤因子来度量岩体受损伤的程度,损伤因子可表示为[6]:
式(2)中E0为爆破开挖前岩体的弹性模量;E为爆破开挖后岩体的等效弹性模量。根据弹性波理论,爆破前后岩体弹性模量如下:
式中ρ0、ρ分别为爆破开挖前后岩体密度,μ0、μ分别为爆破开挖前后岩体泊松比。爆破开挖前后岩体的密度和泊松比变化较小,可以认为ρ = ρ0 ,μ=μ0,则由式(5) ～式(7)可得:
取损伤区岩体波速的平均值为V,未损伤区岩体波速的平均值为V0。通过计算黑页岩的损伤因子为0.4,砂质白云岩的损伤因子为0.45,矿体的损伤因子为0.37。岩体的爆破开挖损伤与单孔药量是息息相关的,当单孔药量大时,岩体损伤范围大,损伤因子大,反之亦然,同时岩体的爆破开挖损害还与岩体的结构和开挖层的厚度有关。
2.3 岩体力学参数折减
岩体损伤弱化岩体力学参数,岩体力学参数的折减时应考虑爆破开挖的损伤影响。岩体参数折减方法中Hoek-Brown强度准则由于较全面地反映了岩体的结构特征对岩体强度的影响,是发展最完善的方法。在用Hoek-Brown强度准则修正岩体力学参数时,主要确定好四个参数:岩块的单轴抗压强度σc、霍克-布朗常数mi和岩体地质强度指标GSI、爆破开挖扰动系数D。这里把确定的损伤因子作为扰动系数D值。结合室内试验和现场调查利用Hoek-Brown强度准则对边坡岩体力学参数进行折减,参考文献[7]。室内试验结果如表2,岩体力学参数折减结果如表3。其中细粉晶白云岩在损伤范围之外,故D取0。
3 工程检验
根据岩体力学参数确定结果,利用FLAC—3D对边坡稳定性进行分析计算,岩体的密度和泊松比取室内试验完整岩块的确定结果。模型y方向为矿体走向方向,长度700 m;模型x方向垂直矿体走向方向,长度1 000 m;模型z方向为竖直方向,模型底部标高1 800 m,顶部最高标高2 225 m,模型最高高度425 m。计算结果的边坡塑性区分布图如图4。从图可看出,塑性区主要分布于边坡顶部和坡脚,这与现场的边坡坡顶出现一条近东西向的弧形裂缝,边坡下部局部地段出现鼓出现象是一致的。说明损伤因子确定结果符合工程实际。
4 结论
(1) 岩体的爆破开挖将在一定范围内损伤破坏保留岩体,弱化岩体力学参数,降低边坡工程的稳定性。
(2) 岩体的爆破开挖损伤与单孔药量是息息相关的,当单孔药量大时,岩体损伤范围大,损伤因子大,反之亦然,同时岩体的爆破开挖损害还与岩体的结构和开挖层的厚度有关。
(3) 利用数值分析对边坡稳定性进行分析计算,结果与边坡现状是一致的,说明了损伤因子确定结果符合工程实际,同时也说明了利用声波测试研究岩体损伤是一种可行的方法。
参考文献
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[3]伍法权,刘彤,汤献良,等.坝基岩体开挖卸荷与分带研究——以小湾水电站坝基岩体开挖为例.岩石力学与工程学报,2009;28(6):1091—1098
[4]张袁娟.缓冲爆破参数优化及其应用研究.湖北:武汉理工大学,2009
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[6]戴俊.岩石动力学特性与爆破理论.北京:冶金工业出版社,2002
开挖边坡 第10篇
随着高速公路建设的快速发展,高速公路不断向山区延伸,这给高速公路尤其是陡坡路基的建设带来了很多困难。山区高速公路多沿河谷及山体岸坡布设,桥隧比相对较高,高速公路设计中受到平面线性指标的限制,不可避免会出现桥梁墩、台或上部结构侵入山体的情况,形成桥梁外侧边坡。此类边坡与挖方路基段边坡不尽相同,如果处理不当,不仅严重影响山体边坡的稳定性,而且也会直接影响高速公路桥梁的使用安全。
本文结合甘肃省成县—武都高速公路建设工程实践,通过论述桥梁外侧边坡治理实例,总结桥梁墩、台开挖对边坡的影响分类,探讨边坡综合治理的对策。
1 桥梁开挖对边坡影响及治理实例
1.1 第CW7标段平洛河13号大桥YK30+100～YK30+180段
1)工程概况。
成武高速第CW7标段平洛河13号大桥YK30+100～YK30+180段右侧距S205省道6 m～20 m,路线以填方及浅挖方通过。该段土体为松散堆积体,左侧紧邻平洛河河道,临河侧坡体较陡,若采用路基通过则需将松散土体全部挖除并重新填筑路基,易对S205省道及山体产生扰动,造成安全隐患。
2)工程地质条件。
该段地基土上部为S205省道施工弃土,厚度约5 m,其下为冲洪积卵石土与基岩。S205省道右侧为石质山体,岩性为砂岩、砾岩互层,表部岩石风化强烈,有零星块石分布。山体斜坡坡向65°,自然坡度35°,岩层产状207°∠56°。
上部填筑土为S205省道路基反压稳定土体(见图1),路基开挖易对其产生扰动,使S205省道平衡状态产生一定破坏,对路基稳定性产生威胁,同时可能诱发山体局部滑塌,故需考虑对此段进行治理。
3)工程治理措施。
设计中该段以桥梁形式通过,为避免桥墩及盖梁开挖对S205的稳定性进行干扰,沿S205边线设置12根抗滑桩,抗滑桩截面尺寸2.0 m×3.0 m,桩间距5 m,桩顶悬出2 m,用C15片石混凝土砌筑成防撞墙(见图2)。此处抗滑桩、桥墩及盖梁均已施工完毕,现场观察反压土体及S205省道山体均处于稳定状态。
1.2 第CW8标段平洛河19号大桥右幅1号桥墩
1)工程概况。
成武高速第CW8标段平洛河19号大桥右幅1号墩位于S205省道边坡上(见图3),在施工中开挖桩顶作业平台较深,导致S205边坡坍塌、漏空,影响S205路基稳定。
2)工程地质条件。
现有S205路基边坡填筑较为松散,主要为卵石土及强风化砾岩,石块间隙较大,稳定性差,空洞严重,局部段落只留有40 cm～50 cm厚的路面,极度影响S205路基稳定,若因暴雨引起边坡下滑,将导致S205路面垮塌,并对19号桥1号桥墩施工形成安全隐患。
3)工程治理措施。
由1号墩向路线前进方向、路幅两侧各平移5 m以1∶1.5放坡,回填至1号桩顶标高,坡脚采用C15片石混凝土基础以防冲刷;同时采用钢管桩注浆的方法对S205的路肩部分进行加固,钢管桩采用∅150 mm的钻孔,钻孔长度15 m,钻孔桩桩间距1 m,形成的连续复合桩墙在宏观上起到抗滑作用,且注入的浆液可使S205的填料固结,增加S205稳定性(见图4)。
1.3 第CW11标段平洛河3号特大桥右幅32号桥墩
1)工程概况。
成武高速第CW11标段平洛河3号特大桥K50+650～K50+730右幅与隧道救援站JYY匝道顺接,桥梁右侧加宽,右幅32号墩为三柱式墩,桥墩位于突出的山嘴处。施工中发现平右幅32号墩4号桩地面标高与设计不符,现场勘察地形陡峻,高差较大,便道不易修筑,且桩位处桩基冲击钻钻孔施工空间不足。
2)工程地质条件。
该处为山体二阶台地,地层由填土、第四系全新统冲洪积层(Q4al+pl)粉质粘土、卵石土与下白垩统东河群中段(K1d2)砂、砾岩组成,第四系覆盖层厚度4.5 m～19.2 m,基岩全风化～中风化。台地顶有几处童庄村村民房屋。
3)工程治理措施。
桥墩桩位处于陡坡上,施工空间不足,根据设备所需操作空间开挖桩顶施工平台,同时进行边坡防护。桥梁右侧挖山侧设置二级边坡,两级边坡间设置2 m平台,一级边坡高度6 m,坡率1∶0.75,采用M7.5浆砌片石护面墙防护;二级边坡平均高度6 m,坡率1∶0.75,采用Ⅰ型锚杆框架梁防护,坡顶设置Ⅰ型截水沟(见图5)。
1.4 第CW11标段平洛河3号特大桥ZK51+270～ZK51+390段
1)工程概况。
成武高速第CW11标段平洛河3号特大桥ZK51+270～ZK51+390段,由于桥梁盖梁开挖形成长约125 m的临空段,临空面高度约3 m～4 m,受降雨影响,部分临空面发生坍塌,边坡上部出现拉张裂隙,为工程诱发由降雨引起的小型牵引式土质滑坡。
2)工程地质条件。
滑坡区地貌为中山斜坡带,地形南高北低,现自然坡度约35°。整体上形态呈马蹄形,前缘至后壁高差约15 m,滑坡体纵长23 m,前缘横宽120 m,滑体平均厚度约5 m,方量约1.0×105m3,主滑方向为15°。滑坡区出露地层主要为第四系全新统残坡积粉质粘土,下伏白垩系下统东河群中亚群(K1d2)灰色粉砂岩(如图6所示)。
3)工程治理措施。
根据边坡地质断面计算分析,将左线ZK51+330～ZK51+390段桥梁变更为路基,桥台移至ZK51+330处,左侧设置路堑挡墙,右侧设置衡重式片石混凝土路肩墙收坡脚;ZK51+260～ZK51+310处设置6根B型桩,桩径1.5 m×2 m,在ZK51+310～ZK51+330段设置4根A型桩,桩径2 m×3 m;桩心间距6 m,桩长20 m,桩间设置50 cm厚挡土板,挡土板埋入滑动面下1 m。
滑坡后缘界限外设置外围梯形现浇截水沟一道,断面尺寸为60 cm×60 cm,挡土板顶部设置“U”形预制截水沟,断面尺寸为40 cm×40 cm,顶面硬化封闭,挡土板后设置反滤层,板上设置2 m×2 m泄水孔(见图7)。
2 桥梁开挖对边坡影响及治理对策
2.1 国、省道路基边坡
1)桥梁墩台开挖对边坡影响。
山区高速公路布设受限于地形、地貌条件,走廊带大多比较狭窄、单一,很多时候与国、省道处于同一沟谷地带。高速公路与国、省道交叉一般采用桥梁上跨。桥墩布设于国、省道边坡时,墩台开挖对边坡坡脚形成卸载作用,极易形成局部坍塌,将影响原有边坡稳定,甚至危及国、省道交通运行安全。
2)边坡治理对策。
国、省道多沿山体修建,为陡坡填筑路基,填料分选性差,且压实度不易满足,桥墩开挖时应尽量减少对坡体扰动,减少开挖面。对于开挖已形成的不稳定边坡,可以采用填土反压对坡脚进行处理,同时结合钢管桩注浆使坡体填料固结,增强边坡稳定性。
2.2 基本稳定的山体边坡
1)桥梁墩台开挖对边坡影响。
桥梁经过山体台地或较稳定山嘴时,桥梁开挖对山体边坡影响较小,不会造成较高的挖方边坡,开挖的边坡处于基本稳定状态,不会发生滑塌。
2)边坡治理对策。
此类边坡可按一般路堑边坡进行防护,常用的防护形式有拱形骨架、窗格式护面墙、框格梁护面及全圬工护面墙等。
2.3 局部有潜在地质灾害的山体边坡
1)桥梁墩台开挖对边坡影响。
山体岩土类型上部为较厚碎石土或粉质粘土等残坡积土,下部为强风化岩石,开挖边坡岩体结构较破碎,形成土石混合边坡。桥梁开挖后易沿裂隙基岩面产生掉块、崩塌或滑塌,诱发地质灾害。
2)边坡治理对策。
此类边坡为具有溜塌、崩塌、浅层滑动、风化剥落、危岩落石等潜在地质灾害的边坡。此类边坡应根据地质条件及边坡高度确定治理方案。常用治理方案可选取锚杆框架梁、锚索框架梁、SNS柔性防护网、锚杆挡土墙及抗滑桩等。
3 结语
山区高速公路建设中,由于桥梁墩、台施工开挖不当引起的边坡问题屡见不鲜,边坡处治不仅需要加大项目资金投入,而且边坡若处治不当将会危及桥梁安全。本文结合甘肃成武高速的工程建设实例,对桥梁墩、台开挖引起的边坡稳定问题及工程治理措施进行探讨,得到以下结论:
1)桥梁墩、台位于国、省道边坡时,施工时应注意建设墩台开挖作业面,减少对边坡扰动;开挖导致边坡不稳时优先考虑在墩位处回填反压,既保证边坡及桥墩安全,又可减少边坡治理费用。
2)桥梁墩、台在基本稳定山体上开挖时,可按常规路基上路堑边坡考虑从而进行防护。
3)桥梁墩台在有潜在地质灾害的山体上开挖时,开挖边坡易出现溜塌、崩塌、风化剥落、落石及滑动等地质灾害,此类边坡应合理选用治理方案,优先选用锚杆框架、锚索框架及抗滑桩防护。
摘要：结合甘肃成武高速工程实践,进行了桥梁墩台开挖对边坡稳定影响的研究,并根据边坡地质情况提出不同的处治措施,总结了施工过程中应注意事项,可供同类公路工程设计和施工借鉴。
关键词：桥梁,开挖,边坡稳定,边坡治理
参考文献
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开挖边坡 第11篇
环境岩土工程自1981年提出至今，学术界倾注了大量的精力，进行了广泛的研究。由于各学者的理解不同，对环境岩土工程的定义不一。袁建新(1996)定义环境岩土工程是一门新兴的综合性交叉学科；龚晓南(2000)指出环境岩土工程是岩土工程与环境科学密切结合的一门学科；罗国煜(2000)定义环境岩土工程属于环境地质学范畴，可区分为区域环境岩土工程和城市环境岩土工程。近20年来高速发展的土木工程建设，大大促进了岩土工程的发展，提高了我国岩土工程理论和实践的水平。但对于自然环境和生态的干扰和影响也不容忽视。在今后20年我国的岩土工程者任重道远，改变传统的岩土工程理念，提高科技综合水平和管理水平，实现岩土工程的经济、安全和可持续发展将是迫切而艰巨的任务。
2 高速公路边坡开挖对生态的影响及解决途径探讨
在高速公路建设中经常有大量的开挖，开挖破坏了原有植被，导致严重的水土流失和生态环境失衡。目前，有关的施工建设部门已开始逐步采用植被护坡的方法来解决该问题。但是，开挖前的边坡表层具有生物多样性的特点，除了木本植物及草本植物外，还有依赖植物系统生存的诸如蚁群、蚯蚓、爬行动物等多种动物种群。生物种类越丰富，其生态系统越复杂，自我稳定性便越强。但是目前所采用的植被护坡方式往往以草本植物为主的绿化方式，不具备生物多样性，单一性草皮植被缺乏自我调节能力，往往会因土壤养分逐渐衰竭以及草坪品种退化等原因造成枯萎、斑秃，甚至出现大面积裸地，引起坡面植被再次迅速退化等等；另外，从植物根系的发达程度看，与木本植物类相比，草本植物的根系要细弱、短小，对土壤的固定能力较差，在持续降雨的季节里，同样会造成坡面坍塌。目前也有人工进行植物多样性的群落配置的尝试，但是人工设置下的生态系统始终无法完全替代天然生态系统执行其生态功能，大多坡面植被在无人看護的情况下迅速退化，而且有的坡面因群落配置不合理，恶性杂灌草两年后就开始迅速入侵，这些问题目前仍没有较好的解决办法。
针对上述问题，笔者从环境岩土工程及生态学角度，对高速公路边坡问题提出了“优先作隧：次在支护：开挖为下”的观点。指的是在条件允许的前提下，通过隧道或洞室工程来避免开挖而导致的地表植被破坏，若条件不允许只有选择边坡开挖的话，则尽量多支护少开挖，将开挖所造成的对环境的扰动降至最小。在许多场合下采用洞室结构代替明挖边坡有很大优越性，例如用公路隧道代替傍山削坡成的公路或引水隧洞代替顺山坡开挖成的明渠，由于线路短、开挖断面小，开挖量会大大减少，除了进、出口地段外，基本上不会破坏地表的土壤和植被。但是，洞室工程也有它的困难问题，如长隧洞的地质勘探问题、施工技术问题，大断面、高边墙洞室稳定性问题，深埋隧洞高地应力场作用下成洞条件问题等。由于施工费用及工程难度的问题，使用洞室工程完全代替坡面开挖将受到很大的局限性。在隧道施工费用过高或者难度过大的情况下，我们将不得已采用边坡工程而进行边坡的开挖及支护，但是，又要考虑到对环境和生态的影响效应，因此，综合考虑到对环境的影响效应的前提下进行边坡的设计成为本文讨论的重点所在。
2．1多加固少挖除。充分利用岩体自稳能力和承载力
如果岩体力学性能较差， 自稳能力不足，存在地质灾害隐患。这时，为了保护环境和维持生态平衡，尽量采取加固而不是挖除的办法来解决质量欠佳岩体的问题。如果遇上风化、软弱岩体或被断层、节理切割的破碎岩体，在开挖扰动、产生新的临空面后容易形成危岩体或不稳定块体，对它们采用加固措施常常比简单地挖除有利。另一方面可以在安全度允许的范围内将边坡尽量挖陡一些。岩石边坡开挖中一个最重要的指标就是选取开挖坡度，当边坡岩体中存在软弱、破碎或不稳定岩体，常常采用减小坡度的办法增加边坡稳定性。不加区别地普遍放缓坡度不仅会增大开挖量，而且会挖掉地表的覆盖土层、破坏大片植被。如果工程部门不进行岩石力学研究，不理会采用岩体加固技术的作用和好处，把尽量放缓边坡坡度作为解决滑坡问题的一
条普遍经验，其结果当然是既不能有效地控制滑坡的发生，又给环境和生态造成难以恢复的破坏。
2．2 多勘探多研究，加深认识岩体，减小不确定性
应当尽量加深对岩体的认识、减小认识岩体性状和承载能力上的不确定性，不能满足于了解岩体可能具有的最小承载能力，要力求弄清其可能达到的限度，以充分发挥天然岩体的潜力，确定在经济合理的范围内改造加固岩体所能达到的限度，从而在设计中增大可靠度，减小对安全裕度的要求，减少不必要的开挖工程量。可以从以下两方面着手：①前期工作尽量做细为了减小岩石工程中的不确定性、减少开挖工程量及其对环境和生态的消极影响，应当对工程前期的地质勘探和岩石力学试验研究工作提出更高的要求，尽量把工作做细一点，给予足够的时间和经费，并以技术法规(规范)的形式固定下来。②采用动态设计方法增加勘探和试验工作量只能在合理的范围内，数量总很有限，以后遇到未预想到的问题总是免不了的 有的情况下即使想
多做些，也难以进行。施工开挖后，岩体内部情况不断被揭露，超前进行的施工地质勘探和预先埋设的监测仪表可以对岩体在这个过程中发生的性状变化提供宝贵的信息。及时分析并充分利用这些信息，对工程岩体的稳定状态做出判断和预测，可以在施工阶段对设计和施工方案作必要的调整，从而可以在一定程度上减少设计阶段由于认识岩体上的不确定性而采取的附加工程措施。
2．3引入环境生态成本概念。建立综合优化模型
在目前已有的边坡设计优化模型中，是通过保证边坡整体稳定安全的前提下，使开挖工程费、支护工程费及超征地费(加固费)之和达到最小，从而确定最为经济的设计坡度。对边坡开挖而言，坡度越缓，边坡的稳定系数越大，支护工程量越少，但开挖工程量就越大，反之，坡度越陡，支护工程量就越多，但开挖工程量就越少。因此存在一个开挖工程量与支护工程量之和即总工程量最少，该坡度即为最优坡度。由于坡度直接影响到对原有边坡面揭露量的多少，于是，也将直接决定生态环境的破坏损失，我们将这个开挖活动所造成的直接的及潜在的生态环境的损失所对应的经济价值量定义为环境生态成本，这个所损失的环境生态成本我们将通过在开挖后出现的新鲜坡面上采用科学的植物群落配置及后续的人工维护来进行补偿。值得一提的是，由于前文所述的人工条件下的群落配置往往不能完全代替原有
的天然群落配置，因此，此处的人工补偿只能是将开挖所造成的生态损失降到最小而并不能完全免除损失。
因此，在保证边坡整体稳定安全的前提下，使开挖工程费、环境生态成本、支护工程费及超征地费(加固费)之和达到最小的边坡角度，视为最优设计坡度。在此基础上建立了新的边坡开挖设计模型(图I，图2)，其具体计算公式如下：
式中：Sk——每延米开挖工程费(元／m)；
Ck—— 开挖工程综合单价(元)；
Lm—— 一每延米加固工程费(元)；
Cm—— 一每延米锚杆(索)对应加固工程综合单价(元)；
Cz—— 每平方米超征地综合费(元)；
Ce—— 一每延米开挖损失的环境生态成本(元)；
Ce—— 每平方米环境生态成本(元)，由生态专家根据
坡面植被情况给出；
H1—— 中心线开挖深度(m)；
B—— l/2路面宽度(m)；
a—— 放坡角(。)；
ß—— 锚固角(。)；
γ—— 厂原始坡角(o)；
a—— 潜滑面视倾角(o)；
Im一—优化内锚固段长(m)；
Ta—一放坡角a状态下的锚固力(kN)：
Nt——设计单根锚固力(kN)；
M—— 每延米征地宽度(m)。
在具体工程中，应根据工程实际状况，确定开挖坡角范围值
，然后利用上述优化模型确定出最优设计坡角。
3 结论与展望 。
(1)为降低高速公路建设对生态环境的影响，提出了“优先
作隧；次在支护；开挖为下”的设计施工理念。
(2)在施工条件或施工费用不允许进行隧道建设的情况下，
我们只有选择边坡开挖，此时，可以通过预先加强地质勘探及实
验，充分认识边坡岩土体性质，并充分利用岩土体的自稳能力来
尽量减少边坡的开挖量。
(3)引入环境生态成本的概念，建立一个综合优化设计模
型，确定边坡开挖最优坡角，从而将边坡开挖对生态环境的影响
降到最小，实现工程建设与自然生态环境的和谐共处。
(4)本文提出的边坡角度优化设计模型在实际运用中尚存
在局限与阻碍。但随着中国经济发展对环境保护将提出更高的
要求，以及资源法和环境保护法中对生态补偿机制政策的日益
高速公路土质边坡开挖稳定性分析 第12篇
1 工程概况
娄底至益阳高速公路第一合同段位于湖南省中部, 以剥蚀型构造地貌为主, 主要表现为丘岗、丘陵和低山形态, 线路区内地形起伏不大, 山坡坡度一般15°~35°, 冲沟发育, 冲沟走向多呈东西向, 冲沟及沟谷断面呈“V”字型。根据勘察野外地质调查及钻探结果, 勘察场地覆盖层主要以残坡积成因的粉质黏土、碎石及块石及洪积成因的漂石等为主, 下伏基岩主要为第三系砾岩、石炭系的灰岩、泥灰岩、砂岩及石英砂岩, 泥盆系砂岩等。
2 计算模型及土体材料参数
分析模型:
本文的模拟对象为K6+045处边坡, 取其最危险断面为研究对象, 对其进行开挖过程稳定性分析、降雨影响下边坡稳定性分析以及加固措施的优化设计。根据路基横断面设计图可知, 边坡开挖的最大深度为37.80m, 分三级对边坡进行开挖, 第三级按照1:1坡度进行放坡开挖, 开挖深度13.80m;第二级边坡按照1:1坡度进行放坡开挖, 开挖深度为12.00m;第一级边坡按照1:1坡度进行开挖, 开挖深度为12.00m。每开挖一级设置2.00m宽的平台, 并在平台上设置截水沟。根据设计图纸, 本文拟定的模拟模型尺寸为:模型宽120.00m, 高70.00m。模型的坐标系采用直角坐标系, XOY平面取为基坑的典型剖面, 在基坑剖面内, 南北方向为X方向, Y轴为铅垂方向。并且X轴正向指向正北方向, Y轴正向指向正上方, 坐标原点取在模型底面的左下方。边坡模拟断面如图1所示。
本文对边坡开挖过程及相关的稳定性分析的数值模拟采用相应边坡土体实测的地层数据进行分析, 结合上文的内容, 最终确定的计算分析采用的各土层参数见表1。
3 开挖边坡稳定性及应力应变分析
3.1 自然边坡稳定性分析
为了使后文稳定性计算结果更加具有可比性, 对开挖前自然边坡稳定性进行分析, 分析结果如表2所示。由表可知, 在Ordinary、Bishop、Janbu以及Morgenstern-Price四种方法的计算条件下, 自然状态边坡的安全系数值均大于1.35, 由此可知, 开挖前自然边坡是处于稳定状态。图2为自然边坡最危险滑裂面 (Bishop) 。
3.2 边坡开挖过程稳定性分析
表3为拟定分步开挖条件下, 边坡安全系数值在Ordinary、Bishop、Janbu以及Morgenstern-Price四种方法的计算条件下的变化情况, 图3、4、5分别列出在Bishop法计算条件下, 边坡开挖过程最危险滑动面情况。由表与图可知, 边坡在开挖过程中, 其安全系数值先增长后降低, 第一步开挖安全系数出现较小幅度增长, 随后其降低幅度随着开挖进行逐渐增大, 在四种计算方法条件下均呈现出一样的变化趋势。以Bishop法为例, 第一步开挖增长幅度为2%, 随后开挖其安全系数降低的比例分别为15%、31.4%。开挖完成后边坡的安全系数值均处于约等于1, 处于临界状态, 同时也不满足规范要求的最低值 (≥1.25) 。由此可知, 边坡在开挖完成之后若不采取必要的加固措施, 仍有发生失稳的可能。因此, 为了提高开挖完成后边坡的稳定性, 保证边坡在公路施工与运营期间的安全, 需要拟定相应的加固方案对其进行加固。
4 结论
本文选取K6+045处边坡最危险剖面为模拟对象, 运用数值模拟分析软件Slope, 建立相应地计算模型对该边坡自然状态下以及开挖阶段的过程稳定性进行分析。所得的结论如下:
4.1对该边坡的工程概况及工程地质条件进行介绍, 在以往工程经验及现有资料的基础上选择相应地典型剖面, 建立几何模型, 确定其计算参数。
S4.2在Ordinary、Bishop、Janbu以及Morgenstern-Price四种方法的计算条件下, 自然状态边坡的安全系数值均大于1.35, 边坡处于稳定状态。边坡分步开挖过程中其安全系数值先出现小幅增长后逐渐降低, 其降低幅度随开挖的进行逐渐增大, 开挖完成后边坡的安全系数值基本处于规范要求的临界状态, 若不采取相应的加固措施, 边坡有发生失稳的可能。
参考文献
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