富水泥岩地区路堑边坡灾变演化机制研究.pdf
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1、文章编号:()收稿日期:基金项目:中铁二十四局集团有限公司科技研发项目(科研 号)作者简介:靳炳强()男甘肃会宁人高级工程师主要从事交通土建工程施工技术与科技管理工作:.引文格式:靳炳强.富水泥岩地区路堑边坡灾变演化机制研究.铁道建筑技术():.富水泥岩地区路堑边坡灾变演化机制研究靳炳强(中铁二十四局集团浙江工程有限公司 浙江杭州)摘 要:以杭温高铁永嘉站 .边坡为例通过物理模型试验方法对施工开挖及降雨条件耦合作用下的路堑边坡变形破坏过程进行研究 结果表明降雨条件下雨水入渗导致岩体自重增大造成软弱夹层内部土体压力变化致使软弱夹层强度降低施工开挖阶段开挖扰动造成岩层卸荷拉裂边坡应力重新分布致使边
2、坡抗滑力降低永嘉站高边坡在施工开挖及降雨耦合条件下其变形破坏全过程为开挖扰动岩层卸荷拉裂降雨入渗滑移下错坡脚坠覆沿软弱面滑移边坡破坏关键词:富水泥岩 路堑边坡 降雨入渗 施工开挖 破坏机制 模型试验中图分类号:.文献标识码:./.(.):.:.:引言根据 等对国内近百例斜坡变形统计发现有近三成滑坡或斜坡变形发生的主要原因为施工开挖及降雨且许多大型或巨型滑坡往往伴有降雨国内外学者针对边坡的研究主要从三个方面出发:()变形机理及变形模式 将边坡弯曲倾倒变形归为三种类型即弯曲倾倒、块体倾倒和块状弯曲倾倒通过理论分析和室内试验认为倾倒破坏通常先发生于滑趾破坏时坡脚处的岩块因上部滑动体压力出现翻转然后整
3、体发生倾倒破坏胡惠华等通过构建地质分析模型认为反倾硬质斜坡在坡脚冲刷、掏蚀及施工开挖扰动作用下斜坡会沿不同深度、不同结构面组合的潜在滑面发生变形破坏()边坡变形破坏的影响因素 韩贝传等指出岩质边坡的倾倒变形主要与坡体形态、初始应力场、边坡开挖深度与角度、岩体与层面力学参数、层面几何特性、地下水位波动等因素有关郑达通过模拟不同坡角斜坡的变形演化与破坏过程研究了坡角变化与边坡变形发展演化之间的关系()稳定性分析 国内外关于反倾层状边坡的稳定性分析方法可以归纳为解析分析法、数值模拟和物理模拟三大类其中物理模拟方法主要有左保成等采用的离心试验、陈孝兵等采用的基底摩擦试验和杨国香 等采用的振动台试验等鲜
4、有文献同时考虑降雨及施工开挖双重作用来研究岩质边坡在降雨条件下的变形破坏模式铁道建筑技术 ()靳炳强:富水泥岩地区路堑边坡灾变演化机制研究本文依托杭温高铁永嘉站 .边坡通过物理模型试验方法对施工开挖及降雨条件下岩质边坡变形破坏全过程进行研究得出此类边坡在施工开挖及降雨条件下的变形破坏特征可为此类边坡施工及运营阶段的防灾减灾措施提供参考意见 工点概况杭温高铁永嘉站 .边坡位于杭州至温州铁路义乌至温州段工点前接永嘉站特大桥后接千石隧道为杭温铁路接入甬台温铁路的接轨点地形地貌:属中低山区地势陡坡起伏自然坡度 变化相对高差为 植被较发育多为灌木、杂草等交通不便利地层岩性及构造:主要由第四系残坡积()碎
5、石土、角砾土组成广泛分布于斜坡坡面一带下伏基岩为三叠系巴东组()泥质灰岩、泥岩水文地质条件:地表水较发育地下水为第四系孔隙潜水流量和水位变动大受大气降水影响较大 地表水及地下水无化学侵蚀性无氯盐侵蚀 地震动参数:基本地震动峰值加速度.基本地震动反应谱特征周期为.模型试验设计.相似比设计及相似材料配比本次模型试验以现代地质力学理论和相似理论为基础依托工点坡体纵向高度为 鉴于模型箱尺寸高为 设计模型尺寸高度为.此次模型试验选择几何相似比尺为:式中:为几何相似常数为原型尺寸为模型尺寸根据所确定的几何相似常数 确定物理模型相似参数为:式中:为粘聚力相似比为弹性模量相似比为应力相似比为重度相似比为应变相
6、似比为摩擦系数相似比为内摩擦角相似比为泊松比相似比为渗透系数相似比为时间相似比本次模型试验着重研究施工开挖及降雨入渗条件下的岩质边坡通过正交配比试验及直剪试验确定软弱夹层及残坡积层材料力学参数及相似材料配比泥、灰岩配比参考岩石相似材料研究成果辅以地质普查资料、岩石力学参数手册以及工程地质手册以灰岩和泥岩力学参数取值作为原型材料力学参数以石英砂、石膏和水泥为相似材料进行配比 相似材料力学参数及配比如表 所示表 相似材料参数材料名称粘聚力/内摩擦角/()弹性模量/相似材料配比(质量比)泥岩 石英砂 石膏 水泥 .软弱夹层.石英砂 粘土 滑石粉水 灰岩 石英砂 石膏 水泥.残坡积层.石英砂 粘土 水
7、.原型边坡表层主要由第四系残坡积层()碎石土和角砾土为主透水性较好其渗透系数为/软弱夹层以灰岩和泥岩强 全风化物质组成为主其渗透系数介于././之间.试验模型填筑为了更好地模拟反倾层状岩质边坡模型整体由相似材料浇筑而成的砌块垒筑而成砌块尺寸有长 宽 高 和长 宽 高 两种 模型箱底部为弱风化灰岩和泥岩强弱风化线处为原型贯通节理面贯通节理面以上部分为强风化泥岩和灰岩坡表覆有第四系残破积层 填筑完成后的模型箱如图 所示图 填筑完成后的模型.传感器布设试验所用到的传感器包括百分表位移计 组箔式微型压力盒 个土壤水分传感器、基质吸力传感器、孔隙水压力传感器各 个以及应变片 组 各类传感器具体布设位置如
8、图 所示铁道建筑技术 ()靳炳强:富水泥岩地区路堑边坡灾变演化机制研究图 传感器布设试验所用传感器均具有体积小、精度高、稳定性好、抗干扰能力强的优点可以很好地避免传感器尺寸对试验结果的影响.降雨量工况设计地区多年平均降水量为 其中 月 月降水量占全年以上最大 降水量为 最大 降水量 根据降雨时长相似准则以当地 降雨极值 为总控制量模型试验时选择总降雨量 作为降雨强度相似准则依据试验在 时间段内累计降雨量达到 试验过程降雨按表 设计工况进行表 降雨工况设计工况起止时间降雨强度/(/)累计降雨/:降雨自:开始至:结束耗时 试验过程降雨量如图 所示图 累计降雨量时程曲线 试验现象分析.开挖条件下的坡
9、体变形分析路线从滑坡前部以路基挖方形式通过走向近东西向原设计路基中心最大挖方深度为 左右 边坡为三级第一级高度为 坡率为 .其余两级均为 坡率为 模型边坡开挖时尽可能还原原型边坡的开挖步骤和方法第三级开挖结束坡表裂缝已近乎贯通裂缝宽度约 第三级开挖结束后静置 :开始开挖第二级边坡:第二级开挖结束 第二级开挖结束后坡表出现新裂缝原有裂缝发展变宽裂缝宽度 第二级开挖结束后静置 :开始开挖第一级边坡:第一级开挖结束 第一级开挖结束后坡表出现新裂缝原有裂缝发展贯通宽度可达 之后继续延伸发展裂缝加宽.降雨条件下的坡体变形分析模型边坡以滑坡区总降雨量极值 为控制量于:开始降雨整个降雨过程中坡表顺坡向滑移距
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