路堑边坡工程工程研究的现状与发展样本.docx
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路堑边坡工程工程研究的现状与发展样本
一、路堑边坡工程现状与发展
(一)边坡工程进步和发展
在土木工程生产实践活动中,随着铁路、公路、库区或场地等工程建设和发展,涉及了大量边坡工程技术课题,工程技术人员积极应用关于工程地质学、岩体力学、岩土工程学和土力学等学科知识和成果,积累了丰富边坡工程经验,在理论和实践两方面都获得了长足进步和发展。
近年来,随着高速公路建设向山区延伸和发展,由于其技术级别较高,且国内山区地形条件困难、地质构造复杂、地质环境背景脆弱,深挖高填十分普遍,边坡工程问题日益突出。
同步也遭遇了不少边坡工程失败和损失。
(二)路堑边坡工程设计现状
设计现状有如下特点:
具备数量集中、种类较多、性质繁杂、勘查局限性等特点,但又存在一定场区或区段规律;有别于重点复杂边坡工程设计;缺少实用勘察设计工作程序和细则;直接危害公共安全,明显影响工程造价。
(三)福建地区边坡工程问题
福建地区,是国内多山省份之一,俗有“八山一水一分田”之称,山地灾害较为严重。
上世纪90年代后期,积极开展山区高速公路建设,不可避免地遭遇路堑高边坡工程技术难题;特别是,由于福建地区普通地层风化深度较大,岩体构造破碎,覆盖层较厚,且江河沟谷发育,不良地质堆积广为分布,在切坡筑路过程中,经常遇到边坡变形和破坏问题,尤以土质路堑边坡或类土质路堑边坡更为严重。
(四)技术路线和实行对策
重要从如下几种方面进行考虑:
明确边坡工程实用类型,抽象和归纳边坡工程地质模式,分析和研究其有关变形破坏机制,建立边坡稳定性分析计算办法,提出边坡坡形坡率设计原则和办法,建立相应防护加固工程办法或对策,进行动态设计与信息化施工。
(五)动态设计总体思路
设计总体思路如下:
高边坡工程档案(预设计文献、地勘资料),高边坡工程地质调查(地形、地质、地下水等),防护加固工程方案(边坡类型、坡形坡率、稳定性分析计算、防护加固工程对策),现场校对和重点核查,施工图设计与审查,动态跟踪与设计调节,竣工稳定性评价。
二、路堑边坡工程实用分类
共分为如下几类:
土质边坡,岩质边坡,二元构造边坡,复合构造边坡。
(一)土质边坡
土质边坡可分为:
纯土质边坡,转载请保存此标记。
边坡(非均质)。
(二)岩质边坡
岩质边坡可分为:
岩石边坡,破碎岩石边坡,顺层岩石边坡。
(三)二元构造边坡
二元构造边坡可分为:
陡倾接触边坡,缓倾接触边坡,破碎接触边坡。
(四)类土质路堑边坡
类土质路堑边坡可分为:
坡残积土边坡,风化土边坡,崩滑流堆积边坡,复杂构造边坡。
三、工程地质模式(坡体构造)
(一)坡残积土边坡工程地质模式
1.坡体构造由上覆坡积土层和下伏残积土层所构成,坡体变形和破坏普通体现上覆坡积层沿下伏残积层坍滑变形和破坏。
这种状况普通其接触界面倾角为25°~30°,如图1。
1.坡体构造由上覆坡积土层和下伏残积土层所构成,坡体变形和破坏普通体现上覆坡积层沿下伏残积层坍滑变形和破坏。
这种状况普通其接触界面倾角为25°~30°,
2.边坡坡面揭露地层为坡残积层,其下基座为基岩(边坡刷方线如下),构成坡体坡残积土层,经常发生沿基岩顶面变形和破坏。
在这种状况下,基岩顶面产状普通顺倾坡面,倾角为20°~25°,如图2。
3.边坡主体由坡残积土层及下部风化土层构成,如果设计坡率较陡,或者由于持续暴雨作用,在防护工程不及时状况下,容易产生局部台阶坍塌变形和破坏,甚至有也许在地下水长期作用和影响下产生较大规模滑动变形和破坏,如图3。
(二)风化土边坡工程地质模式
1.边坡开挖切削岩层风化壳,普通为全强风化土层,经常发生风化壳土层依附其下伏相对风化轻微岩层表面滑动变形和破坏。
这种状况,在花岗岩地区或凝灰岩地区较为常用;不均匀风化界面容易形成地下水和粘性物质汇集,在特定形态组合下产生变形和破坏,见图4。
2.边坡主体由坡残积层及强风化土层构成,局部夹强至中风化岩体,由于地质构造作用和影响,常用某些强烈风化软弱带,如果其产状倾向坡面,在边坡开挖切削坡脚支撑并致使其软弱带临空暴露状况下,极易产生上覆风化岩土体沿其下伏基岩顶面产生较大规模滑动变形和破坏,见图5。
3.边坡主体由坡残积土层及砂土状强风化层构成,由于其原岩构造面发育,常用一组或多组陡倾角和缓倾角裂面长大贯通,并存在倾向临空缓倾角构造面,在各不利构造面组合伙用下,经常发生陡缓裂面切割块体沿其下伏缓倾角裂面变形和破坏,见图6。
(三)崩滑流堆积边坡工程地质模式
1.边坡主体由崩坡积体构成,依照崩塌地质现象特点与规律,崩坡积体自然稳定坡角普通为35°~38°,在路堑边坡开挖过程中,常用其沿稳定坡角面变形和破坏;或者,依附其堆积界面产生更大规模滑动变形和破坏,见图7。
2.边坡主体由滑坡堆积体构成,结合滑坡地质现象特点与规律,在路堑边坡开挖过程中,常因路堑开挖滑坡中下部,致使滑坡坡脚失去支撑,破坏坡体力学平衡,从而导致滑坡中前部复活变形和破坏,如不及时采用有效治理工程办法,甚至引起更大规模滑动变形和破坏,见图8。
3.边坡主体由泥石流堆积体构成,基于泥石流地质现象特点,在路堑边坡开挖过程中,由于泥石流堆积体普通含水量普遍较高,地下水丰富,岩土强度较低,较易产生堑坡变形和破坏,如不及时采用有效治理工程办法,甚至引起大规模滑动变形和破坏,即滑坡地质灾害,见图9。
四、变形破坏机制(失稳类型)
重要从如下方面分析:
力学基本,园弧或似园弧破坏,平面型破坏,折线型破坏,复合型破坏,其他形式破坏。
(一)力学基本
重要有:
岩土性质-重度、摩擦角、粘聚力,极限坡高和极限坡角,不持续面,有效应力定律,非饱和土力学理论。
(二)园弧或似园弧破坏
重要有:
均质土坡,坡残积土坡,砂土状强风化,碎块状强风化(碎裂),不良地质堆积体。
对于类土质路堑边坡,咱们经常发现,如不考虑地质不持续面存在和影响,其坡体变形破裂面普通呈园弧或似园弧形状。
边坡呈园弧或似园弧破坏普通发生在均质土坡、坡残积土坡、砂土状强风化层、碎块状强风化层(碎裂构造)、以及不良堆积体内部变形和破坏。
(三)平面型破坏
有两种状况:
地质不持续面平行坡面,倾向临空;两个或两个以上不持续面组合,交线倾向临空(楔体破坏)。
由于地质不持续面走向大体平行于坡面走向并倾向线路,其倾角不大于边坡坡率,且不不大于其岩土抗剪强度所能维持稳定坡度,这种状况普通发生平面型破坏。
对于具备两个或两个以上地质不持续面组合状况,普通是以一组不持续面为主控滑移面,别的为空间控制面,这种状况也可归纳为平面型破坏(在岩质边坡中,常称之为楔体破坏)。
(四)折线型破坏
普通指不利构造面组合和崩滑流堆积等不良地质介面。
在类土质路堑边坡坡体构造中,存在两个或两个以上地质不持续面,其走向大体平行于坡面且倾向线路,由各种地质不持续面构成折线型破裂面,其上岩土以此为依附面产生滑移变形和破坏,这种状况下边坡破坏为折线型破坏。
(五)复合型破坏
分为:
平面型和园弧型复合,折线型和园弧型复合,崩滑流堆积等不良地质介面。
由于边坡物质构成和坡体构造特殊性和复杂性,单一破坏形式发生往往较少,或者其规模相对较小,普通边坡变形和破坏是上述几种基本破坏类型复合,故称之为复合型破坏。
复合型破坏可以简朴地归纳为平面型和园弧型复合和折线状复合形式,崩滑流等不良地质堆积体变形和破坏,属于复合型破坏。
(六)其他形式破坏
重要体现为风化剥落,流石、流泥和崩塌落石。
五、稳定性分析计算
从如下几种方面来分析:
计算模式,计算指标,计算办法和其他问题。
(一)计算模式
计算模式重要有:
均匀层状型,基底控制型,构造面组合型和固定滑面型。
均匀层状型当坡体构成地质不持续面相对平缓成层,层内岩土性质比较简朴或均匀,这种状况可以抽象为均匀层状型计算模式。
其相应边坡变形破坏机理类型为园弧或似园弧破坏,这样即可通过搜索最危险园弧滑裂面计算其边坡稳定系数,见图10。
基底控制型当坡体内部存在某种控制性不持续面时,这个不持续面可以是基岩顶面、不同成因或不同步期堆积界面、差别风化界面、地层层面、断层节理面、以及软弱破碎带控制界面,由于这种控制性地质不持续面存在,在坡体稳定性分析计算中起决定性或控制性作用,此类边坡可以归纳为基底控制型计算模式。
其相应边坡变形破坏机理类型重要体现为平面型破坏,或者平面型与园弧型复合破坏形式。
在详细分析计算过程中,是以基底控制界面为剪出依附面,结合园弧搜索,搜寻最危险滑裂面,从而计算拟定边坡稳定系数,
构造面组合型当坡体内部存在两组或两组以上倾向线路不利构造面时,其坡体变形和破坏往往受其构造面组合形态与规律控制,常用有陡倾构造面与缓倾构造面组合,此类边坡即归纳为构造面组合型计算模式。
。
理类型重要体现为折线型破坏或折线型与园弧型复合破坏,据此搜索优势滑裂面,计算拟定坡体稳定系数,
固定滑面型对于崩滑流堆积体,由于历史灾害因素存在不良地质界面,或岩土强度薄弱面在路堑边坡开挖过程中,极易沿其不良地质界面产生坡体变形和破坏,而这个面又是固定,可以借助勘察手段查明,这种状况为固定滑面型计算模式。
对于固定滑面型计算模式,其危险滑裂面拟定较为精确,计算过程相对简朴,计算成果更为可靠,
(二)计算指标
重要有如下计算指标:
室内实验指标,现场实验指标,有关经验指标和反算指标。
室内实验指标室内实验是结合边坡工程地质勘查,运用工程地质勘探孔获得原状样或扰动样,通过室内实验办法,获取边坡岩土基本物理力学指标,求得岩土抗剪强度参数值。
现场实验指标现场实验是在边坡工程现场进行现场大型剪切实验,或者,给合工程地质勘探钻孔进行孔内现场剪切实验,对于软弱地层亦可采用十字板剪切实验,以及其他构造面强度现场实验办法等,从而求得边坡岩土现场实验指标。
有关经验指标在岩土工程勘查设计工作实践中,经验知识是不可或缺重要内容之一,对于岩土强度指标,可以也应当通过工程地质类比办法,运用既有工程中类似岩土有关经验知识和指标数值,类比拟定当前面临岩土工程强度指标。
反算指标指标反算是依照给定边坡工程变形性状,判断边坡稳定限度或稳定系数,采用数值反分析办法,通过反算拟定边坡岩土重要强度指标。
在类土质路堑边坡工程中,极限坡高与极限坡率状态反分析更为实用和可靠。
选取与拟定力学性质指标总体原则:
以反算指标为主,有条件结合各种实验指标进行校核,考虑室内实验指标普通偏低,而现场实验指标普通偏高特点,反算指标介于室内实验指标和现场实验指标之间较为可靠;经验指标普通可以对拟定计算指标进行分析与判断,特别是,当发现反算指标与有关实验指标相冲突时,作为辅助手段,综合分析和判断拟定计算指标。
(三)计算办法
重要有极限平衡法(推力传递法、摩根斯吞-普赖斯办法),图解法和工程地质比拟法。
用摩根斯吞-普赖斯办法来进行边坡稳定性分析和边坡加固工程检算。
(四)其他问题
重要是指孔隙水压力,边坡渗流场和构造面强度问题。
六、坡形坡率设计原则和防护加固工程对策
(一)坡形坡率设计原则
坡形:
台阶式边坡,台阶高度8~12m,完整岩体及顶级缓坡可设至15m左右。
对于高边坡,常在坡体中部设立宽平台4~6m。
坡率:
微风化岩0.25~0.50,中风化岩0.50~0.75,强风化岩0.75~1.00,坡残积层1.00~1.25,松散软弱土层1.25~1.50。
(二)防护加固工程对策
重要采用如下对策:
坡面变形防护,浅表层变形防护,块体变形防护,深部变形防护,坡脚应力集中防护和地表、地下水引排解决。
坡面变形防护微~未风化岩体:
岩面喷浆防护0.25~0.50;中~微风化岩体:
挂网喷浆防护0.25~0.50;强~中风化岩体:
护面墙防护0.50~0.75;全~强风化层:
加厚拱型骨架防护0.75~1.00;坡残积层:
拱型骨架防护、浆砌片石防护1.00~1.25;松散土层:
网格骨架、浆砌片石、植草防护1.25~1.50;绿色防护:
人造景观,美化环境和生态工程。
浅表层变形防护下伏中~微风化岩:
系统锚杆防护;上覆土层及强风化岩:
锚杆框架防护。
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