《成都膨胀岩土边坡稳定性分析方法研究》.pdf

成都膨胀岩土边坡稳定性分析方法研究 1 2 2 3 3 3 魏永幸 ，张仕忠 ，甘 鹰 ，康景文 ，高岩川 ，彭仕明 (1. 中铁二院技术中心；2. 四川省成都市建设工程质量监督站；3. 中国建筑西南勘察设计研究院有限公司 ) 摘要：根据膨胀岩土的工程特性，通过对单面开挖和填土边坡受膨胀力的状态进行了分区，分析了受力模式， 采用极限平衡法中的 Fellenius 法(瑞典圆弧法)和 Bishop 法(简化 Bishop 法)分别计算边坡稳定系数，并确定是 否需要采取工程措施。 关键词：膨胀岩土；稳定系数；支护措施 1 膨胀岩土的工程特性 膨胀岩土具有碎裂性和低强度性，对开挖边坡和填土边坡的稳定性具有极大的危害。 主要表现在以 [1] 下三个方面 ： 1）膨胀岩土各种结构面极其发育。这些结构面富水后往往成为潜在滑动面，尤其是深大的幔状结构 面更常率先形成滑动面后壁；另外，四通八达的结构面成为裂隙水的通道，使结构面和岩体含水量增大， 强度进一步衰减。这两方面因素的叠加，对边坡稳定十分不利，进而导致边坡坍塌。同时，碎裂岩体对 锚杆的握裹力减小，群锚机制不能充分实现，导致锚杆类支护工程失效甚至破坏。 2 ）膨胀岩土的抗压强度极低。抗剪强度不高且随干湿循环而急剧衰减，这归因于成岩作用低，岩体 碎裂，含水量大。由于抗压强度低，坡脚岩体难以承受边坡自重压力，对于陡边坡、重面板的锚杆类支 护工程，更易因坡脚应力高度集中而被压溃，酿至边坡崩塌。由于抗剪强度低，易沿结构面滑动，边坡 坡率要相当缓才能保持稳定。 3 ）含水量对强度的影响尤为严重。边坡失稳往往发端于含水量大的鞍部低坡段，边坡高处并不易坍 滑，说明边坡高度没有含水量对边坡稳定性的影响大。地面反坡的坡段更因地表水不易入渗而稳定性较 高，加之结构面产状及其组合在边坡两侧也往往不同，形成高低两侧边坡的稳定性有差异。 因此，对膨胀岩土边坡，除总体上把握其破碎性和低强度性外，应进一步掌握不同地段、不同高低边 坡地貌、地质、地下水状况的差异，才能分段、分不同类型、不同力度的采取针对性的工程防范措施。 膨胀岩土中产生膨胀力的激发原因是由于水分的变化，即含水量增加时便产生膨胀力，含水量减少 时岩土体便收缩，把膨胀力尽量合理地考虑到边坡稳定分析中，是解决膨胀岩土边坡稳定性计算问题的 关键。本文遵循简捷、方便和实用的原则，建立膨胀岩土稳定性分析的极限平衡法。 2 膨胀岩土边坡稳定性分析模型 2.1 基本假定 1）对于同一类膨胀岩土，经过若干次干缩湿胀循环后，土体内产生众多裂隙，但其裂隙分布是随机 任意，杂乱无章的，故假定此时的岩土体仍为均质体，即不计裂隙影响，按均质岩土体分析边坡稳定性。 2 ）岩土体滑动时，滑动面为连续圆弧面，且设滑弧均过坡脚，即滑弧为“坡脚圆” 。 3 ）考虑大气风化作用影响，风化层厚度根据具体工程所处地理位置决定，如：成都地区，风化层厚 度 d 取为 1.5 m 。这样，由于风化作用影响，膨胀岩土边坡由外到内应分为三层[2~4] ：①表层：即受风化 作用直接影响层，在此层内，裂隙极其发育，膨胀力沿深度有明显变化，有较大的膨胀变形，强度衰减 幅度大；②浅层：在表层以下，且膨胀力大于上覆土重力的一层，此层内，裂隙较细小而且不太发育， 有一定的膨胀变形，亦有一定的强度衰减，但变形和衰减幅度均较小；③深层：在浅层之下，即：膨胀 522 工程勘察 Geotechnical InvestigationSurvrying 2010年增刊第1期 力等于上覆土重力之处以下的土层，此层内无膨胀变形和强度衰减，可视为不受膨胀力影响的部分。 4 ）在表层内，假定膨胀力随深度按一定规律变化，根据含水量的变化特点及土层受约束状况，为便 于计算简化成线性变化规律；进入浅层界面之后，设膨胀力开始保持此界面处之值，并向浅层内延伸相 当长距离，然后开始变小，一直变化延伸至深层区之内，这样便形成了边坡中膨胀力的折线型变化规律。 在竖向按离开坡顶的垂直距离计算，横向则按离开坡面的水平距离计算，如图 1 所示，具体计算按式 （1） 和（2 ）。 图 1 膨胀岩土坡内膨胀力随深度变化示意图 x