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山区公路中型路堑老滑坡复活成因分析及防控对策研究

更新时间:2016-07-05

0 引言

近年来,我国高速公路建设向山区延伸,高边坡、滑坡问题越来越成为工程建设重要影响因素。大型古老滑坡具有工程地质条件复杂、破坏规模大、稳定影响因素多等特点[1],且由于其对工程建设影响巨大,随着我国高速公路建设的发展,对大型古滑坡的研究得到广大工程建设者的高度重视[2-6]。而对于工程建设中出现的中小型古老滑坡的变形复活,其对工程建设也存在一定影响。由于中小型古老滑坡的规模小,地形地貌受外界影响变化大,难以宏观发现,致使中小型古老滑坡的变形复活对山区高速公路工程建设存在较大的安全隐患。

为加强对中小型古老滑坡的提前判识、变形复活发现、工程处治研究,本文依托厦沙高速公路建设过程中发现一处中型老滑坡的变形发展、病害成因分析、滑坡稳定性评价及工程处治等方面开展研究分析,借以对工程建设具有一定指导意义。

分别用两棱镜法、等边三角形三棱镜法以及反向等边三角形三棱镜法激光位姿检测及超宽带位姿检测,在模拟巷道5~50 m区间内每隔5 m测量掘进机俯仰角、偏向角、翻滚角与偏距[20],每个位置测量1 000次,超宽带信号脉冲间隔为100 ms。同时用掘进机位姿检测验证系统在相同位置检测掘进机位姿参数,其中俯仰角的试验数据见表2。

1 滑坡概况

本段滑坡位于三明厦沙高速公路K131+852~+980段,本段路基为高低线构成的高速公路,滑坡位于高速公路右线右侧坡体部分(图1)。高速公路右线右侧为高约2级的路堑边坡,主要采用TBS植草防护;高速公路左线的右侧为高约6m的一级边坡,采用片石混凝土的加厚(厚1m)护面墙防护。高速公路右线右侧路堑边坡山顶平缓,坡体存在一宽平台,坡体后部山体高陡(图2所示)。

图1滑坡全貌

图2 滑坡地形图

2 工程地质条件

滑坡场地地貌类型属剥蚀丘陵区地形地貌,山坡稍陡,自然坡度为25~30°,山坡植被较发育,场地地形起伏较大。

本段边坡岩体工程地质主要,坡体上覆含碎石粉质粘土,下伏全风化至强风化泥质粉砂岩。工程地质勘察揭示,本段坡体地层以全风化至碎块状强风化泥质粉砂岩为主,岩体节理裂隙发育,较破碎,呈粉砂状至小碎块状分布(图3所示);岩体结构面泥质胶结,岩体雨水易软化,坡体地下水发育。坡体基岩为中风化泥质粉砂岩与砂岩互层,层状构造,泥质胶结,风化裂隙不发育,地层埋深较大。

图3 典型断面工程地质图

3 坡体变形及分析

3.1 坡体变形现状

2017年10月本段高低线路基已完成土建工程施工;期间路基巡查发现本段右线右侧路堑边坡边坡及左线右侧挡墙出现开裂现象。其主要表现为:右线右边坡坡体变形、边沟变形、后部山体变形,左线右边坡护面墙开裂、边沟变形等。

(1)坡体局部变形:主要指右线右侧路堑边坡的变形,其根据路堑边坡坡面侧界裂缝、边坡平台裂缝分析判定,表现为路堑边坡单级的局部变形破坏。

(1)不良地质体因素:本段边坡局部微地貌显示坡体后缘高陡,中部发育一缓坡台地,两侧呈圈椅状下错阶地,结合其地形地貌特点分析,本段坡体具备老滑坡地貌特征;同时根据坡体开挖和钻孔揭露地层分析,坡体上覆含碎石粉质粘土,下伏碎块状强风化泥质粉砂岩,土夹石现象明显。综合分析本段坡体为一小型古滑坡体。

(2)右线右边坡的边沟变形:边沟变形主要位于路基K131+910~+950段,体现于边沟外墙向内倾倒,局部沟底出现横向裂缝。

(1)右线右边坡的边坡截水沟、坡体变形:路堑边坡变形主要分布于K131+910~+950段,坡顶截水天沟有多道裂缝,坡顶有一张拉主裂缝,第一级平台有多道裂缝,第一级坡面+910段有一斜向主裂缝。

这里引入了需求价格弹性的概念,以反映随着价格的变化电动汽车的充电需求的变化。根据需求价格弹性概念[14],对于任何电动汽车i,定义需求价格弹性系数euv为Tv时段电价变动对Tu时段电动汽车充电需求的影响:

(3)右侧后部山体变形:右侧边坡坡顶为一缓坡台地(茶园),发育多道张拉裂缝;后部山体机耕道处发育一道主张拉裂缝,呈下挫状(图4所示)。

(4)左线右边坡护面墙开裂变形:左线为高低线的低线,片石混凝土加厚护面墙防护。路基变形主要体现于,混凝土护面墙出现多道竖向、斜向及水平向裂缝。

(5)左线右边坡护面墙踏步、边沟变形:本段边沟变形表现为边沟外墙向内倾倒(图5所示),局部沟底出现横向裂缝。踏步出现多道外鼓张拉裂缝。

图4 后缘张拉裂缝

图5 左侧右侧边坡外鼓剪出

3.2 坡体变形分析

(2)滑坡整体变形:其根据左线右侧护面墙裂缝表现、边坡外鼓剪出;滑坡中部张开裂缝分布(右线坡顶茶园)、后缘张开下错裂缝及侧界羽状裂缝及贯通情况等分析,表现为滑体的整体变形状态。

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根据本段路基边坡变形现状分析,其变形主要表现为路堑边坡的局部变形和滑坡体的变形(图3所示)。

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4 坡体变形机制

结合边坡施工、工程地质条件、变形发展等分析,边坡发生变形主要因素如下:

SEN反映了算法识别跌倒数据的能力。在实际使用中,我们不希望漏报任何一次跌倒,因此算法的SEN显得尤为重要。在表2中,MobiAct数据集上的SEN均低于SisFall数据集,这主要是MobiAct数据集中跌倒与非跌倒样本比例不均衡导致的。这也提醒我们在实际应用中,应尽量保证训练数据集正负样本比例的均衡。

(1)环境全面感知。智慧校园中的全面感知包括两个方面,一是传感器可以随时随地感知、捕获和传递有关人、设备、资源的信息;二是对学习者个体特征(学习偏好、认知特征、注意状态、学习风格等)和学习情景(学习时间、学习空间、学习伙伴、学习活动等)的感知、捕获和传递。

结合滑坡变形现状与深孔位移监测数据分析[7],本滑坡变形体最大深度约15m,宽约130m,滑坡规模约5万m3;根据变形裂缝分布、变形程度及贯通情况分析,该滑坡现阶段处于坡体蠕动挤压阶段[8],为一中型推移式滑坡。

(2)地质因素:坡体地质岩性主要为泥质粉砂岩,岩体上覆含碎石粉质粘土,基岩为碎块状强风化地层;岩体节理裂隙发育,较破碎,结构面泥质胶结;坡体雨水易入渗,遇水易软化。本坡体工程地质条件较差,岩体力学指标较低。

(3)地下水影响:坡体后山为一平坦地形,具有较好的汇水条件;坡体岩体较破碎,易入渗;岩体在地下水软化作用下,岩体抗剪强度指标降低,致使坡体变形破坏。

(4)人类工程建设因素:高速公路路基采用路堑形式从滑坡前缘通过,路基施工对滑坡前缘开挖造成本段坡体变形复活。

5 稳定性分析

对于本滑坡主要采用反演分析法进行稳定性评价。结合岩土勘察指标,利用反演法,采用边坡极限平衡法反算坡体滑带力学强度指标。

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结合前文分析,本滑坡现阶段变形发展处于蠕动挤压阶段,评价其主断面坡体稳定状态约为1.05~1.10。根据上次分析,对主断面K131+945选用较为严格的刚体极限平衡方法——Morgensten&Price法,采用Slide软件进行滑坡稳定性反演计算,计算上、下层滑坡稳定系数均为1.086,如图6所示,反算滑带岩体强度指标详见表1所示。

表1 滑坡岩体强度指标表

内摩擦角(°)含碎石粉质粘土 19 20 16地层岩体强度指标重度(kN/m3)粘聚力(kPa)碎块状强风化泥质粉砂岩 20 28 26上层滑带 19 15 12下层滑带 19 15 12

图6 K131+945断面稳定性分析

6 工程治理方案

本段高速公路为高低线路,滑坡体复活变形发展较深,规模较大,对即将运营的高速公路影响严重,为确保本段高速公路及时通行,先行对本段坡体采用临时应急处治措施,即路两侧堑边坡采用预应力锚固工程加固,设计预应力F=500kN,临时加固工程实施后,滑坡上下层稳定系数分别为1.166、1.113;同时在右线上侧设置预应力锚索抗滑桩一排,确保坡体稳定,设计滑坡推力T=600kN/m,滑坡上下层稳定系数分别为1.533、1.203,满足公路路基设计规范要求,如图7、图8所示。

图7 K131+945断面应急加固工程稳定性分析

图8 工程加固方案稳定性分析

7 结语

本段高速公路路基的滑坡病害较为特殊,其一为高速公路为高低线的低矮小边坡以路堑形式通过;其二为本段坡体为一中型老滑坡的变形复活,滑坡地形地貌老滑坡现象改造较大,难以辨识发现;其三滑坡变形破坏的高速公路路基稳定影响较大,滑坡危害严重。本文以该高速公路老滑坡工程处治为案例进行了辨识分析、变形发展、成因分析、稳定性评价及工程处治方案研究,对工程建设的此类问题具有较大参考意义。

参考文献

[1]廖小平,朱本珍,王建松.路堑边坡工程理论与实践[M].北京:中国铁道出版社,2011.

[2]祝辉,唐红梅,李明,等.重庆-贵州高速公路向家坡滑坡稳定性分析及防治对策研究[J].岩石力学与工程学报,2006,25(s1):2687–2693.

[3]王宏,钟宁,王志超.重庆奉云高速公路挖断村滑坡的成因分析与治理措施[J].重庆交通大学学报(自然科学版),2010,29(1):85–89.

[4]林辉,刘代文,林志平.多层滑面的古滑坡稳定性分析及治理方案研究.公路交通科技(应用技术版),2017(5):6-7.

[5]林志平.大型古滑坡变形原因与机理分析[J].福建交通科技,2017(01):5-7.

[6]赵杰,廖小平.箭丰尾滑坡成因分析与治理措施[J].路基工程,2012(6):122–126+129.

[7]黄祥谈,廖小平,程建军.基于动态深部位移监测的高速公路路堑边坡稳定性评估[J].公路交通科技(应用技术版),2010(6):82-87+90.

[8]徐邦栋.滑坡分析与防治[M].北京:中国铁道出版社,2001.

谢子明
《福建交通科技》 2018年第02期
《福建交通科技》2018年第02期文献

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