某順層巖質斜坡變形機理及治理分析研究

楊秀飛

(貴州高速公路開發總公司)

1 引言

潰曲破壞是指順層巖質斜坡在一定的條件下，坡體后部的巖層發生滑移，坡體前沿的坡腳受阻，而發生的變形破壞模式。此變形破壞模式主要發生在開挖的坡腳等于巖層傾角或者天然的中陡傾角的順層巖質斜坡中。這類斜坡的特征是巖體具有沿滑移面下滑的條件，而由于沒有臨空面，則使得巖層需要承受縱向的壓應力，隨之產生彎曲變形，最終導致潰曲破壞的發生。該破壞模式的過程可以分為輕微彎曲、強烈彎曲(隆起)、切除面貫通三個階段。

2 工程地質條件

2.1 地形地貌

場區地處貴州高原西部高原山地區，受溶蝕—侵蝕影響，地形條件較為復雜。場區附近地貌類型主要為低中山巖溶峰叢谷地。

2.2 地層巖性

場地區附近上覆第四系殘積層(Qel+dl)粘土，下伏基巖為三疊系下統夜郎組(T1y)薄至中層狀泥質粉砂巖。

2.3 地質構造

項目區屬揚子準地臺、黔北臺隆、遵義斷拱、畢節北東向構造變形區:以北東向褶皺斷裂為主，區域性斷裂構造現已穩定。

根據國家地震局頒布的《中國地震動參數區劃圖》(GB 18306-2001)，場區地震動反應譜特征周期為0.35 s，地震動峰值加速度小于0.05 g，場區地震基本烈度小于Ⅵ度。

2.4 水文地質條件

區域無常年性地表徑流。場區地下水類型為風化基巖裂隙水及巖溶水。地下水主要以大氣降水為主要補給源。水體經地表滲入風化帶基巖裂隙從高向低徑流。

3 力學分析

3.1 模型的建立

考慮層狀巖質斜坡的破壞模式以及上述的假設，在研究斜坡的彎曲變形破壞力學機理時，假定巖層是放在斜坡上單位寬度的梁板，如圖1所示，運用歐拉理論進行分析。設巖層重度為γ，巖體彈性模量為E，巖層厚度為b，巖層假定長度為L，巖層橫截面的中性軸慣性矩為I，各巖層的內摩擦角為φ，內聚力為c，斜坡的坡角為β，建立如圖1所示的坐標系。

3.2 潰曲破壞臨界坡長的確定

梁板簡化為一個沿軸向壓縮和附加彎曲的疊加受力的模式，如圖2所示。

圖1 順層斜坡滑移彎曲變形的力學分析模型

圖2 梁板受軸向壓縮和附加彎曲

由圖可得

設此板梁彎曲變形的彈性曲線函數為

根據變形能與外力所作功的能量平衡原理可得

其中:變形能ΔU為

外力做功ΔT為

解式而可得

由式4可得臨界長度計算公式為

4 工程實例

該順層巖質斜坡開挖坡高為40 m，巖體的物理力學參數如表1所示。

表1 斜坡巖體物理力學參數

由式5計算得出當巖層層數為3層時，臨界坡長為Lcr=34.58＜44。因此，該斜坡經歷長時間的蠕滑變形就會發生潰曲變形破壞。所以必須進行治理。

由于發生潰曲破壞的臨界坡長為30.67，因此需要在這個位置加上錨索進行處理，具體的處理措施為開挖邊坡坡比為1∶0.75，8 m設一個臺階，臺階寬2 m，第一、二級邊坡采用三排預應力錨索進行防護，第二、四級邊坡采用長度為6 m的錨桿框架植草進行防護。

5 結論及建議

(1)通過對順層巖質斜坡潰曲破壞機理的力學分析，依據發生潰曲破壞的臨界坡長計算公式計算出斜坡的臨界長度為34.58 m，而開挖坡長為44 m，因此，該斜坡在長時間的蠕滑變形之后會發生潰曲破壞。

(2)針對該斜坡可能發生的變性破壞，對斜坡進行預防護，采用預應力錨索和長度為6 m的錨桿框架植草進行防護。

(3)對斜坡發生的變形破壞進行分析，并提出相應的治理措施，對今后類似的工程實例具有一定的借鑒意義。

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