西南地區某大橋岸坡穩定性研究

2015-05-11 08:33:09曹集士尹燕萍

黑龍江交通科技 2015年9期

曹集士，尹燕萍，秦龍

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司)

西南地區某大橋岸坡穩定性研究

曹集士，尹燕萍，秦龍

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司)

通過對西南地區某大橋岸坡坡體的地質情況進行分析，得出其主要特征為地形坡度較大、坡高較高和坡體物質以粘土為主及坡體底部的古溶洞的存在，通過數值模擬研究這些因素對該大橋岸坡穩定性的影響，對西南地區巖溶區修建公路或鐵路橋梁的岸坡穩定問題具有一定的指導意義。

岸坡；巖性特征；地形地貌；破壞機理；巖溶

1 該邊坡邊坡特征

1.1 地形地貌

該岸坡位于貴州北部高山河谷的畢節縣內，周圍環境以中低山地貌為主，山坡相對高差較大約為300～600 m，最大高程可達1 000 m，坡度較陡，一般約為30°，且呈現小的平緩凸坡面狀的山坡。

坡體周圍受季節性降水尤其以雨水沖刷為主使得槽、溝谷較為發育，沖溝多沿砂巖與灰巖接觸帶分布。坡體長約256 m，均寬約76 m，平均厚約35 m，總面積約40 994 m2，總體積約為143萬m3，屬巨型厚層古巖溶塌陷不穩定體。坡體較陡，平均可達30°以上，植被較發育，基巖少有出露，表層覆蓋較厚土層，主要為粘土和碎石土，坡體形狀如圖1所示。

1.2 地層巖性及構造

該岸坡區內出露有第四系松散堆積的粉質黏土、粗角礫土、細角礫土、碎石土、塊石土、三疊系的砂巖、泥質砂巖夾炭質頁巖和煤層、灰巖、白云巖、鈣質泥巖。坡體表層以膨脹性粘土層為主，土體潮濕呈硬塑狀，含大量砂礫，含約10%塊石，粒徑5～30 mm，厚度大于60 m，從圖1可見植被茂密，說明坡體土含水率較高，坡體內粘土滲透性較差其儲水能力較強，易形成飽和粘土，從而使土體粘聚力下降，并且增加坡體自重。粘土層下部為碎石土，呈黃褐色，以砂巖碎石為主，棱角狀，粒徑5～60 mm，磨圓度較差，級配、分選性較差，含泥約50%，充填粉質粘土。坡體中巖層巖性以三疊系的白云巖及鈣質泥巖為主，灰色、深灰色，中厚層狀，局部含硬石膏、鹽溶角礫巖，可溶性較強，易于發生溶蝕形成大的地下溶洞。

坡體穿越兩組斷層面，受區域性斷裂的影響，坡體附近發育有一逆斷層和一正斷層，上覆基巖為三疊系的砂巖及泥巖，節理發育，易崩塌致使坡體覆蓋層較厚，主要為碎塊石，巖層結構松散，巖體力學強度較低，其下基巖為可溶巖地層，巖溶較為發育，物探初步測定其體積約有400 m3，由于巖溶溶蝕塌陷而牽動坡體較厚的覆蓋層下滑失穩而形成滑動，從而造成邊坡失穩的可能性極大。

2 巖土體物理力學參數

坡體為巖溶發育區溶蝕風化堆積物，通過對工點進行鉆探取樣并進行室內試驗分析，得知其物理力學指標具體如表1所示。滑體表層厚約30 m的粘土夾雜碎塊石，呈硬塑狀，其天然密度較高，坡體表面植被茂密，可知土體具有一定的富水性。粘性土在干燥時其強度相對較大，粘聚力較高，而一旦有水體入滲后其粘聚力將減小，加之其具有膨脹性，則在水的作用下坡體上層粘土性自重加大、內聚力減小，相當于對滑體增加了坡體自重同時又將減弱了坡體內土體間粘聚力。粘土層下的碎塊石土中碎塊石強度較大，但是其中充填的粘土與其之間的膠結力決定著整個結構的強度，粘土物受水影響較大，必將削弱粘土與碎塊石間的連接力，從而使巖土體形成蠕動。巖層物質成分以碳酸鹽巖為主，其具有較強的溶蝕性，在地下水系的溶解、溶蝕作用下易于形成地下空洞，從而易使滑體底部支撐力減小，垂直向受力增大，加劇巖土體的剪切破壞。

表1 巖土體物理力學參數

3 數值模擬

通過前面對岸坡巖層結構及其內部物質成分特性的分析，可建立數值模擬對該岸坡進行受力和變形的計算，從而對進一步分析滑坡機理基礎研究。見圖1。

圖1 該岸坡數值模型

圖2 坡體X方向位移

圖3 坡體Y方向位移

通過進行數值模擬，可得出坡體在自然狀態下的變形、位移圖，具體如圖2、圖3所示，因坡體表土厚、坡度較大，坡體X方向有沿坡面向下位移增大的趨勢，加之坡體右下部古巖溶的存在導致其變形位移出現小突變、集中現象，更易于形成坡體結構破壞；Y方向位移隨深度不斷加大，使坡體產生較大豎向位移，同時壓應力也逐漸增大，使巖土體形成壓裂破壞。