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边坡岩体抗剪强度的研究与应用
 
作者:   来源:   时间:2012-03-09   浏览量:6842次

摘  要:结合工程实例,在综合分析工程地质条件(岩性、节理等)的基础上,依据边坡岩体结构面统计资料,采用连通率分析法和规范查表法,探讨了一种简便求得边坡岩体在不同剪切方向且各向异性的抗剪强度指标问题的方法。应用该方法对江西某选厂实际工程边坡事故的调查分析,结果表明该方法能确保滑坡治理工程措施的针对性和有效性。

关键词:工程事故 节理 岩体 连通率法 滑坡治理

 

    岩石边坡是非常复杂的,然而由于自然界中经常可见由岩石而形成的悬崖陡壁可高达数百米而稳定性良好,这些司空见惯的自然奇观容易误导人们的观念,容易形成对岩石边坡的勘察、设计与治理施工重视不足而产生安全隐患。如江西某选厂微风化干枚岩岩石边坡,边坡形成后暂时处于稳定状态,未按勘察与设计建议进行加固,于2006年初产生滑坡破坏,严重威胁坡下筛分厂房的正常生产和人民生命财产安全;厦门某中风化花岗岩岩石边坡,20065月开挖即产生破坏,导致上部挡土墙失稳而严重威胁坡顶双十中学的图书馆与教学楼的安全等。

    由此可见,岩石边坡的复杂性和安全性是人们不能忽视的大问题。

    1  岩石边坡的复杂性与边坡岩体抗剪强度

    岩石边坡问题是岩体力学的一个分支。目前工程界仍感到已有的岩体力学理论不符合岩体的地质实际,而边坡岩体的力学性能更为复杂,其焦点问题主要集中在如何确定边坡岩体的抗剪强度上。

    1.1  边坡岩体抗剪强度确定方法概述

    《建筑边坡工程技术规范》(GB503302002)规定:边坡岩体性能指标标准值可按地区经验确定。对于破坏后果严重的一级边坡应通过试验确定。当无条件试验时,岩体结构面的抗剪强度和岩体内摩擦角可采用查表法和反算分析等方法综合确定。

    对于重要工程可通过现场大型岩体原位试验,取得较为符合实际的岩体力学参数心]。但原位试验受多种因素控制而不可能大量地进行,在大量的一般工程中并没有进行岩体原位试验,其常规的确定边坡岩体性能指标方法是本文着重要探讨的问题。

    方法一:边坡岩体性能指标标准值按地区经验确定。由于影响边坡岩体抗剪强度参数的因素很多,如岩石强度,结构面强度,节理裂隙发育程度,节理裂隙产状与边坡走向之问的关系,风化程度,软化系数,地下水的作用等。基于上述因素,目前基于岩体的竖向承载能力如天然地基与桩基工程特性指标等已有大量的地区经验确定值外,很小有比较适用的边坡岩体抗剪强度性能指标的地区经验确定值,因而目前普遍使用这一方法还有很大局限性。

    方法二:边坡岩体性能指标按反算分析法确定。反算分析法的关键有两点,一是分析模型要符合实际,且与应用工程可以类比,二是滑坡要素要测量准确。由此不难发现,有时不一定能找到合适的可类比工程进行反算,同时反算结果也是对某一特定破坏面的计算分析结果,当对偏离这一特定破坏面进行设计计算时,由于潜在剪切面所经过的结构面和“岩桥”的作用不同,因此反算结果也不能泛用,与节理岩体的连通率问题。

    1.2 确定边坡岩体抗剪强度的简便方法

    按照连通率的定义和节理及岩桥的强度机理,一般工程的普通勘察不难解决诸如岩石强度,结构面强度,节理裂隙发育程度,节理裂隙产状与边坡走向之间的关系,风化程度,软化系数,地下水的作用等问题,据此可以通过式(1)(2)并综合地质条件简便求得边坡岩体在不同剪切方向上的各向异性的抗剪强度指标。

式中:后为连通率;Zcj为节理的抗剪强度;Zc,为岩桥的抗剪强度。

    2 江西某选矿厂岩石边坡事故及分析

    2.1 工程概况

    该选矿厂南山切方边坡开挖后共形成7个台阶,除底部台阶坡度较陡外,一般台阶高10m、台阶宽3m、台阶坡度40o,边坡总体坡度337o。边坡区内存在较大的断层有。为正断层,纵贯整个边坡,断层带宽1250cm,断层带内可见断层角砾岩等,断层产状为SW236o255 o 45 o54Fz为正断层,自第2个平台向上纵贯边坡,断层带宽630cm,断层带内可见断层角砾岩等,断层产状为NW276 o287 o54 o64 o (1)

 

    这个问题密切相关的就是如何确定节理岩体的连通率和综合抗剪强度问题。

    方法三:边坡岩体性能指标按查表法确定。《建筑边坡工程技术规范》(GB503302002)4.5.14.5.5给出了结构面抗剪强度指标和边坡岩体内摩擦角折减系数及边坡岩体等效内摩擦角标准值。查表法既简单又节约了勘察成本和时间等,但要使勘察报告对边坡岩体性能的评价更好地符合实际,仍然宜考虑潜在剪切面所经过的结构面和“岩桥”的作用不同,也就是目前工程界比较认可的根据地质条件将边坡划分为3个工程地质区。东E区:绢云母千枚岩为主,岩层产状N0。~46。∠23。~33。;一级结构面F1(断层)是东西区分界之依据,区内一般存在二级及三级结构面(不同特性的节理等),多数为陡倾角结构面,规模小,错位甚微,对岩体影响不明显;一般为块状结构类型,结构体平均直径大于30cm;开挖后无明显地下水作用痕迹。

    西w2区:绢云母千枚岩和绿泥石千枚岩,局部石墨化,岩层产状NE32 o55 o32 o40 o一级结构面F1(断层)是东西区分界之依据,一级结构面F2(断层)是西w1w2区分界之依据,区内二级及三级结构面(不同特性的节理等)很发育,多数为陡倾角结构面,规模大,有明显错位,岩体完整性差;一般为碎裂块状结构类型;雨后数日局部有地下水渗出痕迹。

    西w1区:绢云母千枚岩和绿泥石千枚岩,局部矽化,岩层产状NEl2 o48o23 o35 o;一级结构面F1(断层)是东西区分界之依据,一级结构面n(断层)是西w1w2区分界之依据,区内二级及三级结构面(不同特性的节理等)很发育,多数为陡倾角结构面,规模大,有明显错位,岩体完整性差;一般为片理化块状结构类型;雨后数日局部有地下水渗出痕协。

    2.2 边坡岩体抗剪强度分析

    绢云母千枚岩呈暗绿至灰绿色,主要矿物成分为绢云母、绿泥百、斜长石等,硅化和蚀变明显,较致密、易风化,单轴抗压强度.抗拉强度为0669MPa,轴抗剪强度根据节理裂隙调查统计结果,受区域构造影响,边坡岩体主要发育有以下6组优势节理:fr=SE95。~54.92kPa15.03O

    采川反算分析法和连通率分析法,并综合场的其他地质特点,确定的边坡岩体的抗剪强度指标见表1

当按反算分析法确定的边坡岩体抗剪强度进行边坡设计计算时,边坡整体的安全系数介于1.181.28之间,台阶局部棱形楔体(5)的安全系数介于0.941.43之间,计算搜索的边坡潜在破坏类型为西 

区存在台阶失稳,整体边坡是安全的。当按连通率分析法确定的边坡岩体抗剪强度进行边坡设计计算时,边坡整体的安全系数介于1.011.16之间,台阶局部棱形楔体(5)的安全系数介于09l133之间,计算搜索的边坡潜在破坏类型为西区存在台阶失稳,同时西w1区整体安全系数偏低,其他区域边坡是安伞的。

    2.3 工程事故及原因分析

  该选矿厂高边坡切方成形后未按勘察与设计要求进行锚杆加固,仅对坡体上部土层进行了绿化,由于切方卸衙导致节理裂隙张开以及长期风化和雨水下渗降低了结构面的强度,于今2006年初在西w1区产生了岩体滑坡(2)

    滑坡机理:经现场凋查及资料分析判断,滑坡破坏形式属于沿顺坡向弧形光面(节理结构面)产生的牵引式破坏,坡体下部台阶裂缝大,中部台阶裂缝小,坡体上部土体尚未产生破坏。滑坡体前缘张拉裂缝已达1m,且有部分已垮塌,严重危害筛分厂的安全。滑坡范围为坡底长约120m,高约30m

    2.4 滑坡治理措施

    本工程属于滑坡抢险工程,治理工程分两个阶段进行。第一阶段为在筛分厂与滑坡体之间施工安全围挡(采用砂包或编织袋装碴土堆砌),对滑坡体上部进行清坡并反压滑坡体坡脚,对滑坡体中上部进行喷锚加固。

    设计加固方案为锚索+锚杆复合加固措施,根据锚杆抗拔试验,设计确定钢筋锚杆的锚固段长度为2m,预应力锚索(375钢铰线)锚固段长度6m。锚杆与锚索交错布置,间距为2.5m×3m

    第二阶段是在中上部锚杆()加固完成后,将下部压方体及滑坡体进行清除,再进行喷锚加固。

    施工期间及竣工后的变形观测结果表明二述滑坡治理措施确保了施工期问安全和边坡加固效果。

    3  结语

  (1)由于影响边坡岩体抗剪强度参数的因素很多,如岩石强度,结构面强度,节理裂隙发育程度,节理裂隙产状与边坡走向之问的关系,风化程度,软化系数,地下水的作用等。因此,边坡岩体的抗剪强度应具体情况具体分析,即使是同一边坡必要时也应进行分区评价。

    (2)尽管本工程采用了西w:区的台阶滑坡进行了反算分析,工程类比条件已非常适合实际;由于连通率更能反映边坡岩体不同部位的节理裂隙情况,工程实践表明,连通率分析法比反算分析法更能揭示边坡岩体的实际情况。

    (3)本工程是通过详细线测绘和计算机模拟来计算边坡岩体的连通率的。当某些勘察工程不具备进行详细线测绘条件时,应加强定向钻探取芯和结合平硐法勘察来详细掌握边坡岩体的节理裂隙情况,以便确保连通率计算结果的可靠性,并结合规范的查表法即可简便解决边坡岩体抗剪强度这一难题。

    (4)对于滑坡治理工程采用分步施工措施是非常必要的。通过上述措施的实施,治理效果良好,杜绝了滑坡的进一步发展和对坡下厂房安全生产的威胁。对今后类似工程有借鉴意义,同时提醒人们务必加强对岩石边坡安全的高度重视。

 
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