燕家臺碎裂巖質邊坡變形體變形規(guī)律研究

王成,陳昌彥,楊素春,魏云杰

(1.北京市路政局門頭溝公路分局,北京 102300;2.北京市勘察設計研究院有限公司,北京100038; 3.北京工業(yè)大學城市與工程安全減災省部共建教育部重點實驗室,北京 100124)

燕家臺碎裂巖質邊坡變形體變形規(guī)律研究

王成1,陳昌彥2,楊素春2,魏云杰3

(1.北京市路政局門頭溝公路分局,北京 102300;2.北京市勘察設計研究院有限公司,北京100038; 3.北京工業(yè)大學城市與工程安全減災省部共建教育部重點實驗室,北京 100124)

燕家臺碎裂巖質邊坡是區(qū)域地質構造多次反復作用而形成的,其復雜多變的工程地質條件給工程設計和施工帶來了極大的困難。通過對大量的邊坡監(jiān)測資料分析,選取具有代表性的斷面進行研究,人為擾動和降雨是邊坡位移的主要控制因素。將邊坡變形演化分5個階段,分析了滑體的變形規(guī)律并提出支護建議,為公路邊坡的設計和施工提供了依據(jù)。

碎裂巖體;巖質邊坡;變形監(jiān)測;穩(wěn)定性

1 引言

燕家臺碎裂巖質邊坡位于北京市門頭溝區(qū)清水鎮(zhèn)燕家臺村西雙大路。工程區(qū)位于北西向次級斷裂構造與沿河城斷裂帶交匯地帶,受區(qū)域地質構造的多次反復作用,節(jié)理裂隙和劈理構造非常發(fā)育,巖層發(fā)生強烈的褶皺變形,產狀變化較大,甚至發(fā)生倒轉。區(qū)內邊坡巖體破碎-極破碎(圖1)。公路邊坡開挖后變形主要表現(xiàn)為后緣出現(xiàn)張拉裂縫,裂縫寬度超過30 cm,而前緣巖土體發(fā)生了崩塌。由于該邊坡的地質條件復雜多變,邊坡的變形、穩(wěn)定性既受結構面力學性質控制,又受巖塊力學性質控制[1],要在工程設計和施工階段準確無誤地評價和預測邊坡巖土體的穩(wěn)定狀況,現(xiàn)有的技術手段還存在較大的困難[2]。而通過現(xiàn)場監(jiān)測并對測試數(shù)據(jù)分析推斷坡體變形發(fā)展趨勢,是確保預測可靠性的最有效手段[3]。因此,本文根據(jù)該公路邊坡工程的實際特點,選取具有代表性的斷面,采取了坡體深部位移監(jiān)測、地表位移監(jiān)測及裂縫監(jiān)測的方案。通過對深部位移監(jiān)測數(shù)據(jù)的研究,得到邊坡的潛在滑動面,分析了滑體的變形規(guī)律并提出支護建議,為公路邊坡的設計和施工提供了依據(jù)。

圖1 燕家臺碎裂巖體Fig.1 Yanjiatai cracked rock mass

2 工程概況與地質條件

該路段設計主要為兩級臺階狀挖方邊坡,按1∶0.75設計坡度開挖,并形成高15～25 m左右的人工邊坡,自然斜坡坡向與公路走向基本直交,邊坡巖體的總體產狀為175°～210°∠19°～24°。

2.1 地形地貌

工程區(qū)在區(qū)域上位于太行山脈的延伸地帶,整體上為構造剝蝕低山地貌,海拔一般約為670～930 m,整體地形呈北西高、東南低。工程邊坡位于走向近東西向的較平緩山梁的陽面斜坡上。自然斜坡坡向與公路走向基本直交,坡角約15°～25°,斜坡兩側均發(fā)育沖溝,中部兩條小沖溝。

2.2 地層巖性

(1)第四系堆積層

第四系主要分布在溝谷兩側的河流階地及其底部與山坡表層,按成因可分為人工堆積層、坡洪積層、殘坡積層及風積層。

(2)寒武系中統(tǒng)毛山、饅頭組巖層(C-2m)

區(qū)域地質上,基巖地層主要為場地北側的中元古界的青白口系和薊縣系的灰?guī)r、砂巖等,而在場區(qū)內及其以南主要出露地層為中寒武統(tǒng)的頁巖、泥巖、灰?guī)r和白云巖等地層。根據(jù)本次地質調查和鉆探揭露,該邊坡揭露的基巖地層主要為鈣質頁巖、炭質頁巖、泥巖及泥質白云巖為主,局部發(fā)育砂巖透鏡體,大約12.7～29.0 m以下發(fā)育泥質白云巖。目前開挖的邊坡巖體則以各種頁巖和泥巖互層為主,局部發(fā)育砂巖透鏡體,其中鈣質頁巖為灰綠-灰黃色并夾有棕紅泥巖,炭質頁巖為灰黑色。邊坡巖體的總體產狀為傾向175°～210°∠19°～24°,但由于受地質構造的影響,巖層發(fā)生強烈的褶皺變形,產狀變化較大,甚至發(fā)生倒轉。工程區(qū)內邊坡范圍的頁巖和泥巖為極軟巖,全-強風化,碎裂狀結構、散體狀結構、層狀碎裂結構,巖體基本質量等級為Ⅴ級。下部的泥質白云巖,一般為強風-弱風化,巖體結構主要為破碎-較破碎、碎裂塊狀-層狀結構巖體基本質量等級為Ⅳ級。

2.3 地質構造

現(xiàn)場地質調查表明,邊坡北側不遠處為沿河城斷裂帶的分支構造,斷裂構造的產狀為傾向150°∠60°～70°,場區(qū)西側有北西向次級斷裂構造通過并與沿河城斷裂帶斜交。雖然場區(qū)邊坡巖體巖層整體為向南傾斜,但因沿邊坡走向發(fā)育兩個規(guī)模較大的次級褶皺,使得地層產狀發(fā)生較大的變化,褶皺東、西兩翼大部分向南偏西方向傾、西翼近核部向北東方向陡傾。測量的主要節(jié)理裂隙可劃分為兩組,走向分別為北東、北西兩個方向,傾角較陡。

2.4 水文地質條件

調查表明,雨季因降雨入滲可能形成局部基巖裂隙水,主要分布在山體內破碎巖體的裂隙或破碎帶中,順坡向下迅速排泄,其水量不豐富。

3 邊坡監(jiān)測結果分析

根據(jù)上述布置,邊坡各點監(jiān)測數(shù)據(jù)曲線見圖2～4,圖中曲線為2008年4月份至10月份測斜管深度-位移曲線,從圖中可以得出:

圖2 測斜管1深度-位移曲線Fig.2 Dep th-disp lacement curve fo r test tube one

圖3 測斜管2深度-位移曲線Fig.3 Dep th-disp lacement curve for test tube two

圖4 測斜管3深度-位移曲線Fig.4 Dep th-disp lacement curve fo r test tube three

(1)邊坡的變形主要發(fā)生在0～25m的范圍內,這個深度相當于開挖邊坡引起的“強卸荷區(qū)”[4]。邊坡變形表現(xiàn)出上部變形量比下部變形量大,在某一深度以上坡體的變形基本相同。

(2)深孔測斜可以準確反映邊坡滑動面位置與坡體隨深度的位移變化情況。

圖2中6 m和圖3中11 m處都出現(xiàn)了變形拐點,這是由于邊坡第一臺階的開挖,產生了卸荷回彈效應,第一臺階巖體沿層面發(fā)生了較小的錯動。

(3)圖2中14.0～16.0 m、圖3中15.0～17.0 m和圖4中23.0～25.0 m之間的位移有突變,在此深度以上的范圍內變形具有很好的同步性和一致性,表明在這個深度上存在特定的軟弱結構面并且傾向坡外,控制了結構面以上坡體在開挖卸荷過程中的整體回彈變形,并且對邊坡的整體變形起到主要控制作用,若不及時支護,最終產生滑坡。

圖5為測斜管1深度點位移-時程曲線,從圖中可以看出:

圖5 測斜管1深度點位移-時程圖Fig.5 Disp lacement-time graph fo r test tube one

可以把位移-時程曲線劃分為5個階段:邊坡開挖后78 d內呈等速蠕變,變形緩慢平緩;78～84 d呈加速蠕變,這是因為雨季降雨入滲形成基巖裂隙水,加速了巖體的變形;84～99 d內通過削去第一臺階變形體后變形減小;99～183 d內因為第二臺階的開挖邊坡又呈等速蠕變;183 d以后通過在削去第二臺階變形體并用擋土墻支護后位移開始逐漸收斂并趨于穩(wěn)定[5]。

4 結論及建議

(1)人為擾動和降雨是邊坡位移的主要控制因素。燕家臺碎裂巖質邊坡透水性強,降雨條件對邊坡穩(wěn)定性影響很大。

(2)邊坡發(fā)生由表及里的回彈變形,伴隨著變形的發(fā)展,邊坡的潛在滑動面不斷在孕育、發(fā)展演化,如不及時支護,最終進入累進性破壞滑動面貫穿。

(3)建議使用錨索加格構的支護措施控制巖體的變形,保持公路邊坡的穩(wěn)定。

(4)強降雨加速了邊坡的變形發(fā)展,因此,加強邊坡坡面的防護,在坡頂設置截水溝以及地下水的排放對抑制邊坡的變形具有重要的作用。

[1]孫廣忠.巖體結構力學[M].北京:科學出版社,1988.

[2]劉漢東,阮飛鵬,李國維.粵贛高速公路k2邊坡監(jiān)測與穩(wěn)定性研究[J].巖土力學,2008,29(12):3365-3369.

[3]李永江,陸陽,何斌.巖質高邊坡變形與穩(wěn)定的綜合監(jiān)測[J].路基工程,2009,(2):129-131.

[4]孫健,陳明曉.高速公路開挖邊坡變形監(jiān)測與分析[J].廣東公路交通,2008,(2):15-18.

[5]祁生文,楊小永,伍法權,等.沙灣水電站原廠房后邊坡變形體變形規(guī)律研究[J].工程地質學報,2008,16:451-455.

DEFORMATION BODY IN YANJIATAI CRACKED ROCK SLPOE

WAM G Cheng1,CHEN Chang-yan2,YANG Su-chun2,W EI Yun-jie3,
(1.Beijing Road Political Bureau Mentougou Road Sub-bureau,Beijing 102300,China;2.BGIEngineering Consultants L td.,Beijing 100038,China;3.The Key Labo ratory of U rban Security and Disaster Engineering, M inistry of Education,Beijing University of Technology.Beijing 100124,China)

Yanjiatai cracked rock slope was fo rmed by the repeated regional geological structuring.The comp lex and everchanging conditionsof engineering geology has brought great difficulties to engineering design and construction.In this paper, select a rep resentative cross-section to study through a large number of slope analysis of monito ring data.Man-made disturbance and rainfall are the main control facto rsof slope disp lacement.The defo rmation evolution of slope is divided into five phases,defo rmation regularity analysis of slip body and suppo rt recommendations can made to aid slope design and construction.

cracked rock mass;rock slope;deformation monito ring;stability

P642;TU 457

:A

1006-4362(2010)02-0037-03

王成(1972- ),男,漢族,四川蓬溪人,高級工程師,研究方向:公路工程管理。

2009-08-03改回日期:2010-02-03

“十一五”國家科技支撐計劃項目資助(2006BAJ06B02)