基于坡體位移變形監(jiān)測的路塹高邊坡穩(wěn)定性分析

阿不力克木·馬合木提

（新疆交通規(guī)劃勘察設計研究院有限公司，新疆 烏魯木齊 830000）

引言

隨著我國交通工程的快速發(fā)展，山區(qū)高速公路大量興建，路塹施工產(chǎn)生大量的高邊坡工程，路塹高邊坡的穩(wěn)定直接關乎工程施工及后期運營的安全問題［1-3］。為了客觀真實地掌握路塹高邊坡的變形特征、穩(wěn)定性等信息并及時預警，需要對路塹高邊坡進行實時監(jiān)測。近年來，國內(nèi)學者基于邊坡的位移變形監(jiān)測數(shù)據(jù)，大量研究了邊坡的變形規(guī)律及安全性。魏愷泓等［4］采用地形微變監(jiān)測儀對邊坡變形進行了監(jiān)測，得出邊坡支護結(jié)構(gòu)變形總體上具有明顯的區(qū)域性差異。劉龍武等［5］通過對某膨脹土開挖邊坡近1 a 的跟蹤觀測，觀測到了邊坡變形的發(fā)展階段，推測出了潛在滑動面并歸納出該類滑坡的變形發(fā)展特點。馮振等［6］對紅砂巖順層邊坡進行了長期監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)邊坡支護后的變形主要由高強度持續(xù)性降雨及滑動面向深部發(fā)展造成。

1 工程概況

某高速公路ZK57+523—ZK57+705 段左側(cè)路塹高邊坡長度為141.3 m。邊坡高度最大為39.2 m。此路段為丘陵形態(tài)，山體植被發(fā)育良好，地形有較大變化，最小坡角約35 °，最大坡角約邊坡50 °，邊坡分三級開挖。根據(jù)現(xiàn)有的地質(zhì)勘探資料，此路塹邊坡地層主要為砂質(zhì)板巖，其風化程度從中風化、強風化至全風化。地下水埋藏較深，砂質(zhì)板巖雖有較發(fā)達的裂隙，但裂隙大多被泥質(zhì)物所填充，裂隙間連通性較差，地下水影響較小，但該地區(qū)常年陰雨天氣較多，雨水充沛，邊坡區(qū)水源主要來自于自然降雨。

2 坡體位移監(jiān)測方案及位移計算方法

為了實時連續(xù)地掌握路塹邊坡的變形特征，確保邊坡開挖及后續(xù)施工的安全，需對坡體位移進行連續(xù)監(jiān)測，采用水準儀和全站儀對邊坡的水平位移和豎向位移進行監(jiān)測。

2.1 坡體位移監(jiān)測方案

選取此路段中某高度＞25 m 且坡底長度＞60 m的高邊坡作為主監(jiān)測剖面，邊坡分三級開挖，每級邊坡平臺設定1 個監(jiān)測點，設在邊坡平臺中部。邊坡監(jiān)測方案見圖1，共設有JCD1、JCD2、JCD3 3 個測點，監(jiān)測周期為140 d。

圖1 邊坡監(jiān)測點布置

2.2 位移計算方法

利用全站儀測出監(jiān)測點初始坐標（x0，y0）及后續(xù)變化坐標（xi，yi），然后求得累計水平位移及水平位移變化率：

式中：ΔS—累計水平位移，mm；（xi，yi）—監(jiān)測點第i 次測量平面坐標，mm；ΔSt—水平位移變化率，mm/d；t—監(jiān)測天數(shù)，d。

利用水準儀測出監(jiān)測點初始坐標z0及后續(xù)變化坐標zi，然后求得累計豎向位移及豎向位移變化率：

式中：ΔZt—豎向位移變化率，mm/d；Zi—監(jiān)測點第i 次測量豎向坐標，mm；t—監(jiān)測天數(shù)，d。

3 邊坡變形規(guī)律及邊坡穩(wěn)定性分析

路塹高邊坡為一級，路塹高邊坡變形預警值依據(jù)《建筑邊坡工程技術規(guī)范》（GB 50330—2013）及工程概況確定，水平位移和豎向位移預警值見表1。路塹高邊坡施工過程中及監(jiān)測期間變形量超過預警值，監(jiān)測人員需立刻發(fā)出預警信號，以便及時采取處理方案。

表1 一級邊坡監(jiān)測參數(shù)

3.1 坡體水平位移變化規(guī)律及邊坡穩(wěn)定性分析

3.1.1 坡體累計水平位移

路塹高邊坡監(jiān)測點JCD1、JCD2、JCD3 坡體累計水平位移隨時間的變化關系見圖2。

圖2 監(jiān)測點坡體累計水平位移隨時間的變化關系

由圖2 可以看出，3 個監(jiān)測點累計水平位移隨時間呈現(xiàn)相近的變化規(guī)律，前期累計水平位移近似線性增加，中期累計水平位移增加略快，后期變形趨于平緩穩(wěn)定。前期坡中累計水平位移JCD2 ＞坡頂累計水平位移JCD1 ＞坡底累計水平位移JCD3，中后期坡頂累計水平位移JCD1 ＞坡中累計水平位移JCD2 ＞坡底累計水平位移JCD3。最終坡頂累計水平位移JCD1=22.48 mm，坡中累計水平位移JCD2=21.96 mm，坡底累計水平位移JCD3=20.82 mm。

3.1.2 坡體水平位移變化速率

路塹高邊坡監(jiān)測點JCD1、JCD2、JCD3 水平位移變化速率隨時間的變化關系見圖3。

圖3 監(jiān)測點坡體水平位移變化速率隨時間的變化關系

由圖3 可以看出，3 個監(jiān)測點水平位移變化速率隨時間呈現(xiàn)相近的“M”型增—減—增—減變化規(guī)律，前中期變化較大，后期變化率趨于零。坡頂水平位移變化速率JCD1 最大為0.27 mm/d，坡中水平位移變化速率JCD2 最大為0.29 mm/d，坡底水平位移變化速率JCD3 最大為0.29 mm/d。綜上，3 個監(jiān)測點的累計水平位移均略大于路塹高邊坡累計水平位移預警值，最大水平位移變化速率均略大于路塹高邊坡水平位移變化速率預警值，說明此時邊坡已出現(xiàn)或局部出現(xiàn)失穩(wěn)風險，對比現(xiàn)場情況，發(fā)現(xiàn)坡體表面了局部細小裂縫，此時應加強巡檢，若裂縫有發(fā)育傾向應及時采取處理措施。

3.2 坡體豎向位移變化規(guī)律及邊坡穩(wěn)定性分析

3.2.1 坡體累計豎向位移

路塹高邊坡監(jiān)測點JCD1、JCD2、JCD3 累計豎向位移隨時間的變化關系，見圖4。

圖4 監(jiān)測點坡體累計豎向位移隨時間的變化關系

由圖4 可以看出，3 個監(jiān)測點累計豎向位移隨時間的變化關系隨時間呈現(xiàn)相近的變化規(guī)律，前期累計豎向位移近似線性增加，中期累計豎向位移增加略快，后期豎向位移趨于平緩穩(wěn)定。監(jiān)測周期內(nèi)坡頂累計豎向位移JCD1 ＞坡中累計豎向位移JCD2 ＞坡底累計豎向位移JCD3。最終坡頂累計豎向位移JCD1=16.51 mm，坡中累計豎向位移JCD2=15.68 mm，累計豎向位移JCD3=15.04 mm。

3.2.2 坡體豎向位移變化率

路塹高邊坡監(jiān)測點JCD1、JCD2、JCD3 豎向位移變化率隨時間的變化關系，見圖5。

圖5 監(jiān)測點坡體豎向位移變化速率隨時間的變化關系

由圖5 可以看出，3 個監(jiān)測點豎向位移變化率絕對值隨時間呈現(xiàn)相近的“W”型增—減—增—減變化規(guī)律，前中期變化較大，后期變化率趨于零。坡頂豎向位移變化率JCD1 最大為0.37 mm/d，坡中豎向位移變化率JCD2 最大為0.27 mm/d，坡底豎向位移變化率JCD3 最大為0.22 mm/d。綜上，3 個監(jiān)測點的最大累計豎向位移均未超過路塹高邊坡累計豎向位移預警值，但最大豎向位移變化速率均超過了路塹高邊坡豎向位移變化速率預警值，且早于累計水平位移或水平位移變化速率預警值出現(xiàn)時刻，說明此時邊坡已出現(xiàn)或局部出現(xiàn)失穩(wěn)風險，因此，在判斷邊坡穩(wěn)定性狀況時，應重點關注豎向位移變化速率。

4 結(jié)語

（1）累計水平位移和累計豎向位移在前期近似線性增加，中期增加略快，后期豎向位移趨于平緩穩(wěn)定，整體趨于“S”形變化規(guī)律。（2）水平位移變化速率隨時間呈現(xiàn)近似“M”型增—減—增—減變化規(guī)律，豎向位移變化率絕對值隨時間呈現(xiàn)相近的“W”型增—減—增—減變化規(guī)律，前中期變化較大，后期變化率趨于零。水平位移變化速率在中后期達到峰值，豎向位移變化率在中期達到峰值。（3）最大累計豎向位移未超過路塹高邊坡累計豎向位移預警值，但累計水平位移、最大水平位移變化速率及最大豎向位移變化速率均超過了路塹高邊坡預警值，且最大豎向位移變化速率預警值出現(xiàn)最早，因此，在判斷邊坡穩(wěn)定性狀況時，應重點關注豎向位移變化率。