軟弱夾層對(duì)高陡邊坡穩(wěn)定性的影響及勘察方法優(yōu)化

摘要：針對(duì)傳統(tǒng)勘察方法在揭示軟弱夾層特性方面的不足，以某山區(qū)高速公路邊坡工程為背景，提出了一套優(yōu)化勘察方法。該方法結(jié)合了地質(zhì)勘探、遙感監(jiān)測(cè)、地面位移觀測(cè)和自動(dòng)化監(jiān)測(cè)等多種技術(shù)手段，能夠更準(zhǔn)確地揭示軟弱夾層的分布、厚度及物理力學(xué)性質(zhì)。通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，詳細(xì)探討了軟弱夾層對(duì)邊坡力學(xué)特性、應(yīng)力分布、變形以及傾角、位置與數(shù)量的影響，揭示了邊坡不同位置的位移、應(yīng)力及傾斜速率的變化規(guī)律?；谶@些研究，優(yōu)化勘察方法，提出了針對(duì)性的治理措施，以確保邊坡的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和安全性，為高陡邊坡的穩(wěn)定性評(píng)估和治理提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：軟弱夾層；力學(xué)特性；應(yīng)力分布；變形；邊坡監(jiān)測(cè)；勘察優(yōu)化

0" "引言

在地質(zhì)工程領(lǐng)域，高陡邊坡的穩(wěn)定性問(wèn)題一直是研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。特別是在山區(qū)高速公路、鐵路、水利等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過(guò)程中，高陡邊坡的穩(wěn)定性直接關(guān)系到工程的安全和效益。而軟弱夾層的存在，則對(duì)高陡邊坡的穩(wěn)定性構(gòu)成了嚴(yán)重威脅[1]。在高陡邊坡中，軟弱夾層的存在不僅降低了邊坡的整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性，還容易成為邊坡破壞的起點(diǎn)和擴(kuò)散路徑。因此，深入研究軟弱夾層對(duì)高陡邊坡穩(wěn)定性的影響，對(duì)于確保工程安全具有重要意義。然而，傳統(tǒng)的勘察方法在揭示軟弱夾層的分布形態(tài)、厚度及物理力學(xué)性質(zhì)方面存在不足，導(dǎo)致邊坡穩(wěn)定性評(píng)估結(jié)果存在較大的不確定性[2]。

本文旨在通過(guò)理論分析和工程實(shí)例，深入探討軟弱夾層對(duì)高陡邊坡穩(wěn)定性的影響機(jī)制，提出一套適用于復(fù)雜地質(zhì)條件下的優(yōu)化勘察方法。通過(guò)本文的研究，期望能為高陡邊坡的穩(wěn)定性評(píng)估和治理提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持，為地質(zhì)工程領(lǐng)域的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

1" "含軟弱夾層巖質(zhì)邊坡破壞形式

軟弱夾層是指巖層中含有弱化區(qū)域的地質(zhì)體，這些區(qū)域通常具有較低的強(qiáng)度和剛度，容易在外力作用下發(fā)生變形和破壞。含軟弱夾層的巖質(zhì)邊坡，其破壞形式多種多樣，但往往與軟弱夾層的性質(zhì)密切相關(guān)。

1.1" "順層邊坡破壞

在順層邊坡中，由于軟弱夾層的存在，使得巖層之間的黏結(jié)力降低，當(dāng)邊坡受到重力、水壓力等外力作用時(shí)，巖層容易沿著軟弱夾層發(fā)生滑動(dòng)。這種滑動(dòng)破壞往往伴隨著坡體后緣的垂直張拉裂隙的形成，以及坡頂巖塊的崩落。隨著滑動(dòng)的持續(xù)進(jìn)行，邊坡的整體穩(wěn)定性將逐漸降低，甚至可能引發(fā)大規(guī)模的滑坡災(zāi)害[3]。

1.2" "反傾邊坡破壞

對(duì)于反傾邊坡，其破壞形式則與順層邊坡有所不同。在軟弱夾層的影響下，反傾邊坡的巖層容易發(fā)生彎曲和折斷，導(dǎo)致坡面出現(xiàn)水平向和垂直向的裂隙交錯(cuò)。同時(shí)，軟弱夾層在受到外力擠壓時(shí)，容易發(fā)生擠出變形，進(jìn)一步削弱了邊坡的穩(wěn)定性[4]。

在極端情況下，如地震等自然災(zāi)害發(fā)生時(shí)，軟弱夾層的擠出變形加劇，將導(dǎo)致坡頂被震碎，邊坡的整體結(jié)構(gòu)受到嚴(yán)重破壞。這種破壞形式對(duì)邊坡的安全穩(wěn)定性構(gòu)成了極大的威脅，需要采取有效的工程措施進(jìn)行防治。

2" "工程概況

本研究以某山區(qū)高速公路邊坡工程為背景，深入探討軟弱夾層對(duì)高陡邊坡穩(wěn)定性的影響。該高速公路穿越地質(zhì)條件極為復(fù)雜的山區(qū)，地形起伏大，存在大量高陡邊坡。

這些邊坡在長(zhǎng)期的自然和人為因素作用下，穩(wěn)定性逐漸降低，對(duì)高速公路的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)安全構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。其中，軟弱夾層的存在是導(dǎo)致邊坡穩(wěn)定性降低的關(guān)鍵因素，軟弱夾層主要由泥質(zhì)頁(yè)巖、黏土巖等構(gòu)成，其強(qiáng)度低、易變形，在雨水滲透、地震等外部因素作用下易發(fā)生滑移，導(dǎo)致邊坡整體失穩(wěn)。

3" "軟弱夾層對(duì)高陡邊坡穩(wěn)定性的影響

3.1" "軟弱夾層對(duì)邊坡力學(xué)特性的影響

軟弱夾層作為巖體中的弱化區(qū)域，不僅降低了邊坡整體的強(qiáng)度和剛度，還破壞了邊坡巖體的均勻性和連續(xù)性，導(dǎo)致邊坡在受力時(shí)容易產(chǎn)生應(yīng)力集中和變形加速。軟弱夾層的存在使得邊坡在承受自重、風(fēng)載、水載等外部荷載時(shí)，更容易出現(xiàn)滑動(dòng)、崩落等破壞現(xiàn)象。同時(shí)，軟弱夾層的抗剪強(qiáng)度較低，容易成為邊坡破壞的起點(diǎn)和擴(kuò)散路徑[5]。

3.2" "軟弱夾層對(duì)應(yīng)力分布的影響

軟弱夾層對(duì)應(yīng)力分布的影響主要體現(xiàn)在其作為巖體中的弱化區(qū)域，容易在受力時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致該區(qū)域及其周邊巖石的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生顯著變化，進(jìn)而影響邊坡整體的應(yīng)力分布和穩(wěn)定性。

3.3" "軟弱夾層對(duì)邊坡變形的影響

軟弱夾層因其低強(qiáng)度和易變形特性，加速了邊坡的變形過(guò)程，導(dǎo)致邊坡位移增大，特別是在不利環(huán)境條件下，如地下水位上升，其抗剪強(qiáng)度降低，進(jìn)一步加劇邊坡的變形和破壞風(fēng)險(xiǎn)[6]。

3.4" "軟弱夾層傾角、位置與數(shù)量的影響

軟弱夾層的傾角、位置與數(shù)量對(duì)邊坡穩(wěn)定性具有顯著影響。傾角越大，邊坡位移越顯著，穩(wěn)定性越低；位置越靠近坡腳，變形量越大，對(duì)邊坡穩(wěn)定性構(gòu)成直接威脅。此外，軟弱夾層的數(shù)量增多會(huì)進(jìn)一步削弱邊坡的整體承載能力，擴(kuò)大破壞范圍，加劇變形程度，從而顯著增加邊坡失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)。

4" "邊坡監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

4.1" "監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

本項(xiàng)目監(jiān)測(cè)在邊坡頂部、中部和底部布置位移監(jiān)測(cè)樁，用于監(jiān)測(cè)邊坡的整體位移。在軟弱夾層與周圍巖層的接觸面上布置應(yīng)力計(jì)，用于監(jiān)測(cè)應(yīng)力的變化情況。在邊坡的關(guān)鍵位置布置傾斜儀，用于監(jiān)測(cè)邊坡的傾斜角度和傾斜速率。監(jiān)測(cè)儀器及作用見(jiàn)表1。

4.2" "監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

4.2.1" "不同位置最大位移分析

4.2.1.1" "邊坡頂部位移

邊坡不同位置最大位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如圖1所示。從圖1可以看出，含軟弱夾層邊坡在外部荷載與內(nèi)部應(yīng)力變化共同作用下，邊坡頂部的位移尤為顯著，特別是在邊坡水平位置約60m處，位移量達(dá)到153mm。這一現(xiàn)象反映了邊坡頂部作為應(yīng)力集中與外部因素作用的首要區(qū)域，其變形敏感性極高。

該位置不僅直接承受風(fēng)載、雨載等自然因素的沖擊，還易受到邊坡內(nèi)部因軟弱夾層存在而引發(fā)的應(yīng)力重分布影響，從而加劇了位移變形的程度。此外，頂部作為邊坡整體結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，一旦位移超出安全閾值，邊坡即將進(jìn)入失穩(wěn)狀態(tài)，成為破壞跡象最先顯現(xiàn)的區(qū)域。

4.2.1.2" "邊坡中部位移

邊坡中部的位移情況則相對(duì)復(fù)雜，其位移量雖介于頂部與底部之間，但在某些中部區(qū)域，特別是當(dāng)軟弱夾層穿越或接近中部時(shí)，中部位移值顯著增大，最大位移量達(dá)到了123mm。這表明中部區(qū)域同樣承受著較大的變形壓力，其穩(wěn)定性同樣不容忽視。

中部區(qū)域的位移增大可能源于軟弱夾層的滑動(dòng)、巖土體的塑性變形等多種因素，這些因素相互交織，共同影響著邊坡的整體穩(wěn)定性。

4.2.1.3" "邊坡底部位移

邊坡底部的位移則相對(duì)較小，這主要得益于底部基巖或穩(wěn)定土層的堅(jiān)實(shí)支撐。然而，在特定情境下，如軟弱夾層厚度異常、底部存在斷層或裂隙等不利地質(zhì)條件時(shí)，底部位移也可能顯著增大，成為邊坡穩(wěn)定性評(píng)估中的潛在風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。

4.2.2" "不同位置最大應(yīng)力分析

不同位置邊坡軟弱夾層接觸面應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如圖2所示。從圖2的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知，位于不同高度的邊坡軟弱夾層接觸面應(yīng)力分布情況呈現(xiàn)出顯著的差異性。在邊坡的頂部區(qū)域，軟弱夾層接觸面的應(yīng)力變化程度異常劇烈，這表明該區(qū)域地質(zhì)結(jié)構(gòu)相對(duì)脆弱，易受到外界因素（如降雨、風(fēng)化作用等）的影響。

最大應(yīng)力突變值高達(dá)0.29MPa，這一數(shù)值不僅遠(yuǎn)超邊坡底部區(qū)域的應(yīng)力變化水平，還預(yù)示著該部位可能存在嚴(yán)重的失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)，如滑坡或坍塌等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生概率顯著增加。相反，在邊坡的底部，軟弱夾層接觸面的應(yīng)力變化則顯得相對(duì)平穩(wěn)，最大應(yīng)力突變值僅為0.03MPa，反映出該區(qū)域的地質(zhì)條件相對(duì)穩(wěn)定。

4.2.3" "不同位置傾角、傾斜速率分析

邊坡不同位置傾角監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如圖3所示。由圖3的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知，隨著時(shí)間的不斷推移，含軟弱夾層的高陡邊坡傾角呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢(shì)。這一變化不僅反映了邊坡在自然和人為因素作用下的持續(xù)變形，還預(yù)示著邊坡穩(wěn)定性的潛在威脅。

同時(shí)邊坡的傾斜速率也展現(xiàn)出了復(fù)雜的變化規(guī)律，具體表現(xiàn)為先逐漸變小，隨后又逐漸增大的現(xiàn)象。這種傾斜速率的波動(dòng)可能意味著邊坡內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)的調(diào)整和變化，特別是軟弱夾層區(qū)域可能正在經(jīng)歷剪切或拉張變形的加劇。

5" "勘察方法優(yōu)化

首先，通過(guò)詳細(xì)的地質(zhì)鉆探、地球物理勘探和原位測(cè)試，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)踏勘和地質(zhì)背景研究，全面獲取邊坡的地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、軟弱夾層分布及物理力學(xué)性質(zhì)等關(guān)鍵信息，為后續(xù)的穩(wěn)定性分析和治理設(shè)計(jì)提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。其次，利用高精度監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)邊坡的位移、應(yīng)力和傾角進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)，結(jié)合數(shù)值模擬和極限平衡分析等方法，對(duì)邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行綜合評(píng)估，并根據(jù)評(píng)估結(jié)果設(shè)計(jì)針對(duì)性的治理措施，確保邊坡的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和安全性。最后，通過(guò)建立長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)機(jī)制，對(duì)治理后的邊坡進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)和維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理潛在的安全隱患。

6" "結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)傳統(tǒng)勘察方法在揭示軟弱夾層特性方面的不足，本文以某山區(qū)高速公路邊坡工程為背景，提出了一套優(yōu)化勘察方法。這種方法能夠更準(zhǔn)確地揭示軟弱夾層的分布形態(tài)、厚度、物理力學(xué)性質(zhì)以及傾角、位置和數(shù)量等關(guān)鍵參數(shù)，為邊坡穩(wěn)定性評(píng)估提供更為可靠的數(shù)據(jù)支持。

該方法結(jié)合了地質(zhì)勘探、遙感監(jiān)測(cè)、地面位移觀測(cè)和自動(dòng)化監(jiān)測(cè)等多種技術(shù)手段，通過(guò)地質(zhì)勘探，初步了解邊坡的地層巖性和軟弱夾層的分布。遙感監(jiān)測(cè)則從宏觀上把握邊坡的整體穩(wěn)定性狀況。地面位移觀測(cè)和自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)備則能夠精確捕捉邊坡的微小變形和應(yīng)力變化，特別是可針對(duì)軟弱夾層的識(shí)別與評(píng)估。

在勘察過(guò)程中，應(yīng)特別關(guān)注軟弱夾層對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響。通過(guò)對(duì)不同位置最大位移、應(yīng)力變化以及傾角、傾斜速率的綜合分析，深入揭示軟弱夾層在邊坡變形和破壞過(guò)程中的作用機(jī)制。同時(shí)，應(yīng)根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整勘察方案，對(duì)潛在風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)勘察，以確?？辈旖Y(jié)果的全面性和準(zhǔn)確性。通過(guò)這種方法，可以更有效地評(píng)估邊坡的穩(wěn)定性，為后續(xù)的邊坡治理工程提供科學(xué)依據(jù)，從而確保工程的安全和效益。

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