山區(qū)高速公路順層巖質(zhì)邊坡開挖過程模型試驗(yàn).pdf

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1、公路與汽運(yùn)總第158期Highways&AutomotiveApplications153山區(qū)高速公路順層巖質(zhì)邊坡開挖過程模型試驗(yàn)*曾堅(jiān)，李振存。，郭昕，張銳，李念(1．長沙理工大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院，湖南長沙410004；2．深圳高速工程顧問有限公司，廣東深圳518034；3．長沙理工大學(xué)公路工程省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南長沙410004)摘要：針對湖南某高速公路順層巖質(zhì)高邊坡，以相似理論為基礎(chǔ)，采用砼板模擬巖層、黏土模擬結(jié)構(gòu)面，進(jìn)行邊坡開挖室內(nèi)模型試驗(yàn)，探討邊坡開挖過程中坡內(nèi)位移和應(yīng)力變化規(guī)律。結(jié)果表明，順層巖質(zhì)邊坡在開挖過程中應(yīng)力變化比較復(fù)雜，無明顯規(guī)律；開挖過程中坡

2、體內(nèi)位移隨著開挖坡頂位移有明顯峰值現(xiàn)象，即在開挖過后1d基本穩(wěn)定，但開挖到第7層時(shí)坡體內(nèi)位移發(fā)生突變。關(guān)鍵詞：公路}順層巖質(zhì)邊坡；室內(nèi)模型試驗(yàn)；變形與應(yīng)力變化規(guī)律；相似理論中圖分類號：U416．1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1671—2668(2013)05—0153—03順層巖質(zhì)邊坡的破壞與失穩(wěn)是目前巖土工程重厚～厚層狀。強(qiáng)風(fēng)化層巖質(zhì)較軟，巖體極易破碎，厚大災(zāi)害之一，研究其破壞機(jī)制、破壞類型以及穩(wěn)定性0．O～1．2m；中風(fēng)化層巖質(zhì)較堅(jiān)硬，巖體破碎，厚具有現(xiàn)實(shí)意義。以往一般采用剛體極限平衡法進(jìn)行0．O～1．9m；微風(fēng)化層巖質(zhì)較堅(jiān)硬，節(jié)理裂隙不發(fā)分析，其中剛體極限平衡法對不同類型的

3、邊坡破壞育，巖體較完整，巖芯多呈柱狀，少量呈短柱狀、碎塊型式進(jìn)行假設(shè)，它建立在豐富的工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，狀，厚度大。巖層產(chǎn)狀為320。12?！?5。，左邊坡為抽象出簡化的力學(xué)模型。朱晗迓等運(yùn)用特殊函數(shù)理順向坡，巖層產(chǎn)狀對邊坡穩(wěn)定性不利。選取KI5+論對順傾向?qū)訝顜r質(zhì)邊坡進(jìn)行分析，得出各層巖體225斷面作為試驗(yàn)對象，邊坡高度均在10m以上，潰曲曲線的理論公式，并對邊坡潰曲破壞的破壞位最高處超過30m。邊坡采用分級開挖，每級邊坡高置以及臨界坡長進(jìn)行了求解；鄧榮貴等結(jié)合渝懷(重度為10m，第一級坡率為1：1，以上各級坡率均為慶一懷化)鐵路工程實(shí)例，并參考一般順層邊坡的結(jié)1：1．25。

4、左側(cè)順層邊坡采用錨桿防護(hù)，其他采用骨構(gòu)特征，對其失穩(wěn)的臨界長度進(jìn)行了探討；劉小麗等架植草防護(hù)，左側(cè)坡頂設(shè)置截水溝。邊坡橫斷面結(jié)結(jié)合彈性板的穩(wěn)定理論，運(yùn)用能量法對緩傾角順層構(gòu)如圖1所示。巖質(zhì)邊坡的彎曲失穩(wěn)機(jī)制進(jìn)行了探討。然而對順層一～～巖質(zhì)邊坡變形機(jī)理以及開挖過程中的位移、應(yīng)變變、、}、化沒有深人的研究。該文采用室內(nèi)模型試驗(yàn)?zāi)M邊膳＼＼坡開挖過程，根據(jù)經(jīng)典力學(xué)理論，通過對微元體的積}麥、分效應(yīng)模擬大型復(fù)雜的巖土模型，研究巖土體的應(yīng)、u=========r——c========力、應(yīng)變關(guān)系及破壞模式，分析順層巖質(zhì)邊坡開挖過圖1K15+400~480路塹邊坡典型橫斷面程的變形破壞機(jī)

5、制及發(fā)展過程。1工程概況2模型試驗(yàn)方案湖南某高速公路KI5十4O0—48O石質(zhì)邊坡，上2．1試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭谱鞲采w層厚度小，頂部分布薄層覆蓋層，主要為第四系考慮到原邊坡開挖坡度較緩，如果同比例縮放，種植土及粉質(zhì)黏土，厚度為0～3m。下伏基巖為鈣將會造成模型的長、高比例失調(diào)，不利于模型試驗(yàn)的泥質(zhì)膠結(jié)紅砂巖，含少量礫石，礫石成分主要為石英開展。為了更好地進(jìn)行邊坡模型試驗(yàn)，將模型中的砂巖、石英和硅質(zhì)巖，粒徑一般為0．5～1．5cm，中邊坡開挖坡率定為1：0．5，然后按照模型與原邊坡*基金項(xiàng)目：湖南省交通科技項(xiàng)目(201006)；公路工程省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(長沙理工大學(xué))開放基金資助

6、項(xiàng)目(k~110104)公路與汽運(yùn)總第158期Highways8LAutomotiveApplications155式便可以得到各測點(diǎn)主應(yīng)力值：月6日上午開挖至第8層完成第二級開挖。在邊坡i~1,2-ax-bay1開挖卸荷過程中，不斷記錄百分表讀數(shù)，通過分析得+4rxy(4)．．出順層巖質(zhì)邊坡開挖過程中沿邊坡傾角方向位移變9一tan2口一__=蘭_-(5)化曲線(如圖6所示)。由圖6可以看出：邊坡在開0．x一挖至第7層時(shí)出現(xiàn)突變情況，其中最大位移出現(xiàn)在0．1-0"2r一—坡頂處，且在2012年11月6El上午開挖第7層時(shí)‘maX^(?6)坡頂處出現(xiàn)明顯張拉裂縫(如圖7所示)。

7、式中：代表大主應(yīng)力的方向角，即O。方向線與大主應(yīng)力的夾角(自O(shè)。方向線沿順時(shí)針方向時(shí)為負(fù)，沿逆時(shí)針方向時(shí)為正)。童：由此可以把試驗(yàn)所測應(yīng)變轉(zhuǎn)化為開挖過程中坡彗6體內(nèi)的應(yīng)力值，進(jìn)而得出開挖過程中坡體內(nèi)應(yīng)力變2化曲線(如圖5所示)。由圖5可以看出：順層巖質(zhì)O邊坡開挖卸荷過程中應(yīng)力變化過程比較復(fù)雜，其衰1o-3l1o_3111111-03l1一o411一o4l1—o6上午下午上午下午減有波動(dòng)現(xiàn)象出現(xiàn)；開挖完成后其應(yīng)力變化逐漸減日期弱，但所持續(xù)的時(shí)間較長。圖6順層巖質(zhì)邊坡開挖過程中沿邊坡傾角+1_口_+3士+5