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论文范文滑坡原因分析及综合治理

论文类型:论文范文
论文字数:
论点:滑坡,应力,治理
论文概述:

土木论文:谈向家山滑坡成因分析及其综合治理研究 由硕士毕业论文中心,硕士论文组整理提供,本文阐述了谈向家山滑坡成因分析及其综合治理研究

论文正文:

土木工程论文:项家山滑坡成因分析及综合治理研究由硕士论文中心和硕士论文组提供。阐述了湘家山滑坡的成因分析及综合治理研究。

1前言

项家山滑坡位于公路K13+500~K13+960段,在项家坡立交左侧。公路修建时,斜坡得到了加固。然而,后来发生了变形和滑坡。滑坡已经处理过多次了。但是效果不好。自2004年6月以来,滑坡区发生了较大变形和位移,治理工程遭到破坏,出现抗滑桩倾斜、挡土墙胀裂、排水沟开裂下沉、格构破坏等现象。这次对滑坡进行了充分的勘探,并设计了滑坡治理方案,以彻底治理滑坡。

2滑坡的工程地质条件

2.1滑坡剖面

滑坡体坡面向西倾斜,当前地形可明显分为三级(图1):上部为缓坡平台地形,海拔385~400米;中间的地形是阶梯状的。前缘为12~14 m高的锚桩挡土墙,道路为滑坡区最低点。标高一般为342~346米。滑坡的后壁是一堵高约40米的陡墙,滑坡的南北两侧是沟壑。

地质调查发现[1,2]:滑坡体平面呈不规则马蹄形,平均厚度约19.5米,中部厚度达40米,滑坡面积约7万平方米,体积约140万立方米。

2.2滑坡的岩土成分

滑坡区的地层分布如图1所示,从上到下大致分为三层:

(1)表层为第四系全新统崩积物(Qcol+dl4),岩性为砂岩、泥岩夹粉质粘土。

(2)中间层为下侏罗统珍珠冲组(J1z)强风化粉砂岩和泥岩,具有薄至中厚层状泥质结构,局部夹薄至中厚层状长石应时砂岩,主要以夹层形式分布。

(3)下层为下侏罗统珍珠冲组泥岩和砂岩。岩石相对完整,为弱风化带,砂质和泥质结构,薄至中等层状结构。

滑坡体主要由粉质粘土混合碎石和强风化砂岩、泥岩组成。它属于土岩混合滑坡。滑动体内岩体结构松散,含水量高,不稳定,易变形。通过对土层和滑动面的分析,滑坡是由浅层、中层和深层组成的多层次滑坡。滑动体上各岩土体力学指标测试值见表1。

3滑坡原因分析及稳定性评价

3.1滑坡原因

首先,湘家山滑坡面为粉质粘土,含少量碎石,透水性差,遇水易软化变形,膨胀性强。下部由破碎风化泥岩、泥质砂岩和页岩组成。网状裂隙遇水发育软化,为滑坡的形成提供了物质基础。滑坡的下伏基岩层通常倾向于沿着斜坡,为深度变形的形成提供滑动结构面。其次,滑坡土的透水性普遍较差。地下水主要沿泥岩顶面和强风化与中等风化的界面流出,软化滑动带中的物质,形成软泥面(带),为滑坡的形成提供滑动介质。第三,斜坡中部裂缝的发展为地表水渗透提供了通道,大大增加了滑动体中的含水量,甚至达到饱和状态。岩体软化,滑体的抗剪强度进一步降低,滑体的容重增加,从而引起边坡变形和失稳,滑体沿边坡滑动至路堑。最后,在人类工程活动中,特别是高速公路建设中,边坡开挖太陡,前缘接近空,边坡应力不平衡,最终发生滑坡。

3.2滑坡稳定性现状及评价

根据滑坡的现状,按照相应的规范要求,对滑坡体在三种工况下进行了分析评价。

工况(1):自重+地面载荷,取自然重和自然剪切试验值。

工况(2):自重+地面荷载+暴雨,取饱和重力和饱和剪切试验值,由于滑坡以前已经滑动,采用饱和剪切残值。

工况(3):自重+地面荷载+暴雨+地震,取饱和严重度、饱和抗剪强度和饱和抗剪剩余值,并考虑地震力的影响。

采用基于极限平衡理论的传递系数法评价计算滑坡稳定性,稳定性系数见表2。

从表2可以看出,浅层和中层滑坡在工作条件(1)即自然状态下,FS=1.11~1.23,工作条件(2)即雨季状态下,FS=1.01~1.02,滑坡处于极限平衡状态,工作条件(3)即地震状态下,FS=0.97~1.02,滑坡处于不稳定状态或极限平衡状态;深层潜在滑动面在三种工况下是稳定的。

4滑坡控制

由于湘家山滑坡发生在高速公路运营区,滑坡治理分临时救援和永久治理两个阶段进行。首先,根据应急救援项目进行临时处置:雨季暂时封闭滑坡影响范围内的一段公路;在坡体内增设排水孔、用粘土夯实或用水泥搅拌浆堵塞表面裂缝等应急措施。此外,在滑体上设置监测系统,对滑体进行监测,及时反馈滑坡动态信息,及时处理新情况。永久治理计划采用以下方法(图2)。

(1)在现有锚固桩顶的一级平台上设置一排预应力锚索抗滑桩,同时封堵浅层和中层滑坡。(2)按照1∶1.25的比例,将二、三级边坡切割,然后将预应力锚索框架工程的锚固段布置在二级边坡上,深入中间滑动面以下,进入深度滑动面以下一定深度。

(3)地面和地下排水措施应首先采用地面有组织的排水措施排出地表水,以尽量减少地表水渗入地面。同时,应采取地下排水措施,在滑坡后部修建盲截孔,以减少桩后地下水。

(4)坡面植草为防止坡面侵蚀和地表水渗透,应在整个坡面植被缺失的地方进行植草保护。框架梁结构坡面夯实填筑20厘米厚粘土后,应在坡面上进行外来土壤植草。
5滑坡治理后的稳定性分析

经过处理后,按照上述方法对浅部和中部滑坡的稳定性进行了分析。计算结果如表3所示。从表中可以看出,在三种工况下,各断面浅部和中部滑坡的稳定系数均有所提高,比原来提高了46%以上。滑坡治理后,滑坡可以长期稳定。

6有限元分析结果

为了分析项家山滑坡的稳定性,本文还采用2D-西格玛[5]对滑坡进行了分析,这里只介绍了有限元分析结果。

6.1处理前的有限元分析结果

有限元模拟表明,治理前滑坡体的应力分布符合边坡拉应力场的一般分布规律,表层以拉应力为主,内部为压应力,垂直方向的压应力值随深度的增加同步增加,坡脚有明显的应力集中区;变形主要集中在边坡表层,尤其是剪切应变最大的浅层滑动面。

(2)最大剪应力发生在坡角处,为0.36兆帕,水平和垂直位移不大于1 cm。可以看出,浅层、中层和深层的潜在滑动面在自然条件下是稳定的。

(3)在工况(2)和(3)下,坡面及坡面以下一定深度存在拉应力,导致相对较大的变形。其中,暴雨状态下最大水平位移为39厘米,最大垂直位移为30厘米,发生在浅层滑动体中,剪应力集中在坡角,约为1.63兆帕。暴雨和地震条件下,最大水平位移为45厘米,最大垂直位移为32厘米,坡角应力集中,最大剪应力约为1.65兆帕。浅层和中层滑坡不稳定,随时可能坍塌。潜在的深层滑坡变形小,处于稳定状态或极限平衡状态。

6.2处理前后的数值模拟分析

由于该地区地震强度一般小于里氏7级,设计中一般不考虑地震影响,因此仅模拟分析第二种情况,即长期暴雨滑坡治理前后。模拟滑坡治理的全过程,计算过程分为两步:首先计算自重作用下边坡体的应力状态;然后进行边坡开挖、抗滑桩和预应力框架施工,并计算处理后的变形和应力状态。计算结果表明:

(1)与处理前后的应力场相比,边坡的应力特征基本相同,不同之处在于:预应力锚索抗滑桩和预应力锚索框架施工后,应力集中程度发生变化,如坡角应力σ1从1.07 MPa下降到1.03 MPa。

(2)变形主要发生在边坡表层。在垂直方向,随着深度的增加,变形逐渐减小,深层潜在滑动面以下的位移基本在1 cm以内。水平位移基本上在中间滑动面与第一排抗滑桩坡面的交点之间,最大位移发生在第二个坡面上。垂直位移基本在坡角以上、第三排抗滑桩以下,最大位移发生在第三排抗滑桩后的裂缝密集区。处理后,应变值减小,变形面积减小,水平位移和垂直位移基本趋于零。可见,处理后的边坡处于稳定状态,表明处理措施是有效的。

结论

通过对湘家山高速公路滑坡的综合分析和有效治理,得出以下结论:

(1)通过对地质勘探资料和地球物理勘探资料的分析,滑坡由浅、中、潜在深层等几个滑坡体组成,属于大型土石混合滑坡。

(2)通过多因素综合分析,找出滑坡复活和公路建设早期管理失败的原因。向家山滑坡主要受地层、岩性、地质构造、地形、边坡结构、气象、水文等多种因素的影响,其形成是这些因素共同作用的结果。首先,滑坡区的工程地质和水文地质条件是滑坡的主要内因。其次,公路建设初期施工不当是滑坡的主要外部原因。此外,治理初期防治水的失败是滑坡复活的主要原因。

(3)考虑挡土工程和土体的共同作用,将滑坡稳定性反分析视为桩土复合体。结果表明,这种处理是合理和正确的。

(4)在制定控制方案时,滑坡灾害发生后,应急与永久相结合没有造成交通事故。在综合考虑滑体变形特征和工程地质条件的基础上,制定并优化了具体的控制措施。治理措施实施后,浅层和中层滑坡的稳定系数比治理前分别提高了46%~76%。滑动质量趋于稳定,表明方案合理,措施有效。

(5)典型断面的数值模拟分析表明,加筋边坡的长期稳定性是可以推断的。

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