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从工程实例分析谈顺层岩质边坡的勘察与参数选取

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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2010年2月 城市勘测 010第1期 o.1文章编号:1672—8262(2010)01图分类号:献标识码:庆人(重庆市勘测院,重庆400020)摘要:山地建设工程中,场地与周边环境常出现边坡,边坡的安全与建筑安全密切相关。本文通过对工程实例的分析,探讨顺层边坡的勘察方法和重点、岩石层面特征的勘探鉴别与抗剪强度参数的取值等,以期在建设工程活动中提高对顺层岩质边坡的认识,消除工程活动中的边坡隐患,确保建筑安全。关键词:顺层边坡;层面裂隙;勘探识剐;抗剪强度;安全重庆是个山地城市,地形高差起伏,地层以一套陆域河湖相碎屑沉积岩,岩性以泥岩和砂岩的不等厚互层为主,构造条件简单,主城区范围内的构造断层少见,岩层均是单斜出现,工程建设挖高填低的整平场地工作,经常会出现切挖后形成的与岩层倾向一致的顺向岩质边坡。由于岩层面的软弱性,建设中出现的顺层边坡因为处置不当而常常发生顺层的滑动和失稳,加大了工程环境的整治难度和处置费用,特别是涉及深开挖的基坑工程、对纵坡和线型要求高的高速公路工作、深埋较大的线型污水管网等工程、大型建筑区域平场工程等等,开挖平场与环境之间常常留下永久性的不同类型的永久性岩质边坡。由于坡体切挖引起的自然斜坡岩体应力的改变和应力调整分配,对较软弱的岩石层面的临空,极容易引发边坡岩体沿层面的整体滑移和失稳,往往引起边坡的垮塌或支护失效而出现安全事故。近几年来,在重庆主城一些工程建设中就发生过多起顺层岩质边坡垮塌失稳的事例。1工程买例1.1重庆市寸滩港区某工程该工程位于主城区的长江北岸,沿江进港道路位于长江北岸的中下部。道路边坡的切挖深度并不大,但构成顺层边坡的总体坡高较大,从道路的切挖处至坡顶的高差一般在30 0 地出露地层为侏罗系中统沙溪庙组,岩性以泥岩和砂岩不等厚互层组成,构造条件简单,岩层单斜倾角200一450,地形坡角与岩层倾角基本一致,是比较典型的单向岸坡地貌特征(见图1)。道路沿岸坡中下部切挖,形成的边坡倾向与岩层倾向基本一致,切挖高度在5 m。岩体中有2组构造裂隙和部分层间裂隙较发育,构造裂隙中部分裂隙内有粘性土充填,结合程度较差,其裂隙产状300一35002:300~350勘察针对顺向边坡条件,对岩石层面也进行了现场的大型剪切试验,并分别选择了泥岩内部的层面、砂岩与泥岩的接触界面各一组,试验结果:泥岩内部层面C=120 =27.020;砂岩与泥岩界面C=150 =28.190。原勘察报告依据大剪试验值,以层面C=120 =24.250参数值对边坡的稳定性作了定量的分析和评价,建议道路边坡按1:1.0分阶放坡的方案对边坡进行处置。设计单位根据地勘报告的建议,按下部坡率1:0.75,中部坡率l:1.0,上部坡率1:1.25并每10 时为防止坡面岩石裸露风化,坡面进行挂网喷砼封闭。在施工过程中,道路开挖边坡多次出现局部的顺层滑动和失稳,道路建成后不久,边坡发生了大规模的顺层滑动,造成重庆市主城排污干管箱涵7节破坏,5节严重位移的严重事故。,一二 长江图1戤市寸滩港区进港道路边坡工程地质剖面图【1:500)事后通过紧急抢险和排危加固,恢复了主城污水干管系统。分析边坡失稳破坏的原因,综合有以下几方面:·收稿日期:2009—09—∞作者简分:李成敏(1955一),男,工程师,主要从事岩土工程勘察、施工、监理等技术工作。狮瑚瑚成敏等.从工程实例分析谈顺层岩质边坡的勘察与参数选取 173(1)场地岩石层面的贯通性和平直性较好,在构造活动中部分层面发生了相对的错动,发育有层面之间的部分裂隙,在长期的雨水渗透和风化作用下,层间裂隙的风化作用强烈,层间抗剪强度降低,不同性质的层面之间抗剪强度存在较大差异。(2)原勘察钻探采用的孔径较小(岩芯管直径89 钻探对层面结合状况的把握不准,岩芯描述缺乏相应的层面地质信息的收集,未发现场地岩层部分层间发育裂隙的实际条件。(3)勘察现场直剪试验选点偏少,且试验点的选择不具有代表陛,未结合场地的实际情况,在具有控制因素发育层间裂隙的层面上未进行现场选点测试,层面的抗剪强度试验成果偏离了实际的具有裂隙的层面特征值,原勘察亦未充分调查和研究场地内和周边的不良地质现象,考虑自然条件的复杂性和工程条件类比等因素,对试验成果的代表性进行充分的论证和分析选用,简单地对试验成果按常规方法进行了选用。特别是对勘察中场地坡下已经存在的滑塌堆积物未作详细的分析和成因研究,致使勘察报告对场地岩石层面的抗剪强度参数的建议值偏大,留下了安全隐患。(4)施工过程中出现的局部顺层垮塌现象,也未引起施工、勘察和设计等相关人员的重视,施工中出现的不良地质现象和问题未得到及时反馈,原勘察设计参数也未做进一步的校核查证,及时变更设计等,未真正做到动态信息法施工。1.2重庆渝中区某片区改造该工程的平中西侧切挖岩体,形成岩层顺向的岩石边坡。岩层产状107。£160—18。,岩性以侏罗系中统泥岩为主夹薄层砂岩。构造裂隙和部分层间裂隙均较发育,部分层间裂隙面有轻微的泥化现象,岩体中裂隙间距1.0 通性较好,部分裂隙里少量粘性土充填,裂隙产状200~3400 2:140。~1500 60。,0。一70。/__800~850(见图2)。该工程段设计的环境边坡长约40 坡倾向900左右,边坡向与岩层倾向构成约17。的顺向斜交关系,边坡初始设计高度5 m~7 m。原勘察对该岩质边坡作了定性的赤平投影分析,但未对场地岩石层面的结合状况作明确的勘探测试,层面特征的描述和评价欠缺,层面的抗剪指标C、咖参数按结合一般的结构面查规范表,结合经验选取。定性评价边坡为基本稳定,建议重力式挡墙支护。提交勘察资料后,设计方案作了调整,边坡高度由原设计的5 11变更为坡高6 0 m,新增坡高约3 然按原勘察建议方案进行了设计。施工中在完成边坡开挖的一次大雨后,边坡岩体出现了顺层面的滑移变形,边坡上部岩体开裂,前缘剪出切挖边坡脚边线,严重影响边坡上、下的邻近建筑物安全,特别是坡下的在建情出现后,设计和建设方不得不变更原设计,对变形岩体进行锚固,增设抗滑桩。经原勘察单位的进一步勘察,发现引起边坡岩体变形和地表开裂的原因是边坡岩体层面裂隙发育所致,边坡岩体沿泥化的裂隙层面产生了顺层的剪切滑动。综合分析事故的前因后果有如下的经验总结:图2新德村片区:200)(1)原地勘资料未切实查明场地的工程地质条件,特别是岩石层面的结合状况和抗剪强度特征,原地勘报告对顺层岩质边坡的稳定性分析和评价不充分,对岩体层面抗剪指标C、咖参数特征认识不足,按一般性结构层面定性评价和引用,层面的抗剪强度参数经验取值偏大,与实际情况不符。(2)施工中的全断面开挖方式,形成大面积的边坡临空条件,削弱了顺层岩质边坡岩体的侧向约束效力,未分段跳槽开挖、分段支护的施工方式,构成了外在的主要诱发因素。(3)设计方案发生变更后,未通知地勘单位,弥补原勘察资料的不足,重新论证边坡的稳定性和安全性。以上工程实例只是近年来重庆主城内众多工程中的个例,但从中能感受到顺层岩质边坡的勘察难度和不确定性。通过对其事故事例的分析,不难得出前期勘察工作在顺层边坡工程中的重要性。前期的勘察是实施边坡工程的关键重要环节,能否准确掌握场地的岩土工程地质条件,提出切合实际的设计参数建议,是边坡工程成功与否的前提和保证。2顺层岩质边坡勘察顺层岩质边坡的勘察与普通边坡勘察的重点和主万方数据174 城市勘测 2010年2月要的关注对象不完全一致,除了对场地的常规工程地质条件(地形地貌、构造、地层岩性、水文地质等)的勘察外,还应做好对岩体的结构类型、层面、结构面产状及结合状态的勘察和认识。勘探中钻探岩芯需要尽可能地保持层面和结构面的原生状态,以便于勘察技术人员的如实观察和描述,如实地收集和准确地掌握场地岩石层面和结构面的特征,因此尤应重点做好以下工作。(1)勘察前应收集获取的基础资料①附有坐标和地形的拟建(构)筑物的总平面布置图。②拟建场地的整平标高、边坡的高度、设计开挖断面形式等。③场地及周边现有边坡的支护型式与岩土设计参数值。(2)地面工程地质测绘的要点勘察中除收集场地常规的地质信息外,需加强对场地及周边环境的地面工程地质测绘和调查工作,必要时辅以剥土等小型槽探手段,准确查明场地岩体结构面及层面的结合特征和类型,顺层边坡工程的勘察还需要做以下工作①收集和察看场地及附近已有的不良地质现象,重点观察其物质成分,量测其规模,分析成因及性质,掌握发生不良地质现象的缘由。②进行详细的地面工程地质测绘,重点调查岩石层面和结构面,对场地岩体结构面和岩石层面的地表出露条件、产状、充填的物质组分、结合状况、延伸性等,做具体的勘察和描述,充分认识和掌握其受控因素和条件,结构面及层面的特征现状和发展变化的规律等等。(3)顺层边坡的勘探要求与布置顺层岩质边坡的勘探,孔径要求与普通勘察孔径的要求有所不同,为确保结构面(层面)的特征尽量保持原生状态,需尽量采用较大口径的钻探,必要时可辅以井探、洞探或物探等方法。钻探点、线的布置需垂直边坡走向(或岩层走向),钻探点间距一般不宜过小,以25 探线间距可适当控制在35 0 勘探线能满足对结构面和层面的控制为准,勘探钻孔的终孔直径不宜小于110 保对结构面(层面)信息的收集和鉴定的需要。钻探岩芯的鉴别重点是观察岩芯接头部位的特征,有无裂隙结构面存在的痕迹,接头部位的层面间有无充填杂质或擦痕,有无软化现象等等,都需要仔细的观察、量测和研究。(4)层间裂隙特征与钻探识别勘察中发现钻探岩芯有沿层面裂开的现象时,应仔细观察层面裂开的具体表征,分析判断其成因,首先需要排除因钻探机械因素造成的层面断裂,根据岩芯的裂开程度和损耗情况,就可基本判断岩石的层面裂隙发育状况和程度。当钻探的岩芯沿层面的裂开现象少见,且断口新鲜,能清新可见岩石的原生矿物,如扁平状的矿物颗粒物质有序的排列保持原生状态特征等,说明这样的层面断裂多为钻探机械因素所致的断裂,非自然形成的层问劈裂或裂隙的断口。然而当钻探岩芯沿层面裂开的现象比较明显,其断口色层暗淡,原生矿物可见但不清晰等,这类层面的断裂就是自然形成的层面劈裂或裂隙的重要依据。当然具有这类岩芯断口特征的层面,不是控制性的软弱层面,往往该类层面裂隙的发育程度不高,层面受外界因素(如风化等)或物质(如地下水等)的影响程度不高,劈裂或裂隙在层面中的贯通或连贯性差,层面间能断续不连贯地保持原岩的层面结合状态,其抗剪强度介于软弱和硬性层面之间。勘探中我们最为关心的是软弱层面的如下特征:①钻探岩芯沿层面裂开明显,断口上残留有原岩泥化的残留物质或夹层;②层面断口上、下的岩芯表面风化强烈,色泽暗淡见不到岩石的原生矿物成分,岩石的硬度明显的变软且与原岩的强度相差较大;③层面间有地下水活动的痕迹或沉淀物质,看不见岩石层面断口附近的原生矿物成分等。只要有上述其中一条特征出现,就可将该处层面鉴定为层间裂隙发育且贯通性较好的软弱层面。钻探岩芯中出现这类岩石层面断裂的位置,就是场地岩石层问裂隙发育的位置。这种层间裂隙在岩体中的连贯性好,层面抗剪强度受外界因素的影响大。强度低,是顺层边坡典型的控制性层间软弱结构面,也是勘察测试的重点对象。(5)勘探测试和试验顺层边坡的勘察需结合工程的具体条件,通过工程地质条件的类比,进行综合的分析判断,勘察中选取具有代表性的结构面(或层面)部位进行室内的模拟自然环境条件下的抗剪试验,或选取具有代表性点作模拟自然环境下的浸水条件的现场剪切试验,以获取岩石结构面(层面)的峰值抗剪强度和残余强度值。代表性岩样或试验点的选择应结合场地的结构面(层面)的勘探揭示情况,按不利情况选取偏于安全和可万方数据第1期 李成敏等.从工程实例分析谈顺层岩质边坡的勘察与参数选取 175靠,并注意以下几点:①当勘探岩芯上有沿结构面(层面)裂开、层面有泥化软弱现象或有泥质薄膜充填等现象时,这样的结构面(层面)部位就是试验的首选代表性样品点或部位点。勘察中应充分重视该类结构面(层面)或部位点的选取和测试,获取其残余抗剪强度和摩擦强度。②当场地勘探岩芯上不见沿层面裂开或软化或夹泥等现象时,说明场地的岩石层间结合状况较好,可不进行结构面(层面)的现场试验,可采取适量的样品作室内的层面抗剪断峰值强度测试。3层面抗剪强度分析与参数选择3.1岩石层面的力学特征岩石层面是沉积岩所特有的一种结构面,代表岩石在沉积过程的短暂的间断或突变。层面在矿物质粒度和矿物形态的排列上均与岩石存在有一定的差异和变化,层面的力学特性相对于层面上下的岩石亦较软弱,但其层面的连续性和贯通性均较好且顺直平滑。在地质构造应力活动中,岩石被挤压变形极易引起沿岩石层面的相对错动或劈裂,使层面的原生粘结强度受到不同程度的破坏,在历史风化作用的长期影响下,层面间的矿物质易发生软化,而使岩石层面的抗剪强度因受风化程度的不同差异很大,层面裂隙的发育程度及连贯性是决定层面抗剪强度的直接因素。不同岩石层面特征抗剪强度参数试验成果对比 表1峰值强度 摩擦强度 多次残余强度层面状态C/q'/o c,,。 C,,。夹泥面 25 2l 25 20.5 24 20.8结合差 30 30 24 30 25 29.5结合较差 150 28.2 100 27 5结合好 380 35.7 180 35 150 33据前人对岩石层面抗剪强度的试验研究,软弱岩石层面的峰值抗剪强度与其残余抗剪强度和摩擦强度之间存在的差异很较小。而完整性好的层面,其层面的峰值抗剪强度与其残余抗剪强度和摩擦强度之间,则存在很大的差异。不同的层面性质出现不同的抗剪强度特征,这是因为层面的自身状态的不同所致。结合好完整的岩石层面,基本保持了岩石沉积时的原生结合状态,受外部因素的影响程度很小,试验的峰值抗剪强度与层面自身的抗剪强度相近似。而结合较差的岩石层面,往往都受到后期的外部历史因素影响,层间产生过劈裂或张裂,地下水沿其运行活动,层面的矿物质受风化变软等,风化严重时成泥化现象,因此层面的抗剪强度伤逝很大与原生层面强度之间存在非常大的差异,软弱岩石层面的抗剪强度接近于残余强度或摩擦强度。详见层面抗剪强度试验参数特征对照表1。3.2层面抗剪强度参数的选取(1)测试和试验强度值的分析和选取层面抗剪强度是顺层边坡工程所需的重要岩土参数,参数取值的正确与否直接影响边坡工程的安全性,治理方案的科学性以及边坡工程治理的有效性。具体选取方法如下:①完整性较好的具有原生矿物结构特征的层面,以层面的峰值抗剪强度试验值为主要依据,按工程安全等级选取统计标准值,然后根据勘探的岩体完整程度和岩石的强度进行综合折减,以综合折减后的试验统计值作为岩石层面抗剪强度的建议值。一般情况下较完整岩体,可按0.8—0.9折减,软质岩取小值,硬质岩取大值。②层间结合差裂隙发育的层面,因层面风化严重质软,或夹泥的泥化软弱层面,应以层面的摩擦强度或残余强度的试验值进行统计选取,按工程等级选取相应的统计标准值作为该类岩石层面的抗剪强度建议值。③层面结合一般或层间劈裂(裂隙)间断发育的层面,则需要根据勘察中掌握的具体发育情况,介于上述两种情况之间的综合选取。根据层面裂隙的发育程度、贯通性以及岩石的软硬分化程度等诸因素,在相应的层面峰值抗剪强度试验值和残余强度或摩擦强度值之间进行内插选取和建议。另外,在参数选取建议中,还应考虑边坡运营过程中的自然条件的变化等因素,比如气象变化、水文地质条件的变化等等的影响,通常情况下笔者建议边坡工程选用浸水状态下的参数特征值。(2)工程类比反演取值工程的类比分析是工程实践中常用的方法,使用比较安全可靠,还能反演检校场地的试验参数。在具有相同工程地质条件的斜坡地段,如果发现存在一些小型的沿层面滑动形成的堆积物,就说明层面在相类似临空条件下会发生滑移。当临空层面上边坡岩体达到一定的厚度,就会产生滑动,据此类比反算出该类岩石层面的抗剪强度值就比较符合实际,将该反算值应用到工程实践之中就比较准确和可靠。因此有工程类比条件的场地,类比反算的层面抗剪强度值,是层面抗剪强度取值的主要依据和直接的参考标准。万方数据176 城市勘测 2010年2月4结语通过重庆地区顺层岩质边坡工程的事例分析和勘察实践的总结,分析探讨岩石层面抗剪强度参数的取值原则,提出了顺层边坡的勘察要点,为提高对顺层岩质边坡的认识,安全有效地治理工程边坡病害提供参考和帮助,以期减少工程灾害,消除安全隐患。参考文献[1] 张晋云,全义德.不均质岩层综合抗剪强度值的选择.岩石力学与工程学报,1998(1)[2] 姚宝魁,孙广忠主编.地面岩体处理及加固研究新进展.北京:中国科技出版社,1993[3] 0330—2002.建筑边坡工程技术规范.of 00020,n in he of is to of to of of of of he of is to of of ey 接第168页)承载力及适用的桩侧土层摩阻值。5结语桩侧土的极限摩阻是对应于桩的极限承载力时的桩侧摩阻值,工程勘察提供的极限侧摩阻力标准值并不一定等同于试桩获得的桩侧极限摩阻力值,基桩设计时应考虑多种因素后选定适宜的摩阻计算参数,而不宜照搬勘察报告提供的摩阻值,这样试桩设计才能得到与试桩结果相一致的结论。参考文献[I] 陈竹昌,宋荣.单桩桩身弹性压缩量的分析计算[J]中囱公路学报,1992(01)[2] 郅正华.运用桩身压缩量实现单桩承载力的辅助分析.城市勘测。2008(2)i of o.5003 1,by by ey 李成敏, 周庆人, 重庆市勘测院,重庆,400020刊名: 城市勘测英文刊名: (期): 2010(1)参考文献(3条)0330广忠 地面岩体处理及加固研究新进展 义德 不均质岩层综合抗剪强度值的选择 1998(01)本文读者也读过(10条)1. 层岩质路堑边坡的光面爆破技术[期刊论文]0(2)2. 层路堑边坡稳定性影响因素分析[期刊论文]0)3. 陈华 某办公楼的岩土工程勘察及应注意的相关事项[期刊论文]9(4)4. 率法在高速公路路堑高边坡设计中的应用[期刊论文])5. 蓉西高速公路贺家坪段顺层边坡结构稳定性分析[期刊论文]4(2)6. 公路扩建工程边坡稳定性分析与治理[期刊论文]2(1)7. 伍志平 某小区岩土勘察状况的相关叙述[期刊论文]9(4)8. 坡抗滑稳定性计算方法适用性分析与探讨[期刊论文])9. 堑高边坡处治方案中的边坡坡率与加固工程选用[期刊论文]9(3)10. 谈公路桥梁养护质量控制[期刊论文])本文链接:
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