边坡稳定性分析与评价方法

边坡稳定性分析与评价方法

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摘要:公路边坡工程是基层建设中重要组成部分,对于边坡稳定分析的理论众多。基于浙江某公路工程的现场边坡勘测,采用了工程地质类比法、极射赤平投影法和SMR法相结合的综合评价方法对该段边坡工程进行了稳定性分析与评价。

一、引言

边坡工程稳定性分析与评价的基本方法有很多,基于某公路沿线低山丘陵区高速公路路堑边坡的工程特点,采用了工程地质类比法、极射赤平投影法和SMR法相结合的综合评价方法。

工程地质类比法是基于边坡场地的地形地貌特点、工程地质与水文地质条件、坡体结构状态,结合边坡坡形、坡率设计基础、坡体潜在的变形破坏模式、以及防护加固工程情况,类比同类或近似边坡工程的稳定条件或相关工程经验,综合分析和评价有关边坡稳定性状态、等级及其发展趋势。极射赤平投影法是采用极射投影原理,将线、面的方位,及其相互之间的角距关系和运动轨迹,把物体三维空间的几何要素(面、线)投影到平面上来进行研究种简便、直观、形象的综合图解方法。在工程地质上,用来表示优势结构面或某些重要结构面的产状及其空间组合关系;在分析岩体稳定性时,还可利用其表示临空面、边坡面、工程作用力、岩体阻抗力及岩体变形滑移方向等。RMR(RockMassRating)法是众多岩体工程质量分类方法中的一种,由于该方法综合考虑了岩石强度、岩芯质量(RQD)、节理间距、节理条件、地下水条件等诸多地质因素的影响,是一种发展较快、应用较广、且比较完善的工程岩体分类方法。SMR(SlopeMassRating)法是建立在RMR法的基础上,通过引进不连续面——边坡面产状关系、边坡破坏模式、边坡开挖方法等几个参数所形成的边坡岩体质量评价方法。近年来,SMR法得到不断地完善和发展,日趋成熟。同时经过时间与实践的检验,该方法已应用于许多边坡工程中,取得了良好的成果,证明了该法的可行性与应用的简便。

二、边坡现状概述

本次调查的公路沿线边坡地貌以低山丘陵地形为主,大多数高度在18m~40m之间,第一级边坡均设有坡脚仰斜式挡土墙。地质构造均为岩质路堑边坡,风化程度不等。边坡堑顶截水沟欠缺,边坡稳定性受降水影响较大。边坡现有防护体系局部针对性不强,并且存在较为普遍防护体系病害。

三、SMR法

SMR法是建立在RMR法基础上,通过引进不连续面——边坡面产状关系、边坡破坏模式、边坡开挖方法等几个参数所形成的边坡岩体质量评价方法。近年来SMR法应用于许多边坡工程中并取得了良好的成果。因此,本次边坡稳定性分析与评价主要采用SMR法为主,以工程地质类比法、极射赤平投影法为辅进行开展。同时有必要对SMR法进行相应的阐述,具体如下:

SMR评分的数学表达式为:

SMR=RMR-(F1×F2×F3)+F4(1)

其中,RMR为BieniawskiZT提出的岩体质量评分。F1指边坡不连续面倾向与边坡倾向间关系调整值,可由经验公式F1=(1-sinA)2求得,A指不连续面倾向与边坡倾向间的夹角大小。F2指不连续面倾角大小调整值,经验公式F2=tan2βj求得,βj指不连续面倾角。F3指不连续面与坡面倾角间关系调整值。F4是通过工程实践经验获得的边坡开挖调整参数。

将RMR值与F1、F2、F3和F4经式(1)组合起来即可以得到其SMR值。SMR最大值为100,最小值为0,以20分为间隔,将边坡稳定性划分成5个级别,分别为稳定性很好、好、一般、坏以及很坏。

SMR法主要根据所研究边坡的风化卸荷与岩体结构,选取起控制作用的结构面(包括层面)代表该边坡参与计算,计算得出SMR值进行边坡分类及稳定性评价。本次边坡评定主要基于工程地质类比法以及极射赤平投影法基础上,采用SMR法对裸坡稳定性进行分析,其中边坡稳定性分析之前用对裸坡进行地质分区,通过不同的地质分区来确定边坡稳定性,同时需要说明的是,采用SMR法时主要是针对岩质边坡区域,而对于土质边坡区域则主要通过其他方法进行。

四、赤平投影法

赤平投影主要用来表示线、面的方向、相互间的角距关系及其运动轨迹。在岩质边坡工程中,岩质边坡的失稳和破坏主要是受岩体中各种结构面所控制,赤平投影法可以直观地判断各结构面的组合和切割关系,既可以确定边坡上可能不稳定楔形结构体的几何形态、规模大小以及它们的空间位置和分布,又可以确定不稳定结构体的可能变形位移方向,直观做出边坡稳定性状态评价,是岩质边坡稳定性分析的一个重要方法。因此采用赤平投影方法,选取具有典型结构面的二类边坡进行相应的稳定性分析,以K4+390-K4+450左侧边坡为例,如图1所示,岩层倾角小于边坡坡角,岩层倾向坡面交角较大,对边坡稳定性影响不大。

①235°∠65°;

②160°∠30°;

③250°∠55°。

从图中看出,本次边坡稳定性评价主要分成三个步骤进行:(1)裸坡稳定性分析;(2)工程防护适应性分析;(3)防护工程的质量缺陷评定。其中(1)和(2)由具有工程经验的专业人员进行评定,而(3)防护工程的质量缺陷则可由非专业人员进行相应培训后开展。

五、总结

裸坡稳定性分析是基于地质分区稳定性分析基础上所进行的,通过结合工程地质类比法、极射赤平投影法等,采用SMR法对地质分区的边坡稳定性进行相应评级;工程防护适应性分析可将防护工程分为适用性强、适用性一般以及不适应等三类;最后,对边坡的防护工程的质量缺陷进行评定,同时综合考虑裸坡稳定性以及工程防护适应性分析的结果,最终将整个边坡的稳定性按照评定标准进行评定。其中,一类(稳定)边坡只需要将相应的轻微病害进行修复,即小修;二类(基本稳定)边坡则需要对病害以及损坏的防护措施进行修复,即大修;三类(局部欠稳定)和四类(不稳定)边坡则需要对边坡进行加固整治处理,即大修。

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