桂柳一級公路K250段滑坡剪出口的力學(xué)判定

1、桂柳一級公路 k250 段滑坡剪出口的力學(xué)判定肖明貴包惠明方宗正( 桂林工學(xué)院勘察設(shè)計研究院 , 541004)摘要建立了明確的定量評價滑坡剪出口的力學(xué)模型 。當(dāng)從抗滑段開始選取的若干計算垂直的抗滑穩(wěn)定系數(shù) k 1 時 , 對應(yīng)的平面或圓弧面與地面相交所形成的 范圍為剪出帶范圍 , 各計算垂直面中最小的 k 值所對應(yīng)的剪切面為最危險的剪出面 。關(guān)鍵詞滑坡 ; 剪出口 ; 力學(xué)模型 ; 公路 ; 桂林 ; 柳州分類號p642122桂柳一級公路石城坪滑坡處于地質(zhì)構(gòu)造強(qiáng)烈發(fā)育區(qū) , 因在坡腳開挖路塹引起該古滑坡部分重新活動 , 滑坡體巖土由第四紀(jì)坡積物和中泥盆統(tǒng)信都組 (d2 x) 粉砂巖 、泥巖

2、、頁 巖組成 。由于組成滑坡的物質(zhì)成分復(fù)雜 , 邊界條件不規(guī)則 、地下水位等因素的多變 , 該滑 坡的失穩(wěn)最先不是整體下滑 , 而是在邊坡最薄弱的部位 、滑動阻力最少部位 、下滑力最集 中部位形成局部滑移 , 在下滑慣性力作用下 , 滑坡整體下滑 、蠕動 , 在剪出口形成較大隆 起 。由于剪出口是抗滑段 , 分析剪出口的形成條件和剪出口范圍 , 對整個滑坡穩(wěn)定性計 算 、下滑推力計算 、防治措施選擇和治理設(shè)計具有重要的意義 。1滑坡基本概況11 1滑坡規(guī)模老滑坡南部 、北部及西側(cè)以沖溝為邊界 , 東側(cè)以后緣山體陡坎為界 , 南北寬約 250 m , 東西長約 280 m , 面積約 0107

3、km2 , 滑坡體厚 626 m , 體積約 5060 萬 m3 , 老滑坡前緣 處于相對穩(wěn)定狀態(tài) 。新滑坡南北約 150 m , 東西長 130 m , 滑坡前緣為公路路塹 , 后緣與老 滑坡部分重合 , 面積約 0102 km2 , 體積 2530 萬 m3 ?；鹿こ痰刭|(zhì)圖及滑坡地質(zhì)剖面圖見本期 桂柳一級公路 k250 段邊坡變形原因及加固措施一文 。11 2滑坡物質(zhì)組成滑體物體從上到下主要由殘坡積碎石土 、風(fēng)化粉砂巖 (d2 x ) 和強(qiáng)風(fēng)化泥頁巖組成 。碎石土 、風(fēng)化砂巖裂隙發(fā)育 , 呈碎塊狀 , 透水性好 , 滑體土平均濕密度0 = 210g/ cm3 ?；瑤林饕獮槿L(fēng)化頁巖形成

4、的殘坡積粘土組成 。其物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)如下 : 含水量w = 12 %48 % , 濕密度 0 = 11742113g/ cm3 , 孔隙比 e = 0186011339 , 塑性指數(shù) i p= 919 , 液性指數(shù) il = 01111 ; 原狀土飽水快剪強(qiáng)度指標(biāo) c = 18k pa , = 2814; 原狀 土多次剪強(qiáng)度指標(biāo) c = 1215 k pa , = 2017; 重塑土多次剪 c = 10k pa , = 218。1997 年 3 月 1 日收稿 , 4 月 6 日改回 。第一作者簡介 : 肖明貴 , 男 , 1964 年出生 , 碩士 , 工程師 , 工程地質(zhì)與計算機(jī)專業(yè) 。

5、滑床主要由強(qiáng)風(fēng)化頁巖組成 , 其物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)為 w = 2519 % , 濕密度 = 1194g/cm3 , e = 01789 ; 原狀土飽和快剪 c = 3818 k pa , = 2411; 原狀土多次快剪 c = 2016 k pa , = 2216; 重塑土多次剪 c = 8k pa , = 2115。 剪出口物質(zhì)主要為強(qiáng)風(fēng)化的頁巖和全風(fēng)化頁巖形成的粘土 。公路路基位于剪出口 。11 3成因機(jī)理由于組成滑坡的巖土體為上硬下軟 ,軟質(zhì)頁巖相對隔水 , 加之該區(qū)雨量充沛 ,了豐富的水源 。水使頁巖軟化強(qiáng)度降低 ,面滑移 。11 4剪出口地質(zhì)判定上部巖體節(jié)理裂隙發(fā)育 , 透水性好 ,

6、下部巖體為年平均降雨量達(dá) 2 18019 mm/ a , 為水巖作用提供 在動靜水壓力作用下 , 滑體沿軟化的強(qiáng)風(fēng)化頁巖該滑坡一直在蠕動下滑 , 尚未完全剪出破壞 , 路塹至坡腳地段為古滑坡抗滑段 , 由于路基開挖時堆土反壓 , 抗滑能力增強(qiáng) , 地表無明顯變形跡象 , 新滑坡沿古滑坡剪出口剪出 破壞可能性較小 。在公路路基處 , 路基開挖 , 降低了該處抗滑能力 , 形成相對簿弱部位 ,因而該處形成了較大的隆起變形 , 為新滑坡可能剪出口 。該處的泥頁巖已風(fēng)化成土 , 其最終破壞按土體破壞原理有兩種可能 : 一是沿一定剪切平面剪出破壞 ,破壞 。二是沿圓弧曲面剪出2剪出口力學(xué)模型及判別方法2

7、1 1剪出口判別的力學(xué)模型滑坡剪出帶的形成條件實(shí)際上就是主 滑推力 沿 最 小 阻 滑 面 剪 切 滑 移 的 力 學(xué) 條件 。最先 的 剪 出 口 因 剪 出 隆 起 , 阻 力 增 加 , 又形成新的最小阻滑面 。根據(jù)靜力平衡條件可簡化為如下模型 ( 圖 1) , n n 為抗滑段剩余下滑力 (或下滑力) 計算平面 。p 計算平面處剩余下滑力或下滑力 ,k n ; p 與水平面夾角() ; 可能剪出面與水平面的夾角 () ; w 可能形成剪出面與 n - n面和地面所 形 成 的 土 體 重力 , k n ; l 可 能 剪 切 面 的 剪 切 長 度 ,m ; c 可能剪切面的 巖 土

8、體 的 平 均 內(nèi) 聚力 , k pa ; 可能剪切面的巖土平均內(nèi)摩擦角圖 1 平面剪出力學(xué)模型示意圖fig1 1 the sketch showing t he mechanical mo del of shear opening of t he plane() 。剪出口產(chǎn)生條件實(shí)際上就是滿足該模型的極限力學(xué)平衡條件 。21 2剪出口形成力學(xué)條件及判別公式剪出口的形成實(shí)際上就是剪切面上的剪應(yīng)力小于抗剪力 , 剪切面上的抗剪力為 :pcos (90 - - ) t g + cl + w cost g + w si np si n (90 - - )剪切力為 :剪切面剪切滑移的力學(xué)條件為 :p

9、cos (90 - - ) t g + cl + w cost g + w si np si n (90 - - )k = p cos (90 - - ) t g + cl + w cost g + w si n/ p si n (90 - - )令第 17 卷 第 1 期肖明貴等 : 桂柳一級公路 k250 段滑坡剪出口的力學(xué)判定121k 為的函數(shù) 。計算不同角所應(yīng)的 k 值 ( k 1) , k 值最小者所對應(yīng)的角為 n - n計算位置處的最可能剪出面 。21 3剪出口范圍的判定滑坡在下滑推力作用下 , 因抗滑段的阻擋作用或因局部剪切滑移后應(yīng)力重新調(diào)整 , 在 抗滑段都有可能滿足剪出面力學(xué)

10、平衡條件 , 產(chǎn)生剪出 。從抗滑每開始按一定間距選取若干計算垂直面 n - n , 計算該面處由下滑段傳遞到該處的下滑推力 。假定一個 角 , 計算 k值 , k 為的函數(shù) , k 1 所對應(yīng)的 角所劃定的范圍即為 n - n 處所對應(yīng)的剪切范圍 。k 最小值所對應(yīng)的角劃定的平面為 n - n 處最可能產(chǎn)生剪切的剪切面 。在抗滑段移動計算平面 n - n , 按同樣的計算公式和判別方法進(jìn)行計算和判別 , 所有 k 1 所對應(yīng)的 n -n 面及角所對應(yīng)的區(qū)域?yàn)榭赡艿募舫龇秶?。因此選擇各個 n - n 面中 k 值的最小值所對 應(yīng)的剪切面為該滑坡最危險剪出面 。21 4剪出面為曲面時的力學(xué)判別該

11、滑坡抗滑段主要為泥頁巖 - 風(fēng)化殘積 粘土 , 具有較好的均勻性 , 其剪出滑移面可能為曲面 。這種曲面可用圓弧面來代替 , 其 力學(xué)條件見圖 2 。p 作用 在 n - n 面 上 的 剩 余 下 滑 力 ,(kn)( 或下滑力) ; p 與水平面的夾角() ; i 第 i 塊土條中心切線傾角 ; l i 第i 條塊的剪 切 園 弧 長 度 , m ; w 滑 移 體 總 重力 , kn ; w i 第 i 條塊土體重力 , kn 。在靜力條件下 , 用條分法按靜力平衡條件計算在自重作用力和剩余下滑力聯(lián)合作用 下 , 各土條在滑面上產(chǎn)生的滑動力和抗滑力 ,求得滑移體抗滑穩(wěn)定系數(shù) k :圖 2

12、 曲面剪出力學(xué)模型示意圖fig1 2 the sketch showing t he mechanical mo del of shear opening of t he curved surface根據(jù)各土條總的抗滑力矩和滑動力矩之比 ,cl i + t g w i co si + ( p/ w ) ( w i co ssini + w i sinco si ) k =( p/ w ) ( w co sco s - w sinsin) - w siniiiii i當(dāng) k 1 時則為可能的滑動曲面 。 k 值最小的圓弧為最有可能形成的圓弧型剪出曲面 。具體計算時 , 先假設(shè)為平面滑移 , 求出

13、平面極限滑移面起點(diǎn)位置和滑移角 , 然后以平 面滑移面與地面交點(diǎn)處沿地面前后 ( 與 n - n 相對而言) 兩方向以一定距離確定圓弧滑面可能出露點(diǎn) , 以該出露點(diǎn)和平面滑移起點(diǎn)為圓弧的起始點(diǎn) , 并以不同半徑作圓弧 , 分別求出不同圓弧半徑條件下的穩(wěn)定性系數(shù) k , 其最小的 k 值 ( 記為 k ) 即為該起點(diǎn)的可能滑 動圓弧面 。以同類的方法和步驟 , 分別求出其它起始點(diǎn)最小值 。所有起點(diǎn)中 k 值的最小值所對應(yīng)的圓弧就是最可能滑移曲面 。所有 k 1 所對應(yīng)的圓弧與地面的交線范圍即為剪出帶范圍 。21 5計算結(jié)果根據(jù)上述方法 , 剪出帶土采用原狀土多次剪抗剪強(qiáng)度指標(biāo) c = 20 k

14、pa , = 22, 對 3個剖面進(jìn)行了計算 , 其結(jié)果見表 1 。 通過計算確定的剪出范圍與按現(xiàn)場實(shí)際情況作出的地質(zhì)數(shù)據(jù)和變形觀測一致 。表 1 滑坡穩(wěn)定性計算結(jié)果table 1 the calculated result of stabilit y of landslide3 結(jié)論( 1) 為石城坪滑坡找到了確定最平面模型計算圓弧模型計算剖面號 k (最小值) 剪切帶長度/ m k (最小值) 剪切帶長度/ m 危險剪出面的方法 ,算提供了依據(jù) 。(2) 為治理設(shè)計為滑移穩(wěn)定性計017701790183161515131211017901820184151814191316- - - (

15、削坡) 提供了確定最危險剪出面的辦法 。( 3)( 4)的誤差 , ( 5)( 6)對同類滑坡的穩(wěn)定性計算有重要的參考作用 。該方法是建立在彈性條件下的計算判別方法 , 而土體為彈塑體 , 計算結(jié)果有一定 有待進(jìn)一步改進(jìn) 。該滑坡剪出口計算時未考慮剪出面地震力及孔隙水壓力的作用 。 該方法也適用于次級滑動面引起的局部剪切計算 。d iscrim i nati ng m ec ha nism of s hea r openi ngof l a ndsl id e i n a rea k250 of the first - o rd er guil i n - l i uz ho u hi ghw

16、ayxiao mingguibao huimingfang zo ngzheng( resea rch i nst i t u te of en gi nee ri n g s u rvey a n d desi g n , gui l i n i nst i t u te of tech nology )abstract q uantitative assessment of t he mechanical mo del of shearing opening of landslide is clearly set up1 when t he landslide - resistant stable coefficient k 1 o n t he co nditio n of calcu2lating so me t he vertical planes given f ro m t he landslide - resistant area , t he scope of t he shear2 ing opening zo ne is t he co rrespo nding plane o r t he