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1、热烈欢迎,各位专家、同行观看指导,中交第二公路勘察设计研究院有限公司,2012.09.20,贵匀公路百鸟坡隧道左线进口边坡稳定性分析及治理模拟,贵州省贵阳至都匀高速公路第合同段贵匀公路百鸟坡隧道左线进口边坡稳定性分析及治理模拟 2012.09.20 中交第二公路勘察设计研究院有限公司,一、工程地质条件,贵匀公路百鸟坡隧道左线进口边坡稳定性分析及治理模拟,二、边坡体变形特征及变形原因分析,三、FLAC3D有限元技术模拟,中交第二公路勘察设计研究院有限公司,四、结束语,一、工程地质条件,中交第二公路勘察设计研究院有限公司,边坡概貌一侧向,左洞进口被埋,破坏滑移方向,一、工程地质条件,中交第二公路勘
2、察设计研究院有限公司,边坡概貌二前缘被埋,左洞口被埋,一、工程地质条件,中交第二公路勘察设计研究院有限公司,边坡概貌三中部错台,一、工程地质条件,边坡概貌四后缘裂缝,中交第二公路勘察设计研究院有限公司,一、工程地质条件,中交第二公路勘察设计研究院有限公司,边坡概貌五侧部露头,软弱夹层,一、工程地质条件,中交第二公路勘察设计研究院有限公司,边坡概貌六弱软夹层,软弱夹层,地形地貌边坡位于构造剥蚀侵蚀低中山地貌区，地面标高8831140，相对高差257m，一般地形切割深度120150m，隧道进口段所在山体斜坡呈缓W型，左右线进口分别位于W型底部，总体起伏较小，总体坡向约234，坡角36。地质构造边坡
3、区域内地质构造主要受都匀向斜的影响，其位于杨柳街都匀一带，轴向南北，核部为三叠纪地层，两翼为寒武系至二叠系地层，线路仅位于其西翼部位。根据岩层露头测量，岩层产状约85953050。主要发育两组节理：L1产状17263，密度6条/m，水平延伸约1.1m，竖向切深0.5m，微张；L2产状25667，密度46条/m，水平延伸约1.2m，竖向切深0.5m，微张。,一、工程地质条件,地层岩性 表面覆盖层Q4el+dl、Q4del残坡积、滑坡积残坡积层。为碎石土、粉质粘土、含碎石粘土：黄褐、灰黄、灰绿色，含少量植物根系和强风化石英砂岩、泥灰岩残块。滑坡积层为现在洞口已滑动的部分：块石土、碎石土等组成。基岩
4、边坡区域内岩层属泥盆系中统独山组（D2d）石英砂岩夹粉砂质泥岩或页岩。,中交第二公路勘察设计研究院有限公司,一、工程地质条件,1、边坡体变形特征在隧道开挖前，隧道进洞边坡稳定性情况良好，由于此处进洞对边坡前缘进行了一定的切坡，使边坡前缘有一个临空面，在雨水、结构面破坏等不利因素的作用下，于2009年3月17在隧道左线进口上方地表ZK208+096左侧78米处发现一条裂缝，该裂缝垂直坡向发育，延伸长大于30m，宽130cm，其下伏基岩未见开裂现象，于2009年4月19日，百鸟坡隧道左线进口上方边坡洞口段发生坍塌，将隧道左洞掩埋，上方地表ZK208+096左侧68米处、ZK208+055左侧出现较
5、大范围地表滑塌，最大下沉为3.5m，地表新增较多裂缝。边坡在在平面上呈舌形，斜坡坡度约3545，呈折线坡，沿主滑方向长约230m，横宽约120m，主滑方向约120，主滑方向和洞轴线呈约20斜交。经现场实地调查，边坡体上出现多处裂隙，且有23级裂隙是贯穿的。边坡体破坏范围为隧道进洞口至山坡上部近230m范围内，边坡影响面积约为25000，坡体的平均厚度为6m左右，前缘较厚，为610m，中后部较薄，为26m，属大型破坏体。,中交第二公路勘察设计研究院有限公司,二、边坡体变形特征及变形原因分析,2边坡体特征边坡体为残坡积的块石土、碎石土、含碎石亚粘土、岩体。块石土、碎石土、含碎石亚粘土多呈稍密硬塑状
6、，碎石含量较高，局部夹块石，棱角状；岩体破坏主要为隧道左洞进口上部近60m范围内岩体沿软弱夹层、裂隙面发生破坏。3破坏带（面）特征破坏带（面）：有两层破坏面带。目前已破坏的是表层破坏面，在边坡体前缘约30m范围内破坏面主要岩体裂隙面，在边坡体中部约3090m范围内破坏面主要为岩层间软弱夹层（泥岩、砂质泥岩、页岩）；在边坡体上部约90230m范围内，破坏面为覆盖层与岩层交界面。深层潜在的破坏面主要为泥岩、砂质泥岩夹层，滑动后缘为贯通的深层裂缝，倾角和岩层倾角基本一致。4边坡床特征根据钻孔揭露、工程地质测绘、剖面图等综合分析，边坡床体物质为下伏的基岩，岩性为石英质砂岩。,中交第二公路勘察设计研究院
7、有限公司,二、边坡体变形特征及变形原因分析,5坡体变形原因分析 隧道进口削坡开挖是造成边坡滑塌的主要原因：根据滑塌情况及勘察情况判断，目前边坡的破坏主要是由于边坡前缘开挖后形成临空面，破坏了山体原有应力分布状态，造成边坡坡脚段抗滑力减小，下滑力增大，开挖段岩土体沿临空面一侧发生蠕动变形，导致工程滑坡，边坡破坏机制属牵引式破坏。软弱夹层和节理裂隙面的存在是造成边坡滑塌的重要原因。目前破坏形式是：洞口近30m范围内岩体裂隙面与层面贯通产生了垮塌；中间3090m范围内是由于前面牵引作用，覆盖土层与部分强风化层沿强弱风化基岩接触面附近滑动；后面90230m范围内由于前面牵引作用，覆盖层沿基岩面滑动。深
8、层潜在破坏形式是内沿软弱夹层破坏，从岩层露头、目前钻孔揭露和物探揭露的情况等来看，岩层在此处是沿左洞进口同坡成顺层，在岩层间离地表12m深左右处含有软弱夹层（粉砂质泥岩、页岩），岩层有沿着这种软弱夹层滑动的可能。在软弱夹层和裂隙面的共同影响下，在边坡体前缘约30m范围内边体沿岩体裂隙面破坏；在边坡体中部约3090m范围内边体沿岩层间软弱夹层（泥岩、砂质泥岩、页岩）破坏。边坡变形破坏发展的诱发因素主要还是由于地表水与地下水作用：4月的连续降雨，是该边坡破坏变形的诱发因素。,中交第二公路勘察设计研究院有限公司,二、边坡体变形特征及变形原因分析,对边坡治理方案的定性与定量评判是边坡治理决策的关键之一
9、，综合考虑滑坡体的地质环境条件和工期等因素,对滑坡体应采用以抗滑为主、治水与抗滑相结合的治理措施。本文采用钢管桩、抗滑桩及截水沟等措施对滑坡进行支护。采用刚体极限平衡法无法得到斜坡体内部的变形机制及变形量，本文将利用FLAC3D编程对斜坡的变形破坏机制进行数值模拟，这能够帮助分析和检验治理前后斜坡内部变形的特征及其变形量。,中交第二公路勘察设计研究院有限公司,三、FLAC3D有限元技术模拟,3.1 计算模型和材料参数 利用部分详勘阶段的钻孔资料，将边坡共分成3个工程地质剖面，本文选取边坡中部剖面2-2剖面为研究对象，利用FLAC3D有限差分软件，建立边坡地质力学模型，并对岩土体分组，剖分网络包
10、含10582个节点、9030个单元，计算中对模型左边进行水平方向约束，对底部进行全约束。参照2-2剖面，将该边坡岩土体拟分为四组：表层碎石土，基岩（石英砂岩），钢管桩和抗滑桩，软弱夹层作为一个接触面处理，人工材料如抗滑桩、钢管桩为弹性模型。,中交第二公路勘察设计研究院有限公司,三、FLAC3D有限元技术模拟,中交第二公路勘察设计研究院有限公司,三、FLAC3D有限元技术模拟,中交第二公路勘察设计研究院有限公司,三、FLAC3D有限元技术模拟,数值模拟网格剖分及岩土分组,中交第二公路勘察设计研究院有限公司,三、FLAC3D有限元技术模拟,本文选取治理前后暴雨工况下，对滑坡体采用流-固耦合方式进行
11、计算。首先由弹性模型计算得到治理前斜坡的初始地应力，本阶段抗滑桩和钢管桩选取原始状态下对应的岩土体参数。利用含初始地应力的模型，将本构模型设置为Mohr-Coulomb，同时对斜坡左侧施加水头，由流-固耦合计算得到治理前斜坡的变形。再次利用含初始地应力的模型，将抗滑桩和钢管桩对应的单元设置为弹性模型，同时改变相应参数；将碎石土和基岩设置为Mohr-Coulomb，同样对斜坡左侧施加水头，由流-固耦合计算得到治理后斜坡的变形特征。计算参数见下表。,中交第二公路勘察设计研究院有限公司,三、FLAC3D有限元技术模拟,岩土体数值模拟物理力学计算参数,注：标注*的材料采用弹性模型，其余采用Mohr-C
12、oulomb模型,中交第二公路勘察设计研究院有限公司,计算结果分析,治理前暴雨工况位移等值线图,由图4分析，治理前暴雨工况下最大位移为91.6cm，位于斜坡中下部，该部位临空面坡度较大，形成了一个次级变形体，由图4看出，其位移等值线呈现出由下部向上部发散，表现出牵引式滑坡的特征，在本工况下因发生严重变形而失稳，对下方的公路隧道口直接造成威胁。斜坡上部虽然也形成了一个不稳定部位，最大位移71.2cm，但斜坡中部临空面坡度较缓，在一定程度上不会对斜坡下方的公路隧道口造成直接威胁。据以上分析，该工况下斜坡中部一个次级变形体的失稳将对其下部的公路隧道口造成威胁。这与治理前暴雨过后的隧道洞口上方边坡坍塌
13、，将其掩埋的实际情况吻合。,三、FLAC3D有限元技术模拟,中交第二公路勘察设计研究院有限公司,计算结果分析,治理后暴雨工况位移等值线图,由图分析，按照设计要求在斜坡中部施加了两排钢管桩和一排抗滑桩后，斜坡中下部最大变形量不到20cm，注意到临空面坡度较大的一段恰位于钢管桩和挡土墙之间，同时根据治理前该段斜坡失稳的机制为牵引式滑坡的结论，抗滑桩布置的位置恰为该失稳斜坡的前部，这极大的加强了不稳定坡体前部抗滑力，所施加的钢管桩、抗滑桩等支护结构很好的遏制了变形的蔓延，对下方的公路隧道口起到了很好的保护作用。斜坡上方虽然还是形成了一个不稳定坡体，最大变形量55.7cm，但由于斜坡中部临空面坡度较缓
14、，同时中部的支护结构也在一定程度上遏制了上部变形体的发展，不会对下部的公路隧道口造成威胁。,三、FLAC3D有限元技术模拟,(1)通过分析贵匀高速公路百鸟坡隧道左线进口边坡的工程地质条件及其变形特征，得到如下结论：该边坡破坏机制为牵引式破坏，边坡前缘由于松散堆积物及岩体裂隙面的存在，在暴雨情况下，产生崩塌，将前缘隧道口掩埋；边坡中部由于软弱夹层的存在，土层力学性质差，使得覆盖土层与部分强风化层沿强弱风化基岩接触面附近滑动，边坡后部则由于坡体前部的牵引作用，上部覆盖层与岩层交界面产生滑动。(2)FLAC3D数值模拟结果证实了上一分析，并验证了暴雨工况下治理后的边坡变形量满足工程需要，对公路隧道口不造成威胁。(3)隧道洞口存在地质灾害的情况目前普遍存在，建议勘探、设计单位今后在勘探和线路设计方案的比选中重视地质危害，尽可能将洞口设置在地质构造简单、汇水面积较小、不易发生地质灾害的地段。,中交第二公路勘察设计研究院有限公司,四、结束语,敬请在座各位同仁提出宝贵意见,衷心感谢！,
