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1、桂柳一级公路 K250 段滑坡剪出口的力学判定肖明贵包惠明方宗正( 桂林工学院勘察设计研究院 , 541004)摘要建立了明确的定量评价滑坡剪出口的力学模型 。当从抗滑段开始选取的若干计算垂直的抗滑稳定系数 K 1 时 , 对应的平面或圆弧面与地面相交所形成的 范围为剪出带范围 , 各计算垂直面中最小的 K 值所对应的剪切面为最危险的剪出面 。关键词滑坡 ; 剪出口 ; 力学模型 ; 公路 ; 桂林 ; 柳州分类号P642122桂柳一级公路石城坪滑坡处于地质构造强烈发育区 , 因在坡脚开挖路堑引起该古滑坡部分重新活动 , 滑坡体岩土由第四纪坡积物和中泥盆统信都组 (D2 x) 粉砂岩 、泥岩
2、、页 岩组成 。由于组成滑坡的物质成分复杂 , 边界条件不规则 、地下水位等因素的多变 , 该滑 坡的失稳最先不是整体下滑 , 而是在边坡最薄弱的部位 、滑动阻力最少部位 、下滑力最集 中部位形成局部滑移 , 在下滑惯性力作用下 , 滑坡整体下滑 、蠕动 , 在剪出口形成较大隆 起 。由于剪出口是抗滑段 , 分析剪出口的形成条件和剪出口范围 , 对整个滑坡稳定性计 算 、下滑推力计算 、防治措施选择和治理设计具有重要的意义 。1滑坡基本概况11 1滑坡规模老滑坡南部 、北部及西侧以冲沟为边界 , 东侧以后缘山体陡坎为界 , 南北宽约 250 m , 东西长约 280 m , 面积约 0107
3、km2 , 滑坡体厚 626 m , 体积约 5060 万 m3 , 老滑坡前缘 处于相对稳定状态 。新滑坡南北约 150 m , 东西长 130 m , 滑坡前缘为公路路堑 , 后缘与老 滑坡部分重合 , 面积约 0102 km2 , 体积 2530 万 m3 。滑坡工程地质图及滑坡地质剖面图见本期 桂柳一级公路 K250 段边坡变形原因及加固措施一文 。11 2滑坡物质组成滑体物体从上到下主要由残坡积碎石土 、风化粉砂岩 (D2 x ) 和强风化泥页岩组成 。碎石土 、风化砂岩裂隙发育 , 呈碎块状 , 透水性好 , 滑体土平均湿密度0 = 210g/ cm3 。滑带土主要为全风化页岩形成
4、的残坡积粘土组成 。其物理力学性质指标如下 : 含水量w = 12 %48 % , 湿密度 0 = 11742113g/ cm3 , 孔隙比 e = 0186011339 , 塑性指数 I P= 919 , 液性指数 IL = 01111 ; 原状土饱水快剪强度指标 c = 18k Pa , = 2814; 原状 土多次剪强度指标 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 。第一作者简介 : 肖明贵 , 男 , 1964 年出生 , 硕士 , 工程师 , 工程地质与计算机专业 。
5、滑床主要由强风化页岩组成 , 其物理力学性质指标为 w = 2519 % , 湿密度 = 1194g/cm3 , e = 01789 ; 原状土饱和快剪 c = 3818 k Pa , = 2411; 原状土多次快剪 c = 2016 k Pa , = 2216; 重塑土多次剪 c = 8k Pa , = 2115。 剪出口物质主要为强风化的页岩和全风化页岩形成的粘土 。公路路基位于剪出口 。11 3成因机理由于组成滑坡的岩土体为上硬下软 ,软质页岩相对隔水 , 加之该区雨量充沛 ,了丰富的水源 。水使页岩软化强度降低 ,面滑移 。11 4剪出口地质判定上部岩体节理裂隙发育 , 透水性好 ,
6、下部岩体为年平均降雨量达 2 18019 mm/ a , 为水岩作用提供 在动静水压力作用下 , 滑体沿软化的强风化页岩该滑坡一直在蠕动下滑 , 尚未完全剪出破坏 , 路堑至坡脚地段为古滑坡抗滑段 , 由于路基开挖时堆土反压 , 抗滑能力增强 , 地表无明显变形迹象 , 新滑坡沿古滑坡剪出口剪出 破坏可能性较小 。在公路路基处 , 路基开挖 , 降低了该处抗滑能力 , 形成相对簿弱部位 ,因而该处形成了较大的隆起变形 , 为新滑坡可能剪出口 。该处的泥页岩已风化成土 , 其最终破坏按土体破坏原理有两种可能 : 一是沿一定剪切平面剪出破坏 ,破坏 。二是沿圆弧曲面剪出2剪出口力学模型及判别方法2
7、1 1剪出口判别的力学模型滑坡剪出带的形成条件实际上就是主 滑推力 沿 最 小 阻 滑 面 剪 切 滑 移 的 力 学 条件 。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 。根据静力平衡条件可简化为如下模型 ( 图 1) , n n 为抗滑段剩余下滑力 (或下滑力) 计算平面 。p 计算平面处剩余下滑力或下滑力 ,k N ; p 与水平面夹角() ; 可能剪出面与水平面的夹角 () ; W 可能形成剪出面与 n - n面和地面所 形 成 的 土 体 重力 , k N ; l 可 能 剪 切 面 的 剪 切 长 度 ,m ; c 可能剪切面的 岩 土
8、体 的 平 均 内 聚力 , k Pa ; 可能剪切面的岩土平均内摩擦角图 1 平面剪出力学模型示意图Fig1 1 The sketch showing t he mechanical mo del of shear opening of t he plane() 。剪出口产生条件实际上就是满足该模型的极限力学平衡条件 。21 2剪出口形成力学条件及判别公式剪出口的形成实际上就是剪切面上的剪应力小于抗剪力 , 剪切面上的抗剪力为 :pcos (90 - - ) t g + cl + W cost g + W si np si n (90 - - )剪切力为 :剪切面剪切滑移的力学条件为 :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 期肖明贵等 : 桂柳一级公路 K250 段滑坡剪出口的力学判定121K 为的函数 。计算不同角所应的 K 值 ( K 1) , K 值最小者所对应的角为 n - n计算位置处的最可能剪出面 。21 3剪出口范围的判定滑坡在下滑推力作用下 , 因抗滑段的阻挡作用或因局部剪切滑移后应力重新调整 , 在 抗滑段都有可能满足剪出面力学
10、平衡条件 , 产生剪出 。从抗滑每开始按一定间距选取若干计算垂直面 n - n , 计算该面处由下滑段传递到该处的下滑推力 。假定一个 角 , 计算 K值 , K 为的函数 , K 1 所对应的 角所划定的范围即为 n - n 处所对应的剪切范围 。K 最小值所对应的角划定的平面为 n - n 处最可能产生剪切的剪切面 。在抗滑段移动计算平面 n - n , 按同样的计算公式和判别方法进行计算和判别 , 所有 K 1 所对应的 n -n 面及角所对应的区域为可能的剪出范围 。因此选择各个 n - n 面中 K 值的最小值所对 应的剪切面为该滑坡最危险剪出面 。21 4剪出面为曲面时的力学判别该
11、滑坡抗滑段主要为泥页岩 - 风化残积 粘土 , 具有较好的均匀性 , 其剪出滑移面可能为曲面 。这种曲面可用圆弧面来代替 , 其 力学条件见图 2 。p 作用 在 n - n 面 上 的 剩 余 下 滑 力 ,(kN)( 或下滑力) ; p 与水平面的夹角() ; i 第 i 块土条中心切线倾角 ; l i 第i 条块的剪 切 园 弧 长 度 , m ; W 滑 移 体 总 重力 , kN ; W i 第 i 条块土体重力 , kN 。在静力条件下 , 用条分法按静力平衡条件计算在自重作用力和剩余下滑力联合作用 下 , 各土条在滑面上产生的滑动力和抗滑力 ,求得滑移体抗滑稳定系数 K :图 2
12、 曲面剪出力学模型示意图Fig1 2 The sketch showing t he mechanical mo del of shear opening of t he curved surface根据各土条总的抗滑力矩和滑动力矩之比 ,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当 K 1 时则为可能的滑动曲面 。 K 值最小的圆弧为最有可能形成的圆弧型剪出曲面 。具体计算时 , 先假设为平面滑移 , 求出
13、平面极限滑移面起点位置和滑移角 , 然后以平 面滑移面与地面交点处沿地面前后 ( 与 n - n 相对而言) 两方向以一定距离确定圆弧滑面可能出露点 , 以该出露点和平面滑移起点为圆弧的起始点 , 并以不同半径作圆弧 , 分别求出不同圆弧半径条件下的稳定性系数 K , 其最小的 K 值 ( 记为 K ) 即为该起点的可能滑 动圆弧面 。以同类的方法和步骤 , 分别求出其它起始点最小值 。所有起点中 K 值的最小值所对应的圆弧就是最可能滑移曲面 。所有 K 1 所对应的圆弧与地面的交线范围即为剪出带范围 。21 5计算结果根据上述方法 , 剪出带土采用原状土多次剪抗剪强度指标 c = 20 k
14、Pa , = 22, 对 3个剖面进行了计算 , 其结果见表 1 。 通过计算确定的剪出范围与按现场实际情况作出的地质数据和变形观测一致 。表 1 滑坡稳定性计算结果Table 1 The calculated result of stabilit y of landslide3 结论( 1) 为石城坪滑坡找到了确定最平面模型计算圆弧模型计算剖面号 K (最小值) 剪切带长度/ m K (最小值) 剪切带长度/ m 危险剪出面的方法 ,算提供了依据 。(2) 为治理设计为滑移稳定性计017701790183161515131211017901820184151814191316- - - (
15、削坡) 提供了确定最危险剪出面的办法 。( 3)( 4)的误差 , ( 5)( 6)对同类滑坡的稳定性计算有重要的参考作用 。该方法是建立在弹性条件下的计算判别方法 , 而土体为弹塑体 , 计算结果有一定 有待进一步改进 。该滑坡剪出口计算时未考虑剪出面地震力及孔隙水压力的作用 。 该方法也适用于次级滑动面引起的局部剪切计算 。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 st
17、able 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 arc plane and t he shear plane co rrespo nding to t he minimum K value o n t he co nditio n of calculating t he vertical planes is t he mo st dangero us shearing opening plane1Key words landslide ; shear opening ; mechanical mo del ; hight way ; Guilin ; Liuzho u
