岩土工程勘察在边坡治理中的应用.pdf

唐普敏:岩土工程勘察在边坡治理中的应用勘察与测量KANCHAYUCELIANG 工程与建设 年第 卷第期 收稿日期:;修改日期:作者简介:唐普敏(),男,湖北黄梅人,工程师岩土工程勘察在边坡治理中的应用唐普敏(中化地质矿山总局湖北地质勘查院,湖北 武汉 )摘要:岩土工程勘察可提供土体的物理力学参数以及确定边坡的滑动面剪切带,因此在边坡工程治理中具有广泛的应用前景.文章以湖北省土家族苗族自治州某边坡滑坡治理工程为依托,分别采用高密度电阻率和室内三轴试验的方法确定边坡滑动面剪切带以及剪切带的抗剪强度.研究结果表明,高密度电阻率可以有效区分滑动带低阻与下伏高阻的界面;剪切带的抗剪强度随净法向应力的增加而增加,呈现出一定的剪缩特征.关键词:边坡工程;岩土勘察;抗剪强度;稳定性分析;边坡治理中图分类号:U 文献标志码:A文章编号:()引言地质灾害具有不确定性、突发性和灾害后果的严重性,以滑坡为代表的地质灾害每年都会给国民经济和人民的生命财产安全带来巨大的威胁.特别是在多山地区,遇到强降雨天气后极易导致边坡土体的强度下降,使其失去原有的平衡状态而引发滑坡.因此,提前查明边坡的稳定状态,分析其物理力学特征是预防滑坡和边坡治理的首要条件.岩土工程勘察由于具备提供土体的物理力学参数以及确定边坡滑动面剪切带的能力,在边坡工程治理工程中具有十分重要的作用.本文尝试利用高密度电法应用于边坡治理工程中滑坡剪切带的确定,以提高边坡治理的针对性和可靠性,同时采用室内试验方法对边坡滑坡体剪切带的抗剪强度以及物理参数进行测试,以突出边坡治理工程和设计分析的合理性和有效性.边坡的基本情况某边坡滑坡位于湖北省土家族苗族自治州,研究区年降水量为 mm,年平均降雨天数为 d,降雨主要集中在每年的月至月.该边坡滑坡体规模较大,属于老滑坡,地貌类型以中低山地貌为主,地表植被发育.滑坡前后高差 m,滑坡体宽 m,总体上呈N E E 延伸,滑坡纵向全长为 m,地表坡度 ,部分岸坡基岩裸露.钻孔揭露和现场地质调绘显示,滑坡体所在地层从上至下主要分为层:第层为第四系残坡堆积层,该层土体夹杂有少量植物根系和砂岩碎块石,碎块石局部可以见定向排列,未有架空现象,揭露厚度为m;第层为粉质黏土,该地层揭露厚度为 m,构成滑坡主体,该地层底部为滑带土;第层为三叠系中统碎屑岩,部分区域存在碳酸盐沉积,岩体成分和结构复杂,厚薄不均,软硬相间.受大气降水变动影响,滑坡体内水位变幅较大,长观孔水位监测数据显示,滑坡体内水位埋深一般为 m.对滑坡体剪切带的粉质黏土进行取样,结果如图所示.在现状条件下,由于剪切带的粉质黏土具有一定的黏聚力,滑坡的整体稳定性一般,但极易受到的降雨软化的影响,使得滑坡剪切带粉质黏土的强度折减,进而影响边坡的稳定性,导致滑坡地质灾害的发生.图边坡滑动面剪切带土样取样结果边坡滑动面剪切带的勘察分析 高密度电法的基本原理电法勘探作为一种应用广泛的地球物理勘探方法,其勘测的本质是利用不同岩土体的电阻率物性差异,.通过对地质体激发人工电场,观测并研究不同岩土体的电阻率在时间和空间的分布规律,凭借不同地质体的电性不均匀性,表现在电阻率断面上呈现高阻和低阻的变化,以识别地质非均匀体在空间的分布范围,比如溶洞、断层和滑坡带等,并确定非均值岩土体的电阻率参数.高密度电法的探测方式是在野外测试时,在地表按照设定的测线布置 根电极或者 根电极,并将所有电极都采用多芯电缆连接到转换器上,通过改变供电电极以及电极间距形成不同的测量装置,以达到多种装置和多个测点的岩土体介质视电阻率测量.在常用的电极装置中,存在温纳对称四极装置AMN B、温纳思仑贝格装置,其中温纳对称四极中A、B为两个供电电极,M、N为两个接收电极,电极关于中心对称,温纳对称四极装置的装置系数如公式()所示;温纳思仑贝格装置则为温纳装置的改进,其中供电电极与接收电极之间的距离是勘察与测量KANCHAYUCELIANG唐普敏:岩土工程勘察在边坡治理中的应用 工程与建设 年第 卷第期两个供电电极距离的n倍,电极关于中心对称,温纳思仑贝格装置的装置系数如公式()所示.K a()Kn(n)a()式中:K为温纳对称四极装置的装置系数,m;a为极距,m;K为温纳思仑贝格装置的装置系数,m;n为自然数.在本研究区的表层块石土的电阻率为 m,粉质黏土的电阻率为 m,三叠系中统碎屑岩的电阻率为 m.由此可知,各层岩性之间的电阻率存在明显差异,特别是覆盖层与下伏三叠系中统碎屑岩之间,电阻率存在量级上的差异,为高密度电法的探测提供了良好探测条件.高密度电法在边坡滑动面剪切带确定中的应用图为边坡高密度电法温纳对称四极装置测试结果,图为边坡高密度电法温纳思仑贝格装置测试结果.对比两个图形可以知道,温纳对称四极装置与温纳思仑贝格装置的测试结果较为一致,两者得到的岩土体电性分布具有较高的相似性,两张图中的地层电阻率均呈现出较为显著的分层,其中第四系残坡堆积层、粉质黏土与下伏基岩之间具有较好的分层界面,界面深度约为 m,该界面确定为滑动面,其中第四系残坡堆积层电阻率表现为局部高阻云团,而粉质黏土电阻率表现为相对低阻,两者的电阻率大小为 m,而下伏基岩的电阻率为 m,表明测试结果可靠.图边坡高密度电法对称四极装置测试结果图边坡高密度电法温纳思仑贝格装置测试结果边坡滑动面剪切带土的抗剪强度试验 边坡滑动面剪切带土抗剪强度的勘察测试方法在边坡的治理工程中,分析边坡的稳定性需要确定两个最为重要的输入参数,分别为滑动带土的内摩擦角和内聚力c.这两个参数的准确性直接关系到边坡稳定分析结果的可靠性和边坡治理措施的选择.因此,在勘察阶段采用饱和土/非饱和土反压剪切仪G D S B S系统对滑动带土的内摩擦角和内聚力c进行测试.测试时,将采集的土体原状样制作成直径为 mm,高度为 mm的标准试样,或者长、宽、高分别为 mm、mm、mm的常规试样,将其放置在测试盒内,通过陶瓷板的反压对试样实现加载轴压力,加载的控制设备可以实行应变控制和应力控制以满足不同的测试控制需求.仪器系统在气压室内配备了应力传感器、应变传感器和孔隙水压力传感器,能够对试样剪切过程中的应力应变进行实时监控和采样,并通过数据采集系统传输至电脑存储设备并显示.为了避免土体采样过程取样设备对原位土体的剪切摩擦和运输、存储过程中的振动干燥效应对土体的扰动,保证取样土的质量,试验取样采用HY型薄壁固定活塞式取土器对黏性土层及砂层进行连续压入法取样,取土器的内外直径分别为 mm、mm,管靴刃口内直径为 mm,面积比、内间隙比计算分别如公式()、公式()所示,可塑至坚硬状态的黏性土、粉土以备有导向装置的重锤少击法取样,原状土样取出后应及时蜡封,并贴好土样标签正立放置装入防震箱,在贮存和运输过程中要采取防震、防晒、防水等措施;对于采取原状土样有一定困难的粗颗粒土(如圆砾、碎石土等)可采取扰动土样,并用土样盒或塑料袋包装好;岩石样现场采集有代表性岩芯样,并贴上岩样标签,用胶带纸包扎好,做好防晒、防水等措施.ArDwDeDe ()CiDsDeDe 且()式中:Dw为薄壁固定活塞式取土器的外直径,mm;De为薄壁固定活塞式取土器的内直径,mm;Ds为薄壁固定活塞式取土器的管靴刃口内直径,mm.边坡滑动面剪切带土抗剪强度的测试结果分析选取边坡个 钻 孔 进 行 原 状 样 取 样,试 样 编 号 分 别 为M Z L、M Z L、MZ L、M Z L、MZ L、M Z L、M Z L,并进行边坡滑动面剪切带土的抗剪强度测试.测试时,设置了种不同净法向应力的固结排水剪切试验,净法向应力分别为 k P a、k P a、k P a和 k P a.图和图分别为边坡滑动面剪切带的剪切位移与剪应力关系曲线、边坡剪切带土剪切位移与轴向位移关系曲线.从图中可以看出,在净法向应力为 k P a时,随着试样轴向应力的施加,试样的剪切位移不断增加,剪切位移与剪切力之间的关系曲线呈近线性变化,这是因为净法向应力较小,土样的 受 力 特 征 仍 处 于 弹 性 工 作 状 态;在 净 法 向 应 力 为 k P a时,随着试样轴向应力的施加,试样的剪切位移不断增加,剪切位移与剪切力之间的关系曲线呈非线性增加并逐步趋于稳定收敛,剪应力收敛值约为 k P a;在净法向应力为 k P a时,随着试样轴向应力的施加,试样的剪切位移不断唐普敏:岩土工程勘察在边坡治理中的应用勘察与测量KANCHAYUCELIANG 工程与建设 年第 卷第期 图边坡剪切带土剪切位移与剪应力关系曲线图边坡剪切带土剪切位移与轴向位移关系曲线增加,剪切位移与剪切力之间的关系曲线呈非线性增加并逐步趋于稳定收敛,剪应力收敛值比净法向应力为 k P a时的剪应力收敛值增加约倍,剪应力收敛值约为 k P a;在净法向应力为 k P a时,随着试样轴向应力的施加,试样的剪切位移不断增加,剪切位移与剪切力之间的关系曲线呈非线性增加并逐 步 趋 于 稳 定 收 敛,剪 应 力 收 敛 值 比 净 法 向 应 力 为 k P a时的剪应力收敛值增加约倍,剪应力收敛值约为 k P a.从图中可以看出,在净法向应力为 k P a时,随着试样轴向应力的施加,试样的剪切位移不断增加,试样的轴向位移则呈现先减小后增加的趋势,这是因为净法向应力较小,土样的变形 特 征 呈 现 先 剪 缩 后 剪 胀 的 特 征;在 净 法 向 应 力 为 k P a时,随着试样轴向应力的施加,试样的剪切位移不断增加,试样的轴向位移呈现非线性变化,逐渐减小并趋于稳定收敛,轴向位移收敛值约为 mm,土样的变形特征呈现剪缩的特征;在净法向应力为 k P a时,随着试样轴向应力的施加,试样的剪切位移不断增加,试样的剪切位移不断增加,试样的轴向位移呈现非线性变化,逐渐减小并趋于稳定收敛,轴向位移收敛值约为 mm,土样的变形特征呈现剪缩的特征;在净法向应力为 k P a时,随着试样轴向应力的施加,试样的剪切位移不断增加,试样的剪切位移不断增加,试样的轴向位移呈现非线性变化,逐渐减小并趋于稳定收敛,轴向位移收敛值约为 mm,剪切位移与轴向位移曲线与净法向应力为 k P a时剪切位移与轴向位移曲线较为接近.图为 土 样 试 验 轴 向 应 力 设 置 为 k P a、k P a和 k P a时,边坡滑动面剪切带土净法向应力与抗剪强度的关系曲线.图边坡滑动面剪切带土剪切破坏包络曲线从图中可以看出,在不同的轴向应力条件下,边坡滑动面剪切带土的破坏包络呈现线性变化,且包络线的斜率一致;在轴向应力为 k P a和 k P a时,边坡滑动面剪切带土的破坏包络线截距相近,而在轴向力为 k P a时,边坡滑动面剪切带土的破坏包络线截距大大增加.对边坡的滑动面剪切带土的比重、密度、孔隙比等物理力学参数进行试验测试,结果见表.表边坡剪切带土物理力学性质的室内试验测试成果试验试样比重G天然含水率w/孔隙比e密度/(gc m)饱和度Sr/液限wL/塑限wP/塑性指数IP固结快剪峰值强度内摩擦角/()内聚力c/k P aM Z L M Z L M Z L M Z L M Z L M Z L M Z L 数量n/个均值u 标准差 变异系数 勘察与测量KANCHAYUCELIANG唐普敏:岩土工程勘察在边坡治理中的应用 工程与建设 年第 卷第期从表中可以看出,边坡剪切带的所有测试数据变异系数均小于,具有较好的一致性.结论本文以湖北省土家族苗族自治州某边坡滑坡治理工程为依托,分别采用高密度电阻率和室内三轴试验的方法确定边坡滑动面剪切带以及剪切带的抗剪强度.得到以下几个结论:()温纳对称四极装置与温纳思仑贝格装置的测试结果较为一致,第四系残坡堆积层、粉质黏土与下伏基岩之间具有较好的分层界面,界面深度约为 m,该界面确定为滑动面,测试结果可靠.()在低净法向应力(k P a)时,剪切位移与剪切力之间的关系曲线呈近线性变化,土样的受力特征仍处于弹性工作状态;在高净法向应力(k P a)时,剪切位移与剪切力之间的关系曲线呈非线性增加并逐步趋于稳定收敛,剪切应力峰值随净法向应力的增加而增加.()在低净法向应力(k P a)时,土样的变形特征呈现先剪缩后剪胀的特征;在高净法向应力(k P a)时,土样的变形特征呈剪缩特征;在不同的轴向应力条件下,边坡滑动面剪切带土的破坏包络呈现线性变化,且包络线的斜率一致.参考文献张文生,罗强,蒋良潍,等小样本岩土参数下考虑矩估计偏差的土质边坡可靠度分析J岩土力学,():高芳芳,邓睿,宋章,等地质勘察时顺层路堑边坡稳定性的初步判定方法J铁道建筑,():杨军海,罗聪,于海明渐进演化力学机制在某高速公路边坡失稳分析中的应用研究J中外公路,():胡朝旭汶川马尔康高速公路高陡边坡地质灾害调查及防治J公路,():历一帆,杨溢,叶志程,等基于M I D A SG T S/N X的崩塌边坡治理及稳定性分析J工业安全与环保,():巨小强高速铁路桥梁桥基边坡稳定性及稳定坡角研究:以西成高铁养家河大桥为例J铁道标准设计,():张世殊,冉从彦,郑博文,等川西地区水电站环境边坡危险源发育特 征 及 分 布 规 律 J工 程 地 质 学 报,():(上接第 页)主,文化休闲功能较为欠缺.因此,将保留建筑的功能置换为文化功能,新建沚津文化广场.由于西侧青弋江防洪墙的阻隔,江城之间缺乏互动,这对老城区的休闲游憩产生很大影响.因此,将沿江建筑的二层通过观景平台的相互连通,形成连续的步行空中走廊.在沚津文化广场设置平台的主入口,并通过观景塔作为入口视线的标志物.使得老城区与乌凤滩公园、青弋江、东湖公园、延安路步行街区等城市重点功能区连成一体,贯通整个片区的休闲游憩空间.开放多元的现代城市功能与传统的历史文化功能相辅相成,是当下比较认可的一种城市文脉延续方式.单元控制,指标互补根据芜湖县政府的要求,本片区最低的用地开发强度为.通过相关经济论证可知,以院落式传统建筑(建筑层数在三层以下)开发为主,最大的用地开发强度可以达到.为了实现经济的动态平衡,有序推进老城区的更新改造,将老城区划分为个更新改造管理单元.可以对单元内的每个地块,从多个维度进行评估,制定具体的更新改造内容,如改造功能、开发强度、开发主体、资金运作、风貌指引等,通过分区分类,一区一策的管理方式,可以有效解决地块的差异互补问题.在对个管理单元的开发强度控制中,爱民社区、民主社区的开发强度控制在 以下,是老城区文脉延续的核心控制区.单元、单元、单元 的开发强度控制在 以下,是老城区文脉延续的风貌协调区,东湖社区、前进社区的开发强度控制在 以下,也是老城区文脉延续的风貌协调区.老城区的平均开发强度控制在 左右,能够实现更新成本和收益的平衡.结束语当下我国的城市发展已普遍进入城市更新的阶段,老城区承载着一座城市珍贵的历史文脉,以延续城市文脉为核心的城市设计对于老城区更新的总体控制具有重要作用.芜湖县老城区城市设计通过肌理改善、建筑融合、界面重构、信息植入、功能复合、利益平衡这六种策略将城市的显隐性文脉进行有效的整合延续,使得老城区活力再生与文脉延续融合发展.延续城市文脉的城市设计,不仅能解决城市的具体空间问题和矛盾,而且能有序推进城市的更新改造,更是构建美好人居环境、实现可持续发展的重要手段.参考文献(英)史蒂文蒂耶斯德尔,(英)蒂姆希思,(土)塔内尔厄奇城市历史街区的复兴M张玫英,董卫,译北京:中国建筑工业出版社,:(美)克鲁克洪文化与个人M高佳,何红,何维凌,等译杭州:浙江人民出版社,:(意)阿尔多罗西城市建筑学M黄士钧,译北京:中国建筑工业出版社,:安徽省建筑设计研究总院股份有限公司芜湖县老城区城市设计Z 张力玮,程亮文脉视角下的城市空间营造策略:以佛山东平河一河两岸城市设计为例J规划师,(S):