（地质工程专业论文）云南腾密公路典型高边坡病害治理措施研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 随着我国山区高等级公路建设的迅速发展，出现了大量高边坡工程。高边 坡稳定性问题己成为威胁施工安全，制约工程进度，影响公路运营安全的关键 技术问题。高边坡失稳破坏常威胁人类生命安全和造成巨大经济损失，因此高 边坡工程越来越受到工程界的重视。 本文以云南腾密公路境内段沿线高边坡为研究对象，重点研究k 5 5 和k 7 2 典型高边坡。首先，通过野外现场调查和已有资料，查明沿线地层岩性、地貌、 地质构造、气象与水文等地质条件和沿线主要地质病害，详细阐述典型高边坡 所处的地质环境条件、边坡基本特征、影响边坡稳定性因素及其破坏模式等； 然后，采用传递系数法和数值模拟对高边坡天然状态下和暴雨工况下稳定性进 行定量的分析计算，为高边坡加固设计提供数据依据，在此基础上提出治理方 案，并重点研究了预应力锚索框架加固坡体的机理、适用范围及其计算流程； 最后对加固措施效果进行数值模拟，分析评价其加固效果。 结果表明：边坡的坡体结构、地层岩性、结构面等是影响边坡稳定性的内 在因素；人类活动、降雨是主要的诱发因素。k 5 5 高边坡主要受岩体结构面控 制而产生的变形破坏，天然状态下边坡是可以自稳的，在强降雨条件下，边坡 将沿岩体结构面滑动；k 7 2 高边坡主要受其自身坡体“二元结构 的影响，因 风化程度不一而产生局部坍塌，进而引起整体破坏。通过加固措施数值模拟， 表明治理效果明显，达到了治理的目的。 本文结合理论与实践，选取的边坡具有典型性，对沿线类似高边坡工程有 一定的借鉴意义。 关键词：高边坡；稳定性分析；数值模拟；治理措施；预应力锚索框架 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t w i t ht h er a p i ds p e e do fh i g h w a yc o n s t u c t i o n ，al a r g en u m b e ro fh i g h - s l o p e s e n g i n e e r i n g sa r ea p p e a r e di no u rc o u n t r ym o u n t a i n o u sa r e a t h eh i g h s l o p es t a b i l i t y i st h ep i v o t a lt e c h n i c a lp r o b l e m sw h i c ha f f e c tc o n s t u c t i o ns a f e t y ，p r o g r e s sa n d h i g h w a yo p e r a t i o n a ls a f e t y p e o p l e ss a f e t ya n de n o r m o u se c o n o m i cl o s s e s a r e c a u s e db yh i g h s l o p ed e s t r o y e d s om o r ea n dm o r ea t t e n t i o na r ep a y e dt oh i g h - s l o p e e n g i n e e r i n g s t h eh i g h s l o p e sa l o n gy u n n a nt e n g m ir o a dc i s b o r d e rs e c t i o n ，e s p e c i a l l yk 5 5 a n dk 7 2t y p i c a lh i g h s l o p e s ，a r er e g a r d e d 硒r e s e a r c ho b je c ti nt h i st h e s i s f i r s t l y , i d e n t i f ys t r a t u ml i t h o l o g y ，p h y s i o g n o m y ，g e o l o g i c a lf o r m a t i o n ，m e t e o r o l o g i c a la n d h y d r o l o g i c a lc o n d i t i o n ，a sw e l la st h em a i ng e o l o g i c a ld i s e a s ea l o n gt h er o a dt h r o u g h f i e l di n v e s t i g a t i o n sa n de x i s t i n gd a t a ，e l a b o r a t eo nt h eg e o l o g i c a le n v i r o n m e n t ，b a s i c c h a r a c t e r i s t i c s ，s t a b i l i t y f a c t o r sa n df a i l u r em o d e so ft y p i c a l h i g h - s l o p e s t h e n ， n a t u r a ls t a t ea n dh e a v yr a i nc o n d i t i o n so ft h es l o p es t a b i l i t yc o e f f i c i e n ta r ec a l c u l a t e d b yt r a n s m i s s i o nc o e f f i c i e n tm e t h o da n dn u m e r i c a ls i m u l a t i o nm e t h o d ，w h i c ho f f e r d a t af o rr e i n f o r c ed e s i g n ，p r o p o s e dg o v e r n a n c ep r o j e c t sb a s e do na b o v ec a l c u l a t i o n a tt h es a m et i m e ，e m p h a s i ss t u d yo nr e i n f o r c em e c h a n i s m ，a p p l i c a t i o na n d c a l c u l a t i o nf l o wo fp r e - s t r e s s e da n c h o rf r a m e w o r k f i n a l l y ，s i m u l a t er e i n f o r c e m e n t m e a s u r e sa n da n a l y s ei t sr e i n f o r c i n ge f f e c t t h er e s u l t si n d i c a t e d ：s l o p es t r u c t u r e ，s t r a t u ml i t h o l o g ya n ds t r u c t u r a lp l a n ea r e t h ei n t e r n a lf a c t o r so fs l o p es t a b i l i t y , h u m a na c t i v i t i e sa n dr a i n f a l la r et h em a i n p r e d i s p o s i n gf a c t o r s k 5 5h i g h s l o p ei sc o n t r o l e db yr o c km a s ss t r u c t u r a lp l a n e s ， w h i c hi ss t a b l ei nn a t u r a ls t a t e ，b u tw i l ls l i d ea l o n gw i t hr o c km a s ss t r u c t u r a lp l a n e s i ns t r o n gr a i n f a l ls t a t e k 7 2h i g h s l o p ei sm a i n l yc o n t r o l e db yi t sd u a ls t r u c t u r e ，d u e t or o c km a s sd i f f e r e n tw e a t h e re x t e n t ，o c c u rp a r t i a lc o l l a p s e ，t h e r e b yc a u s i n gt h e o v e r a l l s l o p ed a m a g e t h er e i n f o r c i n g e f f e c ti so b v i o u s t h r o u g hn u m e r i c a l s i m u l a t i o n ，w h i c ha c h i e v e st h ep u r p o s eo fg o v e r n a n c e 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i i 页 c o m b i n a t i o nw i 也t h e o r ya n dp r a c t i c ei nt h i st h e s i s ，t h es e l e c t e ds l o p eh a v e t y p i c a lc h a r a c t e r i s t i c ，w h i c hh a v es o m eu s c f o rr e f e r e n c es i g n i f i c a n c ef o rs i m i l a r s l o p e sa l o n gt h er o a d k e y w o r d s ：h i g h s l o p e ；s t a b i l i t ya n a l y s e ；g o v e r n a n c em e a s u r e s ；p r e s t r e s s e da n c h o r f r a m e w o r k ；n u m e r i c a ls i m u l a t i o n 西南交通大学曲南父遗大罕 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“4 ) 学位论文作者签名：w 心釜 日期：劲僻媳训& 指导老师签名：铆鸟翻 日期：h 哆妒。， 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所 得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均己在 文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 吲噜训 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 研究背景和意义 第1 章绪论 云南腾密公路腾冲至中缅边境南4 号界桩二级公路改建工程，是保山地区 “十五 计划和2 0 1 5 长期规划中的重要工程，路线长约7 4 公里，地处云贵高 原西部横断山脉西段高黎贡山山脉之西部，全线相对高差达7 0 0 n l ，地质条件复 杂，施工过程中逐渐暴露出滑坡、边坡坍塌、边坡开裂变形等地质灾害，如果 在今后的施工中对这些灾害处置不当，就可能造成重大经济损失和投资失控， 也带来不利的社会影响和政治影响。腾密公路境内段建设指挥部充分认识到了 潜在的工程风险，聘请四川省泸州市一三五岩土工程有限公司有关专家和工程 技术人员对全线边坡进行了一次考察和咨询，这是非常及时和必要的。 公路开挖后形成高陡的人工边坡，在坡体内必定形成应力松弛圈，该圈范 围的岩体则很容易变形或破坏，这是边坡病害产生的必要条件之一。沿线边坡 的地质条件均较差，主要为第四系松散堆积层或泥岩、页岩、花岗岩等的风化 层，岩体破碎，且易变形或坍塌，这是边坡产生的又一必要条件。该地区为丰 水区，雨季降雨量大，容易诱发边坡失稳，这是边坡灾害产生的充分条件。沿 线调查发现：沿线边坡总计6 6 处，边坡在尚未支护的状况下，大多数边坡是不 能稳定的，随着雨季的到来，随着坡面岩体的快速风化，各种各样的边坡病害 将陆续产生。 本文以该公路中的k 5 5 ，k 7 2 典型高边坡为研究对象，在分析高边坡稳定性 的基础上，进行加固治理措施研究，并进行加固数值模拟确定其防治效果。显 然，该项研究对于保证公路的安全畅通，减少工程投资和维护国家形象，具有 重要的实际意义，同时也可为该公路类似高边坡治理提供一些参考。 1 2 国内外边坡研究现状 1 2 1 国内外边坡理论研究现状 人们对边坡稳定性研究最早是从滑坡现象开始的，早期的工作是把滑坡作 为一种地貌现象加以观察描述，是地貌学或普通地质学研究的对象之一。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 1 9 世纪末2 0 世纪初，随着发达国家的大规模土木工程建设，大量的边坡 工程问题、特别是滑坡问题随之产生，并造成了很大损失，人们开始应用材料 力学和近代土力学的理论对边坡问题进行半经验、半理论的研究；主要侧重于 两个方面：( 1 ) 应用经典土力学的刚体极限平衡理论计算边坡的稳定性；( 2 ) 根据 滑坡的地质条件、环境背景和已有滑坡的变形历程和发育特点进行工程地质类 比分析。 2 0 世纪5 0 年代，我国学者引进了前苏联的工程地质分析体系，继承和发 展了地质历史分析法，着重研究边坡的工程地质背景和边坡类型的划分，以此 进行边坡的工程地质类比分析，在滑坡的分析和研究中取得了一定的成果。 2 0 世纪6 0 年代初期，随着大型工程的建设，所形成的边坡规模加大，地 质条件也变得极其复杂，意大利的瓦依昂滑坡等几个大型滑坡造成了重大人员 伤亡和财产损失，人们开始认识到岩土材料和一般材料的巨大差异，从而广泛 开展了岩土体本构模型的研究；同时人们也逐渐认识到地质结构面对边坡稳定 的作用，从而运用岩体力学理论对边坡岩体结构类型进行划分，并采用赤平投 影等方法对边坡稳定性进行判断，同时结合露天采矿边坡稳定性研究，开展了 大型野外岩体力学试验，使边坡研究逐步进入边坡失稳机制及内部作用过程研 究阶段。 2 0 世纪7 0 年代着重于边坡的破坏机理研究，提出了累迸性破坏的观点及 边坡变形破坏的机制模式，将边坡的形成演化机制与其变形破坏的全过程联系 了起来，从而使边坡稳定性问题的研究步入了地质分析和岩石力学分析相结合 的时代。 2 0 世纪8 0 年代以来，随着计算机技术的迅速发展，基于连续介质力学的 有限单元法和其它数值计算方法逐步被引入到边坡工程稳定性研究，从而可以 从宏观和微观两个方面对边坡变形破坏过程和坡体失稳机制进行较为系统的研 究，使边坡工程稳定性研究逐步从定性研究过渡到半定性、半定量研究的阶段。 同时，由于非饱和土理论的不断发展，使得边坡工程的研究突破了经典土力学 理论的框架，深入研究岩土的渗流、体变和抗剪强度等工程特性。非线性科学 理论、非连续介质理论、可靠性分析理论以及计算机技术的发展，为边坡稳定 性问题的研究提供了新的途径和方法，多学科、多专业的交叉渗透研究己成为 边坡研究的发展方向。可靠性分析理论、模糊数学、块体理论、灰色系统理论、 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 神经网络理论、分形理论、突变理论、自组织理论以及各种复杂的数值计算方 法广泛地应用于边坡研究中。边坡稳定性研究步入了定性与定量相结合、概念 模型与仿真模拟相结合、监测与反馈分析相结合的新阶段。 边坡工程稳定分析领域具有代表性和取得突出成果的有： 1 9 7 3 年e h o e k 等出版的专著岩石边坡工程，从研究露天采矿边坡入手， 将边坡失稳破坏归纳为平面破坏、楔体破坏、圆弧破坏、倾倒破坏四种类型， 系统论述了边坡破坏的基本力学行为和稳定性分析方法。d o u g l a s s t e a d 和 e r i k e b e r h a r d i 在总结露天高边坡的破坏机制时，将边坡失稳机制分为六类：( 1 ) 双结构面破坏，( 2 ) 犁起破坏，( 3 ) 弯折破坏，( 4 ) 逐步破坏，( 5 ) 平面型失稳， ( 6 ) 旧有构筑失效，这种分类方法简明易懂，直观反应了边坡失稳破坏的力学机 制。1 9 8 2 年，张倬元教授在其专著工程地质分析原理一书中将斜坡变形机 制分为六种模式：蠕滑一拉裂、滑移一压致拉裂、滑移、滑移一弯曲、弯曲一 拉裂、塑流一拉裂；用这六种变形模式相互复合可以解释更为复杂的斜坡变形 机制。1 9 8 8 年，孙玉科教授等出版了边坡岩体稳定性分析，以岩体工程地 质力学为基础，提出了用地质模型来分析边坡岩体变形破坏的机制。这些分类 方式或从边坡变形的几何形态入手，或从边坡的塑性变形特性入手，或从边坡 变形的地质模型入手，各有特点，能够在一定程度上解释边坡变形的特点和机 理。陈祖煜教授出版的土质边坡稳定分析一原理、方法、程序，实现了原理 和程序的一体化。 边坡工程稳定分析的计算方法很多，目前采用较多的是极限平衡法和以有 限单元法为代表的数值模拟计算方法。 边坡稳定分析的刚体极限平衡法最早始于1 9 2 7 年瑞典工程师f e n e n i u s 创 立的瑞典条分法；然后，经过许多学者的努力，进行了大量的、卓有成效的理 论研究和工程实践，具代表性的有b i s h o p 法，j a n b u 法，s p e n e e r 法，s a r m a 法，m o r g e n s t e r n m 法，以及其他致力于条间力的合理假定和平衡条件完善的各 种刚体极限平衡分析方法。刚体极限平衡法经过多年发展，相对比较完善，在 工程中获得了广泛的应用：但是由于没有考虑岩土体本身的应力一应变关系和 实际工作状态，极限平衡法无法逾越其自身的局限性。 近年来，随着岩土本构模型研究的进步、岩土测试技术的提高和计算机数 值模拟技术的发展，涌现出很多数值模拟计算方法，其中以有限单元法( f i n i t e 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 e l e m e n tm e t h o d ) 最为突出。边坡工程的有限单元法经过多年的发展，取得了比 较系统的研究成果，例如：1 9 7 6 年，r e g o o d m a n 提出了一种无厚度节理单元( 亦 称g o o d m a n 节理单元) ，通过控制切向刚度k 和法向刚度k n 两个指标，较好的解 决了边坡工程有限元分析中节理、断层等不连续面的模拟；1 9 9 4 年，张雄提出 了一种刚体一弹塑性夹层模型，把结构离散成任意凸多边形刚性单元，这些刚 性单元由分布在它们之间的弹塑性夹层相连，从而在边坡工程有限元计算中可 以比较方便地考虑岩体的不连续性，以及节理和渗流对边坡稳定性的影响；2 0 0 1 年，赵尚毅、郑颖人等人系统研究了基于强度折减技术的边坡稳定系数有限单 元解法，这种方法基于强度安全储备的观点，对边坡岩土强度指标进行折减， 然后通过优化试算，最终得到边坡的安全系数。此外，国内外学者还从本构模 型研究( 包括粘弹性本构模型、粘塑性本构模型、粘弹塑性本构模型、损伤软化 模型、非线性弹性模型) ，随机有限元研究和渗流有限元模型研究等方面丰富和 发展了边坡有限单元法的数值解法。 除了有限单元法之外，国内外学者还将离散单元法( d e m ) 、快速拉格朗日差 分法( f l a c ) 、块体系统连续变形分析法( d d a ) 、流形元法( n m m ) 、可靠性分析理 论、模糊数学、块体理论、灰色系统理论、神经网络理论、分形理论、突变理 论、自组织理论等引入到边坡稳定性分析领域，并取得了不少成果u 劓。 1 2 2 国内外边坡治理研究现状 边坡治理是一项技术十分复杂、施工困难的灾害防治工程。近年来，随着 高速公路建设、城市建设事业的发展，以及其它大型建设工程项目的日益增多， 边坡治理问题已经是越来越突出。 2 0 世纪5 0 年代，我国治理边坡主要采用地表排水、清方减载、填土反压、 抗滑挡墙等防护措施。但工程实践证明，这些方法只能使边坡暂时处于稳定状 态，如果外界条件发生改变，边坡仍可能失稳。 2 0 世纪6 0 年代，锚固技术开始在世界范围内较大规模的应用，锚固技术 已在水电、矿山、交通、地矿等诸多领域中得到了广泛的应用与大力的发展。 在国外，德国的单根锚索预应力最高己达到了1 6 0 0 0 k n 。在边坡岩土锚固技术 上，以瑞典、法国、南非为代表。由于条件优越，对具体的工点他们能进行专 门细致的调查和综合测试工作( 如岩土的真三轴实验、扫描电镜分析等) ，而且 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 能在施工时高精度地进行监测和各种控制性工程( 如预裂爆破、光面爆破等) ， 同时广泛地使用计算机分析技术( 加拿大g e o - s l o p e 系统) ，加上环保需要，所 以他们的边坡设计广泛地采用锚固技术，以减少开挖工程量并尽量地不破坏环 拉 绲o 我国从6 0 年代开始引进这项技术，这项技术在我国的国防、水电、矿山、 铁路等领域逐步推广。进入2 0 世纪9 0 年代后，一方而因为预应力锚索理论研 究的不断深入；另一方面国内预应力锚索技术所需的高强度、低松弛钢绞线材 料及施工机械的发展和价格的降低，大大促进了预应力锚索技术的运用。由于 预应力锚索具有施工机动灵活、消耗材料少、施工快、造价低等特点，广泛应 用于整治滑坡、加固顺层边坡、加固危岩，以及与抗滑桩相结合组成锚索桩等， 在加固路堑高边坡等工程中发挥了巨大的作用，锚索加固技术得到了广泛应用。 我国漫湾水电站的锚索根数也高达2 2 7 0 多根，该项工程的预锚力总吨位列居世 界前列。6 0 年代末期，我国在铁路建设中首次采用抗滑桩技术取得成功，随后 在很多铁路线推广应用。这一技术的诞生，使一些难度较大的边坡工程问题的 处理变成现实，由于它具有布置灵活、施工简单、对边坡扰动小、承载能力大、 施工速度快等特点，受到工程师和施工单位的欢迎，在全国范围内得到普遍推 广和应用。 2 0 世纪7 0 年代，开始逐步形成以抗滑桩支挡为主体，结合清方减载、地 表排水等边坡综合治理技术。至今，抗滑桩发展为普通抗滑桩、预应力锚索抗 滑桩、桩板式挡土墙、桩基挡墙等。预应力锚索抗滑桩由锚索和抗滑桩组成， 由于桩顶设置预应力锚索，使得桩的变形受到约束，大大改变了普通抗滑( 悬 臂) 桩的受力及变形形态，从而减小了桩的截面和埋置深度，很大程度上降低 了工程造价。当前预应力锚索抗滑桩不仅应用于滑坡整治，在高路堤及高边坡 的加固工程中也得到广泛的应用。 2 0 世纪8 0 年代以来，由于锚固技术理论研究和凿岩机械突破性的发展， 我国开始采用锚喷防护技术。锚喷技术的采用对高边坡提供丁一种施工快速、 简便、安全的处治防护手段，因此得到推广应用。对于排水，人们的认识也有 了改变，主张以排水为主、结合抗滑桩、预应力锚索支挡综合整治。南昆铁路 八渡车站巨型滑坡，采用地面与地下立体排水、锚索和锚索桩支挡相结合的方 法，进行滑坡地质环境保护区的综台治理的措施取得成功，并被誉为2 0 世纪 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 9 0 年代治理巨型滑坡的成功典范。压力注浆加固手段及框架锚固结构越来越多 的用于边坡治理，尤其使用于高边坡的处治防护工程中。它是一种边坡的深层 加固处治技术，能解决边坡的深层加固及稳定问题，达到根治边坡的目的，因 而是一种极其广泛应用前景的高边坡治理技术。 目前可供采用的边坡加固技术措施很多，根据防护机理不同，可分为： 排水工程：地表排水工程一截水沟及坡内排水沟等，地下排水工程一截水盲沟、 仰斜排水孔、支撑盲沟、支撑渗沟、泄水盲洞等；加固工程：挡墙、土钉墙、 锚杆挡墙、普通抗滑桩、预应力锚索抗滑桩、普通桩板墙、锚索桩板墙、微型 桩、钢架锚索桩、锚索框架、锚索地梁、锚索墩、锚杆框架、锚杆挂网喷锚、 阻滑键等；坡面防护工程：浆砌片石护坡、绿色植物防护、骨架护坡、锚杆 骨架护坡、柔性防护网等。工程处理时，经常采取削坡减载技术、排水与截水 措施、锚固措施、混凝土抗剪结构措施、支挡措施、压坡措施以及植物框格护 坡、护面等，在边坡工程中强调多种措施综合治理的原则，以加强边坡的稳定 性。可以预见，随着科学技术的发展及治理措施研究的深入，边坡技术将得到 进一步的发展，并逐步走向完善n5 明。 1 3 课题的研究目标、研究内容及所采用的技术路线 1 3 1 研究目标 通过对腾密公路境内段公路沿线及典型高边坡的地质条件的调查，分析沿 线边坡( 特别是k 5 5 和k 7 2 典型高边坡) 的失稳机理，做出稳定性分析与评价， 为该公路沿线高边坡的优化设计提供理论依据。在安全、经济、合理的前提下， 提出推荐的防治方案。 1 3 2 研究内容 一、现场调查高边坡的地质背景条件，特别是对地质结构面进行量测、分析； 二、采用有限元软件模拟高边坡开挖前后的变形情况； 三、针对高边坡中的地质结构面配套分析，为加固设计提供理论依据； 四、工程措施效果的数值模分析； 五、高边坡稳定性评价及加固方案推荐。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 1 3 3 技术路线 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 第2 章公路沿线及典型高边坡概况 2 1 沿线环境地质条件 2 。1 1 沿线地层岩性由来 在距今1 7 亿年前的早元古代，整个保山地区及其附近是一个广阔的海域， 发育有地槽型的火山一复理石建造。1 0 亿年前中元古代末期的晋宁运动后，研 究区域由东向西逐渐褶皱成陆，逐渐形成结晶基底。怒江以西高黎贡山的一套 复杂的变质岩，就是该地质历史时期的产物。在本线路范围内未出露该套变质 岩。 4 4 亿年志留纪以前，保山地区为冒地槽砂质泥质为主的复理石建造，志留 纪以后，逐渐转入较稳定的构造环境，二叠纪开始沉积环境由深海地槽变为浅 海的地台型的砂泥质及碳酸盐建造。本线路k 3 2 + 2 8 0 k 5 0 + 2 0 0 、k 6 6 + 7 0 0 - - - - k 7 3 + 4 3 5 出露的灰岩、页岩、泥岩就是该历史时期的产物。期间，晚石炭纪保 山腾冲一带曾短时间发生小规模的张裂构造活动而导致基底岩浆喷发，形成了 k o + o o o 一- - k 1 5 + 2 4 0 、k 2 + 4 0 0 - - k l o + 4 0 0 、k 1 4 + 3 0 0 - - 一k 1 5 + 2 4 0 所见的玄武岩。 侏罗纪( 距今1 9 5 亿年) 海水从研究区域内退却，该区域内从此开始处于 内陆湖盆沉积发育阶段。白垩纪期间，由于造山运动强烈，曾有酸性岩浆的侵 入活动，形成燕山期花岗岩，主要分布在k 1 5 + 2 4 0 k 3 2 + 2 8 0 和k 5 0 + 2 0 0 - - 一 k 6 6 + 7 0 0 。 2 1 2 沿线地貌格局由来 三叠纪时期，地球自转加速，由于纬向惯性离心力的作用，在保山地区形 成由东向西的挤压，但在研究区的西侧又受到西藏地块的阻挡，于是形成南北 向的构造带，即滇缅南北构造带。 侏罗纪至白垩纪，造山运动强烈，在地貌上形成雄伟壮观的横断山脉和高 黎贡山山脉等。本公路就位于高黎贡山山脉之西部，山脉走向受地质构造的控 制，以南北向和北东向为主。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 2 1 3 沿线不利的地质条件 一、沿线广泛分布第四系松散堆积物 沿线地质背景十分复杂，各种岩性交替出露，由于当地气候潮湿，温差变 化大，故风化作用强烈。于是，沿线边坡或边坡上部均有松散堆积物覆盖。这 些堆积物多为坡积、残积的粘土、粉质粘土，密度、均匀性差，土体松散易于 进水，易于在雨季沿土石界面向临空方向滑动。 二、花岗岩风化层 沿线花岗岩分布也较广，花岗岩风化壳也广泛发育；花岗岩由于各种矿物 的热力学特性不一致，导致风化的速度不一样，其全风化产物如砂土状，稳定 性差。此外，花岗岩岩体内的风化不均，常呈球状风化，基本上是由多层残积 土包裹坚硬的球状残核，在雨季中常产生硬核逐层向坡下的滑动。 三、泥岩、页岩风化层 沿线石炭系泥岩、页岩分布也较广，其风化产物多为易滑地层，特别是炭 质页岩地段，边坡稳定性差。 2 1 4 地形不利地段 一、沿线多为平原微丘区、中低山重丘区等，严格来说，地形条件不是太 差，但局部由于多种原因地形条件不利。 二、沿线边坡设计情况如下：全风化岩石地段和土质边坡通常常见l ：0 5 1 ：0 7 5 ，弱风化软质岩石地段边坡，也通常采用1 ：0 5 l ：0 7 5 。根据设计经 验，人工边坡设计偏陡，不利于边坡的稳定性。 2 1 5 气象与水文 腾冲处于北亚热带气候区，光照丰富，雨量充沛，年温差小、日温差大， 干、雨季分明，气候宜人，具有明显的高原山地季风气候特点。据腾冲气象站 资料，年平均气温1 4 8 。c ，历年3 , - , 1 1 月平均气温在1 4 以上，其中5 - - - 9 月 高于2 0 ，极端最高气温4 0 4 。c ；1 2 月至翌年2 月月平均气温较低，但亦在7 1 0 间，极端最低气温4 2 ( 1 9 6 4 年1 月3 1 日) 。 本区降雨受孟加拉湾暖湿气流控制，每年5 1 0 月为雨季，1 1 月至次年4 月为旱季。腾冲地区年平均降雨量1 3 5 0 - 1 5 0 0 衄，最大2 3 0 0 衄，8 0 以上集中 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 在雨季；雨季月平均降雨量1 2 0 - - 2 6 0 咖，山区可达到1 0 8 8 衄，最大一日降雨 量1 0 0 8 咖。 该区域年均水面蒸发量一般在1 2 0 0 - - - - 1 8 0 0 衄，相对湿度8 0 左右。年日照 在2 2 0 0 h 以上，冬季有霜冻，一般霜日7 0 , - - - 9 0 天。盛行西南风，唯8 - 9 月多 有北风，一般风速1 6 - - 3 5 m s ，瞬时最大风速2 8m s 。 2 2 沿线边坡地质病害分布及发育现况 2 2 1 沿线边坡统计及分类 腾密公路沿线边坡总计6 6 处。根据对沿线边坡的调查，并结合岩体的软硬 及风化程度对沿线边坡进行分类。边坡类型主要分为： 一、软岩全强风化边坡 该类边坡主要出露在诸如泥质砂岩、泥岩、页岩等软岩全强风化带，如 强风化泥岩边坡( k 2 4 边坡、k 2 5 边坡、k 3 3 边坡) 和强风化炭质页岩边坡( k 7 2 边坡) 。软岩己经基本风化成砂质黏土、粉质黏土或黏砂土，土体中保留或部分 保留了软岩体中原有的层面和节理，但这些结构面往往隐藏于土体之中，在工 程勘察中不易被重视。由于软弱结构面的强度常低于风化土的强度，当其倾向 坡外时，该类边坡常沿这些软弱结构面滑动失稳与边坡大角度相交时、两组结 构面的交线倾向坡外时，常形成楔型破坏。由于强烈风化，该类边坡中的软弱 面不如岩体的明显，在勘察过程中往往被忽略，按均质土体边坡进行勘察，按 土体室内或现场实验所得的物理力学指标进行设计计算，结果使边坡沿隐藏于 其中的软弱面破坏，在小于以均质土考虑的边坡高度内也无法稳定。该类边坡 在腾密二级公路路堑边坡中较为典型，该处岩层以泥岩及泥页岩为主时，由于 地处亚热带，岩层己风化成黏性土体，但保留了软岩原有的层面及其它弱面， 这些弱面倾向线路时，边坡便可能沿这些软弱结构面发生破坏。值得注意的是， 这种类型的边坡中，当边坡岩体风化特别严重时，原岩结构面在边坡岩体的风 化过程中也可能与边坡岩土体较完全的融为一体，此时，边坡便可能以均质粘 性土边坡的圆弧形式破坏。 二、软硬岩相间的全强风化边坡 与软岩全强风化边坡不同，此类边坡岩体风化后，原岩的结构面仍表现 西南交通大学硕士研究生学位论文第1l 页 的较明显，硬岩全风化成碎块状或砾状，但结构面仍清晰可见，风化后的破碎 岩体常沿此结构面破坏。如砂泥页、板岩相间的全强风化边坡，此类边坡岩体 易沿原层面发生破坏，如k 7 1 边坡。特别是，原岩体具有层间错动，而形成张 开裂缝时，水体易沿这些裂缝渗入、流动，加速岩体的风化，并形成泥质充填 物。边坡开挖后，易沿这类结构面发生破坏。 三、硬岩全强风化边坡 硬岩边坡中的构造结构面一般比较发育。边坡岩体全强风化后，边坡中的 这些结构面仍对边坡的稳定起控制作用。这种类型边坡在坚硬岩浆岩全强风化 边坡中尤其常见，如坚硬的花岗岩全强风化边坡( 如k 5 5 和k 5 6 边坡) ，该类边 坡土体一般为浅灰白色、浅黄褐色风化土，原岩结构较完整，矿物间的结晶联 结已完全破坏，但残存一定的结构力，未遇水时土体较硬，表现出土层结构紧 密，颗粒相嵌，含水量小，呈坚硬土状态，但手掰或锤轻击可破碎。其中黑云 母己风化为铁锈色细片状，易被雨水冲刷淋失，部分长石未完全风化，石英碎 裂为砂。该类土的黏结性较差，含较多未风化完全的角砾，可定名为砾土或砾 质砂土。该类土中保留了原岩中的结构面，如岩脉、岩墙接触面、原生节理及 浅表生结构面如卸荷裂隙、风化裂隙、次生夹泥等。该类边坡易产生沿软弱结 构面的平面滑动及崩岗等形式的破坏，另外，该类边坡土体内摩擦角较大而黏 聚力又特别小，也是其容易产生平面滑动的一个原因副。 2 2 2 沿线边坡主要病害类型及治理现状 一、主要病害类型 根据沿线边坡地质调查发现，边坡病害的主要类型有三种： 1 滑坡：主要是土质滑坡和风化岩层滑坡。沿线属于北亚热带气候，降雨 量大，阳光充沛，温差很大，因此，该地区的风化作用特别明显。岩体在这种 条件下容易风化，结构面处风化形成软弱层，为沿结构面滑移提供了物质条件， 有的甚至完全风化，而形成土质边坡，坡体发生圆弧滑动。 2 坍塌：土层、堆积层或风化破碎岩层构成的斜坡，由于土壤中水和裂隙 水的作用，河流冲刷或人工开挖坡陡于岩土体本身强度所能保持的坡度而产生 的逐层坍落现象。 此种病害沿线分布广泛，主要是由于坡体中不规则结构面发育，加之风化 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 程度不一样，风化严重部位出现剥落，而造成坡面空洞，使得其它岩土体下部 失去支撑，为再次坍塌创造了条件。 3 开裂变形及坡面冲刷：开裂变形是由于坡体向下蠕滑而产生裂缝，在雨 水的灌入下，进一步加速岩土的风化，降低坡体的稳定性，最终也会发展成坍 塌或滑坡。 坡面冲刷是指坡面表层土体在降雨及其形成的坡面流作用下破坏流失的现 象。花岗岩等风化物在干燥的情况下，自身稳定性较好；但在雨水的浸泡下， 粘聚力迅速降低，其组成物质及粒度成分的特殊性，抗冲蚀性弱，再加上路堑 的开挖破坏了坡面的均衡，因此在不利的降雨条件下往往形成严重的坡面冲刷。 二、治理现状 出于节省投资的角度，当初设计时对开挖形成的边坡基本不做处理，想通 过其自稳来节省投资的目的。但由于当地的特殊气候条件和地质环境，边坡很 难达到自稳。在雨季的冲刷、浸泡下，边坡发生变形破坏，才采取临时的应急 坡面防护措施。 从现场情况看，边坡开挖完成后，基本上没有进行加固处理，虽然少数边 坡进行了临时坡面防护，但不能从根本上稳定边坡，边坡稳定性差，故今后的 边坡加固与支护工程量较大。 2 2 3 沿线边坡的中长期稳定性 公路开挖后形成较陡的人工边坡，在坡体内必定形成应力松弛圈，该圈范 围的岩体则很容易变形或破坏，这是边坡灾害产生的必要条件之一。 沿线边坡的地质条件均较差，主要为第四系松散堆积层或泥岩、页岩、花 岗岩的风化层，岩体破碎，且易变形或坍塌，这是边坡产生的又一必要条件。 该地区为丰水区，雨季降雨量大，容易诱发边坡失稳，这是边坡灾害产生 的充分条件。 综上所述，我认为：全线边坡在尚未支护的状况下，大多数边坡是不能稳 定的，随着雨季的到来，坡面岩体的快速风化，各种各样的边坡灾害将陆续产 生。 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 2 2 4 急需整治的工点和仍需整治的工点 一、急需整治的工点 急需整治的工点7 个，为k 2 4 + 5 8 0 一- - k 2 4 + 6 3 0 左边坡，k 2 5 + 2 7 5 k 2 5 + 3 4 5 左边坡，k 2 5 + 3 0 0 k 2 5 + 4 5 0 右边坡，k 3 3 + 2 6 0 k 3 3 + 6 5 0 左边坡，k 5 5 + 9 6 0 k 5 6 + 2 1 0 右边坡，k 5 6 + 5 3 0 k 5 6 + 6 7 0 右边坡，k 7 2 + 3 0 0 一- - + 8 0 0 右边坡。主要是 因其现状是不稳定的，发展趋势会越来越严重，其危害将危及公路的正常施工 和行车安全，故急需整治。 二、仍需整治的工点 除了前述的7 个急需整治工点外，仍有一大批工点需要分期分批整治。满 足以下条件之一的边坡均需整治： 1 k 7 1 + 1 0 0 滑坡，虽然此段已改线，线路外移，但滑坡尚还整治，也未稳 定下来，滑坡今后进一步位移，仍会威胁公路的安全。 2 目前不少边坡已出现小型坍塌或变形开裂等问题，目前破坏的规模尚不 够大，故未列入急需整治的工点，但这些边坡的确是不稳定的，今后还有继续 恶化的趋势。 3 少数边坡坍塌已做清方处理，个别滑坡已做刷方减载处理，这些处理均 是临时性措施，难以保证边坡的中长期稳定性。 4 目前还有部分边坡的灾害尚未安全暴露出来，由于人工边坡坡度较陡， 雨季后还会出现坍塌和变形病害。 2 3 典型高边坡工程概况 本文选择沿线具有代表性的k 5 5 花岗岩高边坡和k 7 2 炭质页岩高边坡进行 分析研究。 2 3 1k 5 5 花岗岩高边坡 一、概述 云南腾密二级公路k 5 5 + 9 2 0 - - k 5 6 + 2 0 0 段属中低山地貌，平均海拔高度为 1 7 3 0 m ，边坡两侧各发育一条自然冲沟。公路在斜坡坡脚以路堑的形式通过，形 成高约7 0 m 的人工边坡，一级边坡坡率1 ：0 5 ，高8 m ，二级及以上边坡坡率为 1 ：o 7 5 ，坡项自然斜坡坡度较缓，坡度约为2 0 。，山坡植被发育。为了方便 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 施工，从坡体右侧坡脚处往上修建了一条旌工便道。 雨季，强风化层中球状风化的花岗岩向临空面的位移明显，局部出现滑坍 人工边坡滑坍堵塞公路及路边河道，并在后缘形成一条长约4 5 m ，最大缝宽2 m 错台高度为2 5 m 的直线型主裂缝以及数条次级裂缝。 图2 - 1 边坡全貌图2 - 2 坡面大孤石 二、地层岩性 经钻孔揭露，坡体岩土体分布自上而下依次为： 1 粉质粘土( 0 4 d j + e 1 ) ：红褐色 及黄褐色，夹少量花岗岩石英及 斜长石风化颗粒，可塑状，厚度 约1 2 m ： 2 全风化花岗岩( y5 ) ：灰白 色，呈砂土状，松散一中密，原 岩结构可见，粘土含量高，厚度 约4 m ，属松散土体； 3 强风化花岗岩( y5 ) ：呈碎图2 - 3 边坡典型断面图 块状，岩质较软，裂隙发育，隙面粗糙，粘土含量较高，厚度约i 5 m ，属破碎 岩体； 4 中弱风化花岗岩( y5 ) ：岩石呈块状，坚硬，节理裂隙发育，铁锰质渲 染，粗糙不平，张开性较差，部分裂隙面风化较强，属相对完整岩体。 三、地质构造 此段公路远离区域性地质构造带及断裂构造带，边坡的倾向为2 0 6 。，花 嚣 瓣弋违。：=。=：=。、 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 岗岩全风化及强风化层中不规则节理发育，其中4 组节理最为发育： 2 1 5 。么 7 5 。，2 0 4 。l 3 0 。，2 7 1 。z 6 9 。， 3 4 7 。z 8 1 。 四、水文地质条件 自然边坡两侧分布有自然冲沟，雨季部分水流沿冲沟流入公路侧沟，再排 入左侧河流；边坡变形之后形成汇水的负地形，同时坡面裂缝发育，有利于地 表水的下渗。地下水主要赋存于花岗岩全一强风化层中以及基岩裂隙中，第四系 残坡积土层易受降水补给，赋存孔隙水，含水性及持水性较好，雨季水量较丰 富。花岗岩全一强风化层裂隙发育，容易接受降水及第四系残坡积土层地下水的 补给，雨季富水性较好，地下水对混凝土无腐蚀性。 五、边坡岩土体物理力学参数 根据地质钻探取样后进行室内试验、现场原位测试及结合邻近区域岩体物 理力学参数取值见表2 - 1 ，其中数据分别为天然状态和饱水状态值。 表2 - 1 岩土体物理力学参数表 重度 弹性模量内聚力内摩擦角 岩层类别泊松比 ( k n m 3 )( i p a )( k o a ) ( 。) 坡残积 2 1 o 2 2 16 0 7 8o 3 02 0 1 6 1 9 1 6 强风化花岗岩 2 3 5 2 4 45 1 e 20 2 83 2 2 73 0 2 6 弱风化花岗岩 2 5 5 2 6 o2 6 e 3o 2 28 0 7 64 5 4 2 2 3 2k 7 2 炭质页岩高边坡 一、概述 该边坡位于云南腾密公路k 7 2 + 4 2 5 + 8 7 0 右侧，边坡段所处地形为中低山 深切地貌，人工边坡高达5 0 m ，多次坍塌变形后坡面凹凸不平，坡率1 ：o 4 - - - , 1 - 0 7 5 ，堑项以上斜坡坡度较缓，约1 ：1 5 ，坡高6 - - l o m ，边坡平台宽度约3 m 。其 中k 7 2 + 4 3 0 + 6 1 0 段边坡为五级边坡，k 7 2 + 6 1 0 + 6 4 5 段边坡为四级边坡， k 7 2 + 6 4 5 + 8 5 0 段边坡为六级边坡。 雨季，强风化层中炭质页岩以及边坡上部的坡洪积层多处坍塌，坡洪积层 中的大块石向l 临空面的位移明显，个别地段坍塌，大块石砸坏坡面，阻塞公路。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 图2 - 4 未坍塌坡段坡面图图2 _ 5 坍塌坡段坡面图 二、地层岩性 经钻孔揭露，坡体岩土体分布自上而下依次为： 1 碎石土( q 4 “) ：颜 色以红色为主，间夹黄色