百鸟坡隧道进口边坡勘察设计

1、中交第二公路勘察设计研究院有限公司中交第二公路勘察设计研究院有限公司 贵匀公路百鸟坡隧道左线进口边坡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稳定性分析及治理模拟 贵州省贵阳至都匀高速公路第贵州省贵阳至都匀高速公路第合同段合同段 贵匀公路百鸟坡隧道左线进口边坡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中交第二公路勘察设计研究院有限公司 一、工程地质条件一、工程地质条件 贵匀公路百鸟坡隧道左线进口边坡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稳定性分析及治理模拟 二、二、边坡体变形特征及变

2、形原因分析边坡体变形特征及变形原因分析 三、三、 flac3d有限元技术模拟有限元技术模拟 中交第二公路勘察设计研究院有限公司中交第二公路勘察设计研究院有限公司 四、结束语四、结束语 一、一、工程地质条件工程地质条件 中交第二公路勘察设计研究院有限公司中交第二公路勘察设计研究院有限公司 边 坡 概 貌 一 侧 向 左洞进口被埋左洞进口被埋 破坏滑移方向破坏滑移方向 一、一、工程地质条件工程地质条件 中交第二公路勘察设计研究院有限公司中交第二公路勘察设计研究院有限公司 边 坡 概 貌 二 前 缘 被 埋 左洞口被埋左洞口被埋 一、一、工程地质条件工程地质条件 中交第二公路勘察设计研究院有限公司中

3、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、一、工程地质条件工程地质条件 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中交第二公路勘察设计研究院有限公司 一、一、工程地质条件工程地质条件 中交第二公路勘察设计研究院有限公司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 软弱夹层软弱夹层 一、一、工程地质条件工程地质条件 中交第二公路勘察设计研究院有限公司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 软弱夹层软弱夹层 地形地貌地形地貌 边坡位于构造剥蚀侵蚀低中山地貌区，地面标高8831140

4、， 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。 地质构造地质构造 边坡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。 一一、工程地质条件工程地质条件 地层岩性地层岩

5、性 表面覆盖层表面覆盖层 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 。 基岩基岩 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中交第二公路勘察设计研究院有限公司 1 1、边坡体变形特征、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

6、 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

7、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二、边坡体变形特征及变形原因分析 2 2边坡体特征边坡体特征 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，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 3破坏带（面）特征破坏带（面）特征 破坏带（面）：有两层破坏面带。目前已破坏的

8、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 4边坡床特征边坡床特征 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有限公司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二、边坡体变形特征及变形原因分析 5 5坡体变形原因分析坡体变形

9、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。深层潜在破坏形式是内沿软弱夹 层破坏，

10、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二、边坡体变形特征及变形原因分析 对边坡治

11、理方案的定性与定量评判是边坡治理决策的 关键之一，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中交第二公路勘察设计研究院有限公司 三、三、flac3d有限元技术模拟有限元技术模拟 3.1 3.1 计算模型和材料参数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

12、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中交第二公路勘察设计研究院有限公司 三、三、flac3d有限元技术模拟有限元技术模拟 中交第二公路勘察设计研究院有限公司中交第二公路勘察设计研究院有限公司 三、三、fl

13、ac3d有限元技术模拟有限元技术模拟 中交第二公路勘察设计研究院有限公司中交第二公路勘察设计研究院有限公司 三、三、flac3d有限元技术模拟有限元技术模拟 数值模拟网格剖分及岩土分组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中交第二公路勘察设计研究院有限公司 三、三、flac3d有限元技术模拟有限元技术模拟 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 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-

14、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中交第二公路勘察设计研究院有限公司 三、三、flac3d有限元技术模拟有限元技术模拟 类别 天然容重饱和容重黏聚力内摩擦角弹性模量 泊松比 抗拉强 度 (kg/m3)(kg/m3)c/kpa /( )mpat/mpa 表层碎石土230023802420300.3 基岩2400250020003512000.

15、22 软弱夹层0155000.3 钢管桩*2800280030000.2300 抗滑桩*2700270030000.2300 岩土体数值模拟物理力学计算参数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-coulomb模型 中交第二公路勘察设计研究院有限公司中交第二公路勘察设计研究院有限公司 计算结果分析计算结果分析 治理前暴雨工况位治理前暴雨工况位 移等值线图移等值线图 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，

16、 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，将其掩埋 的实际情况吻合。 三、三、flac3d有限元技术模拟有限元技术模拟 中交第二公路勘察设计研究院有限公司中交第二公路勘察设计研究院有限公司 计算结果分析计算结果分析 治理后暴雨工况位移治理后暴雨工况位移 等值线图等值线图 由图分析，按照设计要求在斜坡中

17、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，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、三、flac3d有限元技术模拟有限元技术模拟 (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，