澜沧江大桥边坡稳定性分析

澜沧江大桥边坡稳定性分析

1大理白族中的推动江顶寺隧道大理-瑞利铁路位于云南省西部。它从东到西经过永平、保山、芦溪等县市，向西经过徐乐江、顺乐河、银江河、汉江、怒江河等大河，向西经过丽江，全长330.8公里。澜沧江大桥位于云南省大理白族自治州永平县与保山市隆阳区交界的澜沧江大峡谷中,前接江顶寺隧道,后接大柱山隧道。大桥孔径为2×24m+334m+1×24m劲性骨架钢筋混凝土拱桥,全长439m,见图1。2项目的地理特征2.1高原山地地貌桥址地处云贵高原西缘的横断山脉南段的滇西纵谷地带。该区山体高耸挺拔,地势险峻,河谷深切,水流湍急,河谷多呈“V”形,为典型的高原构造剥蚀高中山峡谷地貌。大理侧桥台位于澜沧江左岸博南山坡,坡角约50°,瑞丽侧桥台位于澜沧江左岸罗岷山陡崖之上,坡角约60°。2.2qdl+el粉质粘土大桥两侧地层主要受平坡断裂、燕子窝断层控制,地层岩性大理台表层为第四系全新统坡残积(Q4dl+el)粉质粘土,大理拱表层出露基岩。澜沧江河谷为第四系全新统冲积(Q4al)卵石土、漂石。瑞丽台拱附近表层为第四系全新统坡残积(Q4dl+el)粉质粘土,下部为三叠系上统大水塘上段(T3d2)的灰岩、灰岩、白云质灰岩及白云岩。2.3变形交线方向对稳定性的影响受区域地质构造的影响,澜沧江大桥两岸岩体节理发育,节理赤平投影分析见图2、图3。从图2看出,J1和J3形成楔形体在坡面出露,且交线倾向与坡面的倾向比较接近,因此J1和J3形成的楔形体滑动破坏是大理岸岸坡破坏的主要形式,在岸坡谷底也发现了近期崩塌落石的痕迹。从图3看出,J1和J2形成的楔形体在坡面出露,且交线倾向与坡面较一致,该楔形体是瑞丽岸崩塌落石的主要形式。层理与J2也能形成楔形体,但交线倾向对边坡整体稳定性影响较小。此外,该岸存在大致平行坡面的陡倾节理,节理间距大,延伸长,有可能导致大型崩塌落石。3岸壁岩体的稳定分析3.1岩体强度准则边坡在岩体自重及桥梁荷载作用下能否稳定,在很大程度上取决于岩体的强度。由于两岸岩体质量较好,岩体抗压强度较高,因此岩体一般不会因抗压强度不足而破坏,岩体的破坏一般是基底的剪切和壁顶的拉张,在强度分析中,所用强度准则即应与此相应。根据大量研究和工程实践总结,较为合理的岩体强度准则主要是Mohr准则、Griffith准则和Hoek-Brown经验判据,岩体的剪切多采用Mohr强度准则。安全系数K定义为K=sinφ⋅(σ1+σ3+2c⋅ctgφ)σ1−σ3(1)Κ=sinφ⋅(σ1+σ3+2c⋅ctgφ)σ1-σ3(1)强度准则所涉及到的力学参数有岩体拉张强度σt、内聚力c和摩擦角φ。根据室内试验及经验数据取σt=0.2MPa,φ=45°,c=0.8MPa,饱水状态下φ=42°,c=0.4MPa。在强度分析时,蓄水位1240m高程以下取饱水状态下的岩体强度参数。3.2稳定性分析的结果(1)坡面岩体强度通过有限元分析,图4为天然状态下岸坡岩体拉张应力区分布图,根据文献绘制边坡稳定坡角线,即图上两边坡面内侧,与坡面近似平行的两条线。从图4看出,拉应力主要分布在陡坡段的顶部,坡面上其它部位局部存在较小的拉应力,两岸拱座下方陡坡顶部张应力较大,特别是瑞丽岸,拱座下方陡坡顶部最大拉张应力可达0.3MPa,拱座上方陡立岩体张应力约0.1MPa。拉张应力区域主要分布在稳定坡角线外,大理岸稳定坡角线内有小部分区域存在较小的拉张应力(约0.1MPa)。总的来说,天然状态下坡面部分岩体存在拉张应力,坡面岩体存在拉张破坏的可能,可能产生的拉张破坏区主要分布在瑞丽岸拱座下方陡坡顶部。图5为天然状态下岩体剪切强度特征,左侧为大理岸,右侧为瑞丽岸,等值线上的数值表示安全系数。从图5看出,大理岸岩体在天然状态下基本满足强度要求,边坡整体是稳定的,仅拱座下方陡坡底部及谷底存在小部分区域岩体处于塑性区。瑞丽岸岩体强度整体上安全储备不如大理岸,坡面上部分岩体处于塑性区,塑性区位置位于拱座下方,塑性区范围向坡内约10m,但处于稳定坡角线外。现阶段岸坡岩体虽未发生破坏,但随时间的推移,边坡坡面岩体风化,可能造成坡面附近小区域内岩体产生剪切破坏。瑞丽岸边坡拱座下方可能产生局部的岩体破坏。(2)基础底部张应力图6为桥梁荷载作用下岸坡岩体拉张应力区图。从图6看出,与天然状态相比,岸坡岩体拉张应力区分布主要在基础底部有变化,其它区域张应力与天然状态下岩体张应力分布类似。基础底部存在的张应力对基础及基础底部岩体的稳定性影响不大,但可能引起基础外侧岩体的破坏。图7为桥梁荷载作用下两岸岩体强度特征。桥梁荷载作用下墩台基础附近岩体均能满足强度要求,拱座基础岩体强度稍显偏低。大理岸拱座下方及谷底塑性区范围受荷载影响较小,并未因桥梁荷载的作用而扩大,但瑞丽岸拱座下方陡坡底部塑性区范围有一定扩大,但仍在稳定坡角线外。荷载作用对瑞丽岸的影响大于大理岸,桥梁基础整体是稳定的,两岸岸坡整体上也是稳定的,但两岸拱座下方岩体强度稍显不足,应予加固。4拉张破坏区域(1)大理岸岸坡整体基本稳定,但坡面可能发生小型崩塌落石;瑞丽岸坡面也存在小型崩塌落石的可能,拱座后方还可能出现巨型岩体崩塌。(2)在天然状态下,两岸坡面部分岩体存在拉应力,可能产生拉张破坏的区域主要集中在两岸坡面陡坡段的顶部,即两岸拱座下方陡坡顶、瑞丽岸拱座后方陡坡顶。大理岸其它区域岩体满足剪切强度要求,但瑞丽岸拱座下方陡坡底部存在少量塑性区,范围在稳定坡角线外,两岸拱座下方陡坡和谷底岩体强度储备不高。从长期来看,瑞丽岸