【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 1日重慶市武隆縣發(fā)生的山體滑坡造成了 79人死亡 ； 2021 年 5 月 28 日，四川崇州 發(fā)生山體滑坡， 8人死亡。 我國(guó)西南地區(qū)是一個(gè)多山的地區(qū)，在山區(qū)修建高等級(jí)公路，深挖路塹巖質(zhì)邊坡不可避免，隨著建設(shè)工程中所遇到的巖質(zhì)邊坡問題的增多，這些邊坡工程的穩(wěn)定性及其對(duì)周邊環(huán)境的影響已引起了人們的極大關(guān)注。 四川地區(qū) 作為西部大開發(fā)地區(qū) 之一 ， 公路延伸 路段 以高山峽谷 、 陡 峻斜坡地形居多 ， 工區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜 ， 交通資源分布不均勻， 致使交通運(yùn)輸能力受限， 滿足不了近年 經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的需要，嚴(yán)重制約著 四川尤其是 川西 南 地區(qū) 經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。為了改變 這種局面，擴(kuò)大經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)輻射能力，加快經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)與邊遠(yuǎn)貧困山區(qū)的經(jīng)濟(jì)交流，推進(jìn) 邊 遠(yuǎn)山區(qū)的脫貧致富， 四川 省政府決定建設(shè) 西 (昌 )攀 (枝花 )高速公路 ，打通四川出海出省通道 。建設(shè)中的 西攀 高速公路穿 越 地區(qū) 地形地貌復(fù)雜，歷史上曾多次發(fā)生山體滑坡、泥石流等自然災(zāi)害 ； 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第 2 頁 該 公路線長(zhǎng)面廣， 路塹邊坡規(guī)模不一，但種類繁多 ，山區(qū)巖石和土的類型也多種多樣，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育程度迥異 。 已有研究 [3]將邊坡巖體按 結(jié)構(gòu)特征分為四大類 ：塊狀結(jié)構(gòu)類型邊坡、層狀結(jié)構(gòu)類型邊坡、碎裂結(jié)構(gòu)類型邊坡、散體結(jié)構(gòu)類型邊坡。 按 路塹 坡體結(jié)構(gòu)又可粗分為七大類 [4]： 土質(zhì)路塹邊坡、類土質(zhì)路塹邊坡、二元結(jié)構(gòu)路塹邊坡、多元結(jié)構(gòu) (差異風(fēng)化 )路塹邊坡、碎裂結(jié)構(gòu)巖質(zhì)邊坡、巖質(zhì)路塹邊坡、不良地質(zhì) (滑坡、巖堆、錯(cuò)落體、泥石流等 )路塹邊坡 。 其中 碎裂結(jié)構(gòu)巖質(zhì)邊坡的結(jié)構(gòu)巖體主要有三類： 等厚層狀、不等厚層狀、塊狀，其中最常見的是等厚層狀碎裂結(jié)構(gòu)巖體。 長(zhǎng)久以來， 相對(duì)于其它類型邊坡， 巖土 工程 屆對(duì)碎裂巖質(zhì)邊坡的認(rèn)識(shí)很有限，導(dǎo)致對(duì)此類邊坡的設(shè)計(jì)和施工存在較大的盲目性，使得這類邊坡在施工中或 運(yùn)行中 的失穩(wěn)事故時(shí)有發(fā)生。 碎裂巖質(zhì) 路塹高邊坡的施工，是一個(gè)破壞山體原有力學(xué)平衡而又用支擋支護(hù)工程重建力 學(xué)平衡的過程。而 路塹 邊坡的開挖必然導(dǎo)致坡體內(nèi)部應(yīng)力場(chǎng)的重分布，產(chǎn)生變形；對(duì)此必須采取適當(dāng)?shù)墓こ檀胧_保邊坡的變形收斂、整體穩(wěn)定 [5]。但是，鑒于邊坡地質(zhì)情況的復(fù)雜性、施工過程影響因素的不確定性以及對(duì)路塹邊坡的地質(zhì)勘探水準(zhǔn)的限制，對(duì)邊坡的變形穩(wěn)定事先準(zhǔn)確預(yù)測(cè)還存在很大困難。因此，通過 對(duì) 重要邊坡的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，可以為指導(dǎo)設(shè)計(jì)施工提供重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，確保路塹高邊坡安全。另一方面，通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)可以了解邊坡的狀態(tài)改變及發(fā)展趨勢(shì)，以檢驗(yàn)支護(hù)工程效果，為類似工程的設(shè)計(jì)提供參考借鑒。 為了保證高速公路建設(shè)的順 利 進(jìn)行，并為以后類 似的建設(shè)提供一 定的 指導(dǎo)依據(jù)， 西南交通 大學(xué) 公路 工程研究所和 四川省交通廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院 合作，進(jìn)行了 “碎裂巖質(zhì)邊坡支護(hù)技術(shù)及施工工藝” 的課 題研究 [6]， 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)及穩(wěn)定性評(píng)價(jià) 是該研究課 題 的一個(gè)重要的 組 成部分。 本文正是基于這一課題， 對(duì)西攀高速公路 K132 碎裂巖質(zhì)高邊坡施工期現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)進(jìn)行了 設(shè)計(jì) 、分析 和總結(jié) ，并對(duì) 該 邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行了 系統(tǒng) 評(píng)價(jià)。 國(guó)內(nèi)外 應(yīng)用 概況 邊坡處治技術(shù) 及穩(wěn)定性研究 概況 邊坡治理是一項(xiàng)技術(shù)復(fù)雜、施工困難的災(zāi)害防治工程。 在 20 世紀(jì) 50 年代，我國(guó)治理邊坡主要 采用地表排水、清方減載 、填土 反壓、抗滑擋墻及漿 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第 3 頁 砌片 (塊 )石等處治措施，但工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明在很多情況下，上述措施 僅能使邊坡處于暫時(shí)穩(wěn)定狀態(tài)，如果外界條件發(fā)生變化，邊坡仍有可能失穩(wěn)。 20世紀(jì) 60年代 末期，我國(guó)首次在鐵路建設(shè)中使用抗滑樁技術(shù)并獲得成功。由于抗滑樁具有布置靈活、施工簡(jiǎn)單、圬工體積少、承載能力大等多種優(yōu)點(diǎn)， 在工程界得到迅速推廣應(yīng)用，并逐步形成以抗滑樁支擋為主，結(jié)合 地表排水、清方減載 的邊坡綜合處治技術(shù)。 20世紀(jì) 80 年代以來，由于錨固技術(shù)理論研究和鑿巖 機(jī)械突破性的發(fā)展，錨噴防護(hù)技術(shù)、壓力注漿防護(hù)手段及框架錨固結(jié)構(gòu)越來越多地應(yīng)用于高邊 坡處治防護(hù)工程中。錨固技術(shù)是一種邊坡的深層加固處治技術(shù)，能解決邊坡的深層加固及穩(wěn)定性問題，達(dá)到根治邊坡的目的，因而是一種極具廣泛應(yīng)用前景的高邊坡處治技術(shù) [7]。 對(duì)巖質(zhì)邊坡進(jìn)行穩(wěn)定分析的方法是多種多樣的，對(duì)于接近整體結(jié)構(gòu)的巖質(zhì)邊坡，宜使用分析應(yīng)力應(yīng)變特征的有限元和其它非連續(xù)介質(zhì)的方法；對(duì)風(fēng)化、破碎的巖體，則可采用類似土質(zhì) 邊坡穩(wěn)定性分析的極限平衡方法 [8]，這一方法假定滑坡發(fā)生時(shí)，存在著一個(gè)發(fā)生剪切破壞的滑裂面，在這個(gè)滑裂面上，土體處處達(dá)到了極限平衡 ，通過分析土體在破壞那一刻力的平衡來求得問題的解 。 但 在大多數(shù) 情況下，問題是靜不定的，極限平衡方法處理這個(gè)問題的對(duì)策是引入一些簡(jiǎn)化假定，從而使問題變得靜定可解 ， 這種處理 ，使得 方法的嚴(yán)密性受到了傷害。 Sarma 法在巖質(zhì)邊坡極限平衡分析領(lǐng)域具有重要地位，此法采用斜條分法，假定條塊傾斜界面之間也達(dá)到了極限平衡，這樣，靜力平衡方程和未知數(shù)的數(shù)目恰好匹配，也就是說，求解安全系數(shù)可變成靜定的問題。由于巖體內(nèi)通常都存在著一組陡傾 角的結(jié)構(gòu)面，在發(fā)生滑動(dòng)破壞時(shí)，一方面沿底滑面滑動(dòng)，一方面也沿這些陡傾角的結(jié)構(gòu)面錯(cuò)動(dòng)，因此 Sarma 法是一個(gè)分析巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定較為合理的方法。 Hoek 教授對(duì) Sarma 法進(jìn)行了推廣，并親自編寫了 Sarma 程序 (1987)[ 10]。 我國(guó)潘家錚 教授 在對(duì)極限平衡法的理論基礎(chǔ)做出的解釋中指出，滑坡發(fā)生時(shí)，內(nèi)力會(huì)自動(dòng)調(diào)整，以發(fā)揮最大的抗滑能力。因此傳統(tǒng)的極限平衡法中包含的靜不定問題 可以通過引入求解安全系數(shù)的最大值這一約束條件來解決。孫君實(shí) (1984)應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)理論來實(shí)現(xiàn)這一約束條件。潘氏理論同時(shí)指出，真實(shí)地滑裂面又是提供最小的抗滑能力的那個(gè) [8～ 9]。 陳祖煜在深入研究潘家錚“最大最小原理”時(shí)發(fā)現(xiàn)，這一原理實(shí)際上是塑性力學(xué)上、下限定理的另一種表達(dá)方式，并給出了具體的證 明。 對(duì)巖質(zhì)邊坡進(jìn)行穩(wěn)定 性評(píng)價(jià)中， 安全系數(shù)、應(yīng)力、變形的分析是 主 要 的評(píng)價(jià) 方式。目 前國(guó)內(nèi)外進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的主要方法有 [11]： 1) 剛體極限平衡法 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第 4 頁 剛體極限平衡法是半經(jīng)驗(yàn)性的計(jì)算方法，因其有長(zhǎng)期的工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，采用的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和安全系數(shù)相配套，所以目前國(guó)內(nèi)外工程界仍主要沿用該方法作為判斷邊坡巖體穩(wěn)定性的主要手段。但這種方法比較粗略，需要進(jìn)一步發(fā)展完善。 2) 剛體彈簧 元法 [12] 剛體彈簧元法能處理巖體錯(cuò)動(dòng)、斷裂失穩(wěn)時(shí)所反映出的非連續(xù)介質(zhì)的特點(diǎn)。利用剛體彈簧元可直接求出交界面面力的特點(diǎn)，在邊坡分析中， 克服了傳統(tǒng)位移型有限元法單元間的應(yīng)力跳躍缺陷和位移有限元法難以直接求出抗滑安全系數(shù)的缺點(diǎn)，從而使得最危險(xiǎn)滑動(dòng)面的搜索成為可能。國(guó)內(nèi)有多家研究單位在剛體彈簧元的應(yīng)用上做了很多工作，如四川大學(xué)，河海大學(xué)等。但該方法也存在著一定的不足，如位移精度較低；未考慮單元自身變形；不能直接求出單元應(yīng)力張量的全部分量，應(yīng)力張量必須由交界面面力間接求得等。 3) 有限元法 [1317] 近十年以來，有限元法已廣泛應(yīng)用于邊坡的穩(wěn)定性分析之中，積累了大量經(jīng)驗(yàn)，由于有限元法是建立在連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的基礎(chǔ)上，所以能直接求得單元應(yīng)力張量的全 部分量，可直接求得研究范圍內(nèi)邊坡巖體的應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)，通過計(jì)算所得的應(yīng)力場(chǎng)，與剛體極限平衡法結(jié)合，可以計(jì)算邊坡關(guān)鍵部位的點(diǎn)安全系數(shù)或塊安全系數(shù)，真實(shí)反映了地下水等環(huán)境因素作用效應(yīng)和加固處理措施的工程效果等。 4) 可靠度分析 [18] 由于作用荷載、巖體力學(xué)參數(shù)等并非定值，而是服從一定的概型分布，邊坡穩(wěn)定性分析的一個(gè)發(fā)展方向是基于概率統(tǒng)計(jì)的可靠度理論?？煽慷壤頊S是一種迅猛發(fā)展的新方法，自 70 年代應(yīng)用于邊坡工程以來，受到了國(guó)內(nèi)外巖土界的高度重視?？煽慷确治鰞?yōu)于安全系數(shù)定值評(píng)價(jià)，然而對(duì)巖土材料，其最大的困難在于確 定其物理力學(xué)參數(shù)比較困難，此外，可靠度分析是一個(gè)非線性程度很高的課題，遠(yuǎn)比定值分析困難，其中還有很多問題有待深入研究。 道路工程現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)工作的 發(fā)展及 應(yīng)用概況 巖土工程是修建于巖土體上或巖土體中的地質(zhì)工程 。 其物質(zhì)組成，結(jié)構(gòu)以及它們所處的環(huán)境是如此復(fù)雜，以至于單純靠數(shù)學(xué)、力學(xué)方法是很難以工程設(shè)計(jì)要求的精度對(duì)工程巖土體 的變形破壞過程進(jìn)行預(yù)測(cè)的。 可行的方法 是以理論分析和專家經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)， 然后以監(jiān)測(cè)手段逐步對(duì)其修正， 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第 5 頁 以便向更合理、更真實(shí)的實(shí)際情況逼近，達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的發(fā)展是隨著巖土工 程失事造成的巨大損失為人們提供教訓(xùn)后，不斷的尋求解決方法而逐步發(fā)展完善起來的。在此之前，巖土工程主要依靠結(jié)構(gòu)物的可靠度設(shè)計(jì)來保證其安全，但由于 巖土體的復(fù)雜性和 不確定性， 加之 巖土力學(xué)又是一門新的科學(xué)，尚屬半經(jīng)驗(yàn)半理論的性質(zhì)，這就使巖土工程具有很大的風(fēng)險(xiǎn)性。 20世紀(jì) 50年代以來，工程界逐步認(rèn)識(shí)到，巖土工程事故大多是由于基礎(chǔ)失穩(wěn)引起的，對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，及時(shí)得到基礎(chǔ)信息并采取相應(yīng)的防范補(bǔ)救措施，可以預(yù)報(bào)、預(yù)防事故的發(fā)生，減少或防止財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方法逐漸得到重視。 20 世紀(jì) 70 年代以來，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目 的確定，監(jiān)測(cè)儀器的選擇、布置，監(jiān)測(cè)儀器的埋設(shè)技術(shù)，以及觀測(cè)方法和觀測(cè)資料的整理分析等方面的研究工作大大加強(qiáng)。進(jìn)入 20 世紀(jì) 90 年代，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的硬件和軟件迅速發(fā)展，范圍不斷擴(kuò)大，監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，資料分析系統(tǒng)，安全預(yù)報(bào)系統(tǒng)不斷完善，工程設(shè)計(jì)采用新的可靠度設(shè)計(jì)理論方法以來，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)作為必要手段，成為提供設(shè)計(jì)依據(jù)，優(yōu)化設(shè)計(jì)和可靠度評(píng)價(jià)不可缺少的 一部分 [1 20]。 我國(guó)從 20 世紀(jì) 80 年代開始，結(jié)合一些大型工程項(xiàng)目對(duì)工程中存在的問題進(jìn)行研究，提出了一些考慮地質(zhì)條件，巖體性質(zhì)，監(jiān)測(cè)空間和時(shí)間連續(xù)性要求監(jiān)測(cè) 布置原則和方法 [2 2 2 24]，促進(jìn)了監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)和監(jiān)測(cè)方法的發(fā)展。在充分研究了監(jiān)測(cè)儀器的使用效果和經(jīng)驗(yàn)，儀器的種類和技術(shù)性能，質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，確認(rèn)了一批供現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)選用的儀器 [25]，同時(shí)對(duì)這些儀器的技術(shù)指標(biāo)、適用條件、穩(wěn)定性等也有了評(píng)定標(biāo)準(zhǔn) [26]。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)儀器安裝埋設(shè)與觀測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)化、程序化和質(zhì)量控制措施也在逐步的形成和完善之中 [2 28]。由于道路工程發(fā)生破壞時(shí)產(chǎn)生的災(zāi)害性后果和社會(huì)影響相對(duì)于水電站、礦山、橋梁、隧道等其它工程低，且在發(fā)生破壞后可以采取一定程度的補(bǔ)救措施，從而客觀上降低了 人們對(duì)道路工程危險(xiǎn)性的重視程度，影響到現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)在道路工程中的應(yīng)用。現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)工作首先是由于安全監(jiān)測(cè)的需要，在一些大型的礦山和水電工程中得到應(yīng)用，如湖北大冶礦露天采場(chǎng)邊坡作過多點(diǎn)位移計(jì)、測(cè)斜儀 、錨桿應(yīng)力計(jì)等監(jiān)測(cè)，四川二灘電站庫(kù)首滑坡作了變形網(wǎng)、鉆孔 測(cè)斜儀 、滲壓計(jì)、平洞位移、應(yīng)力等監(jiān)測(cè)，湖北三峽工程茅坪溪防護(hù)工程泄水洞進(jìn)口高邊坡作了鉆孔測(cè)斜儀、多點(diǎn)位移計(jì)、測(cè)縫計(jì)、和錨桿應(yīng)力計(jì)等監(jiān)測(cè)，這些工程中現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的成功應(yīng)用和監(jiān)測(cè)取得的成果為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)在其它工程中的應(yīng)用起到了良好的示范推動(dòng)作用。隨后在一些可靠度要求高的工程中，逐漸開展了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的應(yīng)用，如：基坑開挖 [2 31]、地下工程 [3 33]的建設(shè)中等 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第 6 頁 等?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)在道路工程中的應(yīng)用開始于上世紀(jì)末，在橋梁 [3 35]、隧道 [3 33 39]、高邊坡 [ 4 4 4 44]等易發(fā)生安全事故的部位開展了一些現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)工作，如對(duì)橋梁、隧道及邊坡進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)以預(yù)防其發(fā)生失穩(wěn)破壞。其中出現(xiàn)了許多較新的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方法，如在變形監(jiān)測(cè)中控制網(wǎng)的重要性不言而喻，如控制點(diǎn)發(fā)生變化則無法保證監(jiān)測(cè)結(jié)果的正確性，文獻(xiàn) [45]針對(duì)這一情況提出一種在作業(yè)條件困難的情況下以相對(duì)固定點(diǎn)為 已知點(diǎn) ,用后方交會(huì)的方法建立一個(gè)近似于施工坐標(biāo)系的獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)作為變形監(jiān)測(cè)的參考網(wǎng)，為變形區(qū)域較大的地區(qū)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)工作的開展提供了借鑒。 由于起步較晚，加之道路工程自身的復(fù)雜性使得 現(xiàn) 有的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方法仍有許多不足之處。表現(xiàn)為缺少經(jīng)驗(yàn)，面對(duì)現(xiàn)有的眾多的監(jiān)測(cè)方法和監(jiān)測(cè)儀器，無法針對(duì)被監(jiān)測(cè)對(duì)象的具體特點(diǎn)，充分考慮各種有效的監(jiān)測(cè)方案和監(jiān)測(cè)儀器的性能特點(diǎn)，選擇最有效的監(jiān)測(cè)方案和監(jiān)測(cè)儀器，使得在面對(duì)具體工程和結(jié)構(gòu)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)果的代表性低，同時(shí)無法確保監(jiān)測(cè)結(jié)果在時(shí)間上和空間上的連續(xù)性要求，影響現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)在道路工程中的應(yīng)用與發(fā)展?，F(xiàn) 階段，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展對(duì)道路工程的要求不斷提高，使現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)在道路工程中得到應(yīng)用與發(fā)展。同時(shí)也對(duì)道路工程的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)提出了新的要求，這種要求有幾個(gè)方面：一是對(duì)道路工程安全性的要求，隨著新建道路等級(jí)的提高和對(duì)舊有道路的改建，道路沿線的橋梁、隧道、高邊坡、高填方等工程也不斷增加，為確保這些工程施工及運(yùn)行中的安全，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)被廣泛采用。二是對(duì)道路工程路用性的要求，它要求針對(duì)道路工程中的如路基沉降、路面開裂等問題開展科學(xué)研究，提出解決辦法。三是一些新的施工工藝、方法如加筋土擋墻、錨桿、錨索等的應(yīng)用，也迫切需要通過 科學(xué)