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路基工程地势定力的灾难鉴别

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作者:王威赵亚杰李家春单位:天津城建设计院有限公司中建八局第二建设有限公司长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室

路基和地基的岩土材料

不同成因的岩土体具有不同的工程地质性质,如:硬质岩石在颗粒之间有着强力的连结,这种连结是由于相邻矿物颗粒上的原子或离子互相吸引,有如晶体内相邻部分之间的连结那样牢固,这种连结关系称为“结晶连结”或“硬连结”,因此,硬质岩石具有高的力学强度和抗水性。对于极软岩石,往往具有某些特殊性质,如可被压缩(泥灰岩,页岩等),具软化性(粘土岩),以及可溶性(盐岩、石膏等)。这类岩石不仅强度低,而且抗水性也低,在水的长期作用下,这类岩石内部的连结力就会降低甚至失去。因此,在研究路基工程地质结构时,首先需要确定岩土的成因类型,从而预测可能出现的工程地质问题、提出改良方案,为灾害防治提供必要的依据。

地表及地下水。每当雨季,崩塌和滑坡等地质灾害频繁发生,很多地质灾害都发生在地下水比较丰富的地带。地下水能够造成软化岩土,降低岩土体的强度,破坏岩土体的稳定性;地表水冲刷河岸,造成河岸高陡,冲刷路基坡脚,带走边坡下部物质,产生临空面,从而导致地质灾害的发生。

降雨。根据调查资料,地质灾害多发生在一次较大规模暴雨或者连续降雨之后。据资料分析,大多数滑坡都发生在雨势高峰期后的4小时之内,只有约10%的滑坡发生在16小时以后,通过大量的滑坡事件统计发现,约70mm/h的降雨强度是引起滑坡的临界值。雨水的入渗,除起冲刷作用外,也加速了岩土体裂缝的发展,破坏了岩土体的稳定性。此外,降雨加剧润滑作用,促进危岩体失稳。

地震。许多大型崩塌和滑坡的发生与地震密切相关。强烈的地震作用在边坡上,当坡体上的危岩体处于或接近极限平衡状态时,地震产生的震惯性力和由此引起的孔隙超静水压力迅速增大和累积效应,会激发危岩体骤然失稳,形成规模较大的崩塌。同时,地震也会使滑动面的抗剪强度降低,是造成滑坡破坏最重要的因素之一。

人类工程活动。随着我国经济和交通事业的快速发展,许多不合理的人类活动已成为边坡失稳的重要因素。如开挖坡脚,地下采空、水库蓄水、泄水等改变坡体原始平衡状态的人类活动,都会引发地质灾害。此外,开山的爆破作用,可使边坡的岩、土体受振动而引发地质灾害;在山坡上乱砍滥伐,使坡体失去保护,致使雨水等水体的入渗从而引发地质灾害等等。

路基工程地质结构分析原理与灾害识别

1路基工程地质结构分析原理

路基工程地质结构包括几何形态、内部结构面、岩土工程性质三部分构成的系统。路基工程地质结构决定了破坏方式、破坏规模,也是病害治理措施选择的主要依据。这一原理主要是从路基地质灾害影响因素中选取内因作为决定性因素,分别为:几何形态、内部结构面、岩土工程性质。三部分有各自的组合关系,同时三要素之间相互影响,相互依存,共同构成了一个整体———路基结构系统。路基的力学性质、变形性质和稳定性均受路基工程地质结构影响。同时,路基系统在其他因素影响下表现出5个效应:水理效应、变形效应、力学效应、温度效应、地震效应,如图1。其中与工程设计关系最密切的有:水理效应、变形效应、力学效应,这些效应的发生是灾害发生的原动力。

2路基工程地质结构与灾害识别

2.1路基工程地质结构

路基工程地质结构是路基范围内岩土体的分布和排列顺序、位置、产状、结构及其与路基外部环境之间的关系,是构成路基地质灾害的基础,如图2。

2.2灾害识别路基工程地质结构

可看作是灾害系统的内部结构。灾害的演化变异表现出不同的过程规律,但在其结构变化特征上却体现了一致性。灾害系统演化变异过程均表征为灾害系统在外部环境作用影响下其内部结构、内部响应状态和灾害系统对外作用(或对外破坏作用)等三方面复杂动态规律。

根据上述对三个要素与灾害的形成关系可知,只要认识清楚路基的结构系统,也就掌握了路基可能的破坏方式和基本形态,即进行了灾害类型识别。

路基工程地质结构就是路基稳定性计算的工程模型,是结构分析计算的依据。通过结构分析,建立路基工程地质结构模型,进一步抽象出力学模型和数学模型,就可进行计算,确定路基破坏的规模。当考虑外部环境影响,如水的影响、地震荷载、人为开挖或堆载,就可计算出路基的变形和破坏稳定性,从而识别灾害发生的可能性大小,如图3。路基工程地质结构作为内因控制着灾害的发生和发展方向,与灾害造成的破坏存在着对应关系。因此,严密监测和分析路基内因的变化动向,从中提取合理的具有代表性的识别指标,为灾害的识别、评价以及防护工程的设计提供依据。

实例分析

以G210K648+815~+915段为例,说明路基工程地质分析原理在灾害识别上的应用。该段线路的路基的几何类型为陡立的路堑边坡,且几乎成垂直状;岩土类型为软质岩石,危岩裸露,该地区降雨及地下水均比较丰富,风化作用严重,岩体在这些次生作用下形成了不同的层理面,岩石裂隙发育。以上分析分别从路基的几何类型、岩体内部结构和岩体工程性质对该线路具体工程状况进行描述,识别出该路段可能出现崩塌灾害,加之之前已有部分岩体崩落,影响交通安全,判断出该路堑边坡仍然会造成规模不同的崩塌,为了减少崩塌灾害带来的不利影响,边坡以SNS主动防护网进行防护,且边坡下部进行削坡,防治效果明显。图4为挂网防护后边坡。因此,在灾害发生前,进行有效的灾害识别可以减少不必要的灾害损失,对公路灾害防治具有重要的实践意义。

结论

(1)通过对路基地质灾害的实地调查研究,分析了路基地质灾害的影响因素,主要有路基几何形态、路基内部结构面、路基和地基的岩土材料、地表及地下水、降雨、地震、人类工程活动等。

(2)将路基工程地质分析原理,应用于路基地质灾害识别,并以实例加以验证,说明其行之有效。

路基工程地势定力的灾难鉴别责任编辑:陈老师    阅读:人次