第１９卷 第４期 安全与环境工程 Ｖｏ１．１９ Ｎｏ．４ ２０１ ２年 ７月 Ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｊｕ１． ２０１２ 深水河大桥桥墩边坡稳定性分析 李 才，张 行，黎艺明，余宏明 （中国地质大学工程学院，武汉４３００７４） 摘 要：深水河大桥桥墩边坡地处广乐高速深水河大桥段，其稳定性直接关系着桥墩桩基工程能否顺利施工和整 段广乐高速的工程进度。本文采用定性分析和定量计算的方法对深水河大桥桥墩边坡稳定性进行了分析，定性分 析主要是通过赤平投影法作图初步分析边坡局部可能出现的组合滑面破坏模式，再取典型的楔形体进行破坏模式 分析，定量计算主要是采用Ｂｉｓｈｏｐ法分别计算该边坡在不同工况下的稳定系数，从而对该边坡的整体稳定性进行 评价，以便提出相应的治理措施。 关键词：边坡；稳定性分析；赤平投影法；楔形体；破坏模式；稳定系数 中图分类号：Ｘ９４７；ＴＵ４５７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１—１５５６（２０１２）０４—０１３７—０４ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｐｉｅｒ Ｓｌｏｐｅ ｏｆ Ｓｈｅｎｓｈｕｉ Ｒｉｖｅｒ Ｂｒｉｄｇｅ ＬＩ Ｃａｉ，ＺＨＡＮＧ Ｈａｎｇ，ＬＩ Ｙｉ—ｍｉｎｇ，ＹＵ Ｈｏｎｇ—ｍｉｎｇ （Ｆａｃｕｌｔｙ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｗｕｈａｎ ４３００７４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｈｅｎｓｈｕｉ Ｒｉｖｅｒ Ｂｒｉｄｇｅ ｓｌｏｐｅ ｉｓ ｌｏｃａｔｅｄ ｉｎ Ｓｈｅｎｓｈｕｉ Ｒｉｖｅｒ Ｂｒｉｄｇｅ ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ Ｇｕａｎｇ－Ｌｅ Ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ． Ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｌｏｐｅ ｉｓ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｗｈｅｔｈｅｒ ｔｈｅ ｐｉｅｒ ｐｉｌｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｊ ｅｃｔ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ Ｇｕａｎｇ—Ｌｅ Ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ ｗｉｌｌ ｂｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ ｏｒ ｎｏｔ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｐｐｌｉｅｓ ｑｕａｌｉｔａｔｉｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｔｏ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｉｔｓ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ． Ｑｕａｌｉｔａｔｉｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｐｒｉｍａｒｉｌｙ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｐｏｓｓｉｂｌｅ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｍｏｄｅ ｏｆ ｓｌｏｐｅ ｓｌｉｄｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｍａｉｎｌｙ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｓｔｅｒｅｏｇｒａｐｈｉｃ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ｔａｋｅｓ ｔｈｅ ｔｙｐｉｃａｌ ｗｅｄｇｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｍｏｄｅ．Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｕｓｅｓ Ｂｉｓｈｏｐ ｍｅｔｈｏｄ ｔＯ ｖｅｒｉｆｙ ｔｈｅ ｓｌｏｐｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｕｎ— ｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ａｎｄ ｏｆｆｅｒｓ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｌｏｐｅ；ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎａｌｙｓｉｓ；ｓｔｅｒｅｏｇｒａｐｈｉｃ ｐｒｏｊ ｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ；ｗｅｄｇｅ；ｆａｉｌｕｒｅ ｍｏｄｅ；ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｃｏｅｆｆｉ— Ｃｉｅｎｔ ０ 引 言 １深水河大桥桥墩边坡影响因素分析 深水河大桥桥墩边坡位于广东省乐昌市梅花镇 １．１工程概况 大坪村老屋场境内，约呈１０５。方向展布，实测最大 深水河大桥桥墩边坡为一中小型人工边坡，边 坡高为２２ ｍ，坡长为４５ ｍ，切坡面积为７２０ ｍ ，为 坡前缘为在建广乐高速深水河大桥桥墩桩基及其施 一中小型人工岩质逆向坡。该边坡主要是由于开挖 工平台。 深水河大桥桥墩的施工便道及桩基承台而形成，在 该边坡区地层岩性主要为寒武系八村群（∈ｂｃ） 承台开挖过程中坡体发生了较大变形，造成施工几 浅变质砂岩夹板岩，覆盖层较发育，基岩露头较好。 度中断，工期延误，也对机械设备和施工人员的安全 岩体表层风化裂隙发育，下部节理裂隙发育，岩性较 构成了威胁。因此，对深水河大桥桥墩边坡进行局 破碎，主要发育３组节理裂隙，表现为岩体上部稳定 部和整体稳定性分析研究具有重要的现实意义。 性较差、下部较稳定。该区构造裂隙、风化裂隙和卸 荷裂隙将岩体切割成块状，对边坡施工影响较大。 收稿日期：２０１１一Ｏ７—２９ 修回日期：２０１１—０８—１８ 作者简介：李才（１９８８一），男，硕士研究生，主要研究方向为地质灾害治理。Ｅ—ｍａｉｌ：ｌｅｅｃａｉ２００７＠ｙａｈｏｏ．ｃｒ１． １３８ 安全与环境工程 第ｌ９卷 该边坡的剖面图见图１。 ９０ ８５ ８０ ７５ ７０ 驰 ６５恒 ６０ ５５ ５０ ４５ 图１ 深水河大桥桥墩边坡剖面图（ＺＫ２８＋９９５．６左 ２．４５ ｍ（Ａ Ａ断面）） Ｆｉｇ．１ Ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｉｅｒ ｓｌｏｐｅ ｉｎ Ｓｈｅｎｓｈｕｉ Ｒｉｖｅｒ Ｂｒｉｄｇｅ １．２边坡影响因素分析 １．２．１ 地形地貌因素 地形的切割深度、斜坡的高度和坡度是影响斜 坡稳定性的重要因素。深水河大桥边坡位于深水河 畔，河流下切，坡体遭到切割，坡脚受冲刷侵蚀，故该 边坡有一定的临空面，而且坡面倾角为６７。，加大了 边坡的破坏。 １．２．２ 地层岩性 区内崩滑体局部发育，主要集中在节理裂隙发 育强烈区域，岩石主要为浅变质的粉砂岩夹板岩，加 之由于部分地段边坡坡度较陡，且岩石风化强烈，开 挖后卸荷裂隙明显发育，存在小规模坡体崩塌现象， 同时节理发育，岩体较破碎，其稳定性较差。 １．２．３ 其他因素 边坡开挖使原来的斜坡应力状态发生改变，加 剧了岩体破碎程度，而且开挖面岩块由于失去支撑， 在施工扰动和降雨等触发因素下，掉块严重，严重影 响了桥墩桩基和承台的正常施工。 ２ 深水河大桥桥墩边坡稳定性分析 ２．１ 边坡局部稳定性分析 ２．１．１ 赤平投影分析 岩质边坡的破坏模式取决于边坡岩体中的节理 裂隙、层面与坡面的相互组合关系，坡体结构类型不 同，其可能的破坏模式也不尽相同。 该边坡岩体上部风化裂隙发育，下部节理裂隙 发育且岩石较破碎，主要发育３组节理裂隙，其特征 见表１。 表１ 边坡节理裂隙发育特征 Ｔａｂｌｅ １ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｃｈａｒａｃｔｅｒｓ ｏｆ ｆｒａｃｔｕｒｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｌｏｐｅ 该边坡的地层产状为１４５。 ６５。，岩层坡向与岩 层产状相反，其赤平投影图见图２ｌ】］。 由图２可以看出：岩层面位于坡体外侧且与边 坡倾向相反，Ｊ 一Ｃ、Ｊ 一Ｃ、Ｊ３－Ｃ的交线均向坡内倾斜， Ｊ 一Ｊ 、Ｊ ２－Ｊ。、Ｊ 一Ｊ。的交线与边坡投影弧在同侧；结构 面之间的交线倾向与边坡倾向相同，交线倾角分别 为５８。、３２。、４８。，均小于边坡坡角，其中Ｊ Ｊ 、Ｊ 一Ｊ。 的交线倾角位于摩擦圆（摩擦角为３５。）之内，易导 致不同规模的楔形体掉块、滑塌。由此可见，边坡岩 体在节理与层面四组结构面相互切割作用下易形成 不同规模的块体，层面与节理面之间的组合构成岩 体产生较大滑动的边界条件，使得坡体不仅会发生 局部剥落与掉块现象，甚至有沿着不规则切割面产 生楔形体滑塌的可能。因此，及时治理势在必行。 Ｎ Ｊ Ｗ Ｅ Ｓ 图２ 深水河大桥桥墩边坡赤平投影图（上半球） Ｆｉｇ．２ Ｓｔｅｒｅｏｇｒａｐｈｉｃ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ（ｕｐｐｅｒ ｈｅｍｉｓｐｈｅｒｅ） ｏｆ ｔｈｅ ｐｉｅｒ ｓｌｏｐｅ ２．１．２楔形体分析 楔形体破坏是岩质边坡中常见的一种破坏形式， 属于局部破坏。发生楔形体破坏的边坡岩体条件是： 楔形体由结构面组合而成，结构面的交线指向坡外，其 １４４ 位移量／ｍｍ ０ ５ ｌＯ 旨＼ Ｏ ２ ４ ６ ８ Ｏ ２ 安全与环境工程 第１９卷 大，但随着基坑开挖的进行， 值的变化是导致位移 ２Ｏ １ ５ 量变化的关键参数。 ４ ６ 算位移 测位移 ３ 结 论 （１）基于ＭＡＴＩ ＡＢ（Ｒ２００７ａ）模糊工具箱中的 自适应神经模糊推理系统（即ＡＮＦＩＳ模型）来对基 坑岩土体力学参数进行反演分析具有自适应、自学 习等特性，较之其他位移反分析模型更能适应基坑 工程的动态变化，在建立的实测位移与岩土体力学 参数之间的映射关系中，采用位移值作为自变量，而 把岩土体力学参数作为因变量，这种映射关系的建 立与其他模型相比具有方便、快速等特点。 图８ ＴｗＹ４工况３下实测位移与计算位移对比曲线 Ｆｉｇ．８ ＴＷＹ４ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓ ｉｎ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ３ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓ （２）通过位移反分析计算的岩土力学参数值是 符合实际的，其精度达到要求，且方法可行、优越性 明显。 通过对反演参数的计算位移与实测位移进行详 细对比可见，无论在最大位移发生的位置还是最大 位移量方面都比较接近，表明采用基于ＭＡＴＩ ＡＢ 参考文献： ［１］冯夏庭，张治强，杨成祥，等．位移反分析的进化神经网络方法研 究ＥＪ］．岩石力学与工程学报，１９９９，１８（５）：５２９ ５３３． Ｅ２］杨志法，熊顺成，王存玉，等．关于位移反分析的某些考虑［Ｊ］。岩 石力学与工程学报，１９９４，１ ３（３）：２１０ ２２８． 的ＡＮＦＩＳ模型来进行基坑岩土体力学参数的位移 反分析是可行、有效的。 由于本研究分别对同一土层在不同的工况下进 Ｅ３］楼顺天，胡昌华．基于ＭＡＴ１ ＡＢ的系统分析与没计统［Ｍ］．西安：西安电子科技大学出版社，２００１． 一模糊系 行了参数反演，其反演结果表明：同种土层岩土体的 内聚力ｃ和内摩擦角 在基坑开挖过程中变化不 ； 盎 石＼ ； ￡ 蛤Ｅ４］林志繁．深基坑工程分步开挖变形监测反分析研究［Ｄ］．广州：广 东工、Ｉ 大学，硕士学位涂文。２００６． 分 ＼２ 蛉 ＼ ； 、 、！ 坩 蛉蛉、１ 蛉 ；ｉ （上接第１４０页） （１）坡面清方。在保持原有地形坡度的情况 下，清除边坡表面风化、松动破碎的岩石。 （２）肋梁。将各锚固点固定。 不同的工况下，深水河大桥桥墩边坡处于不同的状 态，即该边坡在天然状态下处于稳定状态，但表面有 楔形体破坏；当在暴雨和地震作用下，整体滑动的可 能性较大。 （３）深水河大桥桥墩边坡采用赤平投影法分析 表明该边坡局部以两种楔形体破坏为主，对此可采 （３）预应力锚索。预应力锚索具有可提供大吨位 的主动力，且工程布置灵活、经济、施工方便等优点，因此 可在深水河大桥边坡治理和加固中大量使用。 （４）监测。其主要任务是通过监测，预报边坡 的变形发展趋势，防止和避免边坡突发性地质灾害 的发生，保证边坡在自然状态、建筑加载和施工扰动 下，不会发生局部或整体的滑移变形。 用坡面清方＋肋梁＋预应力锚索＋监测的工程措施 进行治理。 参考文献： Ｅｌｉ张倬元．工程地质分析原理［Ｍ］．北京：北京地质出版社，１９９４． ［２］张发明．多尺度三维地质结构几何模拟与工程应用［Ｍ］．北京：科 ４ 结 论 （１）本文分别采用赤平投影法和Ｂｉｓｈｏｐ法分 析计算和验证了深水河大桥桥墩边坡的稳定性，为 学出版社，２００７． ［３］张希黔，周敬，葛勇，等．基于数值计算的楔形体稳定性分析方法 研究ＥＪ］．公路交通科技，２０１０，２７（１１）：１—７． ［４］张鲁渝，郑颖人．简化Ｂｉｓｈｏｐ法的扩展及其在非圆弧滑面中的 应用［Ｊ］．岩土力学，２００４，２５（６）：９２７ ９３０． 该边坡的治理提供了相应的依据。 （２）采用Ｂｉｓｈｏｐ法进行稳定性分析和计算，在 Ｅ５］王勇，张志强，张红利．贵州三凯高速公路地质灾害概况与对策 ｒ－『＿．岩石力学与工程学报，２００５．２４（２）：５ ３２３ ５ ３３０．
