城市危岩边坡破坏和加固机理研究.doc

1、1城市危岩边坡破坏和加固机理研究摘要：危岩是地质灾害的常见形态，岩质边坡稳定性分析是岩土工程的一项重要工作。随着城市建设及土地开发利用，城市岩质边坡在山地城市建设中日益增多。目前对于一些城市岩质边坡的破坏机制认识尚不足，而危岩的分析与治理具有较高的难度， 相关规范对危岩的规定多从治理原则出发，缺乏具体规定。国内的学者对危岩的研究也多从工程出发，一般是具体问题具体分析。本文也着重对城市危岩边坡破坏和加固机理研究进行了探讨与研究。 关键词：危岩边坡 ；破坏与加固；方法 中图分类号：F291.1 文献标识码：A 文章编号： 1引言 随着人口的急速增长和土地资源的过度开发。边坡(边坡失稳、泥石流等)问

2、题受制于土地资源的合理开发利用，保护生态环境以及可持续发展等重大国计民生战略已成为同地震、火山相提并论的全球性三大地质灾害之一，其失稳滑塌严重危及到国家财产和人们的生命安全。但是由于边坡失稳发生的地质条件相当复杂，作用因素多且具有不确定性，使得工程技术人员还不能完全掌握边坡失稳的发生机理。因此，加深对危岩边坡的分析是岩土工程的一项重要工作。 2. 岩质边坡破坏的形成机理 （一）边坡开挖以后，在卸荷作用(即向临空面方向的应力释放)下2处于“原始”三向应力状态的岩体将发生应力分异(重分布和集中)。其结果是沿坡顶及坡面产生张应力集中带，沿坡脚边坡剪切破坏区产生剪应力集中。由于岩体的抗剪强度远大于单位

3、长度的岩体容重，故在自重应力作用下不可能产生沿着岩石“力学破裂面”的剪切破坏。而岩石的抗剪强度大于岩石的抗拉强度，且坡顶、坡面处于地表，再加之风化作用强烈，其抗拉强度更低，所以岩质边坡的失稳除沿岩体结构面产生破坏外，对于无外倾结构面城市岩质边坡，首先是发生在坡顶、坡面的岩石拉断破坏。 （二）边坡开挖形成以后，除了产生顺坡向的坡顶卸荷裂隙以外，还将由于差异卸荷回弹造成水平剪切破裂面。岩体中各组成单元力学性能的差别、应力史的不同以及岩体结构上的差异，都可引起差异卸荷回弹，并在岩体中产生可导致张性破裂的残余应力。 （三）城市岩质边坡在形成与开挖过程中，由于坡脚的岩体被挖除而形成卸荷作用，岩体中应力重

4、新调整分布，从而使坡顶岩体发生向临空面方向的回弹变形及产生近平行于边坡走向的张拉裂隙，即边坡的卸荷裂隙。这种裂隙多呈层状向坡内发育，形成一松弛张裂带或称卸荷带，它使岩体强度降低、渗透性增大、并使各种风化因素更易侵入坡体，使边坡发生更大的破坏概率，从而导致边坡不断出现渐进破坏过程。 3. 岩质边坡加固机制研究 城市岩质边坡工程是一个较复杂的系统工程，然而从目前的边坡工程现状来看，传统的城市岩质边坡工程按照工程地质勘察、边坡支护措施设计、实际施工的顺序完成，往往将各个方面割裂开来分别进行，很3少将整个边坡工程作为一个系统加以综合考虑。把边坡工程当成一个静态问题被动地采取保守的支护，而不是一种事先的

5、行为，不利于有效地利用和调用岩体自身的强度和承载能力。 3.1 机制原理 借鉴复杂围岩稳定性与岩体施工力学方法一一新奥法，提出城市岩质边坡稳定性控制的基本原理。新奥法是“新奥地利隧道工程法”(New Ustrian Tulmelling Method)的简称，缩写为 NA 们 M。按奥地利土木工程学会地下空间委员会的定义，新奥法是一种“在岩质、土砂质中的地下洞室围岩内形成环形支护结构的隧道设计施工的方法” 。 4 危岩边坡加固方法 城市岩质边坡工程施工受到各种自然因素不确定性的影响，是个开放性的系统。要全面而正确地认识各种因素的影响首先要将城市岩质边坡稳定性控制作为一个系统工程来对待，而不能当

6、作是一个简单的边坡支挡结构设计。 抗滑桩：抗滑桩是一种用于处理滑坡或防止边坡下滑的钢筋水泥混凝土结构，是一种较理想的抗滑设施，但投资较大。锚索抗滑桩具有抗滑桩的特点但比抗滑桩能承受更大的土体压力或滑坡推力；桩顶加了锚索后可使埋入土体的桩长大大简短；适用于边坡开挖后土体压力或滑坡推力很大的情况。 预应力锚索：用预应力锚索处理单斜构造岩石边坡，对保证该类边坡的稳定有较好的效果，但难以准确计算被锚固体的下滑力和张拉控制应力。锚索的锚固段应设置在稳定的岩体中，一般用于岩石路段。压浆4锚柱(固结)压浆锚柱(固结) 简单地说就是往地层注入水泥浆(掺加一定量的外加剂)，以改变土(岩) 体物理力学性质(必要时

7、，加一钢筋笼或钢筋束，即锚柱) 从而稳定边坡的一种方法。其施工设备简单，占地面积小，工期短，见效快，加固地层的深度可深可浅，但难以检测注入范围和判断固结状态。 排水固结：排水固结主要用于表层地下水较多处的边坡加固。有树枝状盲沟，塑料排水管等方式。工艺简单，耗用材料少，但遇到有滑层的地方，需配设支档构造物才能达到满意的效果。 注浆加固：注浆加固技术是用液压或气压把能凝固的浆液注入物体的裂缝或孔隙，以改变注浆对象的物理力学性质，从而满足各类土木建筑工程的需要；注浆加固技术的成败与工程问题地质问题注浆材料和压浆技术等直接相关，如果忽略其中的任何一个环节，都可能造成注浆工程的失败。工程问题地质特征是灌

8、浆取得成功的前提，注浆材料和压浆技术是注浆加固技术的关键。 加筋边坡和加筋挡土墙：加筋土是一种在土中加入加筋材料而形成的复合土在土中加入加筋材料可以提高土的强度，增强土体的稳定性。因此，凡在土中加入加筋材料而使整个土工系统的力学性能得到改善和提高的土工加固方法均称为土工加筋技术，形成的结构亦称为加筋土结构和传统支挡结构相比，加筋边坡和加筋挡土墙的特点有：结构新颖、造型美观、技术简单、施工方便、要求较低、节省材料、施工速度快、工期短、造价低廉、效益明显、适应性强、应用广泛等。 锚固技术：岩土锚固是把一种受拉杆件埋入地层中，以提高岩土自5身的强度和自稳能力的一门工程技术由于这种技术大大减轻结构物的

9、自重，节约了工程材料并确保工程的安全和稳定，具有显著的社会效益和经济效益，因而目前在工程中得到极其广泛的应用锚杆在边坡加固中通常与其他支挡结构联合使用，例如以下几种情况：锚杆与钢筋混凝土桩联合使用，构成钢筋混凝土排桩式锚杆挡墙排桩可以是钻孔桩、挖孔桩或预置桩；锚杆可以是预应力或非预应力锚杆，预应力锚杆材料多采用钢绞线(预应力锚索) 四级精轧螺纹钢(预应力锚杆) 锚杆的数量根据边坡的高度及推力荷载可采用桩顶单锚点作法和桩身多锚点作法。锚杆与钢筋混凝土格架联合使用形成钢筋混凝土格架式锚杆挡墙锚杆锚点设在格架节点上，锚杆可以是预应力锚杆(索)或非预应力锚杆(索) 这种支挡结构主要用于高陡岩石边坡或直

10、立岩石切坡，以阻止岩石边坡因卸荷而失稳。锚杆与钢筋混凝土板肋联合使用形成钢筋混凝土板肋式锚杆挡墙，这种结构主要用于直立开挖的，类岩石边坡或土质边坡支护，一般采用自上而下的逆作法施工。锚杆与钢筋混凝土板肋锚定板联合使用形成锚定板挡墙。这种结构主要用于填方形成的直立土质边坡。预应力锚索加固：用高强度低松驰型钢绞线预应力锚索对滑坡体或崩落体施加一定的预应力，提高它们的刚度，使预应力锚索作用范围的岩石相应挤压，滑动面或岩石裂隙面上摩擦力增大，加强它们的自承能力，可有效地限制岩体的部份变形和位移。 5. 结论 城市岩质边坡虽然规模较小，但由于其与周边环境、人类活动联系6密切，会直接影响到城市中建筑主体工

11、程的可行性论证、经济指标和正常使用。目前对于一些城市岩质边坡的破坏机制认识尚不足，一方面过于保守的边坡设计造成工程造价过高，造成不必要的浪费；另一方面边坡经常发生失稳事故，危及生命财产，给国家带来了巨大的损失。因此，须加强研究城市岩质边坡的稳定性及其控制，对边坡工程进行正确的稳定性分析、采取合理的处治措施，把边坡失稳造成的危害降低到最低限度。 参考文献： 1 张倬元, 王士天, 王兰生等. 工程地质分析原理 M . 北京: 地质出版社, 2002. 2 杨宗才, 张俊云, 周德培. 红层泥岩边坡快速风化特性研究J. 岩石力学与工程学报, 2006. 3 胡杰刚, 俞敏, 全洪波 , 等. 桂柳高速公路边坡岩石风化速度的研究J. 水文地质工程地质, 2003,(4).