公路边坡稳定性分级评估方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN200910061714.2

申请日:

2009.04.21

公开号:

CN101538861A

公开日:

2009.09.23

当前法律状态:

驳回

有效性:

无权

法律详情:

发明专利申请公布后的驳回IPC(主分类):E02D 17/20公开日:20090923|||实质审查的生效|||公开

IPC分类号:

E02D17/20

主分类号:

E02D17/20

申请人:

中国科学院武汉岩土力学研究所; 湖北沪蓉西高速公路建设指挥部

发明人:

肖国峰; 张高潮; 陈从新; 路 为; 沈 强; 李宗长; 刘才华; 张家铭; 刘 欢

地址:

430071湖北省武汉市武昌区小洪山

优先权:

专利代理机构:

武汉宇晨专利事务所

代理人:

王敏锋

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内容摘要

本发明公开了一种公路边坡稳定性分级评估方法,其步骤是:第一步:获取参数,首先获取边坡几何特征参数;其次是获取振动作用参数,获取的人工开挖方法与地震烈度两个振动作用参数;第三是获取岩块参数;第四是获取结构面特征参数,获取结构面产状、结构面间距、结构面连通率、充填物磨擦角等;第二步:评价、岩体质量、结构面间距、结构面产状、开挖作用、静水压力评价指标;第三步:划分边坡稳定性等级,依据SSQC值,对边坡稳定性进行稳定性等级划分,SSQC大于15时,边坡稳定性等级划分为I。边坡稳定性的评价全面,方法简捷、可行、易于操作,评价参数相互之间完全独立,有效地削除了由于因素重叠引起的稳定性评估偏差。

权利要求书

1、  一种公路边坡稳定性分级评估方法,其步骤是:
第一步、获取参数:首先获取边坡几何特征参数,包括自然边坡面的倾向和倾角、坡顶裂缝的深度、自然坡的高度、设计开挖坡面的倾向和倾角、开挖高度,自然边坡面的倾向和倾角、坡顶裂缝的深度、自然坡的高度四个参数由现场直接量测,或直接从地形图上量取,设计开挖坡面的倾向和倾角、开挖高度三个参数由设计文件确定;其次是获取振动作用参数,获取的人工开挖方法与地震烈度两个振动作用参数,人工开挖方法参数在所列出的开挖方法选项中直接选择,选项包括自然/手工开挖、气锤开挖、预裂/光面爆破、传统爆破结果-好、传统爆破结果-结构面张开、传统爆破结果-块体脱落、传统爆破结果-岩块破裂、传统爆破结果-岩块粉碎,在设计阶段该参数根据设计进行选择,在施工阶段该参数实现开挖方法进行选择,地震烈度参数提供七个选项,包括I~III、IV、V、VI、VII、IX、X,该参数由设计文件或直接获取;第三是获取岩块参数,获取岩石单轴抗压强度、岩石磨擦系数、岩石重度、风化程度四个岩块参数,岩石单轴抗压强度、岩石磨擦系数、岩石重度、风化程度四个参数都属于公路勘察阶段的必备试验资料和地质资料,通过查阅公路工程勘察报告就能获取;第四是获取结构面特征参数,获取结构面产状、结构面间距、结构面连通率、充填物磨擦角、充填物厚度、水的软化六个结构面特征参数,结构面产状包括倾向与倾角,采用地质罗盘直接量测;结构面间距采用钢卷尺量测,测量记录单位为厘米,边坡岩体的结构面间距分布区域时,取最小结构面间距作为获取值;结构面连通率采用皮卷尺量测,在现场选择一个结构面量测岩桥和开裂结构面长度,计算出开裂结构面长度在总长度中所占的百分比作为获取值;充填物磨擦角有六个选项,分别是无充填-表面风化变色、非软化充填-粗糙、非软化充填-中等、非软化充填-光滑、软化充填-粗糙、软化充填-中等、软化充填-光滑、断层泥、流体材料,现场调查,直接选择相匹配或选项为获取值;充填物厚度有六个选项,分别是无、极薄、薄、中厚、厚、极厚,现场调查,直接选择相匹配或选项为获取值,采用钢卷尺直接量测为获取值,测量记录单位为毫米,水的软化不提供选项,只提供参考值区域,由用户自行选定;
第二步、计算评价指标,计算岩体质量评价指标、结构面间距评价指标、结构面产状评价指标、开挖作用评价指标、静水压力评价指标六个评价指标及边坡稳定性指标SSQC值,首先是计算岩体质量Rp,将岩石单轴抗压强度σt、岩石磨擦系数fi、岩石重度为ρ、开挖坡高h、结构面连通率为(1-k)、充填物磨擦系数fj、充填物厚度x、爆破开挖方法ME、地震作用EI、参数u=2.1十个参数输入以下表达式:
Rp=τmax=σtKe-5uu+σnK2fi(1-e-5u)+σn(1-K)2[(fi-fj)e-x+fj](1-e-5u),(1-K)=(1-k)·ME·EI,σn=ρ·h;其次是结构面产状RIS,将自然地形倾向αn、自然地形倾角βn、开挖地形倾向αc、开挖地形倾角βc、结构面倾向αs、结构面倾角βs六个参数输入以下表达式:
AP=arctan(cos(αns)·tanβs);
当βn<AP<βc时,RIS=-Rp·sin(AP-βn);否则,RIS=0;第三是结构面间距RDS,将自然地形倾向αn、结构面倾向αs、结构面倾角βs、结构面间距DS四个参数输入以下表达式:
AP=arctan(cos(αns)·tanβs);当AP<-45°时,RDS=0.5Rp·(-0.9DS+0.25);否则,RDS=0;第四是开挖卸载作用Rc,将自然坡高hn、开挖坡高h、自然地形倾角βn、开挖地形倾角βc四个参数输入以下表达式:Rc=-0.2h(cosβn-sin(βn)tan(βc))-ρ·hnsin(βn);]]>第五是静水压力作用Rw,静水压力评价指标Rw采用权重方式取值,坡顶无裂缝时,取0.0值;坡顶裂缝深度小于3m时,取-0.5;坡顶裂缝深度在3m~5m之间,取-1.0;坡顶裂缝深度在5m~10m之间时,取-1.5;坡顶裂缝深度大于10m,取-2.0;第六是边坡稳定性指标SSQC,将岩体质量评价指标Rp、结构面产状评价指标RIS、结构面间距评价指标RDS、开挖卸载作用评价指标Rc、静水压力评价指标Rw五个指标输入以下表达式:
SSQC=Rp+RDS+RIS+Rc+Rw
第三步、划分边坡稳定性等级,依据SSQC值,对边坡稳定性进行稳定性等级划分,SSQC小于0.5时,边坡稳定性等级划分为V级,SSQC在0.5~5.0之间,边坡稳定性等级划分为IV级,SSQC在5.0~10.0之间,边坡稳定性等级划分为III级,SSQC在10.0~15.0之间,边坡稳定性等级划分为II级,SSQC大于15时,边坡稳定性等级划分为I。

说明书

公路边坡稳定性分级评估方法
技术领域
本发明属于边坡稳定性评估技术领域,更具体涉及一种公路边坡稳定性分级评估方法,适用于山区高速公路路堑边坡的初步设计、详细设计和施工,利用公路项目的选线阶段、初步勘察阶段和详细勘察阶段,收集常规的和必要的评估参数,基于分级方法实现路堑边坡的稳定性评估,为公路设计和施工提供依据。
背景技术
随着国家经济建设的快速发展,高速公路、铁路等大型基础设施建设的步伐进一步加快,特别是我国的中西部地区。在我国的中西部山区,路堑边坡的稳定性问题是道路建设过程中所面临的最突出问题之一。近年来,边坡失稳事故、隧道坍塌事故不时地出现于报纸和网络媒体中。
在岩石力学与工程研究领域,国外的岩体分级方法主要有RMR分类、Q分类,其应用的技术领域主要是为隧道支护提供技术依据。在国内,建委(1972)、东北工学院(1984)、总参(1984)等均提出了相应的隧道岩体分级方法。在国内众多隧道围岩分级方法的基础上,1995年,建设部发布了《工程岩体分级标准》(GB50218-94),这部标准是为“建立统一的评价工程岩体稳定性分级方法”而颁布的。
以上方法明显地针对隧道工程而建立的方法,虽然《工程岩体分级标准》中将其应用对象扩展到所有的工程岩体。针对公路边坡,国内外均有一些相应的分级方法,但大多数也来源于隧道围岩分级,是其在边坡工程中的扩展。例如,基于RMR分级的扩展或修正分级方法多达几十种。
隧道工程与边坡工程的特点不同,在应力特征、破坏模式、影响因素等方面都存在显著的差异。因此,由隧道围岩质量分级方法扩展而来的边坡稳定性分级方法都或多或少地存在一些缺陷。公路边坡稳定性分级方法可以参照隧道围岩分级方法的一些有益的参数获取手段,但应当建立独立的分级方法。
发明内容
本发明的目的是在于提供了一种公路边坡稳定性分级评估方法,参数获取方法简捷、可行、易于操作,在公路建设的可行性阶段、初步设计阶段、详细设计阶段和施工阶段,设计方、施工方都可以利用该发明来进行边坡稳定性评估,为边坡工程设计、施工过程中的动态设计、边坡加固方案的变更提供技术依据。
为了实现上述目的,本发明采用以下技术措施:
一种公路边坡稳定性分级评估方法,依次包括下列步骤:
第一步:获取参数
1).获取边坡几何特征参数
获取的边坡几何特征的七个参数,包括自然边坡面的倾向和倾角、坡顶裂缝的深度、自然坡的高度、设计开挖坡面的倾向和倾角、开挖高度。自然边坡面的倾向和倾角、坡顶裂缝的深度、自然坡的高度等四个参数由现场直接量测,或直接从地形图上量取,设计开挖坡面的倾向和倾角、开挖高度等三个参数由设计文件确定。
2).获取振动作用参数
获取的人工开挖方法与地震烈度两个振动作用参数。人工开挖方法参数在所列出的开挖方法选项中直接选择,可勾选的选项包括自然/手工开挖、气锤开挖、预裂/光面爆破、传统爆破结果-好(爆破开挖面完整)、传统爆破结果-结构面张开(爆破开挖坡面中结构面有张开现象)、传统爆破结果-块体脱落(爆破开挖坡面有块体松动脱落)、传统爆破结果-岩块破裂(爆破开挖坡面可见较多的岩块破裂现象)、传统爆破结果-岩块粉碎(爆破开挖坡面的岩块完全粉碎),在设计阶段该参数根据设计要求进行选择,在施工阶段该参数根据实现开挖方法进行选择。地震烈度参数也提供七个备选项,包括I~III、IV、V、VI、VII、IX、X,该参数可以由设计文件或相关资料直接获取。
3).获取岩块参数
获取岩石单轴抗压强度、岩石磨擦系数、岩石重度、风化程度等四个岩块参数。岩石单轴抗压强度、岩石磨擦系数、岩石重度、风化程度等四个参数都属于公路勘察阶段的必备试验资料和地质资料,通过查阅相应的公路工程勘察报告就能获取。
4).获取结构面特征参数
获取结构面产状、结构面间距、结构面连通率、充填物磨擦角、充填物厚度、水的软化作用等六个结构面特征参数。结构面产状包括倾向与倾角,采用地质罗盘直接量测;结构面间距采用钢卷尺量测,测量记录单位为厘米,当边坡岩体的结构面间距分布区域较大时,取最小结构面间距作为获取值;结构面连通率采用皮卷尺量测,在现场任意选择一个结构面量测岩桥和开裂结构面长度,计算出开裂结构面长度在总长度中所占的百分比作为获取值;充填物磨擦角有六个备选项,分别是无充填-表面风化变色、非软化充填-粗糙、非软化充填-中等、非软化充填-光滑、软化充填-粗糙、软化充填-中等、软化充填-光滑、断层泥(厚度<起伏差)、断层泥(厚度>起伏差)、流体材料,根据现场调查现象,直接选择相匹配或近似的选项作为获取值;充填物厚度有六个备选项,分别是无、极薄、薄、中厚、厚、极厚,根据现场调查现象,直接选择相匹配或近似的选项作为获取值,可采用钢卷尺直接量测作为获取值,测量记录单位为毫米。水的软化作用不提供备选项,只提供参考值区域,由用户自行选定,也可以不考虑该参数。
在边坡开挖之前进行的稳定性评估,应在所评估的边坡体寻找和选择地质露头进行参数获取,如果无法找到,也可以距所评估的边坡体的100米范围内选择地质露头;在边坡开挖过程中进行的稳定性评估,可以在边坡开挖面直接进行参数获取。
第二步:计算评价指标
计算岩体质量评价指标、结构面间距评价指标、结构面产状评价指标、开挖作用评价指标、静水压力评价指标等六个评价指标及边坡稳定性指标SSQC值。
1).计算岩体质量Rp
将岩石单轴抗压强度σt、岩石磨擦系数fi、岩石重度为ρ、开挖坡高h、结构面连通率为(1-k)、充填物磨擦系数fj、充填物厚度x、爆破开挖方法ME、地震作用EI、参数u=2.1等十个参数输入以下表达式:Rp=τmax=σtKe-5uu+σnK2fi(1-e-5u)+σn(1-K)2[(fi-fj)e-x+fj](1-e-5u)(1-K)=(1-k)·ME·EIσn=ρ·h计算岩体质量评价指标Rp,Rp值无量纲。
2).结构面产状RIS
将自然地形倾向αn、自然地形倾角βn、开挖地形倾向αc、开挖地形倾角βc、结构面倾向αs、结构面倾角βs等六个参数输入以下表达式:
AP=arctan(cos(αns)·tanβs);
当βn<AP<βc时,RIS=-Rp·sin(AP-βn);否则,RIS=0。
计算结构面产状评价指标RIS,RIS值无量纲。
3).结构面间距RDS
将自然地形倾向αn、结构面倾向αs、结构面倾角βs、结构面间距DS等四个参数输入以下表达式:
AP=arctan(cos(αns)·tanβs);
当AP<-45°时,RDS=0.5Rp·(-0.9DS+0.25);否则,RDS=0。
计算结构面间距评价指标RDS,RDS值无量纲。
4).开挖卸载作用Rc
将自然坡高hn、开挖坡高h、自然地形倾角βn、开挖地形倾角βc等四个参数输入以下表达式:
Rc=-0.2h(cosβn-sin(βn)tan(βc))-ρ·hnsin(βn)]]>
计算开挖卸载作用评价指标Rc,Rc值无量纲。
5).静水压力作用Rw
静水压力评价指标Rw采用权重方式取值。当坡顶无裂缝时,取0.0值;坡顶裂缝深度小于3m时,取-0.5;坡顶裂缝深度在3m~5m之间时,取-1.0;坡顶裂缝深度在5m~10m之间时,取-1.5;坡顶裂缝深度大于10m时,取-2.0。Rw值无量纲。
6).边坡稳定性指标SSQC
为了方便交流和使用,边坡稳定性指标可以采用其英文缩写形式SSQC(SlopeStability Quantificational Classification index)来代替,用SSQC指标来代表和表示本发明的边坡稳定性指标。将岩体质量评价指标Rp、结构面产状评价指标RIS、结构面间距评价指标RDS、开挖卸载作用评价指标Rc、静水压力评价指标Rw等五个指标输入以下表达式:
SSQC=Rp+RDS+RIS+Rc+Rw
计算边坡稳定性指标SSQC,SSQC值无量纲。
第三步:划分边坡稳定性等级
依据SSQC值,对边坡稳定性进行稳定性等级划分。当SSQC小于0.5时,边坡稳定性等级划分为V级,稳定性描述为很差,稳定性意义为开挖后即可能失稳;当SSQC在0.5~5.0之间时,边坡稳定性等级划分为IV级,稳定性描述为差,稳定性意义为开挖后揭露一段时间可能失稳;当SSQC在5.0~10.0之间时,边坡稳定性等级划分为III级,稳定性描述为一般,稳定性意义为边坡一般不会失稳;当SSQC在10.0~15.0之间时,边坡稳定性等级划分为II级,稳定性描述为好,稳定性意义为在没有突发性的很高的外力作用下,处于稳定性状态;当SSQC大于15时,边坡稳定性等级划分为I级,稳定性描述为很好,稳定性意义为边坡稳定性不存在问题。
本发明与现有技术相比,具有以下优点和效果:
1).边坡稳定性的评价参数相当全面;
2).评价参数之间的关系在简单权重分配方法的基础上,增加了一些更为合理的量化关系,岩体质量评价指标Rp、结构面产状评价指标RIS、结构面间距评价指标RDS、开挖卸载作用评价指标Rc等量化指标的实现降低了分级方法对获取参数准确性的信赖,增加了分级结果的稳定性和收敛性。单个或少量参数在获取过程中的误差在计算过程中被不会引被放大,而是会趋于收敛;
3).评价参数相互之间完全独立,有效地削除了由于因素重叠引起的稳定性评估偏差;
4).在计算方法上,本发明强调了边坡稳定性影响因素之间相互关系,影响因素之间的不利组合才会引起边坡稳定性SSQC值的降低,单因素偏差对最终评价结果的影响被最大限度地降低,有效地保证了本发明的可靠性和可重复性;
5).绝大大部分参数的获取方法和手段都比较简捷,易于操作,方便于工程应用。部分参数提供了多种可选择的获取方法和手段,在保证方法可重复性的基础上,增加了方法应用的灵活性。
具体实施方式
实施例1:
一种公路边坡稳定性分级评估方法,依次包括下列步骤:
第一步:获取参数
在公路边坡的选线勘察阶段、初步勘察阶段、详细勘察阶段及施工开挖过程中,地质人员或相关工程技术人员通过现场地质调查、已有地质资料查阅等手段,填写边坡稳定性分级方法输入表单(见表1)。获取的参数包括四个大项,分别为几何特征参数、振动作用参数、岩块参数、结构面特征参数。
公路边坡稳定性分级输入表单(表1)

1).获取边坡几何特征参数
获取的边坡几何特征的七个参数,包括自然边坡面的倾向和倾角、坡顶裂缝的深度、自然坡的高度、设计开挖坡面的倾向和倾角、开挖高度。自然边坡面的倾向和倾角、坡顶裂缝的深度、自然坡的高度等四个参数由现场直接量测,或直接从设计基础资料中的地形图上直接量取,设计开挖坡面的倾向和倾角、开挖高度等三个参数由设计文件确定。需注意的是,自然地形几何特征参数是指边坡开挖之间的自然地形几何特征,因此,所获取的自然地形的倾向必须与开挖面的倾向保证一致。
自然边坡几何参数的获取误差控制要求较低。角度误差在4或5或6°范围内,高度误差在9或10或11m范围内,所引起的稳定性指标SSQC的变化幅度不会超过0.2,对分级结果不会产生决定性的影响,因此是可重复的。设计开挖边坡的几何特征参数是设计方设计确定的,不存在误差。
2).获取振动作用参数
获取的人工开挖方法与地震烈度两个振动作用参数。人工开挖方法参数在所列出的开挖方法选项中直接选择,可勾选的选项包括自然/手工开挖、气锤开挖、预裂/光面爆破、传统爆破结果-好、传统爆破结果-结构面张开、传统爆破结果-块体脱落、传统爆破结果-岩块破裂、传统爆破结果-岩块粉碎,在设计阶段该参数根据设计要求进行选择,在施工阶段该参数根据实现开挖方法进行选择。地震烈度参数也提供七个备选项,包括I~III、IV、V、VI、VII、IX、X,该参数可以由设计文件或相关资料直接获取。
在设计阶段,人工开挖方法参数是设计人员确定的,不存在误差。当边坡一种开挖方法引起稳定性指标SSQC的较大变化时,设计方人员可根据稳定性需求对开挖方法提出更严格的设计要求。在施工阶段,当现场技术人员对传统爆破结果的直观定性描述出现模棱两可,不易准确区别时,按边坡稳定性评估的一般原则,应选取其中的较差的选项。因此,对于现场工程技术人员,该参数的指标获取也是可重复的。
地震烈度不存在误差。
3).获取岩块参数
获取岩石单轴抗压强度、岩石磨擦系数、岩石重度、风化程度等四个岩块参数。岩石单轴抗压强度、岩石磨擦系数、岩石重度、风化程度等四个参数都属于公路勘察阶段的必备试验资料和地质资料,通过查阅相应的公路工程勘察报告就能获取。
岩块参数没有人为因素的影响,因此其参数获取是稳定性的,可重复的。
4).获取结构面特征参数
获取结构面产状、结构面间距、结构面连通率、充填物磨擦角、充填物厚度、水的软化作用等六个结构面特征参数。结构面产状包括倾向与倾角,采用地质罗盘直接量测,结构面产状参数的测量点应不少于10组,当所有测量点的最大误差小于5°时,取平均值作为获取值,当所有测量点的最大误差大于5°时,应增加测点个数,剔除部分偏差较大的测点,剩余测点取平均值作为获取值;结构面间距采用钢卷尺量测,测量记录单位为厘米,当边坡岩体的结构面间距分布区域较大时,取最小结构面间距作为获取值;结构面连通率采用皮卷尺量测,在现场任意抽取二至六个结构面量测岩桥和开裂结构面长度,计算出开裂结构面长度在总长度中所占的百分比,将测量值取平均值作为获取值;充填物磨擦角有六个备选项,分别是无充填-表面风化变色、非软化充填-粗糙、非软化充填-中等、非软化充填-光滑、软化充填-粗糙、软化充填-中等、软化充填-光滑、断层泥(厚度<起伏差)、断层泥(厚度>起伏差)、流体材料,根据现场调查现象,直接选择相匹配或近似的选项作为获取值,如果现场无法经验性地确定,可采样进行室内剪切试验,确定其参数值;充填物厚度有六个备选项,分别是无、极薄、薄、中厚、厚、极厚,根据现场调查现象,直接选择相匹配或近似的选项区间的最大值作为获取值,如果现场技术人员无法准确地进行经验定性确定取获取值,应采用钢卷尺在多个观测直接量测作为获取值,测量记录单位为毫米,一般情况下,定性的获取不引起分级结果的波动,具备可重复性,但是,当充填物摩擦系数值小于0.5时,不应采用定性方法获取,而应采用直接测量方法获取。水的软化作用不提供备选项,只提供参考值区域,由用户自行选定,也可以不考虑该参数。
在边坡开挖之前进行的稳定性评估,应在所评估的边坡体寻找和选择地质露头进行参数获取,如果无法找到,也可以距所评估的边坡体的100米范围内选择地质露头;在边坡开挖过程中进行的稳定性评估,可以在边坡开挖面直接进行参数获取。
岩体结构面特征参数的专业性比较强,具备了基础和常识性的地质专业知识现场技术人员均可实现岩体结构特征参数的准确获取,否则应进行相应的短期培训。
当边坡中存在多组结构面时,应逐次对每一组结构面进行参数获取。如果现场技术人员有能力判定特定结构面边坡稳定性的影响很小时,可以经验地忽略此组非主要结构面的参数获取。
第二步:计算评价指标
计算的评价指标包括岩体质量评价指标、结构面间距评价指标、结构面产状评价指标、开挖作用评价指标、静水压力评价指标和边坡稳定性指标。各指标计算方法如下:
1).计算岩体质量Rp
将岩石单轴抗压强度σt、岩石磨擦系数fi、岩石重度为ρ、开挖坡高h、结构面连通率为(1-k)、充填物磨擦系数fi、充填物厚度x、爆破开挖方法ME、地震作用EI、参数u=2.1等十个参数输入以下表达式:
Rp=τmax=σtKe-5uu+σnK2fi(1-e-5u)+σn(1-K)2[(fi-fj)e-x+fj](1-e-5u)(1-K)=(1-k)·ME·EI
σn=ρ·h
计算岩体质量评价指标Rp
2).结构面产状RIS
将自然地形倾向αn、自然地形倾角βn、开挖地形倾向αc、开挖地形倾角βc、结构面倾向αs、结构面倾角βs等六个参数输入以下表达式:
AP=arctan(cos(αns)·tanβs);
当βn<AP<βc时,RIS=-Rp·sin(AP-βn);否则,RIS=0。
计算结构面产状评价指标RIS
3).结构面间距RDS
将自然地形倾向αn、结构面倾向αs、结构面倾角βs、结构面间距DS等四个参数输入以下表达式:
AP=arctan(cos(αns)·tanβs);
当AP<-45°时,RDS=0.5Rp·(-0.9DS+0.25);否则,RDS=0。
计算结构面间距评价指标RDS
4).开挖卸载作用Rc
将自然坡高hn、开挖坡高h、自然地形倾角βn、开挖地形倾角βc等四个参数输入以下表达式:
Rc=-0.2h(cosβn-sin(βn)tan(βc))-ρ·hnsin(βn)]]>
计算开挖卸载作用评价指标Rc
5).静水压力作用Rw
静水压力评价指标Rw采用权重方式取值。当坡顶无裂缝时,取0.0值;坡顶裂缝深度小于3m时,取-0.5;坡顶裂缝深度在3m~5m之间时,取-1.0;坡顶裂缝深度在5m~10m之间时,取-1.5;坡顶裂缝深度大于10m时,取-2.0。
表2静水压力评价指标权重分配表

  张裂缝深度  0  <3  3~5  5~10  >10  Rw  0  -0.5  -1  -1.5  -2

6).边坡稳定性指标SSQC
将岩体质量评价指标Rp、结构面产状评价指标RIS、结构面间距评价指标RDS、开挖卸载作用评价指标Rc、静水压力评价指标Rw等五个指标输入以下表达式:SSQC=Rp+RDS+RIS+Rc+Rw
计算边坡稳定性指标SSQC。
将上述评价指标和分级指标SSQC的计算表达式在EXEL程序进行编制,实现程序化自动计算功能。编制内容包括计算表达式的实现、表达式判别的实现。然而,将输入表单中所获取的参数逐项输入EXEL电子表格中,计算出评价指标和分级指标SSQC值。
第三步:划分边坡稳定性等级
将第二步计算所得的SSQC值对照边坡稳定性分级表(表3),确定SSQC值在边坡稳定性分级表中所处的划分区间,划分与确定边坡的稳定性等级。当SSQC小于0.5时,边坡稳定性等级划分为V级,稳定性描述为很差,稳定性意义为开挖后即可能失稳;当SSQC在0.5~5.0之间时,边坡稳定性等级划分为IV级,稳定性描述为差,稳定性意义为开挖后揭露一段时间可能失稳;当SSQC在5.0~10.0之间时,边坡稳定性等级划分为III级,稳定性描述为一般,稳定性意义为边坡一般不会失稳;当SSQC在10.0~15.0之间时,边坡稳定性等级划分为II级,稳定性描述为好,稳定性意义为在没有突发性的很高的外力作用下,处于稳定性状态;当SSQC大于15时,边坡稳定性等级划分为I级,稳定性描述为很好,稳定性意义为边坡稳定性不存在问题。
表3边坡稳定性分级表
  SSQC  <0.5  0.5~5  5~10  10~15  >15  等级号  V  IV  III  II  I  稳定性描述  很差  差  一般  好  很好  稳定性意义  开挖后即可  能失稳  开挖后揭露  一段时间可  能失稳  边坡一般不  会失稳  在没有突发性  的很高的外力  作用下,处于稳  定状态,  边坡稳定性不  存在问题

另外,本方法的分级过程是对单组结构面的,如果边坡体中存在多组结构面,其稳定分级应分别计算。边坡的最终稳定性级别为多组结构面计算值的最低值。
实施例2:
本发明在某高速公路边坡中已进行了成功的应用。该公路全线长度为220公里,路堑高边坡共计295个。采用本发明进行评估的边坡为295个,评估工作于2004年进行。边坡稳定性分级评估结果显示,在295个高边坡中,I级边坡为3个,占总数量的1%;II级边坡为73个,占总数量的25%;III级边坡为104个,占总数量的35%;IV级边坡为100个,占总数量的34%;V级边坡为15个,占总数量的5%。
工程边坡施工于2007年底结束。施工过程中,由于各种原因,失稳的边坡的总数共计77处,其中,有2处滑坡属于II级边坡,占该类边坡总数量的3%;有14处滑坡属于III级边坡,占该类边坡总数量的13%;有46处滑坡属于IV级边坡,占该类边坡总数量的46%;有15处滑坡属于V级边坡,占该类边坡总数量的100%。该结果显示,本发明在工程应用于具有很高的可靠性。以下列举其中的四个实例边坡。
[K16+745~K16+890段边坡]
K16+745~K16+890是指距所设计公路起始点16.745公里和距所设计公路起始点16.890公里的区间段。该段边坡的岩性为白垩系泥质粉砂岩,坡面风化严重,可见弱风化岩块,层理化,用手锤轻击可裂。坡面多见砾岩崩积块石,块径多在1.2~2.0m之间。结构面产状S227W∠72。自然坡面产状为230∠25,坡顶无裂缝。开挖坡面产状为230∠62,坡高24m。开挖方法为传统爆破法,岩块破裂。地震烈度为IV。结构面间距为35cm。结构面贯通率为100%。结构面为泥质充填,遇水易软化,充填厚度为2mm。SSQC分级的表单输入项如表4。
表4 SSQC分级的输入参数表

由于岩性为泥质粉砂岩,且风化严重,岩体的强度较低。对表4参数进行输入,计算得出岩体质量评价指标Rp=0.19,表明该边坡结构面提供的最大剪切力很低,抗剪强度也很差。评价指标Rp的取值与实际情况是相符合的。
该段边坡为倾层顺层边坡,且岩层厚度很大,不会产生倾倒破坏。由于开挖未切断岩层,也不会产生顺层滑移。通过计算可知,RIS=0,RDS=0。计算结果表明,结构面产状评价指标和结构面间评价指标与实际情况是相符合的。
在边坡岩体为软岩,且风化严重的情况下,将自然坡面为25°的边坡开挖成高24m、坡度为62度的边坡,边坡开挖的卸荷作用将非常显著,边坡稳定性的下降也应是很大的。通过计算可知,Rc=-1.6。对于工程开挖边坡而言,被开挖掉的岩体提供一定的支撑力来抵抗工程开挖边坡的下滑力,岩体的开挖意味着支撑力的消失。支撑力的消失意味着工程开挖边坡的下滑力的增大。计算结果表明,下滑力的增加远大于结构面所能承担的最大剪切力,边坡开挖可直接引起此边坡的失稳。
计算最终得出SSQC=-1.4,边坡稳定性等级为V级。在实际施工中,边坡在开挖后降雨条件下产生失稳。分级结果与实际情况是相吻合的。
该段边坡的失稳是层面与另一组不太发育的节理面的组合滑移。结果表明,虽然SSQC仅考虑一组最为发育的结构面作为岩体强度的评价指标,而未考虑相对不发育的结构面,但是,分级结果仍然相当准确。这说明,SSQC分级体系仅考虑最发育结构面为岩体强度的评价指标是可行的。实际上,岩体的剪切变形首先发生在抗剪强度最差的结构面上,其对岩体强度的控制性和代表性也是最强的。
[K29+072~K29+192段边坡]
K29+072~K29+192是指距所设计公路起始点29.072公里和距所设计公路起始点29.192公里的区间段。该段边坡岩性为震旦系中厚层状白云质灰岩。岩层产状为22∠88。自然坡体较陡,坡度为35度。边坡为反倾岩体,变形破坏模式为倾倒破坏。岩层张开度较小,贯通性较弱。结构面无充填或少量硅质充填。SSQC分级的表单输入项如表5。
表5SSQC分级的输入参数表

计算结果显示,岩体质量评价指标Rp=16.0,结构面产状评价指标RIS=0,结构面间距评价指标RDS=-0.35,开挖卸荷作用评价指标Rc=-1.7,静水压力作用评价指标Rw=0。分级指标SSPC=14,边坡稳定性等级为II级。
Rp值大表明岩体的强度很高,RDS值表明在DS=15cm情况下陡反倾结构面的剪切错位滑移对岩体的强度的影响较小。Rc值表明边坡岩体因开挖而消失的支撑力完全可以由岩体的强度来承担,对边坡稳定性的影响不大。该段边坡在边坡开挖后稳定性良好,与SSQC分级结果是相吻合的。
[K55+249~K55+581段边坡]
K55+249~K55+581是指距所设计公路起始点55.249公里和距所设计公路起始点55.581公里的区间段。该段边坡为奥陶系中厚层瘤状灰岩夹页岩。岩层产状为10∠22。自然坡体较平缓,坡度为22度。边坡类型为顺层岩质边坡,变形破坏模式为顺层滑移。岩层张开度中等,贯通性较强。结构面无充填或少量泥质充填。SSQC分级的表单输入项如表6。
表6SSQC分级的输入参数表

计算结果显示,结构面贯通性评价指标Rp=4.6,结构面产状评价指标RIS=-0.14,结构面间距评价指标RDS=0,开挖卸荷作用评价指标Rc=-2.1,静水压力作用评价指标Rw=0。分级指标SSPC=2.3,边坡稳定性等级为IV级。
该段边坡在开挖后的一段时间内是稳定的。但由于未进行及时支护,边坡顶部产生了一系列的张裂缝,裂缝最深处可达6m。在降雨条件下,页岩结构面和充填物进一步软化。最后,边坡产生滑移。如果SSQC分级应用于边坡施工过程中的边坡稳定性评估,考虑结构面软化和静水压力时,计算得出SSQC=0.4,边坡稳定性等级为V级。
[K129+850~K129+902段边坡]
K129+850~K129+902是指距所设计公路起始点129.850公里和距所设计公路起始点129.902公里的区间段。该段边坡为三叠系嘉陵江组灰岩、泥灰岩。岩层产状为323∠40。自然坡体较平缓,坡度为30度。边坡类型为硬岩正交岩质边坡。岩层张开度很小,贯通性很差。结构面无充填或少量泥质充填。SSQC分级的表单输入项如表7。
表7SSQC分级的输入参数表

计算结果显示,岩体质量评价指标Rp=17.7,结构面产状评价指标RIS=0,结构面间距评价指标RDS=0,开挖卸荷作用评价指标Rc=-1.4,静水压力作用评价指标Rw=0。分级指标SSPC=16.3,边坡稳定性等级为I级。
在结构面不发育的情况下,Rp值大表明该边坡的岩体强度很高。结构面产状和间距对边坡稳定性均不产生不利影响。开挖卸荷作用Rc对边坡稳定性的影响相对很小。因此,边坡稳定性很好。SSQC分级结果与实际情况是相吻合的。
按照本发明的实施例1的获取参数、计算指标和划分等级等三个具体的实施步骤,参照实施例2的操作实施过程,公路设计和施工领域的工程技术人员均可独立地、无障碍地对公路边坡进行边坡稳定性分级评估,而且对于不同区域,对于不同工程技术人员,本发明提供的分级方法是可以重复实现的。

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资源描述

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本发明公开了一种公路边坡稳定性分级评估方法,其步骤是:第一步:获取参数,首先获取边坡几何特征参数;其次是获取振动作用参数,获取的人工开挖方法与地震烈度两个振动作用参数;第三是获取岩块参数;第四是获取结构面特征参数,获取结构面产状、结构面间距、结构面连通率、充填物磨擦角等;第二步:评价、岩体质量、结构面间距、结构面产状、开挖作用、静水压力评价指标;第三步:划分边坡稳定性等级,依据SSQC值,对边坡稳。

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