不同花岗岩风化层岩体边坡稳定性研究.pdf
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1、第 29 卷第 10 期2023 年 10 月水利科技与经济Water Conservancy Science and Technology and EconomyVol.29 No.10October,2023收稿日期 2023-03-16作者简介 李俊杰(1977-),男,广东广州人,工程师,从事水利工程施工工作.doi:10.3969/j.issn.1006-7175.2023.10.007不同花岗岩风化层岩体边坡稳定性研究李俊杰(广东省水利水电建设有限公司,广州 510635)摘 要气候条件差异和地质体出露地表的不同,构成花岗岩岩质边坡的花岗岩风化程度不一。结合某水库花岗岩岩体边坡工程
2、实践,采用 Geo-Slope 软件,进行条分法稳定性分析计算,研究该类地质条件下花岗岩边坡的稳定性特征,为该类边坡的稳定性提供参考依据。结果表明:条间法向力最大值接近 100kN,随 X 值由坡脚向坡顶先增大后减小。土条滑移力最大值 21.5kN,随着 X 的变化过程与土条和基底间法向应力变化趋势相类似。临界滑面的安全系数为 0.737。研究结果可为类似地质条件下的边坡工程提供借鉴。关键词花岗岩岩体;不同风化层;岩质边坡;安全系数中图分类号 TU432 文献标识码 A 文章编号 1006-7175(2023)10-0034-041 概 述我国花岗岩地区占国土面积的 30%50%,在华南地区江
3、西、福建等省份分布约为 50%70%,分布面积尤其广泛。由于南北气候条件差异,造成风化岩体的风化特征不同,以及地质体出露地表的不同,构成花岗岩岩质边坡的花岗岩风化程度不一。许多学者对岩质边坡的稳定性进行了相关研究。陈元芳等1-2根据深圳某工程实体中的土质边坡和岩质边坡,分别对这两类边坡的稳定性及变形影响因素进行了评价和探讨。结果表明,影响岩质边坡和土质边坡稳定性的因素大致相同,但影响程度不一。龚匡周等3对复杂岩质边坡的稳定性和其破坏特征进行了研究。结果表明,结构面发育状态决定了岩质边坡的破坏形态,因此与土质边坡的圆弧滑动特征不同。赵智强等4采用 Midas GTS NX 有限元计算软件,对高陡
4、岩质边坡的安全问题进行了研究。结果表明,地质条件复杂的岩质边坡采用强度折减法进行稳定性分析高效快捷。张立博等5-6对高水位浸润条件下的露天矿坑岩质边坡的渗流稳定问题进行了研究。结果表明,所建立的浸润线方程与运用 Seep/W 进行模拟和运用 ABAQUS 进行模拟得到的结果误差在容许范围内,因此所建立的浸润线方程能够用于该类边坡的稳定性计算。向斌等7研究了土岩混合边坡的稳定性。结果表明,土岩混合边坡的稳定性计算应结合土质边坡和岩质边坡的稳定计算方法进行综合评估后计算。有上述文献可知,目前主要集中在对各类岩质边坡的稳定性和安全稳定评价方面,对具有同一种岩性组成的不同风化层的多层风化层岩质边坡的稳
5、定研究尚未开展或涉及,而此类边坡在我国工程实践中较为常见。因此,本文结合某花岗岩岩质边坡工程实践,采用 Geo-Slope 软件,结合瑞典条分法,分析具有 3 层花岗岩岩体边坡的稳定性特征,可视化结果呈现能够更直观地分析计算成果,认识岩质边坡稳定性特征,更准确把握该类边坡稳定性分析的技术特点。2 工程概况某水库位于广东省内,水库建成后,主要为周边地区村民提供生产生活用水,保障周边 5 个43李俊杰:不同花岗岩风化层岩体边坡稳定性研究第 10 期行政村饮水安全。库区边坡坡高 9m,六级岩质边坡,各级边坡坡度分别为 43、31、40、35、36、90。边坡体自上而下共由 3 层不同风化程度的花岗岩
6、组成,其中最上层为中风化花岗岩、中间为弱风化花岗岩、最下层为新鲜花岗岩。为了确定该边坡是否需要额外的施工加固措施,需要对其自稳安全特性进行评价,以便为相应的加固措施设计提供帮助。边坡上中下三层花岗岩岩体的工程力学特性见表 1。表 1 地层物理参数地 层容重/kNm-3黏聚力 c/MPa内摩擦角/()中风化花岗岩28.55.933.2弱风化花岗岩29.210.240.1新鲜花岗岩29.719.342.3 根据岩土工程勘察报告,边坡岩土体的工程地质特征分述如下:第层 表层风化土(Q4pd)黄褐色,较强塑性,厚度极薄,雨水冲刷下极易流失,结构松散,以粉质黏土为主,含大量砂质碎屑。第层 中风化花岗岩白
7、灰色,刚度中度,强度偏中等,断面粗糙,节理明显,节理面变色严重,有红褐色晕带,手捻不易碎,刀片较易刻划。第层 弱风化花岗岩灰色,刚度中大,强度偏高,断面粗糙,节理不发育,节理面有变色,有窄红褐色晕带,手捻不碎,刀片可刻划。第层 新鲜花岗岩灰色,刚度大,强度高,断面粗糙,节理不发育,块状构造,手捻不碎,刀片可刻划。3 模型建立及参数选取根据工程地质条件、边坡各层高度及各层边坡坡度,构建符合工程实际的分析用边坡模型,见图 1。Geo-Slope 软件提供了类似 MIDAS-GTS软件的直观可视化建模界面,构建过程中,软件自动生成可视化的坐标指示性网格,用于进行坐标点选取,为相应的软件构建提供了极大
8、的便利。构建完成后,按照表 1 中各层岩土体的材料特性进行材料赋值,选择瑞典条分法稳定性分析计算。边界条件采用自动约束。计算模型中,各花岗岩风化层采用摩尔-库伦模型。软件自行进行滑面试算,并最终确定相应的最不利滑面。图 1 花岗岩岩体边坡模型4 模拟计算结果分析为分析边坡的稳定性特征,分析最不利滑带下,各条块的相应力学特征,绘制条间法向力随 X值的变化过程图,见图 2。图 2 条间法向力变化由图 2 可知,条间法向力随 X 值的变化总体呈现由坡脚向坡顶位置先增大后减小的变化过程,最大值接近 100kN。而在坡顶位置处出现小值范围的拉力,最大拉力值接近 20kN,增大和减小变化过程近似直线变化,
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