高陡边坡监测试验研究_李雪峰.pdf

CM&M 2023.011571 工程概况与监测设计1.1 工程概况国道京漠公路瓦拉干至樟岭（塔漠界）A2 标段存在两个深挖路堑，分别为 K374+475K375+025 段、K375+650K375+850段。K374+475K375+025段长度约为550m，K375+650K375+850长度约为200m。本文以其中一段路堑高边坡作为研究对象。研究工程位于大兴安岭东坡至其北部山地地区（额木尔山西坡山地），该地为极寒山丘陵区，其地势东高西低，南高北低。区域内河流众多，土层较厚，且不同地方具有沼泽，地势较低区域积水严重，且由于气温较低而产生冻土。该区域海拔超过 521m，相对高差较大，但由于不处于地震带，无地震风险。该区域降雨在 7 月至 9 月，潜水和上层滞水为该区域地下水。该区域上部地带为腐质土，低洼地带地表季节性积水且难以排出，但大部分区域地质情况良好。该区域属于寒温带季风气候，冬季干燥，夏季湿热。区域光照时长全年 2500h 左右，年无霜期 90d 左右。区域气温年平均气温-2.3，极端最高气温和最低气温分别为 37.9和-52.3，雪厚度达到 0.78m，冻深可以达到 280cm，区域平均风速为 3.4m/s，最大可达到 35m/s。1.2 监测设计根据设计原理并结合实际情况，设计安装各类监测仪器，并埋于主滑动面等位置。基于支护结构，将边坡监测设备安装埋置在一起。监测内容主要包括对边坡坡面位移、锚索预应力和边坡内部变形情况分析。0 引言随着经济发展越来越快，我国建筑规模也越来越大。但由于我国是一个多山国家，建筑速度加快也导致高陡边坡稳定性问题日益严重，因此针对高陡边坡稳定性研究已成为学者重点关注的问题。李刚等1通过对岩体参数进行正交组合，建立位移与岩体参数的函数关系，并结合实际工况确定监测位移边坡的岩体参数。程爱平等2结合工程实例，利用数值模拟软件计算边坡安全系数，并提出相应支护加固方案。李冬青3通过室内试验得出相应物理力学参数，并对边坡稳定性因素进行分析计算。杨杰等4通过总结前人研究，归纳总结出相应理论算法，为边坡变形及稳定性提供新的研究思路。赵锡灿5通过工程实例并结合边坡传感器的布置位置，以此来实时监测高陡边坡稳定性情况。张红章等6基于数值模拟软件和工程实况对高陡边坡稳定性进行研究分析。郝社锋等7以岩质边坡为研究对象，通过数值模拟软件对边坡治理前后的稳定性进行研究，并对边坡的裂缝变形和锚索应力进行实时监测，得出最优边坡治理效果。由上述研究可知，我国对于高陡边坡稳定性研究依然处于初级阶段，对于边坡稳定性的实时监测没有做足准备，尤其是边坡坡面位移和边坡内部位移实时监测研究较少。本文基于大兴安岭东坡至其北部山地地区的边坡地带，根据设计原理并结合实际情况，设计安装各类监测仪器，通过建立远程控制监测系统，监测边坡坡面位移、锚索预应力和边坡内部变形情况，以此对边坡稳定性进行分析，为工程实际提供参考。高陡边坡监测试验研究李雪峰摘要：基于大兴安岭东坡至其北部山地地区的边坡地带，根据设计原理并结合实际情况，设计安装各类监测仪器，通过建立远程控制监测系统，监测边坡坡面位移、锚索预应力和边坡内部变形情况，以此对边坡稳定性进行分析。试验结果表明：锚索张拉锁定阶段，坡面位移变化较为明显，坡面位移突变减小。但该阶段结束后，锚固力减小导致位移变化曲线突变增大。锚索锚固力变化经过加速损失段、波动变化段和稳定段得变化过程，且与边坡内岩体应力有关联性。边坡坡面位移与锚索锚固力具有较好一致性，可准确分析和预测边坡稳定性。边坡内部位移随深度增大呈先增大后减小的变化趋势。当深度为 3m 和 9m 时，有明显位移变化趋势，但位移变化趋势较小，表明锚索具有良好支护作用，边坡处于稳定状态。关键词：高陡边坡；变形位移；锚索锚固力；监测（中铁建大桥工程局集团第四工程有限公司，黑龙江哈尔滨 150000）158工程机械与维修CONSUMERS&CONSTRUCTION用户施工其中对于边坡坡面位移，主要通过在安装过程中将位移计与锚索一同埋设；锚索预应力则是在安装过程中，将测力计放置在锚具和垫板中间，以此监测锚固力变化规律情况；边坡内部变形情况则通过在坡顶竖向打孔，并将固定式测斜探头放入不同深度的孔内，以此监测其变形情况。监测系统布置情况立面图如图 1 所示，监测系统布置情况剖面图 2 所示，其中锚索测力计以字母 M 开头，编号从 13 至 22，位移计以字母 C 开头，编号从 11 至 18，固定式测斜探头以字母 Z 开头，编号从 1 至 4。本试验专门建立了一套远程控制监测系统，目的在于达到对边坡稳定性实时监测的效果。经过相关测试，证明该系统可以开展自动化数据采集等应用。2 试验结果分析2.1 边坡坡面位移情况监测分析试验通过位移计对边坡坡面位移情况进行监测分析。位移计由传感器、拉杆等设备组成，量程和灵敏度分别为10cm 和 0.01mm。位移计通过拉伸或压缩变化而获得边坡坡面位移情况。其中编号 11、编号 12 和编号 14 位移计在边坡主剖面上竖向排布，编号 15 至 17 在边坡主剖面上横向排布。坡面位移曲线如图 3 所示。由图 3 可知，监测点位移变化情况相差不大。在 10 月份前坡面位移变化较为明显，但之后变呈现出突变现象。分析认为，主要由于该阶段为锚索张拉锁定阶段。在锚索张拉时，锚固向边坡内收缩变形导致位移突变减小。但在张拉阶段结束后，锚固力开始减小，损失较大，导致位移变化曲线突变增大。在来年 1 月至 2 月阶段，边坡处于荷载卸去阶段，导致其位移缓慢增加，但变化基本平稳。2.2 锚索锚固力情况监测分析本试验的边坡锚索锚固力的固定值为 230kN，双边张拉。当边坡出现滑动变化趋势时，锚索锚固力开始增大，但由于岩土体裂隙等外界因素影响，导致锚索锚固力的固定值迅速减小。通过改变边坡土质自身应力，可使锚索锚固力的固定值开始回升且区域稳定。其中锚索锚固力变化由 3 个阶段组成，分别为加速损失段、波动变化段和稳定段。边坡的锚索锚固力变化曲线如图 4 所示。由图 4 可知，对于加速损失段，其在锚索张拉锁定的半月时间内，锚索锚固力造成的损失较大。分析认为，这主要是由于土体强度低、岩体裂缝多以及钢绞线应力不紧实导致的。在本试验的锚索锚固力情况监测中可以发现，在张拉锁定后，锚固力损失较大。这主要是由于该边坡岩图1 监测系统布情况立面图2 监测系统布置情况剖面图3 坡面位移变化曲线图4 锚索锚固力变化曲线潜在滑动面现状坡面线日期日期锚索锚固力/kN位移变化量/mmCM&M 2023.01159体裂隙过大、过多，使漏浆情况较为严重。以此该边坡锚索锚固力变化曲线，对加速损失段直接跳过。波动变化段的锚索锚固力缓慢波动且变化趋势以下降为主，持续 70d。该阶段主要是由于压缩和回弹之间不断变化，导致锚索锚固力发生波动。锚索与边坡内部情况调整后进入稳定段，本应趋于稳定不变状态，但边坡的锚索锚固力则发生微小变化。这主要是由于车辆过重行驶，使得边坡内部受到扰动影响（但其影响较小），由此表明锚索能够起到较好的加固作用。2.3 坡面位移和锚索锚固力的对比分析由于边坡坡面位移情况与锚索锚固力相互影响，因此将位移计编号 15 和测力计编号 19 得数据进行对比，分析其关联因素。锚索锚固力和坡面位移对比曲线如图 5 所示。由图 5 可知，边坡位移整体呈现减小趋势，而锚索锚固力则呈现增大趋势。而在张拉锁定前期，由于锚索锚固力受到较大损失，导致边坡位移变化幅度较大。但当测力计趋于平稳后，边坡位移变化也趋于平稳。其变化情况呈现出较佳的一致性。通过对比边坡坡面位移情况与锚索锚固力变化情况，可较好的分析和预测边坡稳定性。2.4 边坡内部变形情况分析边坡内部位移变形情况曲线如图 6 所示。由图 6 可知，参考文献1 李刚,杨志强,高谦,等.基于岩体等效模型的高陡边坡稳定性 研究 J.金属矿山,2014(12):30-34.2 程爱平,燕彦君,李健,等.成兰铁路高陡边坡稳定性分析及加 固措施 J.武汉大学学报,2021,54(6):515-523.3 李冬青.复杂地质条件下高陡边坡开挖支护稳定性研究 J.云 南水力发电,2022,38(2):47-51.4 杨杰,马春辉,程琳,等.高陡边坡变形及其对坝体安全稳定影 响研究进展 J.岩土力学,2019,40(6):2341-2368.5 赵锡灿.公路高陡边坡施工稳定性动态监测研究 J.公路与汽 车,2022:65-68.6 张红,何丽娟,范卫琴,等.某高陡边坡稳定性分析及加固后评 价 J.三明学院学报,2017,34(6):77-82.7 郝社锋,蒋波,喻永祥,等.秦望山隧道南口高陡岩质边坡稳定 性分析及治理效果评价 J,中国地质灾害与防治学报,2019,30 (2):89-97.边坡内部位移随深度增大呈先增大后减小的变化趋势。深度为 3m 和 9m 时，边坡内部位移变化较大，其中位移变化最大的位置在深度为 9m 的区域。当深度为 3m 时，最大位移为 0.78cm；当深度为 9m 时，最大位移达到 1.7cm。通过总体分析可知，边坡内部位移变化趋势较小，说明锚索具有良好的支护作用，使边坡的稳定性得到增加。3 结语本试验通过建立一套远程控制监测系统，实现对边坡稳定性实时监测的效果。监测边坡坡面位移、锚索预应力和边坡内部变形情况，并对此进行分析，得出以下结论：锚索张拉锁定阶段，锚固向边坡内收缩变形致使位移突变减小，导致前期坡面位移变化较为明显。但该阶段结束后，锚固力减小导致位移变化曲线突变增大。锚索锚固力随着边坡内岩体应力变化而变化，锚索锚固力变化经过加速损失段、波动变化段和稳定段得变化过程，表明锚索能够起到较好的加固作用。边坡位移整体呈现减小趋势，而锚索锚固力则呈现增大趋势。其变化情况呈现出较好的一致性，据此可准确分析和预测边坡稳定性。边坡内部位移随深度增大呈先增大后减小的变化趋势。当深度为 3m 时，最大位移为 0.78cm。深度为 9m 的时，最大位移达到 1.7cm。且边坡内部位移变化趋势较小，说明锚索具有良好的支护作用。图5 锚索锚固力和坡面位移对比曲线图6 边坡内部位移变化曲线日期深度/m位移/mm锚索锚固力/kN坡面位移/mm