南邓高速公路路堑边坡膨胀土物理力学

太原至澳门国家重点干线南阳至邓州（省界）段高速公路南邓高速公路路堑边坡膨胀土物理力学试验及路堑边坡地层素描南阳市高速公路有限公司中国人民解放军后勤工程学院长沙理工大学二OO三年十月十七日 1路堑边坡膨胀土物理力学试验根据现场踏查，在挖方量深地段对四层典型膨胀土地层原位取样，进行试验室补充试验，其物理力学强度试验如表1所示，表2〜表4是No.10标段勘察报告提供的物理力学强度指标。表1室内抗剪强度试验位置深度天然密度p(g/cm3)Yd(kN/m3)土粒比重G饱和度Sr(%)w(%)c(kPa)tan(p(PK84+800-1.3m1.8615.12.7577.723.231.80.641332.671.8515.12.7575.622.663.00.436223.571.9015.62.757&021.543.00.53612&20-2.5m1.8514.42.7586.128.513.90.254414.271.8014.22.7578.526.772.70.08574.90K85+000-2m1.8915.52.7578.122.058.30.42523.031.8715.32.7576.222.057.10.408622.22-3.5m1.8415.02.7575.423.064.10.303116.861.8915.42.7580.123.071.50.440723.78・5m02.7528.652.70.09365.35K84+700■7〜9m1.9015.22.7585.725.465.40.454424.441.8214.92.7571.321.869.10.405322.061.9316.02.7579.320.876.30.554329.001.9015.12.7587.026.171.50.336218.581.8915.32.7581.523.785.420.381720.891.9816.02.7591.023.8104.20.363519.98表2K84+600左30m抗剪强度试验指标深度(m)w(%)天然密度p(g/cm3)饱和度(Sr)c(kPa)0.4-0.6522.61.998911515.81.4-1.6524.52.029912617.73.7-3.9525.91.999711616.34.6〜4.8523.32.019214019.56.6〜6.85231.968611417.68.6-8.85232.04971291&710.6〜10.85222.039311719.212.6-12.8525.41.938911812.1 表3K85+350左30m抗剪强度试验指标深度(m)w(%)天然密度p(g/cm3)饱和度(Sr)c(kPa)(P1.9-2.1523.22.059813615.72.9〜3」522.82.019512819.13.9〜4.1522.72.029313015.34.9-5.1524.22.029412915.96.5-6.7523.61.98831211&78.5-8.752&11.969813310.510.5〜10.7523.42.019112016.6表4K85+350右30m抗剪强度试验指标深度(m)w(%)天然密度p(g/cm3)饱和度(Sr)c(kPa)(P0.4-0.6525.02.009112916.70.9-1」524.51.9910011311.61.4〜1.6523.62.009211916.12.4〜2.6524.02.039812814.53.5-3.7522.42.039415712.24.5〜4.7524.72.019811915.26.0〜6.2524.02.0393130(13?)15.58.0〜8.2530.71.939713010.610.0〜10.2523.81.968610114.311.9〜12.1523.61.989210512.214.0〜14.2525.01.968811815.2表2~4是No.10标段勘察报告所揭示的强度指标，与试验室相比其值偏大。由于膨胀土的超固结性、多裂隙性和胀缩性导致强度的变化和变形形式的复杂性，因此以上指标均不能直接用于稳定分析，必须通过一定程度的折减后方可使用。现场调查发现膨胀土中有裂隙界面存在，因此确定膨胀土物理力学指标还应考虑各种界而效应的作用，其屮界面包括土的风化界面、不同性质土层界面，胀缩效应界面，软弱夹层界面等。强度取值还应充分考虑膨胀土的变动强度与强度衰减的特性。土块强度、土体强度、结构面强度应区别对待，并且分天然强度、浸水强度及干湿循环强度等，还应考虑吸力対强度指标的影响。1993年水利水电工程地质勘察规范提出取值原则，对于具有显著流变特性的强、屮膨胀土宜取反期强度作为标准值，弱膨胀土、含钙、铁结核的膨胀土，可以采用峰值强度的小值平均值作为标准值。根据膨胀土的试验成果分析，强、中膨胀土的长期强度相当于饱和固结快剪峰值强度的0.75〜0.8,或略高于残余强度。但在工程实践中，做大量的长期强度试验比较因难，因此，一般工程上广泛采用极限平衡弹塑性理论与强度的分带界限及强度使用期限。刘特洪山根据膨胀土的类型，结合考虑水利工程的规模等级及重要性而采用峰值强度和残余强度来建立强度条件。并结合南阳膨胀土峰值强度和残余强度，给出南水北调中线南阳渠段膨胀土提出建议性的取值方法，如表5所示。 表5南阳膨胀土峰值强度和残余强度土类(%)Yd(kN/m3)峰值强度残余强度现场室内C(kPa)tan(pc(kPa)tan(p(kPa)tan©I类弱膨胀土23.016.0310.37440.42190.32II类屮膨胀土23.316.1230.33410.40140.28III类强膨胀土24.715.8170.27330.33110」82膨胀土物理力学指标选取(1)III类灰白色强膨胀土和层间软弱面。地下水位以下的剪切区滑动面，稳定分析中c值取残余强度的小值，tan©值取残余强度平均值：c=5kPa,tan0=0.18(p=10.20°水位以上的边坡稳定分析计算强度采用峰值强度折减而得，其屮c折减1/2,tan^值折减压20%：C=16kPa,tan(p=0.26(p=14.57°(2)II类棕色中膨胀土。地下水位以下边坡，c=12kPa,tancp=0.28地下水位以上边坡，c=20kPa,tan(p=032建议采用强度指标:防15・64。建议采用强度指标:°=17.74。(3)I类灰褐色或褐黄色弱膨胀土。地下水位以下边坡，c=19kPa,tan(p二0.32地下水位以上边坡，C=22kPa,tan0二0.35建议采用强度指标:^=17.74°建议采用强度指标:0=19.29。本路堑边坡属于中等膨胀土，从现场开挖情况看，没有明显结构面，与上面的描述比较接近。3路堑边坡地层素描为了进一步认识路堑边坡的地质条件，我们在现场还对地层进行了调查。目的是调查沿线地层土性变化，确定不同地层的物理力学参数，为稳定分析奠定基础。调查情况如表6〜表10所示。 表6NO.10标段路堑开挖素描（207以东）标号开裂长度层1层2层3层4K84+3505.00〜0.4m,黄色、含钙质及铁猛质结核，裂隙发育0.4~0.8m,灰褐色,平行垂直裂隙，结核含量少0.8〜2.2m,黄色，少量结核，少量裂隙K84+3704.20~0.3m,灰褐色，平行垂直裂隙，结核含量少0.3~0.75m,黄色，含水量大时具有粘性0.75~0.95m,裂隙面由蜡状物充填，有油腻感，浅红色0.95m以下为灰绿色K84+3905.30~0.2m,灰褐色，裂隙丰富，含钙质结核0.2〜1.4m,黄色,有纵向裂缝1.4m以下，灰绿色，裂隙较丰富，网状K84+4105.10~0.3m,灰黑色，含铁镒质结核0.3〜0.75m,浅灰色含铁猛结核0.75〜1.7m,黄色夹灰绿色，裂隙面具有油腻感1.7m以下，灰绿色，微裂隙丰富，蜡状光泽K84+4304.20〜0.5m,灰褐色，裂隙丰富0.5〜2.2m,黄色夹灰绿色，裂隙面有蜡状光泽2.2m以下，灰绿色，含铁猛质结核，微裂隙丰富，有蜡状光泽K84+4505.50~0.4m,黄色，含铁镭质结核0.4~0.9m,浅红色，含铁猛结核0.9-1.6m,灰色夹白色，有少量红土1.6m以下，黄色夹灰色K84+4705.90~0.6m,黄褐色，含铁镒质结核，（第一滑坡高2.45m）0.6~0.85m,黄灰色，含铁镒结核0.85〜2.45m及以下，灰绿色，有明显的裂隙面，蜡状光泽K84+4904.20〜0.6m,浅红色，有裂隙（第一滑坡高2.45m）0.6-1.2m黄色夹灰绿色，蜡状光泽1.2m以下，灰绿色，明显裂隙面，有钙质结核K84+5104.30〜0.2m,黄色,有钙镭质结核0.2〜1.2m,浅红色，有镒质结核1.2-1.6m,黄色夹灰绿，蜡状光泽1.6m以下，灰绿色，有蜡状光滑面，蜡状光泽K84+5303.80~1.0m,浅红色（笫…滑坡深4.5m）1.0〜4.5m,黃色夹灰绿色4.5m以下，红绿色K84+5504.10〜0.2m,黃色（第一滑坡深5m）0.2~0.7m,浅红色0.7-1.3m,灰绿色1.3~5m,深黄色，以下灰绿色 标号开裂长度层1层2层3层4K84+7003.00〜0.4m,褐色,裂隙发育0.4〜2.5m,黄色，裂隙面光滑，有灰绿色物质充填2.5m以下,黄色裂隙屮夹光滑片，有灰绿色物质充填K84+7202.80〜0.1m,灰褐色0・13~0・7m及其以下，黄色〜黄・灰绿色土，略有光滑面K84+7403.30~0.4m,灰黄色，有裂隙0.4〜2.0m,黄色，有裂缝2.0-3.6m,裂隙面明显，蜡状光泽，少量钙质结核3.6m以下，黄色夹灰绿色，无明显光滑面K84+7603.50〜0.4m,黄色，含铁镭质结核0.4〜2.1m,黄色，有光滑面，含铁猛结核2」~3.9m,黄色，有光滑面，裂隙发育，有灰绿色物质充填，含钙质结核3.9m以下，黄色夹灰绿色，无明显光滑面K84+7803.80~0.5m,黄色0.5〜1.0m,灰褪色夹黄色，有光滑裂隙面1.0〜2.5m,黄色夹灰绿色，有微裂隙2.5m以下，黄色含少量钙质结核K84+8003.80~0.2m,浅黄色，裂隙发育，少量钙质结核0.2〜0.6m,灰色，裂隙发育，少量铁镒质结核，有光滑裂隙面0.6-1.2m,黄色，微裂隙发育1.2m以下，黄色夹灰绿色，微裂隙发育K84+8203.80〜0.4m,灰褐色，含少量铁镭质结核0.4〜1.7m,灰绿色，有光滑面，裂隙丰富，含少量铁猛质结核].7〜3.2m黄色夹灰绿色，有光滑面，含少量铁猛质结核3.2m以下，红色夹灰绿色，裂隙而丰富，光滑而中富含灰绿色物质K84+8404.30~0.3m,浅黄色，含少量铁镒质结核0.3〜1.3m,褐色，有光滑面，含铁镭质结核1.3~3.2m,黄色夹灰绿色，有光滑面，含少量铁猛质结核3.2m以下，红色夹灰绿色，裂隙面丰富，有光滑面K84+8604.50~0.8m,褐色，有光滑面，蜡状光泽，有铁镭质结核0.8-3.5m,黄色夹灰绿色，有光滑面3.5m以下，红色夹灰绿色，有光滑面 标号开裂长度层1层2层3层4K84+8803.80~0.2m,浅黄色，少量铁镭质结核0.2〜1.2m,褐色，有蜡状结构面，裂隙发育，有铁猛质结构1.2〜1.5m,黄色1.5m以下，黄色夹灰绿色K84+9004.20〜1.5m,灰褐色，有铁镭质结核1.5-2.3m,浅黄色，有光滑面2.3〜5.5m黄色夹灰绿色，有光滑面，裂隙丰富5.5m以下，红色夹灰绿色，有光滑面，裂隙丰富K84+9207.00〜1.5m,灰黄色，有裂隙1.5-3.2m,黄色，有裂缝3.2m以下，黄色来灰绿色，裂隙丰富且较明显K84+9407.80-1.2m,灰黄色，含裂隙1.2〜2.8m,浅黄色夹灰绿色，有光滑面，裂隙明显2.8m以下,灰绿色，裂隙中充满灰绿色物质K84+9603.70〜2.0m,褐色，裂隙丰富，无光滑面，有铁镭质结核2・0~3・2m,黄色夹灰绿色，冇光滑面，蜡状光泽3.2m以下,灰绿色夹有浅黄色K84+9803.20〜2」m,灰黄色，裂隙发育2.1~3.8m,黄色，裂隙面中夹有灰绿色3.8m以下，灰绿色，裂隙丰富，有光滑而K85+0004.5()〜2.0m,灰色夹浅白色，裂隙丰曷2.0〜3.7m,黃色夹灰绿色，有光滑面3.7m以下,灰绿色，裂隙发育，少少土块产生蹦塌K85+0203.70〜0.3m,灰褐色，弱膨胀土0.3-2.7m,黄色，裂隙丰富2.7m以下，黄色夹灰绿色K85+0405.20~0・4m灰褐色,竖向裂隙丰富，有坍塌现象0.4~3.0m,浅红色夹灰绿色，裂隙发育3.0m以下，黄色，裂隙丰富，有滑坡现象K85+0609.00~0.7m,中等膨胀上，含灰绿色夹层，裂隙发育0.7〜1.0m,黄色，有裂隙1.0~3.5m,黄褐色，有裂隙面，有坍塌现象3.5m以下，黄色夹灰绿色，有光滑面K85+0801.5高速公路与进口匝道的中间。0~2m,黄色，竖向裂隙发育，竖向开裂严重2~3.8m,有滑坡，灰褐色，含钙质结核，川等膨胀土，有大量石块且有坍塌3.8m以下，浅灰绿色 标号开裂长度层1层2层3层4K85+1003.20〜0.2m,灰色，弱膨胀土，有竖向裂隙面，含铁猛质结核0.2-1.8m,黄色,有滑坍现彖1.8m以下,灰绿色，中等膨胀土，有光滑面，裂隙发育K85+1203.50~1.0m,黄色，有裂隙，整个坡面滑动1.0〜2.5m,灰褐色2.5m以下，灰绿色，裂隙发育，有光滑面，蜡状光泽K85+1405.10~1.0m,浅黄色，裂隙发育有铁镭质结核1.0~2.5m,黄绿色，有裂隙面、光滑面，呈蜡状光泽2.5m以下，红色夹黄色有部分土体滑坍K85+1604.80〜1.0m,浅黄色，裂隙发育有铁镒质结核1.0〜2.5m,黄绿色，有裂隙面、光滑面，呈蜡状光泽2.5m以下，红色夹黄色有部分土体滑坍K85+1805.30~0.5m,浅黄色，裂隙发育0.5~1.0m,红色，裂隙发育1.0〜1.7m,灰绿色，裂隙发育，有光滑面1.7m以下，灰褐色，有滑坍现象，微裂隙发育K85+2004.80~0.5m,浅黄色，裂隙发育0.5〜1.8m,灰绿色，有光滑面1.8m以下，灰褐色，部分土体脱落K85+2208.00~0.7m,黄色0.7~2.7m,灰褐色，裂隙发育，含铁镭质绿核2・7m以下，浅绿色，有光滑而K85+2408.50〜2.5m,浅红色，含铁镭质结核2.5〜3.5m,黄色，有钙质结核3.5m以下，浅绿色，有裂隙面，蜡状光泽K85+2607.20〜1.8m,浅红色，少量铁猛质结核，微裂隙存在1.8〜3.2m,黄色3.2m以下，浅灰绿色，有光滑面K85+2808.00〜1.8m,浅红色，少量铁猛质结核，微裂隙存1.8~3.2m,黄色3.2m以下，浅灰绿色，有光滑面 表10匝道素描（入口一J速公路）标号开裂长度层1层2层3层4K85+2001涉红夹有浅灰绿色（只一层）K85+1802.20-2.7m,灰褐色，弱膨胀止，裂隙发育2.7m以下，浅黄色夹灰绿色，有蜡状光滑面K85+1604.00〜0.8m,灰色0.8〜2.1m,褐色2・lm以下，浅黄色夹灰绿色，蜡状光滑面注：有土体坍塌K85+1404.70〜0.3m,黄色夹灰色0.3〜3.7m,褐色，裂隙发育3.7m以下，灰绿色，有光滑面注：有大量土体坍塌K85+1203.50~l.8m,浅黄夹灰绿色，裂隙发育，竖向裂隙严重，大量小土块欲坍塌1.8-3.8m,浅灰绿色，裂隙发育3.8m以下，灰绿色，有光滑面注：有大量土体坍塌K85+1004.00~l.8m,浅黄夹灰绿色，裂隙发育，竖向裂隙严重，大量小土块欲坍塌1.8-3.8m,浅灰绿色，裂隙发育3.8m以下，灰绿色，有光滑面注：有大量土体坍塌K85+803.80〜1.8m,浅黄夹灰绿色，裂隙发育，竖向裂隙严重，大量小土块欲坍塌1.8〜3.8m,浅灰绿色，裂隙发育3.8m以下，灰绿色，冇光滑面注：有大量土体坍塌4路堑边坡稳定性分析膨胀土物理力学指标选取通过调查分析，路堑边坡大致可分四层，由上至下分别为：0~0.9m,0.9~2.1m,2.1-3.2m及3.2m以下考虑到大气、地下水等的影响作如下调整：（1）第一层膨胀土地层，0〜1.6mc=9（p=9°（2）第二层膨胀土地层，1.6m以Hc=12（p=15.64°