铁路顺层路堑边坡稳定性分析方法研究.pdf

2013年3月铁道工程学报Mar2013第3期(总174)JOURNALOFRAILWAYENGINEERINGSOCIETYNO．3(Ser．174)文章编号：1006—2106(2013)03—0019—05铁路顺层路堑边坡稳定性分析方法研究董捷宋绪国许再良(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津300142)摘要：研究目的：铁路岩质边坡稳定性分析一直是山区铁路工程建设最为关心的难点问题之一。近年来，顺层岩质路堑边坡失稳造成的工程事故屡有发生，滑动面的位置往往不能够准确定位，缺乏一套科学合理的评价方法。为此，提出一种能够考虑滑体沿不同岩层界面及纵向裂隙发生滑动的稳定性分析方法。研究结论：采用一种基于平面坐标系统的双向滑动面搜索模式，该模型考虑了铁路路堑边坡的多级平台几何特征和岩层产状，逐一对潜在的滑动体进行分析，可实现对顺层岩质边坡最小安全系数的搜索过程。同时，为提高铁路路基工程技术人员对岩质路堑边坡稳定性的分析效率，采用c#作为开发工具，编制稳定性分析的相关软件，首次实现顺层岩质边坡双向结构面自动搜索的功能。关键词：顺层；边坡；双向搜索；稳定性；模型中图分类号：TU457文献标识码：AStudyonAnalysisMethodforStabilityofBeddingCuttingSlopeAlongRailwayDONGJie，SONGXu—guo，XUZai—liang(TheThirdRailwaySurveyandDesignInstituteGroupCorporation，Tianjin300142，China)Abstract：Researchpurposes：Thestabilityanalysisoftherailwayrockslopeisoneofthemostconcernedproblemsinrailwayconstructioninmountainarea．Inrecentyears，theengineeringaccidentscausedbytheunstabilityofthebeddingrockcuttingslopehaveoccurredfrequentlybecausethepositionoftheslidingsurfacecan，tbeaccuratelyallocatedduetobeingshortofthescientificandrationalevaluationmethod．Thispaperpresentsaanalysismethodforthestabilityoftheslidingbodyalongthedifferentrockboundariesandlongitudinalcracks．Researchconclusions：Abi—directionsearchingmodelbasedonplaneeoordinatesystemisestablished．Thismodelconsidersthegeometricfeaturesofthemultiplelevelplatformsofthecuttingslopeandtherockstratumattitudeandit，canbeusedtoanalyzethehiddenslidingbodyonebyoneandsearchfortheminimumsafetycoeficientaboutslopestability．Inaddition，inordertoimprovetheanalysiseficiencyofthestabilityoftherockcuttingslopeanprofessional，softwareisdevelopedbyusingC#programmingtoolstorealizetheautomaticsearchingforthebi—directionalstructuresurfaceofthebeddingrockslope．Keywords：bedding；slope；bi—directionalsearching；stability：model层状结构岩质边坡在我国的分布范围较广，其中和运营威胁最大。近年来，在线路施工及运营过程中层状同向结构岩质边坡对铁路、公路工程的安全施工因层状岩质路堑边坡失稳造成的工程事故持续增加。收稿日期：2012—11—22基金项目：国家自然科学基金资助(NO．51108313)；中国博士后科学基金面上资助(NO．20100470776)；中国博士后科学基金特别资助(NO2012T50215)；铁道第三勘察设计院集团有限公司科技开发项目(NO．721245)作者简介：董捷，1980年出生，男，高级工程师。 20铁道工程学报2013年3月究其原因，一般层状同向结构岩质边坡开始产生顺层滑动后，其变形运动的时间相对短暂，在施工及运营期间的变形监测难以有效起到规避灾害风险的作用¨J。王恭先、蒋忠信等也对因顺层而引发的滑坡灾害进行了归类和总结，并认为顺层滑坡是结构面和纵向裂隙组合贯通形成的。。陈祖煜等特别针对水利水电领域岩质边坡的稳定性分析方法开展了系统的研究工作，在岩体力学参数取值及倾倒稳定性分析方面取得了较为丰富的成果。白云峰、石豫川、李治广和李图1顺层岩质路堑边坡分析示意图道明等分别在其学位论文中对顺层岩质边坡的稳定性分析方法作了研究，并重点对单滑面的稳定性分析模水平向右无限延伸。型做了改进。李海波等考虑了地震荷载的作用，(3)近似认为陡倾结构面MD垂直分布，D为当前推导了地震作用条件下顺层岩质边坡安全系数计算的计算滑体对应的控制性结构面与陡倾结构面之问的交基本方法。成永刚和王玉峰还对顺层岩质边坡的点，设点为陡倾结构面与AnE的交点，点的搜索岩层倾角与其安全系数之间的关系作了深入的分析，浮动范围处于An及最底端边坡主控结构面与坡顶平得到了规律性的认识⋯。面交线之间，其搜索步长为A6。总结发现，尽管现有成果丰富了岩质边坡稳定性(4)结合实际考虑，认为Ol大于BOB1、BOB2、⋯、分析的基本方法，但遗憾的是，现有方法在应用至铁路BOB(n一1)、BOAn的倾角及各级边坡坡面倾角时，不顺层岩质路堑边坡稳定性分析时，仍有较大的局限性，作为此类顺层岩质边坡的分析类型。主要表现在：铁路顺层岩质路堑边坡一般均由一种以(5)假定搜索范围在17,级边坡范围内，即假定潜上岩层组成，且岩层的厚度随着埋藏深度而变化；其在滑动剪出口Ⅳ均发生在开挖范围内，假定AnEF范次，对于高陡多级岩质路堑边坡均设有边坡平台，坡面围内的岩质边坡处于稳定状态。尺寸套用现有方法具有一定的难度。(6)为了便于计算，假定不同级别范围内的岩质因此，本文特别针对铁路顺层岩质边坡的稳定性边坡的岩层类型及岩层厚度是相同的，若同一级边坡分析方法进行研究，对进一步完善山区层状岩质路堑范围内出现两种类型的岩层，可以将两类岩层的分界边坡设计理论，促进层状岩质边坡设计工作向高精度、点视为岩层的分级点，该分级处边坡平台的宽度为0。高标准的方向发展具有较大的推动作用。假定与第i级边坡坡面相交的结构面范围内的岩层厚度为t，岩层间结构面的抗剪强度用c和来表示，1模型建立的基本假定岩体抗拉强度用or来表示，各级边坡的总开挖高度该类型顺层边坡的基本特征是设计边坡开挖后坡用∑表示，顶部斜坡AnE高为h。顶上方的斜坡地表高程逐渐升高，但该坡度一般小于2稳定性分析的具体步骤各级边坡坡面的坡度，其顶部假定为水平。模型采用自下而上定义边坡级别的序号，假定n级边坡坡顶与2．1基本变量的计算原自然坡面相交，岩层的层间接触关系满足整合接触若将一级边坡坡脚BO处视为原点，则坡顶斜坡或平行不整合的特点，分析剖面与边坡设计开挖平面AnE的直线方程可以表示为：相垂直，滑动面由边坡顺层主控结构面与陡倾结构面Y=(—XA)tar+∑h(1)组合而成，如图1所示。坡顶水平线的直线方程可以表示为：稳定性分析过程中采用下述基本假定：Y=h+∑(2)(1)假定顺层岩质边坡存在一组主控结构面过坡第级边坡范围内第A层控制性结构面的方程脚B0点，主控结构面之间彼此平行，其与水平面之间可以表示为：的夹角为O／；当小于5。或Ol大于75。时认为该岩质t·^Y1)+(一1))n+边坡不属于顺层滑动模式的岩质边坡。(2)n级边坡与自然坡面AnE相交，其与水平面(=0，1，2，L，n(n))(3)之间的夹角为卢，夹角应不超过每一级边坡坡面上第n级边坡范围内控制性结构面个数rb(n)(nl的倾角；自然坡面AnE的上方为坡顶面，假定坡顶面从0开始计数)应满足： 第3期董捷宋绪国许再良：铁路顺层路堑边坡稳定性分析方法研究21式中，满足0≤A≤()。n(n)=int{_=二堕一—二，_==二一)确定P点的位置问题的关键在于确定某一控制(4)性结构面是否与AnE存在交点。分析发现，当控制性同样假定每一级边坡范围内剪出口的坐标用N结构面的直线与直线AnE或其延长线的交点的横坐来表示，其具体的坐标计算应满足如下关系。标小于E点的横坐标时，交点P位于线段AnE上，即第n级边坡范围内第A层控制性结构面与该级满足如下条件：边坡坡面的交点坐标表示为：XB(．-1)tana-XAntail[3)一+∑XB(n-1)(fann)+——————■———一