安義軍
(貴州地礦基礎(chǔ)工程有限公司,貴州 貴陽 550081)
隨著近幾年基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)步伐迅速加快,基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)性規(guī)劃受地形地貌、巖土工程地質(zhì)條件及周邊環(huán)境的控制和影響。部分基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)過程中存在大量切方施工,尤其以巖土組合邊坡在開挖施工過程中導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)特別突出,巖土混合邊坡在地形復(fù)雜、巖土構(gòu)成復(fù)雜的情況下內(nèi)部應(yīng)力分布變得更為復(fù)雜,邊坡失穩(wěn)破壞是一個復(fù)雜的地質(zhì)力學(xué)問題,由邊坡坡體的巖土構(gòu)成、地形地貌、風(fēng)化、水以及外力等因素共同作用或多因素作用,對生命財產(chǎn)安全造成嚴重威脅和嚴重損失,邊坡的失穩(wěn)破壞導(dǎo)致的問題日益突顯。本文以龍里高新區(qū)麥沖工業(yè)地塊場平及道路工程(B地塊南側(cè)邊坡工程)為例[1-2],針對建筑邊坡復(fù)雜地面線折線破裂面?zhèn)认驂毫τ嬎鉡3-5]進行了詳細論述,其后探討了建筑邊坡復(fù)雜地面線折線破裂面?zhèn)认驂毫τ嬎惴椒ǖ拇_定及選擇。
根據(jù)勘察資料場地屬于低中山侵蝕溶蝕溶溶丘谷地地貌,總體地勢北西高南東低,地形地貌復(fù)雜,巖土構(gòu)成復(fù)雜,地形高程1236.5~1275.2 m,相對高差38.70 m,地形平均坡度約30°。因切方形成建筑邊坡最大高度22.0 m,邊坡長度150 m,為巖土混合邊坡,土質(zhì)部分為碎石土,巖質(zhì)部分為中風(fēng)化白云巖,坡頂為林地,坡腳為擬建高層建筑。
巖土構(gòu)成主要為中密碎石土層(Qel+dl)和三疊系關(guān)嶺組(T2g)白云巖。其中:中密碎石土,雜色,中密,主要成分為碎石夾粘土,碎石含量大于50%,碎石粒徑主要為2~10 cm,最大粒徑50 cm,均勻性較好。三疊系關(guān)嶺組(T2g)中風(fēng)化白云巖,白色、紫紅色,薄-中厚層狀,含泥化膜,巖體破碎,巖芯呈砂狀、碎塊狀,微晶結(jié)構(gòu),隱節(jié)理發(fā)育,局部溶蝕溶孔發(fā)育,巖體基本質(zhì)量等級分類為Ⅳ級。基巖分布連續(xù),均勻性好,邊坡巖體類型為Ⅳ類。根據(jù)勘察資料巖土參數(shù)見表1。
表1 場地巖土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)Tab.1 Physical and mechanical properties of the site
該邊坡高15~22 m,表層分布10~17 m厚中密碎石土,下覆為三疊系關(guān)嶺組(T2g)中風(fēng)化白云巖。中密碎石土擬開挖坡率為1∶0.75(53°),中風(fēng)化白云巖擬開挖坡率為1∶0.3(73°),開挖坡向165°,巖層傾向 76°,傾角22°,逆向坡,無外傾結(jié)構(gòu)面。根據(jù)勘察資料巖土設(shè)計代表性剖面見圖1。
圖1 巖土設(shè)計代表性剖面Fig.1 Representative section of the geotechnical design
本文分別按照《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB50330—2013)(后文采用(GB50330—2013)代替)6.2.3式和《貴州建筑巖土工程技術(shù)規(guī)范》(BDJ52/T046—2018)(采用(BDJ52/T046—2018)代替)8.3.5式對建筑邊坡復(fù)雜地面線折線破裂面?zhèn)认驂毫褪S嘞禄Ψ謩e計算并對比分析。
2.1.1 土壓力計算方法
將計算簡圖簡化、等代成符合《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB50330—2013))6.2.3式土壓力公式前提條件的圖形后計算,本例為6度區(qū),非超限邊坡,水平地震系數(shù)a=0,地震角ρ=0°。
如圖2所示,附加荷載q=30 kPa、α=126.9°、β=24°.6、δ=25°/2=12.5°、H=10 m,巖土指標(biāo)如圖。代入(GB50330—2013)6.2.3式,結(jié)果為:
圖2 巖土設(shè)計代表性剖面Fig.2 Representative section of the geotechnical design
η=0.045455,
Kq=1.409452,
土壓力系數(shù)Ka=0.2087,
合力Ea=229.56 kN/m,
垂直分力Ey=-94.72 kN/m,
水平分力Ex=209.11 kN/m,
側(cè)壓力均為標(biāo)準值。
2.1.2 剩余下滑力計算方法
按照(BDJ52/T046—2018)8.3.5式計算剩余下滑力,先將附加荷載換算成土柱高,安全系數(shù)取k=1.0(標(biāo)準值,以便與(GB50330—2013)6.2.3式對比)。取θ=(β+φ)/2=(53.1°+25°)/2=39.05°為破裂面,計算剩余下滑力,再在該破裂面兩側(cè),按一定增量角取破裂面,計算剩余下滑力,得最大剩余下滑力及破裂面,再在該破裂面兩側(cè),取更小的增量角確定破裂面,計算剩余下滑力,最終找到最大剩余下滑力及破裂面,即圖中破裂角35.4°的破裂面。
圖3 巖土設(shè)計代表性剖面Fig.3 Representative section of the geotechnical design
計算結(jié)果:
設(shè)計安全系數(shù):K=1,
剩余下滑力隱式法:E(隱)=233.58 kN/m,
水平分力:Ex(隱)=190.37 kN/m。
2.1.3 標(biāo)準值對比分析
(GB50330—2013)6.2.3式計算結(jié)果:
合力Ea=229.56 kN/m,
水平分力Ex=209.11 kN/m。
(BDJ52/T046—2018)8.3.5式計算結(jié)果:
剩余下滑力隱式法:E(隱)=233.58 kN/m,
水平分力:Ex(隱)=190.37 kN/m。
(BDJ52/T046—2018)8.3.5式隱式法的Ex比(GB50330—2013)6.2.3式計算結(jié)果偏小10%。
取安全系數(shù)1.35進行側(cè)壓力設(shè)計值對比:
(GB50330—2013)6.2.3式側(cè)壓力水平分力設(shè)計值Ex=209.11 kN/m×1.35=282.299 kN/m;
(BDJ52/T046—2018)8.3.5式剩余下滑力水平分力隱式法的Ex(隱)=372.2(kN/m);
經(jīng)比較(BDJ52/T046—2018)8.3.5式剩余下滑力水平分力設(shè)計值比(GB50330—2013)6.2.3式側(cè)壓力水平分力設(shè)計值偏大24.2%。
2.2.1 土壓力計算方法
按照(GB50330—2013)6.2.3式,需要將上級邊坡?lián)Q算成附加荷載,根據(jù)(GB50330—2013)附錄B.0.2,換算后計算簡圖如下,主動土壓力系數(shù)ka=0.3533,上級邊坡坡頂處,換算荷載220 kPa,一級邊坡坡頂換算荷載為0 kPa,荷載沿45°+φ/2=70°線向下傳遞,僅在一級邊坡坡腳2.1 m高處,產(chǎn)生0~8.2 kPa的側(cè)壓力,合力為8.61 kN/m。按(GB50330—2013)6.2.3式計算,一級邊坡側(cè)壓力水平分力Ex=94.77 kN/m,總側(cè)壓力水平分力Ex=94.77+8.61=103.38 kN/m。
圖4 巖土設(shè)計代表性剖面Fig.4 Representative section of the geotechnical design
如果偏于保守計算,將上邊坡7.5 m寬0~10 m高巖土換算成平均荷載,則0~7.5 m范圍平均荷載=29.33 kPa,按坡頂水平,荷載29.33 kPa,再計算下邊坡側(cè)壓力,得下級邊坡總側(cè)壓力水平分力Ex=113.3(kN/m)。
2.2.2 剩余下滑力計算方法
按照(BDJ52/T046—2018)8.3.5式,計算剩余下滑力,先將樹木附加荷載換算成土柱高。安全系數(shù)取k=1.0(標(biāo)準值,以便與(GB50330—2013)6.2.3式計算進行對比)。先搜索下邊坡剩余下滑力最大的破裂面,先取θ=(β+φ)/2=(73.3°+50°)/2=61.8°為破裂面,計算剩余下滑力,再在該破裂面兩側(cè),按一定增量角取破裂面,計算剩余下滑力,得最大剩余下滑力及破裂面,再在該破裂面兩側(cè),取更小的增量角確定破裂面,計算剩余下滑力,最終找到最大剩余下滑力及破裂面,即圖中破裂角59°的破裂面。
再搜索上邊坡剩余下滑力最大的破裂面,以下邊坡59.1°破裂面的頂點為基點,作θ=(β+φ)/2=(53.1°+25°)/2=39.05°的破裂面,計算剩余下滑力,再在該破裂面兩側(cè),按一定增量角取破裂面,計算剩余下滑力,得最大剩余下滑力及破裂面,再在該破裂面兩側(cè),取更小的增量角確定破裂面,計算剩余下滑力,最終找到上邊坡剩余下滑力最大的破裂面,即圖中破裂角39.2°的破裂面。如圖5所示。
圖5 巖土設(shè)計代表性剖面Fig.5 Representative section of the geotechnical design
連接下邊坡和上邊坡剩余下滑力最大的破裂面,圖中59.1°破裂面和39.2°破裂面,計算該破裂體的剩余下滑力,得隱式法剩余下滑力水平分力Ex(隱)=472.16 kN/m。
2.2.3 標(biāo)準值對比分析
(GB50330—2013)6.2.3式計算結(jié)果:
合力Ea=229.56 kN/m,
水平分力Ex=209.11 kN/m;
(DBJ52/T046—2018)8.3.5式計算結(jié)果:
剩余下滑力隱式法:E(隱)=233.58 kN/m,
水平分力:Ex(隱)=190.37 kN/m,
(BDJ52/T046—2018)8.3.5式隱式法的Ex比(GB50330—2013)6.2.3式計算結(jié)果偏小10%。
取安全系數(shù)1.35進行側(cè)壓力設(shè)計值對比:
(GB50330—2013)6.2.3式側(cè)壓力水平分力設(shè)計值Ex=209.11(kN/m)×1.35=282.299 kN/m;
(DBJ52/T046—2018)8.3.5式剩余下滑力水平分力隱式法的Ex(隱)=372.2 kN/m,比《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB50330—2013)6.2.3式側(cè)壓力水平分力設(shè)計值偏大24.2%。
1)對于上邊坡,采用(GB50330—2013)6.2.3式計算和采用(DBJ52/T046—2018)公式計算,邊坡側(cè)壓力的水平分力標(biāo)準值Ex比較接近,誤差小10%;但設(shè)計值誤差比較大,達24.2%。
2)上邊坡側(cè)壓力的水平分力設(shè)計值誤差大的原因,是由于安全系數(shù)在計算公式中的位置不一樣,為說明清楚,假定A為計算結(jié)果,B為下滑力,C為抗滑力;則安全系數(shù)k在《(GB50330—2013)6.2.3式中,A=K×(B-C);(DBJ52/T046—2018)8.3.5式中,A=(k×B-C)(顯式法),A=(B-C/K)(隱式法),同樣的安全系數(shù),對兩種計算的放大結(jié)果不一樣。
3)對于下邊坡,側(cè)壓力水平分力采用兩種方法計算的結(jié)果差別非常大,(GB50330—2013)6.2.3式計算Ex=113.3(kN/m),(DBJ52/T046—2018)8.3.5式計算Ex=472.16 kN/m,主要原因是(GB50330—2013)6.2.3公式計算時,將上邊坡巖土換算成附加荷載產(chǎn)生的誤差,原因是附加荷載的破裂面是鉛垂面,而巖土體的破裂面是斜面,兩者并不對等,將巖土換算成附加荷載后進行計算,漏算很大一塊巖土破裂體,如圖6所示。
圖6 巖土設(shè)計代表性剖面Fig.6 Representative section of the geotechnical design
4)將上邊坡巖土換算成附加荷載,漏算很大一塊巖土破裂體,是不安全的。而采用剩余下滑力公式計算下邊坡側(cè)壓力水平分力,更合理、更安全。