某高速公路山体边坡变形监测与分析

岩石力学与工程学报 23(2)：299～302

2004年1月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Jan.，2004

2003年6月20日收到初稿，2003年7月20日收到修改稿。

作者 陈 强 简介：男，46岁，1982年毕业于武汉水利电力大学水利工程系农田水利工程专业，现任高级工程师，主要从事地基处理及环境岩土工程方面的研究工作。

某高速公路山体边坡变形监测与分析

陈 强 韩 军 艾 凯

(长江科学院岩基研究所 武汉 430010)

摘要 中西部高速公路建设遇有大量的岩石边坡稳定问题。对某高速公路山体边坡的监测成果表明，该山体边坡分别存在着深层和浅层滑动变形区域，分析发生变形的主要原因是山体地下水位升降的影响。因此，建议该高速公路山体边坡的稳定措施，应以防、排水工程措施为主。

关键词　　工程地质，高速公路，边坡稳定，裂缝，变形监测，地下水

分类号　　P 2.22，U 216.41+9.1 文献标识码 A 文章编号 1000-6915(2004)02-0299-04

MONITORING AND ANALYSIS OF SLOPE DEFORMATION

ALONG A SPEEDWAY

Chen Qiang ，Han Jun ，Ai Kai

(Yangtze River Scientific Research Institute ， Wuhan 430010 China )

Abstract There are a large number of rock-slope stabilization problems in speedway construction in the middle and west China. Monitoring and analysis are made on slope deformation along a speedway. The monitoring results indicate that in the slope there are deep and shallow-layer glide deformation areas. The influence of variation of underground water table is the main reason of slope deformation. Thus it is suggested that preventing and draining water be the main engineering measure to keep the slope stable.

Key words engineering geology ，speedway ，slope stabilization ，crack ，deformation monitoring ，ground water

1 工程基本情况

1.1 工程概况

某高速公路山体边坡位于武汉市郊区，公路里程桩号为K181+900～K182+350。该山体采用素喷混凝土护坡，坡长450 m ，最大坡高50 m ，其中，除中间65 m 坡长范围内由2条约5 m 宽的减载平台分隔成3级护坡外，南北两侧分为5级和4级护坡，每级护坡高度约9 m 。原设计坡度为53°，后修改为39°，实际竣工坡度为40°～50°。该工程于2001 年元月完工，在削坡施工过程中，采用了机械和爆破相结合的施工方法。

1.2 山体地质

山顶深部观测仪器埋设钻孔取芯表明，山体上覆第四系黄色粘土，厚度1.5～2.0 m ；下部由粉质泥岩和砂岩组成，粉质泥岩层厚30 m 左右。该岩 层上半部风化程度高，岩体破碎，遇水极易崩解、软化，岩石强度低。 1.3 裂缝情况

山体削坡喷护工程于2001年元月完工后不久，就出现了许多裂缝，且裂缝的宽度不断加大，数量不断增多，期间曾作过多次喷护填缝修补，但仍不能阻止裂缝的发展。根据现场对金口山体边坡裂缝的调查，裂缝有如下特点：

(1) 裂缝分布范围广，且纵横交错。统计裂缝

区域面积达6 000 m2左右。

(2) 山顶裂缝较为集中，且以平行于公路方向的横向裂缝为主。坡面纵(垂直于公路方向为纵向裂缝)、横向裂缝都有，且横向裂缝长度大于纵向裂缝长度，并相互贯通。

(3) 裂缝宽度大，一般为0.3～10 cm。

基于裂缝的上述特点和分布范围，宜将金口山体边坡裂缝分区来进行监测和研究。

I类裂缝区：该区裂缝涉及范围为桩号K181+975～K182+075，高度19.5～41.6 m。此区裂缝纵横交错，且有贯通，经打开表面喷护混凝土检查，有的裂缝宽达5～10 cm，裂缝影响范围大，坡体不稳定性表现明显，成为本次安全监测和稳定分析的重点。

II类裂缝区：该区裂缝涉及范围为桩号K182+075～K182+230，高度30～48 m。此区横向裂缝表现突出，最大缝宽5 cm，部分已与纵向裂缝连通，形成潜在滑动体。此区域位于整个滑动山体的中部，且局部与其他裂缝区域相比少1级减载平台(仅有2条减载平台)。从竣工现状来看，坡陡且高，这可能是该裂缝产生原因之一。该区同样是本次滑坡研究的重点。

III类裂缝区：该区裂缝范围为桩号K182+230 ～K182+275，高度17～46 m。该区裂缝稀少，分散主要以横向裂缝为主，部分成龟裂状，裂缝宽度不大。经初步分析判断，该区裂缝是喷护混凝土与原岩基面结合不牢所致。值得注意的是，此处坡高最大，且有倒坡，同样，应注意观察与研究，在监测方式上以表面观测为主。

2 变形监测目的及内容

2.1监测目的

该高速公路山体边坡监测目的是：基本掌握该山体边坡的变形发展方向、大小及发展趋势；了解潜在滑动体滑动面及主要滑动区域内不同部位不同岩体的变形及发展情况；通过观测，分析山体滑动变形的影响因素；对山体变形进行预报，并为最终治理山体滑坡、保证该高速公路正常运行提供依据[1]。

2.2监测内容

根据上述监测目的，该高速公路山体边坡变形监测的内容包括以下3个方面：

(1) 表面水平位移观测：通过地表水平位移的观测，了解测点部位岩体表层水平位移的大小、方位及发展趋势。

(2) 岩体深部变形观测：通过深部变形观测，主要了解山体内部水平和垂直2个方向各测点变形值的大小及发展情况，为判断滑动体的深度及滑动面提供依据。

(3) 表面裂缝开合度观测：主要是为了解山体表面裂缝的发展情况和发展趋势。

因此，在该山体边坡有裂缝出现的区域位置上，分别布设了6个水平位移观测墩和11对双向测缝计，在I，II类裂缝区的重点断面上分别埋设了竖向钻孔测斜仪和水平多点(5点)位移计。后来观测到降雨对该山体变形影响极大，又在山顶II类裂缝区从山顶到山脚加设了1根40 m深的测压管，以监测山体地下水位的活动情况。事实证明，地下水位的观测，对分析该山体边坡稳定和提出综合治理措施起到了非常重要的作用[2～4]。该高速公路山体边坡变形监测仪器布置和数量见表1。

3 变形监测成果分析

为便于分析该山体边坡的变形情况，按月份统计出各变形监测项目的最大变形量，见表2。从表中统计可以看出山体最大变形发生在I，II类裂缝

表1 监测仪器布置及数量

Table 1 Arrangement and quantity of monitoring instruments

水平位移观测墩钻孔测斜仪多点位移计测缝计测压管

布置位置

数量/个编号数量/孔编号数量/孔-点编号数量/对编号数量/支编号I类裂缝区 2 1#，2# 1 IN11-5 M1 4 1#～4#

II类裂缝区 2 3#，4# 1 IN21-5 M2 3 5#～7# 1 P1 III类裂缝区 2 5#，6# 4 8#～11#合计 6 2 2-10 11 1

第23卷 第2期 陈 强等. 某高速公路山体边坡变形监测与分析 • 301・

表2 2002年5～12月各变形监测项目最大变形量统计表

Table 2 Statistics of maximum deformation measured from May to December ，2002 mm

变形项目 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月

321222222M1 )3

82

.0(136.3##−− #398

.6− #381

.6− #361

.6− #359

.6− #359

.6− 多点 位移计 M2 #

56

.0 #528

.5 #567

.5 #523

.5 #518

.5

#556

.5 IN1 孔口46

.44 孔口54

.45 孔口44

.45 孔口51

.43 孔口14

.42 孔口24

.48 钻孔 测斜仪 IN2

孔口

5

.33 孔口

10

.34 孔口

68

.30 孔口

75

.30 孔口

18

.28 孔口

27

.28 注：(1)

B

A A 为自观测之日起到当月止x 方向的累积最大变形量(mm)；

B 为变形观测仪编号或位置说明。(2) 表中多点位移计和钻孔测斜仪的最大变

形量值为主滑动x 方向位移量。(3) 表中及图中所有x 方向的正位移均为指向公路的变形。

区，并且I ，II 类裂缝区在2002年6～7月的变形速率最大，因此，I ，II 类裂缝区应该成为稳定分析的重点。

3.1 深部变形监测成果分析

反映该山体边坡I ，II 类裂缝区深部变形的 有多点位移计和钻孔测斜仪两项监测成果，根据这些成果所绘变形时间过程曲线见图1～3。

图

1 M1

，M2多点位移计各测点变形与时间关系图 Fig.1 Relationship curves between displacement and time for

points M1，M2

图2 IN1，IN2测斜孔孔口位移与时间关系曲线图 Fig.2 Relationship curves between displacement and time for

orifices IN1，IN2

为便于判断滑动面，由监测成果所绘典型时段测斜孔各点累积位移随孔深的变化曲线见图3。

图3 IN1和IN2测斜孔位移与孔深的关系曲线图 Fig.2 Relationship curves between displacement and depth of

orifices IN1，IN2

根据上述监测成果可以看出：

(1)　I 类裂缝区发生浅层滑动的可能性较大， 滑动面在M 1点上11.3～15.3 m 深度范围内，在IN 1点上14.0 m 深度处，详见图1，3。

(2)　II 类裂缝区是一个潜在的深层滑动区，滑

动面在M2点上大致19.60 m深处，在IN2点24.0 m 深或更深处，详见图1，3。

(3) 2002年7月强降雨使该高速公路山体边坡内部的变形突然增大，之后的变形又趋于平稳，见图1～3和表1，对此时的变形及时作了报警。3.2表面变形成果分析

表面观测成果包括6个观测墩的水平位移和11对测缝计的裂缝开合度。6个观测墩的水平位移与时间的关系曲线和部份典型测缝计开合度与时间的关系曲线见图4和5。从观测成果分析可以看出，1#～3# 观测墩和1#～7#测缝计的水平位移和开合度变化较大，而且均在7月份因强降雨，变形绝对值和变形速率突然增大。这同样说明降雨是使表面变形增大，影响山体边坡稳定主要因素，同时也揭示了I，II类裂缝区稳定性较差。

图4 外观点x向位移与时间关系曲线图

Fig.4 Relationship curves between displacement and time

图5 部缝标点变形位移与时间关系曲线图Fig.5 Relationship curves between displacement and time for some monitoring points of crack

3.3监测成果与地下水位的关系

测压管是在变形监测中期埋设的，比较埋设后地下水位的变化过程和2#观测墩x方向位移的变化过程及钻孔测斜仪孔口x方向位移的变化过程(见图6)，可以看出，地下水位的升降，使该山体边坡表面和深部的变形产生相对滞后的增大和减小；地下水位小幅度的升降，对该山体边坡表面和深部变形影响不大。通过天气记录和水位变化观测到该山体地下水位上升主要受降雨的影响，这说明降雨是山体地下水的补给源。

图6 2#观测墩及IN2测斜孔口x方向位移与地下水位变化过程比较

Fig.6 Duration curves of underground water table and

x-displacement of observation frustum 2# and

orifice IN2

4 结论

(1) 某高速公路山体边坡I，II类裂缝区均存在滑坡的危险，III类裂缝区相对较为稳定，因此，应重视山体边坡I，II类裂缝区的稳定性研究和治理。

(2) 由于边坡的稳定性受内外各种因素的影响，对山体边坡失稳时间预报具有不确定性，但可以肯定的是强降雨会引起变形突变和变形速率加快，而且影响山体边坡稳定的主要因素是山体内地下水的高低，因此，应加强山体边坡降雨期间的巡查、监测和报告工作。

(3) 山体边坡的稳定加固目前应以山体表面封水和山体内部排水的工程治理措施为主。

参考文献

1 李迪，马水山. 岩石边(滑)坡稳定性的判识[A]. 见：工程岩石力

学[C]. 武汉：武汉工业大学出版社，1998，351～359

2 夏元友，李梅. 边坡稳定性评价方法研究及发展趋势[J]. 岩石力

学与工程学报，2002，21(7)：1 087～1 091

3 吴海斌. 三峡永久船闸岩石高边坡工程稳定技术[J]. 岩石力学与

工程学报，2002，21(2)：261～267

4 李天斌. 岩质工程高边坡稳定性及其控制的系统研究[J]. 岩石力

学与工程学报，2003，22(2)：341～341