赤平投影法在峡谷岸坡稳定性评价中的应用

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铁 道 建 筑 Railway Engineering
May, 2012
文章编号: 1003-1995 ( 2012 ) 05-0102-03
赤平投影法在峡谷岸坡稳定性评价中的应用
1 2 王喜华 , 赵志明
( 1. 西南石油大学 资源与环境学院, 四川 成都 610500 ; 2. 西南交通大学 地球科学与环境工程学院, 四川 成都 610031 )
随着我国经济建设的快速发展, 在水利水电领域 船闸边坡、 坝基工程, 在铁道和公路中 中的地下厂房、 的隧道、 高路堑边坡等一些岩石工程中, 往往会遇到结 构面或结构面与临空面组合切割出来的潜在不稳定块 体的问题。 而如何准确地判断和防止岩体的滑落塌 方, 作为设计和施工的依据, 这就成了岩石工程中经常 碰到而又急需解决的问题。 目前岩石边坡稳定性分析的方法很多 , 如数值法、 DDA( Discontinuous Deformation Analysis) 法、 矢量分析
摘要: 赤平投影法是对岩石块体进行定性评价的重要方法之一 。本文介绍了赤平投影法的基本原理 , 并 采用空间向量法建立了计算结构面空间组合参数的方程 , 结合实际工程对边坡进行了计算评价。 分析 计算参数容易获取等优点, 采用空间向量方程 表明赤平投影法在岩石边坡稳定性分析中具有原理明确 , , 。 编制计算机程序可以大大提高稳定性评价计算速度 降低计算工作量 该方法适合对峡谷岸坡稳定性 进行快速评价, 同时对工程施工过程中, 避开人工开挖形成危险方位的临空面起到科学指导作用 。 关键词: 赤平投影 岩石边坡 结构面 稳定性分析
+ 中图分类号: U213. 1 52. 2
文献标识码: A
随着我国铁路建设事业的飞快发展, 铁路与其行 经地区地表所附地物的矛盾日益突显, 因此对铁路路 基边坡, 尤其对于铁路高堤、 深堑地段边坡的要求也越 来越高。桩板式挡墙是一种采用悬臂式锚固桩( 也称抗 滑桩) , 并于桩外挂板或桩间搭板的路基边坡支挡结构。 工程实践证明在城区的高堤、 深堑地段中, 桩板式挡墙 具有用地省、 稳定性好、 施工简便、 拆迁少等诸多优点。 本文结合某铁路深路堑的支挡防护设计, 对桩板式挡墙 的桩身受力、 内力计算等进行了详细的分析。
表1 结构面 P1 P2 P3 岩体结构面地质参数 走向 65° 44° 350° 280° 倾向 155° 314° 80° 190° 倾角 44° 32° 81° 45°
式中, α i 为单滑面倾角; i 为滑面摩擦角; γ ij 为双滑 面交线的倾角; γ i , γ j 为双滑面交线的法线分别与 P i , P j 面法线的夹角。 γ ij , γi , γ j 均可从赤平投影图中求得。 2. 2 结构面空间组合参数数值算法 随着计算机发展, 采用数值解法可以有效避免赤 平投影繁琐的作图过程, 有效降低计算工作量。 地质 结构面产状为倾向 α, 倾角 β, 在赤平投影图中的向量 采用空间向量计算如下。 法向量 n n = ( x, y, z) = ( cosα·cosβ, cosα·sinβ, sinα) 两结构面交线向量 n'为 i j n' = x1 x2 y1 y2 k z1 z2
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3. 1
计算实例
某工点岩石边坡的工程地质条件
图1
岩体结构面赤平投影
本例所研究的岩石工程边坡处于深切河谷地貌 , 地面高程为1 670 ~ 3 400 m, 相对高差达1 720 m。 工 点处河谷走向近东西向, 河面宽约 25 m, 岸坡陡峭, 临 近河谷地带为悬崖, 陡坡处基岩多裸露, 植被总体不发
收稿日期: 2011-11-18 ; 修回日期: 2012-02-05 作者简介: 胡红萍( 1981 — ) , 男, 江西南昌人, 工程师, 硕士。
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工程概况
某新建铁路专用线 DK3 + 110 —DK3 + 250 段位
于某国铁干线下行侧 8. 5 m, 既有干线下行侧为深路 堑, 坡脚既有混凝土挡墙支护, 堑顶外邻靠一乡村公路 拆除洋楼, 新建专用线 及几幢洋楼。为避免破坏公路、 需近乎垂直开挖既有干线下行侧边坡土体 , 垂直开挖 深度约 13 m。因此, 该段专用线路堑边坡采用局部刷 坡加桩板式挡墙的工程处理措施 。该段专用线位于剥
2012 年第 5 期
赤平投影法在峡谷岸坡稳定性评价中的应用
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百度文库
不同滑塌形式形成滑塌体的稳定系数计算 在下半球投影中, 如切割锥的重力矢量落在切割
dl + col ) 粗角砾 育。工点内上覆第四系全新统坡崩积 ( Q4 al + pl 土、 冲洪积( Q4 ) 卵石土。下伏基岩为志留系中上统 ( S2 - 3 ) 板岩、 千枚岩、 炭质板岩夹砂岩、 灰岩及华力西
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用赤平投影求解边坡稳定问题
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赤平投影原理
赤平投影 ( stereographic projection ) 是以球体作为 投影工具 ( 称投影球 ) , 用以表示物体的几何要素或 直线、 平面的空间方向和它们之间的角距关系的一 点、 种平面投影。以球心作通过球心且垂直投影平面的直 线与投影球面的交点, 称为球极, 投影平面称为赤道平
锥的曲底面之内, 则可以形成坠落体。 重力矢量落在 则不能形成坠落体, 形成沿单滑面滑动或 曲底面之外, 双滑面滑动的滑塌体。 蒋爵光 对不同结构面组合 形成的滑塌体形式做了详细的论述 。 在确定结构面组合形成的单滑面、 双滑面滑动方 向以及坠落体、 单滑面、 双滑面滑塌体的投影后, 计算 各类滑塌体的稳定系数。 考虑无凝聚力时切割体的稳定性计算公式为 直接坠落 K = 0 单滑面 K = cotα i tan i 双滑面 K = cosγ ij ( sinγ i tan j + sinγ j tan i sinγ ij sin( γ i + γ j ) ( 3) ( 2) ( 1)
体较破碎, 但仍主要为大块体。 岩体结构面延伸长度 多数在 1 m 以上, 主要发育有两组节理, 节理裂隙多 数以闭合为主, 节理面多数呈微起伏 ~ 起伏粗糙, 少数 平直光滑 和 平 直 粗 糙。 张 开 的 裂 隙 张 开 度 一 般 < 5 mm, 一般不存在充填物。其主要的三组结构面产状为 155° ∠44° , 314° ∠32° 和 80° ∠81° , 其他方位的结构面 发育不明显。结构体形态主要为长方体、 厚板体和块 体。坡面空间位置为: 190° ∠45° 。 3. 3 赤平投影法分析 该岩石工程边坡的地质参数见表 1。应用的相关 tan = 0. 577。岩体结 参数: 岩石层间综合 值为 35°, 边坡稳定性分析见图 1( b) 。 构面赤平投影见图 1( a) ,
[1-3 ] 法、 地质统计法、 赤平投影作图法 等。 但是在计算 岩石边坡稳定性系数时, 需要知道滑体控制平面或直
直线与直线、 直线与平 线的地质产状以及平面与平面、 面间夹角等。而这些地质参数中除了平面和直线的产 状可在野外直接测量外, 其它数据必须经过计算才能 求得。而应用赤平投影法来求解岩石边坡稳定性, 则 只需在现场测量出各个控制平面的地质产状及节理分 布数据即可, 其他几何参数可采用赤平投影求解即可 , 从而大大提高求解的速度和精度 。
收稿日期: 2011-10-17 ; 修回日期: 2012-01-30 基金项目: 西南石油大学校级科技基金资助( 2010XJZ135 ) 作者简介: 王喜华( 1978 — ) , 女, 河北石家庄人, 讲师, 博士。
利用赤平投影分析边坡稳定性时, 首先要调查统 计岩体节理裂隙, 掌握发育和贯通性强的结构面, 特别 是软弱结构面的产状特征。 如果软弱结构面比较明 就需将其画在赤平投影图上, 并结合边坡面在赤平 显, 投影图上的位置, 分析边坡的稳定性。 各组结构面在投影球中构成各种形式的切割锥 。 只要某一切割锥的结构面和棱边中有一组结构面的倾 向或一条棱边指向赤平面下, 该切割锥便会形成可能 滑塌的滑塌体。按其滑塌形式, 滑塌体可分为坠落、 单 面滑动和双面滑动三种。
由边坡稳定性分析图 1 ( b) 可以看出, 图中坡面投 G , 1 , 2 , 3 23 , 影区穿越了坠落体 单滑面 和双滑面 13 , 故不会在边坡临空面上形成滑塌体 。坡面投影区域穿 越了双滑面 12 ( 结构面 P1 和 P2 切割形成的楔形体) ,
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[4 ]
中期花岗闪长岩。构造主要为花岗闪长岩以岩株形式 侵入志留系中上统地层组成的背斜核部 , 长轴与背斜 轴向基本一致, 呈 320° 。 花岗闪长岩岩体节理裂隙发 育, 且 多 被 宽 石 英 岩 脉 充 填。 岩 体 与 围 岩 呈 侵 入
[5-7 ] 。 接触 3. 2 该岩石工程边坡的岩体结构特征 该岩石工程边坡岩体结构特征: 表面风化严重, 岩
+ 中图分类号: U213. 1 3
文献标识码: A 面, 其相应的两个球极, 上部为北极, 下部为南极。 以 将点、 直线、 平面投影 投影球的南极或北极为发射点, ( 点或线) 再投影于赤道平面上。 这种投影就称为赤 由此得到的点、 直线、 平面在赤道平面上的投 平投影, 影图就成为赤平投影图。 在岩体工程地质力学研究和实践中, 主要应用的 是通过投影球心的平面和直线的赤平投影 , 用于表示 岩体的结构面、 工程开挖面、 工程作用力、 岩体的滑移 滑动力和抗滑力等。 因此, 在作图时, 不考虑直 方向、 线和平面的空间位置, 只表示它们的空间方向而将直 线和平面一并平移至投影球中心, 作为它们的 赤 平 投影。 赤平投影方法的局限性主要表现在, 该方法所用 的结构面没有涉及结构面的间距、 延续性、 张开度、 被 充填情况、 渗流、 组数及块体大小等。赤平投影常常用 于层状结构岩体边坡的稳定性分析, 而不适用于土质 边坡的稳定性问题。
May, 2012
文章编号: 1003-1995 ( 2012 ) 05-0104-03
铁路路基支挡结构桩板式挡墙的设计探讨
胡红萍
( 中铁上海设计院集团有限公司 南昌院, 江西 南昌 330002 )
摘要: 结合工程实例, 依据工程地质条件, 详细分析了桩板墙支挡结构的受力特点, 外力计算方法, 土压 力分布形式与锚固桩计算参数选取 , 并介绍了内力计算、 配筋设计、 桩板墙布置等过程。工程实践证明, 路堑边坡采用桩板式挡墙进行支护以避免堑外房屋拆迁 , 措施合理, 效果良好。 : 关键词 桩板式挡墙 内力计算 设计
[ 1] 杨志法, 王思敬, 高丙丽. 坐标投影图解法及其在岩石块体 M] . 北京: 科学出版社, 2009. 稳定分析中的应用[ [ 2] J] . 铁道建 卢达. 基于赤平投影法的岩质边坡稳定性分析[ 2010 ( 11 ) : 69-71. 筑, [ 3] J] . 中国科学, 1977 石根华. 岩体稳定分析的赤平投影方法[ ( 3 ) : 261-271. [ 4] J] . 蒋爵光. 用赤平投影进行节理岩体稳定性分析的方法[ 1985 ( 2 ) : 37-44. 西南交通大学学报, [ 5] 赵文廷, 卢毅. 极射赤平投影 CAD 图解及其在岩质边坡稳 J] . 中国建材资讯, 2007 ( 6 ) : 42-48. 定性分析中的应用[ [ 6] 陈炳贵, 方宏伟. 论赤平投影在山口岩水利工程中的应用 [ J] . 地球物理学进展, 2006 ( 2 ) : 631-635. [ 7] . 北京: 石油 工 业 出 版 社, 胡明, 廖太平. 构造地质学[M] 2007.
Slope
y' , z' ) 。 归一化后得到结构面交线向量 n' = ( x' , 则双滑面交线的倾角 γ ij = arcsin( z' ) , 双滑面交线的 法线与 P i 面法线的夹角 γ i 为 γ i = arccos ' 。 ( | n n| n | n' | )
i i
将以上计算参数代入式 ( 2 ) 和式 ( 3 ) 可直接计 算得到安全系数。
ml 蚀低丘区, 根据地质报告, 地表上覆填筑土 ( Q4 ) , 厚1 al ), ~ 2 m; 其下为粉质黏土 ( Q3 硬塑, 厚 1 ~ 10 m; 底伏
泥质砂岩 ( E xn ) , 易风化, 全 ~ 强风化层厚度 > 5. 0 m 作量、 提高计算效率。 结果表明赤平投影法在岩石边 坡块体稳定性评价中具有重要意义 。
参 考 文 献
形成在边坡临空面的滑塌体, 其滑动方向在两组节理 交线方向。 但是从稳定性系数分析得知, 双 滑 面 12 ( 结构面 P1 和 P2 切割形成的楔形体 ) 的稳定性系数 为 5. 88 , 从稳定性系数来分析, 这个楔形体仍处于稳 定状态。 此结果分析表示在自然边坡临空面与结构面交切 组合状态下该岩石边坡处于稳定状态 。但是在工程施 工过程中, 开挖在边坡上形成其它临空面, 故施工过程 中的边坡岩体稳定性要做进一步分析 。
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