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梅龙高速路基边坡塌方分析 (6)---变形监测的有效性

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摘要

《计算岩土力学》公众 号4周年文章回顾了发布的2400篇技术文章,涵盖采矿岩石力学、尾矿坝土力学等领域。特别分析了梅龙高速边坡塌方事故,指出MIS30监测系统虽能多测项监测但未能预警。讨论了监测有效性及事故原因,包括设计、施工等。强调在极端气候下,需考虑路基路面整体性,设置连续配筋基层以减轻灾害后果。



正文


1. 引言

今天是《计算岩土力学》公 众号建立整整4周年,在这4年的时间里,共发布了大约2400篇技术类短文,主要集中在采矿岩石力学、尾矿坝土力学以及少量的桥梁结构工程三个领域,在此感谢各位同学和网友的支持。

回归正题,有些网友问为啥梅龙高速不安装监测设备,可以明确地告诉大家,高速,至少在事故发生区段是安装了监测设备的,至于为啥在事故发生前没提前预警,受到多种因素的影响,我们由于不掌握实际情况不能作随意评判,在此仅作简要介绍。

2. 边坡监测

事故发生区段安装的监测设备是由吉欧电子生产的MIS30系统,根据其网页介绍,这款监测设备是一个基于地质边坡监测场景需求深度研制的集成多测项 (三维位移、倾角、加速度)的高集成、边缘解算的普适型GNSS监测专用接收机,可根据变形趋势自动调整监测模式,以满足变形体不同变形阶段对监测频次和精度的需求,可应用于地灾监测、矿山监测、水库高边坡监测、公路边坡监测、危楼监测等领域。
下图所示的是紧邻事故地点西侧堤坝上布置的监测点,从图中可以看出,该段边坡共布置了5个监测点。事故边坡也布置了这样的监测点,不过由于边坡破坏现在已经观察不到。

根据2024年1月至2024年4月事故边坡的监测数据显示,4个月的最大沉降量约为15mm,年平均沉降形变速率为>54mm。

3. 监测的有效性

显然,监测在这起事故中没有发挥出应有的作用,否则也不会发生这么惨重的事故。根据养路工人介绍,事发前几天没有观察到这段公路出现大的裂缝,养路记录显示,距离事故地点最近的工作2024年4月27日在对侧上行路段K11+950处砍树,该处距离事故地点大约70m。

按照【梅龙高速路基边坡塌方分析 (3)---破坏模式】一文的解释,在破坏之前土体已经发生了部分沉降,与路面结构产生了分离,即路面结构与地基土之间的界面出现了空隙,导致路面可能没有出现可视裂缝,这可能是养路工人看不见大的裂缝的原因

此外,假定设备完全正常工作,变形预警的阈值直接影响着设备的预警,设置的阈值太高,不能产生预警;而阈值太低,整天报警。在我们工作的尾矿库,现场管理人员就提及了这个问题,阈值设置太低,系统整天报警,连续扰动应急管理部门和现场工作人员。因此推测本次事故之前没报警很大程度上是这个原因。

一方面测设备有效性。我本人一直有这样的观点,位移监测对于岩体和混凝土的有效性要大于对土体的有效性。我们通过统计最近30年发生的尾矿坝事故发现,尾矿坝大多数是突然发生溃坝的,事前没有任何破坏预兆,这也给尾矿坝稳定性的评估带来许多不确定性。


4. 稳定性分析模型

经过过去几天的不断改进,目前发展的稳定性分析模型如下图所示,还需通过实际资料对模型作进一步的校准,主要是解决标高问题。

5. 集思广益的讨论

下面是对【梅龙高速路基边坡塌方分析 (5)---路基和边坡模型校准】留言的归纳和总结,感谢各位工程师的精彩评论。

(1) 从垮塌段图片可看出,这部分属于山区陡坡地段。设计方案采用半挖半填方式形成路基,就是说靠山体一侧是挖方路基,临空一侧是填方路基。而且这部分地形非常陡,靠山一侧就形成了高边坡,临空侧是高填方路基,侧面也是高边坡。况且地基主要是土基,不是岩基。所以这一段有很多不利的因素在里面。所以说这部分很考验设计单位和施工单位的水平。

垮塌关键有两个点:第一,这次垮塌的路基是临空填方侧的路基,而不是山体侧的高边坡。这样各方很难把自己洗干净了。第二,这次滑坡不是局部小范围滑坡,而是填方路基整体大范围滑坡。按我们的专业术语来说,就是这个土体的抗剪强度肯定是不达标的。各方真的要把它撇干净,真的很难。网络上说可能原因是排水沟排水不畅,大量雨水渗入路基,造成土体饱和,发生渗透破坏,引起滑坡。但是这个是站不住脚的。设计单位会考虑这种工况的,会考虑土体短时饱和状态下填方路基的稳定。况且当时并没有发生极端天气,所以这属于正常运行工况状态下。

(2) 表面喷射混凝土可以减轻雨水渗入土体,这个措施是有一定效果的。

(3) 水往低流,好处多于坏处。就比如一些短期边坡,我们也有用盖薄膜纸、彩条布来代替喷射混凝土也是为了雨水渗入土体。

(4) 是有好处,也有可能里面的水出不来。不是地上面的还有地下面的。

(5) 有人认为土体是流体的一种形态。

(6) 我们能否换一个角度思考:即使发生滑坡也不会产生这么严重的后果。这类横向大陡坡地形的半填半挖路基如果设置了连续配筋的基层或下面层,即使路基失稳,路面也不会随之秒变豆腐块随路基塌陷,而是变形扭曲但连接着不会马上断开。灾害造成的后果就没那么严重了。

(7) 从抢险挖掘现场未见地下水持续流出,这个是本滑坡定性的关键。

(8) 下部是顺坡向的外倾风化基岩面,非透水层,如果地下水能渗下去,就不会发生这次滑坡了。

(9) 深度浇筑植入钢筋笼阶梯混凝土防滑桩在回填压实做成阶梯坡度分压,置换综合膨胀黄泥做好防水渗透堡坎,然后分流引导开山坡上来水!

(10) 坡脚没有抗滑桩,没有挡土墙的问题。其他的都是次要的。施工问题不大,只要坡脚有支挡填筑路基在不咋的也不会塌方,顶多是路面沉降点导致路面不平整。事实上,坡脚处做了混凝土挡墙,但对路基的稳定性没啥作用。有地下渗水没处理好,早晚的事。

(11)  个人认为还是填挖交界处,地下水没处理好。

(12) 从影像图和前面的分析可以肯定:1.坍塌处原始地形为支沟,且下方有水塘;2.坍塌处外侧为填方,且厚度较大;3.内侧坡脚有排水渠,但杂草丛生排水不畅;4.该处发生过变形破坏,且应急治理过;5.坍塌后土体滑动距离较远,说明土体含水率大。初步判定:1.道路内侧地表水长期沿原地表面或裂隙向外侧填方区渗漏,已形成固定通道;2.应急治理工程无效,甚至造成地下水通道堵塞,不能及时排泄,形成一定静水压力,加大了坍塌规模和距离;3.防护工程维护不到位(内侧截排水)、应急治理措施不当(外侧护坡),加之近期强降雨(4月份远超常年)引发了此次边坡坍塌,刚好赶上5.1假期又是晚上,导致重大人员伤亡。 

(13) 没有打桩丶没有斜筋是主要原因。

(14) 混凝土护坡的作用是防止边坡土流失。这一点说明这个边坡的变形已经超过警戒值,并采取加固措施。而加固并未找到边坡变形的真正原因,加固并未真正解决安全隐患。而塌方的原因非常明显,就是土体饱和,粘聚力下降,在道路上高速行驶的汽车产生振动,土体有液化的可能,从而进一步催化塌方。

(15) 从影像上看,上面坡脚挖的不多,主要是填方。个人认为水是关键,但某些人说的道路中间绿化带渗水,感觉可能性不大.

(16) 该塌方点绝对是在山槽位置,表皮岩层地质结构不稳定。看塌方剖面,当时施工时没有分阶梯填方,也没有做混凝土挡墙。

(17) 正下方30m左右有两(低洼地)鱼塘,南方的山区特点,不在主沟位有鱼塘,多半有山泉水溢出,雨季山泉水量明显增加;山泉水为岩石裂隙水。问题出在后做了喷射混凝土表面处理,是导致滑坡加速的主要因素。出现渗水局部垮塌,应采取上引流下疏导的原则,绝不能在下游表明堵塞。坡中混凝土封面,那水只能继续往下渗透。日积月累,迟早要找薄弱地段滑垮。公路管养单位及后期维护设计单位必须熟悉存档图纸,熟悉原地形地貌,起码最基本的岩土知识和处置原理要懂才行。

(18) (1)需要确定边坡放坡是否采取了其他支护措施?正常坡率法应该是1:1.5-1:1.75-1:2.0,三级放坡,逐级放缓,如果没采取措施,那么设计方案就有问题,可能本身稳定性就不够。(2)防排水问题,看照片原状山体应该是冲沟,需要确定在原状山体的冲沟底部设否做了排水盲沟或者管涵,两侧山体也要做支盲沟。(3)2022年这个地方修复也有问题,坡面喷射混凝土,除此之外是否采取了其他支护措施?有可能堵塞了排水通道,也还是防排水问题。

(19) 最初的设计后两级边坡都采用的是1:1.75,2022年的维修对中间边坡进行了削坡,然后作的混凝土面板。没有采用其它支护方式。

(20) 金字条形山脉北东向展布,山脊一般为硅质板岩,板岩层理结构面倾向一般与山脊走向垂直相交,外倾角约65-75度之间,层理结构面倾向与道路走向基本一致。西段较硬的硅质板岩对路基路面形成良好的支撑作用。塌方段正位于山脉东翼的沟谷处,可能属于两个不同地质单元的结合部,地层已转变为软质的泥质板岩和坡积土。当老地层与新地层不整合接触时,地下裂隙和空洞就会特别发育。

(21) 半填半挖,填方侧陡坡加高填,这种太容易出问题了。

(22) 如果滑动面深度超过挡墙基础深度,挡墙还有用吗?

(23) 是水的原因。条件是沟水不能排泄,雍高地下水位,可能的是沟有回填土,回填土有压实且无排水措施。

(24) 滑坡的直观原因是路基失稳。连续暴雨是外因,路基排水不畅是内因。但客观来说,正常通车10年说明设计和施工是没有大毛病的;极端气候条件下,发生这类灾害的概率是存在的。所以我们应该换一个角度思考,即使发生滑坡也不会产生这么严重的后果。我认为,这类横向大陡坡地形,半填半挖路基一定要考虑路基路面的整体性,应设置连续配筋的基层或下面层,这样即使路基失稳,路面也不会随之秒变豆腐块随路基塌陷,而是变形扭曲但连接着不会马上断开。灾害造成的后果就没那么严重了。

(25) 后期对滑坡的挖掘没有一点裂隙地下水的流痕。滑坡规模与人员伤亡事故大小无关。

(26) 别处没坍,这处坍塌了,希望能认真找找原因。


来源:计算岩土力学
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著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2024-05-20
最近编辑:5月前
计算岩土力学
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