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梅龙高速路基边坡塌方分析 (7)---自由表面流和排水设施

5月前浏览3094

摘要

本文讨论了自由表面流对堤坝稳定性的影响,以梅龙高速事件为例,分析了降雨、渗流和暗流三种水流对堤坝破坏的综合作用。文章指出,尽管采取了排水措施,如排水沟和急流槽,但混凝土面板与堤坝边坡的分离和滑落问题仍未得到解决。此外,文中还总结了工程师们关于边坡监测、EPC建设模式、排水设计、路基滑坡失稳原因、监测数据和工程维护等方面的讨论。特别强调了长期监测、维护和加固的重要性,以及建立有效预警系统的必要性,以确保工程在复杂环境下的安全运营。


正文

1. 引言

自由表面流(free surface flow)是指在饱和条件下水通过堤坝多孔材料的运动,是一种非复杂的水文和工程现象,了解和分析堤坝的自由表面流对于预测渗流行为、确保堤坝稳定性和防止潜在的溃坝至关重要。

对于梅龙高速这一事件,自由表面流主要体现在水流在坝上、坝中和坝下流动

(1) 降雨根据官方气象数据,4月以来,梅州出现多轮强降水,全市平均累积雨量为621.7毫米,较常年同期偏多2.49倍,已超越有气象记录以来4月历史最多降水量 (1980年437.3毫米)。特别是4月1日至4月30日,大埔县降雨量628.2毫米,比常年平均228.4毫米多2.75倍,为有气象记录以来4月历史最多降水量 (1980年419.5毫米)。降雨直接导致边坡面的侵蚀甚至溃坝。
(2) 渗流。水从堤坝的土孔隙中渗出,这种流动受达西定律支配,取决于坝体材料的渗透性和水力坡度,在压力为自由表面的地方,会形成临界路径,即渗流路径或浸润线。事故路堤边坡采用的是全风化粗粒花岗岩和残积土填充。
(3) 暗流。水通过地基流到堤坝下方,尤其是在地基具有渗透性的情况下,这会导致管涌或逐渐侵蚀,从而破坏堤坝。在【梅龙高速路基边坡塌方分析 (4)---边坡支护的演化以及残积土的工程特性】一文中已经讨论过,该地区的表面地层主要为残积土,这个可以从塌方地点坡脚下的自然山体坡面得到证实。
因此,这三种水流的综合作用导致了堤坝发生破坏。

2. 排水设施

如同大多数山区高速公路的建设一样,山体一侧的公路旁设有排水沟,堤坝设有急流槽,边坡面采用直径12cm的PVC管安装了4级泄水孔,排水设计似乎做了所有应作的措施,但依然未能阻止混凝土面板与堤坝边坡的分离与滑落,下图所示的是塌方地点邻近的坡面破坏状况。

地形图显示,公路面距坡脚的垂直高度大约为28m,我们将依据这个数值进行渗流分析,计算渗流的浸润面位置。

3. 集思广益的讨论

下面是对【梅龙高速路基边坡塌方分析 (6)---变形监测的有效性】留言的归纳和总结,感谢各位工程师的精彩评论。

(1) 边坡监测应该采用GNSS与其他物理传感器监测手段相结合。对于突发性边坡灾害,GNSS监测手段实时性不理想,其解算过程中可能边坡灾害已发生。

(2) 如今EPC建设模式也是诱发高速公路项目各种质量问题出现的原因,设计施工各种降成本,打擦边球,走钢丝,能省则省,不考虑后期运营安全。各参建单位又都是一个集团公司,没人敢提出不同意见。

(3) 遇到山体可以考虑内侧渗水沟和涵洞直接排水。

(4) 对于一侧山体可以考虑增加涵洞排水,山体内侧边沟下几米建渗沟,这样遇到雨季长可以直接排水。

(5) 从图片看该路基下卧岩层为粗粒花岗岩,风化层破碎不稳定,也是产生滑坡的推手。

(6) 路基滑坡失稳是直观原因。因连续大暴雨是外因,路基排水不畅或地下水位丰富是内因。极端气候条件下,发生这类灾害的概率是客观存在的。换一个角度思考,大陡坡高填方地形,尤其是半填半挖路基施工应考虑路基支撑防护和路面的整体性,应设置连续配筋的基层或下面层。建立健全有效观测报警系统。

(7) 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。这个沉降量其实已经很大了。塌方处,对应二个山坳,其中左边的山坳显得更大,汇集的雨水就更多,如无有效的排水通道,就会集中增加水压力,水压力增大就要找排水口。

(8) 中国大规模基建时期已经结束,所建工程要能正常、安全的运营,就要有长期高水平的监测、维护和加固。大基建时期修建的大型工程,比如高速公路、高铁等,它们将面临以下问题:在复杂多变的外部环境下长期工作;工程采用的建筑材料的强度、变形等工程性质可能会发生不利变化;建造时,受当时条件所限,设计、施工可能存在不完美等,因此所建工程可靠度或安全度将随时间下降,那么如何保证工程的破坏概率维持在较低水准,保证工程的正常运营?有效的办法就是长期监测,对工程潜在的隐患,及时维护和加固。这就要求工程界有高水平“医生”,研制出诊断工程疾病的先进仪器,积累治疗工程疾病的有效手段。

(9) 在高速公路边坡上安装关于土体上的位移监测系统,可以判断土体的稳定状态,在存在潜在的失稳时,这是一种预警系统。我们还要关注另一种情况:这次梅大高速公路边坡失稳,路面坍塌,这一事故信息,如能迅速采集,转导到过路车辆,就能挽救多少生命!现代科技水平完全能建立这样一种报警系统。

(10) 看图片那位置就是一条河道,至少是一条季节性河道下边连着一个水池子,这种把河道直接填平做路基行为,即便不是专业人员也认为是有问题的,至少公路下边应该有涵洞,雨季时候山上下来的水能流淌下来,不然雨水吸附在回填土里不会出事真是神仙也难保!

(11) 主要是填切交接处没有做渗沟,还不做骨架护坡,很明显,前面做了骨架的没有垮,垮了的这段就是没做骨架。

来源:计算岩土力学
建筑材料气象
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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