路基工程 ・７０・ Ｓｕｂｇｒａｄｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ２０１２年第４期（总第１６３期） 金沙江特大桥桥址右岸岸坡工程地质问题研究 寇 川 ，赵志明 （１．中铁二院： 程集团有限责任公司，成都６１００３１；２ 西南交通大学地球科学与环境工程学院，成都６１００３１） 摘要：金沙江特大桥是丽（丽江）香（香格里拉）铁路的关键控制性工程之一，其桥基置于 金沙江陡峻的峡谷岸坡上，岸坡是否稳定直接关系到桥址方案的可行性。从地形地貌、地层岩性、地 质构造等方面对桥址方案右侧岸坡．Ｙ－程地质条件进行了分析，采用Ｓａｒｍａ法、数值模拟方法，研究了 桥基岸坡在自然状态、桥基开挖加载作用下、地震、水库设计蓄水等３－况下的稳定性。研究结果表 明：在考虑地震和水库设计蓄水影响下，岸坡将处于失稳状态，若作特大桥桥址必须对不良地质进行 深入勘探，并进行切实可靠的工程治理。 关键词：山区铁路；桥基岸坡；工程地质评价；数值模拟 中图分类号：Ｕ４１６．１ ４ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００３—８８２５（２０１２）０４—００７０—０５ ０前言 由于山区地形地貌条件及铁路标高，铁路线 不可避免地采用高墩大跨桥梁跨越深切河谷，而岸坡 的工程稳定性直接影响到桥基的安全，进而影响到整 个桥梁选址和桥址区铁路选线方案的确定。 丽香铁路地处青藏高原东南缘、横断山脉中南 段。线路通过区域地形地质条件复杂，河谷深切、岸 坡陡峻。线路采用高墩大跨桥梁在虎跳峡段跨越金沙 江，墩台基础置于高陡险峻的岸坡上，十分有必要对 桥基岸坡进行安全评价。研究结果表明，在考虑地震 和水库设计蓄水影响下，岸坡将处于失稳定状态，必 图１工程区全貌 须采取加固措施。 层主要为玄武岩、板岩质、灰岩质，细粒部分主要为 玄武岩、板岩全风化冰砾。局部地层以全风化冰砾为 １工程地质条件 主，似土状，浸水后强度降低显著，在陡坡处有崩塌 １．１地形地貌 迹象；桥台处冰碛层厚达４０～５０ ｍ，被水浸泡后，多 金沙江在桥址处的流向为ＮＥＥ向，河面宽１００～ 见坍滑迹象。 ２２０ ｍ，左岸陡峭，植被相对不发育，右岸稍缓，植被 桥址区详细地层岩性特征如下 ： 较发育。两岸崩、滑体较多，横向谷切割较深，多有 （１）碎、块石土（Ｑ； 、Ｑ： ）：深灰、褐黄、灰 常流水。居民分布于沟谷内或缓坡上，地貌见图１。 绿色，玄武岩、片岩或板岩质，尖棱状，最大直径可 １．２地层岩性 达数米，松散至中密，稍湿至潮湿，夹粘性土透镜 桥址右岸（丽江端）岸坡主要分布厚达５０ ｍ冰 体。厚度受不良地质体的规模控制，最大厚度可达 碛层，地形较陡。冰碛角砾土层或碎石土层较紧密， ６０～８０ ｍ。分布于崩、滑体地带。 局部呈半胶结状态，碎石层主要成分为碎石土、角砾 （２）卵石土（Ｑ： ）：灰白色，石质主要为灰岩质， 土，石质多为强风化，占５０％～５５％，冰碛角砾土 次为玄武岩质，潮湿状，中密，卵石约占５０％，漂石约 收稿日期：２０１２—０２—２０ 占２（】％，砾石２０％，其余为粘土充填，厚２～２０ ｍ。 基金项目：中铁二院工程集团有限责任公司专项科研项目：丽香铁 （３）卵石土（Ｑ ａ ＋ｐ１）：灰白色、灰色、灰绿色 路高墩大跨特大桥位及线路高陡边坡专项地质勘探与评 等，石质主要为灰岩、片岩、板岩、玄武岩质等，潮 价研究（勘一０９一丽香一１３） 作者简介：寇川（１９７０一），男，四川大邑人。高级工程师，硕 湿至饱和状，中密，卵石约占５０％，漂石约占 士，主要从事工程地质勘探及地质灾害评价。Ｅ—ｍａｉｌ： １０％，余为砾石、砂层，主要分布于金沙江河床及 ｋｏｕ７７８＠ｓｉｎａ．ｅｏｍ 岸边，厚度大于１５ ｍ。 ・７２・ 路基工程 Ｓｎｂｇｒａｄｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ２０１２年第４期（总第１６３期） 表１计算参数 袭２不同疏干率的稳定系数计算结果 （未考虑地震影响） ％ 地下水疏干率是指地下水排水程度，模拟水位升 降条件。从表２看出：不同地下水疏干率所得的边坡 稳定系数不同，地下水疏干率越大，表明边坡中水的 含量减少，对边坡稳定的影响就小。考虑拟建水库水 位高程，水库按设计蓄水后，右岸桥位岩体全部位于 库水位以下，岩体处于饱水状态。当金沙江桥右岸边 坡在地下水疏干率低于４０％时，滑动面１（冰碛层） 在不考虑地震条件下处于不稳定状态。如果水库达到 设计蓄水高程，右岸岸坡将处于水位以下，岩土体处 于饱水状态（对应疏干率为零），右岸岸坡在不考虑 地震时将失稳滑动，需对右岸进行工程治理。 ２．２岸坡变形破坏模式的数值模拟 通过桥址区边坡的场地工程地质条件、边坡变形 破坏特征等问题的综合分析，在获得了边坡变形破坏 机制的基本认识基础上，建立岸坡岩体的“地质模 型” ，并由此建立“数学模型” ，采用数值模拟 方法 ，分别对岸坡岩体的应力、变形和强度进行数 值分析。 ２．２．１计算模型和参数 根据主桥墩、桥面高程和冰碛层厚度等资料，岸 坡采用高６００ １ＴＩ、长８００ ｍ数学模型。计算模型及计 算边界条件如图７，离散后计算模型如图８、图９。岩 体物理力学参数见表３。 图７计算模型 图８ 自然状态下网格模型 图９桥基开挖加载条件下网格模型 表３岩体物理力学参数 ２．２．２桥基础荷载 根据设计方案，主墩竖直向荷载１．２２×１０ ｋＮ。 桥基处按均布荷载加载，换算为１．１７×１０ ｋＰａ。 ２．２．３计算结果 由于此岸坡处在高地震烈度区，且有拟建水库 计划，故分别考虑自然状态、桥基开挖加载、地震 （水平加速度０．２ ｇ）、水库设计蓄水四种工况以及 最不利工况组合，采用数值计算方法分析岸坡稳定 性，获取各节点应力数据。采用莫尔强度理论准则 在桥基开挖加载、地震、水库蓄水工况下分别对岸 坡岩体潜在破坏情况进行分析，岩体强度因子取值 为岩体抗拉强度 ＝２．０ ＭＰａ，粘聚力ｃ＝１．８ ＭＰａ， 内摩擦角 ＝３０。。 岸坡在自然状态下，没有出现潜在剪切破坏点， 说明岸坡在天然状态下是稳定的，与现场情况相符 （图１０）。 寇川，等：金沙江特大桥桥址右岸岸坡工程地质问题研究 ・７３・ 坏，沿桥墩基础前趾向破碎岩体带产生贯通性潜在剪 切破坏区，与桥基开挖加载状态相似，但在地震情况 图１Ｏ 自然状态下剪应力强度分布 在桥基开挖加载工况下，墩基底部出现剪应力集 中区。主墩靠河一侧，破碎岩体带上部的碎石土区剪 应力有增加趋势。桥梁基础底部潜在不稳定岩体处的 剪应力达到最大，初步判定加载后桥基前部岸坡岩体 和桥基底部岩体将产生较大的剪切变形，沿桥墩基础 前趾向破碎带内产生贯通性潜在剪切破坏区。在桥基 开挖加载工况下，推测的潜在不稳定岩体有可能产生 整体剪切破坏，进而可能发生失稳（图１１，图中黑 点区为潜在强度破坏区域，后同）。 图ｌ１桥基开挖加载状态下剪应力强度分布 在桥基开挖加载、水库蓄水工况下，由于水库蓄 水影响，岸坡表层岩土体强度参数降低，从剪应力强 度分布（图１２）可知潜在强度破坏区沿坡面增高。同 时，在桥基础前端靠河一侧潜在破坏区域进一步扩大。 图１２桥基开挖加载、水库设计蓄水工况下剪应力强度分布 考虑地震条件（图１３），由图１３看出在桥基前 部岩体和桥基底部以及桥墩周围产生大面积剪切破 下，剪切破坏区面积明显加大。 图１３桥基开挖加载、地震工况下剪应力强度分布 由桥基开挖加载、地震、水库设计蓄水工况下强 度分析（图１４）看出，潜在剪切破坏区域与地震情 况下相比基本相同，但范围明显增大，潜在剪切破坏 区域已扩展到边坡坡脚处，形成连续贯通的潜在剪切 破坏面，岸坡将处于失稳状态。 图ｌ４桥基开挖加载、地震、水库设计蓄水工况下剪应力强度分布 ３结论 根据金沙江特大桥桥址右岸边坡的工程地质条件 分析和数值模拟计算得出以下结论： （１）本选线方案桥址区，断裂构造发育、不良 地质体密集，而且钻探勘察表明桥梁主墩位置存在岩 体破碎带。工程地质条件不良。 （２）萨尔码法计算表明在不考虑地震条件下， 当水库达到设计蓄水位，桥基所在位置的冰碛层会产 生滑动失稳。 （３）数值模拟分析表明岸坡自然状态下是稳定 的。但在桥基开挖加载条件下，岸坡岩体在桥基前部 和底部发生大面积的剪切破坏，沿桥墩基础前趾向岩 体破碎带产生潜在贯通性剪切破坏区，地表调绘推测 的潜在不稳定岩体将有可能产生整体剪切滑动破坏， 进而可能失稳。在考虑水库蓄水或地震条件时，剪切 破坏区沿坡面分布的高度和面积明显加大。 考虑到地震和水库设计水位影响，桥基岸坡潜在 破坏范围增大明显，潜在剪切破坏区域扩展到岸坡坡 ・７４・ 路基工程 Ｓｕｂｇｒａｄｅ Ｆｎｇｉｎｅｅｔｉｎｇ ２０１２年第４期（总第１６３期） 脚处，形成连续贯通的潜在剪切破坏面，岸坡将处于 失稳状态。 ［１］中铁二院ｌＪ：程集刚有限责任公司．金沙江大桥工程地质勘察报告『Ｒ］２００９ ｌ ２ ｌ Ｓａｔｌｌｌａ ＳＫ．Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｅｍｂａｎｋｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｓｌｏｐｅｓ ｆ Ｊ ． Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，１９７３（２３）：４２３—４３３ 综上，此处不宜修建特大桥控制工程。如修建， ［３］李建明，张延军，等［４］刘佑荣，等Ｓａｒｍａ法在不同方位地震力下的计算研究［Ｊ： 需对不良地质体进行深入勘探并进行切实可靠的工程 治理。 工程地质学报，２０１１（５）：７２５—７３２ 岩体力学［Ｍ］．北京：中国地质大学出版社，２０１０ ［５］李红云，赵社戌，孙雁．ＡＮＳＹＳ １０．０基础及工程应用『Ｍ］ 北京：机 械工业出版社，２００８ 参考文献： ｌ６］Ａｎｓｙｓ中国．Ａｎｓｙｓ使用手册 Ｋ］２００８ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｉｓｓｕｅｓ ｏｆ Ｒｉｇｈｔ Ｂａｎｋ Ｓｌｏｐｅ ａｔ ｔｈｅ Ｓｉｔｅ ｏｆ Ｊｉｎｓｈａｊｉａｎｇ Ｇｒａｎｄ Ｂｒｉｄｇｅ ＫＯＵ Ｃｈｕａｎ ，ＺＨＡＯ Ｚｈｉ ｍｉｎｇ。 （１．Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ Ｅｒｙｕａｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６ １００３ １，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｇｅｏｓｅｉｅｎｃｅｓ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００３１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｊｉｎｓｈａｊｉａｎｇ Ｇｒａｎｄ Ｂｒｉｄｇｅ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｊｏｒ ｐｒｏｊｅｃｔｓ ａｌｏｎｇ Ｌｉｊｉａｎｇ—Ｓｈａｎｇｒｉ—Ｌａ Ｒａｉｌｗａｙ．Ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｏｕｎｄａｔｆｉｏｎ ｉｓ ｌｏｃａｔｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｂａｎｋ ｓｌｏｐｅ ｏｆ Ｊｉｎｓｈａｊｉａｎｇ Ｒｉｖｅｒ’ｓ ｓｔｅｅｐ ｖａｌｌｅｙ ｓｏ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｌｏｐｅ ｒｅｌａｔｅｓ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｔｏ ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｓｉｔｅ ｓｃｈｅｍｅ．Ｆｒｏｍ ｔｈｅ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｌａｎｄｆｏｒｍ，ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｌｉｔｈｏｌｏｇｙ， ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｉｇｈｔ ｂａｎｋ ｓｌｏｐｅ ｉｎ ｔｈｅ ｓｃｈｅｍｅ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｂａｎｋ ｓｌｏｐｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃａｓｅｓ，ｓｕｃｈ ａｓ ｎａｔｕｒａｌ ｓｔａｔｕｓ，ａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｌｏａｄｉｎｇ，ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ，ｄｅｓｉｇｎ ｗａｔｅｒ ｓｔｏｒａｇｅ ｉｎ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ，ｉｓ ｓｔｕｄｉｅｄ ｂｙ Ｓａｒｍａ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｇｉｖｅｎ ｔｈｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｅａ￣ｈｑｕａｋｅ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｗａｔｅｒ ｓｔｏｒａｇｅ ｉｎ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ，ｔｈｅ ｂａｎｋ ｓｌｏｐｅ ｗｏｕｌｄ ｂｅ ｉｎｓｔａｂｌｅ，ｉｆ ｕｓｅｄ ａｓ ｇｒａｎｄ ｂｒｉｄｇｅ ｓｉｔｅ，ｉｔ ｗｏｕｌｄ ｈａｖｅ ｔｏ ｂｅ ｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄ ｄｅｅｐｌｙ ｆｏｒ ｕｎｆａｖｏｒａｂｌｅ ｇｅｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｃｏｎｄｕｃｔ ｆｅａｓｉｂｌｅ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｌｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒａｉｌｗａｙ ｉｎ ｍｏｕｎｔａｉｎ ａｒｅａ；ｂａｎｋ ｓｌｏｐｅ ｆｏｒ ｂｒｉｄｇｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ；ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ； ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ （上接第６９页） Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ Ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ Ｌａｗ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ｓｏｉｌ－Ｒｏｃｋ Ａｇｇｒｅｇａｔｅ Ｍｉｘｔｕｒｅ Ｅｍｂａｎｋｍｅｎｔ ｕｎｄｅｒ Ｔｒａ１淞ｃ Ｌｏａｄｓ ＦＡＮ Ｘｉ．ａｎ （Ｂａｏｄｉｎｇ Ｚｈａｎｇｚｈｕｏ Ｈｉｇｈｗａｙ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｏｆｉｃｅ，Ｂａｏｄｉｆｎｇ ０７１０５１，Ｈｅｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｉｇｈ ｓｏｉｌ—ｒｏｃｋ ａｇｇｒｅｇａｔｅ ｍｉｘｔｕｒｅ ｅｍｂａｎｋｍｅｎｔ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｕｂｇｒａｄｅ ｆｏｒｍｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈｗａｙ ｉｎ ｍｏｕｎｔａｉｎｏｕｓ ａｒｅａ．Ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｔｈｅ ｐｏｓｔ—ｃｏｎｓｔｕｃｔｒｉｏｎ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ ｈａｓ ｂｅｃｏｍｅ ａ ｔｒｏｕｂｌｅ ｔｈｅｒｅｉｎ． Ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｅｍｂａｎｋｍｅｎｔ ｕｎｄｅｒ ｔｒａ饿ｃ ｌｏａｄｓ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｔｏ ｃａｒｒｙ ｏｕｔ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｂｙ ｉｎｉｆｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｓｏｆｔｗａｒｅ ＡＮＳＹＳ．ｔｈｒｏｕｇｈ ｗｈｉｃｈ ｔｈｅ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ ｌａｗ ｏｆ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｅｍｂａｎｋｍｅｎｔ ｕｎｄｅｒ ｔｈｒｅｅ—ｌａｎｅｓ ａｎｄ ｔｈｒｅｅ．ｃａｒ ｔｒａｆｉｃ ｌｆｏａｄｓ ａｔ ｔｈｅ ｓｐｅｅｄ ｏｆ １００ ｋｍ／ｈ ｉｓ ｓｔｕｄｉｅｄ：ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｃｙｃｌｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｍｂａｎｋｍｅｎｔ ｕｎｄｅｒ ｓｕｃｈ ｌｏａｄ．Ａｓ ａ ｒｅｓｕｌｔ．ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｏｆｆｅｒｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ ｉｎ ｃｏｎｓｔｕｃｔｒｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｒａｆｆｉｃ ｌｏａｄ；ｈｉｇｈ ｓｏｉｌ—ｒｏｃｋ ａｇｇｒｅｇａｔｅ ｍｉｘｔｕｒｅ ｅｍｂａｎｋｍｅｎｔ；ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ ｌａｗ
