一种顺层岩质边坡软弱层应力监测及围岩加固方法与流程

本发明涉及边坡加固工程领域，尤其涉及一种顺层岩质边坡软弱层应力监测及围岩加固方法。

背景技术：

在层状岩体工程中，顺层岩质边坡是在铁路、公路、露天采矿和水利建设中经常遇到的工程。目前还没能够对顺层岩质边坡的稳定性进行十分正确的认识和评价，顺层岩质边坡设计一直是困扰工程设计人员的技术难题。顺层边坡是指边坡方向与层状基岩的倾向接近或大体一致的边坡。顺层边坡按照不同特点可以分为以下四类：(1)按边坡岩性可分为软质岩，硬质岩等。(2)按岩层组合特点可分为单一岩性、双层与互层边坡。(3)按岩层倾角大小可分为缓倾角、中倾角、陡倾角边坡。(4)按岩层厚度可分为薄层、中厚层、厚层、巨厚层边坡。

对于含有软弱岩层的边坡工程，软弱岩层节理裂隙发育，受工程施工的影响，破坏了原有平衡状态的斜坡，同时开挖形成的边坡产生了临空区域，导致边坡岩体的完整性降低；另外，当软岩层单层厚度较大时，边坡的稳定性很大程度上受软岩的力学性质控制。影响边坡稳定的主要因素是水的作用和岩体风化状况。边坡开挖后，岩体向坡前临空方向发生剪切蠕变，其后缘发育自坡面向深部发展的拉裂，如果有雨水渗入裂隙，将产生强大的静水压力，同时软岩遇水强度降低，从而有可能引发顺层滑坡。目前，最常见的边坡破坏模式属于滑移——拉裂破坏模式。这类变形破坏主要是斜坡岩体沿下伏软弱层面向临空面方向滑动，并使滑移体拉裂解体。边坡破坏进程取决于顺层岩质边坡结构面的产状和特性，当滑移面向临空面方向倾角已足以使上覆岩体的下滑力超过该面的实际抗剪阻力，则该面一经揭露临空，一旦后缘拉裂面出现即迅速滑落。

目前工程上常用的边坡加固技术主要采用抗滑桩及注浆锚杆(索)注浆加固等，能够为浅层软弱面提供有效支护，但对于顺层岩质岩层，尤其是针对软弱岩层厚度及内部岩体裂隙分布不明确的边坡支护效果不佳，另外对顺层岩层软弱层交界面应力情况不明确，无法掌握支护体长期支护效果，无法判断是否需要后期补强支护。因此，现有技术有待于更进一步的改进和发展。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种顺层岩质边坡软弱层应力监测及围岩加固方法，以实现顺层岩质边坡软弱层滑移过程中应力监测。

为解决上述技术问题，本发明方案包括：

一种顺层岩质边坡软弱层应力监测及围岩加固方法，其包括以下步骤：

a、采用钻机进行岩石取样，钻机钻进方向垂直于顺层岩层倾斜方向，结合岩样情况，判定岩层岩性、各顺层岩层厚度、层数以及软弱岩层分布情况；

b、采用非金属超声波检测仪进一步探测软弱岩层及岩层内部裂隙分布情况；

c、依据钻孔取样结果，在顺层岩层软弱层交界面布置多个应力传感器，监测岩层错动过程中锚杆受力情况，确定对相应锚杆采取后期补强加固措施；

d、依据钻孔取样及超声波监测结果分析，对软弱岩层实施注浆；

e、依据岩层厚度、顺层岩层层数以及软弱岩层位置，选取对应锚杆支护或锚杆、锚索配合支护形式；

f、待内部岩层注浆加固完成后，边坡表面实施喷浆加固，防止表面岩层受雨水冲刷造成的破坏。

所述的顺层岩质边坡软弱层应力监测及围岩加固方法，其中，上述步骤a具体的还包括：

钻机沿垂直于顺层岩层倾斜方向钻进，分析各顺层岩层岩性，量取岩层厚度，并获取软弱层位置及厚度。

所述的顺层岩质边坡软弱层应力监测及围岩加固方法，其中，上述步骤b具体的还包括：

采用非金属超声波检测仪，检测仪包括发射装置和接收装置，运用测试探头配套的可接长铜管将测试探头送入孔底，采用充水管对钻孔充水；监测时一起同速移动两孔测试探头，每隔20cm读数一次，直到换能器完全脱离钻孔，记录声波速度。

所述的顺层岩质边坡软弱层应力监测及围岩加固方法，其中，上述步骤c具体的还包括：

依据顺层岩层层间交界面厚度，设置监测装置宽度，该监测装置通过螺纹布置在杆体上，螺纹位置依据交界面位置而定；监测装置内部设有应力传感器，用于监测顺层岩层软弱层层移过程中对锚杆产生的剪应力。

所述的顺层岩质边坡软弱层应力监测及围岩加固方法，其中，上述步骤d具体的还包括：

根据钻孔取样及超声波监测，判定软弱岩层位置及内部裂隙分布情况，确定注浆孔位置。

所述的顺层岩质边坡软弱层应力监测及围岩加固方法，其中，上述步骤e具体的还包括：

根据钻孔取样情况，判定岩层性质、厚度及层数，依据边坡类型选择合理的支护形式。

所述的顺层岩质边坡软弱层应力监测及围岩加固方法，其中，上述步骤f具体的还包括：采用混凝土砂浆进行表面加固。

本发明提供的一种顺层岩质边坡软弱层应力监测及围岩加固方法，基于钻孔取样及超声波监测判定边坡类型，根据边坡类型采取有效的支护措施，并运用应力监测装置实施滑移面应力监测，能够实现顺层边坡有效支护，对于相似顺层岩质边坡加固具有指导作用依据钻孔取样及超声波监测，合理布置加固形式及注浆位置，实现了顺层岩质边坡软弱层滑移过程中应力监测，对于顺层岩质边坡加固具有指导作用。

附图说明

图1为本发明中锚杆及应力监测装置示意图；

图2为本发明中锚杆及应力监测装置剖面图；

图3为本发明中单一岩性岩层之坚硬岩层的边坡加固示意图；

图4为本发明中单一岩性岩层之软弱岩层的边坡加固示意图；

图5为本发明中双层岩性一的边坡加固示意图；

图6为本发明中双层岩性二的边坡加固示意图；

图7为本发明中双层岩性三的边坡加固示意图；

图8为本发明中三层岩性一的边坡加固示意图；

图9为本发明中三层岩性二的边坡加固示意方法。

图例说明，1-锚杆(索)杆体，2-应力监测装置，3-锚杆，4-锚索。

具体实施方式

本发明提供了一种顺层岩质边坡软弱层应力监测及围岩加固方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种顺层岩质边坡软弱层应力监测及围岩加固方法，其包括以下步骤：

步骤一、采用钻机进行岩石取样，钻机钻进方向垂直于顺层岩层倾斜方向，结合岩样情况，判定岩层岩性、各顺层岩层厚度、层数以及软弱岩层分布情况；

步骤二、采用非金属超声波检测仪进一步探测软弱岩层及岩层内部裂隙分布情况；

步骤三、依据钻孔取样结果，在顺层岩层软弱层交界面布置多个应力传感器，监测岩层错动过程中锚杆受力情况，确定对相应锚杆采取后期补强加固措施；

步骤四、依据钻孔取样及超声波监测结果分析，对软弱岩层实施注浆；

步骤五、依据岩层厚度、顺层岩层层数以及软弱岩层位置，选取对应锚杆支护或锚杆、锚索配合支护形式；

步骤六、待内部岩层注浆加固完成后，边坡表面实施喷浆加固，防止表面岩层受雨水冲刷造成的破坏。

更进一步的，上述步骤一具体的还包括：钻机沿垂直于顺层岩层倾斜方向钻进，分析各顺层岩层岩性，量取岩层厚度，并获取软弱层位置及厚度。上述步骤二具体的还包括：

采用非金属超声波检测仪，检测仪包括发射装置和接收装置，运用测试探头配套的可接长铜管将测试探头送入孔底，采用充水管对钻孔充水；监测时一起同速移动两孔测试探头，每隔20cm读数一次，直到换能器完全脱离钻孔，记录声波速度。

更进一步的，上述步骤三具体的还包括：

依据顺层岩层层间交界面厚度，设置监测装置宽度，该监测装置通过螺纹布置在杆体上，螺纹位置依据交界面位置而定；监测装置内部设有应力传感器，用于监测顺层岩层软弱层层移过程中对锚杆产生的剪应力。而且上述步骤四具体的还包括：根据钻孔取样及超声波监测，判定软弱岩层位置及内部裂隙分布情况，确定注浆孔位置。上述步骤五具体的还包括：根据钻孔取样情况，判定岩层性质、厚度及层数，依据边坡类型选择合理的支护形式。上述步骤六具体的还包括：采用混凝土砂浆进行表面加固。

为了更进一步的描述本发明，以下列举更为详尽的实施例进行说明。

(1)岩层取样：钻机沿垂直于顺层岩层倾斜方向钻进，分析各顺层岩层岩性，量取岩层厚度，做好记录。

(2)超声波监测：采用非金属超声波检测仪，检测仪包括发射装置和接收装置，运用测试探头配套的可接长铜管将测试探头送入孔底，采用充水管对钻孔充水；监测时同时同速移动两孔测试探头，每隔20cm读数一次，直到换能器完全脱离钻孔，记录声波速度。

(3)应力监测装置布置：如图1、图2所示的，依据顺层岩层层间交界面厚度(即l)，设计监测装置宽度，该监测装置通过螺纹布置在杆体上，螺纹位置依据交界面位置而定；另外监测装置内部设有应力传感器，主要监测顺层岩层层移过程中对锚杆产生的剪应力。

(4)注浆孔及注浆范围涉及：根据钻孔取样及超声波监测，判定软弱岩层位置及内部裂隙分布情况，确定注浆孔位置。依据钻孔取样及超声波监测结果分析，对软弱岩层实施注浆；

(5)边坡加固：根据钻孔取样情况，判定岩层性质及厚度，单一岩层采用锚杆支护，顺层岩层(2层)表面层厚度不大采用锚杆支护，若顺层岩层层数过多，采用锚杆、锚索配合支护。

(6)边坡表面喷浆：待内部岩层注浆加固完成后，边坡表面实施喷浆加固，防止表面岩层受雨水冲刷造成破坏。

实施例1

对于单一岩层边坡加固，岩层为坚硬岩层时如图3所示的，采用锚杆支护即可；若岩层为软弱岩层时如图4所示的，需采用锚杆、锚索配合支护，并实施不同深度注浆，表面岩层喷射混凝土砂浆。

实施例2

对于双层岩层边坡加固，若两层岩层均为坚硬岩层且表面岩层厚度不大，采用锚杆支护，如图5所示的，并在滑移面位置处在锚杆杆体上布置应力监测装置，监测岩层交界面应力情况；若表面岩层较大，采用锚索支护，其他操作同锚杆支护。

若两层岩层表面岩层为软弱岩层且表面岩层厚度不大，如图5所示的，采用锚杆支护并注浆，并在滑移面位置处在锚杆杆体上布置应力监测装置；若表面岩层较大，如图6所示的，采用锚索支护，其他操作同锚杆支护。

若两层岩层表面岩层为坚硬岩层，而内部岩层为软弱岩层；(1)表面岩层厚度不大如图7所示，采用锚杆、锚索配合支护并注浆，并在滑移面位置处在锚杆杆体上布置应力监测装置；若表面岩层较大或两层均为软弱岩层，如图6所示，采用锚索支护并注浆，其他操作同锚杆支护。

实例3

对于互层岩层边坡加固，若三层岩层均为坚硬岩层且表面岩层厚度不大，如图8所示的，采用锚杆支护，并在滑移面位置处在锚杆杆体上布置应力监测装置；若三层岩层厚度较大，采用锚索支护，其他操作同锚杆支护。

若三层岩层表面岩层为软弱岩层且表面岩层厚度不大，如图9所示的，采用锚杆支护并注浆，并在滑移面位置处在锚杆杆体上布置应力监测装置；若表面岩层较大，采用锚索支护，其他操作同锚杆支护。

若三层岩层中间岩层为软弱岩层；(1)表面岩层厚度不大，采用锚杆、锚索配合支护并注浆，并在滑移面位置处在锚杆杆体上布置应力监测装置；若表面岩层较大，采用锚索支护并注浆，其他操作同锚杆支护。

当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。