水对边坡稳定性的影响及防治措施

水对边坡稳定性的影响及防治措施（共8篇）

水对边坡稳定性的影响及防治措施 篇1

水对边坡稳定性的影响及防治措施

文章分析了影响边坡稳定性的`因素,并在此基础上着重探讨了水对边坡稳定性的影响.结论认为,水在某些特定条件下是影响边坡稳定性的关键因素,因而边坡应采取相应的防治措施.

作 者：张亚林 梁毅 ZHANG Ya-lin LIANG Yi 作者单位：张亚林,ZHANG Ya-lin(广东省公路管理局,广东,广州,510075)

梁毅,LIANG Yi(广西交通规划勘查设计研究院,广西,南宁,530011)

刊 名：西部交通科技英文刊名：WESTERN CHINA COMMUNICATION SCIENCE & TECHNOLOGY年，卷(期)：“”(1)分类号：U416.1+4关键词：水 边坡稳定性 防治措施

水对边坡稳定性的影响及防治措施 篇2

关键词：露天矿,边坡,影响因素,防治措施

自20世纪50年代起, 露天矿得到了迅猛发展, 我国铁矿石露天开采量占总产量的90%, 有色金属占63%, 煤炭占4.6%, 露天采矿已成为采矿业的主体开采方式。为了减少大量剥离费用, 增加矿石产量, 要求边坡尽量陡, 据统计, 对于大型露天矿边坡每加陡1°, 可带来数千万美元的收益, 但露天矿的边坡问题也日益突显, 如美国宾哈姆康诺露天矿在采深467米时发生大面积滑坡, 滑落总量近1600万吨;苏联的马格尼托哥尔斯克露天矿沿二百米宽的工作面上八个台阶同时滑落, 清理量达200万吨[1]。20世纪90年代抚顺西露天矿北帮边坡大规模倾倒滑移变形, 给生产生活带来了极为不利的影响。因此搞好稳定性分析研究工作, 具有重要的意义。

1影响露天矿边坡稳定性的主要因素

1.1地质因素

1.1.1岩石性质与结构构造的影响。岩石是由各种造岩矿物或岩屑在地质作用下按一定规律组合而形成的多种矿物颗粒的集合体。岩石构造是指岩石中不同矿物集合体之间及其与其他组成部分之间在空间的排列方式及充填形式。岩石的矿物成分和结构构造对岩石的工程地质性质起主要作用, 通常, 强度高的岩石边坡稳定性也高, 片理、层理发育的岩石边坡稳定性相对较差。

1.1.2结构面的影响。一般来说结构面倾向和边坡坡面倾向一致, 倾角小于坡角的稳定性较反向坡差, 同向缓倾坡中, 岩层倾角愈陡, 稳定性愈差, 水平岩层稳定性较好;结构面走向与坡面走向夹角愈大, 对边坡的稳定愈有利;当边坡受多组相交的结构面切割时, 岩体自由变形的余地大, 切割面、滑动面和临空面多, 利于水的渗入, 对边坡不利。同时, 结构面的起伏差和表面性质对边坡也有一定程度的影响。

1.1.3岩体孔隙度的影响。随着孔隙度增大和增多, 岩石的强度降低、弹性模量减小, 致使岩体的抗压、抗剪、抗弯和抗拉强度都发生变化, 影响边坡的稳定性。

1.1.4地应力的影响。地应力的存在会促使岩体向自由面倾斜, 使其变形同时增加孔隙, 直接对边坡的稳定产生不利的影响。常春等通过实验得出, 边坡应力随着开采深度的增加近似呈线性增加。

1.2边坡参数及形状因素

在已定的地质条件下, 露天矿边坡的稳定性主要取决于边坡的高度、台阶坡面角、最终边坡角等边坡参数。坡角越小, 边坡越稳定;上部缓下部陡的边坡较上部陡下部缓的边坡稳定;边坡出露的时间越短越稳定[2];当边坡向采场凸出时, 岩体侧向受拉力, 由于岩体抗拉能力低, 此时边坡稳定条件差;当边坡向采场凹进时, 边坡岩体侧向受压, 边坡比较稳定。

1.3水文地质因素

水对边坡稳定的影响主要表现在改变岩石力学性质、降低岩石力学强度指标上。当地下水积存于岩石弱面中, 水的作用显著增大岩体的滑动力和减小弱面间的摩擦力, 从而使边坡的稳定性降低[3]。水可以产生静水压和动水压, 岩体中的动水压力使岩体下滑力增加24%。一般地下水压可以降低边坡稳定性20%-30%, 在保持安全系数不变的情况下, 降低岩石裂隙水压可增加边坡角5°-7°[4]。

1.4爆破因素

梁海林等人研究爆破对边坡的破坏效应得出, 波动机制可给边坡以附加动载荷;使边坡岩体固有破坏扩展;使边坡岩体沿岩层面破坏顺层边坡产生滑落等影响边坡稳定性。此外, 爆破作用产生的孔隙还可以加速风化。

1.5其他因素

1.5.1风化因素。

风化作用可使边坡岩体随时间推移不断产生破坏而失稳。通常风化速度与岩石本身的矿物成分、结构构造和后期蚀变有关, 同时也与湿度、温度、降雨、地下水以及爆破震动等因素有关。

1.5.2人为因素。

由于对影响边坡稳定的因素认识不足, 不坚持采掘并举剥离先行的原则, 在生产中往往人为地促使边坡破坏, 如在边坡上堆积废石和设备或挖掘坡脚这些都会使边坡稳定条件恶化, 甚至导致边坡破坏。

2.露天矿边坡失稳定的防治措施

由于岩石性质、结构构造及结构面的倾向是自然形成的, 人为很难将其改变, 所以我们只能从影响边坡稳定性其余的因素出发, 施行科学合理的措施加固边坡的稳定性。

2.1合理布局。

确定台阶高度、台阶坡面角、最终边坡角等边坡参数, 总体规划合理, 开采顺序明确, 采掘进度计划科学, 应避免为提高效率而在边坡上堆积废石和设备, 同时也应杜绝为追求当前经济利益而在作业台阶底部进行掏底开采。

2.2边坡疏水。

防排水的措施很多, 对于地下水可采用巷道疏干, 深井疏干, 明沟疏干等方法进行疏干。在防水方面, 对于地面水可采用河流改造, 设截水沟、拦河护堤等措施;对于地下水可以打探水钻孔, 设防水门和防水墙, 预留防水矿柱等措施。实际边坡体内地下水是难以疏干的, 在生产作业时, 加强对地下水的观测和分析也是必要的。

2.3减震爆破。

邢利伟等人研究得出可通过控制总药量、爆破延时来提高振动频率或者采用分区起爆来提高振动频率, 降低产生共振的几率, 从而降低由于共振对边坡造成的影响。张电吉研究指出缓冲爆破、微差爆破等方法, 可减轻爆破震动对边坡的影响。

3结语

造成边坡失稳的因素是多方面的, 因此单一的措施无法有效的根治, 在生产实践中我们要采取以防为主, 防治结合综合治理的方针, 同时露天矿应根据边坡的不同地段有不同的稳定程度要求, 结合矿山所面临的具体情况及经济成本要求进行分析论证, 以采取可行性治理措施。

参考文献

[1]卢世宗.国外露天矿边坡稳定性研究[J].矿业工程, 1981, 05:10-13.

[2]王思文, 张绪杰, 宋玉金.露天矿边坡稳定性的安全因素分析及防治建议[J].露天采矿技术, 2011, 3:21-23.

[3]唐廷宇, 陈福民.影响露天矿边坡稳定的主要因素及防范措施[J].矿业工程, 2008, 2 (6) :14-15.

水对边坡稳定影响的分析 篇3

【关键词】边坡;边坡稳定分析;边坡治水

随着现代化建设事业的迅速发展，各类工程大量开工建设，在这些工程的建设过程或建成后的运行期间,有时形成了大量边坡工程；这些边坡工程的稳定状况，会对整个工程的可行性、安全性及经济性等起重要的制约作用，并在很大程度上影响着工程建设的投资及使用效益。

1.综合分析水对边坡稳定的影响

（1）边坡的稳定是一个比较复杂的问题,影响边坡稳定性的因素较多，简单归纳起来有以下几个方面：边坡体自身材料的物理力学性质；边坡的形状和尺寸；边坡的工作条件；边坡的加固措施等等,在这其中水是边坡失稳的重要因素之一。现在簡单分析水流对边坡稳定性的影响边坡。一般说，水对边坡的影响主要分以下两个方面：一是使得边坡土体本身抗剪强度减少；二是使得边坡土体剪应力增加。

（2）边坡一般是倾斜坡面的土体或岩体边坡，由于坡面倾斜，在坡体本身重力及其他外力作用下，整个坡体有从高处向低处滑动的趋势，同时，由于坡体土(岩)自身具有一定的强度和人力的工程措施，它会产生阻止坡体下滑的抵抗力。一般来说，如果边坡土(岩) 体内部某一个面上的滑动力超过了(岩) 体抵抗滑动的能力，边坡将产生滑动，即失去稳定；如果滑动力小于抵抗力，则认为边坡是稳定的。

（3）水流渗进土体，使土体的密度增加，这是增加土体剪切应力的主要因素。水对岩质边坡的影响较小,这是因为岩质边坡的强度较高。当地表水在岩石坡面排泄受阻时，会加大岩体的重量,增加坡体的下滑力。对于遇水容易软化的岩层，地下水常可以使岩石内部的联结变弱,强度降低，从而导致土体康剪强度降低。

（4）地下水在渗流过程中会对岩土体颗粒施加一个动水压力。它是一个体积力，其大小与流动水的体积、水的容重和水力梯度有关,其方向与水流的方向一致。结构面的填充物在水的浮力作用下，重量降低，动水压力稍大时，就会带走结构面中的填充物颗粒，侵蚀掏空岩块之间的填充物；同时动水还会磨平粗糙的岩石面,使其变得光滑，降低了岩石的摩擦系数,减小了岩体的抗滑力，降低了边坡的稳定性。由于水流对边坡稳定性的影响非常大，所以边坡工程对水流的防治是边坡稳定的重要方面。

2.边坡治水方法措施

边坡治水包括坡面排水及坡体排水。坡面排水主要是通过设置坡顶截水沟、平台截水沟、边沟、排水沟及跌水与急流槽来实现。坡体排水设施主要有渗沟、盲沟及斜孔等。渗沟又分支撑渗沟、边坡渗沟和截水渗沟三种，主要作用截排地表以及几米范围内的地下水：盲沟(即渗水隧洞) 主要用于截排或引排埋藏较深的地下水；斜孔主要用于排除深层地下水，土层和岩层均可采用，一般用水平钻机,埋置排水管。同时，也可以通过在坡面植草绿化的方法减少水对坡面的渗入边坡。

3.结语

由于水对边坡的影响是多方面和多角度的，因此在防治边坡时，首先要做好对边坡水的处理，做好排水系统，包括地表排水系统和地下排水系统，使水对边坡的影响降到最低限度，甚至消除；其次，针对不同的边坡，了解地下水位情况，采取不同的方法进行加固，本着具体问题具体分析的原则因势利导，多角度、多方面的进行分析，最终采取最优的方法。

水对边坡稳定性的影响及防治措施 篇4

某路堑边坡稳定影响因素敏感性分析

路堑边坡稳定性受多种内外因素的影响.运用因素敏感性分析方法,对边坡稳定性有较大影响的因素进行检查和分析,可以确定影响滑坡稳定性的最敏感和较敏感因素,从而更加有针对性地进行滑坡监测和防治工作.为此,本文以广东省某高速公路路堑边坡稳定影响因素敏感性分析为例,在边坡工程地质条件分析的`基础上,首先对影响边坡稳定的因素进行了定性分析,然后从定量的角度对其敏感性进行了分析.

作 者：林贤蓬 周燕聪 作者单位：广东省地质局,七一九地质大队,广东,肇庆,526020刊 名：中国水运(下半月)英文刊名：CHINA WATER TRANSPORT年，卷(期)：9(9)分类号：P692.22关键词：路堑边坡 稳定性 影响因素 敏感性分析

水对边坡稳定性的影响及防治措施 篇5

基坑开挖后, 其边坡失稳坍塌的实质是边坡土体中的剪应力大于土的抗剪强度。而土体的抗剪强度又来源于土体的内摩阻力和内聚力。因此, 凡是能够影响土体中剪应力、内摩阻力和内聚力的, 都能影响边坡的稳定。

1.1 土类别的影响

不同类别的土, 土的颗粒矿物组成, 颗粒形状、尺寸, 颗粒级配, 空隙比、干容重及土中的含水量皆不同, 其土体的内摩阻力和内聚力不同。例如, 砂土的内聚力为0, 只有内摩阻力, 靠内摩阻力来保持边坡的稳定平衡。而粘土则同时存在内摩阻力和内聚力。因此, 对于不同类别的土能保持其边坡稳定的最大坡度也不同。

1.2 土湿化程度的影响

土内含水愈多, 湿化程度增高, 使土壤颗粒之间产生滑润作用, 内摩阻力和内聚力均降低。其土的抗剪强度降低, 边坡容易失去稳定。同时含水量增加, 使土的自重增加, 裂缝中产生静水压力, 增加了土体内剪应力。

1.3 气候的影响

气候使土质松软或变硬, 如:冬季在我国北方气温能到-10℃以下, 能使边坡土体冻结, 使土体的内摩阻力和内聚力提高, 从而提高土体的抗剪强度, 春季气温回升至0℃以上, 能使边坡土体融化, 使土体的内摩阻力和内聚力降低, 从而降低土体的抗剪强度, 进入雨季, 随着降雨量的增加, 土质松软, 从而降低土体的抗剪强度。

1.4 基坑边坡上面附加荷载或外力的影响

基坑边坡上面附加的荷载或外力能使土体中剪应力大增加, 甚至超过土体的抗剪强度, 使边坡失去稳定而塌方。

1.5 基坑边坡坡度的影响

土方边坡的坡度以其高度与其底宽度之比表示, 坡度越大越安全, 但其土方量增大, 同时增加施工成本, 为了防止塌方, 保证施工安全, 当土方挖到一定深度时, 边坡均应做成一定的坡度。

土方边坡坡度的大小与土质、开挖深度、开挖方法、边坡留置时间的长短、排水情况、附近堆积荷载等因素有关。在挖土边坡上侧堆土或材料以及移动施工机械时, 应与挖土边坡保持一定距离, 以保证边坡的稳定, 当土质良好时, 堆土或材料距挖方边缘0.8m以外, 高度不宜超过1.5m。

比较典型的外力影响如爆破震动:随着近几年旧城改造的深入发展, 爆破应用日益广泛, 由此造成的爆破震动影响也日益凸显。边坡岩体在爆破震动的瞬时冲击作用下, 由于爆破冲击波向四周扩散, 当压缩波到达边坡自由面后, 开始产生拉伸波, 使岩体受到拉伸作用, 可使原裂隙张开、扩展或产生新的裂隙, 使岩体产生变形和破坏。

2 边坡施工的安全防护措施

2.1 安全施工组织设计与安全技术交底

每项工程施工开工前, 都要编制土方施工的专项安全施工组织设计及安全技术交底, 其内容包括施工准备、开挖方法、放坡、降水排水、临时用电、边坡支护等, 边坡支护应根据有关规范要求进行设计, 并有设计计算书。

2.2 安全距离

人工挖基坑时, 操作人员之间要保持安全距离, 两人的横向间距不得小于2m, 纵向间距不得小于3m, 严禁掏洞挖土及搜底挖槽;多台机械开挖, 挖土机间距应大于10m, 挖土要自上而下, 逐层进行, 严禁先挖坡脚的危险作业。

2.3 现场勘查与防护

挖土方前对周围环境要认真检查, 根据安全技术交底了解地下管线、人防及其他构筑物情况和具体位置。地下建筑物外露时必须进行加固保护。作业过程应尽量避开管线和构筑物。在现场电力、通信电缆2m范围内和现场燃气、热力、给排水等管道1m范围内挖土时, 必须通知管线主管单位并在主管单位有关人员的监护下采取人工开挖。不能在危险岩石或建筑物下面进行作业。

2.4 边坡与支撑

基坑开挖应严格按设计要求放坡, 操作时应随时注意边坡的稳定情况, 如发现有裂纹或部分坍塌现象, 要及时进行支撑或改缓放坡, 并注意支撑的稳固和边坡的变化, 发现问题时及时加固处理。要做好科学的基坑支护设计, 基坑支护设计要综合考虑地面超载、施工荷载、临近建筑物荷载、土压力以及其他不利于基坑稳定的荷载。

2.5 安全事项

深基坑四周设防护栏杆, 并挂密目安全网。人员上下要有专用爬梯。严禁攀登固壁支撑上下, 或直接从沟、坑边壁上挖洞攀登爬上或跳下。间歇时, 不得在槽、坑坡脚下休息。

2.6 坡顶堆土规范

基槽、坑、沟边1m以内不得堆土、堆料、停置机具。基槽、坑、沟边1m以外堆土高度不得超过1.5m。基槽、坑、沟边与建筑物、构筑物的距离不得小于1.5m。

2.7 运土道路的坡度与半径

运土道路的最陡坡度不大于16.7度、转弯半径8m~10m。

2.8 土方爆破的有关规定

土方爆破时要遵守爆破作业的有关规定, 如:必须经过爆破设计, 对起爆点、引爆物、用药量和爆破程序进行严格计算。

2.9 深基坑安全应急演练

对于深基坑施工 (深度大于5m) , 要组织由上级安全主管部门参加的安全应急演练, 对于演练中发现的问题要及时整改。

2.1 0 夜间施工注意事项

夜间施工时, 应合理安排施工项目, 防止超挖或铺填超厚。施工现场应根据需要安设照明设施, 在出入人员及车辆较多的危险地段应在施工现场设立危险指示灯, 在施工现场前后应设立危险指示牌。

总之、根据影响边坡稳定的因素, 做好前期的安全防护是避免边坡坍塌的关键。同时基坑开挖需要综合考虑地质、环境、结构、施工等各方面的影响因素, 达到基坑施工安全、可靠、经济、合理的目的。

参考文献

水对边坡稳定性的影响及防治措施 篇6

某公司拟在某中央商务区兴建商业广场项目, 该项目位于某大剧院南、西及北侧, 该项目占地约80.65亩。项目分A区、B区、C区三个地块, 其中A地块建设用地面积为15474.59m2, B地块建设用地面积为24869.02m2, C地块建设用地面积为13425.56m2。拟建场地设计基坑场坪标高:166.00m、190.00m, 坡顶设计标高为现状标高。按其设计意图进行开挖, 将在A、B、C三区四周形成基坑边坡, 主要为岩土质边坡, 边坡总长约1783.46m, 切坡高度约3.24-54.83m, 共计19段。

该项目B地块西侧毗邻某科技馆, 属重要建筑, 且该侧边坡为顺层边坡, 边坡高度最高达54.83m, 属超限边坡。根据调查, 本场地所在地区, 在类似顺向坡地区的基坑及边坡开挖中, 多有边坡滑塌事故发生, 事故边坡高度8-30m不等, 岩层倾角则15-30°不等。本边坡高度最高54.83m, 超过该地区事故边坡高度, 岩层倾角20°, 位于危险范围, 因此, 该边坡在开挖过程中发生滑塌事故的可能性极大。为保证工程安全, 须对该侧边坡稳定性进行专项评价, 据此提出边坡防治方案。

2 边坡地质条件

B区西侧边坡总长约181.38m, 走向为0-31°, 坡向为90-121°, 切坡高度51.69-54.83m, 坡脚设计标高166.00m, 坡顶设计标高为217.69-220.83m。为方便评价, 将该边坡沿边坡走向分为三段, 分别编号为B7-B8边坡, B8-B9边坡, B9-B10边坡。边坡纵剖面编号1-6, 横剖面编号A (详见平面示意图) 。边坡物质组成为:素填土 (厚1.23-7.85m) 、砂岩、泥岩、泥质砂岩, 为岩土质边坡。

3 边坡稳定性定性评价

边坡上部土质主要为素填土, 其中B9-B10段厚5.95-7.85m, 基岩面较陡, 倾角10-12°, 其余段基岩面平缓或内倾, 倾角1-2°, 基坑直立开挖不会沿基岩面发生整体滑移, 但易发生土体内部剪切破坏, 沿圆弧面滑动。

岩质段:若直立切坡, 强风化基岩不稳定, 易产生滑塌破坏。中等风化岩体段根据赤平投影图 (图2) 分析可知:岩层倾向为105°, 属边坡的外倾结构面, 岩层倾角为20°, 倾角较陡, 层面裂隙发育、贯通性好、结合差, 受两组构造裂隙竖向切割后, 顺层岩体在空间上易形成四方块体, 降低了岩体整体性, 边坡临空岩体 (岩块) 易产生顺层滑移现象, 边坡的稳定性受层面控制。

4 边坡稳定性定量评价

4.1 评价模型及计算公式

针对边坡临空岩体顺层滑移问题, 根据代表性剖面1-6所示顺层临空岩体形态 (见图2、图3) , 对临空岩体采用分段平面滑动法进行稳定性计算。依据剖面形态及边坡物质组成, 为保证工程安全, 选择以下两种模型对边坡进行稳定性评价:

模型1:以边坡开挖底标高166m为剪出口, 按各剖面对边坡进行整体稳定性计算

模型2:以上部厚层砂岩与泥岩接触面为剪出口, 按各剖面对边坡进行局部剪出进行计算

4.2 计算参数选取

根据现场调查及室内试验, 本次计算岩土体参数取值见下表1。

建筑荷载按每层20k N/m2、地表荷载5k N/m2估算。

安全等级为一级, 安全系数取1.35。

4.3 荷载组合

➀自重:岩体自身重量。➁地下水作用力:考虑雨季时土体的饱和重度。➂建筑荷载。➃地表荷载。

4.4 计算工况组合

工况1 (天然状态)

工况2 (饱和状态)

4.5 边坡稳定性计算结果

经过计算, B区西侧边坡各分段稳定性系数结果见表2、表3:

4.6 边坡稳定性评价结论

切坡后, 土质边坡稳定性主要受土体自身控制, 易发生土体内部剪切破坏, 沿圆弧面滑动。岩质边坡稳定性主要受砂岩、泥岩接触面控制, 顺层临空岩体处于基本-不稳定状态, 临空岩体产生沿层面方向产生整体滑移破坏。特别是沿边坡中部厚层砂岩与泥岩接触面为剪出口可能性极大, 危险性极大。

5 治理方案探讨

对于边坡上部土质段, 其高度为5.95-7.85m, 其破坏模式为沿岩土界面发生滑移破坏。

对于边坡岩质段, 其高度为44.67-52.88m, 其破坏模式为顺层临空岩体沿砂、泥岩接触面方向产生滑移破坏, 边坡高度大, 影响范围大, 剩余下滑力较大, 建议采用桩锚体系支护。因顺层滑移范围内分布已有建筑物 (科技馆、天桥、市政道路) , 据调查, 其已有建筑物基础位于潜在滑移面以上, 将对其进行加载, 应采用预应力锚索或锚杆。

因上部土层较厚, 若采用重力式挡墙, 下部无空间实施岩质边坡支挡, 建议边坡整体考虑:土质和岩质一起进行支挡, 采用桩锚体系进行支护, 土质部分加挡土板, 施工中采用逆作法。其中岩质边坡应采用预应力锚索或锚杆。

施工过程中采用先支挡后开挖、动态设计、信息法施工, 采取自上而下分级、分段跳槽开挖的逆作法施工, 分级高度不宜大于5.0m, 不宜全断面开挖, 施工中加强坡面岩体观测, 发现不稳定块体应及时清除, 严禁无序大开挖、大爆破作业, 以确保边坡在开挖过程中的稳定。同时施工中应加强监控量测工作, 加强地质检验, 切实按照信息法施工原则展开工作。

6 结语

通过定性分析及定量计算, 该项目B区西侧边坡高度最高54.83m, 且为顺向边坡, 岩层倾角20°, 边坡开挖过程中发生滑塌的可能性极大。该边坡稳定性主要受砂岩、泥岩接触面控制, 顺层临空岩体处于基本-不稳定状态, 临空岩体产生沿层面方向产生整体滑移破坏。特别是沿边坡中部厚层砂岩与泥岩接触面为剪出口可能性极大, 危险性极大。对于该边坡的支护, 宜采用整体桩锚体系支护, 且岩质段锚固体系宜采用预应力锚索或锚杆, 土质段增加挡土板。施工过程中采用先支挡后开挖、采取自上而下分级、分段跳槽开挖的逆作法施工, 并加强边坡监测工作, 加强施工过程中的信息反馈, 最终确保工程施工安全。

摘要：本文通过对某超限岩质边坡的稳定性评价实例, 用定性分析的方法确定了边坡可能会产生的破坏模式, 并采用平面滑动法定量评价边坡的稳定性, 据此针对性提出了边坡治理方案。通过本案例, 对赤平投影及平面滑动法在超限岩质边坡的稳定性评价和分析中的运用进行了深入的分析和展示, 对周类边坡稳定性研究与防治具有一定的示范意义。

水对边坡稳定性的影响及防治措施 篇7

东鞍山铁矿是鞍钢大型矿山之一, 是鞍钢铁矿石原料主要基地。东鞍山铁矿床位于辽宁省鞍山市南郊, 地理位置东经122°55′, 北纬40°2′30″, 交通较为便利。

矿床位于轴向北西, 向西倾没的鞍山复式向斜的西南翼, 基底由太古代鞍山群地层构成, 其上以角度不整合复盖有震旦系地层及第四纪地层, 矿体总体产状走向北45°~50°西, 倾向北东, 倾角50°~85°, 上缓下陡, 下部近于直立, 上盘为灰色千枚岩整合接触, 下盘为灰绿色千枚岩、或混合岩及花岗岩。目前, 矿山从1956年开始大规模开采, 现已发展到年产500万吨铁矿石的大型铁矿。矿山开采按1972年设计进行的, 开采深度已降至-51米标高。境界东西长2200米, 南北宽720米, 北帮为推进帮, 己形成14个工作台;南帮从-51米~118米水平, 已有14个台阶靠帮, 形成固定帮, 阶段高差13米。近年在南帮由于降雨使边坡曾发生局部的坍塌和塌落, 产生滑坡, 给生产带来一定的影响。

2 边坡工程地质条件

2.1 边坡岩体的划分

1) 混合岩:分布于F8号断层以西, 占据南帮边坡的绝大部分, 是构成边坡的主要岩体, 该岩石呈灰白一肉红色, 细中粒变余花岗结构, 块状构造, 矿物成分为石英钾长石、白云母、钠长石等, 局部可见叶腊石化和绿帘石化等蚀变。

2) 花岗岩:分布于F8号断层以东, 岩石呈肉红色, 中粒结构, 块状构造, 矿物组分:长石、石英和少量的含铁矿物, 风化程度中等, 近地表风化程度高, 呈松散状, 为燕山期千山花岗岩。

3) 千枚岩:位于矿体的上下盘, 与混合岩交代接触, 与花岗岩断层接触, 其片理发育, 岩性较软, 是南帮边坡的薄弱环节, 但其厚度小, 在形成固定台阶暴露时间短, 对边坡稳定性影响不大。

4) 第四系松散岩:主要由第四系冲积、残积、坡积和人工堆积组成, 在南帮东南排土场人工堆积达30余米高。

此外还有煌斑岩脉和碎裂岩, 但其所占比例较少, 不会对边破的稳定性造成较大的影响。

2.2 构造

该边坡以断裂构造为主。

1) 断裂按其性质可分为:张性断裂 (F1、F3、F5、F6等) 和压扭性断裂 (F7、F8等) 。2) 按断裂与南帮边坡在走向与倾向的关系可分为三种类型:横向断裂、斜交断裂、平等断裂。其中对南帮边坡影响较大的是F6和F8断层。F6断层在此南帮79~92米处通过, 形成3~5米宽的破碎蒂, 破碎程度较严重且阶段较高为15米, 坡角较陡, 是南帮主要的不稳定阶段, 曾发生小规模的坍塌, 需加以处理。F-8断层, 它位于采场东部, 走向北60°东, 倾向南东, 倾角上部陡75°, 下部变缓60°, 走向揭露长度870米, 断面平直, 破碎带宽15~20米, 局部充填肠状, 破碎状煌斑岩脉, 由于F8断裂与总体边坡成斜交逆向性, 对总体边坡稳定影响不大, 但其破碎带宽破碎物质碎软, 对局部台阶的稳定不利, 可造成局部的滑坡, 需加以处理。

3 边坡的水文地质条件

3.1 地貌概况

本矿区位于千山山脉西麓, 濒临辽河平原, 河流发源于千山山麓流经矿区西端, 向西注入辽河, 平时流量很少, 旱季趋于干涸, 仅在雨季有急流或洪流西泄, 年平均降雨量很少, 大约700毫米左右, 大都集中于在7、8月份间, 夏季蒸发量大于降雨量, 不利于地下水的补给。

3.2 水对边坡稳定的影响

南帮边坡地下水赋存是以混合岩和花岗岩等基岩裂隙含水为主, 由于基岩裂隙渗透系数很小, 吸水能力也很小, 大气降水速度远大于基岩吸水速度, 大气降水大部分将由地表径流排泄。目前开采深度高于地表水潜水位情况下, 水对边坡稳定的影响将以地表以流水为主, 其主要作用是对边坡岩体的冲刷, 这对破裂带的影响较大, 常造成滑坡形成冲沟, 但是, 地表径流水对完整性较好的基岩体影响很小, 对总体边坡影响也很少。基岩裂隙含水饱和时产生浮托力, 这对边坡稳定不利, 对潜水面以上的边坡, 由于裂隙切割贯通, 成为水的良好通道, 使裂隙水很难滞留而不能形成承压水, 这时边坡稳定的影响则相应减小。当开采深度下降到潜水位以下时, 水对边坡的影响将由地表径流水为主向基岩裂隙静水压力为主转变。

4 边坡岩体结构的调查及稳定性分析

东矿南帮边坡岩体经工程地质调查主要有四种结构类型。

1) 块状结构岩体。以混合岩、花岗岩、含铁石英岩及脉岩为主, 有三至四组不同产状的节理, 把岩体切割成有—定完整性的块体, 其结构面粗糙度以平坦 (中等) 为主, 导水性能好, 对边坡的穗定性影响不大。

2) 层状结构岩体。由千枚岩和片岩组成, 岩体受层面和片理面控制, 同时也受节理裂隙的影响, 是边坡的薄弱带, 对边坡的稳定性不利。

3) 碎裂结构岩体。主要出现于断裂带中如F7、F8, 碎裂结构十分明显易风化, 其稳定较差, 易出现坍塌和塌落。

4) 散体结构岩体。主要出现于第四纪地层及基岩风化带中, 岩体松散、强度很低, 稳定性差, 以圆弧形为主要破坏方式。

5 滑坡防治措施

综观上述对南帮边坡稳定性调查, 经过多年的生产实践, 我们制定出了切合实际的防治措施。坚持预防为主、综合治理、及时处理的原则。治理滑坡可以从以下两个大的方面着手:

5.1 消除和减轻地表水和地下水的危害

在滑坡区内, 可在坡面修筑排水沟。在覆盖层上可用浆砌片石、防水编织物覆盖等方法, 防止地表水下渗。对于岩质边坡还可用喷混凝土护面或挂钢筋网喷混凝土。地下水对东鞍山边坡影响较小, 排除地下水的措施很多, 应根据边坡的地质结构特征和水文地质条件加以选择。东鞍山铁矿在东、西两端-51米平台采取竖井抽水方法。

5.2 改善边坡岩土体的力学强度

通过一定的工程技术措施, 改善边坡岩土体的力学强度, 提高其抗滑力, 减小滑动力。常用的措施有:

1) 削坡减载;用降低坡高或放缓坡角来改善边坡的稳定性。对于南帮92~105阶段, 由于F6断层在此处通过形成破碎蒂, 经近几年的削坡减载治理, 现己基本稳定。2) 边坡人工加固;如断裂带F7、F8, 碎裂结构十分明显易风化, 其稳定较差, 易出现坍塌和塌落, 现已采取了—定的措施, 修建了防护墙, 以防岩体坍落。3) 预应力锚杆或锚索, 适用于加固有裂隙或软弱结构面的岩质边坡。4) 固结灌浆或电化学加固法加强边坡岩体或土体的强度等。

6 结语

水对边坡稳定性的影响及防治措施 篇8

20世纪90年代,我国建造起了一座又一座的高坝,如小湾坝高292m,溪洛渡278m,拉西瓦252m。而这些高坝又大多位于我国西部山区,这些工程具有高水头、大流量、高流速、窄河谷等特点。如此巨大的能量需要安全泄放,给消能设计带来了不小的挑战。为解决泄洪 消能的问 题,多采用先 在空中扩 散、掺混、碰撞,必要时设消力池的挑流消能方式[1]。在此基础上科研人员研究出了宽尾墩、窄缝式挑坎分流齿坎、掺气分流墩、对冲挑坎、挑跌流碰撞等一系列消能工。但这些消能方式会造成比较严重的雾化,对水电站安全运行造成了威胁。

因此科研人员利用原型观测、模型试验、数值模拟对泄洪雾化展开了一系列的研究。研究的成果主要集中在泄洪雾化影响范围和强度预测,使其能够满足工程的防护需要。但是在泄洪雾化机理、泄洪雾化模型的相似性准则等方面还缺乏清晰的认识。

2泄洪雾化影响范围和强度预测

雾化雨对边坡稳定性影响的问题,归根结底要涉及到雾化的分区以及强度预测,因此笔者先在此部分将雾化区的范围和强度预测方法以及火谷边坡预测结果作简要介绍。

2.1雾化机理

结合姚克烨、刘宣烈的研究成果,挑流雾化的机理概括如下:挑流雾化是指水舌在运动和坠落过程中产生的大量的细小的水滴,水滴在空气和水舌风的作用下破碎而形成雾流,总的说来是由于泄洪水舌的破碎。导致这种破碎的原因有2方面: 一是水舌在空中碰撞,水气相互掺杂;二是水舌入水激溅。雾化源主要来源于2个方面:一是水舌在空气中运动过程中,出现强烈的紊动状态和自由扩散,表面产生波纹,空气中的气体掺入,并随之扩散,水体失稳,部分水体脱离主水体,小水滴漂浮在空中便形成雾,若多股水舌相互碰撞,则水舌破碎更加剧烈,雾化程度将剧烈增加。二是雾化公认主要来源为水舌坠落时的喷溅。水舌入水喷溅可分为3个阶段:撞击阶段、溅水阶段和流动阶段[2]。撞击阶段:高坝泄洪水舌具有很高的流速, 撞击将产生巨大的作用力,将改变水舌的速度,产生喷溅;溅水阶段:由于溅水是一个随机过程,存在一定的喷溅范围,该范围取决于溅流的速度、大小、空气阻力、风;流动阶段:下游水体在水舌的带动下进入流动状态。水舌与下游水面猛烈撞击,水舌将下游水流排开,激溅水流向两岸及下游扩散,受水舌风的影响,激溅水流破碎,大的水滴形成降雨,细小的水滴形成雾。

泄洪雾化产生机理还未完全清楚,泄洪雾化是一种复杂的两相流运动,水滴与雾大小并不在一个数量级上,因此没有一个有效的方法能计算两相流。泄洪雾化还与水力学因素(上下游水位差、泄洪流量、入水流速 大小与入 水角度、孔口挑坎 形式、下游水垫深度、水舌空中流程以及水舌掺气特性等)、地形因素 (下游河道 的河势、岸坡坡度、岸坡高度、冲沟发育 情况等)、气象因素(指坝区自然气候特征如风力、风向、气温、日照、 日平均蒸发量等)有关[3],这进一步增大了研究泄洪雾化机理的难度。

2.2雾化范围和强度预测

在原型观测的资料基础上,天津大学刘宣烈教授对资料进行分析总结出了雾化范围的估算经验公式[2]。但这些经验公式只考虑了坝高的因素,所以其准确性还有待提高。只有综合考虑了水力学条件、地形条件、气象条件等多重因素后,才能准确估测泄洪雾化的影响范围。

科研人员对湾塘[4]、白山[5,6]、宝珠寺[7]等20几个水电 站进行了原型观测,并通过原型观测对泄洪雾化影响范围和强度有了一定的认识。但是某些地方难以获取原型资料,且其精度还有待进一步的提高。

原型观测在时间和空间上受到限制,所以科研人员开始关注如何应用模型试验来解决泄洪雾化引起的工程问题。四川大学通过对雾化模型研究,根据一定的相似率,测出雾化溅水范围,能为实际工程提供强有力的设计依据[8]。其他科研院所相继建立了小湾[9]、白山[6]、江垭[10]、溪洛渡[11]等水电站的大 比尺模型,模型试验与原型观测得出的雾化范围和强度基本一致,能较好地为工程防护提供设计依据。模型试验的相似率还有待进一步探讨。

同时,科研工作者们 对泄洪雾 化建立了 数学模型 展开研究。吴持恭等[12]为得出水 舌含水浓 度分布作 出了努力;雾化水流计算模型被梁在潮[13]提出;张华[14]等建立了挑流水舌水滴随机碰溅的数学模 型;练继建[15]应用蒙特 卡洛方法 将环境风和地形因素考 虑到了数 学模型中;柳海涛[16]等人对喷 溅随机计算理论进行了改进,开发了对溅水区进行时空离散的数学模型;同时人工神经网络[17,18,19]和模糊数学理论[20,21,22]被应用于泄洪雾化,可以解决复杂地形的雾化范围和强度预测。

2.3火谷边坡雾化影响范围预测

火谷水电站位于四川省乐山市沐川县利店镇上游约3km处,电站采用坝后式开发,装机容量42 MW,坝高45m,正常蓄水位458m,死水位为456m,坝前壅水高约40m,水库回水长约8.61km,总库容934.63万m3。

由上述可知,天津大学刘宣烈教授对雾化范围的估算有具体的经验公式(见表1),虽然有一定的的局限性,但由于模型试验难度大,经验公式法简单可行,故采用此经验公式,对火谷边坡进行了雾化影响范围的预测,预测结果见表2。

m

注:坝高 H=45m。

3火谷边坡稳定性分析

目前应用于边坡稳定[23]分析的方法主要有基于极限平衡的传统方法和有限元法。极限平衡法是边坡稳定性分析中最常用的方法,其中包括瑞典条分法、毕肖普法、杨布法。此处采用条分法对火谷边坡进行稳定性分析。

火谷边坡土层分布从地表到地下分别是含块碎砾石亚黏土、含孤块碎石夹碎砾 石亚黏土、砂岩粉砂 质泥岩互 层 (见图1)。笔者利用Geo-slope软件对火谷边坡稳定性进行了模拟分析,具体操作和结果如下。

由Geo-slope对火谷电站右岸边坡进行了模拟计算。选取火谷边坡堆积体平面图纵剖图2和《石头堡堆积体稳定性评价专题研究报告》中的c、φ、γ值为基本资料,利用cad软件对纵剖图2进行编辑,生成多段线边界,导入slope软件,建模计算;在模拟计算过程中我们以“降雨强度越大,土的c、φ值减小”为理论基础,选取一系列递减的c、φ值进行稳定性分析计算,并模拟出滑坡面。在计算时,由于资料不齐全,故对其进行了相应简化。具体简化情况如下。

(1)纵剖图2原图中土 层边界未 闭合,无法导入slope软件,直接截取闭合 部分作为 计算边界,并且未考 虑水库淹 没条件。

(2)由于地下水位线不能精确定位,只能做近似定位。

计算结果见表3~表5。结果显示:随着c、φ值的降低,边坡稳定性系数减小,即稳定性降低,而滑坡面深度越来越小。当雾化雨强度达一定程度(即安全系数小于1的情况),边坡会发生失稳。由上述计算,可近似计算出此边坡最大可承受的雾化雨强度。

针对上述计算,提出主动预防边坡失稳的新思路。通过相关的经验公式计算出雾化区域边坡失稳的阈值,再建立泄洪量与雾化量之间的关系。通过对边坡雾化量的监测,实现闸门的自动控制。

4泄洪雾化工程边坡防护措施

泄洪雾化形成的强降雨一方面会冲蚀土体,另一方面会降低岩体的稳定性,诱发滑坡。如龙羊峡[24]水电站1989年泄洪雾化形成的强水雾作用在虎山坡不稳定岩土体上,导致大规模失稳下滑,失稳方量共81万m3。二滩[25]水电站在1998年汛期和1999年原型观测期间均发生了因泄洪雾化造成的小规模坡体坍塌和坡积物冲蚀。

泄洪雾化中边坡问题的出现通常是由于雾化水进入了周围的岩石中,增加了坡体的下滑力,降低了坡体的抗滑力,从而影响岩体的强 度与稳定 性。根据茨哈 峡[26]、乌东德[27]、白鹤滩[28]等水电站的边坡治理 经验,在雾化影 响范围内 的边坡需 按不同的要求处理。清除边坡上的松散堆积物和孤石;采用排水沟、排水洞、排水孔等排水措施,对潜在失稳块体设置局部混凝土置换、抗剪洞等加固措施。同时在泄洪期间还应加强原型观测,确定泄洪雾化范围和雨强,及时处理不稳定岩体。近年来,由于我国的高坝越来越多,泄洪雾化现象也越来越严重,相继出现了一些新型高效的防护措施。如拉西瓦水电站应用的柔性边坡网防护,以其超强的抗拉、抗冲及变形能力,在主动保护松动岩体或被动拦截滚石上起到了很好的效果,且其结构简单、工程造价低、施工方便。在有些边坡,设置了挡土墙、锚杆格构梁或预应力锚索来预防边坡滑坡。

5未来前沿展望

泄洪雾化是一个极其复杂的气液两相流问题,目前,对泄洪雾化的认识还有待提高,对雾化问题的治理多为对雾化灾害的防范,而没有主动治理雾化的思路与方法。鉴于此,关于雾化的改善研究提几点建议。

(1)在保护环境的大背景下,现有的雾化防护措施和环境融合不佳,显得不环保且不经济。笔者认为可以将被动治理转化为主动预防。通过对影响泄洪雾化雨的强度的因素进行综合分析,采用挑流泄洪雾化降雨强度的模糊综合评判预报方法确定某点雾化雨强度,通过纵向边界估算的 π定理[9],估算出边界范围从而确定出雨雾区不同点的降雨分布图,再进行分区治理。其总体思路为根据经 验公式与 关系,查阅相关 文献资料,在现有雾化雨强监测基础上加以优化制作数字化雾化监测仪,根据水库安全条件,结合高等数学建模相关知识建立泄洪量和雾化量的关系;模拟泄洪场景,通过模糊综合评判预报方法得到雾化降雨分布图和湿度图,并由图将雾化区分为淡水飘散区、薄雾降雨区、浓雾暴雨区;再根据分区情况,分析水库安全条件,多方式调动闸门控制泄洪,找出最优化的调度方式,最终可以建立这样一 个监测调 控系统:在雾化的 范围内布 设雨强、湿度监测仪,采集这些数据,若雨强或湿度超过安全范围, 便根据闸门与流量的关系[29],调节泄洪流量,从而降低雾化雨强、湿度。这样将边坡的安全与闸门的合理调度有效地结合起来,可实现经济与安全的协调发展。对现有的工程有一定的应用价值。

为最大程度上降低雾化雨强度,减小雾化带来的灾害,可采取提前泄洪的方式。提前泄洪,可减小泄洪流量,因此雾化雨强度降低,在一定程度上可使浓雾区变成薄雾区,薄雾区湿度大大降低,从而达到降低雾化的效果。当然,这要求精确预测降雨基本要素 (降雨强度、降雨历时、降雨量),再由这些 数据,计算出提前泄洪相关参数,包括泄洪流量、泄洪历时以及闸门调度方式等,由这些参数做好提前泄洪工作,达到降低雾化的目的。

(2)生态防护在有旅游效益的大坝尤为重要,在未来的建坝进程中生态问题将会被放在越来越重要的位置。下面根据不同的雾化分区,分别对各区域的生态防护提出建议。在淡水飘散区内雨雾处于比较微量的范围(相当于毛毛雨),只需种植适应这种生态环境 的植物即 可;薄雾降雨 区因紧邻 浓雾暴雨 区,此区降雨和风速都较大(降雨相当于大到中雨),区域内的岸坡等要采取工程措施进行加固,同时种植根系较发达的灌木类植物;浓雾暴雨区暴雨如注,通常降雨强于自然降雨且风速极大,区域两岸护坡应采取打锚索等更强的加固保护措施,适当配置苔藓类植物。这一系列的措施,在既保证了雾化区域安全的前提下,又提升了大坝下游雾化区与周边环境的协调性。

摘要：泄洪雾化是复杂的水力学问题,由于其造成的影响严重,一直都是研究的热点问题。随着研究的进展,也涌现出很多成果。对泄洪雾化研究历程、泄洪雾化机理、雾化影响、防护措施及未来研究方向等进行了简单总结介绍,并结合现有的研究成果对火谷边坡进行稳定性分析,最后提出将被动治理转化为主动预防的新思路,并提出了工程防护与生态保护相结合的构想和建议。