边坡:稳定:勘察设计（精选12篇）
边坡:稳定:勘察设计 篇1
1 引言
边坡工程是地质工程中的重要研究领域。边坡是地表天然地质和工程地质的作用范围内, 具有露天侧向临空面的地质体, 是广泛分布于地表的一种地貌形态, 包括自然边坡和人工边坡。人工开挖边坡, 是因工程建设的需要而开展的。边坡作为工程建 (构) 筑物的一部分, 破坏了自然边坡的平衡状态, 设计不当将带来边坡变形与失稳, 形成边坡地质灾害。因此, 在工程建设时, 对开挖边坡需分析设计其合理坡度和坡高。[1]
边坡稳定性分析一直是边坡工程研究领域的核心问题。1994年, 晏同珍提出“易滑地层”概念, 并指出“易滑地层”由于其矿物组成多属片状黏土, 这类黏土矿物遇水时, 其黏聚力和内摩擦角就会减少, 其抗剪强度大大降低, 致使其易于滑动。锚索格构梁作为一种有效实用的边坡加固措施已广泛应用于工程边坡治理。锚索格构梁是预应力锚索与钢筋混凝土格构梁的复合结构, 采用格构梁护坡, 在格构梁的交叉点处设置锚索, 锚索是将拉力传递到稳定的岩层或土体的锚固体系, 可以主动地加固岩土体, 有效地控制其变形, 防止坍塌的发生。格构梁起到传力作用, 现浇钢筋混凝土格构梁与坡面的接触面积大, 可减小坡面反力, 同时它的整体刚度大, 使坡面的受力较为均匀。2004年, 唐辉明等进行了滑坡治理工程中钢筋混凝土格构梁设计理论研究;2009年, 朱大鹏等进行了格构梁与边坡岩体相互作用机制及现场试验研究;2015年, 韩冬冬等进行了预应力格构锚固体系格构梁内力分布规律模型试验研究。本文以某热电联产项目的开挖边坡为例, 根据现场地形、地貌调研、室内测试、数理统计、地质分析与判断等, 采取锚索格构梁和坡面排水措施, 利用理正岩土软件计算下滑力, 并以此为基础进行锚索格构梁设计计算, 实施后, 边坡稳定, 取得了良好的效果[2,3,4,5,6]。
2 工程概况
2.1 地形地貌
挖方边坡地处黔北大娄山南麓余脉河谷之中 (见图1) , 整体属构造剥蚀、侵蚀中山地貌。原始地貌为一大体向东南、东的单面斜向坡, 部分地段呈梯坎状, 坎高1~3.5m, 平地宽1~5m, 地面高程856~890m, 坡度20~40°。
2.2 地质构造
区域整体位于断山背斜核部-东翼, 断山背斜近南北走向, 核部为寒武系中上统娄山关群中厚层状灰岩、白云岩, 两翼地层为奥陶系下统桐梓组和红花园组白云岩、灰岩、泥岩和湄潭组泥岩等组成。边坡受构造影响较小, 岩层倾向和倾角变化较小, 基本为单斜构造, 整体呈顺向斜坡, 岩层倾向80~105°、倾角28~45°。
边坡岩体内裂隙主要发育有如下4组:
L1:315~330°∠65~80°, 主裂隙密度2~9条/m, 间距15~40cm, 裂隙宽10cm~闭合, 表层为泥质充填, 深部钙质 (方解石) 胶结, 结合差~一般;次裂隙密度30条/m, 裂隙闭合, 钙质胶结, 结合一般。
L2:250~285°∠50~80°, 裂隙密度5~35条/m, 间距2~20cm, 缝宽2mm~闭合, 钙质胶结, 结合一般。
L3:180~205°∠60~80°, 裂隙密度4~30条/m, 间距0.02~1m, 缝宽2mm~闭合, 钙质胶结, 结合一般。
L4:115~130°∠70~75°, 裂隙密度4~20条/m, 间距1~40cm, 缝闭合, 钙质胶结, 结合一般。
2.3 工程地质概况
根据钻探资料, 工程地质概况如下:
(1) 层:黏土, 黄褐色, 可塑, 残坡积 (Q4el+dl) 成因, 夹少量风化石 (泥岩、灰岩、白云岩) , 孔隙比较大、含水率较高、压缩性中等~高, 厚0.5~6m, 平均厚度4m。
(2) 灰岩:为桐梓组和红花园组 (O1t+h) 生物碎屑灰岩, 灰~深灰色, 中厚层状, 中~微风化, 粗晶结构, 钙质胶结, 锤击声清脆, 震手, 有回弹, 难击碎, 为坚硬岩;表层强烈溶蚀风化带厚约3~8m, 在地表形成上宽下窄的溶缝、溶沟、溶槽, 其宽度数厘米至2~3m不等, 且多有黏土、碎石土充填, 溶蚀风化结构面之间, 岩石断口呈贝壳状, 保持新鲜岩石光泽;其下为裂隙性溶蚀风化带, 厚5~15m, 裂隙面胶结物风化蚀变明显, 部分充泥, 溶蚀风化张开宽度10mm~闭合, 岩石断口呈贝壳状, 保持新鲜岩石光泽。岩芯呈碎块状、短柱状、柱状。节理裂隙较发育, 岩体较破碎, 结合一般, 岩体基本质量等级为III级。
2.4 气象水文条件
边坡地处贵州省高原北部, 属中亚热带, 春夏半湿润型气候。年平均气温15.1℃, 年降水量1133.8mm, 年平均相对湿度81%, 年平均风速1.2m/s。
边坡地表呈阶梯、斜坡状, 利于排水, 地表沟槽发育。当大气降水后, 地表水绝大部分沿地表形成地表径流排出, 或顺地表排水沟槽排出边坡。
2.4.1 地表水
挖方边坡处地表水主要为雨季降水, 除部分雨水下渗进入岩土体外, 其余雨水依地势向坡体下侧径流进入后水河。
2.4.2 地下水
据地质调查、测绘, 按照赋存条件将挖方边坡处地下水分为第四系松散层中的孔隙水、基岩 (风化、构造) 裂隙水及岩溶管道水。
孔隙水受大气降水补给, 分布于第四系覆盖层中, 无出露, 对边坡治理影响较小。
风化裂隙水径流于表层基岩风化裂隙内, 受大气降水及表层孔隙水补给, 边坡上无出露。
构造裂隙水径流于岩石构造裂隙之中, 补给源较宽, 补给类型较复杂, 往往于透水岩层与阻水岩层接触带被剥蚀而以接触下降泉、浸润流的形式或沿构造裂隙通道出露于地表, 或以浸润流或小股流的形式下渗补给岩溶水, 对施工有一些影响。
岩溶管道水主要见于可溶性碳酸盐类的生物碎屑灰岩、泥质灰岩中, 即桐梓组和红花园组岩层中。径流于岩溶裂隙或规模不大的溶洞之中, 以岩溶裂隙泉或岩溶泉的形式出露于表, 常年有水, 四季不枯, 流量较稳定。岩溶水接受岩石裂隙水和临区岩溶水补给, 补给面积和流量大, 径流条件复杂, 对边坡施工和后期维护产生不良影响, 需做引排处理。
3 边坡稳定分析
3.1 赤平投影分析
中风化岩体组成的边坡, 其稳定性受结构面的组合所控制, 由于这些结构面切割岩体, 导致岩体完整性差, 岩体的强度降低, 降雨及地下水易于沿结构面深入坡体, 特别是当岩体内有软弱夹层或者结构面内有泥质充填物时, 在水的作用下, 软弱夹层或结构层内充填物的抗剪强度迅速降低, 非常不利于边坡稳定。
本挖方边坡坡体为灰岩, 岩层面产状82~85°∠31~35°, 边坡倾向90°, 岩层面倾向与边坡倾向交角为5~8为顺向坡, 赤平投影如图2。
赤平投影分析, 结构面与边坡的走向、倾向均相同, 但其倾角小于坡角, 结构面的投影弧位于边坡的投影弧之外, 属不稳定结构。斜坡整体不稳定, 坡体稳定性受控于岩层面。
3.2 岩土力学参数
计算分析采用的岩土力学参数是根据室内试验和现场情况综合确定, 见表1。
本边坡稳定分析计算简图如图3所示, 采用北京理正岩土工程分析软件6.0版按平面滑动法进行计算, 总下滑力1 841.7k N, 总抗滑力1 789.4k N, 安全系数0.972, 小于建筑边坡稳定安全系数1.35, 应进行支护处理。
4 锚索格构梁支护设计
4.1 锚索设计
预应力锚索布置于地梁节点处, 钻射倾角20°, 钻孔直径150mm, 杆体采用7根φs15.2mm的1860级钢绞线, 锚索全长灌M30水泥砂浆, 锚索间距2.5m×2.5m, 倾角α=20°, 其具体设计参数见表2, 示意图见图4。
4.2 格构梁
地梁截面尺寸500mm×500mm, 实配6根φ22mm螺纹钢筋, 面积As=2281mm2, 采用C25现浇, 梁底嵌入坡面。
5 结语
锚索格构梁边坡支护方案是工程中常用且有效的措施, 本文在对其稳定性分析的基础上, 采用支护设计, 有效地提高了边坡的抗滑能力设计提供一定参考[7], 保。证了边坡的安全和稳定, 可为同类工程
参考文献
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[4]唐辉明, 许英姿, 程新生.滑坡治理工程中钢筋混凝土格构梁设计理论研究[J].岩土力学, 2004, 25 (11) :1683-1687.
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[6]朱大鹏, 晏鄂川, 宋琨.格构梁与边坡岩体相互作用机制及现场试验研究[J].岩石力学与工程学报, 2009, 28 (增1) :2947-2953.
[7]朱卫东.基于强度折减法的格构锚杆边坡治理方案研究[J].施工技术, 2015, 44 (9) :115-118.
边坡:稳定:勘察设计 篇2
每次大的深部构造运动都会导致产生新的应力状态
水平应力=上覆岩层重力×侧压应力系数
构造应力场内：自重应力
水平应力
铅直应力
李四光《地质力学理论》
非洲测得：水平应力是铅直应力的2.6倍
2.6其他因素影响
一、露天矿存在年限
具体讲应指边坡服务年限
时间长，岩体强度减弱大，稳定系数大些
二、边坡形状
凹形：侧向阻力大，稳定性好
凸性：侧向阻力小，稳定性不好
但凸性边坡剥离量最小，经济合理
三、地形荷载：外排土场就近位置
推进方向（工作线）破坏岩体完整性，引起边坡滑落
总之，因为边稳固什么很多，尚待研究。
3—1
边坡工程地质工作程序
一、边坡工程工作主要任务：
1、搜集影响边坡稳定性的各项因素；
2、分析边坡岩体的稳定性：
—查明岩体中结构面分布及岩性变化；
—分析潜在滑面；
—建立滑动模式。
二、边坡工程地质工作程序：
三、1、区域地质背景；
四、2、矿区地质构造；
五、3、露天矿现采场边坡工程地质条件；
六、4、露天矿最终采场边坡工程地质条件；
七、5、露天矿边坡工程地质分区。
三、露天矿边坡各阶段的工作内容
-矿山地质勘探报告；
-露天矿设计阶段；
-投产以后岩层暴露。
1、岩性分布；
2、地质结构面分布
3、出水点；
4、采掘台阶现状；
5、工程地质分区及剖面线；
6、岩石力学试验取样地点
3—2
岩体结构面的调查
主要调查节理、岩层面产状、密度。
方法：地面测量；钻孔。
一、结构面地面调查（表3-1为调查内容）
二、钻孔定向取芯，主要是探明深部的不利结构面。
（一）岩芯定向
三个要素：倾向、倾伏角、围岩轴
线（旋转的某一基准线）。
第五章
边坡稳定性计算
5.1概述
一、边坡岩体内部分析
1、有两种运动
a、相对静止：边坡稳定
b、显著变动：滑坡（变动非常复杂）
2、滑坡原因
a、驱动滑坡因素
荷载
震动
水
构造应力
温差应力
b、抗滑能力
岩体强度
二、露天采场边坡
1、高大边坡
2、暴露岩层多
3、地质构造面纵横交错
4、水文及工程地质条件复杂
因此，边坡随时监控调整，合理的边帮角只能最终评价。
三、目前研究现状及任务
1、土体边坡稳定研究，解决岩石边坡有许多问题
2、露天边坡稳定计算任务
a、验算已有边坡的稳定性，以便决定是否采取防护措施，并作为防护设施设计的依据。
b、设计露天矿合理边坡角，在已知开采深度，设计既经济合理又安全的边坡角。
c、边坡的技术原理
Ⅰ、到界边帮台阶的减震爆破
Ⅱ、防排水
Ⅲ、伞檐处理
管理不善，缓坡可能滑坡，管理好陡帮也可能安全（例如平装西露天矿）结合生产工艺
3、经验法选取边帮稳定角
爆破<40度
金属矿<50度
4、边坡稳定表示方法
当
Fs<1，滑坡
当
Fs=1，极限平衡
当
Fs>1，稳定。保守起见:
=1.1－1.5，多数取1.3。
根据边坡服务年限选取不同值
四、本章研究内容：
1、确定边坡岩体内最危险区
2、分析区内的全部作用力
3、求FS4、判断稳定程度
5.2计算基础及方法分类
一、边坡稳定分析步骤
1、确定滑面
2、分析滑面上的作用力及反作用力，建立平衡条件
二、计算方法
1、刚性极限平衡法
①、将滑体视为刚体
②、滑体的位移是剪切破坏
③、滑体在滑面上的平衡条件，应用滑块在斜坡上的平衡原理
2、有限元法
3、概率法
5.3平面滑面计算法
边坡沿某一倾斜面滑动，发生在以下条件：
1、滑面走向与边坡走向平行或近于平行（）度左右
2、滑面出露在坡面上，二者相交在坡面上
3、滑体两侧有裂面，侧阻力小（略）
一、边坡内有确定的滑面及垂直裂隙
(一)、数学分析法
设：1、岩石不透水，垂直裂隙渗入，流经滑面自坡面逸出，水的压强呈线性分布。
2、滑体重力W，水压U及V均通过滑体重心不产生力矩，滑体无转动，则滑体稳定条件为：
当断裂出露在坡顶时：
当断裂出露在坡面时：
边坡的稳定程度，以稳定系数表示，抗滑力与滑动力之比：
C=0
（二）矢量法
力多边形封闭为平衡状态
步骤：
1、绘铅直重力矢W，比例自选
2、接W之首绘V矢，与W方向垂直
3、接V之首绘U矢，与铅直方向成β角
4、接U之首绘反力矢N，与铅直方向与U同
5、求封闭力矢S，其方向平行滑面，指向与滑动方向相反。
自W之尾绘线，使其平行滑面，并与N矢相垂交，便是所求平衡抗力S。
抗力中摩擦阻力
接U绘拐角φ，在S线上截取便是
稳定系数：
二、边坡内无确定的滑面，最危险滑面位置可分析求得
1、滑面临界倾角（不计U、V）
平衡方程：
又由于：
故：
或：
令：
最后解得：
（最危险滑面倾角）（排土台阶，土边坡，锡盟地区）
α<45度多为圆弧滑坡，坡角较大时，多为平面滑面
2、直立边坡的临界高度：
当边坡垂直时，α=90度
所以：
带入整理后得：
应用公式：
教材中：
方法二：
5－7式将
代入上式可得：
对于垂直边坡时，α=90°：
把α=90°代入5－7式：
以上绘制曲线图5－6：
说明：
1、垂直边坡的高度大于上式值时，岩体自重力足，以使边坡产生剪切破坏，滑坡。
2、小于上式值时，处于弹性应力状态，不发生剪切位移。
3、任意边坡滑动时，剪切面仅在距坡顶一定的深度即
以下方能产生，以上岩层成为弹性层，它的破坏呈拉断。
抗拉强度小于抗剪强度
4、当边坡体内某局部开始达到塑性变形，而远未形成滑坡之前，坡顶处便首先出现
垂直张裂隙，往往称作为滑坡的前兆特征，用来预报即将发生滑坡。
存在最小的极限高度，相对应的弱面倾角为：
当C=0时，张性断裂时，岩石坚硬：
极限平衡
说明：当C
趋于0
时，滑面被较陡的坡面切割，而沿滑面的摩擦角又小于滑面倾角时，即：，则可能产生滑坡，与坡面和坡角无关（在α>β时而言）,此时为增加边坡稳定性,减少坡高和削坡是无益的,只有沿滑面削掉或机械加固，煤矿多见此种例子。
三、边坡内无确定的拉张裂缝，其最危险的位置可分析求得
1、滑体稳定系数
将
带入上式
2、拉张裂缝的临界高度
解Fs的极限值（最小化）
不考虑水的因素，一般采用减弱系数法处理，分步微分法
设：
求Fs极值，设，用分步微分法：令
又知：，令：
得：
3、滑体临界顶宽
从图中求：
代入上式：
四、实例分析
1、条件：已知某矿坡高382m，坡角42度，断层倾角70度（弱面），宽度5m，求解①：Fs，②：坡角
岩体力学性质：
闪长岩：
γ=27KN/m3
c=500－1000KPa
φ=40度
断层c＇=0－30KPa
φ＇=18度
2、滑动模式
经分析确定为平面滑动
边坡:稳定:勘察设计 篇3
【关键词】公路高边坡；稳定性评价；支护优化设计
高边坡分为土质边坡和岩质边坡，当岩质边坡的高度超过30米，土质边坡的高度超过20米，即为高边坡。公路的路线越长，所经过的地质条件就会相对复杂，边坡的数量也会随着增多。除了显性的边坡之外，还存在潜在的失稳边坡。在施工的进程中，这些潜在的失稳边坡就会在施工作业的作用下，出现失稳变形的现象。此外，公路边坡的特殊性还在于其为永久边坡，无论是考虑到地质灾害预见经验不足，还是提高运营期的安全系数，对于高边坡都要根据地质条件做好支护优化设计工作。目前对于高边坡支护优化设计以对单体边坡设计为主。验证高边坡的稳定性所采用的方法为极限平衡法，参考检测反馈信息，将优化设计方案制定出来。本论文以某段高速公路的40个高边坡为例，对于支护优化设计进行探索。
一、高边坡普查
高边坡普查是对于公路施工现场开展地质勘察和环境考察工作。工作的重点是在施工前对于公路的权限高边坡都要进行调查，已将边坡岩体的结构特征明确区分，并对于已出现变形破坏现象要进行分析，并采取必要的措施补救。对于高边坡普查的目的是提出高边坡优化设计方案，并将重点研究边坡筛选出来。公路边坡往往地质条件较为复杂而缺乏稳定性，边坡的高度大于40米。符合研究条件的边坡只有满足了其中的两个条件，就可以进行筛选，并作为重点研究对象。
二、重点高边坡稳定性评价
高边坡岩土体具有地质过程特征。从地质学的角度刻划，评价岩石高边坡稳定性就是要给予边坡变形破坏的机制进行研究，采用数值模拟的方法模拟岩体高边坡的破坏演变过程，根据模拟控制结果评价高边坡的稳定性。变形稳定性分析采取变形理论的稳定性分析与强度理论的稳定性分析结合的方法，形成建立在模拟控制基础上的岩体高边坡稳定性评价，并提出控制方法。
在整个的高边坡施工阶段，高边坡稳定性评价以及支护优化设计始终贯穿于其中，形成一个动态的评价过程。根据高边坡实际特征，可以判断其破坏模式分为结构面控制型和最大剪应力面控制型。那么在工作流程上所形成的技术思路为：根据高边坡变形稳定性分析数据，对于边坡的可能性变形破坏模式进行判断，并分析变形破坏的发展过程。对于潜在滑动面位置的判断，可以根据所监测到的变形破坏信息为参考依据。在支护优化设计上，引荐强度稳定性分析方法，将必要的设计数据计算出来。为了验证支护的效果，可以对于支护的结构与边坡之间所形成的作用关系来完成，以对于设计不断的完善、优化。
从地质状况的角度审视公路的岩体结构，该公路的沿线上分布着板岩和千枚岩，部分地区已经出现了破碎结构，并以层状呈现出来形成倾倒变形体。根据勘测结果，在40个高边坡中，有近一半的边坡已经出现了倾倒变形现象，主要是受到岩体结构的影响，一些折断面则受到岩体特征的影响。那么对于倾倒变形体的评价则要采用以下的途径。
倾倒变形的范围可以采用离散元法对于倾倒变形的演化过程进行模拟，根据公路现场地质实际状况将地质模型建立起来。边坡变形破坏模式可以采用边坡稳定性评价方法进行研究。潜在滑动面的确定上，可以二维有限元研究方法，这主要是针对没有发生变形的边坡或者是变形程度较小的边坡的内应力、变形程度进行分析。如果边坡的变形程度很大，就要采用二维有限元法对于边坡的分布特征进行分期，并以勘测信息以及施工的各种反馈信息作为参考，以获得准确的滑动面位置。边坡稳定性评价所采用的是强度理论，并在此基础上计算出支护设计的参数。
三、重点高边坡支护优化设计
高边坡支护方案的选定，主要是根据变形破坏的“过程模拟”对于岩石体的演化以及变形破坏机制进行研究，以根据变形破坏的实际情况拟定设计方案。设计主要采用的是初步静力学设计，并运用数值模拟研究岩石体与工程结构的作用，以此为依据对于高边坡进行优化设计。不同的破坏模式的边坡所采用的支护方案也会有所不同。针对于原设计方案，要使其得到进一步优化以符合实际需要，就要将“过程控制”技术纳入其中，地质模型要表达准确并建立在高边坡变形控制以及灾害控制的指导基础上，以形成边坡稳定性评价的关键条件，采取必要的支护措施将高边坡的变形控制在规定范围内，并通过监测获得反馈信息验证其效果。高边坡优化设计见下表。
高边坡优化设计方案
结论：
综上所述，本论文针对公路高边坡的稳定性以及优化设计的思路和方法进行探讨，通过变形稳定性的分析，并对于边坡可能破坏的模式以及变形破坏的发展过程进行评价分析，以对高边坡稳定性进一步评价，为支护优化设计提高参考。
参考文献
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边坡:稳定:勘察设计 篇4
1 概述
西南某在建高速公路煤炭垭隧道出口段 (K126+845~K127+070) 路基原为挖方路基, 受多次连续强降雨的影响, 左侧边坡坡体出现裂缝及下沉现象 (滑坡) , 形成不稳定斜坡体。该段路基从一堆积体中下部通过, 原设计中桩最大挖方高度12米左右, 边坡最大高度19米。左侧挖方采用2级边坡, 第一级边坡分级高度10米, 坡率1:0.75, 第二级边坡坡率1:1, 防护形式均为喷播植草。
滑坡发生时, 部分左幅路基段K126+850~K126+900已开挖7米深左右, 离路床顶还有5米左右尚未开挖;部分路基段K126+900~K127+070段路基目前基本已开挖到路面顶部高程。现挖方边坡后缘已形成多道的拉裂缝, 裂缝宽度5~30cm不等, 同时不稳定斜坡体上部分房屋已开裂, 斜坡体上方有处县级文物, 暂未受影响。
通过工程地质踏勘分析认为本段坡体所发生的局部开裂现象系因连续强降雨天气加上前缘开挖坡脚产生临空面, 导致该段局部地层工程性能变差所引发, 属牵引式滑坡。在滑坡体主滑段位于挖方路基左侧, 由于目前ZK126+850~ZK126+900段路基标高还未到达设计高度, 随着开挖深度的增加, 若受暴雨影响, 滑坡体还将继续扩大、破坏, 很可能发生更大的滑移, 原设计的放缓坡率+植草防护已难以支挡, 为了确保滑坡体下方高速公路的安全, 急需进行加固整治。
2 地质概况
2.1 地形地貌
滑坡区位于测设里程K126+840-K127+070左侧。该段地形东高西低, 该段地貌单元属缓坡, 原地形坡度较缓, 约15°左右, 现因施工开挖, 坡脚地段出现高陡临空面 (详见图1、2) 。
2.2地层岩性
据1:2000工程地质调绘、坑探、钻探和室内岩土测试, 该段山坡内地层岩性主要由Q4c+dl崩坡积形成的粉质粘土、混碎石粉质粘土、粘土及Q4al冲积形成的粘土构成, 下伏基岩为J2S泥岩, 局部地段为Q4me人工填土构成。按成因时代自新到老分别叙述如下:
2.2.1 Q4me人工填土
①Q4me人工填土:杂色, 主要为修筑在建公路路基的填筑物。
2.2.2 Q4c+dl崩积、坡积物
②Q4c+dl粉质粘土:黄褐色, 土质不均, 结构较密, 混10%左右碎石和角砾, 局部可见砂岩块石, 湿, 硬塑-可塑。该层广泛分布在坡体近地表地段。揭露厚度介于2.20-10.50米。
③Q4c+dl混碎石粉质粘土:灰黄色, 土质不均, 混30%-40%左右碎石, 局部碎石富集成层, 湿, 可塑。该层分布在ZK5、TK1、TK2、TK3、TK4、TK5孔附近地段, 揭露厚度介于2.80-5.30米。
④Q4c+dl粘土:红褐色, 土质不均, 结构致密, 混10%左右碎石, 湿, 可塑。该层分布在ZK2孔附近地段, 揭露厚度3.60米。
2.2.3 Q4al冲积物
⑤Q4al粘土:灰褐色, 土质较均, 结构致密, 含粉砂颗粒, 局部夹青色砂岩颗粒, 粘性大, 湿, 可塑。该层分布在ZK2、ZK4、TK6孔附近地段, 揭露厚度介于3.60-4.8米。
2.2.4 J2S基岩
⑥J2S强风化泥岩:红褐色, 泥质结构, 层状构造, 节理裂隙发育, 岩芯破碎, 多呈碎块状及饼状。该层各钻孔均有揭露, 揭露厚度介于0.50-4.6米。
⑦J2S中风化泥岩:红褐色, 泥质结构, 层状构造, 节理裂隙发育, 岩芯多呈柱状, 局部呈块状及饼状。该层各钻孔均有揭露, 最大揭露厚度7.0米, 未揭穿。
2.3 气象与水文
场地属亚热带季风气候。主要特征是:四季分明, 冬暖、春早、夏热、秋雨、多云雾, 雨热同季, 光照同步;无霜期长, 光照适宜, 雨量充沛, 气候温和, 适宜于农、林、牧、渔业的发展。年均温15.8℃~-17.8℃, 一月均温5℃~-6.9℃, 七月均温26℃~28℃, 霜雪少见, 年均降水量在980~1150mm。
场地地表水主要以冲沟内溪流及大气降水形成的暂时性面流和股流为主 (详见图3、4) 。冲沟内溪流具有季节性, 平时水量较小, 暴雨后水量较大。大气降水形成的暂时性面流和股流原主要汇聚于冲沟内, 现因施工开挖改变原地貌造成大气降水局部汇聚于坡脚地段。
2.4 地下水
该坡体内地下水主要为第四系松散堆积物孔隙水, 赋存在场地②Q4c+dl粉质粘土、③Q4c+dl混碎石粉质粘土地层中, 水位埋深1.2-9.1m, 主要接受大气降水和冲沟内溪流的下渗补给, 通过蒸发及向下部基岩渗透的方式排泄。
2.5 地震烈度
场区地震少而弱, 震级一般3~5级, 烈度一般多在6度以下。据《建筑抗震设计规范》 (GB50011-2010) 滑坡体区设计基本地震加速度值为0.05g, 地震动反应谱特征周期值为0.25s, 抗震设防烈度为Ⅵ度, 属第一组。
3 滑坡稳定性分析与评价
3.1 滑坡体形态及规模
在建高速公路从滑坡体下部通过, 线路里程K126+845~K127+100, 路段长260m。据工程地质调绘、坑探及钻探成果, 该滑坡可分为两个区域———滑坡1区、滑坡2区。滑坡类型为牵引式浅表覆盖层滑坡, 滑动方向为249°, 滑动地层为:②粉质粘土、③混碎石粉质粘土, 滑床地层为⑥强风化泥岩。滑坡1区滑体长约85m, 前缘宽约100m, 厚5.4-11.8m, 面积约8750m2, 滑体规模约78700方, 属中型滑坡;滑坡2区滑体长约44m, 前缘宽约56m, 厚8.9m, 面积约2450m2, 滑体规模约21800方, 属中型滑坡。滑坡1区和滑坡2区滑动地层主要为第四系为崩坡积粉质粘土、混碎石粉质粘土及冲积粘土层, 滑床基本以强风化泥岩层为主。
3.2 滑坡体成因机制分析
据钻探成果揭示, 该滑坡所处地段地层主要由崩坡积形成的:②粉质粘土、③混碎石粉质粘土、④粘土及冲积形成的⑤粘土、⑥强风化泥岩和⑦中风化泥岩所构成。其中近地表处分布的②粉质粘土、③混碎石粉质粘土地层因孔隙发育或结构疏松易于地表水体下渗, 其下发育的泥岩层, 为上部地层下渗水的良好隔水层。
据该滑坡发展趋势来看, 在建公路边坡开挖产生临空面后, 因位于边坡坡脚地段的地层遇水软化后工程性能变差, 引发坡口上方局部发生开裂和坍塌, 随连续降雨滑坡体逐级向坡体上方发展, 最终产生牵引式滑坡。
综上所述, 该滑坡形成的主要因素为:在建公路边坡开挖产生临空面。边坡坡脚地段的地层汇水软化, 使坡口上方局部发生开裂和坍塌。连续降雨和上部地层下渗水体的叠加不仅使位于边坡坡脚地段地层加速软化, 而且使坡口上方局部发生开裂和坍塌地段的土体荷重增大, 加速向临空面处滑坡。滑坡体逐级产生临空面逐步向坡体上方发展, 产生牵引式滑坡。
4 滑坡治理工程设计
通过对本滑坡稳定性的详细调查, 根据滑坡体地质条件, 在对其形成机制分析的基础上, 在满足滑坡的稳定性和工程安全性的前提下, 综合考虑地质、安全、造价等因素, 提出设计方案如下:推力较大路段的采用下部锚索桩+桩前清方 (距路基边沟上方约8m左右的位置设抗滑桩) , 推力较小路段采用抗滑挡土墙。
采用抗滑桩作为永久性工程安全性较高, 且本段不稳定斜坡体存在多级潜在滑面, 在前缘设置桩板墙, 可防止不稳定斜坡体越过桩顶滑动。
4.1 设计工况及参数
4.1.1 现滑面设计参数
本次稳定性计算中, 滑动面的设计参数主要依据地勘资料, 同时, 对现滑面进行反演, 即对原开挖后的坡体线进行了恢复, 根据实际情况, 在路堑边坡开挖后坡体产生了滑动, 也就是说开挖后的坡体稳定性系数是小于1.0的, 据此, 按极限平衡法对坡体的稳定性系数进行了反算后 (反演K取0.99) , 最终综合选取滑动面的设计参数如下:
(1) 滑坡1区 (1-1断面) :
a.滑动面强度参数:饱和粘聚力C=12.5KPa, 饱和内摩擦角Φ=11.5°。滑体的饱和容重取21.5k N/m3。
b.滑动面强度参数C=14KPa, 滑动面的天然内摩擦角Φ=12.5°。滑体的天然容重取21k N/m3。
(2) 滑坡1区 (2-2断面) :
a.滑动面强度参数:饱和粘聚力C=12.5KPa, 饱和内摩擦角Φ=10.5°。滑体的饱和容重取21.5k N/m3。
b.滑动面强度参数C=14KPa, 滑动面的天然内摩擦角Φ=12.5°。滑体的天然容重取21k N/m3。
(3) 滑坡2区:
a.滑动面强度参数:饱和粘聚力C=12.5KPa, 饱和内摩擦角Φ=11°。滑体的饱和容重取21.5k N/m3。
b.滑动面强度参数C=14KPa, 滑动面的天然内摩擦角Φ=12°。滑体的天然容重取21k N/m3。
4.1.2 设计工况、设计推力计算
设计工况1:暴雨。按规范要求, 设计安全系数:K=1.15;设计工况2:天然。按规范要求, 设计安全系数:K=1.2。
采用《公路路基设计规范》 (JTG D30-2004) 和《岩土工程勘察规范》 (GB50021-2001) 中推荐的传递系数法计算滑体推力, 计算剖面采用主滑剖面, 计算结果见下表1所示。综合两种设计工况, 均取其不利推力作为本次设计推力。
4.2 设计方案
由于路基开挖后不同路段所产生的滑面及推力均不同, 为保证路基的稳定性, 本次设计分4个区间桩号分别对塌方边坡进行针对性的加固整治。
4.2.1 K126+836~K126+921段路基左侧 (代表性断面图1-1’) :采用锚索桩处治方案
设计基本参数:矩形截面抗滑桩编号为B型桩板墙, 布置于路堑边沟外边缘8m处。桩长h=28m;受荷段h1=16m;锚固段总长h2=12m。桩截面:2.2×3.2m, 桩心间距5m。地基系数K=0.15×106Kpa/m。桩身混凝土强度等级:C30。
桩身内力计算:采用抗滑桩计算程序进行桩身内力计算, 结果如下:最大剪力=7825k N, 最大弯矩=60840k N·m, 最大侧应力σmax=1127。
第1道锚索水平拉力=470k N, 距离桩顶0.5m;第2道锚索水平拉力=450k N, 距离桩顶2.5m;第3道锚索水平拉力=430k N, 距离桩顶4.5m。
锚固段深度判断:取岩石裂隙、风化及软化程度的折减系数C=0.3, 岩层产状折减系数K1=0.5, 据工程地质详勘报告:泥岩强风化饱和极限抗压强度取R=σc=8.8MPa, 则K1×C×R=1320k Pa>σmax=1127, 锚固段满足深度要求。
坡面防护:抗滑桩桩顶边坡坡率采用1:2.5, 坡面采用菱形网格护坡植草防护, K126+836~K126+856段采用A型抗滑桩。
4.2.2 K126+925~K126+978段路基左侧 (代表性断面图2-2') :采用锚索桩处治方案
设计基本参数:矩形截面抗滑桩编号为C型桩板墙, 布置于路堑边沟外边缘8m处。桩长h=24m;受荷段h1=13m;锚固段总长h2=11m。桩截面:1.7×2.3m, 桩心间距5m。地基系数K=0.15×106Kpa/m。桩身混凝土强度等级:C30。
桩身内力计算:采用抗滑桩计算程序进行桩身内力计算, 结果如下:最大剪力=4350k N, 最大弯矩=31171k N·m, 最大侧应力σmax=722。
第1道锚索水平拉力=450k N, 距离桩顶0.5m;第2道锚索水平拉力=430k N, 距离桩顶2.5m。
锚固段深度判断:取岩石裂隙、风化及软化程度的折减系数C=0.3, 岩层产状折减系数K1=0.5, 据工程地质详勘报告:泥岩强风化饱和极限抗压强度R=σc=8.8MPa, 则K1×C×R=1320k Pa>σmax=722, 锚固段满足深度要求。
4.2.3 K126+978~K127+038段路基左侧 (代表性断面图 (3-3') :采用抗滑挡墙处治方案
设计基本参数:抗滑挡墙采用现浇C15片石砼。圬工砌体容重:24KN/m3, 挡土墙稳定系数:抗滑动稳定系数KC≥1.3, 抗倾覆稳定系数Ko≥1.5;基底摩擦系数=0.40, 地基土摩擦系数=0.5。
经验算:地基土层水平向:滑移验算满足:Kc=1.354>1.3, 倾覆验算满足:K0=3.363>1.5, 地基承载力验算满足:最大压应力=280<=400k Pa, 均满足要求。
坡面防护:防护措施施工完毕后, 墙顶的边坡左侧边坡采用锚杆框架。
4.2.4 K127+038~K127+100段路基左侧 (代表性断面图 (4-4') :采用抗滑挡墙处治方案
设计基本参数:抗滑挡墙采用现浇C15片石砼。圬工砌体容重:24KN/m3, 挡土墙稳定系数:抗滑动稳定系数KC≥1.3, 抗倾覆稳定系数Ko≥1.5;基底摩擦系数=0.40, 地基土摩擦系数=0.5。
经验算:地基土层水平向:滑移验算满足:Kc=2.14>1.3, 倾覆验算满足:K0=4.754>1.5, 地基承载力验算满足:最大压应力=200<=400k Pa, 均满足要求。
坡面防护:防护措施施工完毕后, 墙顶的边坡左侧边坡采用菱形骨架防护。
5 滑坡监测工程设计
为了取得滑坡滑面确切位置、滑坡滑动参数、保证滑坡治理工程施工中的安全及为治理工程施工提供滑坡稳定状态或变形特征的信息, 指导安全施工, 同时掌握治理工程实施后的效果, 需进行滑坡的监测设计。主要监测任务包括:地面裂缝观测、滑体变形观测、实施工程的变形观测。
设置深孔位移监测, 从而为准确判断滑面、地下水、滑坡位移及治理后的工程效果提供相应数据。
为进一步测控坡体变形情况, 需在至少5个断面上设置观测桩, 在施工过程中监测剪出口、滑体中部、后部;钢管桩系梁施工完毕后分别在其顶设置观测桩, 定期观察不得少于2个雨季;每个断面上布设的观测桩应该兼顾观测前缘、中部和滑体后部 (最远裂缝位置外侧) , 记录坡体变化情况, 及时沟通变化情况, 以便根据现场实际情况加强动态设计。
5.1 监测点布设
滑坡裂缝:对滑坡裂缝上布置4个观测点, 进行施工期间的裂缝监测。
施工中以及施工后滑坡位移监测:在主滑断面上布设5个观测点进行地表位移监测。
施工后在每排桩各选取6根桩, 在桩顶设置监测点进行监测。
5.2 观测频率与周期
施工前及期间:对裂缝安排专人每天定时观测、记录。遇有降雨时, 每天早晚各观测一次;对监测点每星期观测一次, 遇有降雨时, 在每次雨后应及时观测。
工后观测:滑体位移变形半年内每15天观测一次;半年后, 每月观测一次。在有连续降雨或暴雨时, 雨后24小时内加密观测一次。
观测完成后, 观测人员应当天及时对所采集的数据进行分析整理, 及时向设计人员提供, 以便使设计人员对滑坡的稳定状况、结构受力状况有全面了解, 达到动态设计的目的。
6 结束语
滑坡的形成原因是多因素造成的, 雨水是诱发滑坡的主要外因, 人类工程活动是诱发滑坡的重要原因。滑坡整治首先要分析滑坡的性质和形成原因, 结合具体地质情况, 以排水、清方减载和抗滑支挡相结合进行综合治理。滑坡监测为可靠度提供重要的依据, 通过对监测采集的数据分析, 为今后滑坡性质的分析和工程治理提供经验。
参考文献
[1]JTG D30-2004公路路基设计规范[S].人民交通出版社, 2004.
[2]JTJ F10-2006公路路基施工技术规范[S].人民交通出版社, 2006.
[3]GB 50330-2002建筑边坡工程技术规范[S].中国建筑工业出版社, 2002.
[4]GB 50007-2011建筑地基基础设计规范[S].中国建筑工业出版社, 2011.
[5]GB 50021-2001岩土工程勘察规范[S].中国建筑工业出版社, 2001.
[6]TB 10025-2006铁路路基支挡结构设计规范[S].中国铁道出版社, 2006.
[7]GB 50010-2010混凝土结构设计规范[S].中国建筑工业出版社, 2010.
某工程边坡稳定加固方法选择研究 篇5
通过对工程边坡稳定性计算,建立边坡稳定性模型.通过压力注浆、钢筋混凝土格构加锚杆和打抗滑桩三种边坡加固方法,对各自工程量、沉降、施工难度、质量保障、工程造价的综合评价,选出较好的`边坡加固方法.施工完工一年的沉降检验,边坡未发现异常情况.
作 者：屈云光 焦思红 占文锋 Qu Yunguang Jiao Sihong Zhan Wenfeng 作者单位：屈云光,Qu Yunguang(深圳中广核工程设计有限公司,广东,深圳,518057)
焦思红,占文锋,Jiao Sihong,Zhan Wenfeng(北京工业职业技术学院,北京,100042)
膨胀土边坡稳定性分析 篇6
关键词：膨胀土；边坡工程；失稳破坏
中图分类号： TU23 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）20-69-2
0 引言
膨胀土属于特殊土，分布较为广泛并且对工程建筑物危害较大。大量的粘土矿物是膨胀土具有膨胀结构的根本原因，其中蒙脱石的存在会使得土体易于开裂、亲水性强、胀缩性高，同时膨胀土的液限也很高。判断一种土是否为膨胀土的依据就是液限和自由膨胀率，当液限和自由膨胀率均大于40%时，判别为膨胀土[1]。
膨胀土的破坏特性是复杂的，具有潜在性、反复性和长期性，全世界由膨胀土造成的损失很大，甚至超过了洪水、飓风、地震和龙卷风所造成破坏的总和[2]。美国专门组织召开膨胀土大会，国际工程地质大会、国际土力学及基础工程大会以及地区性的会议都会针对膨胀土的研究进行交流探讨，在此的背景下，国际上制定了一些相关的规范。我国在20世纪五六十年代开始注重膨胀土带来的一系列问题。当时的研究程度不够深入，在膨胀量和膨胀力以及引起膨胀的相关因素方面的研究成果很少[3]。
1 膨胀土边坡稳定性研究现状
1.1 强度准则
传统的摩尔库伦准则是应用最广泛、认可度最高的强度理论，后续的很多新理论都是在摩尔库伦理论的基础上建立起来的。由于自然条件下膨胀土边坡为非饱和土，故目前研究的热点集中在非饱和土力学。Bishop等于1960年提出了非饱和土抗剪强度的有效应力公式[4]：
以上学者提出的公式虽然得到了国际上很多转接学者的认可，但是还是存在缺陷，Bishop法ua-uw数值难以测定，Fredlund法？渍″的测定非常复杂，都未能在工程中大量应用，应用最广的依然是摩尔库伦强度准则。
1.2 膨胀土边坡裂隙开展深度
膨胀土裂隙开展深度对土体稳定性影响非常的大。膨胀土在不同的温度、含水量等作用影响下产生应力不均匀分布，于是产生相应的应变。膨胀土形成的众多裂隙致使其结构稳定性降低，导致膨胀土体工程性质变得极差。因此研究其裂隙扩展深度极其重要。由于膨胀土裂隙深度并非受单一因素影响，它与风化卸荷、地应力、工程地质条件密切相关，要精确求解比较困难。
易顺民和袁俊平对裂隙的分布进行了研究，并依据统计法建立了裂隙度的概念，但并未针对某一具体裂隙深度进行求解。在工程实际中，很多时候都是根据当地的地质勘察资料和当前气候条件进行经验估算得到裂隙深度。根据经验统计分析，膨胀土体的稳定性系数随着裂缝深度的变化幅度基本在10%以下，就可以在进行稳定性计算时取稳定性系数为最小时的深度。
1.3 膨胀土的渗透性
非裂隙性的膨胀土渗透系数很小，对边坡土体的稳定性影响很小，因此关于非裂隙性的边坡渗流问题研究的文献也比较少，只有少部分文献研究了裂隙生成后的渗流问题。对于边坡表层的膨胀土受风化应力改造比较严重，裂隙发育较多，大小不一，根据不同的工程地质条件，边坡形态，雨水入渗对边坡会产生不同程度的影响，对边坡稳定性造成一定的威胁。袁俊平初步建立了非饱和膨胀土边坡裂隙网络的入渗模型。
1.4 膨胀力与含水率的关系
膨胀土遇水后会产生膨胀力，而大气条件下膨胀土吸水后产生膨胀力的情况要比室内膨胀力测试实验复杂得多，室内试验膨胀土试样完全浸入在水中，并且在测试过程当中完全没有变形，这与大气条件下差别较大，因此准确测定膨胀力困难比较大。卢肇钧定义膨胀土的的膨胀力为土体积不变的情况下测定的，现在土工试验规程也使用了这种方法。Asuri Sridharan设计了三种方法来测定膨胀力，包括自由膨胀法、线性求解法和定体积法，从不同的角度，通过大量实验对比分析三种方法的不同特点，测定膨胀力以获得更加合理的方法，同时还总结出了膨胀力与初始含水率和干密度的关系。
2 膨胀土边坡稳定性分析
2.1 室内试验研究
目前室内试验是获取膨胀土的膨胀力和强度参数的主要方法，在进行稳定性计算时往往要先做室内试验。
2.1.1 膨胀力试验
膨胀力试验测量的是膨胀土试样在不同初始含水率试样达到或接近试样的最大干密度条件下的膨胀力，分析了膨胀力与含水率之间的关系并且实现了定量化，能够为极限平衡计通过研究以往试验可以发现，试样在实验前虽然含水率相差很大，膨胀力试验结束后发现含水率都接近塑限。膨胀速度呈现先快后慢的趋势。在实验过程中，当膨胀力趋于稳定的并且接近末尾阶段，不同试样表现出了不一样的变形差别，含水率大于等于最优含水率的试样完全限制试样变形，在实际条件下，膨胀土边坡的变形是不可能被完全限制住的，因此在进行极限平衡计算时需要选择一个合理的折减系数来平衡实验室与实际间的差别。
2.1.2 压实性膨胀土的抗剪强度试验
压实性膨胀土的抗剪强度试验测定了膨胀土抗剪强度随含水率的变化情况而变化的规律，为膨胀土边坡稳定性计算提供定量数据。
在做固结慢剪试验时，需要制备不同含水率的试样，并且固定一个压实度作为基准，在制备试样时，分别将试样压实到相对于试样的最大干密度。当固定一个含水率的值的时候，制备不同压实度的试样，来考察最优含水率附近压实度对强度的影响。还可以控制含水率，制备不同压实度的试样来进行快剪试验。
2.2 大气作用下的试验研究
孔令伟[6]研究了大气作用下膨胀土边坡的现场响应试验研究。试验场地选在了广西南宁郊外，属于亚热带季风气候，日照充足，降水量大，雨季旱季分界明显。多年平均降雨量约为1318mm，其中雨季的降水量达到全年降水的80%，年平均蒸发量约为1220mm。地形地貌属于垄状地貌，选在一块面西向的缓坡上，坡度较小，10°-14.5°，边坡上安装相关检测设备，包括小型气象站、TDR土壤含水率测量系统、测斜管、沉降传感器等。
通过试验数据分析得出：降雨量、蒸发量、净辐射量、湿度等都会对膨胀土的含水率有影响，但是降雨和蒸发两个参数是影响程度最大的，进而影响膨胀土边坡稳定性；土壤温度是与净辐射量有关系，在一定程度上可以间接性的反映边坡不同温度区域的含水率情况；植被覆盖对膨胀土边坡的变形有一定影响，植被可以保持水分、固定土壤、控制径流，进而影响边坡的稳定性。
3 总结
膨胀土的特殊性使得膨胀土坡稳定性变差，膨胀土工程边坡经常发生滑坡等地质灾害。影响膨胀土边坡稳定性的最重要因素为裂缝的开裂情况，裂缝即降低了土体强度，又为雨水入渗提供通道，加剧土体抗剪强度的降低，最终导致土体变形失稳。
对于膨胀土的研究日渐成熟，但也存在很多尚待解决的问题，在理论研究结合生产实践的基础上，对膨胀土的认识会进一步，为实际工程带来帮助。
参 考 文 献
[1] JTJ033一95公路路基施工技术规范.
[2] 孙志伟.裂隙膨胀土切岭滑坡形成机理及发育阶段分析[J].中国地质灾害与防治学报.1994，6（5）：60-65.
[3] Huang X L.Problems of buildings on slopes of expansive soils[A].Proc of the Inter Conf on Engineering Problems of Regional Soils[C].Beijing，China，1998.67-110.
[4] 林鲁生，蒋刚.考虑降雨入渗影响的边坡稳定分析方法探讨[J].武汉大学学报（工学版），2001，34（1）：42-44.
[5] 中华人民共和国行业标准，公路土工试验规程（JTJO51-93）.人民交通出版社，1993.
某土质高边坡勘察与稳定性分析 篇7
关键词：地质边坡,地质条件,稳定性
0 引言
近年来,在各地建设中,高边坡数量越来越多,高度越来越高。变形量大,处理不当易引起增加投资、延误工期、造成灾害等不良后果。因此,须对高边坡进行勘察和稳定性评价,得出相关结论,最后提出相关建议和工程处理措施,以确保边坡的安全。
本次计算采用条分法,该法应用的时间很长,积累了丰富的工程经验,一般得到的安全系数偏低,即偏于安全,故目前仍然是工程上常用的方法。
1 地质条件
1.1 工程概况
边坡位于承德市两家镇南500 m处。长190 m,路面设计高程521.568 m～522.368 m,地面标高545.169 m～551.821 m,须对该段进行开挖,最大切坡高度31.4 m。勘察中完成地质钻孔两个,并进行相应的原位测试及土工试验。
边坡所在区域,从大的范围来看属于冀北燕山中段,山脉走向大致为近东西向—北东东向,与区域构造线方向一致。近场区地形趋势大体是东北、西北高,西南部稍低。场地地质条件为Q3形成的古滑坡。
1.2 水文地质评价
由于场地位于一斜坡,当大气降水时,迅速形成地表径流向场地低洼处排泄。少量雨水渗入土层或基岩强风化裂隙后,又沿基岩面或风化裂隙向低洼处径流、排泄,故本场地不易存储地下水。场地地下水贫乏,水文地质条件简单。
1.3 地层岩性
根据钻探揭示及地质测绘,结合岩土体工程地质特征,将岩土体分为3个工程地质层,分述为下:
①粉质粘土:该层揭露厚度10.0 m～26.0 m,为黄褐色,硬塑,土质均匀,切面粗糙,干强度中,夹杂碎石,承载力基本容许值[fa0]= 150 Pa,摩阻力标准值qik=35 kPa。②碎石:该层仅在4号钻孔中揭露,层厚0.8 m,灰色,密实,碎石多呈棱角状,含量60%,粒径3 cm～8 cm,承载力基本容许值[fa0]= 280 Pa,摩阻力标准值qik=90 kPa。③粉质粘土:该层揭露厚度4.2 m～16.0 m,为黄褐色,硬塑,土质均匀,切面粗糙,干强度中,夹杂碎石,承载力基本容许值[fa0]=160 Pa,摩阻力标准值qik=40 kPa～45 kPa。
其物理力学参数见表1。
2 场地工程地质条件评价
2.1 场地稳定性评价
根据工程地质测绘及钻探资料显示,场地无断裂构造及不良地质现象,岩土体分布较稳定、承载力高,古滑坡相对稳定,总体评价该场地稳定性较好。
边坡所在区域位于地震活动水平较弱的华北地震构造区的北部边缘,所在区域的地震动峰值加速度值为0.05g,总体上来说,该区域是一个地壳运动相对稳定地区。
2.2 边坡稳定性分析
公路在该地段前进方向为183°左右,经切坡后在公路左侧形成边坡,现对边坡开挖后稳定性进行分析如下:
1)左侧边坡设计方案为按1∶1.25(45°)二阶放坡,1∶1(53°)分二阶放坡,放坡后边坡最大高度31.4 m左右。边坡坡体以粉质粘土为主,边坡岩体类型属Ⅴ类。
本边坡为土质边坡,稳定性分析采用条分法。按泰勒经验方法确定最危险滑动面圆心位置,土坡的滑动面是坡面角。ϕ=16.5°,β=50°,查表得到α=38°,θ=35°,由此作图求得圆心O(见图1)。
土坡的稳定安全系数通过下列公式计算:
其中,
通过计算可知土坡的安全稳定系数K=1.06。
2)右侧边坡设计方案为按1∶1.25(38.6°)二阶放坡,1∶1(45°)分一阶放坡,ϕ=16.5°,β=40°,查表得到α=35°,θ=40°,由此作图求得圆心O。
土坡的稳定安全系数通过下列公式计算:
其中,
通过计算可知土坡的安全稳定系数K=1.18。
2.3边坡的土体分类及开挖边坡的坡率值建议
根据GB 50007-2002建筑地基基础设计规范,土质边坡路堑边坡坡度允许值按照表6.6.2的要求,边坡土体类型划分及相应的坡率值建议见表2。
各工程地质层的承载力基本值及土体开挖等级见表3。
3结论与建议
1)经勘察,拟建场地现状稳定,适宜开挖。边坡按原方案开挖后左侧边坡基本稳定。2)建议该路堑按表3建议坡率放坡,由于开挖边坡较高,宜设置成台阶式,每隔6m～10m在变坡点设置宽度为1m～2m的平台,同时对坡面采用锚杆混凝土框架植物防护。3)边坡开挖时应按顺序进行,应采取护坡及截排水措施,不宜将土石料堆于不稳定边坡地段。4)建议采用信息施工法和动态设计法的新理念,确保路堑的稳定。5)边坡顶部设置截水沟,减少降水对边坡的冲刷影响。
参考文献
[1]GB 50021-2001,岩土工程勘察规范[S].
[2]JTG D30-2004,公路路基设计规范[S].
[3]JTJ 064-98,公路工程地质勘察规范[S].
[4]陈祖煜.土质边坡稳定分析[M].北京:中国水利水电出版社,2009.
边坡:稳定:勘察设计 篇8
1.1 边坡稳定设计的目的
随着露天采矿事业的发展, 露天矿边坡稳定已逐渐形成为一门独立的综合学科。露天矿边坡稳定设计的目的在于, 为新开发的露天矿提出对生产期间有指导性的、比较精确的边坡角度, 它不仅是保障矿山安全生产的基础, 也是使矿山取得经济效果的重要因素。如只考虑生产安全, 可人为地将边坡角度放缓, 这是很容易作到的;但如果从经济角度考虑就会发现, 一个开采深度为300米的露天矿, 当其每邦的边坡角减缓1°时, 一般来讲每公里长度内约增加剥离量300~500万米3。如果不进行详细的边坡设计, 边坡角差3~5°不但容易发生, 而且也易于被人们忽视, 造成大的浪费。很明显, 露天矿边坡角的精确值, 将是影响矿山经济的主要变量之一。
1.2 边坡稳定设计工作的意义
近几年, 一些国家露天开采的比例增长较快, 边坡稳定的研究工作也得到相应发展, 人们不仅认识到它对保证安全生产的作用, 而且认识到它在经济上的重要意义。
所以, 边坡设计工作者的职责不仅要设计出保证矿山安全生产的边坡角, 同时又应使剥离量最小、维护费用最低、采矿收益最大。
2 露天煤矿边坡滑落的形式及我国露天煤矿边坡植定设计的现状
2.1 露天煤矿边坡滑落的形式
2.1.1 沿第四纪地层下界面滑落
这种滑坡的边坡岩层是第四纪地层底部的一层绿泥层, 其顶板为滑动面, 滑体为第四系的粘土砾石层。滑落原因是绿泥层遇水后力学强度降低。
2.1.2 沿不整合面滑落
滑落原因:上述软弱夹层全区发育, 产状又倾向露天坑, 这是一个主要条件。组成非工作帮的第四纪地层及第三纪地层 (泥质胶结) , 结构松散, 强度很低, 这是非工作帮产生滑动的地质基础。
2.1.3 沿岩层面滑落
弱层的粘土矿物成分主要是蒙脱石, 其特点是具有很强的吸水性, 遇水后具塑性, 强度大大降低, 这是滑落的主要原因。滑动时间多发生在3至5月融化期或7至10月的雨季。这证明大气降水、地面径流等侵入弱层是促进滑坡产生的最积极因素。
2.1.4 沿断层面滑落
断层面倾角陡, 光滑如镜面, 且倾向露天坑, 受雨水浸湿后降低抗滑能力, 是很好的滑面。采矿剥离工程切断坡脚, 破坏了平衡状态, 触发产生滑坡。
2.1.5 沿风化带 (面) 滑落
边坡岩层因风化作用形成强风化带。一号断层正从滑坡面西侧通过, 滑坡区处于断层破碎带附近, 加剧了岩层的破碎程度, 降低了岩体的稳定性。绿色页岩受池下水的浸润沿风化带 (面) 形成滑动面。
2.1.6 沿裂隙组合面滑落
滑落体为黄色强风化玄武岩。滑动面是北倾 (倾向露天坑) 的节理面, 沿走向延续约100米, 沿倾斜延续约50米。边坡浅部有冲积层含水层地下水渗入节理面, 沿该面产生滑落。
2.2 我国露天煤矿边坡植定设计的现状
我国露天煤矿的边坡稳定设计工作始于60年代初期, 20年来逐步形成了适合我国具体情况的设计方法和经验。但与国际水平相比还有一定的差距。
以往, 我们在设计新露天矿时, 主要是根据地质部门提供的工程地质报告及各种岩石物理力学试验等资料, 进行边坡稳定的设计工作。一般来说, 这些资料很难完全满足设计工作的需要。在设计时不可避免的要参考一些生产露天矿的经验数据 (如弱层及其它结构面的力学强度) , 触弥补资料的不足。
此外, 还存在手段落后, 以及重安全、轻经济等认识上的问题, 使边坡稳定设计的多方案经济比较受到了限制。近年来, 随着边坡设计技术的发展, 地质部门已开始重视和加强边坡勘探和岩石试验等工作, 这将有利于促进边坡稳定设计工作的开展。
3 露天煤矿边坡治理措施及加固设计
3.1 露天煤矿边坡治理措施
3.1.1 针对规模大、难以整治的滑坡, 采用绕避躲开的措施。
3.1.2 对于前缘失稳的牵引式滑坡, 整治的工程措施是在滑坡前缘修建石垛加载反压, 增加抗滑部分的土重, 使滑坡得到新的稳定平衡。
3.1.3 整治推移式滑坡, 应在滑坡体上部 (下滑区) 减重, 以减少下滑力, 达到稳定滑坡作用。
3.1.4 滑坡一般发生在雨季, 主要是雨水可以湿化坡体, 降低土体强
度, 润化滑面, 促使和加剧滑体滑动, 因此设立水沟对滑坡体的排水工程非常重要。
3.1.5 对一些中、深层滑坡, 在利用抗滑挡墙措施难以整治的情况下, 可以用抗滑桩, 这是整治滑坡比较有效的措施。
3.1.6 对浅层滑坡可采用重力式抗滑挡墙整治, 为增加墙身抗剪力, 可将基地做成倒坡。
3.1.7 利用锚杆 (索) 加固防滑措施, 即在滑坡体上设置若干排锚
(杆) 索, 锚固于滑动面以下的稳定地层中, 地面用梁或墩作反力装置给滑体施加一预应力来稳定滑坡。
3.1.8 综合治理的措施, 往往是将以上措施结合应用, 具有显著功效作用。
3.2 露天煤矿边坡加固的设计研究
3.2.1 边坡处理与加固的选择依据
露天煤矿初始开采期间, 在上盘边坡内出现破坏, 不稳定性的机理被理解为由于特别松软的岩块与局部不利的地质构造的方位相结合所致。因此露天煤矿边坡治理可分为两类: (1) 预防性的, 适合于先天不稳定的天然斜坡、切方边坡及山坡填土; (2) 对于现已不稳定即正在运动的斜坡, 或是已完全破坏的斜坡进行治理。在选择处理措施时, 首先要考虑边坡破坏的原因及条件, 并且应对破坏的危险性和风险性事前做出评估, 这些都是建立在斜坡预测与评价基础上的完成的。
3.2.2 边坡处理措施的选择
采取相应加固方法消除或减小灾害。在露天边坡破坏基本上可预防, 或破坏正在 (或已经) 发生并可处理的场合下, 采用加固手段消除或减小灾害的发生。对低-中等风险情况, 既可采取消除灾害的加固方法, 也可采取减小灾害的方法, 取决于经济比较;对高风险情况, 应消除灾害的发生。
避免高风险的灾害。在破坏基本上不能预测预防, 破坏可能具有灾难后果以及危害性特别高的场合下, 要保证避免沿斜坡或在坡底附近建设, 建筑设施、铁路和公路线等应选在较稳定的低危害区域。
接受破坏灾害。在灾害程度低至中等的场合, 或破坏虽可预测但考虑预防是不经济的露采边坡破坏, 属于可接受破坏。
3.2.3 露天矿内外排土场的稳定性是矿山设计中的一个重要组成部
分。排土场松散岩石物理力学指标的测定方法, 在国内目前还是空白, 设计时仍需借用国外资料。关于排土场稳定性的岩石试验方法、设备及计算方法等, 今后都需要进一步学习和掌握。
4 结束语
今后随着露天采矿工程建设规模的不断增大, 边坡高度的不断增高, 复杂性不断增大, 对边坡的处理技术要求也将越来越高。所以, 我们在边坡稳定性分析中, 应该综合应用各种分析方法, 充分利用不同方法的优点, 取长补短, 并且开采时必须遵循自然规律, 有计划有步骤地开采, 采煤和剥离要协调进行, 不能盲目地扩大生产或提高开采强度, 从而用边坡稳定性分析理论合理、准确地解决实际问题。
参考文献
[1]毛生海.考虑渗流作用的边坡稳定性分析[D].阜新:辽宁工程技术大学, 2004.[1]毛生海.考虑渗流作用的边坡稳定性分析[D].阜新:辽宁工程技术大学, 2004.
边坡:稳定:勘察设计 篇9
随着我国国民经济的大力发展,以高速公路为代表的高等级公路建设迅猛发展。特别是西部大开发战略的实施,山区高等级公路建设越来越多。西部地区多为山岭丘陵区,由于地质、地形与水文条件复杂,公路修建不可避免出现高填深挖,自然山体的平衡遭到破坏,边坡失稳现象时有发生,这类边坡稳定与否与公路能否安全使用有着很大的关系[1,2]。因此,需要对公路边坡稳定性评价方法进行研究、归纳与建立数学模型,进而开发一种公路边坡稳定性评价软件,以提高公路边坡稳定性评价的科学性与效率。在此背景下,作者尝试以国际领军的GIS软件ArcGIS为开发平台开发公路边坡稳定性评价系统。
1 研究现状
虽然GIS应用于边坡灾害已经有近30年的历史,但是基于成熟GIS平台的边坡稳定性评价系统的研发是在近几年才开始的。唐亦川等[3]、陶丽娜等[4,5]针对山区高等级公路边坡稳定性评价问题,研发了基于SuperMap平台的公路边坡稳定性评价系统;邵莉等[6]根据Bishop法原理,在SuperMap平台下开发了用于土体边坡稳定性评估的二维确定性模型;谢谟文等[7,8]结合GIS的空间数据分析功能与改进的Hovland三维边坡稳定性分析模型,基于MO(MapObjects)平台开发了一个边坡三维分析试验程序3DSLOPEGIS;张永兴等[9]采用计算智能理论及其耦合方法,基于ArcView GIS平台研究建立了滑坡灾变预测智能集成系统;邱骋等[10,11,12,13,14]基于ArcGIS(ArcObjects)平台,应用边坡稳定的三维极限平衡模型,开发一个用于边坡三维安全系数计算的扩展模块;胡新丽等[15,16,17]基于MapGIS,根据斜坡地质灾害研究与GIS软件的特点,提出了GIS支持下的斜坡地质灾害空间预测的技术路线,建立了由4个不同功能的子系统组成的斜坡地质灾害空间预测系统;夏元友等[18]基于Web研制开发了三峡库区边坡稳定性评价决策支持系统。
以上成果存在不足:①边坡稳定性评价数学模型有限,都是针对某种或几种特殊的工程边坡,推广困难;②数据格式不统一、操作复杂、数据库管理功能较弱,研发的系统所使用数据库均是GIS系统自带的数据库,在数据管理和共享方面受到一定的限制,特别是针对信息量较大的项目,数据管理困难;③三维建模与分析功能弱。这些不足促使着越来越多的人员致力于这个方向的研究。
2 ArcGIS简介
ArcGIS是ESRI在全面整合了GIS数据库、软件工程、人工智能、网络技术及其它方面的计算机交流技术之后,成功地推出的代表GIS最高技术水平的全系列GIS平台[19]。ArcObjects(简称AO)是ArcGIS的开发平台,可以运用同样的方法对ArcGIS进行扩展,开发各种基于AO的应用模块集成到ArcGIS环境中。ArcGIS功能强大,对象与接口数量众多,可以满足各种GIS应用需求,具有以下显著特点[20]:①采用面向对象思想,基于组件技术;②支持广泛的空间数据格式;③具有强大的GIS功能。
3 系统目标
公路边坡稳定性评价系统主要面向公路边坡的数据库管理与边坡稳定性评价,系统研制目标可概括为:①有效的完成公路地形数据库的建库工作,实现海量图形、属性数据的统一管理,包括图形、属性数据的输入、输出、编辑、分析等,可方便进行图形与属性之间的互访、显示与输出;②提供边坡稳定性评价功能,通过切割等高线图层的方法获得自然边坡剖面图,通过自然边坡绘制人工开挖边坡;进行条块划分,实现边坡剖面的绘制,进行拓扑分析;运用RMR岩体质量评价方法与BQ岩体评价方法进行岩体质量评价;运用瑞典圆弧法与简化Bishop法等极限平衡法进行边坡稳定性评价;③根据离散点数据或等高线数据建立公路沿线的数字高程模型,进行三维显示与分析,如三维飞行、叠加分析、属性查询与生成等高线等;④系统界面应友好美观,操作方便,大数据量运算迅速,针对性与实用性较强。
4 系统设计开发与功能
4.1 系统功能设计
系统设计遵循科学性、实用性、规范性与可扩充性原则。①科学性:数据库中的所有数据应准确可靠,而且应有很强的容错能力与处理突发事件的能力。②实用性:数据库的建立与系统开发应能充分满足技术人员对公路沿线信息的录入、查询与管理的需要,要求具有优化的系统结构与完善的数据库系统,功能方便、灵活,界面友好,实现高效科学的公路边坡稳定性评价。③规范性:为保证系统的科学性、实用性,以及与其它数据库的接轨,系统设计遵循统一、规范的信息编码与坐标系统,规范的数据精度与符号系统。④可扩充性:系统模块采用组件化,应具有良好的接口与方便的二次开发工具,以便系统不断地扩大与完善;在信息编码、坐标系统选定、数据库设计、系统功能设计等方面,预留接口,方便系统的扩充或库的移植;系统在输入、输出方面应具有较强的兼容性,能进行不同数据格式的转换。
系统由地图显示、边坡分析、定性计算、定量计算、三维分析等功能模块组成,如图1所示。
4.2 系统开发环境
系统以ArcGIS为软件平台,以Oracle为后台数据库,以ArcSDE为空间数据库引擎,开发方式有两种:以其内嵌的VBA宏语言,运用AO组件技术进行二次开发;基于AO进行独立应用程序开发的方式进行开发。系统开发的关键技术包括:
(1)AO组件技术。基于AO的二次开发模式主要有ArcMap定制、VBA开发、开发DLL动态链接库与开发独立应用程序4个层次。这四个层次有各自的优缺点,没有哪一种开发方式是最好的,能够最好满足工程需要的方法才是最好的方法。本系统在ArcGIS的基础上进行二次开发,应用其AO组件技术及面向对象的编程方法,综合采用了各种ArcGIS的二次开发方式。部分GIS功能菜单与工具采用ArcGIS定制方式与开发DLL动态链接库方式,降低了系统的开发成本;边坡稳定性分析与评价等专业核心模块采用VBA开发;边坡三维分析功能模块采用基于AO进行独立应用程序开发的方式进行开发。系统开发通过接口灵活使用ArcGIS的自带类以及自定义开发的类,使系统的开发效率大为提高,缩短了开发周期。
(2)ArcSDE空间数据库引擎与Oracle数据库技术。在数据库的选择上,为了能够更好的管理与处理海量公路沿线图形与属性数据,系统选用大型数据库软件Oracle作为其后台数据库。选用ArcGIS系列软件之一ArcSDE作为空间数据库引擎,连通ArcGIS桌面软件与Oracle数据库,实现海量数据的空间、属性一体化存储。
4.3 系统开发步骤
基于系统需求和分析,在VB下开发基于AO的DLL组件,步骤如下[21]:①生成一个新的ActiveX DLL工程;②引用类型库;③加入MapControl控件与PageLayout控件;④用Implements语句加入要实现的接口,并实现代码;⑤编译成DLL文件;⑥在ArcGIS环境中,引入DLL文件,实现功能。
三维分析模块采用基于AO进行独立应用程序开发的方式进行开发,该模块采用VC++ 6.0面向对象编程语言,引入AO的高级通用组建SceneViewer控件,具体步骤如下[20,21]:①在VC++6.0中,创建一个MFC工程;②引入类库esriCore.olb、esri3DExt.olb与esriSpatialShared.olb;③添加SceneViewer控件;④定义接口,编写代码。
4.4 系统功能
系统实现了GIS与公路边坡稳定性评价专业模型的耦合,合理选用了两种边坡稳定性评价方法,建立数学计算模型,用于边坡稳定性评价。系统除了具有GIS常用的放大、缩小、漫游等浏览功能,添加、删除、修改等编辑功能,图形查询、属性查询、图属互查等查询功能,以及距离与面积量算、缓冲区分析,叠加分析等分析功能外,还具有以下专业功能:①数据库管理功能。系统可统一管理多种格式的地形图、数字高程模型等数据,实现了海量数据的空间、属性一体化存储,可以方便快速地查看公路边坡信息。②边坡分析功能。系统自动生成地形剖面图,根据地形地质图与等高线图,可任意进行剖面交切,生成精确的自然边坡剖面,根据自然边坡剖面进行人工边坡开挖设计;在进行边坡稳定性分析时,可进行方便的条块划分,地下水位线绘制,拓扑分析等工作。③边坡稳定性评价功能。可进行岩体质量评价、边坡稳定性定性评价与定量评价,岩体质量评价方法包括RMR岩体质量评价方法与BQ岩体评价方法两种;定性评价方法包括边坡野外资料管理,边坡隶属度计算与人工神经网络计算功能;定量评价包括瑞典圆弧法与简化Bishop法两种。④边坡三维分析功能。系统可根据离散点数据或等高线数据建立边坡DEM模型与TIN模型,可进行平面图与DEM的叠加显示与查询工作,可对边坡处的三维地形进行浏览和飞行。
5 系统应用
本文以某高速公路沿线边坡为实例,应用该系统进行公路边坡沿线数据的管理、稳定性评价与三维分析等操作。
5.1 连接边坡数据库
进入边坡稳定性评价子系统,选择数据库连接功能访问Oracle数据库,选择连接Road.sde,与该公路的数据库建立连接,然后就可以打开数据库中存储的边坡所在位置的图形数据。
5.2 边坡稳定性评价
沿图2中所示的线段进行边坡剖面切割,以生成边坡剖面图。系统自动生成该处的自然边坡剖面图,根据自然边坡剖面进行人工边坡剖面设计,条块划分与水位线划分;然后进行拓扑分析,如图3所示,以生成条块的面积,是否在水下等属性,可进行土条属性查询;接着进行边坡参数信息的输入;最后选取合适的方法进行边坡稳定性计算,得出安全系数。对三维地形数据可进行浏览、飞行、叠加显示等操作。
6 结束语
基于ArcGIS平台的公路边坡稳定性评价系统可根据地形地质图与等高线图,进行剖面交切,生成精确的自然边坡剖面,根据自然边坡剖面进行人工边坡开挖设计。可进行交互式条块划分,地下水位线绘制,拓扑分析等工作,可对边坡进行极限平衡法稳定性求解。系统的三维模块显示清晰流畅,而且有一定的三维查询与三维分析的功能。该系统还需要进一步补充与完善边坡稳定性分析的专业模块,以期解决更为复杂的边坡稳定性评价问题。GIS网络化的地理信息共享是当前GIS的一个崭新的发展阶段[22],同时这方面也是基于GIS的边坡管理与评价系统未来的发展方向。
本文创新点:开发出具有边坡数据管理、稳定性评价、三维地形建立与分析功能的公路稳定性评价系统,并将其应用于工程实际。
边坡:稳定:勘察设计 篇10
1 边坡稳定性分析
1.1 边坡等级、设计工况与设计标准
根据相关建筑物设计标准和边坡的重要性, 按照DL5180-2003《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》, 右岸开关站边坡按1级边坡设计, 地震基本烈度7度, 参考国内外类似边坡工程治理的成功经验, 确定边坡抗滑稳定安全系数标准如下:
(1) 正常状况一:自重+正常地下水位水压力+坡面荷载稳定安全系数≥1.25
(2) 非常状况一:自重+暴雨地下水位水压力+坡面荷载稳定安全系数≥1.15
(3) 特殊状况一:自重+正常地下水位水压力 (考虑排水效果) +坡面荷载+地震荷载稳定安全系数≥1.05
边坡稳定计算荷载:
(1) 边坡岩土体自重; (2) 坡面荷载:边坡范围内开关站等建筑物荷载; (3) 地下水产生的荷载; (4) 加固力; (5) 地震荷载坝区地震基本烈度为7度, 基岩地震加速度为0.10g; (6) 施工爆破震动荷载。
1.2 稳定分析方法
针对开关站边坡岩 (土) 体结构特点, 采用spencer法 (PC-STABL5M程序) 进行稳定性分析。
1.3 稳定分析与结果
1.3.1 典型剖面选取
根据开关站边坡的岩体结构类型及建筑物基础开挖形式, 在该段边坡范围内沿边坡潜在主变形方向选取两个典型的计算剖面A-A剖面和B-B剖面 (见图1~2) 。
1.3.2 稳定计算与结果
(1) 剖面A-A
a.A-A剖面开关站后坡局部稳定计算边界条件:前缘为坡顶, 底滑动面为破碎夹 (泥) 层, 剪出口为开关站后坡坡脚处, 滑动面如图1中的 (1) ~ (2) 所示。
一期治理后A-A剖面开关站后坡局部稳定计算结果如下:
(1) 正常状况一:计算结果1.556>1.25
(2) 非常状况一:计算结果1.363>1.15
(3) 特殊状况一:计算结果1.074>1.05
从计算结果可以看出:各工况安全系数均满足要求。
b.A-A剖面380Ⅱ区后坡局部稳定计算边界条件:前缘为开关站后坡坡脚处, 底滑动面为破碎夹 (泥) 层, 剪出口为380Ⅱ区后坡高程470~482m坡面, 滑动面如图1中的 (2) ~ (3) 所示。
一期治理后A-A剖面380Ⅱ区后坡局部稳定计算结果如下:
(1) 正常状况一:计算结果1.76>1.25
(2) 非常状况一:计算结果1.554>1.15
(3) 特殊状况一:计算结果1.211>1.05
从计算结果可以看出:该剖面各工况的安全系数都能达到设计标准。
c.A-A剖面沿破碎夹 (泥) 层的整体稳定计算边界条件:前缘为坡顶, 底滑动面为破碎夹 (泥) 层, 剪出口为380Ⅱ区后坡高程470~482m坡面, 滑动面如图1中的 (1) ~ (3) 所示。
一期治理后A-A剖面整体稳定计算结果如下:
(1) 正常状况一:计算结果1.465>1.25
(2) 非常状况一:计算结果1.285>1.15
(3) 特殊状况一:计算结果1.012<1.05
从计算结果可以看出:地震工况为控制工况, 地震工况的安全系数不能满足设计标准, 需进一步加固支护。
在增加1000k N/m支护力的情况下, 重新计算该段边坡的安全系数, 计算结果如下:
(1) 正常状况一:计算结果1.553>1.25
(2) 非常状况一:计算结果1.377>1.15
(3) 特殊状况一:计算结果1.064>1.05
从计算结果可以看出:按单宽增加1000k N的支护力时, 该剖面各工况的安全系数都能达到设计标准。
d.A-A剖面沿J1-2z与T34的接触面滑动的整体稳定计算边界条件:前缘为坡顶, 底滑动面为夹层J1-2z与T34的接触面, 剪出口为380Ⅱ区后坡高程450~470m坡面, 滑动面如图1中的 (4) ~ (5) 所示。
一期治理后A-A剖面沿J1-2z与T34的接触面滑动的整体稳定计算结果如下。层面岩土体力学参数取低值 (准=220, C=0.1MPa) 。
(1) 正常状况一:计算结果2.682>1.25
(2) 非常状况一:计算结果2.146>1.15
(3) 特殊状况一:计算结果1.819>1.05
从计算结果可以看出:在层面岩土体力学参数取低值的情况下, 各工况的安全系数均能满足设计标准。
(2) 剖面B-B
a.B-B剖面沿破碎夹 (泥) 层整体滑动的稳定计算边界条件:前缘为110k V变电站外侧抗滑桩的外侧, 底滑动面为破碎夹 (泥) 层, 剪出口为380Ⅱ区后坡高程456~470m坡面, 滑动面如图2中的 (1) ~ (2) ~ (3) 所示。
一期治理后B-B剖面沿破碎夹 (泥) 层整体滑动的计算结果如下:
(1) 正常状况一:计算结果1.767>1.25
(2) 非常状况一:计算结果1.508>1.15
(3) 特殊状况一:计算结果1.124>1.05
从计算结果可以看出:该剖面各工况的安全系数都能达到设计标准。
b.B-B剖面沿J1-2z与T34的接触面的整体滑动的稳定计算边界条件:前缘为110k V变电站外侧抗滑桩的外侧, 底滑动面为J1-2z与T34的接触面, 剪出口为380Ⅱ区后坡高程456~470m坡面坡脚处, 滑动面如图2中的 (4) ~ (5) 所示。
一期治理后B-B剖面沿J1-2z与T34的接触面滑动的整体稳定计算结果如下。层面岩土体力学参数取低值 (φ=220, C=0.1MPa) 。
(1) 正常状况一:计算结果2.72>1.25
(2) 非常状况一:计算结果2.29>1.15
(3) 特殊状况一:计算结果1.857>1.05
从计算结果可以看出:在层面岩土体力学参数取低值的情况下, 各工况的安全系数均能满足设计标准。
2 加固支护设计
2.1 一期支护
开关站后坡:开挖开口线外布置2排钢管桩, 间排距1m, 桩长7~18m。高程520m马道布置2排钢管桩, 间排距1m, 桩长18~30m。
380Ⅱ区后坡:
南侧段边坡 (A剖面) :坡顶布设1排钢筋桩, 间距2m, 桩长15m;▽493~501m马道布设1排钢筋桩, 间距2m, 桩长15m;▽482m马道布设1排钢筋桩, 间距2m, 桩长15m;▽470m马道布设1排钢筋桩, 间距2m, 桩长16m;▽463m马道布设1排钢筋桩, 间距2m, 桩长10m。
北侧段边坡 (B剖面) :坡顶布设1排钢筋桩, 间距2m, 桩长12m;▽502m马道布设1排钢筋桩, 间距2m, 桩长22m;▽482m马道布设1排钢筋桩, 间距2m, 桩长15m;▽470m马道布设1排钢筋桩, 间距2m, 桩长25m。
2.2 二期支护设计
根据稳定分析结果, 开关站边坡在一期支护的基础上增加了二期支护。
开关站后边坡:结合一期治理高程520m的2排钢管桩, 在钢管桩中设置3φ32的钢筋束;共368束;在高程522m布置一排1500k N预应力锚索, 间距5m, 锚索长45m, 共15束。
开关站下边坡:在高程470m、484m和489m各布置一排1500k N预应力锚索, 间距5m, 锚索长45m, 共64束。
3 结束语
从上述开关站边坡的稳定分析成果及加固设计支护参数的确定可以得出如下结论:
(1) 开关站边坡最危险的潜在滑动面受破碎夹 (泥) 层控制;沿J1-2z与T34的接触面的稳定性满足设计设计标准。
(2) 地震工况是开关站边坡的控制工况
浅谈边坡稳定性的影响因素 篇11
关键词：边坡；稳定性；影响因素
1前言：在地下工程、建筑工程、道路工程、水利工程等众多工程领域中，均需要建设大量的边坡。而边坡失稳是岩土体变形中规模大、数量多、性质复杂的一种不良物理地质灾害，并且边坡失稳极容易对人类的生命和财产安全造成极大的威胁和危害。因此，边坡稳定性问题一直是工程设计需要专项研究的课题。通过对边坡稳定性的影响因素进行分析，提出合理的加固措施，将会大大降低边坡失稳引起的损失。
2边坡稳定性的影响因素
影响边坡稳定性的因素主要有边坡岩土体类型、地质构造、边坡形态、地下水、气候条件、风化作用、人类活动和振动作用。其中，边坡岩土体类型、地质构造、边坡形态属于内部因素，地下水、气候条件、风化作用、人类活动属于外部因素。随着人类科技的不断进步，人类活动对边坡稳定性的影响献越来越大，改变边坡的形状、高度和坡度，对路堑或基坑开挖以及对路堤填筑或坡顶的堆载等都会影响边坡的稳定性。
2.1外部因素
2.1.1边坡岩土体类型。边坡岩土体类型分为粘性土边坡、软土边坡、砂性土边坡和黄土边坡，其之间性质的差异是影响土质边坡稳定的主要因素。①粘性土边坡，一般具有干时坚硬开裂，遇水后膨胀分解呈塑状的特点，对边坡稳定性极为不利；②软土边坡，软土因其抗剪强度极低，对于边坡稳定极为不利，并且软土边坡难以成形，对于工程的不利影响更为大；③砂性土边坡，由于砂性土结构较疏松、粘聚力低，因此，在振动力作用下，易发生液化破坏，造成边坡失稳：④黄土边坡，黄土具有湿陷性和多孔性，成分以粉粒为主，天然状态下含水量很少，干燥时很坚固，可形成直立边坡，但遇水后黄土因为湿陷性而强度大为降低，容易形成裂缝或遭受侵蚀，进而造成崩塌和滑动。
2.1.2地质构造。地质构造对边坡稳定性的影响主要在于结构面性质、岩体及其组合形式、充填物成分对边坡稳定性的影响。当倾向不利的结构面走向与坡面平行时，整个坡面都具有临空自由滑动的条件，因此对边坡的稳定不利。岩体及其组合形式对边坡的影响主要表现在岩石坚固程度、完整性程度、风化程度这些方面；坚硬岩石容易形成高边坡，软岩石边坡稳定性较差，极易导致边坡稳定性降低：岩石越完整，风化程度越低，其组成的边坡就毯稳定。结构面里的软弱物质会降低边坡强度。
2.1 3边坡形态。边坡形态对边坡的稳定性有着直接影响。不利形态的边坡往往在坡顶产生张应力，在坡脚产生强烈的剪应力，并引起坡顶出现张裂缝，坡脚出现剪切破坏带，这些作用效果极大地降低边坡的稳定性。通常情况，坡度越陡，边坡越容易失稳；坡高越大，边坡稳定性越低；平面上呈凹形的边坡比呈凸形的边坡稳定；同是凹形边坡，边坡等高线曲率半径越大，越有利于边坡稳定。
2.2外部因素
2.2.1地下水。地下水对边坡稳定性的影响可表现在地下水的静水压力、动水压力和水的软化作用这几个方面。地下水对边坡稳定性的影响有以下几个方面：①静水压力，静水压力的影响下，处于地下水位以下的透水边披将承受边坡土体中水的浮力的作用：而不透水的边坡，充水的裂隙和坡面都将承受静水压力，这些都对边坡的稳定性不利。②动水压力，地下水的渗透流动，将带走结构面中的细小颗粒，导致边坡稳定陛下降。经过长期的渗流作用，原来的结构面被扩大为连贯的渗流通道，并随着渗流时间的增加，通道被不断扩大，最终将导致边坡失稳。③水的软化作用，水的软化作用是指水的浸泡和侵蚀使边坡土体强度降低的作用，地下水的侵蚀也在一定程度上破坏边坡。
2.2.2气候条件。气候条件对边坡稳定性的影响有多种方式，如降雨、融雪、气温变化等。以大气降雨和融雪为例：大气降雨和融雪提高了地下水的补给量，使地下水位提高，静水压力增大；造成水的渗流方向和速度变化，产生动水压力；增大孔隙水的压力，引起土体内部剪应力的增大，使边坡滑动面的抗滑能力降低，最终边坡稳定性降低。
2.2.3风化作用。风化作用也能对边坡产生不利影响，结构面在风化作用下尺寸增大，并可能产生风化裂隙等次生结构面以及次生粘土矿物，使得水份更加容易渗入土体。随着时间的延长，岩体结构面尺寸过于增大，边坡土体的抗剪强度明显减弱，最后导致边坡土体的脱落或崩塌。
2.2.4人类活动。人类活动并不一定对边坡工程有害，而是具有双刃剑的特征；其对边坡稳定性的影响既是一种重新改造，也是一种破坏。有一些人类活动对边坡稳定有利，有一些活动却有不利的作用。例如：①削坡减重，这是边坡治理常用的一种方式，但同时也会造成坡脚压重不够，降低了边坡滑动面的抗滑力。②增加坡顶荷载，这样增加了边坡滑动时的下滑力，同时产生了应力集中现象，引起边坡稳定性降低。
2.2.5振动作用。外部振动对边坡稳定性的影响主要体现在地震、边坡施工或露天开挖和车辆行驶施加的反复荷载。①地震作用时，边坡会受到水平地震力，下滑力增大；随着地震力的反复作用，边坡内部可能发生相对错动，最终导致崩塌。②爆破施工时，爆破振动产生的惯性力增加了边坡岩土体的下滑力，而频繁的振动会造成裂隙尺寸的扩大，从而导致土体沿优势产状滑出或崩塌，极有可能产生滑坡等自然灾害。③道路边坡由于车辆的长期反复荷载可能导致边坡土体疲劳，造成边坡疲劳破坏。
结束语：岩质边坡的稳定性受到边坡岩土体类型、地质构造、边坡形態、地下水、气候条件、风化作用、人类工程活动、振动作用等多种因素综合作用的影响，这些因素之间相互影响，共同作用致使岩质边坡失稳破坏。通过对影响边坡稳定性因素的研究，可以对影响边坡稳定性因素进行针对性的加固措施，从而降低边坡失稳的概率，减少边坡失稳所造成的生命财产损失。
边坡:稳定:勘察设计 篇12
关键词：两河口水电站,尾水边坡,边坡稳定,动态支护,监测,断层,风化,卸荷
两河口水电站位于四川省雅江县境内, 为雅砻江干流龙头水库, 距离成都500km。坝高295m, 水库削落深度80m, 调节库容65.6亿m3。具有多年调节能力, 电站装机3000MW, 多年平均发电量110.00亿kw.h。该水电站设计共设计5条导流洞, 其中1#、2#导流洞为初期导流洞, 3#、4#、5#为中后期导流洞。除5#导流洞其余4个均为永临结合:3#、4#导流洞兼做后期放空洞和竖井泄洪洞, 1#和2#导流洞后半程兼作后期的尾水隧洞, 1、2#尾水边坡为该电站建成的第一个永久边坡。施工中依据边坡开挖揭示的特别段及时调整支护强度。经过上述动态化的边坡设计, 边坡建成后的监测数据表明, 工程边坡应力、变形收敛, 边坡稳定。
1 尾水边坡概况及边坡的稳定分析
1.1 工程地质概况
自然边坡总体走向为N18°W, 地形平均坡度约45°。边坡出露地层为三叠系下统两河口组中段第四、五层即T3lh2 (4) 、T3lh2 (5) 层。岩性为粉砂质板岩夹绢云母板岩以及粉砂质板岩与绢云母板岩互层段。地层产状为N70~85°W/SW∠77~87°。边坡下部临江地段基岩出露, 上部边坡坡面崩坡积块碎石土广布, 厚度3~11m。
边坡原布置有两个平硐分别为PD24和PDB04。平硐揭示边坡岩体中顺层挤压带、小断层及节理裂隙较为发育。断层规模相对较小, NNW向倾NE中陡倾角 (f24-4等) 与内侧坡近于平行, NE向倾SE中缓倾角 (f24-10等) 与洞脸坡小角度相交。边坡中优势裂隙则以板理、顺坡向缓、中、陡倾裂隙为主。
边坡的风化卸荷:则以弱上至弱下风化为主, 未见强风化岩体;边坡强卸荷水平深度一般20~50m, 弱卸荷岩体水平深度50~80m。
1.2 边坡稳定性分析
工程边坡开口线高程2700m, 边坡分5级开挖, 每级马道高程约20m, 最大坡高约118m。工程边坡大部分为弱卸荷、弱风化的Ⅳ类岩体, 下游侧坡上部强卸荷带为Ⅴ类岩体。出口岸坡为近横向坡结构, 坡体内虽未发现控制自然边坡整体稳定的软弱结构面, 但f24-3、f24-7、f24-10及f24-4等NE向软弱结构面对2#尾水洞洞脸边坡及1#尾水洞洞脸边坡稳定性有一定的控制作用, 倾坡外NW向f24-5等小断层对内侧边坡稳定性有一定的控制作用。下游侧坡上部强卸荷松弛Ⅴ类岩体及广泛分布的崩坡积块碎石土, 结构松散, 边坡局部稳定性差。
2 开挖揭示情况及支护设计
(1) 2#尾水边坡
1#导流出口 (2#尾水) 边坡稍早于1#导流洞身段完成开挖支护。开挖揭示的工程地质条件如下:
坡体岩性均为T3lh2 (5) 层粉砂质板岩与绢云母板岩互层。
边坡共发育7条小断层。
边坡无强风化, 强卸荷弱上风化主要出现在2650m高程以上, 弱风化弱卸荷出现在2582~2650m之间。
2#尾水边坡岩体中主要发育有第 (1) 、 (2) 、 (6) 、 (4) 四组裂隙, 零星发育有 (10) 。 (1) 为板理, 产状N80°W/NE∠80~90°, 间距一般<10cm, 但是短小, 不连贯。卸荷带内板理较为显现, 且微张。 (2) N0~30°E/ (SE) NW∠40~60°间距10~30cm, 延伸长度3~10m。裂面平直, 锈染, 普遍微张, 充填黄色泥膜。该裂隙在洞脸右侧边坡中、高高程极为发育。 (6) N0~30°E/ (SE) NW∠10~30°, 间距30~50cm, 延伸长度3~10m, 裂面起伏, 锈染, 普遍微张, 充填黄色次生泥膜。该裂隙主要发育于边坡的中下部高程。 (4) N0~30°E/ (SE) NW∠70~90°, 间距30~50cm, 延伸长度3~10m, 裂面平直, 锈染, 裂面微张, 充填次生泥膜, 在整个边坡均有分布。
(2) 1#尾水边坡
出口洞脸边坡:最大坡高近60m, 边坡走向N38°E, 倾SE, 倾角63°。2609m高程以下为直立坡。边坡岩体为碎裂~块裂结构, 属于Ⅳ~Ⅴ类岩体。边坡发育小断层fws-6, 由于破碎带规模较小, 且和洞脸边坡大角度相交, 对洞脸边坡稳定影响较小。边坡整体稳定, 对于边坡局部稳定影响较大的是:卸荷带内与边坡小角度相交的优势裂隙 (2) , 由于切露坡面, 在震动爆破影响下易产生滑移变形破坏, 如2640m高程马道沿该裂隙开裂, 后采用锚筋束加强支护, 变形未继续发展。
洞脸右侧边坡:最大坡高约118m。边坡走向N7°W, 倾NE, 倾角63°。边坡岩体为碎裂~块裂结构, 属于Ⅳ~Ⅴ类岩体。
边坡发育3条断层:分别为f24-4、fws-3、fws-4。由于fws-3、fws-4破碎带规模相对较小, 且和边坡大角度相交, 对边坡局部稳定影响较小。f24-4鉴于其破碎带规模, 以及性状特征, 对右侧边坡局部稳定影响相对较大, 实际开挖过程中建议施工方采取弱爆破及时跟进支护。后续边坡变形监测未见明显异常。另外顺坡向中倾角、陡倾角裂隙卸荷带内密集发育、且交角小, 对该段边坡稳定影响明显, 开挖过程中2660~2680m高程边坡顺裂隙 (4) 发生滑塌。
(3) 尾水渠段边坡
最大坡高约118m。边坡走向N52°W, 倾NE, 倾角63°。边坡岩体为碎裂~块裂结构, 属于Ⅳ~Ⅴ类岩体。
边坡发育三条断层:分别为fws-1、fws-2、fws-5, 由于这三条断层和边坡交角较大且破碎带规模小, 对边坡局部稳定不起控制作用。另外边坡中优势裂隙走向对边坡也有一定交角, 对边坡稳定较为有利。但是开挖过程中, 受爆破震动影响, 强卸荷带内岩体有卸荷松弛现象。
上述三段边坡采取系统浅层支护+局部特殊部位的锚筋索加固处理以及后期锚索支护后, 目前未见变形迹象, 整体处于稳定状态。
3 监测成果反馈
尾水洞 (兼初期导流洞) 出口边坡设计有11个监测剖面, 分别对边坡岩体变形和应力进行监测, 监测结果表明:
(1) 出口边坡锚杆应力计大多处于受拉状态, 锚杆反映的拉应力主要是开挖后, 边坡卸荷使锚杆所承受的拉力, 边坡锚索施工后, 部分锚杆表现为压应力。监测到的最大拉应力284.95MPa, 应力较大的锚杆集中在高程2620m以下边坡, 且应力变化与温度呈负相关关系, 锚杆固结灌浆良好, 对限制边坡的变形起到了积极作用。
(2) 除PR01WSCBP、PR15WSCBP和PR18WSCBP外, 其余16台锚索锁定后损失率较小, 虽然由于锚栓滑动、锚索钢绞线伸长和锚固影响范围内表层岩体压缩等原因, 导致锚索锁定后锚固力有一定的损失, 但锚索安装后, 运行正常, 锚索对约束边坡的变形起到了主要作用, 目前锚索应力基本稳定。
(3) 边坡主要表现为向临空面的位移, 累计位移在-0.01mm~12.59mm之间。除M407WSCBP、M409WSCBP、M4Z01WSCBP和M4Z02WSCBP位移较大外, 其余各点位移均小于5mm, 目前位移基本稳定。
监测成果反映, 除8~10#监测断面外, 其余边坡向临空面的位移和应力变化较小, 边坡处于稳定状态, 8~10#监测断面虽然前期变形速度较快, 但后期基本趋于稳定。初期导流洞出口开挖边坡按照设计方案支护后, 各监测断面的物理量目前变化基本平稳, 边坡基本稳定。
4 总结
1、2#尾水工程边坡大多为横向坡, 即板理面和开挖面总体为大角度相交。但是由于顺坡向缓、中、陡倾角这三组裂隙极为发育, 随机不利块体组合比较完备。尤其是开口线卸荷带附近受卸荷松弛的影响, 边坡稳定性较差, 出现了沿顺坡向中倾角裂隙滑塌;另外在马道处也出现了多次开裂现象。施工地质根据裂隙发育特点以及顺坡向小断层发育部位, 以及坡体应力集中区, 采取了锚筋束、随机锚杆补强等措施, 解决了施工中的边坡安全隐患。同时后期的监测成果反映边坡的应力、变形均趋于稳定。尾水边坡建成至现在已经稳定运营了超过两年。施工中依据开挖揭示条件及时调整支护设计在两河口水电站尾水边坡施工中发挥了重要的作用。
参考文献
[1]曾联明, 吴章雷等.《两河口水电站工程地质报告》.