汉十—边坡稳定性分析与治理(可编辑)

1、 汉十高速公路k425460-550边坡稳定性评价与支护设计学生 指导老师 摘 要 湖北汉十高速公路是国家西部大开发重点线路福州-银川高速公路的重要组成部分它连接武汉樊和十堰既是连接我省中西部的重要通道也是我省的汽车工业走廊han highway 10 is the countrys western development focus line fuzhou - yinchuan expressway important part it connects wuhan xiangfan and shiyan is both an important channel connecting the

2、province midwest is also the provinces auto industry corridor as western loess widespread complex terrain conditions landslides have occurred not only to the construction and maintenance of highways tremendous impact but also the fragile ecological environment destruction therefore the study highway

3、 slope stability and governance programs of great theoretical and practical significance this paper analyzes and compares the advantages and disadvantages of various stability analysis and describes the slope of the control technology and methods careful study of the slope topography geological cond

4、itions geological and seismic conditions the basis of hydrogeological conditions on the limit equilibrium method using the procedure carried out through the calculation of slope stability and slope protection the results show that the sections of the sliding surfaces of the more dangerous safety coe

5、fficient meet the requirements the whole in a secure and stable state according to the principle of choosing the right slope ecological protection of methods of governance can be keywords slopeslope stability analysislimit equilibrium methodsliding surface safety factorprevention第一章 绪论11 选题背景及研究意义伴随

6、着我国公路建设的高速发展出现过大大小小由于边坡失稳造成的人身和财产损失边坡综合防护设计日益引起公路部门的重视高速公路边坡设计不仅仅需要因地制宜地选择实用合理经济美观的工程措施确保高速公路的行车安全和稳定同时达到与周围环境的相对协调与平衡以及美化公路的效果更需综合考虑地下水降雨强度地形土质材料来源等情况来进行合理布局虽然我国是一个公路网发达地域辽阔的国家但是在高速公路建设方面相对于发达国家起步较晚上世纪90年代以后我国高速公路建设方兴未艾由于经验不够同时缺乏系统研究加上技术硬实力上的不足导致最初只能用低等级公路的防护技术来进行稳定性防护也就造成了许多的边坡失稳事故产生巨大的经济损失的同时更有不良

7、的社会影响因此研究公路边坡的稳定性及治理方案有重大的理论与实践意义更是保护生命财产安全的迫切需要汉十高速公路k425460550路段地貌属构造侵蚀剥丘陵区地势西南高东北低地面标高一般150-400m相对切割深度40-90m山顶一般呈浑圆状沟谷较开阔现代水文网系十分发达如果该边坡发生剧烈的滑动破坏不仅会阻碍汉十高速公路的的建设给工程建设造成巨大的损失还会对水文网造成一定的破坏影响周边居民的生活因此对该边坡稳定性的进行研究迫在眉睫在本路段还分布有大量的类似边坡因此通过对边坡的稳定性评价及治理措施的研究将对其他类似边坡的稳定性评价和治理具有很强的指导性意义对已产生的滑动的边坡以及濒临滑动的边坡进行稳

8、定性分析并采取合理的治理方案消除安全隐患对于保证工程的顺利进行减少工程投资保护人民群众的生命财产安全都有着重要的意义12 国内外边坡稳定性研究现状com 国外边坡稳定性研究现状1 起步阶段 起步阶段滑坡研究开始于20世纪20年代的瑞典瑞典人彼得森最早提出了条分法但之后的20年左右的时间里世界各国对滑坡的研究也只是零星的和片段的大多数国家都是由单独的研究人员进行小规模的滑坡研究只有瑞典挪威前苏联是由国立土工研究所进行滑坡研究并发表过一些著作和论文其中瑞典人取得的成果最大原苏联曾于1934年和1946年召开过两次全国性的滑坡会议瑞典条分法同时考虑了粘聚力和摩擦力缺点是原理粗浅而且它的基本假定脱离了

9、实际情况是一个肤浅的理论还有待进一步完善2初步发展阶段初步发展阶段 20世纪50年代 人们开始考虑岩体的结构面和材料特性并且随着理论的研究出现了极限平衡论和弹塑性理论这些新角度新方法的出现显然推动了边坡稳定性研究的进步接着索柯夫斯基在1954的时候提出了松散介质极限平衡原理但是这种方法存在着一些缺陷会发现计算的结果与实际不符其原因是因为没有考虑到岩体的力学状态和结构面后来其他人在他的基础上完善了他的理论并提出一种边坡边坡稳定性的方法完善了这个时期边坡稳定性分析的发展3深入发展阶段 深入发展阶段 20世纪60年代 这个阶段比较清晰明朗人们对稳定性分析的角度主要是两个方面一是考虑岩体中的结构面以极

10、限平衡理论为基础运用图解法和计算分析法求出安全系数来判断其稳定性john在1970提出了图解法com坡稳定性研究现状 由于长时间的封建社会以及战争新中国解放以前在边坡稳定性分析这方面几乎没有什么研究要远远地落后于欧美等国但中国那些可敬的研究人员们奋发图强使新中国成立以后边坡稳定性分析取得了很大的进步总的来说可分为以下四个阶段 1 50年代 起步阶段主要以地质灾害为着眼点通过工程地质类比法与极限平衡法等定性的分析方法初步实现一些基本的边坡稳定性分析和防护设计 2 60年代 进步阶段当时使用的主要方法是实体比例投影法既通过赤平极射投影来实现对边坡岩体的结构类型的划分同时提出了岩体结构与控制的观点用

11、该方法对块体的破坏进行计算更快捷准确并开展了许多大型的野外岩体力学实验为进一步边坡稳定性研究打下了基础1 3 70年代进一步发展阶段这个阶段已经开始了研究边坡的变形破坏机理工作并开始运用弹塑性力学极限平衡理论等方法来分析和评价边坡的稳定性潘家铮提出了滑坡极限分析的极大值原理和极小值原理两条基本原理进一步扩充了关于边坡稳定性研究的理论知识随着科技的不断进步理论知识和硬实力的提高也使得有限单元法边界元法离散元法等更前沿的方法进入评价边坡的稳定性分析边坡变形破坏的条件的这个领域中 4 80年代 逐渐成熟阶段人们开始从整体上认识边坡稳定性的发展趋势以及边坡的变形破坏机理诸如块体理论dda法灰色理论模糊

12、数学数据库与专家系统计算机仿真技术损伤断裂力学理论神经网络模型和遗传算法等一些新理论新技术新方法开始出现并被运用到边坡稳定性研究这些方法的出现为预测边坡的稳定性开创了更为广阔的前景13国内外边坡治理技术研究现状com坡治理技术研究现状 早在19世纪中期一些欧美国家就已经开始对边坡治理的工作进行研究但毕竟是早期发育期由于理论知识和技术的原因对象还只能是一些小型偏简单的边坡进行治理排水工程的措施大多是减载反压和抗滑挡土墙第二次世界大战后欧美各国大兴土木公路发展迅猛直接导致了边坡灾害也越来越多人们慢慢一意识到治理灾害的重要性和必要性人为支挡工程治理大量边坡灾害取得了明显的成效人为支挡工程成为当时普遍

13、流行而且较当时非常先进的方法成为治理边坡灾害最重要的方法支挡工程的发展基本经历了三个阶段2 1 第一阶段 20世纪50年代以前正是欧美工业化兴起的时候为了大规模的开采矿产资源和发展交通运输许多国家开始大量的修筑高速公路铁路等等过度的追求经济效益导致为了速度出现了许多人工边坡从而发生大量崩塌和滑坡给人们带来严重生命财产损失吸取了教训后关于滑面边坡稳定性与防护相关的理论与实践研究才慢慢开始 2 第二阶段20世纪60到70年代人们慢慢开始使用抗滑桩支挡工程这成为解决抗滑挡土墙施工过程的一些困难很好的方法当时欧美和前苏联在这方面处于领先地位亚洲则以日本为代表一些国家用承台联接两排或者三排桩顶从而产生刚

14、架受力这样的方法来增加群桩受力和桩的抗剪切能力亚洲发展最好的日本更钟情与采用直径为400-500mm孔深约20-30m的钻孔钢管桩在孔中插入直径为318-457mm壁厚约为10-40mm的钢管在钢管中放入h型钢增加桩的抗剪能力其桩间距采用15-40m大多数为20-25m 3 第三阶段 20世纪80年代在利用小型抗滑桩的同时开始使用大直径的挖孔抗滑桩用以治理一些较大型的滑坡灾害锚索的出现是的不仅实现了机械化而且更加经济适用更突出的是力学性能比抗滑桩更好非常好的弥补了抗滑桩的不足com坡治理技术的研究现状 1 第一阶段 20世纪50年代一抗滑挡墙及浆砌片 块 石防治当时使用的方法还都是老方法但是老

15、方法有一个共同的缺点就是都是暂时使边坡趋于稳定外界条件一旦发生了改变边坡很可能轻易就会发生失稳破坏例如宝成铁路由于只采取了减载排水或抗滑挡土墙等措施就导致在1981年的洪水期间有10余个滑坡出现了严重的破坏 2 第二阶段 20世纪60年代晚期抗滑桩技术3开始运用以前一些施工难工程量大的项目他的边坡灾害很不好处理但一些难度比较大的边坡滑坡灾害的治理因为有了抗滑桩技术得到很好的解决抗滑桩承载能力大施工速度快等优点都是实施高大难工程项目正好需求的深受研究人员和施工部门的欢迎因此在全国得到迅速推广和运用 3 第三阶段 20世纪80年代晚期锚喷技术施工快速简便安全所以它很快得到了各个国家的使用与此同时加

16、上我国在这项技术的研究取得了突破性进展所以我国也开始采用并广泛推行锚喷防护治理技术锚索具有高强度抗拉力大的特点预应力锚索可以变一般支挡结构物的被动受力为主动受力滑体扰动力小可以机械化施工使其其应用前景十分广阔在排水方面人们开始主张结合预应力锚索抗滑桩支挡等以排水为主综合治理 4 第四阶段 20世纪90年代出现框架锚固结构和压力注浆加固手段它是一种应用前景非常广泛的边坡治理方式通过深层加固的技术能够解决边坡的深层加固以及稳定性问题在边坡治理过程中得到应用广泛14 本文研究内容与思路com容 首先我们应该学习不同稳定性的分析方法和治理方法再通过翻阅资料了解所研究路段的整体自然地理环境最后本文的分析

17、研究工作主要采用中南大学李铀教授编制的边坡稳定分析 版本60 程序进行该程序运行在windows平台下可以分析地表均布荷载水压力锚索杆及地震等因素对边坡稳定性的影响所以应熟悉程序熟练掌握程序操作技巧开始研究工作时只要将相关坡段的各种参数按要求输入程序后按照一定的流程操作就会得到评价边坡稳定性的安全系数通过边坡稳定分析程序计算汉十高速公路k425460-550危险滑面的危险系数评价其稳定性最后根据稳定性结果采取相应的治理方法加强边坡的稳定性如加锚杆挡土墙铺草坪等com路根据地质资料该路堑段在地貌上属构造侵蚀剥蚀丘陵区路线穿越被俩冲沟夹持的山嘴路线左侧山顶高3543m右侧为较开阔的冲沟沟底高程24

18、900m相对高差10500m本路堑段出露地层为中一晚元古代武当山岩群第二岩组上岩段岩性为岩片灰黄褐黄色主要矿物成分为石英云母钠长石角闪石等变晶结构片状结构经探钻震探施测左路堑开挖边坡为强风化片岩本路堑水文地质条件比较简单地下水类型为基岩风化裂隙水主要富存于风化裂隙浅层片理和裂隙中受地形地貌等条件的控制该地下水富水性弱透水性差地下水受大气降雨补给就进山坡一带排泄根据工程地质条件得出以下结论及建议本路段堑内无重大不良工程地质问题水文地质条件比较简单适宜路堑建设左路堑开挖边坡值定位11左路堑开挖边坡整体是稳定的由于左路堑边坡存在局部结构岩体的坍塌和边坡岩体开挖后风化速度较快等现象建议对边坡根据开挖后

19、的实际情况进行挂网喷锚等工程措施由于边坡存在基岩风化裂隙水建议对左边坡进行工程措施时预留排水管孔路基边缘宜设排水沟以便地下水的畅通排泄建议加强施工地质编录工作以便出现新的工程地质问题及时研究处理对策本文们通过对稳定性分析程序输入相关参数得到危险滑面的危险系数通过边坡稳定系数的具体情况选择相应的处理方法至于使用加锚杆抗滑桩还是铺草坪则根据路段具体情况而定15本章小结 本章通过查阅资料我们详细了解了国内外边坡稳定性的发展和治理情况边坡工程事关工程建设的成败与安全和生命财产的安全同时对整个工程的正常投入运营等起着重要的制约作用虽然到目前为止对边坡稳定性研究取得了长足的进步但还是有不少问题尚未解决所以

20、对边坡稳定性进行进一步研究仍任重而道远在明确边坡稳定性研究与治理的重大意义后针对本文要研究的汉十高速公路k425460550段边坡详细的查阅当地的工程地质情况和自然地理情况最后根据所学习的问边稳定性分析和治理知识确定研究方向和思路对该路段展开系统深入的分析研究第二章 边坡稳定性分析方法21 概述 高速公路边坡问题一直都是人们共同关注的问题直接关系到我们的生命安全和个人以及公共财产谁都不想自己的车在一条不安全的路上行驶纵观古今中外有着各式各样的边坡稳定性分析技术方法人类用他的聪明才智在公路上挥洒着自己的才华在这些方法中每一种方法都有各自的优缺点和其使用条件以及范围至于在研究的时候究竟该选哪个来研

21、究就需要我们根据具体的工程路段结合相应的地理自然环境来选择更安全实用的22 边坡稳定性分析方法的种类根据长时间的研究总结边坡稳定性分析方法大致可分为确定性方法和不确定性方法4 细分的话有极限平衡分析法5极限分析法数值分析法这些方法统称为确定性方法相对应的不确定性方法则以随机概率分析法为代表下面是关于每种方法的概念适用范围运用条件优缺点的简单介绍com 极限平衡分析法这是比较传统的方法是根据安全系数的大小评价边坡的稳定性是被广泛应用于工程中的一种方法因为安全系数非常直观一目了然在实际解决问题中显得比较方便容易概念简单明了加之历史积累的经验和案例模型其计算所得的结果还是能达到相当高的精度所以一直沿

22、用至今成为最广泛使用的方法但是由于基础是刚塑性理论只着眼于瞬间的变形机制只是要满足平衡方程和mohr-coulomb准则却根本不考虑土体的变形过程导致在分析时忽略了重要的土体应力-应变关系理想化问题也就没法反应整个土体被破坏的过程这个准则的核心思想就是先假设后分析目前常用的极限平衡法有瑞典条分法bishop法janbu法spencer法sarma法morgenstern-price法和不平衡推力法等根据此方法我们可以可根据边坡破坏滑动面的形态来选择相应的极限平衡法来计算具体工程中土体在自身荷载作用下的边坡稳定性com 极限分析法此方法是结合了静力场和运动场相关理论再以极值原理为基础形成的分析稳

23、定性时基本假设是土体为刚塑性体不去关心变形全过程只要土体应力小于屈服应力时不产生变形同时又达到屈服应力这个时候不管应力变不变土体的变形都会一直持续下去从而令土坡失稳而发生破坏根据其分析问题的基本假定我们很容易可以知道此法优点是考虑了应力应变关系67析了极限荷载和土体自身承载力的关系给塑性极限分析开辟了一条新途径但其假设在实际情况中往往会有区别缺点就是没有考虑土体的变形过程而且计算方法明显比极限平衡法更复杂整体上没有极限分析法实用简单我国一些教授运用极限分析法取得了不错的成果如门玉明应用极限分析法原理推导了滑动面为折线形状土坡稳定性极限分析公式并采用屈服准则求出了滑动面为折线时的土坡稳定性分析公

24、式上限解这一公式在实际分析稳定性问题中十分有效准确李小强等依据平衡体系势能变化最小的原理求出滑面上的法向力分布用此分布可求出合理的安全系数当运用极限平衡理论无法很好地分析稳定性时极限分析法也许更能准确方便的分析问题com 数值分析法该方法是一种典型的数值计算方法有限元法边界元法离散元法快速拉格朗日分析法块体理论和数值流形法等都是常用的典型的数值分析方法它分析边坡问题的方法是单元离散依据土坡在失稳之前伴随的较大变形结合稳定与变形的整体思路去进行边坡稳定性的分析二维问题采用三节点三角形单元四节点四边形单元等三维情况主要运用四节点四面体单元六节点五面体单元八节点六面体单元等在单元体离散后将任一可能滑

25、动面分成若干微段根据其方位运用追踪法或位移法或强度比值法或平面应力投影法来求得相应微段的正应力和切向剪应力最后通过建立力矩平衡求解核心思想就是离散化com 随机概率分析法大约20世纪70年代的时候研究人员开始意识大量不确定性因素使得研究边坡问题会非常反锁而且特别复杂人们开始了研究新理论和方法的时期为解决边坡问题打开了一扇大门使得一些问题可能更好的解决随机概率分析法应运而生大致的研究问题思路是既然边坡稳定性分析是一些因素很难确定索性我就不确定把其看成一个随机量然后通过数学知识来进行研究很好地解决了实际研究中由于许多不确定因素导致稳定性分析很难进行的毛病其缺点是造成的精度一定程度减少尽管可以通过计

26、算技术的精度提高和岩石测试减少很难去处理精度要求很高规模更大的问题但这并不妨碍我们利用它的优势结合对岩体的复杂性和工程的复杂性的认识 开展对边坡工程的不确定性和非线性研究提高岩石测试目前各国主要使用的边坡稳定性随机概率分析法包括可靠性法和模糊分析方法随机概率分析法独辟蹊径很巧妙的利用了数学统计中随机概率的处理方法从另一个角度弥补了安全系数使用过程中所造成的的绝对化这样边坡的稳定性分析也就显得更加全面和准确23 边坡稳定性极限平衡分析法 极限平衡分析法8是目前边坡稳定性研究中最常用的方法在实际边坡问题中大多数都是可以通过该法来解决的com 瑞典条分法该方法称为费伦纽斯法基本方法是假定滑动面为圆弧

27、面这样就把问题转化成平面问题简化了分析计算过程如果一段边坡它的滑面可以简化成圆弧面的话该法便可以较好的处理这种方法虽然有它的优势可是土与土之间的作用力却没有得到分析一般求出的安全系数9低1020图21是该法的计算简图 a 滑动面上的力和力臂 b 土条上的力 图21 瑞典条分法计算简图取单位长度土坡按平面问题计算设可能的滑动面是一圆弧ad其圆心为o半径为r将滑动土体abcd分成许多竖向土条土条宽度一般可取b 01r作用在土条i上的作用力有土条的自重wi其大小作用点位置及方向均已知滑动面ef上的法向反力ni及切向反力ti假定niti作用在滑动面ef的中点土条两侧的法向力eiei1及竖向剪切力xix

28、i1其中ei和xi可由前一个土条的平衡条件求得假设ei和xi的合力等于ei1和xi1的合力同时它们的作用线重合因此土条两侧的作用力相互抵消这时土条i仅有作用力wini及ti根据平衡条件可得 21 22 滑动面ef上土的抗剪强度为 23 土条i滑动面的法线 亦即圆弧半径 与竖直线的夹角 土条i滑动面ef的弧长 滑动面上土的粘聚力及内摩擦角土条i上的作用力对圆心o产生的滑动力矩ms及稳定力矩mr分别为 24 整个土坡相应于滑动面ad的稳定性系数为 25 com bishop法瑞典条分法作为条分法中的最简单形式在工程中得到了广泛运用但实践表明该方法计算出的安全系数偏低对此许多学者致力于条分法的改进毕

29、肖普对安全系数做出了普遍定义把其定义为各分条滑动面抗剪强度之和f与实际产生的剪应力之和之比 26 使用范围更为广泛安全系数物理意义的更加明确以后各种假定的分析工作便有了更好的保障该法假整个滑动面个点的安全系数都一样如图22所示设可能的滑动圆弧为ac圆心为o半径为r将滑动土体分成若干土条取其中的任何一条 第i条 分析土条圆弧弧长为li土条上的作用力如瑞典条分法其中孔隙水压力uili a 滑动面上的力和力臂 b 土条上的力图22 bishop法计算简图对竖向用力的平衡得 27 当土体尚未破坏时土条滑动面上的抗剪强度只发挥了一部分若以有效应力表示由mohr-coulomb准则得土条滑动面上的抗剪力为

30、 28 代入前面公式得 29 这里此时相邻土条之间侧壁作用力的力矩将相互抵消而各土条的ni及uili的作用线均通过圆心故有 210 计算得 211 这是安全系数普遍公式经bishop证明若忽略土条两侧的剪切力所产生的误差仅为1此式可改写成 212 需要注意的是该方法也需要迭代多次才可求得合理的安全系数com janbu法工程中有时会出现非圆弧滑动面的突破稳定分析这个时候若采用前述圆弧滑动面法的话就显得很不适应了这段主要介绍简布法在图23中假设滑动面上的切向力ti 等于滑动面上土所发挥的抗剪强度fi 即ti fili nitanicili fs 土条两侧法向力e 的作用点位置已知一般假定作用于土

31、条地面以上13高度处 a 滑体示意图 b 土条上的力图23 janbu法条分法的计算简图图23中hti为条间力作用点的位置ti为推力线与水平线的夹角需求的未知量有土条底部法向反力ni n个 法向条间力之差ei n个 切向条间力xi n-1个 及安全系数fs这样需要建立3n个平衡方程求解土条竖向力的平衡则或者 213 再取水平向力的平衡有 214 由图23可以看出土条条块侧面的法向力e显然有 215 对土条中点取力矩平衡并略去高价微量则或者 216 再由整个土坡可得 217 根据安全系数的定义和摩尔-库伦破坏准则 218 联合求解式 213 及式 218 得 219 式中将式 219 代入式 2

32、17 得 220 显见janbu法中边坡稳定安全系数的求解仍需采用迭代法可按以下步骤进行1先设 相当于简化的毕肖普总应力法 并假设fs 1算出代入式 220 求得fs若计算fs值与假定值相差较大则由新的fs值再求和fs反复逼近至满足精度要求求出fs的第一次近似值2将和fs的第一次近似值代入由式 219 求出相应的再由式 214 求相应的3用式 215 分别求条块间的法向力4将和代入式 216 求得及5用新求的多次计算得到近似值目前在国内外应用较广但也必须注意在某些情况下其计算结果又可能不收敛实际情况中安全系数是在计算很多滑动面的情况下得到的最后进行比较找出最危险的滑动面其安全系数才是真正的安全

33、系数工作量相当浩繁一般要编成程序在计算机上计算com 郎畏勒法对于任意形状的滑动面如图24所示在这个滑动面上各点的曲率半径不同郎畏勒法根据毕肖普 bishop 法的原理推导出了适用于任意形状滑动面的边坡稳定性安全系数计算公式 a 滑动面上的力和力臂 b 条块上的作用力图24 郎畏勒法计算简图郎畏勒法假定一个任意指定的极点o滑动面上各作用力绕点o的抵抗力矩应当等于滑动体自重wi和各土条上外荷载pi引起的滑动力矩即 221 式中xiyiau分别为土条wipi及静水压力对的极点o力臂wi水位线以下的条块取浮重水位以上取土的天然重量又由mohr-coulomb准则可得 222 将式 222 代入式 2

34、21 得 223 取土条竖向力的平衡有 224 式中w为水的重度 为土条滑弧底面有效法向力从式 224 可得到条块滑弧底面有效法向力 225 式中将式 225 代入式 223 可得 226 式中如果是圆弧滑动面的话就变成了bishop法考虑滑动土体的整体平衡有 227 由平行于土条底面的斜面力的平衡有 228 从而 229 联立式 222 式 223 和式 226 可得 230 式中将式 230 和式 229 代入式 227 可得 231 如同毕肖普方法一样实践表明如令xixi1 0计算误差不大而计算方法大为简化从而由 226 可得 232 com spencer法斯宾塞 spencer196

35、7 法是espencer提出的一种极限平衡分析法计算简图示于图25假定任意滑动面且ei与 xi之间有一个固定的常数关系即各条间的合力方向相互平行从而减少了n-1个未知量 233 由方向力的平衡得 234 235 a 条块上的作用力 b 求解简图图25 spencer法分条上的作用力 236 上列各式整理后有 237 其中其次对整个滑动土体来说为了保持整个滑动土体的平衡必有力的平衡方程即 238 239 对整体使用力矩平衡得 240 上面的公式得另一种表达方法 241 将式 237 分别代入式 239 和 241 可得 242 243 求解两个未知数fs和详细的求解方法流程任选滑动面划分土条量得

36、各土条的高hi及条底倾角i选若干由式 242 和式 243 分别求出fsf 满足力平衡方程的fs 和fsm 满足力矩平衡方程的fs 如图25所示图上共同的交点就为两式均满足的fs和再以此fs和代入式 237 可从上往下逐条求出条间力的合力方向力剪切力然后根据分界面上土的抗剪强度指标求出抗剪安全系数fv和条间力作用点的位置 可对条底中点求矩而得 作为检验重新假定滑动面重复上述步骤从中求得fs mincom 其他方法com1 morgenstern-price法morgenstern-price法其实就是对所有形态的力矩平衡条件的微分方程是国际公认的最严密的边坡稳定性分析方法虽获得了数学形式上的严

37、格但计算起来很不方便一些学者对其进行了改进基本假定继续保留产生了更简单快捷的的非微分形式的morgenstern-price法com2 sarma法sarma法取用了一个在每土条的重心作用的水平地震惯性力系数k来判断边坡稳定性的安全系数com3 不平衡推力法不平衡推力法又称为剩余推力法或传递系数法是我国工程技术人员创造的一种实用滑坡稳定分析方法该法适用于计算折线形滑面及当遇到有软弱夹层问题时如在半填半挖路基中填方部分一般顺山势填筑山坡面即为交接面山坡剖面通常为折线形24 极限平衡理论边坡稳定性分析方法的比较基于极限平衡理论基础上的边坡稳定性分析方法从起初应用的简化方法到后来发展起来的通用方法历

38、经数十年经过众多专家学者的努力理论已比较完善各种分析方法根据条间力作用点和作用方向的不同假定得到相应的安全系数表达式大量的工程应用表明即使对同一具体工程边坡来说按不同方法和同一方法中函数的不同情况下进行计算比较分析发现 1 当遇到软弱夹层问题或折线形滑面时相关规范都推荐使用不平衡推力法它借助于滑坡构造特征分析稳定性及剩余推力计算可以获得任意形状滑动面在复杂荷载作用下的滑坡推力且计算简洁 2 对于复合破坏滑面的滑坡可以选择morgenstern-price法该法满足力和力矩平衡适用于任意形状滑动面计算结果已经很精确可以做为其他方法参照对比的依据25本章小结本章主要介绍了边坡稳定性分析方法的种类然

39、后详细的介绍了极限平衡理论边坡稳定性分析中各种方法的计算公式和计算步骤以及它们各自的特点和适应范围上述基于极限平衡理论基础上的条分法都属于确定性方法以安全系数fs来评价边坡的稳定性具有简单明了的优点 第三章 边坡治理技术31治理技术com网技术 喷锚网支护是靠锚杆钢筋网和混凝土层共同工作来提高边坡岩土的结构强度和抗变形刚度减小岩 土 体侧向变形增强边坡的整体稳定性主要适用于岩性较差强度较低易于风化的岩石边坡或虽为坚硬岩层但风化严重节理发育易受自然力影响导致大面积碎落以及局部小型崩塌落石的岩质边坡或岩质边坡因爆破施工造成大量超爆破坏范围深入边坡内部路堑边坡岩石破碎松散极易发生落石崩塌的边坡防护1

40、015com锚索随着我国岩土工程的飞速发展预应力锚固技术得到越来越广泛的应用预应力锚索加固岩体边坡的优越性在于能为节理岩体边坡断层软弱带等提供一种强有力的主动支护手段是所有传统非预应力的被动支护所无法达到的由于其预应力吨位大 301500t 长度大 580m 具有其它锚固手段不可能具备的优点尽管预应力锚固经验日益成熟但对预应力锚索的作用机理的研究却仍处于探索阶段由于预应力锚索的施工工艺复杂张拉力吨位几何尺度材料类型的性质均变化很大使得室内模型试验的各种应力比尺几何比尺荷载比尺材料力学性质比尺等难于统一相容且成本昂贵而工况极少室内拉拔试验受边界条件张拉力强度等限制也只能给出一些粗略的定性的结论现

41、场试验耗费巨资且受地形地质施工条件限制分析试验结果不具代表性很难推广到其它工程 com在边坡稳定性条件较差的情况下当土坡失衡滑坡问题较为严重采用排水削坡等被救措施不能完全治理且相关条件合适时采用抗滑桩治理边坡往往具有施工简单速度快工程量小投资省等优点同时抗滑桩可以和其他边坡治理措施灵活地配合作用在工程实际中已经得到了广泛应用com护 土钉支护是将较密排列的插筋锚体置于原位土体中通过插筋锚体与土体和喷射混凝土面层共同作用形成一个原位复合的重力式结构的加强复合体以达到稳定的常用的沟槽边坡支挡结构是靠支挡结构自身的强度和刚度承受其后的侧向土压力防止土体整体稳定性破坏属于常规被动制约机制而土钉则是在土

42、体内增设一定长度与密度的锚固体与土体牢固结合形成一个比原状土的强度和刚度大幅度增长的复合体以达到稳定属于主动制约机制的支挡体系土钉锚杆在复合体中的作用约束作用分担作用应力传递和扩展作用坡面变形的约束作用comsns柔性防护施工技术 sns safetvnettingsystem 系统1995年由瑞士引入我国目前已成功应用于水电铁路矿山等领域的边坡安全防护中sns主动防护系统主要由锚杆支撑绳钢绳网格栅网组成通过固定在锚杆或支撑绳上施以一定预紧力的钢丝绳网和格栅网对整个边坡形成连续支撑其预紧力作用使系统紧贴坡面并形成阻止局部岩土体移动或在发生较小移动后将其裹缚于原位附近从而实现其主动防护功能该系统

43、的显著特点是对坡面形态无特殊要求不破坏或改变原来的地貌形态和植被生长条件广泛用于非开挖自然边坡对破碎坡体浅表层防护效果良好com 注浆法是利用钻机将带有喷嘴的注浆管钻进滑体内预定位置后以高压将浆液压入滑体内或从喷嘴喷射出来冲击破坏土体浆液凝固后便在土中或破碎带中形成个固结体它不仅具有加固质量好可靠性高止水防渗防止砂土液化降低土中含水量和减少支挡结构上的滑体压力的特点而且还具有不影响临近建筑物不对周围环境产生危害不影响滑体上的建筑物和道路交通等特点com 挡土墙适用于滑体松散的浅层滑坡要求有足够的施工场地和材料供应坡顶无重要建构筑物其优点是可以就地取材施工方便有一定的抗滑力缺点是本身重量大对下部

44、边坡的稳定不利施工工作量较大在滑体的下部修建挡墙以增大滑体的抗滑力com凝土 对软弱岩体或高度破碎的裂隙岩体进行表面支护可单独使用也可与锚杆索配合使用缺点是喷层外表不佳及时封闭边坡表层的岩石免受风化潮解和剥落并可加固岩石提高强度com结排水固结主要用于表层及地下水较多处的边坡加固有截水沟地下水管等方式工艺简睢耗用材料少但遇到有滑层的地方需配设支档构造物才能达到满意的效果com防护技术利用植被稳定边坡改善生态环境称为边坡生态防护随着边坡项目在设计中不断探索不断改进已经开发了多种既能起到良好的边坡防护作用又能改善工程环境体现自然环境美的边坡植物防护新技术这些技术能与传统的坡面工程防护措施共同形成边

45、坡工程植物防护体系以坡面长期稳定为目的尽量避免自然生态破坏消减环境污染补偿自然资源损失在涵养水源减少水土流失的同时还可以有效地净化空气保护生态美化环境是工程施工给环境造成的影响达到环境损失最小费用最少生态功能最佳的效果32道路边坡的常见病害路基边坡的塌方是山区常见的路基边坡病害根据其形成的条件和原因一般可分为剥落碎落滑坍崩塌和冲刷浪窝等形式com指边坡表土层或风化岩表面在湿热的作用下表面发生涨缩象从而引起零碎薄层从边坡上脱落下来防治方法搞好排水不使地面或地下水浸蚀路基边坡加固边坡如种草铺草皮或植树对于风化的软质岩层可采取tbs绿化防护或修建干砌浆砌片石护面墙整修边坡及时清除可能滑坍的土石方co

46、m岩石碎块的一种剥落现象其范围较剥落严重产生原因路堑边坡较陡小于11岩石破碎和风化严重在震动及水的浸蚀和冲刷下块状碎屑沿坡面向下滚动防止措施搞好排水不使地面或地下水浸蚀路基边坡加固边坡如种草铺草皮或植树对于风化的软质岩层可采取tbs绿化防护或修建干砌浆砌片石护面墙整修边坡及时清除可能滑坍的土石方com 滑坡指路基边坡土体或岩石沿着一定的滑动面向下滑动的现象产生边较高一般大于1020米填土不密实缺少应有的支撑和加固岩层倾向公路路基外岩层倾角在5070之间岩石风化严重防治措施 好排水不使地面或地下水浸蚀路基边坡对可能滑坍的土石方应及时挖除在坡脚修建挡土墙对滑坡体起到支撑作用一般应修在边坡以外com

47、指路基边坡上的土体或岩层在自重作用下塌落下滚的现象产生的主要原因山坡岩层软硬交错风化程度不同边坡较陡较高边坡下部或坡脚被掏空或挖空使上部土石失去支撑大爆破震松了岩层边坡上部流水的浸入使边坡土体失去平衡防治方法搞好排水不使地面或地下水浸蚀路基边坡加固边坡如种草铺草皮或植树对于风化的软质岩层可采取tbs绿化防护或修建干砌浆砌片石护面墙整修边坡及时清除可能滑坍的土石方com刷浪窝 1质量问题及现象雨后路基边坡冲刷严重甚至形成浪窝影响荷载的传递和公路安全运营2原因分析过早削坡而边坡防护工程未能及时赶上未设临时急流槽和拦水埂每次雨水冲刷后未能及时修补边坡边坡没有植被防护路基亏坡整修时采用贴补法致使边坡不

48、密实两层皮整体性差排水沟边缘距路基坡脚太近路基施工没按超宽填筑超宽压实的要求做致使亏坡3预防措施削坡后边坡防护工程应及时跟上应设临时急流槽和拦水埂雨水冲刷后应及时修补路边坡路基施工应超宽填筑超宽碾压一般较设计宽度每侧富裕不少于30cm以确保边坡密实路基亏坡整修时开蹬分层填筑压实严禁贴补确保路基整体性和边坡实排水沟边缘距路基坡脚不少于2m种植灌木草皮强化边坡植被防护33锚索锚杆质量通病及治理措施锚索锚杆材料质量偏差及制作质量偏差锚索编束前要确保每根钢绞线顺直不扭不叉排列均匀对有死弯机械损伤应剔除要对每孔锚索锚杆编号并标明锚索锚杆总长自由段和锚固段的长度定位环隔离架位置设置准确锚固段与非锚固段处置

49、合理孔位不精确导致框架地梁节点设置不准确框架地梁节点是受压构件它把锚具的集中荷载均匀地传到地基的土层或岩层面孔口岩面与锚索锚杆轴线不垂直故有调整岩面受力方向的作用若设置不准确将致使以后张拉受力不均变形过大甚至使锚头遭受破坏因此钻孔时一定要注意角度防止在施工中发生偏斜并防止串孔现象孔内注浆浆液水灰比注浆压力注浆方式不规范注浆采用孔底到孔口反向注浆至浆液从孔口溢出浆液凝固收缩后再进行补灌通过锚索孔的高压注浆浆液能充填坡体内的裂隙和空隙提高了坡体内破碎岩体的强度增强了坡体土体的稳定性对张拉段来说不参加锚固作用注浆的目的是为了防止锚索生锈为了防止张拉段漏浆可以在下锚索的同时将张拉段包上土工布下入孔内可

50、以有效地防止漏浆有时锚固段也会出现注浆不充分而使锚索在张拉时达不到规范要求其原因主要是因为注浆泵的压力不够或是下索以后孔内排气不通畅使得注入的水泥浆流动性变差由于锚索体注浆压力达不到要求注浆不饱满导致地下水进入引起预应力锚索的绣蚀而导致有效受力面积减小从而使钢绞线应力过高而破坏所以一定要加强设备的保养张拉前期准备不充分施工人员对张拉程序不清楚张拉时须使锚索锚杆与锚头接触紧密且按一定的程序次序依次张拉否则易引起变形达不到张拉效果或应力损失过快过大张拉效果与稳压时间有一定关系但不成正比延长稳压时间只是加大保险系数让锚索体及锚固段周边各介质有更充分的变形时间在锚索张拉施工中经常遇见的问题有锚索索体整

51、体外移或单根钢绞线被拉出索体被拉段或断丝现象锚索索体整体外移包括两种情况一是锚索锚根段连同胶结体水泥浆体一起被拉出二是锚索体锚贯段从胶结体中拉出出现这种情况的原因是锚固段锚索体与胶结体胶结体与岩石之间接触面发生位移其外在表现有张拉时压力表打不起压力索体整体被拉出或单根钢绞线被拉出原因主要有岩石破碎裂隙发育水泥浆液没有或没有完全裹住索体或锚固段未完全深入新的灌浆管待水泥浆液凝固达到一定强度值时即可对其进行重新张拉封锚及对非锚固段的技术处理要求为防渗水漏水需对非锚固段进行二次补浆处理同时对锚头做好防腐防锈处理注浆封口后从锚具量起留30mm钢铰线其余部分截去在其外部覆盖厚度不小于50mm与锚梁同强度

52、等级的混凝土封头以防锈蚀破坏为保证整体美观性应采用相同的模具进行封头锚索的腐蚀作用分体外腐蚀和体内腐蚀体外防腐就是对锚头防腐在锚索张拉锁定切去多余钢绞线对孔口进行补浆后用砼封堵锚头体内防腐就是对自由段进行均匀涂抹黄油并外套pvc管而锚固段可缠绕细铁丝网这在注浆压力达到设计要求后可明显提高锚固段的防腐效果34本章小结本章主要对各种边坡治理技术做了详细了介绍分析了各种技术的原理和优缺点针对不同的边坡灾害都需要结合治理技术的特点合理地进行选择才能达到更好的治理效果最后我们针对实际情况中一些常见的边坡灾害和锚杆的病害治理做出了很详尽具体的解决方法这些方法被广泛用于边坡灾害的治理中实用有效的治理技术也正

53、是本章学习并掌握的重点第四章k425460550路堑工程地质概况41汉十高速公路工程概况汉十高速公路是指武汉市到十堰市之间的高速公路是武汉至银川高速公路的重要组成部分属于福银高速湖北段的一部分经武汉市孝感市随州市襄樊市及十堰市终点在十堰全长400公里其中襄十路段长156公里孝襄段长243公里它贯穿湖北省5个城市途径著名文化遗址曾候乙编钟所在地随州旅游圣地武当山和车城十堰是湖北省汽车工业和旅游经济走廊42汉十高速公路武当山至十堰段工程地质条件1617com貌路段范围属亚热带季风气候四季分明年平均气温158年平均降水量为825mm雨季为7-9月雨季降雨量占全年降雨量的75左右且降雨具连续集中强度大等特征较大的剑河为丹江水库汉江的二级支流大致由南向北注入丹江水库河流水量随季节变化明显具山区河水瀑涨瀑落特征路段范围内地貌属构造侵蚀剥丘陵区地势西南高东北低地面标高一般150-400m相对切割深度40-90m山顶一般呈浑圆状沟谷较开阔现代水文网系十分发达com质条件路段范围内地层属南秦岭大别山地层区十堰淮阳地层分区以白河石花街剪切带为界北部属两郧小区南部属武当山小区出露地层有中一晚元古代武当山岩群第二第三岩组其中第二岩组进一步可划分为上下两个岩段