地质工程分析课程设计-斜坡岩体

1、斜坡的变形破坏与路基边坡防护与设计关系一、斜坡体的概念与性质1 斜坡变形破坏的形成演化阶段斜坡在形成的过程中，由于应力状态的上述变化，斜坡岩土体将发生不同方式、不同规 模和不同程度的变形，并在一定条件下发展为破坏。斜坡破坏系指斜坡岩土体屮已经形成了 贯通性的破坏而时的变动。而在贯通性破坏面形成z前，斜坡岩土体的变形和局部破裂，称 为变形体。被贯通性破坏血分割的斜坡岩体，可以多种运动方式失稳破坏，如滑落、崩落等。 破坏后的滑落体（滑坡）或崩落体等被不同程度的解体，但在特定的自身或环境条件下，他 们还可以继续运动，烟花或转化成为其他运动方式，称为破坏后的继续运动。斜坡变形、斜 坡破坏和破坏后的继续

2、运动，分别代表了斜坡变形破坏的三个不同演化阶段。2. 斜坡变形的主要方式斜坡变形实际上在其形成过程中即已发生，表现为卸荷回弹和蠕变两种主要方式。（1）卸荷回弹是斜坡岩体内寄存的弹性应变能释放而产生的。在高地应力区的岩质斜坡中尤为明显。 成坡过程中斜坡岩体向临空方向回弹膨胀，使原有结构松弛；同时又可以在集屮应力和剩余 应力的作用下，产生系列心得表生结构面，或改造一些原有结构面。在此过程中当然也包括 含有蠕变，但是它是有岩体中积存的内能做功所造成的，所以一旦失去约束的那一部分的内 能释放完毕，这种变形即告结束，大多数在成坡以后较短的时期内完成。斜坡中经卸荷回弹 而松动，并含有与之有关的表生结构面的

3、那部分岩体，通常称为卸荷带。它的发育深度与组 成斜坡的岩性、岩体结构特征、天然应力状态、外形以及斜坡形成演化的历史等因素有关。 卸荷带相当于应力降低带，其后往往有一应力增高带（紧密挤压带）。一般情况下，卸荷带 越深，应力增高带也分布的越深。我国水电部门安卸荷裂缝发育程度将卸荷带划分为强、弱 两带。有的地区在正常卸荷带的紧密挤压带以内还可以保存河谷演化历史中形成的深卸荷 带。（2）斜坡蠕变是在坡体应力（以自应力为主）长期作用下发生的一种缓慢而持续的变形，这种变形包括某 些局部的破裂，并产生一些新的表生破裂面。坡体随蠕变的发展不断松弛。前述瓦伊昂滑坡 失事前三年的长期观测，已发现有蠕变迹象，随着蠕

4、变变形的发展，最后导致滑坡发生。蠕 变波及范围可以相当大，一些高山地区（如我国西南、西北地区，国外的阿尔卑斯山、喀尔 巴阡山。阿拉斯加山区等），发现有深达数百米的蠕变体。这些变形体往往是工程实践屮重 点研究和防治的对彖。二、斜坡体变形破坏防治原则斜坡稳定性的工程地质分析，一方面要对斜坡的稳定性做出评价和预测；另一方面要为设 计合理的人工边坡以及制定有效的整治措施提供依据。这两方面任务的实现，都必须阐明斜 坡是否具有产生危害性的变形与破坏的可能性，以及变形破坏的方式和规模。要设计一盒稳 定而乂经济合理的边坡，也应以边坡在营运期间不发生危害性变形和破坏为准则。所以边坡 的防治实质是斜坡变形破坏的防

5、治，防治原则应以防为主、及吋治理，冰应根据工程的重要 制定性质制定具体整治方案。1. 以防为主要防患于未然，包括以下内容：（1）建筑场地的正确选择与合理规划 建筑场地要避开或绕避那些稳定性极差，而治理难度高、耗资大的斜坡地段。例如有可能发 生或再次活动的大型滑坡区、崩塌区。对那些存在潜在威胁的斜坡地区，建立观测预警系统, 根据分析判断，及时采取疏散和避让绕避措施。（2）防止可能使斜坡稳定性不断下降的动力因素查清可能导致天然斜坡或人工边坡稳定性不断下降的因素，事前采取必要的措施消除或改变 这些因素，并力图便不利因素为有利因素。保持斜坡体的稳定性，甚至向提高稳定性的方向 发展。（3）防止坍塌滑坡灾

6、害链效应发生崩塌、滑坡在一定条件下发展为碎屑流、泥石流；一旦堵塞江、河，则形成堰塞湖、堰塞坝, 淹没上游村镇，溃决后造成洪水次生灾害，构成一系列地质灾害链。防止场地灾害链效应的 发生是场地建设规划与防护工程中的重要任务。2. 及时处理针对斜坡已经出现的变形破坏的具体状况，及时采取必要的增强稳定性的措施。当斜坡变 形迹彖已经十分明显或已经进入加速蠕变阶段时，仅采取改变或消除主导因素的措施已不足 以制止破坏发生，在这种情况下，必须及吋采取降低斜坡下滑力、增强斜坡抗滑能力的有效 措施，及时改善斜坡的稳定性。如一旦出现滑坡体堵江形成的灾害链威胁时，及时在垠塞坝 上开挖泄洪槽，防止和减轻溃决次生灾害至关

7、重要。3. 合理制定整治方案考虑工程的重要性是制定整治方案必须遵循的经济原则。对于那些威胁到重大永久性工程 安全性的斜坡变形和破坏，应采取较全面的、严密的整治措施，以保证斜坡具有较高的安全 系数。对于一般性工程或临时性工程，则可采収较简易的防治措施。防治工程要严格执行土 石方工程、建设工程的行业规范，以防止挖方（特别是深挖方）或填方（特别是高填方）边 坡发生滑坡。4. 生态环境的保护防治工程要与环境和谐相处，与生态环境的保护和综合治理结合起来。三、斜坡体变形对道路基边坡的影响1. 路基边坡的质量通病目前，路基边坡的质量通病，大多是边坡破坏和边坡坍塌。常见的主要表现为边坡坡面 及坡脚的冲刷。坡面

8、冲刷主要来自大气降水对边坡的直接冲刷和坡面径流的冲刷，使路基边坡沿坡面流 水方向形成冲沟，冲沟不断发展最终导致边坡破坏，进一步造成路面塌陷，直接影响了行车 的安全。沿河路堤及修筑在河滩上滞洪区内的路堤，还要受到洪水的威胁，这种威胁表现为 直接冲毁路堤坡脚，导致边坡破坏。边坡破坏还与路基填料的性质、路基高度、路基圧实度有关。一般来说，砂性土路基边 坡较黏性土边坡易于遭受冲刷而破坏；较高的路基边坡比较低的路基边坡更容易遭受坡面流 水冲刷；压实度较好的边坡比压实度差的边坡更耐冲刷。冲刷破坏一-般发生在较缓的土质边 坡上，如砂性土边坡、亚黏性土边坡、黄土边坡等。在日常大气降水和风化作用下，沿坡面径流方

9、向形成许多水冲沟，如平常不注意养护或养护 不到位，日积月累，会逐年扩大，加上冬季积雪，造成坡脚湿软，路基强度降低，上部土体 失去支撑，最终发生破坏。同吋，高速公路行驶的汽车溅起的雨雪水，也会冲刷坡脚。因此, 对土质路基來说，边坡坡脚是边坡的最薄弱环节，应加强养护。2. 路基边坡坍塌的类型路基边坡坍塌的类型，一般分为滑动型、落石型、流动型三类。这三类悄况可单独存在, 也可同时出现。（1）滑动型坍塌 在路基挖方段，尤其在深挖石质地段，由于岩层在外力的作用下剪断， 沿层间软石发生顺层滑动，造成坍塌。施工爆破开挖破坏了原來岩体的稳定性，当基岩上有 岩屑层、岩堆等松散堆积物时，堆积物也易沿岩层的层理面、

10、节理面或断面层发生坍塌。(2)落石型坍塌一般指较陡的岩石边坡，易产生落石的岩石必然是节理、层里、断层影 响下裂隙发育，被大小不一的裂血分割成软弱的短块。裂隙张开的程度，肉眼看不出来，在 平常的养护中，也很难发现。由于渗水，反复冻融，造成长时间的微小移动，裂缝逐渐扩大。 在夏季，雨水会经常充满裂缝，产生侧向静水压力作用，最终造成坍塌。一般裂隙发育岩体、 硬岩下卧软弱层，更易发生落石现象，此类破坏形式，对行车安全构成很大威胁，必须严格 控制。在日常养护屮，应加强巡视，尽早发现，提前处置。(3) 流动型坍塌 为砂、岩屑、页岩风化土等松散沉积土，由于大雨冲刷，产生流动，造 成坍塌。下雨造成的坍塌，多为

11、这类坍塌，在日常养护中很容易发现，应及时处置。3. 路基边坡防护与加固设计合理的路基设计，应在路基位置、横断面尺寸、岩土组成等方面进行综合考虑。为确保 路基的强度与稳左性，路基的防护也是不可缺少的工程技术措施。随着行车速度和公路等级 的提高，为确保高速行驶车辆的安全运行，减少公路灾害，降低养护费用，保持公路与自然 环境协调，路基防护更具有重要意义。工程实践充分证明，在高等级公路建设和使用屮，防 护工程对于保证公路使用品质、提高投资效益均具有特别重要的意义。路基边坡的防护与加固设施，主要有边坡坡而防护、沿河路堤河岸冲刷防护与加固、湿 软地基的加固处置。坡面防护主要是保护路基边坡表面免受雨水冲刷，

12、常用的坡面防护设施 有工程防护和植物防护两大类。路基坡面防护是防止土质或风化岩石路基边坡的冲刷或剥落 采収的措施，常采収抹面、喷浆、垢工铺砌等措施，以保护路基坡面。在路基坡面上种草植 灌木，也是常用的措施。坡面防护措施在设计时应根据路基坡面情况选用。在边坡防护设计中，既要做好坡面防护设计、排水防水设计，控制好水的问题，又要根 据地质条件、岩体性质、岩层状况、边坡高度，做好边坡坡面设计。坡面防护主要是保护路 基边坡表面免受降水、日照、气温、风力等的破坏，从而提高边坡的稳固性。因此，我国公 路网中的干、支线公路，非常重视坡面防护。坡面防护包括植物防护和工程防护，当路基土 石方施工时或完毕后，应及时

13、进行路基边坡防护。施工必须适时、稳定，防止雨水、气温、 风沙作用破坏边坡的坡面。冲刷主要表现为边坡坡面冲刷及坡脚冲刷。坡而冲刷主要来自大气降水对边坡的直接冲 刷和坡面径流的冲刷，使路基边坡沿坡面流水方向形成冲沟，冲沟不断发展最终会导致边坡 破坏，进一步造成路面塌陷，直接影响行车的安全。沿河路堤及修筑在河滩上滞洪区内的路 堤，还要受到洪水的威胁，这种威胁表现为直接冲毁路堤坡脚，导致边坡破坏。在过去，边坡工程设计的主要内容是确定边坡的开挖深度，给出稳定坡角，划定边坡的 开挖界线，边坡加固一般不作为边坡设计的内容，只有当边坡发生了变形破坏而危及人身安 全的吋候，才考虑边坡加固措施，进行加固设计。显然

14、，这是一种消极的边坡加固方法和被 动的边坡加固设计，虽然花费较多的加固费用，但从其效果来看往往事倍功半。目前边坡工 程己从单纯的被动防治转为主动加固，且边坡的加固已由单一的加固技术措施发展到综合治 理。这就产生了一种新的边坡加固及加固设计的概念，使边坡加固的目的不仅是当边坡发生 变形破坏后的防治手段，更重要的是能主动地提高稳定的边坡角而乂保证其安全，以获得更 大的技术经济效应。在这种情况下，边坡加固便成了边坡设计的一个重要内容。边坡加固的基本原则是以防为主，防、治结合。以防为主就是要尽量做到防患于未然， 它包括两方面主要内容：其一是要正确地选择建筑物场地，合理地制定人工边坡的布置和开 挖方案；

15、其二是查清可能导致天然斜坡或人工边坡稳定性下降的因素，事前采取必要措施消 除或改变这些因素，并力图变不利因素为有利因素，以保持斜坡的稳定性，甚至向提高稳定 性的方向发展。防、治结合，就是要在防的情况下考虑治理加固措施。四、防治边基斜坡体变形的主要方法路基边坡的坡血防护设计，主要是保护路基边坡免受雨水冲刷，减缓温差及湿度变化的影 响，防止和延缓软弱岩土表血的风化、碎裂、剥蚀演变的进程，从而保护路基边坡的整体稳 定性，在一定程度上还可兼顾路基美化和协调自然环境。路基坡面防护设施，不承受外力作 用，必须要求坡面岩土整体稳定牢固。根据我国路基坡面防护工程实践，简易防护的边坡高度与坡度不宜过大，土质边坡

16、坡度 一般不得陡于（1： 1）（1： 1. 5）,地面水的径流速度以不超过2. om/s为宜，水也不宜集 中汇流。当雨水集中或汇水面积较大时，应有排水设施相配合，如在挖方边坡的顶部设截水 沟，高填方的路肩边缘设拦水换等。常用的坡面防护设施有植物防护和工程防护。植物防护可视为“生命”防护，工程防护 属于无机物防护。“生命”防护以土质边坡为主，无机物防护以石质路堑边坡为主。在一定 程度上，“生命”防护在边坡稳定和改善路容方面，优于无机物防护。1.路基边坡植物防护常用的坡面植物防护，主要是指利用种草、铺草皮和植树等措施，对公路路基坡面进行 防护。植物防护是冃前捉倡的绿色防护，不仅可以美化路容、协调环

17、境、调节边坡土的湿温 状况，而且还可以起到固结和稳定边坡的作用。它对于坡高不大、边坡比较平缓的土质坡而, 是一种简易有效的防护设施。除可利用种草、铺草皮和植树等外，也可釆用拉伸网草皮、固 草种布或网格固定撒播。拉伸网草皮是在土工网或土工垫等土工合成材料上铺设35cm的种植土层，经过撒种、 养护后形成的人工草皮。固定草种布（也可称植生带）是在土工织物纺织时将草种固定于土工 织物中，然后到现场铺筑以促使草皮生长的一种土工合成材料草皮制品。网格固定撒播是先 将土工网固定于需防护的边坡上，然后撒播草种形成草皮的一种边坡防护方法。种草，适用于边坡坡度不陡于1： 1, 土质适宜种植草，不浸水或短期浸水但地

18、面径流速 度不超过0. 6m/s的边坡。草的品种，应适应当地自然条件，最好是根系发达、中茎低矮、 多年生长、几种草籽混种。不宜种草的坡面，可以铺5locm厚的种植土层，土层与原坡 而结合稳固。当坡而冲刷比较严重，边坡较陡，径流速度大于0. 6m/s,容许最大径流速度为1. 8m /s时，应根据具体条件（坡度与流速等），分别采用平铺（平行于坡面）水平叠置草皮、垂直坡 面或与坡面成一半坡角的倾斜叠置草皮，还可釆用片石铺砌成方格或拱式边框，方格或框内 再铺草皮，如图31所示。铺草皮需预先备料，草皮可就近培育，如果采用远距离采购方式，培育地的气候应尽量 与工程所在地相近。将草皮切成整齐块状，然后移铺在

19、坡面上。铺时应自下而上，并用竹木 小桩将草皮钉在坡面上，使之铺设稳固。草皮根部土应随草切割，坡面要预先整平，必要时 还应加铺种植土，草皮应随挖随铺，注意相互贴紧。铺完后应及时喷洒浇水，以便使草皮尽 快确保草皮的成活率。植树主要用在堤岸边的河滩上，用来降低流速，促使泥沙淤积，防止水直接冲刷路堤。 多排林堤岸与水流方向斜交，还可起改变水流方向的作用。沙漠与雪害地区，防护林带还起 阻沙防雪作用。树木的品种与种植位置及宽度，应根据防护要求、流水速度等因素，参见有 关设计手册，结合当地经验而定，城市或风景区的植物防护，应与有关部门协调配合。2.路基边坡工程防护路基边坡的工程防护又称矿料防护，主要包括框格

20、防护、封面、护面墙、干砌片石护坡、 浆砌预制块护坡、锚杆铁丝网喷浆、喷射混凝土护坡等。25（b）平曲制面(c)斛交(f)wmxm 3-1戲皮防护示惫（单位，cm） 框格防护适用于土质或坡面防护。目的是防止地表水流的冲刷，坡面岩土的风化剥落以及 与环境相协调，近年来，随着对环境保护的重视，高等级公路边坡较高时，采用砌石框种草 防护，边坡种草防护类型的选择很重要，现大多采用草坪植生带。（町平铺平面（c）水平叠铺（b）平铺刮面圆（d）垂直叠铺（e）斜交叠铺网格式图3-1草皮防护示意（单位：cm）拌和裹于土工物内，当草籽发芽长成草起到固土作用后, 无纺布纤维白然腐烂，不会污染环境，效果很好。风化岩石边坡进行框格防护可采用混凝土、浆砌片（块）石、卵（砾）石等作骨架，框架内 宜采用植物防护或其他辅助防护