科研项目申请表-山区高速公路高边坡滑坡预测与处治技术研究

1、浙江省交通建设行业协会科研项目申请表项目名称：山区高速公路高边坡滑坡预测与处治技术研究第一承担单位：浙江省大成建设集团有限公司（盖章）合作单位：项目负责人：吕锡岭申请日期：2013年8月10日     浙 江 省 交 通 建 设 行 业 协 会二一年制 一、项目概况项目名称山区高速公路高边坡滑坡预测与处治技术研究研究内容提 要滑坡是山区高速公路建设的难题之一，不仅影响工程建设的投资与工期，而且可能危及人民的生命财产安全。项目研究将通过工程调研、理论分析、试验研究和数值模拟，对山区高速公路滑坡时空预测方法和处治技术的优选优化进行系统地研

2、究。主要研究内容为：1、通过文献调和工程勘察对高速公路滑坡的机理、特征、预测方法与处治技术进行系统的研究分类；2、结合文献调研与现场勘察试验成果，选取典型工点，开展室内外试验，测试、收集边坡岩土体力学参数和变形数据，为滑坡机理和预测理论分析提供参数；3、通过数值分析，研究边坡失稳过程中的应力应变发展规律，采用不同的处治方法进行加固，并优化加固参数，提出有效的处治方法。4、基于多种非线性预测与优化理论，建立山区高速公路滑坡时空预测方法，提出不同处治技术的优化方法。成果形式研究报告、论文预期成果技术水平国内先进起止年月2013.102015.12项目经费（万元）总 投 资自筹经费8080第一承担单

3、 位单位名称浙江省大成建设集团有限公司详细地址浙江省杭州市文三路20#建工大厦18楼联 系 人吕锡岭联系电政编码313000电子信箱3202398合作单位备 注 二、项目组项目负责人姓 名吕锡岭性别男出生年月1965年2月工作单位浙江省大成建设集团有限公司通讯地址浙江省杭州市文三路20#建工大厦18楼邮政编码310012联系电子信箱3202398文化程度大学毕业学校北方交通大学毕业时间1989年7月专业铁道工程专业职务职称高级工程师项目组成员姓 名职务职称专 业工 作 单 位在本项目中的分工于航波高级工程师土木工程浙江省大成建设集团

4、有限公司副组长万军伟工程师道路与桥梁浙江省大成建设集团有限公司副组长朱磊工程师道路与桥梁浙江省大成建设集团有限公司分析与计算沈炜工程师道路与桥梁浙江省大成建设集团有限公司现场监测高翔工程师道路与桥梁浙江省大成建设集团有限公司现场监测李云强工程师公路与桥梁浙江省大成建设集团有限公司实验潘志云工程师道路与桥梁浙江省大成建设集团有限公司测量朱光华工程师道路与桥梁浙江省大成建设集团有限公司测量纪均安高级工程师道路与桥梁浙江省大成建设集团有限公司分析与计算王秀创工程师道路与桥梁浙江省大成建设集团有限公司实验 三、审查意见单位推荐意见：    （盖章）年

5、月 日浙江省交通建设行业协会审批意见： （盖章）年 月 日 浙江省交通建设行业协会科研项目研究大纲项目名称：山区高速公路高边坡滑坡预测与处治技术研究 编制单位： 浙江省大成建设集团有限公司 （公章）编报日期： 2013 年 8 月 10 日一、项目概要随着我国公路建设的发展和路网的完善，修建在山区的高速公路越来越多。山区一般地形起伏大，沟谷纵横，地质条件复杂，灾害多发。道路修建时不可避免地要对沿线坡体进行挖方与填方，这将破坏了坡体的自然平衡条件，从而引起边坡失稳，导致滑坡发生。统计表明，公路滑坡所造成的直接经济损失约占突发性地质灾害所造成经济损失的80%。滑坡灾害不仅治理费

6、用大，造成工程工期延后，而且还可能威胁人民的生命财产安全。边坡的变形与破坏是岩土力学的应用性研究课题之一。国内铁路、矿山、水电等行业对边坡的稳定性和治理开展大量而有成效的研究。但由于边坡岩土体是经过多次地质作用、经受变形和破坏后形成的性能复杂的地质体，同时边坡工程又具有开放性，影响边坡变形与破坏的因素非常多，高速公路工程又有自身的特点，现有研究远没能有效解决边坡工程的潜在危害性。特别是随着我国高速公路建设的重点向西部推进，边坡工程已成为制约山区高速公路选线、施工进度、投资和安全运行的关键，所以必须加强山区高速公路路堤、路堑边坡稳定性和处治技术的研究，保证边坡的变形稳定。二、项目前期研究及工作基

7、础（包括国内外同类技术研究现状分析及评价）（一）边坡稳定性的研究现状19世纪末20世纪初期，欧美国家工业化导致的大规模土木工程建设诱发了大量滑坡和崩塌，造成了很大的损失，使人们开始重视边坡失稳对人类带来的威胁，并开始借用一般材料分析中的工程力学理论对滑坡进行半经验、半理论的研究。早期对边坡稳定性的研究主要是借用土力学中极限平衡的概念，由静力平衡条件计算边坡极限状态下的稳定性；也有一些工程技术人员从边坡所处的地质条件、影响因素和失稳现象上进行对比分析。这一时期人们对边坡稳定性计算只考虑土体的内摩擦角，并假定滑动面为平面，采用的是库仑土压力和朗肯土压力的计算方法。1916年彼德森氏提出了圆弧面分析

8、法，该法只考虑土的内摩擦力而不考虑土体内部土条间的相互作用力。后经Fellenius修改成为著名的瑞典条分法，成为岩土工程界的一个里程碑。不少学者对瑞典圆弧法也进行了改进研究：一方面探索最危险滑弧的位置，另一方面研究滑裂面的形状。20世纪60年代后，世界上几起灾难性的边坡失稳事件的发生（如意大利的瓦依昂水库滑坡）使人们逐渐认识到了结构面对边坡稳定性的控制作用以及边坡失稳的时效特征（L. Muler, 1963, 1965），初步形成了岩体结构的观点（谷德振、孙玉科等，1965），并在应用赤平极射投影的基础上，提出了实体比例投影方法，用以进行边坡块体破坏的计算，定性判断边坡的稳定性。同时，我国学

9、者结合露天矿边坡稳定性研究，进行了比较系统的岩体力学性质的试验研究，包括大型现场试验及室内岩块试验，常规力学试验及流变力学试验，岩块力学试验及结构面力学试验，动力学试验及静力学试验等，推动了岩质边坡稳定性研究的发展。20世纪70年代，边坡研究者认识到研究边坡的稳定性必须重视其变形破坏过程，王兰生、张倬元等提出了累进性破坏的观点，同时王兰生、张倬元等通过现场调研深入研究了岩质高陡边坡变形破坏演化机制的一般规律，提出岩质高陡边坡变形的模式主要有蠕滑拉裂、滑移压致拉裂、滑移拉裂、弯曲拉裂、塑流拉裂和滑移弯曲，同时认为岩质高陡边坡失稳的基本方式是崩落(塌)、滑落(坡)、(侧向)扩离。其他学者在对金川露

10、天矿边坡进行了长期、全面、系统的研究过程中，将工程地质学与岩体力学密切结合，强调地质是基础及地质构造的控制作用，初步形成了岩体结构控制论的观点。20世纪90年代以来，随人类工程活动的深入，人工边坡的规模和高度不断增大，稳定问题越来越突出。我国小浪底、三峡、二滩、溪洛渡和锦屏等重大水电工程的建设或论证遇到了前所未有的高边坡稳定性问题，人们对工程边坡的勘察、设计、评价、监测和加固也越来越重视，相继对一些重大项目进行资金资助或进行专题研究。边坡工作者通过大量的调查、观察和研究，对边坡变形破坏的地质力学模式进行了深化、补充和完善；探讨了己有地质力学模式量化评价的方法；推动了边坡变形破坏机制分析在边坡稳

11、定性评价、预测预报以及治理措施中的应用。王兰生等提出了边坡变形的旋转滑移拉裂模式(1992) ，孙广忠将边坡的变形破坏形式分为：楔形体滑坡、圆弧滑面滑坡、顺层面滑动滑坡、倾倒变形边坡、溃屈破坏边坡、复合型滑面滑坡、岩质高陡边坡开裂变形体、堆积层滑坡、崩塌碎屑流滑坡(1993)。同时，非线性科学理论、非连续介质理论、可靠性分析理论、模糊数学、块体理论、灰色系统理论、神经网络理论、分形理论、突变理论、自组织理论以及各种复杂的数值计算方法广泛地应用于边坡研究中。边坡稳定性研究步入了定性与定量相结合、概念模型与仿真模拟相结合、监测与反馈分析相结合的新阶段，并取得了大量有意义。目前边坡稳定分析方法主要有

12、定性分析、定量分析和其他不确定方法。定性分析方法有：自然（成因）历史分析法、工程类比法、边坡工程数据库和专家系统稳定分析法、图解法、SMR法。定量分析有：极限平衡分析法及数值分析法。数值分析方法包括有限元法（FEM）、离散单元法（DEM）、边界元法（BEM）、连续介质快速拉格朗日法（FLAC）、块体系统不连续变形分析方法(简称DDA法)、运动单元法。其它方法包括：边坡稳定可靠性分析方法、随机过程方法、模糊数学方法、灰色系统预测分析方法、人工智能和人工神经网络方法。（二）边坡滑坡预测的研究现状滑坡预测研究始于20世纪60年代,经过50多年的研究与工程实践取得了丰硕的成果。总的而言，滑坡预测包括相

13、辅相又相互独立的两个方面：滑坡空间预测与滑坡时间预测。滑坡的空间预测是指在自然地质环境的区域稳定性评价的基础上,对滑坡可能发生的位置、活动强度和危害范围所作出的预测。国内外滑坡空间预测研究早期都侧重于空间危险性的预测分区和分析评价。分区方法研究整体上可归类为两种：一是以滑坡灾害分布图和各因素图的叠加，定量、半定量化确定滑坡灾害敏感性指标，然后对各敏感性指标进行叠加计算与分析。二是通过滑坡灾害影响因素与滑坡灾害关系的理论分析，采用打分或评级的方法赋予各因素以权重系数，再对各权重系数进行相关数学运算，从而得到滑坡灾害危险性区划的定量依据。空间区域预测的研究成果对国土规划、区域防灾减灾方面作出了重要

14、贡献，但在单体滑坡的预防方面明显不足，因此很多学者已着手单体滑坡的空间预测研究。1981年日本学者协森·宽等人先后提出了滑坡空间预报公式，1985年SASSA Kyoji利用环剪实验得到参数，采用功能守恒理论预测滑距64，在滑坡空间预报的实际应用中取得了成功。我国的潘家铮、方玉树等也提出了相应的滑速、滑距计算公式和方法，王家鼎（2004）对滑坡体滑动轨迹进行了研究。这些滑坡空间预测方法无论是地貌预测公式法，还是数理统计公式，都属于因素组合分析，考虑滑坡的不同因素，赋以不同的权值后获得，往往误差较大。近年来，随着计算机技术的发展，数值计算用于滑坡预测的研究工作也迅速开展。主要包括两方面

15、：一是滑坡过程和诱发机理研究的数值分析；二是滑坡过程的仿真分析和数值模拟。滑坡运动过程是地质体从形变演化发展到破坏以至运动，是一个复杂的动态力学过程，是一个变形量从量变的累积到质变的发生过程。滑坡预测的数值计算有效的拓宽研究人员的广度和深度。滑坡的时间预测研究是对滑坡发生剧滑的时间做出预测预报，以便于人们确定边坡是否需要治理、如何治理。目前，国内外对滑坡时间的预测研究主要侧重在以下几个方面：一是从滑坡的形成机理出发，通过试验获得滑带土的流变规律，结合滑坡位移监测数据，建立滑坡预测预报理论模型。二是从滑坡形成发育的影响因素出发，通过分析边坡变形与影响因素间的关系建立预测模型。这方面最主要的研究就

16、水的影响。大量的研究主要针对降雨量、降雨强度和降雨过程与滑坡灾害的空间分布、时间上的对应关系，确定宏观上的统计关系来预测预报。三是以具体滑坡变形监测参数和信息为基础，运用数学、力学、物理学以及信息技术等方法分析已知信息的变化趋势，再结合滑坡变形破坏的阀值，以达到滑坡破坏时间预报的目的。四是从综合或系统的观点出发，应用各种现代数理技术和理论模型，来研究滑坡预报的智能化系统化的预报模式。特别是近年来，随着对滑坡研究的深入认识和数理科学及非线性等学科的发展应用，滑坡时间预测研究取了长足发展，基于耗散结构理论、混沌动力学、协同论、突变论、分形理论等的各种预测层出不穷，极大促进了滑坡预测技术的进步。由于

17、滑坡系统与外界会发生不断的物质能量交换,具有非平衡性、非线性、多尺度性、突变性、自组织性、自相似性、有序性、随机性等特性,是极其复杂的非线性动力系统,因此滑坡预测预报已成为公认世界性尖端课题。（三）滑坡处治技术的研究现状当边坡处于濒危或失稳破坏状态时，必须采取工程措施对其进行处理以保证稳定。工程界将边坡处治技术概括为“砍头、截腰、压脚、引排”八个字。具体的措施有开挖、削坡、减载、压脚、阻水和排水、改变土体性质、支挡、加固建筑物等。在实际问题中，要结合具体情况采用针对性的综合防治措施，以做到工程的简单、可靠和有效。20世纪50年代，我国边坡处治主要采用地表排水、清方减载、填土反压、抗滑挡墙及浆砌

18、片（块）石防护等措施。但工程实践经验表明，采用地表排水、清方减载、填土反压仅能使边坡处于暂时稳定状态，当外界条件发生改变时，边坡仍可能失稳。1981年宝成铁路在洪水期间发生的10处滑坡，都是经过排水、减灾和抗滑挡墙措施整治过的。20世纪60年代末期，抗滑桩技术在铁路建设中使用成功。随后在成昆线、湘黔线、宝成线、川黔线等铁路建设中推广应用。抗滑桩技术的诞生，使一些难度较大的边坡工程问题的处理成为现实，由于它具有布置灵活，施工简单，对边坡扰动小、开挖断面小、圬工体积小、承载力大、施工速度快等优点得以迅速推广应用，且从20世纪70年代开始逐步形成以抗滑桩支挡为主、结合清方减载、地表排水的边坡综合处治

19、技术。20世纪80年代末，由于锚固技术和凿岩机械的发展，锚喷防护技术得到应用。锚喷是一种施工快速、简便、安全的高边坡处治技术。同时人们对于排水有了新的认识，主张以排水为主、结合抗滑桩、预应力锚索支挡的综合处治技术。在20世纪90年代，压力注浆加固手段及框架结构越来越多的用于边坡处治，尤其是用于高边坡的处治防护工程中，它是一种边坡的深层加固处治技术，能解决边坡的深层加固及稳定性问题。近年来，随着国内外对生态环境的重视，生态防护技术得到了快速的发展。生态防护技术由于其自身的优越性，已在国内外许多破碎岩质边坡工程得到广泛的应用，预计将会得到快速的发展和完善。三、项目研究、开发的背景（包括项目研究目的

20、，市场需求前景或推广应用领域，达到的技术水平及在国民经济发展中的作用等）项目研究以浙江省大成建设集团有限公司承担的西北项目十天高速（湖北十堰甘肃天水段,填筑高度达38m）、临渭高速(甘肃临洮渭源，填筑高度达55m)公路建设项目为依托，对山区高速公路边坡展开调查，分析山区高速公路边坡的稳定性影响因素，找出不同地层、不同失稳型式下的主要控制因素，分析山区高速公路滑坡产生机理和行之有效的时空预测方法，通过实验研究、数值模拟分析不同滑坡条件下的有效治理方法。通过本项目的研究，总结省内外已建和在建高速公路边坡滑坡预测与处治的先进技术和失败教训，引用和借鉴其它行业边坡工程的研究成果，探索总结山区高速公路边

21、坡滑坡破坏机制和预测方法，有针对性地研究不同条件下山区高速公路滑坡有效的处治措施，为以后公路边坡的处治提供技术参考和借鉴，避免公路边坡处治方法的盲目性。项目研究将达到国内选进水平，将具有广阔的应用前景和良好的社会经济效益。四、项目研究、开发实施方案（包括拟解决的关键问题，实施的具体内容及实施方案，拟采取的技术路线等）（一）拟解决的关键问题1、对山区高速公路边坡的稳定性影响因素进行归纳、分析，找出不同地层、不同失稳型式下的主要控制因素；分析山区高速公路边坡在不同地层中的主要失稳型式，并研究其失稳机理；2、对比分析现有的滑坡时空预测模型，建立适合山区高速公路特点的滑坡预测模型；3、针对性研究山区高

22、速公路边坡治理技术与支护参数优化，寻找典型滑坡条件下最佳防护的典型形式，为相似工程提供参考和借鉴。（二）研究内容与实施方案1、高速公路滑坡预测方法与处治技术文献资料调研通过中知网、万方网等国内外科研论文数据库进行山区高速公路滑坡的特征、机理、预测方法与处治技术进行调研，收集不同条件下的滑坡分析、常用加固方法及其作用机理、施工技术。2、山区高速公路高陡边坡工程案例调查对本单位承建的山区高速高陡边坡进行现场勘察，收集不同条件下工程边坡的水文地质条件、设计方案。3、室内外试验研究结合文献调研与现场勘察试验成果，选取典型工点，开展原位测试、物探、勘探、监测和室内土工试验，测试、收集边坡岩土体力学参数和

23、变形数据，为滑坡机理和预测理论分析提供参数。必要时开展室内模型试验。4、山区高速公路滑坡机理与处治技术数值分析在调研基础上，确定几种主要的滑坡类型，建立数值分析模型，研究边坡失稳过程中的应力应变发展规律，采用不同的处治方法进行加固。通过优化加固参数，提出有效的处治方法。5、山区高速公路滑坡预测方法与加固技术优选优化研究（1）在对高速公路边坡水文地质条件和荷载条件进行分基础，开展滑坡机理分析，研究山区高速公路滑坡的主要影响因素，对比分析不同边坡稳定性计算方法的适用性。（2）基于多种非线性预测理论，建立山区高速公路滑坡时空预测方法。（3）结合工程实践与数值分析成果，分析不同处治技术的优缺点，基于非

24、线性优化理论，提出不同处治技术的优化方法。（三）技术路线项目的技术路线图如下：查阅资料山区高速公路边坡病害调查滑坡类型水文地质条件原位测试、物探、勘探、监测以及室内土工试验滑坡机理分析滑坡预测方法处治技术模拟或模型试验工程验证 五、考核目标和技术经济指标（包括项目的具体考核目标，有关技术经济指标等）（1）获得符合山区高速公路特点的滑坡时空预测方法；（2）通过理论分析和数值模拟，获得不同地质条件下高速公路滑坡机理与不同处治方法的作用机理，提出有不同处治技术优选优化方法。（3）公开发表12篇学术论文，形成完整的研究报告；通过本项目将为以后公路边坡的处治提供技术参考和借鉴，避免公路边坡处治方法的盲目

25、性。六、项目研究开发进度（包括年度工作计划安排，项目完成期限）、2013.102014.3 查阅国内外高陡边坡研究成果和资料，制定可行的研究方案和采取的技术措施。、2014.42014.9 调查已建和在建公路边坡的失稳情况。、2014.102015.7 结合原位测试、物探、勘探、监测以及室内土工试验研究边坡的变形失稳机理和处治技术，必要时进行模拟或模型试验。、2015.82015.12 结题工作。七、承担单位及参加单位概括（包括单位概况，投资来源，单位研究开发基础及能力，项目主要负责人情况等）项目承担单位浙江省大成建设集团有限公司是一家成立于上世纪50年代的全资国有大型建设施工企业，拥有公路、

26、市政工程施工总承包壹级，路基、桥梁、路面、地基与基础工程、城市轨道交通工程专业承包壹级等多项资质，一直致力于公路、市政、基础等各类工程的建设施工，是浙江省内最早从事高速公路、地基与基础工程施工单位之一，具有丰富的公路桥梁和软基处理施工经验。项目投资来源：公司自筹。公司现有工程技术人员近500人，其中中高级职称达200多人，均拥有丰富的施工经验和一定的科研能力，公司设有浙江省建筑技术发展中心大成分中心。自2007年以来，公司先后获得省部级科研课题成果6项，省科技进步奖1项；拥有国家发明专利3项、实用新型专利1项；国家及工法1项，省部级工法近20项；等等。本次项目的项目负责人长期工作在公路建设第一线，具有丰富的工程管理经验和科研创新能力，主持了多个交通科技项目，如高速公路软土地基泡沫混凝土处理施工技术研究（浙江省交通建设行业协会科研项目，2010A01）；软土地基道路拓宽工程中绿色