穿过隧道的滑坡工程治理研究——埋入抗滑桩的原理与设计宋雅坤.ppt

1、1穿过隧道的滑坡工程治理研究埋入抗滑桩的原理与设计2 穿过隧道的滑坡工程越来越多，此类滑坡滑体厚度大，工程风险大，费用高，成为滑坡治理的一大难点。 重庆奉节云阳高速公路B15合同段分界梁隧道出口段滑坡治理工程，表明埋入式抗滑桩特别适用于埋深大的滑坡，因而用于穿过隧道的大型滑坡治理尤为合适。 前言3 埋入式抗滑桩是一种经济效益十分显著的桩型，是抗滑桩设计的革新。 埋入式抗滑桩采用较短的桩就可使边坡达到设计要求的安全系数，桩身内力也较全长桩降低，表明埋入式抗滑桩具有良好的应用前景。41、工程概况平面布置图5 该隧道出口位于奉节县康坪乡河沟村，勘察区属构造侵蚀剥蚀低山地貌。斜坡沿近东西向展布，区内地

2、形呈上下较陡、中部较缓的折线型坡面，在坡体中前部分布有较平缓的台阶状平地。滑坡区地层由崩坡积物覆盖，下伏残坡积层碎石土及三叠系上统须家河组砂岩组成。6残坡积物：主要分布于相对较缓的斜坡地段。岩性主要为含碎石粘性土和碎石土等。灰黄色，主要由粉粒和粘粒组成，呈可塑状。含有少量的砂岩碎石，含量约占1525%，分布不均。7崩坡积堆积物碎块石土：主要为褐黄色、灰黄色，由砂岩、泥质粉砂岩碎块石和粘性土组成。分布于整个斜坡区域。块石土呈松散稍密状，孔隙非常发育，块石间的充填物多为高液限亚粘土成分，可塑硬塑状。8三叠系上统须家河组长石石英砂岩：灰色，主要由石英、长石和云母等矿物组成，粉至细粒结构，中厚层状构造

3、，钙、硅质胶结。岩石强度较高，质较硬。分布于整个隧道出口段。粉砂岩：灰灰黄色，粉粒结构，薄层状构造，钙质胶结。主要分布在勘察区的北侧中部，厚度较小。9 经中铁西北院分析认为，目前老滑坡处于基本稳定状态。但随将来隧道的开挖及河流冲刷仍存在老滑坡变形复活的可能 。10究其原因主要有以下两点：（1）物质组成为崩坡积物，厚度较大，结构松散，骨架间空隙度大，透水性好，表水容易沿之渗入坡体，在相对隔水的基岩顶面汇聚，暴雨或持续降雨造成滑体土和滑带土饱水，使滑带抗剪强度降低，影响滑坡的稳定。11（2）前部河流冲刷，随前部土体的流失，使滑坡前部支撑减弱，降低滑坡的稳定性。另外隧道穿越滑体，其开挖形成临空面，降

4、低滑坡的稳定性。122、埋入式抗滑桩的机理与设计方法 （1）桩长延伸到地面是否能确保边坡的稳定； （2）桩长延伸到地面是否必要，会不会造成浪费。 13埋入式抗滑桩的桩长设计抗滑桩的桩位与桩长是边（滑）坡治理设计中的重要问题，目前桩位与桩长选择都是按经验确定的，尤其是桩长都按桩伸展到地面来确定，采用全长桩是否合理需要研究。14有限元强度折减法介绍强度储备安全系数 边坡体的垂直条分和受力分析15有限元强度折减法不断降低岩土C、 值，直到破坏。16（3） 有限元强度折减法的优越性。a.具有有限元法的一切优点；b.能算出无支护情况下边坡滑动面与稳定安全系数。滑动面为一局部塑性应变剪切带，在水平位移突变

5、的地方.17c.能对有支护情况下边坡进行稳定性评价。 不加锚杆时的塑性区 加锚杆时的塑性区边坡稳定安全系数为1.1有锚杆支护时安全系数为1.518d.能根据岩土介质与支挡结构共同作用计算出支挡结构的内力。e.能模拟施工过程。19 桩长与滑面的关系边坡示意图算例 20用有限元强度折减法计算在重力作用下滑坡体的安全系数为1.02，而用极限平衡法算得滑坡体安全系数为1.04。21桩的位置、桩长与滑坡体滑动面位置的关系 桩长变化与滑动面的位置( 桩位于公路下方) 22桩位于公路下方时，当埋入桩长度为711 m时滑坡体的破坏形式为滑面通过桩顶沿剪出口滑出。在桩长为13 m时，滑坡体出现两处滑动面：一处是

6、沿桩顶滑出，同时剪出口位置改变；另一处是沿公路内侧塑性区贯通至主滑动面(沿滑带层)。当桩长为15m时只有上述次级滑动面，位置为沿公路内侧贯通至滑带层。滑动面位置与桩长为13m时相同。当桩增长至坡面时，滑动面的位置仍与桩长为13m时相同。23 桩长变化与滑动面的位置（桩位于公路上方） 24桩位于公路上方时，桩长为7，9 m时，滑坡体加固后的滑动面通过桩顶并经剪出口滑出；桩长为11 m时形成次级滑动面，且与桩长为13，15，17 m次级滑动面位置大体相同，都是沿公路内侧坡角处滑出；桩长大于17 m直至地面时滑动面沿桩顶滑出，且随着桩长增长，滑动面的位置逐渐上移，剪出口位置也不断上移。252、桩的长

7、度、位置与滑坡体安全系数的相互关系 桩长变短虽然可以使桩身的受力变小，但随着桩长的变短，滑动面不断下移，滑体的稳定安全系数逐渐降低。如果稳定安全系数低于设计中规定的安全系数时，桩的安全储备不足，为设计所不允许。符合设计规定安全系数的桩长就是沉埋桩的最小桩长，这是沉埋桩的设计中的首要任务。26桩长、桩的位置与边坡安全系数之间的关系 27桩长、桩的位置与边坡安全系数之间的关系 28当桩位于公路下方时，桩的长度为7m，9m，11 m时，滑坡体的安全系数从1.13增加到1.19，说明增加桩长可以增加滑坡体的安全系数；继续增加桩长，滑坡体的安全系数仍然保持在1.19。如果设计安全系数为1.15，则桩长9

8、m时，稳定安全系数为1.15，满足设计要求，所以桩长9m即为合理桩长。29桩的强度设计只保证安全系数为1.15，超过此安全系数表明桩已破坏，因此再增加桩长只会造成浪费。桩的位置设在公路上方桩长9m时，稳定安全系数1.17超过1.15，所以该桩位的合理桩长也为9m。 30桩身抗滑段所受的滑坡推力 一般抗滑桩求解桩内力时，都需要知道桩后推力和桩前抗力，桩后推力一般可通过传统方法求得，但桩前抗力只能作些假设近似求得或视作为零。应用有限元法时，一般对桩采用梁单元，只要对岩土材料进行强度折减使其进入极限状态，就可直接求出桩的推力与内力 。31抗滑桩加固滑坡体在同一安全系数情况下，桩长缩短，桩身抗滑段所受

9、滑坡推力比全长桩低，说明桩顶滑体自身可以承担一部分滑坡推力。同时也证明了当前一些计算方法中认为埋入桩承担全部滑坡推力的做法是错误的。 32桩身内力 有限元强度折减法计算抗滑桩的桩身内力时，通过将滑坡体的岩土材料进行强度折减使滑坡体进入极限状态，就可以计算抗滑桩的桩身内力(包括剪力、弯距)。用有限元强度折减法求桩内力时不需要先知道桩上的滑坡推力。 3334 桩身内力35桩身内力36 埋入桩桩体的锚固段的剪力明显比全长桩的剪力降低，抗滑段的剪力与全长桩大致相当；埋入桩的桩身弯距比全长桩降低的幅度较大。 当桩位于公路下方时，在桩长为9 m时，滑坡体的安全系数已经达到1.15，此时桩身抗滑段的最大剪力

10、为全长桩的92.7%，锚固段的最大剪力为全长桩的51.9%，桩的最大弯距只是全长桩的48.8%。373、本工程埋入式抗滑桩的计算本滑坡以第剖面为例，隧道穿过滑面，隧道上半部位于滑面以上堆积层中，下半部分位于滑面下基岩中，切断滑坡。当未设隧道时，老滑坡的安全系数为1.08，处于基本稳定状态。当隧道穿过滑坡时，隧道周围岩土松动而导致强度降低，此时，安全系数为1.02，处于破坏的临界状态，滑坡推力有可能导致隧道破坏，而隧道破坏又会引老滑坡复活，因而采用支挡措施是十分必要的。 38设计计算参数39设计安全系数原来采用1.20，依据交通与水电部门，对一些较为重要的工程设计安全系数一般取1.25至1.30

11、，并考虑桩长设计缺乏经验，这次设计对桩长安全系数取1.3。对推力计算安全系数可取1.25至1.30，计算中取1.3。40合理桩长的确定 断地质剖面图 41有限元模型隧洞开挖考虑隧洞顶上6米，两侧各3米土体松动，强度下降，粘聚力下降2/3，内摩擦角下降1/2。42可见桩长为24m时滑坡的稳定性已经达到了设计安全系数的要求。 43合理桩长下滑动面位置 滑动面位于隧道上方 44桩上推力计算与推力分布这一推力已以考虑了桩前抗力，是桩后推力与桩前抗力之差。 45桩长为24m时的推力的分布近似为矩形，而传统方法是无法做出推力分布的。46桩内力的计算474、结论埋入式抗滑桩是一种经济效益十分显著的桩型，是抗滑桩设计的革新。特别适用于埋深大的滑坡，因而用于穿过隧道的大型滑坡治理尤为合适。目前