岩土工程—边坡工程和地下工程地质研究

1、岩土工程边坡工程和地下工程地质研究边坡工程边坡工程的研究现状边坡工程地质问题边坡工程治理设计边坡工程的研究现状边坡工程研究的理论基础需要多种学科的相互结合、相互渗透，不仅包括工程数学、工程力学、工程地质学、岩土力学，还应结合计算机仿真技术、岩土工程测试技术等手段。经过100多年的研究和发展，从边坡的规律性分析，到边坡的变形破坏机制的研究，以及边坡稳定性评价和预测预报，均取得了令人瞩目的成果，已初步形成边坡工程独立的学科体系。这一体系应包括四大部分： 边坡（或滑坡）的区域分布规律性研究； 边坡的变形破坏机制研究； 边坡的稳定性评价和预测预报； 边坡工程治理。1、 边坡工程中的岩体结构控制理论 岩

2、土力学的发展为边坡工程的研究奠定了基础，特别是岩质边坡结构十分复杂，其稳定性取决于边坡的各类结构面的特征。中科院地质所孙广忠先生提出了“岩体结构控制论”，并出版了专著岩体结构力学，孙玉科先生等将赤平投影法和实体比例投影法应用于边坡工程。美国学者石根华提出了“关键块体理论”，主要解决被多个地质结构面、开挖面所切割的边坡或硐室之稳定性问题。南京大学罗国煜教授等提出了岩坡优势面控制论，认为岩坡的变形破坏受岩坡内的优势面所控制。上述理论的共同的特点是注重岩体结构研究，各类地质结构面对边坡的变形破坏起着控制作用。 2、 边坡工程中的分形理论 分形理论是美国数学家(B.B.Mandelbort)(1973

3、)首次提出来的，它主要是研究自然界中一些具有自相似但没有特征长度的图形或现象，其研究方法是通过确定图形或现象的分维数，以揭示该现象或图形的内在本质和规律。 分形理论被广泛地应用于物理学、生物学、材料科学、岩石力学等学科中，近年来，边坡工程中开始应用分形理论进行有意义的探索。研究表明，边坡岩体结构常呈不规则分形状态，可以用分维来表征，利用分维可以定量地描述断层、层理、节理、泥化夹层等宏观结构面的形态特征、分布、产状及粗糙度等。同样，岩体的微观结构面或破坏面也呈不规则的分形状态，这种不规则反应了岩体破坏时的能量耗散及微观结构效应，也可用分维来表示。分维数是岩体变形破坏的某一统计特征量，分维数可以充

4、当岩体变形破坏变量的角色进行岩体的强度和稳定性演化过程的分析。 分形理论在边坡工程的应用有广阔的前景，目前，三峡库区、西北黄土地区及一些典型的滑坡体均有所应用，在分布规律研究、机制分析和预测预报方面取得较好成果。 3 、边坡工程中的3S理论 在信息社会中，全球是一个开放系统，3S系统已在地学领域取得初步尝试，在1996年国际岩石力学学会年会上，充分利用3S技术在岩土工程建设中的作用已引起极大注意。所谓3S系统是指地理信息系统(GIS，Geography Information System)、遥感系统(RS，Remote Sensing System)和全球卫星定位系统(GPS，Global

5、Positioning System)。三者融为一体为边坡工程的防治与预测预报提供了新一代观测手段、描述语言和思维工具。集GIS、GPS和RS为一体的3S系统，是一个完整的有机整体。例如针对三峡库区边坡，崔政权大师率先提出“3S工程”的概念和设想，从1997年着手建立“三峡库区边坡稳态3S实时工程分析系统”，并给出了系统的框图，何满潮教授将该系统按功能分为三大部分，即3S接收处理系统、GIS地理信息系统和工程分析专家系统。4 、边坡工程中的人工神经网络方法 人工神经网络（简称NN-Neural network）是指由大量简单神经元经广泛互连构成的一种计算结构，它是一种广义的并行处理系统。人脑的

6、认知模式被认为是一种并行的分布式模式，神经网络采用类似于人大脑的神经网络的体系结构来构造模型仿真人大脑的功能，即把对信息的储存和计算推理同时储存在一个单元里。因此，在某种程度上神经网络被认为可以模拟生物神经系统的工作过程。特别是通过抽象、简化和模拟手段，神经网络部分反映了人脑的某些功能特征，且具有高度非线性、自组织、自学习、动态处理、联想记忆、容错性等特征。近年来，人工神经网络开始应用于边坡工程的稳定性分析和评价，对于解决复杂的边坡系统工程的稳定性问题提供了一条新的途径。5 、边坡工程中的数值计算和仿真 从70年代开始，数值计算被广泛地应用于边坡工程，比较成熟的三大数值方法是有限单元法、边界单

7、元法和离散单元法。其中有限单元法是通过离散化，建立近似函数把有界区域内的无限问题简化为有限问题，并通过求解联立方程对工程问题进行应力位移分析的数值模拟方法，它假定工程岩体是连续的力学介质，并在许多的重大工程中得到应用。边界单元法是采用在区域内部满足控制条件但不满足边界条件的近似函数逼近原问题解的数值方法，它与有限单元法相比，具有方程个数少，所需数据量小等特点。由于岩坡的地质构造复杂，一些边坡呈碎裂结构和层状碎裂结构，构成非连续性力学介质，利用有限单元法和边界单元法求解遇到了困难，取而代之的是离散单元法，一些学者称其为散体元法。离散单元法由Cundall于1971年提出，该方法充分考虑了节理岩体

8、的非连续性，以分离的块体为出发点，将岩块假定为刚体的移动或转动，并允许块体有较大的位移，甚至脱离母体而自由下落，特别适用于节理化岩体或碎裂结构的岩质边坡。由于其原理明了，并且容易结合CAD技术仿真边坡变形破坏的演变过程，因此倍受人们的青睐。 6 、边坡工程中的可靠性分析理论 可靠性分析最早主要应用于宇航、电子工业界，之后逐渐推广到机械工程，可靠性分析方法从70年代开始应用于边坡工程领域，它基于对边坡岩体性质、荷载、工程地质条件等的不确定性认识，借鉴结构工程可靠性理论方法，结合边坡工程的具体情况，用可靠指标或破坏概率描述边坡工程质量的理论体系，它较传统的确定性理论能更好地反映边坡工程实际状态，正

9、确合理地解释许多用确定性理论无法解释的工程问题，更为重要的是概率模型有助于形成新的考虑风险与可靠性的观念。 1、边坡变形破坏的基本类型2、边坡稳定性影响因素3、边坡稳定分析方法4、边坡变形破坏的防治边坡工程地质问题边坡变形破坏的基本类型自然边坡人工边坡 边坡的形成使岩土体内部原有应力状态发生变化，其应力状态的不断变化使边坡岩土体发生不同形式的变形与破坏。 边坡工程地质问题就是边坡的稳定性问题。自然边坡边坡破坏 坡面局部破坏边坡整体性破坏 整体坍塌、滑坡土质边坡变形破坏类型表层土的松动和剥落暂时性流水的冲刷形成冲沟表层滑塌坡面冲刷堆积层坍塌松动岩质边坡变形破坏类型松弛张裂松弛张裂卸荷回弹蠕动表层

10、蠕动深层蠕动 “点头弯腰”变形 揉皱变形 疏松的土质边坡破碎的岩质边坡层状结构的岩质边坡表层蠕动变形深层蠕动软弱基底蠕动坡体蠕动软弱基底蠕动 坡体蠕动1.羽裂 2. 次级剪面层面 3.连续滑面剥落 崩塌滑坡2003年7月18日，湖北省秭归县千将坪滑坡，造成24人失踪，近千人居住的村庄被毁崩塌、落石湖北远安盐池河磷矿崩塌边坡稳定性影响因素主要影响因素： 1. 影响边坡稳定性的因素 2. 边坡变形破坏的触发因素一、边坡应力分布特征 二、边坡稳定性的评价分析方法 1.工程地质分析法 2.理论计算法 3.实验及观测法边坡稳定分析方法一、边坡应力分布特征 分析坡体中应力分布和岩土体的强度特点是评定边坡稳

11、定的重要手段。应力分布与坡形有关。（一）边坡的坡形：边坡横断面的形状1.直线坡 2.折线坡（下陡上缓、下缓上陡）3.台阶坡（二）边坡应力分布分析 研究表明：应力集中区和拉张区的分布是边坡分析中的关键点。边坡应力分布的特殊点：1、直线坡的应力集中区在坡脚附近：剪应力集中；2、折线坡的应力集中区在坡脚、变坡点。 下陡上缓型坡脚为应力集中区，变坡点为拉张区； 下缓上陡型应力集中区为变坡点。3、台阶坡的应力状态表现为台阶上、下坡脚的集中应力和平台坡顶的拉张。二、边坡稳定性的评价分析方法 1.工程地质分析法比拟法 将新开挖边坡与已有老边坡对比，确定条件相似情况下的稳定性。此法要求对比的边坡具有“相似性”

12、:一是边坡岩性、边坡所处的构造部位和岩体结构的相似性。二是边坡类型的相似性。 相似条件 从以上条件进行对比分析，确定出合理的边坡坡角及其稳定性。2.理论计算法定量分析以岩土力学理论为基础，运用静力学、弹塑性理论或刚体力学等进行分析，通常是建立在静力平衡的基础上，按不同边界条件考虑力的组合，进行边坡稳定性计算。 土质路堑边坡稳定系数 Fs= 抗滑力 / 下滑力 滑动稳定安全系数最小即无粘性土坡面上的一层土是最易滑动的。无渗流作用砂性土边坡有渗流作用渗透力 渗流顺坡时 渗流方向水平时粘性土边坡整体圆弧滑动法假设条件： 均质土 二维 圆弧滑动面 滑动土体呈刚性转动 在滑动面上处于极限平衡状态ORd(

13、1) 滑动力矩：注：（其中 的分布无法确定）(2) 抗滑力矩：稳定系数dOCAWTf整体圆弧滑动受力示意图(1)当0时，是l(x,y)的函数，无法得 到Fs的理论解(2)其中圆心O及半径R是任意假设的，还必须计算若干组（O, R）找到最小安全系数 最可能滑动面(3) 适用于饱和粘土整体圆弧法(瑞典圆弧法)-讨论abcdiiOCRABH对于外形复杂、 0的粘性土土坡、土体分层情况时，要确定滑动土体的重量及其重心位置比较困难，而且抗剪强度的分布不同，一般采用条分法分析 滑动土体分为若干垂直土条条分法瑞典条分法 假设条件： 不考虑条块间的推力（或假定条块间的推力是作用在一条直线上的，且大小相等，方向

14、相反，即推力产生的合力、合力矩为0）。瑞典条分法计算步骤AORCsbB圆心O，半径R (如图)分条：b=R/10编号列表计算 li Wi i变化圆心O和半径RFs最小END-2-101234567WiTiNii毕肖普法（Bishop法） 考虑条块侧向力，取条块i进行分析1、求解公式2、简化毕肖普公式普遍条分法（Janbu法）1. 假设条件： 假定条块间水平作用力的位置,在土条底面以上1/3高度。2.求解方法：XihiHi+1Pi+1hi+1iHiPihiOiNiWiTiiHi=Hi+1-HiWiNiPi=Pi+1-PiTi=(cili+Nitgi)/Fsii条块侧面法向力令Hi =0代入求FS

15、/求Pi求Pi， Hi求Hi求FsFS/=FSFSFS/1 稳定 K1 不稳定在多数情况下，计算的稳定性系数都有一定误差，因此，为保险起见，引入安全系数的概念。块体极限平衡法步骤可能滑动岩体几何边界条件的分析受力条件分析确定计算参数计算稳定性系数确定安全系数，进行稳定性评价一、单平面滑动1、仅有重力作用时稳定性系数例题： 边坡内存在一结构面 ，结构面倾角 ，边坡倾角为 ，坡面高度 ，坡体岩体自重 ，评价该边坡的稳定性？（取安全系数）。解： 所以该边坡稳定。 2、有水压力作用作用于CD上的静水压力V作用于AD上的静水压力U为边坡稳定性系数为3、有水压力作用与地震作用边坡的稳定性系数FEK=1G水

16、平地震作用同向双平面滑动多平面滑动 参考岩体力学楔形体滑动3.实验及观测法模型模拟试验 主要是采用物理模型试验和数值模拟相结合的方法。模拟试验按照研究要求不同有物理模型试验和运动学模型试验。物理模型试验要遵守相似性原理，原型和模型必须满足几何相似和强度相似。稳定性系数及剩余推力计算结果 数值模拟贯彻“以防为主，及时治理”的原则。综合考虑边坡各种因素的影响，采用适当加固方法。边坡变形破坏的防治常用边坡加固措施放缓边坡削坡减重当边坡稳定性较差时，放缓边坡能有效降低坡脚应力，从而改善边坡的稳定性。在道路边坡中广泛使用。当场地不具备时可采用上段放坡，下段堆载的方法以稳定边坡。滑坡减重堆载阻滑抗滑挡土墙

17、 抗滑挡土墙位于滑体的下部或前缘，借助于自身的重量以支挡滑体的下滑力，且与排水措施联合使用。 按材料和结构形式不同，分为重力式抗滑挡土墙、锚杆式抗滑挡土墙、加筋土抗滑挡土墙、板桩式抗滑挡土墙等。 挡墙的优点是结构比较简单，可以就地取材，而且能够较快地起到稳定滑坡的作用。 但一定要把挡墙的基础设置于最低滑动面之下的稳固层中，工作量大。墙顶墙基墙趾墙面墙背重力式挡土墙锚拉杆式挡土墙 抗滑桩 抗滑桩是通过桩身将上部承受的坡体推力传给桩下部的侧向土体或岩体用以稳定边坡。抗滑桩一般集中设置在滑坡的前缘部位，且将桩身全长的1314埋置于滑坡面以下的稳固层中 优点：施工安全、方便、省时、省工、省料，且对坡体

18、的扰动少，所以也是国内外广为应用的一种支挡工程。 材料：木、钢、混凝土及钢筋混凝土等。 施工：可灌注，也可锤击贯入。 结构形式：单桩、排桩、群桩、锚桩、预应力锚索桩等抗滑桩示意图 锚杆（索）是把受拉杆件埋入地层，利用锚杆（索）上所施加的预应力来提高岩土自身强度和自稳能力的技术。是防治岩质斜坡滑坡和崩塌的有效措施。 锚杆（索）锚杆锚索涨壳式中空灌浆锚杆新型锚杆自钻式锚杆拉力分散型锚索格构加固利用浆砌块石、现浇钢筋混凝土、预制预应力混凝土等对边坡坡面防护并利用锚杆或锚索加以固定的加固技术。格构加固技术形式多样，布置灵活，与环境绿化结合。 注浆加固用液压或气压把可凝固的浆液注入裂缝或孔隙，使岩土体强

19、度大大提高，并改善其力学性质的技术。主要用于岩土体性质的改善，也可用于岩体中软弱夹层的加固处理。 注浆加固技术在边坡处理中的应用一般有两个方面，一种是对于由崩滑堆积体、岩溶角砾岩堆积体、以及松动岩体构成的极易滑动的边坡或由于开挖形成的多卸荷裂隙边坡，对坡体注入水泥砂浆，以固结坡体并提高坡体强度，避免不均匀沉降，防止出现滑裂面。另一种是对于正处于滑动的边坡、存在潜在滑面的边坡、或者处于不稳定的滑坡，运用注浆技术对滑带压力注浆，从而提高滑面抗剪强度，提高滑体稳定性；这种情况实际上是把注浆加固作为边坡滑带改良的一种技术，滑带改良后，边坡的安全系数评价一般采用抗剪断标准。排水工程排除地表水和地下水。排

20、水的措施较多，对于地表水：截水沟、排水沟急流槽拦截或旁引对于地下水：有截水渗沟、横纵向渗沟、盲沟、盲洞、水平钻孔、集水井等疏干或旁引。边坡绿化绿化防治风化、水土流失，稳定边坡。边坡工程治理设计边坡工程开挖设计边坡工程排水设计边坡工程加固设计边坡工程开挖设计一、开挖目的 （1）清除不稳定的或潜在不稳定的岩土体；（2）放缓斜坡，提高边坡的整体稳定性；（3）斜坡上方减重；（4）在斜坡中设平台，其宽度不小于2m；（5）边坡开挖应采用控制爆破施工工艺，以对岩体稳定危害最小的方式开挖。 从改善岩质斜坡稳定性的目的出发，采用开挖法即可以减少促成破坏的下滑力，达到减灾目的，又可以清楚可能引起斜坡破坏的局部不稳

21、定或潜在不稳定的部分。开挖边坡的变形、栈道宽度、梯度高度与坡度，应依据边坡的地质条件来确定。二、开挖坡度的选择 建筑边坡设计规范 土质边坡的坡率允许值，应根据经验按照工程类比的原则，并结合已有稳定边坡的坡率值分析确定，当无经验且土质均匀良好、地下水贫乏、无不良地质现象或地质环境条件简单时可按下表确定。 岩质边坡开挖的坡率允许值，在边坡保持整体稳定的条件下，应根据实际经验按工程类比的原则，并结合已有稳定边坡的坡率值，确定没有外倾软弱结构面的边坡按下表确定。水利水电工程边坡设计规范的条文说明中，建议岩质边坡开挖梯度段高度在15-20m，不宜超过30m，建议水平或平缓栈道宽度不小于2m。对于非结构面

22、控制稳定的岩质边坡开挖坡度见水利水电工程边坡设计规范。三、开挖施工控制设计爆破扰动隧岩体稳定性的影响较大，使边坡岩体的安全系数明显降低，因此在开挖过程中应尽量减少爆破扰动。主要手段包括：1、采用高效炸药；2、优化控制爆破设计参数；3、采用合理的装药结构；4、控制单响药量；5、采用微差、梯度爆破等；边坡工程排水设计排水法边坡防治工程首要考虑的措施地表排水地下排水降低地下水位造价低、效果好收到实际的效果官家滑坡仰斜孔排水仰斜排水孔：69孔，4000m截排水工程一、地表排水设计 彻底调查不稳 定斜坡上部后 面的区域前提排水设计措施：（1）疏干边坡所在区域以上的池塘、积水凹地和小溪冲成的凹地中的水流，

23、这些水能深入不稳定区域。（2）重整地表以达到控制水流和地表径流。（3）在坡顶以上用混凝土、灌泥浆、沥青或聚乙烯板，临时地或永久地封闭或填塞裂缝和其他明显的高渗透地区，这些地区将为大量水的深入提供通道；（4）设置有衬砌或无衬砌明渠、涵洞、排水沟、水槽或水管，将有危害地表水流引入稳定地区；（5）尽量不要破坏植被，而应促使植物生长。1、边坡地表截、排水设计的内容及要求（1）边坡开挖或治理边界以外的截、排水沟；（2）边坡开挖或治理边界以内的截、排水沟；（3）采取边坡防水措施，如跨缝构造、填缝夯实；（4）地表截、排水沟的排水流量设计标准，应根据边坡的重要性、工程区降雨特点，集水面积大小、地表水下渗对边坡

24、稳定影响程度等因素综合分析确定，一般按照2-20年一遇降雨强度计算排水流量；（5）截、排水沟的断面尺寸和底坡应根据水力计算成果并结合地形条件分析确定；（6）边坡截、排水沟宜采用梯形或矩形断面，护面材料可采用浆砌石或混凝土，砂浆或混凝土强度等级不宜低于C15，护面厚度不宜小于20-30mm.二、地下排水设计 依 据 边坡所处位置，边坡与建筑物关系、工程地质和水文地质条件 选用措施截、排水孔排水井 排水洞 大口径管井 水平排水管排水截槽 1、排水孔设计原则 对于岩质边坡的排水孔应设置在裂隙发育、渗水严重的部位，边坡坡脚、分级平台和支护结构前设排水沟，当潜在破裂面渗水严重时，排水孔宜深入至潜在滑裂面

25、内。 排水孔边长或直径不宜小于100m m，外倾坡度不宜小于5%，间距宜为2-3m，并宜按梅花形布置。最下一排泄水孔应高于地面或排水沟底面不小于200mm，在地下水较多或有大股水流处，泄水孔应加密。排水孔保护是排水孔设计的一部分，应将排水孔中的钻探岩屑、淤泥、黏土和其他物质彻底清洗。2、排水洞设计原则排水洞降低施工期和运行期内的地下水位，通过采用排水洞排出地下水 。提高边坡的稳定性 排水洞布置原则是在平面布置上，洞线应能控制整个边坡，在剖面布置上，应不与已有的边坡加固工程如锚索直接交叉，同时，还应满足排水要求，使坡内水位降低到计算稳定的地下水位一定搞成以下。 排水洞的布置应考虑到隔水软弱带、滑

26、面或滑带上盘的上层滞水和下盘承压水的排泄通道。排水洞洞径不宜小于1.5m2m，应设有巡视检查通道。排水洞洞底坡度不宜小于1%，洞内一侧应设排水沟，净量使地下水自流排出坡外。 原则 排水洞的设置宜从稳定岩体进口，平行滑面下盘布置主洞，垂直滑面的方向布置支洞穿过隔水软弱带或滑带。当岩体渗透性弱，排水效果不良时，排水洞顶和洞壁应设辐射状排水孔，孔径不应小于50mm，排水孔应作反滤保护。排水洞通过破碎岩体和软弱层带时，应作必要的衬砌保护，排水孔应作反滤保护。当排水洞低于地表排泄通道时，应在洞内布置足够容量的集水井，用水泵将集水排出洞口。 排水洞可采用全断面钢筋混凝土衬砌，并根据不同的危岩类型进行钢筋混

27、凝土衬砌或支护。 边坡工程加固设计加固措施 （1）开挖和压脚：上部开挖、下部压脚。（2）坡面支护：喷混凝土、喷纤维混凝土、混凝土面板、沥青混凝土面板、锚杆和混凝土塞等。（3）深层加固：锚索(杆)、预应力锚索(杆)、锚固洞等。（4）灌浆处理：水泥灌浆和化学灌浆等。（5）支档措施：各类挡土墙和防护网等。建筑工程边坡支护形式建筑工程边坡支护形式边坡加固设计的原则（1）消除和减轻地表水、地下水的危害。在边坡外围修建截水沟、排水沟，混凝土护面等，常用水平钻孔疏干、垂直孔疏干、竖井排水、隧洞疏干、支撑盲洞等排干地下水。（2）改善边坡岩土体的力学强度 1）削坡减载，用降低坡高或放缓坡角来改善边坡岩土体的稳定

28、性； 2）边坡人工加固（1）修筑挡土墙、护墙等支挡不稳定岩体；（2）钢筋混凝土抗滑桩作为阻滑工程；（3）预应力锚杆或锚索；（4）固结灌浆或电化学加固法；（5）锚固洞或抗滑键以提高边坡岩体强度；（6）用预裂爆破或减震爆破等控制爆破技术防止岩土体强度的削弱。常用的加固方法：边坡坡面防护与浅表层加固设计（一）坡面防护坡面防护通常采用喷混凝土的办法。喷射混凝土由粒径为2cm的集料和灰浆组成，通过风枪直接喷在被处理岩面上。这是处理岩质边坡不稳定区段的基本方法之一。它可用于防止岩层表面的风化和剥落，并在块体间形成表面加固层。 岩质边坡可采用锚喷支护。类岩质边坡宜采用混凝土锚喷支护，类岩质边坡宜采用钢筋混凝

29、土锚喷支护，类边坡坡高不宜大于15m，且应采用钢筋混凝土锚喷支护。（1）易风化但未遭受严重风化的岩石边坡，坡面较干燥；（2）高且陡的边坡、上部岩层较破碎而下部岩层完整的边坡和需大面积防护的边坡；（3）成岩作用差的黏土岩边坡不宜采用。1、适用条件2、结构及材料喷射混凝土的厚度以8-10cm为宜，分2-3次喷射，水泥常用普通硅酸盐水泥，必要时可选用特种水泥，水泥强度等级不低于。（二）钢纤维混凝土（三）SNS柔性防护网加固对于开挖边坡中的一些危石，为防止其滚落，从经济的角度可采用SNS柔性防护网加固。SNS系统是瑞士布鲁克集团独家拥有的，以钢丝绳网作为主要构成部分，并以覆盖和拦截两大基本类型来防治崩

30、塌落石、风化剥落、爆破飞石、泥石流和岸坡冲刷等斜坡坡面地质灾害的柔性安全防护系统技术和产品。（1）充分利用柔性材料的易铺展性和高防冲击能力，通过系统开发和大量的现场试验形成了适应各类坡面地质灾害防护的系统化技术，通过定型化的均衡设计和部件的工厂化生产来实现系统的标准化和最优化，并便于工程质量控制和工程量的准确计量。（2）充分利用高强金属材料的质轻特点来实现系统的轻型化和积木式部件安装，以最短的工期和最少的劳动力来实现施工安装和维护的简单快速化，并最大限度地适应各种复杂的地形地貌环境，避免或尽可能降低因开挖所造成的环境破坏及其对其他作业和周边建筑物正常运营的干扰。（3）充分利用系统的开放性来减小

31、系统的视觉干扰、保护原有植被植物的环境绿化美化功能，将工程治理与环境保护和改造融为一体。（4）采用特殊防腐处理的钢丝、钢丝绳来确保系统较长的防腐寿命。SNS系统的技术优势 主动防护网a c t i v e n e t采用钢丝绳锚杆或钢筋锚杆和支撑绳固定方式将金属柔性网覆盖在具有潜在地质灾害的坡面上，从而实现坡面加固或限制落石运动范围的一种防护网，简称主动网主动网防落石RX-50型被动网示意图被动防护网p a s s i v e n e t采用锚杆、钢柱、支撑绳和拉锚绳等固定方式将金属柔性网以一定的角度安装在坡面上，形成栅栏形式的拦石网，从而实现对落石和泥石流体中国体物质拦截的一种防护网，简称被

32、动网被动拦石网边坡锚固设计边坡锚固设计的原则（1）依据已查明的地质资料，在对边坡可能失稳或破坏形式分类的基础上，采用极限平衡理论进行稳定性分析。确定失稳边坡的范围、滑动面位置和下滑力的大小。（2）确定预应力锚杆（索）施加的阻滑力大小锚固边坡的稳定性分析 （一）设计锚固力的确定 （二）锚杆钢筋截面面积计算 （三）锚固长度的确定 （四）锚杆的布置 （五）锚筋的选用锚杆（索）设计计算 （一）设计锚固力的确定 锚杆（索）锚固设计荷载的确定应根据边坡的推力大小和支护结构的类型综合考虑进行确定。 首先应当计算边坡的推力或侧压力，然后根据支挡结构的形式计算该边坡要达到稳定需要锚固提供的支撑力。根据这个支撑力

33、和锚杆数量、布置便可确定出锚杆（索）锚固荷载的大小，该荷载的大小作为锚筋截面计算和锚固体设计的重要依据。 1、岩质滑坡锚固力计算 后缘裂缝静水压力V：沿滑面扬压力U：A地震加速度(重力加速度g)例题：某路堑边坡由砂岩夹薄层页岩组成，边坡有可能沿软弱的页岩底面发生滑动，该页岩的抗剪强度参数为C=20kPa, =15，=26kN/m3,如果该边坡不满足安全要求（安全系数取），拟采用预应力锚索进行加固，请求锚索的设计锚固力。首先确定最优锚固角锚索与滑面的交角解：由题已知条件：U=0,V=0,无地震力公式坡体重量W 的确定带入稳定性计算公式可求得2、堆积层(包括土质)滑坡锚固力计算 根据传递系数法进行

34、计算，考虑锚索沿滑面施加的抗滑力，可不考虑垂直滑面产生的法向阻滑力，所需锚固力为：T 设计锚固力(kN/m)P 滑坡推力(kN/m) 锚索倾角() 滑坡防治工程设计与施工技术规范（DZ/T02192006）三峡库区三期地质灾害防治工程设计技术要求通过边坡稳定性分析、计算滑坡的下滑力确定锚固力：式中F 滑坡推力设计值（ kN ） Pt 设计锚固力（ kN ） 滑动面内摩擦角（ ） 锚索与滑动面相交处滑动面倾角（ ） 锚索与水平面的夹角，以下倾为宜， 45 ， 一般为45 30 。 （二）锚杆钢筋截面面积计算锚杆钢筋截面积应满足下列的要求：式中As 锚杆钢筋或预应力钢绞线截面面积（ m2 ） 2

35、锚筋抗拉工作条件系数，永久性锚杆取，临时性锚杆取 0 边坡工程重要性系数 fy （fpy) 锚筋或预应力钢绞线抗拉强度设计值（ kPa） Na 锚杆轴向拉力设计值（ kN） 建筑边坡工程技术规范(GB50330-2002)种类抗拉强度设计值（fy或fpy ）抗压强度设计值（ fy或fpy ）钢绞线二股fptk股fptk股fptkptk=18201240(fptk=1770)(1200)(fptk=1720)1170(fptk=1760)(1130)(fptk=1570)(1070)(fptk=1470)(1000)钢

36、绞线抗拉、抗压强度设计值（KN/mm2）（三）锚固长度的确定1、滑坡防治工程设计与施工技术规范 内锚固段长度不宜大于10m，预应力锚索的锚固长度可根据理论计算、类比法和拉拔试验三种方法综合确定，其中经验类比方法更为重要。1、滑坡防治工程设计与施工技术规范（1）理论计算T设计锚固力(kN)；K安全系数，取值；n钢绞线根数；d钢绞线直径(mm)；D孔径(mm)；C1砂浆与钢绞线允许粘结强度(MPa)；C2砂浆与岩石的胶结系数(MPa)，为砂浆强度的1/10除以安全系数。 （2）类比法锚固长度推荐值表 当滑体地质条件复杂，或防治工程重要时，可结合理论计算和类比方法，并对锚索进行破坏性试验，以确内锚固

37、段的合理长度。 拉拔试验可分为7天、14天、28天三种情况进行，水灰比按调配。2、建筑边坡工程技术规范(GB50330-2002) 锚杆的锚固段长度应按公式计算，同时，土层锚杆的锚固段长度不应小于4m，且不宜大于10m；岩层锚杆的锚固段长度不应小于3m，且不宜大于45D或6.5m,或55D或8m(预应力锚索)。 位于软质岩中的预应力锚索,可根据地区经验确定最大锚固长度。（1）锚杆锚固体与地层的锚固段长度应满足：Nak锚杆轴向拉力标准值(kN)； D锚固体直径(m)；frb地层与锚固体粘结强度特征值（kPa），应通过试验确定，无试验资料是查表；1 锚固体与地层的粘结工作系数，对永久性锚杆取，对临

38、时性锚杆取注：1、表中数据适用于注浆强度等级为M30; 2、表中数据仅适用于初步设计，施工时应通过试验检验；3、岩体结构面发育时，取表中下限值；4、表中岩石类别根据天然单轴抗压强度fr划分； fr5Mpa为极软岩， 5Mpa fr 15Mpa，15 fr30Mpa为较软岩， 30Mpa fr60Mpa，为较硬岩， fr60Mpa，为坚硬岩。岩石类别frb值（kPa）岩石类别frb值（kPa）极软岩135180较坚硬550900软岩180380坚硬岩9001300较软岩380550岩石与锚固体粘结强度特征值注：1、表中数据适用于注浆强度等级为M30; 2、表中数据仅适用于初步设计，施工时应通过试

39、验检验；土层种类土的状态frb值（kPa）粘性土坚硬硬塑可塑软塑3240253220251520砂土松散稍密中密密实3050507070105105140碎石土稍密中密密实609080110110150（2）锚杆钢筋与锚固砂浆间的锚固长度应满足下式要求：la锚杆钢筋与砂浆间的粘结强度（kPa） ； d锚杆钢筋直径(m) ；n 钢筋(钢绞线)根数(根) ；0 边坡工程重要性系数；fb钢筋与锚固砂浆间的粘结强度设计值（kPa；3 钢筋与砂浆粘结强度工作条件系数，对永久性锚杆取，对临时性锚杆取0.72 ；注：1、当采用二根钢筋点焊成束的做法时，粘结强度应乘折减系数; 2、当采用三根钢筋点焊成束的做法

40、时，粘结强度应乘折减系数; 3、成束钢筋的根数不超过三根，钢筋截面总面积不应超过锚孔面积的20%。当锚固段钢筋和注浆材料采用特殊设计，并经试验验证锚固效果良好时，可适当增加锚杆钢筋用量。钢筋、钢绞线与砂浆之间粘结强度设计值fb(Mpa)锚杆类型水泥砂浆或水泥砂浆强度等级M25M30M35水泥砂浆与螺纹钢筋间2.102.402.70水泥砂浆与钢绞线、高强钢丝间2.752.953.40 (1)锚杆上覆地层厚度应不小于，以避开车辆反复荷载的影响，也避免采用高压注浆使上覆土层隆起。 (2)锚杆水平与垂直间距不得小于，以避免群锚效应发生而降低锚固力；宜大于，避免应力集中。 (3)一般锚杆的安设角度不小于

41、15 ，不大于45 。 (4)预应力锚索倾角主要由施工条件确定，可根据两种方法综合考虑其最优倾角理论公式 锚索倾角（）； 滑面倾角（）； 滑面内摩擦角（）（四）锚杆的布置 (5)预应力锚索间距宜大于4m。 若锚索间距小于4m，需进行群锚效应计算。A:日本VSL锚固设计施工规范采用公式：B:日本VSL锚固设计施工规范采用公式：D锚索最小间距（m）；T设计锚固力（kN）； d锚索钻孔孔径（m）；L锚 索长度（m）； 修正系数,取105 （kN2 m ） 。 (1)普通的非预应力锚杆，由于设计轴向力一般小于450KN,长度最长不超过20m，一般选用普通、级热轧钢筋。 (2)预应力锚杆可选用、级冷拉热

42、轧钢筋或其他等级的高强精轧螺纹钢筋。 (3)长度较长、锚固力较大的预应力锚杆应优先选用钢绞线、高强钢丝，不仅可以降低锚固的用钢量，最大限度地减少钻孔和施加预应力的工作量，而且还可以减少预应力的损失。（五）锚筋的选用边坡支挡加固设计1、扶壁和护岸墙扶壁和护岸墙常用于危岩即将掉落、已产生轻微的裂缝或者竖向位移将发生的地方。在交通系统内，扶壁通常建筑在和公路或铁路面同高程的位置。在陡峻地形区，尤其在有河流侵蚀的地区，扶壁或护岸墙是特别有用的。2、挡墙对于岩质边坡，挡土墙主要用于阻止边坡中大量岩体变形、失稳，并通过增加边坡移动的阻力控制和防止失稳。挡土墙可减缓岩质边坡的风化作用，因此起到了永久性的防护

43、作用。土质边坡也广泛地采用挡土墙结构。西欧国家中小边坡挡墙加固浙江二龙线护面墙挂网喷锚广东惠河高速喷播植草喷播植草主要分为两种情况：一是土质边坡，直接喷播草种即可;二是石质边坡，用机械的方法直接喷射植物赖以生长的土壤或有机质，而无需人工回填种植土。京珠粤境南K305工点锚杆框架铺草皮护坡 京珠粤境南K302工点菱形骨架铺草皮护坡地下工程地下工程发展概况地下工程地质问题地下洞室围岩稳定性支护措施地下工程发展概况不同的“建筑世纪”代表了不同的社会发展水平，19世纪是桥梁的世纪，20世纪是高层建筑的世纪，21世纪则是地下空间的世纪。时至今日，人口爆炸、土地退化、资源短缺、环境脆弱等诸多问题，使人类赖

44、以生存和发展的地球表面不堪重负。这种日趋严峻的态势，已引起广泛重视，世界各国除采取政治、经济措施以保护现有的生存空间外，日益重视地下空间的开发利用，并把地下空间当成一种新型国土资源，称之为地下产业。在地下空间的开发利用中，我国走在前列的当属铁道和水电两大行业。20世纪80年代以来，随之经济和科技实力的增强，我国铁路、公路、水利水电及跨流域调水等领域已建成了一大批特长隧道。长大隧道在克服高山峡谷等地形障碍、缩短空间距离及改善陆路交通工程运行质量等方面具有不可替代的作用。 数量多、长度大、大断面、大埋深是21世纪我国隧道工程发展的总趋势。长大隧道发展的因素可分为两大类：一类是施工技术，如掘进技术、

45、通风技术及支护衬砌技术；一类是开挖可能遭遇到的施工地质灾害的超前预报及其控制技术。如施工地质灾害包括硬岩岩爆、软岩大变形、高压涌突水、高地温及瓦斯突出等。地下开挖引起的围岩应力重分布围岩的变形与破坏地下洞室特殊地质问题围岩分级及其应用地下建筑围岩稳定性评价地下工程的地质超前预报地下工程地质问题地下工程:人工开挖或天然存在于岩土体内的构造物.也称为地下建筑或地下洞室。地下工程是指深入地面以下为开发利用地下空间资源所建造的地下土木工程。地下工程的共同特点是都要在岩土体内开挖出具有一定断面形状和尺寸，并具有较大的延伸长度的洞室。 由于地下开挖，使围岩周围岩体失去了原有的支撑，破坏了原有的受力平衡状态

46、，围岩就要向空间松胀位移，其结果又改变了相邻岩体的相对平衡关系，从而引起岩体内一定范围内应力、应变及能量的调整，以达到新的平衡,形成新的应力状态。 把地下开挖以后由于围岩质点应力、应变调整而引起天然应力大小、方向和性质改变的作用，称为应力重分布作用。 经应力重分布后形成的新的应力状态，称为重分布应力状态。并把重分布应力影响范围内的岩体称为围岩。地下开挖引起的围岩应力重分布地下洞室促使围岩形状发生变化的因素主要是卸荷回弹、应力重分布及水分重分布。洞室开挖后，在重分布应力的作用，围岩发生塑性变形或破坏。当围岩应力已超过岩体的极限强度时，围岩将立即发生破坏。围岩变形破坏的形式与特点除与岩体内初始应力

47、状态和洞形有关外，主要取决于围岩的岩性与结构。围岩的变形与破坏1、脆性围岩的变形破坏（1）张裂坍落；（2）劈裂；（3）剪切滑动或剪切破坏；（4）岩爆；（5）弯折内鼓。 脆性围岩的变形破坏主要是与卸荷回弹及应力重分布相联系，水重分布对其也有一定影响，但不起主要作用。2、塑性围岩的变形破坏 塑性围岩的变形破坏主要是与卸荷回弹及应力重分布相联系，水重分布对其也起主要作用。1）挤出 洞室开挖后，当围岩应力超过塑性围岩的屈服强度时，软弱的塑性物质就会沿最大应力梯度方向消除了阻力的自由空间挤出。2）膨胀 膨胀分为吸水膨胀和减压膨胀两类。3）涌流和坍塌 涌流是松散物质和高压水一起成泥浆状突然涌入洞中的现象，

48、多发生在开挖揭穿了饱水断裂破碎带的部分。 坍塌是松散破碎岩石在重力作用下自由跨落的现象，多发生在洞体通过破碎带或风化破碎岩体的部分。Czernitz隧道的膨胀和挤压变形(据Rziha1867)地下洞室特殊地质问题一、洞室涌水二、腐 蚀三、地 温四、瓦 斯五、岩 爆一、洞室涌水涌水条件：洞室开挖过程中，突然产生大量的水或泥涌入隧道的现象。地下洞室围岩的腐蚀指水、土、大气中的化学成分和气温变化对洞室混凝土及其他建筑材料的腐蚀。腐蚀类型二、腐 蚀腐蚀严重程度腐蚀易发生地区三、地 温地热增温率 G 约为： 1/ 33 m洞室埋深处的温度估算： T = T0 +（H-h）G四、瓦 斯瓦斯( gas ):

49、地下洞室有害气体的总称，其中以甲烷（CH4）为主。危害条件：施工要求：常温、常压下各种爆炸气体与空气合成的混合物的爆炸限度在地下开挖或开采过程中突然地以爆炸的形式表现出来，这就是所谓的岩爆。岩爆发生时，岩石或煤等突然从围岩中被抛出或弹出，抛出的岩体大小不等，大者可达几十吨，小者长仅几厘米。大型岩爆通常伴有剧烈的气浪和巨响甚至还伴有周围岩体的振动。岩爆对于地下采掘或地下工程建筑常能造成很大的危害大者能破坏支护、堵塞坑道，造成重大的伤亡事故。小者也能威胁工人的安全。五、岩 爆岩爆特点：围岩分级及其应用（一）围岩质量分级（二）N.Barton 岩体分类（三）铁路隧道围岩分级一、围岩分级（一）围岩质量

50、分级（二）N.Barton 岩体分类（三）铁路隧道围岩分级地下建筑围岩稳定性评价影响围岩稳定性的因素 影响稳定性的因素是多方面的，其中最主要的有地质构造、岩体的基本特征及结构。1）地质构造 褶皱和断裂破坏了岩层的完整性，降低了岩体的强度。因此可把构造变动的强烈程度作为衡量围岩稳定状况的一个主要因素。2）岩体的特性及结构 岩性角度出发，将岩体分为硬质岩、中等坚硬岩及软质岩三大类。 岩体结构将围岩划分为整体状结构、块状结构、镶嵌状结构、层状结构、碎裂结构及散体结构等。 岩体强度是反映岩体的特性及其结构特征的综合指标，通常用岩体完整性系数与岩石单轴饱和抗压强度的乘积，即准抗压强度来表示。3）地下水 地下水常是造成围岩失稳的重要因素之一，在破碎软弱围岩中，其影响尤为显著，地下水可使岩石软化，强度降低，加速岩石风化，还能软化和冲走软弱的结构面的充填物，减小摩阻力，促使岩块滑动。在膨胀岩体中，地下水可造成膨胀地压。4）原岩应力 原岩应力，特别是构造应力的方向和大小是控制地下工程围岩变形破坏的重要因素，洞室设计中如何考虑原岩应力的影响，正确认识并适应或利用之，使其有利于围岩的稳定，是一个非常重要的问