滑坡勘察设计中常见的几个问题

滑坡勘察、设计中常见的几个问题

2007年6月25日一、勘察目的及任务目的为滑坡灾害防治提供地质依据任务1、查明滑坡形成的地质环境条件；2、查明滑坡的厚度、物质组成、结构特性、空间分布特征，地下水类型及其富水程度和空间分布特征；3、查明滑坡的形成机制及引发因素、变形破坏现状和危害程度；4、为防治施工提供详细的工程地质与水文地质资料和岩土体的物理力学性质参数；5、计算并综合评价其稳定性及其演化发展趋势；6、对防治工程提出地质建议。

地质条件计算参数计算模型一、勘察的特点二、勘察方法选择原则三、计算参数的确定四、稳定性系数五、荷载一、滑坡勘察的特点滑坡勘察不同于一般建筑的岩土工程勘察，其特点主要有以下几个方面：1、重视地质环境条件的调查，并从条件中寻找滑坡的形成演化过程和主要作用因素；2、充分认识滑坡的地质结构，从其结构出发研究其稳定性；3、重视变形原因的分析，并与外界引发因素相联系，研究主要引发因素的作用特点与强度（灵敏度）；4、稳定性评价和防治工程设计参数具不唯一性，常表现为较强的离散性，应根据滑坡的个体特点与作用因素综合确定，进行多状态的模拟计算；5、目前尚未研究出具有普适性的稳定性计算方法，现有的方法都有较多的假定条件；6、勘察阶段结束不等于勘察工作结束，后续的工作如监测或施工开挖常常补充修改勘察阶段的认识，甚至完全改变以前的结论；7、勘察方法的选择是强调查应用经验与技巧，寻求以最少的工作量和最低的投资，获得最佳的勘察效果；8、勘察工作量确定的最基本原则是能够查明滑坡体的形态结构特征和变形破坏的作用因素，满足稳定性评价对有关参数的需求，而不拘于一般的勘察规程。二、勘察方法选择原则

基本原则：以较低的勘察工作投入，取得较多的有用资料。1、针对性：根据现场踏勘和前人资料，初步确定其性质，有针对性地选用适宜的勘探方法；2、力求以最简单的方法去解决最复杂的问题，避免刻意追求新奇的技术；3、简便高效。尽可能使用操作简便，易于搬迁，在地形地质和气象等方面环境适应性强的设备；4、经济合理。在能够满足勘察质量要求的前提下，尽可能降低勘探工作量。a、布置勘探剖面应在对滑坡调查的基础上，结合宏观变形迹象，有针对性地布置，纵剖面应与滑坡主滑方向一致。b、在准备设置工程措施部位应尽可能地布置勘探工作。c、钻探工作应遵照相关规范，钻孔深度适中。d、应针对不同的勘探对象选择合适的勘探手段和方法。三、计算参数的确定

滑坡的物质组成：

滑动岩土体滑床岩土体滑动面（滑动带）—软弱结构面目的求岩土体和作为滑带的软弱结构面的物理力学性质（包括变形与强度参数）。意义为稳定性计算和治理设计提供参数。理论导向经验判断测试基础合理反算（一）、C、φ的关系

滑动面抗剪强度表达式τ=σtgφ+C当滑带土处于饱水状态C=0τ=σtgφ从公式可以看出：1、抗剪强度是随作用于滑动面上的法向应力的增大而增大；2、内聚力为一常数；3、内摩擦角为一变量。

滑体厚度的大小影响滑动面的抗剪强度。当滑体厚度增大时，内摩擦角的作用增大；当滑体厚度减小时，内聚力的作用增大。有关文献将滑体（上覆岩土体）厚度为4米作为一个界线。(1)滑体厚度小于4米时，其抗剪强度主要由内聚力控制；(2)滑体厚度大于4米时，其抗剪强度主要由内摩擦角控制。为方便计算，通过抗剪强度相等原则，采用一个定值的综合内摩擦角φ0代替内摩擦角和内聚力。称似摩擦角或综合摩擦角。《建筑边坡工程技术规范》（GB50330－2002）φo=arctg(tgφ+2c/rhcosθ)《铁路路基支挡结构设计规范》φ0=arctg(tgφ+2c/rh)注意：

1、当内聚力越大时，计算出的侧向岩土压力“失真”越严重；2、当正应力增大，计算的侧向岩土压力偏小，则不安全；3、当正应力减小，计算的侧向岩土压力偏大，偏于安全。

《建筑边坡工程技术规范》中规定：由于边坡岩土体的不均一性等，一般情况下，等效内摩擦角的计算边坡高度不宜超过15m，不得超过25m。规范公式中存在的问题：抗剪强度相等原则τ=σtgφ+C×Lτ=σtgφo则：tgφo=tgφ+C×L/σ式中:正应力σ=G×cosθG=r×h×a/2a=cosθ×LG=r×h×L×cosθ/2σ=r×h×L×cos2θ/2tgφo=tgφ+C/r×h×cos2θ/2=tgφ+2C/rhcos2θ因0＜cosθ＜1cosθ＞cos2θ规范推荐公式计算的φo小于推导公式计算的φo。有一安全储备。（二）、试验法

室内试验原位试验试验法最大的不足是由于滑带土的不均匀性导致试验结果离散性太大。尽管目前对取样部位及取样方法进行了规定，且试验尽可能模拟各部位滑坡的受力特征，但仍然难以达到满意的效果。（三）、参数反演法

反演或称反分析是通过恢复已破坏斜坡的原始状态或滑动后滑坡状态，在分析其破坏机理的基础上，建立极限平衡方程，然后反求滑动面的C、φ值。1、明确反映变形破坏机制；2、计算步骤尽可能简化，抓住主要问题，提高适宜性，3、易于校核；4、不刻意追求新颖和复杂化。

在进行反演分析时应特别注意以下几点：1、应尽可能地模拟滑坡蠕滑时的边界条件，尤其是地下水位，如果难以做到，则可取勘探时雨季最高地下水位；2、选择分析剖面与主滑剖面一致；3、用作反演分析的理论方法，应与设计用的稳定性及推力计算方法一致。

《岩土工程勘察规范》（GB50021－2001）、《公路工程地质勘测规范》（JTJ064-98）、《铁路工程不良地质勘察规程》（TB10027-2001）、《滑坡防治工程勘查规范》（DZ/T0218-2006）等规范规程中对反演法均作了相应的规定。但在具体计算过程中需注意以下几个方面：1、无论是采用恢复已破坏斜坡的原始状态或滑动后滑坡状态，首先必须明确滑坡的稳定状态，并取相应的稳定系数。各种规范规程中按滑坡的赋存活动状态（正在滑动、暂时稳定、稳定）给出了一个相应的区间值，但在取值过程中需考虑滑坡的危害程度，危害程度大取小值，危害程度小取大值。2、除主滑剖面外需取与主滑剖面平行的不少于一条的计算剖面。3、假定C值计算φ值、或假定φ值计算C值，须注意两值的对应性，计算中相邻假定值不能过大。

在反演分析中，滑坡几何参数确定后，稳定性系数可根据滑坡稳定状态，给定一个值，那么公式中的变量只有C、φ。我们可以用两个或两个以上的剖面建立2元一次或高阶方程组，联立求解方程式可以较为精确地反算出滑带土的抗剪强度参数。

（四）经验法（类比法）

各类规范、规程、手册都给出了较多的经验数据，在应用过程中要注意滑带土的相似性和不同性。硬性结构面：主要由结构面的几何形态、胶结情况及充填厚度所决定。1、结构面起伏较大且较粗糙，内摩擦角较大；2、结构面如为钙质、铁质、硅质胶结，内聚力较大；3、随着结构面充填物厚度的增大，结构面抗剪强度由充填物的抗剪强度来控制。滑带土的抗剪强度还与土的矿物成份及粒径有关。如组成土的矿物成份中高岭土、伊利石、蒙脱石含量较高，则土的内聚力较大，粒径大，内聚力小。

《建筑边坡工程技术规范》、《工程岩体分级标准》、《岩土工程手册》等都给出了一些经验公式和数据。其中《岩土工程手册》中给出了抗剪强度指标与斜坡坡度之间的一个统计资料：滑坡斜面坡度θ实例数Φ（0）C（KPa）相关系数0≤θ＜10469.05.800.94410≤θ＜1513214.83.400.95115≤θ＜2012720.70.400.93520≤θ＜259523.64.400.94125≤θ＜304027.94.000.93030≤θ2730.07.300.944

滑坡计算参数,包括滑坡岩土和滑动面(滑带)的物理力学性质参数.在以上研究的基础上滑坡计算参数确定的基本思路如图:滑坡工程地质条件滑坡地质力学模型滑坡岩体分类参数反演原位试验室内试验参数估算经验数据综合分析参数建议值四、稳定性系数

滑坡稳定性研究的主要任务是进行滑体稳定性计算，评价目前和稳定状态和可能的变形发展趋势，它是在确定了地质模型和物理破坏模式以后，给出合理的数学概化模型。滑坡稳定性系数：是判断滑坡稳定程度的一个量化值。滑坡稳定性的计算方法大致可分为三类，一是极限平衡法，二是数值法，三是概率法。极限平衡分析法是一种定量方法，也是工程上使用最多、最成熟的方法。目前国内有关规范、规程采用最多的一种计算方法。极限平衡假设：当坡体的强度指标降低Fs倍后，坡体内存在一达到极限平衡状态的滑面，滑体处于临界状态。条块刚性假设：对滑体进行剖分后，各条块为刚性块体，只发生整体运动而不产生条块内部的变形。

同样的力学破坏模式，同样的力学参数，采用不同的计算方法，稳定性系数计算结果可相差30%。同种计算方法，同样的力学参数，同样的力学破坏模式，剖分方法的不同，计算结果相差很大。不同影响因素状态下差值也不同。其差值最大可达20%。坡面或滑面越陡，剖分方法的影响越大。在以下位置应设置滑坡体条块垂直分界面:

1、滑动面倾角变化点；2、滑动面物理力学参数变化点；3、滑动面与地下水位线相交点；4、地面线与河流或水体设计水位线的交点；5、滑坡体重度突变位置；6、滑坡推力零界位置。规范、规程中采用的计算方法：1、滑动面为单一滑面或圆弧形：瑞典条分法或毕肖普(Bishop)法。瑞典条分法是将滑动面以上的土体分成n个垂直分条，对作用于各土条上的力进行力或力矩平衡分析。该方法是忽略土条之间和相互作用力的影响。毕肖普法是假定滑动面是以o为圆心，R为半径的圆弧，从中任取一土条i为分离体，其分离体的作用力为：土条重引起的法向反力和切向力，并分别作用于底面中心处。根据静力平衡条件或极限平衡条件各土条力对圆心进行力矩平衡分析。忽略条间切向力。2、滑动面为平面（岩质）滑动时采用平面极限平衡法。3、滑动面为折线时采用传递系数法（不平衡推力）。上述计算方法中，瑞典条分法偏于过分安全，毕肖普法和传递系数法误差较小。

（一）捕传递系跨数法显戚示解公膝式传递系数只法是采用辰投影法建故立的一个仓力的平衡哈方程。《岩土工荒程勘察规激范》、《理建筑边坡践工程技术萌规范》、何《滑坡防络治工程勘素察规范》贷中采用的歌是显示解阳：对存在地下水作用时，稳定性分析应考虑地下水的作用：1、水下（浸润线）部分岩土体重度取浮重度；2、第i计算条块岩土体所受的动水压力Pwi按下式计算：（一）浙传递系漆数法显怜示解公皇式分子：各岂条块抗滑名力之和分母：态各条块搞下滑力泽之和。1、公式吩是按逐块两投影法进键行推导，章其数学逻菜辑是正确铲的。按公扑式可理解染为：滑体各条述块下滑力颗传递至最牺末条块之乘剩余下滑辉力和最末哨条块下滑现力之和与他滑体各条色块抗滑力改传递至最副末条块之柱剩余抗滑列力和最末红条块抗滑暑力之和的逮绝对值之雅比。但忽晶略了各条抱块之下滑库力和抗滑拆力在传递晨过程中的茫相互作用您关系。在某一平援行于条块锡分界面的仪竖直分界抵面位置，押若满足条呢件：剩余穷下滑力≤哈0、靠滑咳坡前缘一袜侧条块下慈滑力＞0批，则该竖首直分界面遣靠滑坡后旬缘一侧各怖条块的下殊滑力和抗编滑力均不储再向下传么递。（一）昌传递系货数法显胃示解公听式2、动水压猛力对滑体右的稳定性坡是不利的筋。在动水椒压力计算失公式中，世当第i计浊算条块底逢面倾角为激负值（向扶下）且绝凳对值大于逐第i计算驾条块地下狱水位面倾揭角时，所津产生的动赛水压力方承向指向上查为一抗滑鞠力，这违乖背了动水涂压力性质恐。(二)情传递系跪数法隐讲式解隐式解非中是对铲滑体下纯滑力进崭行折减太，经多弃交迭代霜使滑体负未条块者剩余下读滑力等组于零时桌的系数泉（Fs鼓）即为吼滑坡稳研定性系租数。传递系数建法显式解澡和隐式解腐有如下关弦系：1、当稳左定性系数付小于1.工0时，稳赔定性系数阶的显式解蹲小于隐式浸解；2、当稳为定性系数搭等于1.壳0时，稳碗定性系数喷的显式解填等于隐式呀解；3、当稳灰定性系数种大于1.井0时，稳利定性系数妇的显式解洒大于隐式肢解。五、荷载作用于滑蒸坡体上的姜荷载有如纳下几种：a、滑宵坡体自像重；b、滑坡庆体上的地波面荷载：托建（构）让筑物产生葡的附加荷唤载，汽车耻、行人等阅产生的动去荷载；c、地骑下水产涉生的荷林载：静做水压力界、动水治压力等纽奉；d、地震伙荷载；e、江（月河、库）驻水位变化榆产生的荷炸载。荷载组合弓是根据滑槐体变形过答程中作用森于滑体上娱的荷载按垫最不利条岁件进行组口合。各类注规范、规龟程中有不趋同的组合汗方法：建设行业味：可分为蛙永久荷载机、可变荷榨载、偶然颠荷载。分侦别进行荷螺载组合，梨相应的荷闻载选取不哗同的荷载浇分项系数吃。五、荷识载地质、南公路、枯铁路、鞠水利行涉业：根佩据滑坡堵变形过捧程及其鲁发展趋衬势进行饱荷载组耐合（工杏况）。在稳定性葵计算中一承定要分析屠滑坡的运鲜动特征和萄动力特征找，在影响幼因素分析株中要分别显进行诱发脸因素和激梳发因素进粪行分析。六、勘察怖报告编制1、可触不进行愁勘察等懂级划分协，但要勿进行勘瞧察阶段握划分，速并根据畅滑坡规鸣模、危浊害程度冻、治理复难度进丛行滑坡木分级。2、地猎质环境脊部份（删概述）竖，对与索滑坡有套关的进队行重点菠描述。3、滑抱坡基本催特征部鼠份（1）滑径坡边界、洲规模、形估态特征：偏分析滑坡夫体的类型颜、边界范挖围及分布才高程、面乒积、体积白及其平面多、空间型占态，并分悲析其变形著破坏特性认和可能造野成的危害李。（2）滑任体特征：硬分析滑体饭的成因类收型、物质曲成分及结愉构、形态桑参数、岩赚土力学性罩质和指标凳、厚度及型分区，地戒下水活动戒状态及岩令土渗透特哀征。（3）摸滑床特莲征：滑吗床基岩抖岩性及冠结构，树岩石力奇学和渗汉透性指守标、地吹质构造估，风化洞程度等候。（4）滑舟移带特征瘦：滑移带越的物理组师成、力学偷特性与结韵构、微结卵构特征，格分布形态勒，埋深、良厚度及分姻段。应对滑体何、滑动面假、滑带土报、滑床物融质组成进铲行描述。4、对试铲验方法应哑加以说明瞎。5、在识剖面图妇、钻孔牛柱状图晚、山地且工程展距示图必催须标注姥取样位私置。滑坡防治稿工程设计滑坡防治煎工程应与覆社会经济腔发展和环酷境质量改聋善规划相寸适应，与销环境保护剃、土地利鸦用相结合肉。滑坡防风治应以围及早治彼理，一碰次根治旷，不留砌后患为授原则。动态设计晓为滑坡防猾治工程设蜜计的基本使方法。一份设屡计由三错部份组夏成一、计咸算书二、施洪工图图述册三、工程纪预算书一、计造算书计算书是逝整个设计馅的核心。遇是设计的底理论计算晌及校核的砖依据。它章应该由以欧下几部份游组成：1、滑坡驰概况2、设计骡依据及采疏用的规范禁、规程3、设计醋参数4、工程壤措施5、计算设计参摘数设计参数愿一般采用薄专项滑坡泡《勘察报起告》中建沫议的设计贷参数。由月于对同一益滑坡的看筐法不同，解可能存在汽认识上的蜡分歧。在东对滑坡物渡理力学参倒数取值上毁有不同的待认识。如断果对《勘刘察报告》猜中提供的顿参数进行内修正，那台么在此部海分需加以位说明和论植述。最终颗确定设计筹参数。工程设退计中安悔全系数吃的讨论滑坡稳定调性安全系伪数：根据闪滑坡危害映对象的重洪要性，危宗害程度的台大小，治嘉理失败后殃补救工程荐的难易度狂面而规定常的一种安赚全指标。滑坡防治背工程设计按都要符合州规范中规笋定的安全扣系数，不剃同的安全纯系数定义身对稳定安护全系数的允数值与滑任坡推力值用都是不同踏的。但滑帽坡工程与罩结构工程否不同，增衫大荷载并障不一定能掌充分体现渡增大安全挠系数。随鹿着荷载的喊增大，下诵滑力增大先，但抗滑经力也会增沫大。目前刚采用的安且全系数主摆要有三种奋：1、强孟度储备怀安全系哭数：通多过降低昨岩土体剃强度来怒体现；2、超载扑储备安全很系数：通葱过增大荷惰载来体现迷；3、下烈滑力超状载储备翁安全系毁数：通秀过增大据下滑力狐来体现痰。强度储备疮安全系数滑坡的发达生常常是提由于外界苦因素引起抹岩土体强污度降低面耐导致岩土洪体滑坡，蒜在计算过侄程中只降崖低抗滑力伪，而不改辟变下滑力狮是比较符末合工程实盗际情况，警也是工程帖界广泛承必认的一种弃方法。如竟简化毕肖骑普法，传暑递系数法腐的隐式解雪等。超载储备民安全系数主要表现隶在支护结衬构设计中哭的荷载分之项系数。注如抗滑桩超结构的承笛载力设计乳时:下滑力灵超载储誓备安全揭系数改进传递风系数法：基于以下柱六个假设棉：1、将滑资坡稳定性本问题视为千平面应变成问题；2、滑爸动力以胶平行于愚滑动面乞的剪应鸣力τ和曾垂直滑脉动面的括正应力疾σ集中接作用于才滑动面同上；3、视宇滑坡体福为理想华刚塑材梳料，认剪为整个辛加荷过励程中，俭滑坡体营不会发愤生任何匆变形，巾一旦沿尝滑动面慕剪切应亿力达到富其剪切针强度，田则滑坡胳体即开采始沿滑倦动面产绍生剪切凝变形；4、滑动谋面的破坏稳服从Mo镇hr-C直oulo砖mb破坏抄准则，即挖滑动面强每度主要受说粘聚力及遇摩擦力控语制；5、条分块间的半作用力像合力（妨剩余下溪滑力）夺方向与允滑动面炼倾角一猾致，剩器余下滑踢力为负宗值时则搭传递的厨剩余下易滑力为镰零；6、沿整统个滑动面绵满足静力霞平衡条件草，但不满为足力矩平烤衡条件。改进的倾传递系醒数法依捐据、原扔理正确念，物理蒙意义明肉确，计稍算结果树稳定、杜可靠。槐其满足川条块剩摩余下滑泊力的合忠力小于棒零的条尾件，即叛条块之各间不允制许出现族拉应力庙，不论炼条块剩像余下滑班力是否扶小于零哑，其计砌算出的爽稳定性裹系数均史与不平迁衡推力暂法相等安，计算怖的滑坡设推力满直足设计丙要求，染克服了歼传统的辨传递系秋数法方疫法的不雁足。强度折蹦减安全凉系数与筝下滑力堡超载安谦全系数滑坡推力鄙的标准值齿：式中：E钉—滑坡推扫力T—岩层土体下挡滑力R—岩届土体抗王滑力由强度折唤减安全系里数Fs得丑到的滑坡壳推力为：E1=T-R坐/Fs由下滑力中超载安全催系数Fs掘得到的滑慰坡推力为肠：E2=Fs×裂T-RE2=Fs(真T-R/样Fs)=笨Fs×E1可见，忽采用下轻滑力超纷载安全补系数的外滑坡推恩力值为帝强度折长减安全井系数的粥滑坡推吼力值的案Fs倍紧。这也刷就是为侧什么采稠用改进抹传递系页数法计吴算滑坡筝推力时晓Fs值挤增加不蕉大而推回力增加告很大的旋原因。锚固角疮的优化常见的腊边坡破丹坏类型屠有平面毛破坏、怒楔体破顿坏、圆丙弧破坏兄及复合鼓破坏。1、按引规范、铸规程取棉值：锚较孔倾角银宜采用挎100-350；2、假定已北知滑动傲面倾角且为α，魔坡面线逮倾角为透γ，锚便索与水抵平面的芦夹角为喉θ，锚卡索与滑绢动面的贯夹角为范β，锚沿固端简宵化为A江点，则昨预应力愧锚索加该固受力辟示意图貌如下：由图中易得：β=α+θ锚索抗滑力F为：由上式圈可知，缓锚固抗娃滑力主喂要由锚坟固力T谅沿滑动精面的切且向分力前Tτ和郑法向分厚力Tn妻在滑动变面上产跌生的摩颗擦力提捕供。T荷主要由呜注浆体匀与锚索性或与岩简土体孔弹壁间的肯粘结强货度值决忠定，是恒满足预伏锚设计焰要求的让核心参滔数，通聪常由预奋应力锚景索设计茂的安全辟系数决页定。因锁此，抗南滑力设译计的主满导参数北是锚索派与滑动侮面的夹您角β，游当滑动社面已定蝇时，主乌导设计断参数变挨为锚索刻水平倾允角θ。拨因此，榴预应力劳锚索加瞒固优化俘设计的刘重点在拾于确定掩锚固角狱θ的大头小。1、最奥大抗滑责力当β=糟α+θ胳=φ，诱即θ=避φ-α墨时，F动取得最情大值：Fmax=T×secφ由Tτ轨=Tc趣osβ财可知，β取值越小举，即θ取恳值越小时澡，Tτ值逢越大，为锐此有“为宝取得预应陵力抗滑的摊最大效果债，施加预道应力的方砖向应尽可领能与滑动恒方向相反