巴南公路养护段边坡治理工程方案设计

本科毕业论文题目：巴南公路养护段边坡治理工程方案设计摘要重庆市巴南区公路养护段东侧的边坡出现了大面积滑塌现象，塌落岩块总体积约400m3。若不及时整治，将严重威胁边坡上、下方建筑物和周边居民的安全。在工程中大量的挖方填方一方面引起岩土体的移动、变形和破坏，增加了地质脆弱带边坡的不稳定性，另一方面由于植被和地表土损失，自然植被恢复困难，如果对边坡不做处理，这些裸露边坡会为降水汇流的形成提供特定的边界条件和动力来源的同时，也是边坡坡面土体含水量降低、土质松散，岩石风化碎裂从而发生坡面土体寝室、水土流失、山体坍塌、滑坡、河流阻塞、水污染等灾害，因此公路边坡的防护是公路工程建设中的重要组成部分。它既要保持边坡的整体稳定性，又要兼顾路容美化协调自然环境。本文主要研究内容：1.工程地质条件。边坡所处位置原始地形为斜坡，边坡已开挖成型，形成折线形边坡，坡脚高程200.00～201.52m，边坡坡角56～58度。北侧边坡顶部高程206.02～220.68m；东侧边坡坡顶部随地形起伏而高低变化，高程220.68～227.68m。2.水文地质条件。水文地质条件简单，地下水贫乏，在雨季时坡顶斜坡在大气降雨强度较大时有坡面流形成，部分会渗入浅部第四系覆盖层及岩体裂隙中，形成裂隙水。3.地层岩性。该边坡位置基岩裸露，出露地层为侏罗系中统自流井组（J2Z）页岩、砂质页岩及砂岩，产状陡，坡顶及坡底处分布有第四系人工素填土（Q4ml）、第四系坡残积层粉质粘土（Q4dl+el）、第四系崩积层块石（Q4col）。4.三维地质模型。东侧侧边坡为顺层的岩质边坡，第②组裂隙产状303°∠56°，倾向与边坡倾向接近，倾向与坡脚一致，倾角为56°，小于坡面倾角，故东面边坡破坏可简化为单平面滑动破坏模型。本文主要采用的措施与方法：1.调差资料。通过调查当地的水文地质与周边环境结合地勘资料及勘察人员所提供的边坡滑坡前后的的照片对该边坡有一个清晰的认识。2.理论分析。根据地质勘查报告显示，北侧边坡第①组裂隙产状185°∠62°,倾向与边坡倾向一致,倾角为62°,大于坡面倾角58°,判断为基本稳定边坡；东侧边坡第②组裂隙产状303°∠56°，倾向与边坡倾向接近，倾向与坡脚一致，倾角为56°，小于坡面倾角，判断为顺层滑坡。3.定量计算。通过调差资料与理论分析，以三维地质模型为理论基础进行稳定性分析。本文的主要研究成果：1.裂隙水压力是导致坡体垮塌的主要因素。2.根据稳定性分析可知：当=45.5°时，=1该边坡处于临界平衡状态通过提高安全系数后反算锚杆应提供的抗力，设计结果为在东侧剖面（3-3剖面）设计采用10根锚杆，锚杆长为5m，锚固段长度为3.5m。关键词：公路边坡治理设计平面滑动预应力锚杆裂隙水压力Abstracte,GovernanceDesign,Planesliding,Prestressedanchor,Fissurewaterpressure目录第一章绪论………………………1第一节工程概况……………1第二节研究意义与研究内容……………2第三节我国道路边坡治理现状……………3第四节道路边坡治理对策…………………4第二章边坡区域地质环境概况…………………6第一节地质环境概况………………………6第二节工程地质条件………………………6第三章边坡破坏机制分析……………………9第一节边坡的分类…………9第二节边坡的破坏形式…………………10第三节影响边坡稳定性破坏的因素……………………11第四节边坡破坏机制……………………12第四章边坡支护方案的选择…………………14第一节边坡的重要性等…………………14第二节选择支护方案……………………14第五章边坡治理工程设计……………………16第一节边坡稳定性分析…………………16第二节边坡结构设计……………………20第六章结论……………………26致谢…………………………27参考文献…………………………28附图I边坡治理工程平面设计图附图II3-3剖面设计图绪论工程概况重庆市巴南区养护段边坡位于巴南区花溪镇其龙村9社。2007年7月17日特大暴雨后，东侧边坡发生垮塌，塌落岩块堆积于养护段办公楼后院内，垮塌方量约400m3，同时在坡半腰处仍悬挂部分碎裂岩块，坡顶紧邻围墙外侧，部分通道已塌落破坏；北侧边坡坡面岩体风化严重，局部有掉块现象。边坡全貌如图1-1和图1-2所示。图1-1东侧边坡全貌图图1-2北侧边坡全貌图研究意义与研究内容1.2.1研究意义2007年7月中旬暴雨后，位于重庆市巴南区公路养护段东侧的边坡出现了大面积滑塌现象，塌落岩块总体积约400m3。若不及时整治，将严重威胁边坡上、下方建筑物和周边居民的安全。在公路路基的施工过程中大量的挖方填方一方面引起岩土体的移动、变形和破坏，增加了地质脆弱带边坡的不稳定性，另一方面由于植被和地表土损失，自然植被恢复困难，如果对边坡不做处理，这些裸露边坡会为降水汇流的形成提供特定的边界条件和动力来源的同时，也是边坡坡面土体含水量降低、土质松散，岩石风化碎裂从而发生坡面土体寝室、水土流失、山体坍塌、滑坡、河流阻塞、水污染等灾害，因此公路边坡的防护是公路工程建设中的重要组成部分。它既要保持边坡的整体稳定性，又要兼顾路容美化协调自然环境。1.2.2研究内容及技术路线由于边坡的破坏程度不同，本文选取稳定性较差的东侧剖面（3-3剖面）进行分析，以地勘资料为基础，结合工程地质平面图抽象出三维地质模型并进行稳定性计算，最后进行边坡治理设计，技术路线如图1-3所示。工程地质测绘与钻探资料工程地质测绘与钻探资料工程地质条件工程地质条件确定三维地质模型确定三维地质模型稳定性计算稳定性计算提高安全稳定性系数反算锚杆应提供的抗力边坡治理设计边坡治理设计图1-3技术路线图1.2.3工作量表自本文从开始准备到论文最终定稿，本人认真对待每一个环节，通过老师的指导与自己的努力，花了大量的时间与精力来完成，将工作量汇总如表1-1所示。制图制表编辑公式查阅文献准备期总共用时单位幅个个篇日日数值91118201452第三节我国道路边坡治理现状1.3.1边坡绿化以草本植物为主,生态护坡的效果欠佳我国在道路坡面生态工程方面虽然取得了一定的成果和效益,但由于对植被演替规律的深层次规律认识不足,我国在道路坡面生态绿化工程的实施仍带有很大的盲目性和随意性,其实施和研究尚处于初级阶段,还存在以下问题:普遍采用单一或简单的混合草种而抛弃乔灌木,草本植物在护坡前期效果不错,但由此建立的生态系统相当脆弱,很容易遭破坏;在栽种草本植物时,过多地把注意力放在国外草种的引进上,而忽视了在本地适应更好、更易于形成良好群落结构和稳定关系的地方草种[6,7,8]。1.3.2边坡设计治理措施简单,自然环境的破坏严重道路边坡防护设计中大量采用浆砌片石护坡、锚索等劳动密集型的边坡防护方式。这些防护方式由于材料简单,施工干扰大,质量难以控制。许多道路建设的设计文件中都没有对环境生态进行专门设计。大量采用的浆砌片石护坡及喷射水泥砂浆等防护方式完全封闭了植物生长的环境,使得由于道路开挖而破坏的自然植被永久不能恢复。少量的绿化设计往往只是局部贴草皮,没有对边坡整个植被的逐步恢复进行考虑。缺乏植物覆盖的边坡加大了水土流失,给生态环境带来了不利影响。我国的道路建设,特别是高速公路建设因起步较晚,建设资金有限,在观念上、技术上和建设规模上与发达国家相比都有一定的差距,在道路边坡设计、边坡防护治理措施方面普遍存在以下问题:地貌破坏,植被难以恢复,造成大量水土流失;高填深挖,边坡不稳定性增大;大量石料采用,资源紧张,成本高;路容外观较差,噪音大等[5]。相比之下,美、日等发达国家非常重视保护生态环境。这些国家建设高速公路的时间比较早,他们很早就已将生态保护和恢复措施纳入了高速公路建设之中,并且为此进行了长期的研究和实践。如今这些国家已基本废除了浆砌片石和喷射水泥砂浆护面等破坏自然环境的工艺,在边坡防护中取而代之的是各种柔性支护和绿化措施,基本上实现了全路段绿化[6,9]。1.3.3边坡植被恢复水平较低,生态绿化的任务艰巨近年来,我国在道路建设中,修建高速公路比较普遍采用了三维网植草、喷混植草、客土喷播等国外的生态护坡工程技术对高速公路岩质边坡进行防护和绿化,但其余道路边坡除少数需要浆砌片石、喷射水泥砂浆护面、浆砌挡墙、砌石护坡等传统的工程护坡方式进行边坡治理外,大部分边坡一是采取传统的树、草单种或混种的方式进行边坡治理,二是未进行人工绿化而保持原貌,这当中还包括少部分高速公路边坡[5,7,8]。建设时期久远的道路边坡,特别是较偏远的山区公路边坡除个别采取了工程护坡处理外,大多数是直接种植树、草或未作任何绿化处理,其边坡创面上的植物基本上是自然生长所形成。随着人们对生态环境保护的要求越来越高,对我国道路边坡绿化工作提出了更高的要求,我国道路边坡种类繁多且面积大,大多边坡绿化水平还远远未达到生态恢复和边坡治理的目的。全国绿色通道建设的目标要求在2010年力争对全国所有可绿化的道路等通道实行全面绿化,这将有很大面积的道路边坡需要进行植被恢复与重建。目前全国高速公路里程已超过2.5万km,“十五”期间还将修建大量的高速公路。而全国整个道路边坡每年植被恢复与重建所需草种、生态种植基等的费用将会非常大,道路边坡生态绿化的工作任务还十分艰巨。第四节道路边坡治理对策1.4.1边坡设计施工要以边坡稳定性和保护环境生态为前提科学合理的设计施工是防范道路边坡不稳定性、实现生态防护、提高经济效益的根本途径。道路边坡的设计施工应实施可持续发展战略,预防因规划和建设项目实施后对环境造成不良影响,促进经济、社会和环境的协调发展。在选线设计、施工建设及运营管理中,作到进行精心设计,使边坡处于安全稳定的环境中。应采用合理边坡坡率和边坡形式,充分地确保路基的稳定,充分考虑桥、涵、路的结合,减少高填深挖,设置合适的防护工程,注意防水和排水,临河路堤要防河渠水的冲刷与浸泡[3,5]。全面贯彻环境保护的思想,以平衡土石方借弃土、少占林地、少占农田、保护水源地、水源林、渔地等自然生态为目标,采用土地复垦恢复植被等一切必要的措施,恢复自然,保护环境。道路边坡设计到施工,应引入竞争机制,选择一个资质好的承包单位,先提出多个设计方案,邀请专家评审,确定最佳方案,再进行施工。施工过程中,应进行工程监理,以保证方案正确、投资合理、施工质量良好,使治理工程达到预期目的。1.4.2提高土壤植被系统的生态护坡效应在维护边坡稳定与边坡生态景观恢复实践中,以植被为主体的坡面生态工程逐渐发展起来,植被越来越成为控制侵蚀和稳定边坡的一个有效措施[10,11,12]。道路边坡的不稳定性通常可分为表层不稳定性、浅层不稳定性和深层不稳定性,在我国的广大山地,表层和浅层的不稳定过程是边坡最常见的两类侵蚀类型,植被对解决这两类不稳定性具有很大潜力[10,13]。道路坡面过程受不同形态的能量驱动,其结果是以侵蚀形式发生的坡面物质的移迁。植被作为地表的保护层,能够以不同方式影响坡面侵蚀过程。决定土壤侵蚀过程的重要因素有气候、土壤、水文和地形,其中前面三个受植被的影响,草本植物及灌木的枝叶和根系集中分布于土壤表面,能够削弱有效降雨量和调节土壤的抗蚀性,植被对坡面的水文和机械保护效应所产生的深根锚固、浅根加筋、降低孔压、削弱溅蚀、控制径流的生态作用使其具备了抗蚀护坡的工程性能[8,10,14]。道路边坡土壤是植物形成、生长、演替的基础,而植被在道路边坡防护以及生态景观恢复方面又有着不可取代的重要作用。植被在道路边坡保护和侵蚀控制方面的功能是土壤植被系统中土壤与植被相互作用的结果。土壤植被系统是在一定地区由植物根系分布范围内的土壤、母质和岩石以及以植被为主的生物群所构成的有机整体,在系统内部,植被稳定土壤,土壤反过来养育植被,两者构成了所谓的"固结-维养关系",使其具有克服不稳定因素、保持系统的稳定性以及保证土壤和植被之间的相互作用、促进整个系统发育演化的双重作用[13]。应充分发挥土壤保持技术、地表加固技术在道路边坡防护中的作用,建立良好的土壤植被系统,提高道路边坡的生态护坡效果。通过对坡面的有效覆盖和及时地保护表土,使其免受表面侵蚀和土壤退化。通过植物根系固持土壤,降低土壤空隙水压来加固和提高抗滑力。土壤保持技术主要包括草皮移植、草播种、乔灌播种、抗蚀网格和活枝网格,地表加固技术主要技术包括活枝扦插、枝条篱墙、活枝捆剁、排水式活枝捆剁、沟壑式栽种、压条和枝干篱墙等[6]。1.4.3合理选择与搭配生物护坡工程的植物物种进行道路边坡坡面植被恢复、建立新的植物群落时需要合理选择植物的物种,使其具有适应性、生物多样性、功能性。为保证有良好的植被,在植物选择上,应废除传统的单一植草观念,选择适合当地气候及地质条件以植物进行目标群落设计,以求达到恢复自然的目的。植物种类选择也有别于普通植草,植物物种可尽量采用与当地天然植被类似的种类,使植被可以实现从草坪到树林的演替,而且乡土植物更容易与自然融为一体,使得人工植被更接近原始生态。道路边坡坡面植被重建的设计与施工过程中,所选物种必须具有耐瘠性、耐旱性、深根性、青绿期长、再生能力强、生长迅速、抗病虫害能力强、抗外界干扰能力强。生物多样性是生态系统稳定的基础,较高水平的生物多样性有利于生态系统功能的发展和优化。道路边坡应采用乔、灌、草、藤、花等植物进行合理配植,使同一群落内功能相似类群的物种多样性增加,提高生态系统对环境变化的应变性及功能性[15,16,17]。道路生态防护的植物物种选择与搭配是道路建设工程中可持续发展的对策之一。植物物种选择与搭配应使环保机能、景观机能及安全机能都相应得到提高,使其同时具有治理水土流失、绿化、美化、改善行车条件、防止眩光、降低噪音等多种功能。第二章边坡区域地质环境概况地质环境概况2.1.1地形地貌边坡所处位置原始地形为斜坡，边坡开挖形成时间约10年，边坡已开挖成型，坡脚高程200.00～201.52m，边坡坡角56～58度。地形平坦开阔，北侧边坡顶部高程206.02～220.68m，北接已建龙泉面粉厂；东侧边坡坡顶部随地形起伏而高低变化，高程220.68～227.68m，其上接居民区，地形平坦，坡角2～5度。2.1.2气象水文拟建场地位于巴南区花溪镇其龙村，场地属亚热带季风湿润气候区。全年气候温和，四季分明，雨量充沛，无霜期长，云雾多日照少，湿度大风速小，静风频率高。多年平均气温18.6°C，最高气温42.3°C（1976年9月25日），最低气温-1.8°C（1980年1月13日），年均日照1152.6小时，年均降水量1099.3毫米，降水量的年内分配有明显旱季和雨季，75%～80%集中在5～10月。年均无霜期345天，年均相对湿度81%，年均风速0.9米/秒，静止无风占风向频率的54%，受冬季风和夏季风影响，最多风向为偏北风，次之为偏南风。勘察区场地位于斜坡及坡顶地段，未见河流水系通过。经过调查勘察区无地表水体。第二节工程地质条件2.2.1水文地质条件边坡位置基岩裸露，岩性为页岩、砂质页岩及砂岩，产状陡，地下水贫乏，水文地质条件简单。应注意在雨季时坡顶斜坡在大气降雨强度较大时有坡面流形成，部分会渗入浅部第四系覆盖层及岩体裂隙中，形成裂隙水，故应封闭裂缝，防止雨水渗入坡体。2.2.2地层岩性边坡处已经基岩裸露，出露地层为侏罗系中统自流井组（J2Z）页岩、砂质页岩及砂岩，坡顶及坡底处分布有第四系人工素填土（Q4ml）、第四系坡残积层粉质粘土（Q4dl+el）、第四系崩积层块石（Q4col），其岩性特征分述如下：（1）第四系人工素填土（Q4ml）素填土：灰褐色，结构松散～稍密，由路面混凝土、砖块、砂页岩碎石组成，块径3～8cm，为人工修复路面堆积而成，堆积时间2-3年。钻探揭露厚度0.25m～0.35m，主要出露于场地后侧路面及居民区。（2）第四系坡残积层粉质粘土（Q4dl+el）粉质粘土：灰褐色、黄褐色，可硬塑状，干强度中等，韧性中等，无摇振反应，稍有光泽，夹泥岩、页岩碎石。根据调查该层厚度一般为0.30～1.50m。仅分布于边坡顶部旱地处。（3）第四系崩积层块石（Q4col）块石：黄褐色，成分由黄褐色砂质页岩崩积于坡角堆积而成，块径0.30～1.5m，堆积时间约一个月。根据调查该层厚度一般为0～1.50m，仅分布于边坡坡角处。（4）侏罗系中统自流井组（J2Z）a、砂岩（J2Z-Ss）：黄褐色、青灰色，中～细粒结构，中～厚层状构造，钙泥质胶结，强风化层岩石呈黄褐色，岩心较碎，中风化岩石多呈青灰色，岩心较完整，局部层间裂隙较发育。勘察钻探揭露深度4.52m～17.55m，发育于北侧边坡内，多与页岩呈互层状产出。b、页岩（J2Z-Sh）：青灰色，灰绿色，成分以粘土矿物为主，泥质结构，薄层状构造，钙泥质胶结，强风化层岩心较碎，多呈碎块状，中风化层岩心较完整，多呈柱状，局部层间裂隙发育，裂面多见红褐色铁锰质氧化膜侵染。勘察揭露厚度7.78m～13.35m，发育于整个边坡场地，是场地主要岩性。c、砂质页岩（J2Z-Sh）：黄褐色，青灰色，成分以粘土矿物为主，泥质结构，薄层状构造，钙泥质胶结，强风化层岩心较碎，呈碎块状，颜色呈黄褐色，中风化层岩心较完整，呈柱状，颜色呈黄褐色、青灰色。勘察揭露厚度15.60m～19.10m。主要发育于东侧边坡内，是该侧边坡主要岩性。2.2.3地质构造场地地处南温泉背斜北西翼，岩层呈单斜产出，产状303°∠56°。本场地边坡处基岩出露。东侧边坡根据场地基岩露头调查，东侧边坡场地内主要发育三组裂隙：①216°∠41°，间距0.80～1.50m，无充填，裂面较平直，张开5～60mm，构造裂隙，属硬性结构面，结合一般；②303°∠56°，间距0.30～0.50m，无充填，裂面平直，张开3～40mm构造裂隙，属硬性结构面，结合较差，为岩体层间裂隙；③36°∠56°，间距0.80～1.00m，无充填，裂面平直，张开5～50mm，构造裂隙，属硬性结构面，结合一般。北侧边坡根据场地基岩露头调查，北侧边坡侧边坡页岩较完整，砂岩体主要发育四组裂隙：①185°∠62°，间距0.50～1.00m，无充填，裂面较平直，张开5～60mm，构造裂隙，属硬性结构面，结合一般；②233°∠86°，间距0.30～0.50m，无充填，裂面平直，张开3～40mm，构造裂隙，属硬性结构面，结合较一般；③287°∠52°，间距0.20～0.50m，无充填，裂面平直，张开5～50mm，构造裂隙，属硬性结构面，结合一般。④322°∠45°，间距0.40～0.80m，无充填，裂面平直，张开3～40mm，构造裂隙，属硬性结构面，结合较一般；2.2.4地震效应根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001），场地位于抗震不利地段，属抗震设防烈度6度区，设计基本地震加速度为0.05g。场地土属坚硬场地土，等效剪切波速大于500m/s（经验值），设计特征周期0.25s，场地类别为Ⅰ类。2.2.5不良地质现象（1）北侧边坡总体坡度58°，因差异风化而形成陡坎或凹腔处有少量掉块，且表面风化严重，总体上未出现变形破坏现象，现状稳定性较好；（2）东侧边坡总体坡度56°，于二零零七年七月十七号大暴雨后跨塌，边坡顶部出现多出拉张裂缝，现状稳定性较差，在该侧边坡中部有块径0.30～1.50m的砂质页岩块石悬于边坡中部，目前该侧边坡现状稳定性差，有继续破坏跨塌的趋势，威胁上部居民房和居民及下部公路养护段办公楼的安全。第三章边坡破坏机制分析第一节边坡的分类为了达到边坡达到边坡稳定性评价的效果，首先要明确边坡的类型，才能因地制宜，给出合理的评价结果。为此，众多学者、专家做了大量的工作，将边坡的类型汇总如表3-1所示。表3-1边坡的分类分类依据名称备注岩性土质边坡由土层组成的边坡岩质边坡由岩石组成的边坡岩土混合边坡由土层和岩层共同组成的边坡边坡高度一般边坡岩质边坡坡高：H<10m,土质边坡坡高：H<10m高边坡岩质边坡坡高：15m<H<30m,土质边坡坡高：10m<H<15m超高边坡岩质边坡坡高：H>30m,土质边坡坡高：H>15m边坡长度长边坡坡长L>300m中长边坡100m<坡长L<300m短边坡坡长L<100m边坡坡度缓坡坡度α<15°中等坡15°<坡度α<30°陡坡30°<坡度α<60°急坡60°<坡度α<90°倒坡坡度α>90°边坡结构体特征块体结构边坡岩体呈块状、厚层状，结构面不发育，多为刚性结构面，贯穿性软弱结构面少见层状结构边坡岩体多呈现互层和层间错动带常为贯穿性软弱结构面碎裂结构边坡由碎裂状岩体构成，或为断层破裂带，或为节理密集带散体结构边坡各种岩石的构造破碎及其强烈影响带、强风化破碎带使用年限临时边坡只在施工期间存在的边坡短期边坡只存在10—20年的边坡，如基坑边坡永久边坡长期使用的边坡稳点性稳定坡稳定性条件好，边坡不会发生破坏不稳定坡稳点性条件差或已经局部发生破坏，必须经过处理才能稳点岩层与坡面关系近水平层状边坡由近水平层状岩土体构成的边坡顺倾向边坡岩土层与边坡方向相同逆倾向边坡岩土层与边坡方向相反，倾向边坡山体内重庆市巴南区养护段边坡所处位置原始地形为斜坡，边坡开挖形成时间约10年，边坡已开挖成型，形成折线形边坡，坡脚高程200.00～201.52m，边坡坡角56～58度。地形平坦开阔，北侧边坡顶部高程206.02～220.68m；东侧边坡坡顶高程220.68～227.68m。根据现场调差可初步判断该边坡为陡的岩质高边坡，且为顺向坡。第二节边坡的破坏形式 为了便于稳定性计算，参照霍克的分类方法将岩体边破坏坡划分为平面滑动、楔形状滑动、圆弧滑动及倾倒破坏4类，其中平面滑动又据滑动面的数目划分出3个亚类，各类及亚类边坡破坏的主要特征见表3-2[2]。表3-2岩体边坡破坏类型表类型亚类主要特征平面滑动单平面滑动滑动面倾向与边坡面基本一致，并存在走向与边坡垂直或近垂直的切割面，滑动面的倾角小于边坡角且大于其摩擦角一个滑动面，常见于倾斜层状岩体边坡中一个滑动面和一个近铅直的张裂缝，常见于倾斜层状岩土边坡中同向双平面滑动两个倾向相同的滑动面，下面一个为主滑动面多平面滑动三个或三个以上滑动面，常可分为两组，其中一组为主滑动面楔形状滑动两个倾向相反的滑动面，其交线倾向与坡向相同，倾角小于坡脚切大于滑动面的摩擦角，常见于坚硬块状岩体边坡中圆弧形滑动滑动面近似圆弧形，常见于强烈破碎、剧风化岩体或软弱岩体边坡中倾倒破坏岩体被结构面切割成一系列倾向与坡向相反的陡立柱状或板状体。当为软岩时，岩柱向坡面产生弯曲；为硬岩时，岩柱被横向结构面切割成岩块，并向坡面翻到重庆市巴南区养护段边坡破坏形式为：东侧边坡：根据地质勘查报告显示，该侧边坡为顺层的岩质边坡，结合东侧边坡全貌图，暴雨后垮塌的临空面是光滑的，可判断没有粘聚力，故东面边坡破坏可简化为单平面滑动破坏模型如图3-1所示。北侧边坡：根据地质勘查报告显示，第①组裂隙产状185°∠62°,倾向与边坡倾向一致,倾角为62°,大于坡面倾角58°,判断为基本稳定边坡。场地内主要以东侧边坡顺层滑动破坏为主，北侧边坡现状为切向坡，现状稳定性较好，故本次主要以东侧边坡为研究对象进行分析。张裂隙破裂面张裂隙破裂面图3-1单平面滑动示意图第三节影响边坡稳定性破坏的因素3.3.1边坡稳定性主要影响因素一、岩性边坡处已经基岩裸露，出露地层为侏罗系中统自流井组（J2Z）页岩、砂质页岩及砂岩，其岩性特征分述如下：1.砂岩（J2Z-Ss）：黄褐色、青灰色，中～细粒结构，中～厚层状构造，钙泥质胶结，强风化层岩石呈黄褐色，岩心较碎，中风化岩石多呈青灰色，岩心较完整，局部层间裂隙较发育。发育于北侧边坡内，多与页岩呈互层状产出。2.页岩（J2Z-Sh）：青灰色，灰绿色，成分以粘土矿物为主，泥质结构，薄层状构造，钙泥质胶结，强风化层岩心较碎，多呈碎块状，中风化层岩心较完整，多呈柱状，局部层间裂隙发育，裂面多见红褐色铁锰质氧化膜侵染。发育于整个边坡场地，是场地主要岩性。3.砂质页岩（J2Z-Sh）：黄褐色，青灰色，成分以粘土矿物为主，泥质结构，薄层状构造，钙泥质胶结，强风化层岩心较碎，呈碎块状，颜色呈黄褐色，中风化层岩心较完整，呈柱状，颜色呈黄褐色、青灰色。主要发育于东侧边坡内，是该侧边坡主要岩性。二、岩石的特征岩石是构成边坡的基本元素，不同的岩石组合有其常见的变形破坏。如坚硬完整的块状或厚层状岩石组合，容易形成高陡的边坡；软弱地层岩石形成的边坡则坡度较缓。岩石的抗剪强度低、亲水能力强、抗风化能力低，那么由此类岩石组成的边坡容易发生滑坡。该地区主要是由砂岩、页岩、砂质页岩组成的岩组，页岩是整个边坡的主要岩性，切其局部层间裂隙发育。三、地质构造由2.2节可知场地地处南温泉背斜北西翼，岩层呈单斜产出，产状303°∠56°。本场地边坡处基岩出露。东侧边坡：根据场地基岩露头调查，东侧边坡场地内主要发育三组裂隙，均属硬性结构面，其中有一组结合较差，为岩体层间裂隙，且为顺层岩质边坡。北侧边坡：根据场地基岩露头调查，北侧边坡侧边坡页岩较完整，砂岩体主要发育四组裂隙：均属硬性结构面，结合一般，且其坡岩层倾角大于坡脚。3.3.2边坡稳定性外部影响因素一、水的作用水的渗入是岩土的质量增大，进而是滑动面的滑动力增大；其次，在水的作用下岩土被软化而抗剪强度降低；另外，地下水的渗流对岩体产生动水压力和静水压力，这些都对岩体边坡的稳点性产生不利的影响[2]。二、风化作用风化作用是岩体内裂隙增多、扩大，透水性增强，抗剪强度降低。三、地震因地震波的传播而产生的地震惯性力直接作用于边坡岩体，加速边坡破坏。四、人为因素边坡的不合理设计、爆破、开挖或加载，大量生产生活用水的渗入等都能造成边坡变形坡坏，甚至整体失稳。3.3.3诱发因素该侧边坡形成时间较久远，约近十年时间，其间间断出现局部掉块现象，表层风化严重，在二零零七年七月十七日特大暴雨后发生跨塌，故本次特大暴雨是该侧边坡的主要诱发因数。边坡破坏机制在岩体力学试验、岩体工程及自然界岩体中见到的破坏现象，在模型试验中都可见到，不仅如此，有些破坏现象往往只可在模型试验中见到（R.E.Goodman,1976）[2]。通过大量工程实践和野外观察现象可知，岩体破坏机理与岩体结构密切相关，常见的岩体破坏机制及岩体结构的关系见表3-3。表中资料表明，完整结构岩体破坏的主要机制为张破裂和剪破裂，碎裂结构的破坏机制最为复杂，各种结构岩体出现的破坏现象在这里都可出现。块裂结构岩体的主要破坏机制为结构体沿软弱结构面滑动。岩体破坏机制主要为七种：①张破裂；②剪破裂；③结构体沿软弱结构面滑动；④结构体转动；⑤倾倒；⑥溃屈破坏；⑦弯折破坏。表3-3岩体破坏机制类型整块体结构岩体块状结构岩体碎裂装结构岩体散体状结构岩体张破裂；剪破裂；流动变形；结构体沿结构面滑动结构体张破裂；结构体剪破裂；结构体流动变形；结构体沿软弱结构面滑动；结构体转动；结构体组合体倾倒；结构体组合体溃屈剪破裂；流动变形；由此可见，岩体的破坏机制是十分复杂的，根据调查可发现东侧边坡经过近十年的裸露、风化、剥蚀作用，坡顶构造裂隙及边坡后缘拉张裂缝非常发育，在本次特大暴雨的冲刷、浸泡、渗透，该侧边坡上部临空面岩体在水力作用下，发生软化，使卸荷裂隙贯通，在裂隙水压力作用下发生垮塌破坏。第四章边坡支护方案选择第一节边坡的重要性等级边坡工程应按其损坏后可能造成的破坏后果（危及人的生命、造成经济损失、产生社会不良影响）的严重性、边坡类型和坡高等因素，根据表4-1确定安全等级。表4-1边坡工程安全等级边坡类型边坡高度破坏后果安全等级岩质边坡岩体类型为I类或II类H≤30很严重一级严重二级不严重三级岩体类型为III类或IV类15＜H≤30很严重一级严重二级H≤30很严重一级严重二级不严重三级土质边坡10＜H≤15很严重一级严重二级H≤10很严重一级严重二级不严重三级注：1一个边坡工程的各段，可根据实际情况采用不同的安全等级2对危害性极严重、环境和地质条件复杂的特殊边坡上程，其安全等级应根据工程情况适当提高。根据《建筑边坡工程技术规范》第3.2.2条有关规定，结合边坡周围环境、工程地质与水文地质条件及地勘报告，综合分析确定本边坡为岩质边坡，且工程安全等级为一级。第二节选择支护方案边坡支护结构型式可根据场地地质和环境条件、边坡高度以及边坡工程安全等级等因素，参照表4-2选定。表4-2边坡支护结构常用形式条件结构类型边坡环境边坡高度H(m)边坡工程安全等级说明重力式挡墙场地允许，坡顶无重要建（构）筑物土坡，H≤8岩坡，H≤10一、二、三级土方开挖后边坡稳定较差时不应采用扶壁式挡墙填方去土坡，H≤10一、二、三级土质边坡悬臂式支护土坡，H≤8岩坡，H≤10一、二、三级土层较差，或对挡墙变形要求较高时，不宜采用板肋式或格构式锚杆挡墙支护土坡，H≤15岩坡，H≤30一、二、三级坡高较大或稳定性较差时宜采用逆作施工，对挡墙变形有较高要求的土质边坡，宜采用预应力锚杆排桩式锚杆挡墙支护坡顶建（构）筑物需要保护，场地狭窄土坡，H≤15岩坡，H≤30一、二级严格按逆作施工。对挡墙变形有较高要求的土质边坡，应采用预应力锚杆岩石锚喷支护I类岩坡H≤30一、二、三级II类岩坡H≤20二、三级III类岩坡H≤15二、三级坡率法坡顶无重要建（构）筑物，场地有放坡条件土坡，H≤10岩坡，H≤25二、三级不良地址段，地下水发育区、流塑状土时不宜采用本边坡所处位置原始地形为斜坡，边坡开挖形成时间约10年，边坡已开挖成型，为顺层滑坡，边坡坡角56～58度。；东侧边坡坡顶部随地形起伏而高低变化，其上接居民区，地形平坦，坡角2～5度。结合重庆类似边坡支护工程经验，经综合考虑边坡支护方式选择为：东侧边坡采用锚杆与面板结合的方式进行支护。第五章边坡治理工程设计根据边坡破坏的实际情况、周边环境及边坡岩层等情况将边坡分为东侧坡段和北侧坡段，在整个场地选取7个剖面对整个边坡进行了勘察（见附图I），根据实际情况及地勘资料可知：位于东侧的3-3剖面所代表的坡段破坏较为严重，作为支护重点，该坡段采用锚杆与面板结合的支护；位于北侧的4-4剖面和5-5剖面代表的坡段基本处于稳定，但根据现实情况来看，采用锚杆钢筋网喷射砼坡面面支护。因此，本文以3-3剖面为研究对象进行设计计算。边坡稳定性分析5.1.1设计采用参数根据《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2002表4.5.4，抗剪参数折减系数取0.9，计算结果如表5-1所示。表5-1岩土边坡设计参数岩土名称重度抗剪强度CΦkN/m3Mpa°强风化砂岩24.50*0.300*24.00中风化砂岩24.790.78725.4强风化页岩24.500.10021.00*中风化页岩24.920.28922.06强风化砂质页岩25.00*0.20022*中风化砂质页岩25.110.40723.21加*者均为经验值5.1.2东侧边坡（3-3剖面）稳定性分析（5-1）（5-2）（5-3）（5-4）（5-5）式中：——；——滑动面上的抗滑力（）；——滑动面上的下滑力（）；——静水压力（）；——岩石的粘聚力（）；——岩石的内摩擦角（°）；——坡脚（°）；——破裂面与水平面的夹角（°）；——裂隙水高（）；——水的密度（）；——重力加速度（）；根据几何关系，利用三角函数将各边用表示：（5-6）（5-7）将式5-6和5-7代入5-1～5-5式得：计算参数如表5-4所示。表5-2地勘报告提供参数名称厚度坡脚坡高重度单位m°mkN/m3kPa°数值1.55626.42520022（5-8）将以上各参数代入式5-6，则计算结果为：（5-9）由式5-9可得出结论：是关于的一个函数，并对式5-9进行求导可得，在0°≤≤56°，是随着的减小而减小的一个单调函数，当=45.5°时，=1该边坡处于临界平衡状态。即：①当>45.5°时，>1边坡处于稳定状态；②当=45.5°时，=1边坡处于临界平衡状态；③当<45.5°时，<1边坡处于失稳状态。稳定安边坡工程全系数安全等级计算方法一级边坡二级边坡三级边坡平面滑动法折线滑动法1.351.301.25圆弧滑动法1.301.251.20注：对地质条件很复杂或破坏后果极严重的边坡工程，其稳定安全系数宜适当提高。由4.1节知：重庆市巴南区养护段边坡工程安全等级为一级。故该边坡稳定性系数必须达到1.35以上。第二节边坡结构设计5.2.1锚杆设计有关参数荷载分项系数γQ=1.30边坡工程重要性系数γ0=1.1（安全等级为一级的边坡）锚固体与地层粘结工作条件系数ζ1=1.00（永久性锚杆）锚杆抗拉工作条件系数ζ2=0.69（永久性锚杆）钢筋与砂浆粘结强度工作条件系数ζ3=0.60（永久性锚杆）锚筋抗拉强度设计值fy=300000kPa钢筋与锚固砂浆间的粘结强度设计值fb=2400kPa5.2.2锚杆计算1.计算锚杆应提供抗力由5.1节计算可知，当=45.5°时，=1边坡处于临界平衡状态。（5-10）（5-11）式中：——锚杆应提供的抗力（）；其他参数同式5-6～5-8；将η=1.5及表5-4中的参数代入式5-11得：T=500.7KN。该剖面设计10层锚杆，将其平均分配到各个锚杆上，故每根锚杆多要所要提供的抗力为T/10=50.07KN。简化力学模型如图5-4所示。ββ锚杆αθT图5-4锚杆力学模型简化图2.求解锚杆所受水平拉力标准值根据图5-3锚杆力学模型简化图可知单根锚杆的水平拉力标准值：(5-12)3.求解锚杆轴向拉力标准值与设计值、根据《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2002第7.2.1可知锚杆轴向拉力标准值与设计值可按下式计算：(5-13)(5-14)将代入式5-13得：代入式5-14得：3.计算锚杆钢筋截面面积根据《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2002第7.2.2可知锚杆钢筋截面面积可按下式计算：(5-16)式中：——锚杆钢筋或预应力钢绞线截面面积（m2）；——苗筋抗拉工作条件系数，永久性锚杆取0.69，临时性锚杆取0.92；——边坡工程重要性系数，重要性一级取1.1，二、三级取1.0；，——锚筋或预应力钢绞线抗拉强度设计值（kPa）。将及其它参数代入式5-16得：由于参数给定锚筋抗拉强度设计值fy=300000kPa，故锚杆选筋为：1B224.计算锚固段长度（1）计算锚杆锚固体与地层的锚固长度根据《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2002第7.2.3可知锚杆锚固体与地层的锚固长度可按下式计算：(5-17)式中：——锚固段长度（m）；——锚固体直径（m），——地层与锚固体粘结强度特征值（kPa），应通过试验确定，当无试验资料时可按表5-4取值；——固体与地层粘结工作条件系数，对永久性锚杆取1.00，对临时性锚杆取1.33。表5-4岩石与锚固体粘结强度特征值岩石类别frb值（kpa）岩石类别frb值（kpa）极软岩135～180较硬岩550～900软岩180～380坚硬岩900～1300较软岩380～550注：l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：fr＜5Mpa为极软岩，5Mpa≤fr＜15Mpa为软岩，15Wpa≤fr＜30MPa为较软岩，30MPa≤fr＜60MPa为较硬岩，fr＞60MPa为坚硬岩。东侧边坡的主要地层岩性为页岩和砂质页岩，故归为软岩类，取为300kpa，将及其它参数代入式5-17得：（2）计算锚杆钢筋与锚固砂浆的锚固长度根据《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2002第7.2.4可知锚杆钢筋与锚固砂浆的锚固长度可按下式计算：(5-18)式中：——锚杆钢筋与锚固砂浆间的锚固长度（m）；——钢筋根数（根）；——锚杆钢筋直径（m）；——边坡工程重要性系数，重要性一级取1.1，二、三级取1.0；——钢筋与锚固砂浆间的粘结强度设计值（kPa），应通过试验确定，当无试验资料时可按表5-5取值；——钢筋与砂浆粘结强度工作条件系数，对永久性锚杆取0.60，对临时性锚杆取0.72。表5-5钢筋、钢绞线与砂浆之间的粘结强度设计值fb（MPa）锚杆类型水泥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、高强钢丝见2.752.953.40将及其它参数代入式5-18得：故锚杆锚固长度为：根据《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2002第7.4.1可知锚杆总长度应为锚固段、自由段和外锚段的长度之和，并应满足下列要求：锚杆锚固段长度应按式（5-17）、（5-18）进行计算，并取其中大值。岩石锚杆的锚固段长度不应小于3m，且不宜大于45D和6.5m，或55D和8m；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，故锚固段段长度可取为≥3.5m。由地勘报告可知层厚为1.5m，结合工程的实际情况和计算结果得锚杆长度，锚杆长度为锚固段长度与自由段长度之和，如图5-5所示。ββ锚杆潜在滑裂面αθ锚固段自由段张裂隙图5-5锚杆模型图计算得：锚杆长度为≥+1.5=5m。5.2.3边坡支护设计方案经计算和构造要求确定3-3剖面支护设计如下所示：（1）清除清除边坡坡面上不稳定岩石及土体，及东侧边坡坡脚处塌落碎岩块。（2）采用面板与钢筋组合进行支护,在面板上打入锚杆，3-3剖面共设计10层锚杆，锚杆选用1B22制作，长度为5m，毛孔直径不小于110mm，水平入射角为15°。（3）坡顶裂隙封闭处理，防止雨水渗入坡体。（4）在坡脚种植藤蔓植物,以作绿化。第六章结论本文是对重庆市巴南区花溪镇其龙村9社养护段边坡进行了稳定性分析和治理工程的设计。通过以上各章节的讨论，可得出如下结论：（1）边坡所处位置原始地形为斜坡，边坡已开挖成型，坡脚高程200.00～201.52m，边坡坡角56～58度。地形平坦开阔，北侧边坡顶部高程206.02～220.68m；东侧边坡坡顶部随地形起伏而高低变化，高程220.68～227.68m。边坡位置基岩裸露，岩性为页岩、砂质页岩及砂岩，产状陡，地下水贫乏，水文地质条件简单。在雨季时坡顶斜坡在大气降雨强度较大时有坡面流形成，部分会渗入浅部第四系覆盖层及岩体裂隙中，形成裂隙水，故裂隙水压力是导致坡体垮塌的主要因素。（2）根据地勘资料和计算可判断，北侧边坡坡面倾角为58°,地勘报告中第①组裂隙产状185°∠62°,倾向与边坡倾向一致,倾角为62°,大于坡面倾角58°,判断为基本稳定边坡；东侧边坡经过近十年的裸露、风化、剥蚀作用，坡顶构造裂隙及边坡后缘拉张裂缝非常发育，在本次特大暴雨的冲刷、浸泡、渗透，该侧边坡上部临空面岩体在水力作用下，发生软化，使卸荷裂隙贯通，在裂隙水压力作用下发生沿顺层垮塌破坏。（3）根据稳定性分析可知：当=45.5°时，=1该边坡处于临界平衡状态。（4）根据提高安全系数后反算锚杆应提供的抗力，初步设计在东侧剖面（3-3剖面）设计采用10根锚杆，锚杆长为5m，锚固段长度为3.5。（5）考虑到水对滑坡垮塌的影响较大，由于在雨季时坡顶斜坡在大气降雨强度较大时有坡面流形成，部分会渗入浅部第四系覆盖层及岩体裂隙中，形成裂隙水，故应封闭裂缝，防止雨水渗入坡体。致谢在大学即将结束之际，经过努力，毕业论文终于完成。通过这次毕业设计，使我有机会将自己在大学期间所学多专业知识进行总结并综合运用，在此过程中，我对专业知识的认识和掌握程度得到了极大的提高。在论文的编写期间，我得到了李云安