堤坝边坡稳定性研究

关键词： 黄土 稳定性 边坡 评价

堤坝边坡稳定性研究（精选十篇）

堤坝边坡稳定性研究 篇1

为了进一步讨论黄土边坡的计算参数对边坡稳定性安全系数的影响, 以兰州榆中地区的自然稳定黄土边坡为研究对象, 在既定坡高和坡率的前提下, 采用基于极限平衡理论的简化毕肖普法, 研究黄土边坡的重度γ、黏聚力c和内摩擦角φ变化时对边坡稳定性安全系数的影响规律, 为类似黄土边坡的稳定性评价时的参数选取提供借鉴。

1 黄土边坡研究区概况和计算方案

1.1 研究区概况

以兰州榆中地区的自然稳定黄土边坡为调查对象, 重点调查统计了高度在20m左右的黄土边坡 (如图1所示) , 其岩性均为Q3马兰黄土, 坡面可近似为直线型, 之后取不同部位的原状黄土做室内物理力学参数试验, 得到所需的主要参数见表1。

1.2 计算方案

黄土边坡稳定性评价所采用的计算方法有很多, 通常包括极限平衡法和数值模拟法, 本文中采用极限平衡理论的简化毕肖普法 (simplified Bishop method) 进行稳定性计算, 为了作对比研究, 统一简化取黄土边坡的坡率为1∶1, 不考虑地下水的影响, 计算当边坡的重度、黏聚力和内摩擦角分别变化时安全系数的变化。黄土边坡的计算示意图如图2所示。

2 稳定性计算参数与安全系数的相关性

2.1 重度与边坡安全系数的相关性

黄土边坡的黏聚力和内摩擦角取试验的平均值, 即c=16.5k Pa, φ=28.6°, 重度从12.0k N/m3依次增加至17.0k N/m3, 安全系数计算结果的变化见表2, 图3为重度与安全系数的变化曲线。

从表2和图3可以看出, 在粘聚力和内摩擦角不变的前提下, 重度与安全系数具有很好的相关性, 随着重度的增加, 边坡的安全系数有所下降, 其变化规律可以用线性函数关系式表达为:

其相关系数R=0.995, 说明相关性很好。分析表2的试验数据, 当黄土的重度从12.0k N/m3增加至17.0k N/m3时, 边坡的安全系数仅从1.35下降至1.18, 说明在边坡的粘聚力和内摩擦角不变的前提下, 黄土重度的变化对边坡安全系数的影响较小。

2.2 黏聚力与边坡安全系数的相关性

黄土边坡的重度取工程中常用的经验值, 即为γ=13N/m3, 内摩擦角取试验的平均值, 即φ=28.6°, 黏聚力从12.0k Pa依次增加至21.1k Pa, 安全系数计算结果的变化见表3, 图4为黏聚力与安全系数的变化曲线。

从表3和图4可以看出, 在重度和内摩擦角不变的前提下, 粘聚力与安全系数具有很好的相关性, 随着黏聚力的增加, 边坡的安全系数有所增加, 其变化规律可以用线性函数关系式可以表达为:

其相关系数R=0.998, 说明相关性很好。分析表3的试验数据, 当黄土的黏聚力从12.0k Pa增加至22.0k Pa时, 边坡的安全系数仅1.16增加至1.47, 说明在黄土边坡的重度和内摩擦角不变的前提下, 黏聚力的变化对边坡安全系数的影响较大。

2.3 内摩擦角与边坡安全系数的相关性

黄土边坡的重度取工程中常用的经验值, 即为γ=13k N/m3, 黏聚力取试验的平均值, 即c=16.5k Pa, 内摩擦角从24.0°依次增加至34.0°, 安全系数计算结果的变化见表4, 图5为内摩擦角与安全系数的变化曲线。

从表4和图5可以看出, 在重度和黏聚力不变的前提下, 内摩擦角与安全系数具有很好的相关性。随着内摩擦角的增加, 边坡的安全系数有所增加, 其变化规律可以用函数关系式表达为:

其相关系数R=0.9995, 说明相关性很好。分析表4的试验数据, 当黄土的内摩擦角从24.0°增加至34.0°时, 边坡的安全系数从1.16增加至1.49, 说明在黄土边坡的重度和黏聚力不变的前提下, 内摩擦角的变化对边坡安全系数的影响较大。

3 结论

通过对兰州榆中黄土边坡的稳定性计算参数与其安全系数关系的对比研究中, 可以得到如下的结论:

1) 在黄土边坡的坡高坡率既定的前提下, 黄土边坡稳定性计算参数的变化与其安全系数之间具有较好的相关性。黄土的重度与边坡安全系数呈负相关, 而黄土的黏聚力和内摩擦角与边坡的安全系数呈正相关;

2) 在黄土的重度、黏聚力和内摩擦角中有其中之一变化时, 安全系数随之呈线性变化, 其变化趋势可近似用以一次函数关系式定量表达;

3) 通过进一步的分析发现, 黏聚力和内摩擦角的变化对边坡安全系数的影响相对于重度的变化对边坡安全系数的影响较大。因此, 在黄土边坡稳定性计算中, 应特别重视粘聚力和内摩擦角的参数值的选取。

参考文献

[1]夏元友, 李梅.边坡稳定性评价方法研究及发展趋势[J].岩石力学与工程学报, 2002, 21 (7) :1087-1091.

[2]刘祖典.黄土力学与工程[M].西安:陕西科学技术出版社, 1997.

[3]张少宏.黄土边坡稳定计算中参数的敏感性分析[J].水利与建筑工程学报, 2003, 1 (3) :40-42.

[4]李萍, 王秉纲, 李同录, 等.陕西地区黄土路堑高边坡可靠度研究[J].中国公路学报, 2009, 22 (6) :18-25.

[5]李萍, 黄丽娟, 李振江, 等.甘肃黄土高边坡可靠度研究[J].岩土力学, 2013, 34 (3) :811-817.

水利工程边坡稳定性研究论文 篇2

1边坡的形态规模

根据层面、坡面及节理裂隙赤平投影分析(图2)，J1、J2对左岸边坡稳定性不起控制作用，其稳定性主要受J3控制，受卸荷作用的影响，在左岸J3以倾北东方向(产状为NW290°～335°/NE∠70°～80°)为主。受此外倾结构面的控制，边坡前缘的强风化、强卸荷岩体属潜在不稳定块体，在暴雨、地震等作用下，可能失稳而发生崩塌、掉块。

2边坡变形机理分析

从岩体力学的观点来看，岩体边坡的破坏不外乎剪切和拉断两种形式。大量的野外调查资料及理论研究表明，绝大部分岩体边坡的破坏均为剪切滑动破坏。研究滑动破坏问题的关键在于研究滑动面的形态、性质及其受力平衡关系［1］。同时，滑动面的形态及其组合特征不同，决定着要采用的具体分析方法的不同。金佛山左岸岩质边坡的变形发育主要在坡脚平缓结构面，向坡前临空方向产生缓慢的蠕变性的滑移。上部岩性为块状灰岩，岩体坚硬，厚度大，底部为粉砂岩夹页岩，岩性相对软弱，存在易压缩变形的特点。针对相对较软弱的粉砂岩层，增加了钻孔，采用孔内全断面成像方法，查明对应层位深度分别为57．8～62．8m和93．5～98．5m，确实存在相对软弱、破碎的粉砂质页岩层，为软弱夹层，属滑坡体深部潜在软弱面，目前尚未完全贯通形成滑动面。上部为崩坡积土层和强风化岩块等，中、下部以弱风化粉砂岩、页岩岩体为主，掺杂有强风化、强卸荷岩体，部分岩体看似完整，但产状凌乱，局部还有架空现象。因此，认为左岸岩质高边坡是潜在滑坡，是一个深层、顺层、复合机制成因的滑坡，下部为顺层牵引-塑流性质、上部为压致拉裂推移式。

稳定性分析

1边坡计算模型

对重庆市金佛山水利工程坝址区左岸岩质高边坡稳定性采用有限元强度折减法，分析天然、开挖、加固状态的边坡稳定性。饱和状态模拟开挖前后遇强降雨的土体饱和情况，加固之后考虑竣工期和蓄水期两种情况。据王俊杰，等［2］提出的边坡简化计算方法和陈锦璐，等［3］在网格、边界条件对有限元计算结果的影响分析研究，将边坡剖面简化并划分网格，如图3。

2计算参数

结构模型采用摩尔库伦屈服准则，采用非关联流动法则(剪胀角φ=0)。屈服准则假定:作用在某一点的剪应力等于该点的抗剪强度时，该点发生破坏，剪切强度与正应力呈线性关系。摩尔库伦模型是基于材料破坏时应力状态的莫尔圆提出的，破坏线是与莫尔圆相切的直线，强度准则为:=c－σtanφ(1)式中:为剪切强度;σ为正应力;c为材料黏聚力;φ为材料内摩擦角。相应的计算参数见表1。

3失稳破坏判定准则

目前，判断边坡失稳破坏的标准通常包括:有限元数值计算的不收敛、塑性区的贯通、广义剪应变的贯通等［4］。吕庆，等［5］认为在小应变假设中用数值计算不收敛作为判据，但是，计算不收敛的原因比较多，如荷载过大，计算单元有奇异等。因此，以此为判据适用范围有一定的限制。栾茂田，等［6］建议采用塑性应变贯通作为判据，以此作为判据时主观因素占很大成分，未排除弹性塑性应变的影响，破坏界限比较模糊。分析边坡失稳破坏的主要特征可知，不管其内部的变形机理是广义剪应变还是塑性应变，其最终结果是产生位移，位移是边坡内部作用的外在表现。滑动主要是由剪应变和位移造成的。随着强度参数的不断折减，边坡上的位移矢量和剪应变不断向坡脚处增大，因此，以坡顶特征点位移突变为失稳判据，意义明确，界限清晰。

4计算结果分析

各工况有限元强度折减法计算得到的安全系数见表2。鉴于方案1的安全系数最小，笔者给出了该方案的强度折减系数与坡顶位移的变化曲线(图4)，塑性应变云图、位移等值线云图(图5)。图6为边坡开挖后天然含水与饱和状态时的塑性应变云图。图4表明，折减系数在1．42时发生坡顶的位移矢量的突变，此后，位移陡增，表明此时塑性区已经贯通，开始滑动，当安全系数为1．42时处于临界状态。因此，以此作为安全系数，概念、意义明确。图5显示，金佛山左岸岩质高边坡具有圆弧-折线的潜在滑动面，形态由底部的条状带页岩控制，滑坡体前缘及浅层岩体变形强烈。下部为顺层牵引-塑流性质、上部为压致拉裂推移式，是一个深层、顺层、复合机制成因的潜在滑坡。边坡岩体随变形发展，平行临空面的裂隙容易被拉开［7］，在遇到沉积岩的岩层分界面时，裂隙被岩层结构面分割。在薄弱、结构有突起的部位，形成应力集中区和近似平行于坡面的台阶状裂隙。最终，薄弱裂隙连通、岩体滑动。以1∶0．3的坡比折线形开挖岩体表面强风化和弱风化的部分岩体。开挖后天然和饱和状态的安全系数分别为1．73和1．62。图6显示，饱和后土体软化［8］，整个塑性区包围的岩体增大，潜在下滑岩体增大。天然状态时潜在滑弧在前部形成直线段，塑性区离开挖后的临空面较近，表部卸荷岩体容易形成裂隙而最终达到整体的塑性区贯通。临空面上岩体卸荷回弹，坡顶的后部产生张拉裂缝，在雨水入渗作用下，由于裂隙底部的岩体渗透系数小，排水不畅，静水压力作用于裂隙面，增大了下滑力，这往往是暴雨后岩质边坡容易产生破坏的重要原因［9］。

鉴于上述分析，建议清除表层强风化、强卸荷岩体，开挖坡度应小于外倾结构面的最小倾角并保护好开挖面，及时锚喷支护。岩质高边坡的上部还存在韩家店组(S2h)的页岩，以黏土矿物为主，抗风化能力差。在天然含水量的情况下新鲜岩石层面结合尚牢，遇水软化，湿水后易崩解。因此，建议上部采用10cm厚混凝土喷锚支护，下部有宽张裂隙带J2，是岩体风化和卸荷的产物，有方解石填充，采用锚杆锚固，并用自密实混凝土填充，保证岩体的完整性，防止此卸荷裂隙扩张。加固后边坡采用简化计算方法，在加固区域分别采用提高岩体强度指标以代替加固区域的强度参数，根据工程经验，加固区岩体强度参数提高20%。加固后边坡天然和饱和含水状态安全系数分别为1．85和1．78，均比未加固时有明显提高，加固效果显著。

结论

边坡渐进破坏及稳定性治理措施研究 篇3

关键词:边坡路基;渐进破坏;稳定性治理

中图分类号:U416.14 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2010)27-0034-02

土坡稳定以及土工建筑的边坡设计是个古老而又年轻的问题,不论是水利水电、铁路公路、港口或矿山等工程建设中都普遍遇到,其安全与否直接关系到人民的生命财产安全,因此,在土坡工程的评价、设计和建设中,安全性始终是最根本、最重要的指标,在设计中,往往比经济上的考虑更为重要。

本论文主要结合边坡渐进破坏的主要特点,对其稳定性治理展开分析探讨,以期从中找到可靠、有效、合理的边坡渐进破坏的治理措施,并以此和广大同行分享。

1边坡渐进破坏分析的基本原理

滑坡是常见的自然灾害之一,多发于丘陵、山地。边坡的形式可以是自然的(自然坡体滑坡),也可以是人为的(矿山边坡、道路路基、水坝等)。边坡的失稳破坏一般是由于坡体材料本身的力学参数(如抗剪强度)下降,或本身地质构造(如节理、裂隙或断层)发生蠕变扩张、延伸,或由于外来因素(如滑坡、爆破振动、雨水渗透等)的影响,必然经历一个从局部破坏开始,然后逐点扩展,最终产生大规模破坏的渐进过程。

在此过程中,首先出现局部破坏,然后发生应力释放、应力转移和应力重分布,而在破坏区域的邻近滑体所受到的影响最大,该邻域可能由原先没有超过强度转变为超过强度值(峰值)而发生破坏,并进行应力释放,又把多余的载荷(残余值)转加到其他区域,应力再度重新调整,这样在不断地发生应力释放、转移和调整的过程中,使破坏面不断扩大、延伸,最后,若稳定性安全系数小于1,则破坏面完全贯通,滑体在滑床上作加速运动,滑坡发生;若稳定性安全系数大于1,则滑体破坏延伸到某一区域后停止,其前方区域的应力应变均未超过强度值。

2边坡渐进破坏的稳定性治理探讨

2.1边坡渐进破坏控制体系探讨

城市岩质边坡稳定性控制是一项复杂的系统工程。为了便于叙述,从系统工程的观点分析,城市岩质边坡稳定性控制可简化为是一个由时间维、逻辑维和方法维组成的三维系统。城市岩质边坡稳定性控制系统时间维反映按时间顺序的设计、施工和使用三个阶段,其中设计阶段包括目标分析、方案设计、技术设计和施工信息反馈设计;逻辑维是进行城市岩质边坡稳定性控制的逻辑步骤,它包括分析、综合、评价和决策;方法维是城市岩质边坡稳定性控制过程中所采取的各种措施,具体内容为工程措施控制、信息化监测控制和预警预报控制三个部分。其中工程措施控制是稳定性控制的主体,它包括岩质边坡的加固控制、排水控制和施工技术控制等;监测控制和预报控制是检验和优化工程控制、保证工程施工和运行安全、避免重大工程事故发生的重要技术手段。设计过程中的每个行为都反映为这个三维空间中的一个点。城市岩质边坡稳定性控制作为一个系统工程,应该从设计阶段、施工阶段到使用阶段整个工程设计基准期内对城市岩质边坡进行全面、主动、动态的控制。

2.2边坡稳定性控制应注意的问题

对于边坡工程来说,设计往往具有超前性,而施工则直接体现了现实性。这样,二者之间不可避免地要产生矛盾,为解决矛盾就需要把施工中不断获得的新信息经处理后传递给设计,经过反馈分析,及时调整初步设计方案和施工方法,直至最终解决矛盾。

城市岩质边坡稳定性控制的核心是动态设计和信息化施工。动态设计和信息化施工方法是目前边坡设计和施工中的一种先进技术,充分采用目前先进的勘察、计算、监测手段和施工工艺,利用从边坡的地质条件、施工方法获取信息反馈并修正边坡设计,指导施工。具体做法是:在初步地质调查与边坡分类的基础上,采用工程类比和理论分析相结合的方法,进行初步设计,初步选定边坡加固与施工方案;然后在边坡开挖和加固过程中进行边坡变形监测,作为判断边坡稳定性的依据;并且将施工监测获取的信息,反馈于边坡设计与施工,确认支护参数与施工措施或进行必要的调整。因此,城市岩质边坡稳定性动态控制的关键是信息的收集,信息的来源主要来自以下几个方面:

2.2.1设计阶段

设计阶段主要是根据工程勘察和现场地质调查得到的工程地质条件信息,工程技术人员设计与施工经验的总结以及通过理论计算、试验研究等方法所得的信息。根据上述信息,结合实际工作内容,这里以高速公路施工山体滑坡的抗滑桩和高压灌浆为例进行分析探讨。对于高速公路施工山体滑坡的抗滑桩和高压灌浆的设计阶段,主要是结合工程的实际情况,对高速公路山体滑坡的概率进行计算,对相关施工设备、施工材料的力学参数进行设计计算,尽最大可能获得整个工程的相关设计参数与施工信息。

2.2.2施工阶段

由于边坡岩体的复杂性,设计阶段取得的信息是有限的,更多的而且更可靠的信息来自施工阶段,即施工信息。由于岩土材料力学性质的非线性和时空变异性,使得岩土工程的施工结果同施工路径和施工过程有着密切关系,这里重点探讨高速公路施工山体滑坡的抗滑桩和高压灌浆在施工过程中的相关信息监测与应用。

(1)施工中的观察信息。对于高速公路施工山体滑坡的抗滑桩和高压灌浆,首先需要在施工前进一步明确相关施工参数信息,比如抗滑桩的布置形式、桩的相关尺寸、高压灌浆的压力、容量等等;另一方面,在施工过程中需要根据工程的实际情况,在每级边坡的开挖过程中,首先从坡体显露部分获取信息。

(2)施工中的钻探信息。对于高速公路施工山体滑坡,目前常用的支护措施采用的是锚杆支护以及采用抗滑桩。在施工过程中采用边开挖边支护的方式,通过前期施工锚杆钻孔岩芯取样,可以进一步获得坡体深层岩体的物理力学性质,进而加深对整个坡体所处的地质力学条件的认识,有助于完善设计。

(3)施工中的监测信息。以工程地质勘察信息和施工过程中监测信息作为确定设计方案和核实施工方法的依据是动态设计和信息化施工方法的主要内容;同时,对于岩土工程检测信息采集,也是进一步完善高速公路施工山体滑坡的抗滑桩和高压灌浆的设计方案与施工方案的主要手段之一,通过对岩土工程信息的检测与采集,能够有效地掌握高速公路施工现场的边坡的土质、岩质以及其他施工参数信息,对于进一步完善高速公路施工山体滑坡的抗滑桩和高压灌浆的施工顺利进行,以及控制工程的成本进度都有一定的帮助。

2.2.3使用阶段

使用阶段主要通过监测获得边坡信息。开展边坡监测与预警预报,是检验设计和施工的重要手段。通过监测可以反馈出设计施工中存在的问题,对于某些超限进行提前预警,以便及时采取必要措施,同时也为以后的工程积累经验。

3结束语

目前人们已越来越重视人居环境,城市岩质边坡是由于山地城市建房需要切坡形成,应重视边坡治理与周边的自然环境相谐调。边坡治理中的生态环境保护这一方面国内外已取得了一些研究成果,但真正应用于直立开挖的城市岩质边坡还有待进一步研究。城市岩质边坡稳定及其控制的研究是一个复杂的课题,涉及因素较多,尽管本文对其进行了研究,但由于各种主客观因素的限制,本文的工作尚不完善,更多的技术问题有待于广大工程技术人员的共同努力。

参考文献

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3 姜德义、王国栋.高速公路工程边坡的工程地质分类[J].重庆大学学报,2003.26(11):113～116

Side Slope Evolution Destruction and Stable Government Measure Research

Zhuo Nengfei

Abstract:The article analysis the side slope evolution type destruction and the stable government, has analyzed in simply the basic principle foundation which the side slope evolution destroys, key obtains from the side slope evolution destruction stability control’s system angle, elaborated the stable government measure which in detail the side slope evolution destroys, and must pay attention the question has carried on the analysis discussion, regarding further enhances the urban crag nature side slope evolution destruction stability government and the application level has profits certainly from the significance.

关于新建道路边坡稳定性的研究 篇4

道路的边坡稳定性是边坡岩、土体在一定坡高和坡角条件下的稳定程度。按照成因边坡分为天然斜坡和人工边坡两类, 后者又分为开挖边坡和堤坝边坡等。按照物质组成, 边坡分为岩体边坡、土体边坡, 以及岩、土体复合边坡3种。按照稳定程度, 分为稳定边坡、不稳定边坡, 以及极限平衡状态边坡。不稳定的天然斜坡和设计坡角过大的人工边坡, 在岩、土体重力, 水压力, 振动力以及其他外力作用下, 常发生滑动或崩塌破坏。大规模的边坡岩、土体破坏能引起交通中断, 建筑物倒塌, 江河堵塞, 水库淤填, 给人民生命财产带来巨大损失。研究边坡稳定性的目的, 在于预测边坡失稳的破坏时间、规模, 以及危害程度, 事先采取防治措施, 减轻地质灾害, 使人工边坡的设计达到安全、经济的目的。边坡破坏的类型很多, 常见的是崩塌和滑坡。陡坡前缘部分岩、土体突然与母体分离, 翻滚跳动崩坠崖底或塌落而下的过程和现象, 称为崩塌。边坡部分岩、土体沿着先前存在的地质界面, 或新形成的剪切破坏面向下滑动的过程和现象, 称为滑坡。在边坡破坏中, 滑破是最常见, 危害最严重的一类。所有的边坡失稳, 均涉及到边坡岩、土体在剪切应力作用下的破坏。因此, 影响剪切应力和岩、土体抗剪强度的因素, 都影响边坡的稳定性。例如, 构成边坡岩、土体的工程地质性质及其变化;边坡中断层、层面、不整合面等不连续面的产状与坡面倾向、倾角之间的关系;边坡尺寸和形态的改变;坡脚遭受水的侵蚀或人工开挖;边坡上天然或人工加载;边坡岩、土体中地下水位的升降, 以及地震和爆破引起的瞬时振动等, 均会在一定程度上改变边坡的稳定性。边坡的稳定性表示方法有边坡的稳定性通常以滑动面上的抗滑力与滑动力的比值, 即抗滑稳定性系数来表示。这一比值越大, 边坡越稳定;反之, 边坡越不稳定。评价边坡稳定性的常用方法有下列4类:a.定性分析法。通过对边坡的尺寸和坡形、边坡的地质结构、所处的地质环境、形成的地质历史、变形破坏形迹, 以及影响其稳定性的各种因素的研究, 判断边坡演变阶段和稳定状况。b.极限平衡分析法。把可能滑动的岩、土体假定为刚体, 通过分析可能滑动面, 并把滑动面上的应力简化为均匀分布, 进而计算出边坡的稳定性系数。c.数值分析法。利用有限单元分析法, 先计算出边坡位移场和应力场, 然后利用岩、土体强度准则, 计算出各单元与可能滑动面的稳定性系数。d.工程地质类比法。将所研究边坡或拟设计的人工边坡与已经研究过的或已有经验的边坡进行类比, 以评价其稳定性, 并提出合理的坡高和坡角。

2 新建道路边坡的稳定性分析

边坡的稳定是由自然边坡或人工边坡保持安全稳定的条件和能力决定的。这两类边坡的岩土体在各种内外因素作用下逐渐发生变化, 坡体应力状态也随之改变, 当滑动力或倾覆力达到以至超过抗滑力或抗倾覆力而失去平衡时, 即出现变形破坏, 造成灾害或威胁建筑物安全。山坡变形破坏是相当普遍的一种自然灾害;大规模工程开挖边坡或大型水库岸坡的安全稳定问题也很突出。在我公路建立之初边坡的稳定性也将影响着整个道路今后的安全。那么, 边坡的破坏类型:有松弛蠕动、崩塌和滑坡三种及其他过渡型或复合型等。a.松弛蠕动:山坡在形成过程中, 先是岩土体产生回弹变形和大致平行于山坡的卸荷裂隙, 形成一定深度的松弛卸荷带, 并使此带岩土体强度降低、渗透性增大, 各种风化能力更易侵入。继在重力作用下, 使岩土体向临空面产生弯曲或弯折, 以至倾倒、松动等缓慢蠕动变形现象。蠕动变形往往是破坏的先兆, 可导致急剧崩塌或滑坡。b.崩塌:陡崖上部被高倾角裂隙切割的岩土体, 突然滚落堆积于坡脚的现象。规模大的又称山崩。崩塌还可发生于:陡坡下部存在软弱岩层并产生塑性蠕变, 导致上部沉陷、滑移以至崩塌;坡体下部有洞穴或采掘空间, 使岩体塌陷并将临空一侧的岩体挤出而溃散崩塌。崩塌冲击力强, 往往造成交通断绝、河道堵塞以及人员伤亡、财产损失等灾害。c.滑坡:边坡土体沿着贯通的剪切面向临空一侧发生整体滑动的现象。滑坡是分布广、危害大的一种边坡破坏形式, 在或陡坡或缓坡的斜坡, 不同结构的各类岩土体均可发生。产生过滑坡的地段, 往往出现独特的地貌形态, 可作为鉴别滑坡的标志。影响边坡的因素主要有以下几个方面:属于岩土体本身的主要有:坡高与坡形、、岩土体的强度与结构、地下水作用对山坡稳定影响很大而且复杂。高陡山坡一般比低缓的易于变形破坏;凸形坡的稳定性比凹形坡要差。影响山坡稳定的外部因素主要有:河流、水库、湖泊与海洋等水流对坡脚的冲淘和浪袭作用;连续降雨或河、湖、水库水位骤然升降;地震、雪崩及冻融作用;人为因素, 如施工爆破、削断坡脚、增加坡体上部荷载、施工方法不当以及天然植被遭受破坏等, 均可促使边坡失稳。一个地区的边坡失稳或塌滑体的形成, 往往是上述内、外影响因素中的某几种因素的综合作用, 并由其一二种因素诱发产生。对于新建道路的边坡, 我们尤其要注意外来因素的影响, 对边坡稳定性的危害等。

3 道路边坡防护设计稳定性的基本原则

3.1 在岩土结构稳定并满足安全要求的时

候, 应考虑选择刚性结构与柔性结构相结合, 多层防护与生态植被防护相结合的方式, 尽量避免高大的混凝土圬工或者浆砌工程在自然环境, 混喷植生护坡中凸现而影响美观。上边坡切忌高挡墙、护面墙进行大段落防护。路基防护应以边坡稳定为前提, 只要稳定, 有利于生态植被绿化, 都应尽量绿化防护。在防护方案选择时, 需要考虑实际工程中的边坡岩土性质、环境气候条件、排水条件等多种因素影响, 选择合理的防护措施。

3.2 无论是工程防护还是植被防护都有多

种防护措施可以选择。而在实际工程中, 往往是两者结合使用。在满足使用功能的条件下, 应从环境保护、美学观感上考虑防护措施的选择与调整。条件可以达到时, 优先考虑植被防护, 以期取得良好的景观效果。

3.3 贯彻协调自然的原则, 应充分考虑公

路与沿线景观的协调、防护措施与公路景观的协调、防护措施自身的协调, 力求避免采用连续的大面积护面墙, 使公路与沿线景观达到有机的协调多种防护措施在同一边坡上采用, 或相邻边坡群采用不同的防护措施时, 应考虑防护措施间的协调, 与沿线景观不协调的防护, 既会破坏公路景观, 也会破坏沿线的环境景观, 稳定的岩质边坡有时不防护比进行不必要的人为防护更好, 自然的边坡坡形、坡面有利于与周围环境相协调, 适当保持稳定的孤石能增加公路景观的情趣, 自然边坡或人工边坡保持安全稳定的条件和能力。这两类边坡的岩土体在各种内外因素作用下逐渐发生变化, 坡体应力状态也随之改变, 当滑动力或倾覆力达到以至超过抗滑力或抗倾覆力而失去平衡时, 即出现变形破坏, 造成灾害或威胁建筑物安全。对于新建道路其边坡要有良好的稳定性, 才能保障公路的安全。

摘要：随着时代的进步, 新建道路的稳定性将极大的影响着运输事业等一系列的发展, 如何使道路的运营更加安全、道路边坡更加稳定, 直接影响着新建道路的畅通和安全。

关键词：道路边坡,稳定分析,稳定,安全系数

参考文献

[1]辽宁交通科技, 2005, 11.

[2]孙向东.岩土工程, 2006 (6) .

某工程边坡稳定加固方法选择研究 篇5

通过对工程边坡稳定性计算,建立边坡稳定性模型.通过压力注浆、钢筋混凝土格构加锚杆和打抗滑桩三种边坡加固方法,对各自工程量、沉降、施工难度、质量保障、工程造价的综合评价,选出较好的`边坡加固方法.施工完工一年的沉降检验,边坡未发现异常情况.

作 者：屈云光 焦思红 占文锋 Qu Yunguang Jiao Sihong Zhan Wenfeng 作者单位：屈云光,Qu Yunguang(深圳中广核工程设计有限公司,广东,深圳,518057)

焦思红,占文锋,Jiao Sihong,Zhan Wenfeng(北京工业职业技术学院,北京,100042)

岩质工程高边坡稳定性及其控制研究 篇6

关键词：岩质高边坡；稳定性；控制

中图分类号：TU457 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）14-0153-01

岩质工程高边坡很容易发生变形，失去稳定性，如果高边坡不稳造成工程事故，就会增加维修成本，拖延工程期限，对已经建成的工程也会造成严重的经济损失。相关学者针对这个课题进行了研究，在不断的研究过程中积累了许多经验。

1 岩石力学参数研究

岩体是自然界地质不断变化的产物，它的力学特性的随机性很大，受各种因素的影响，这方面的试验资料较少，如何选择具有代表性的参数进行岩体力学的设计，是一项难题。于是国内外的岩土工程师从长期的工程实践中摸索出了岩体力学的参数取值方法，使这一学术研究有了系统的理论体系。

我国在进行岩体力学参数的计算时主要会应用以下方法：

①类似经验法。利用已有的经验，将这些经验应用到情况相似的没有进行的研究当中去，并对已有的经验进行验证推算，针对地质因素分析它们的相同之处和不同之处。

②系数折减法。将试验地点地质条件的代表性、时间效应等因素进行综合考虑后，用不同的系数进行折减取得试验的综合值。

③按加权平均数或变形一致性原则选取计算值。

④理论方法。如随机—模糊分析法；优定斜率法；中心点离散法、局部平均离散法、分形理论等。

2 高边坡稳定性研究

边坡的变形坡坏是内部作用的体现，是影响边坡稳定性状态的各种地质因素的综合表现。所谓边坡破坏，是边坡岩土体内部成了贯通性的破坏面，从而引起了中心体的变动。

按照边坡变形坡坏的性质，可以分为五种类型，它们分别是倒塌、滑坡、崩塌、错开和全面倾塌；按照坡面的变形位置可以分为坡面的变形、坡体边缘的变形和坡体的变表。其中坡面变形是指边坡整体上比较稳定，只是在表面会时有发生风化剥落、冲沟、落石等现象；边坡变形是指在坡的范围内的一定级别的坍塌、滑坡等，坡体变形则是指变形的范围扩展到了边坡的开挖范围，变形的范围大，治理费用很高。

人们对边坡稳定性的关注和研究最早是从滑坡现象开始的，边坡稳定性分析经历了比较长的一段时间。最早进行边坡稳定性的研究主要是从两个方面来进行：

一方面是利用极限之间的平衡原理，以静力平衡作为前提，通过计算得到边坡极限状态下的稳定性；

另一个方面是对边坡的现有条件进行对比，如水文条件、稳定影响因素以及失去稳定性的程度等。

20世纪50年代，前苏联的地质学者在进行边坡稳定性的研究时，率先采用了“地质历史分析法”，奠定了边坡稳定性评价方法的基础。我国的地质学者对露天矿的边坡进行了研究，对岩体力学的性质进行了系统的试验。

20世纪70年代边坡稳定性的研究朝着地质分析和岩石力学结结合的方向发展，学者们提出了斜坡变形的几种基本模式，同时提出了导致斜坡失稳的破坏方式，分别是崩塌、滑坡和扩离。

1986年国际工程地质协会成立，这是国际上第一个专门进行滑坡防治研究的国际组织。我国的地质学者在进行边坡稳定性的研究时，利用数量化的理论，比较初级的教学方法和概率论等，进行了关于边坡稳定性数据预测的研究。国际标准化组织颁布的《结构可靠性总原则》是工程领域可靠性的指导性文案，为岩质高边坡工程的可靠性研究做了理论上的指导。

有一段时间，重大工程的建设遇到了非常多的高边坡稳定性问题，许多新的理论让边坡稳定性的研究有了新的突破，如非线性理论、可靠性分析理论、计算机理论等，边坡的研究呈现出多学科、多专业相互影响的发展倾向。

边坡稳定性的研究取得了很大的发展，出现了新的不同以往的特点，如定性与定量、概念模拟与仿真、实地测量与事后反映分析等相结合，无论是从理论方面还是实践文献都取得很大的进展。

3 岩质高边坡稳定性研究存在的问题

虽然岩质高坡稳定性的研究取得了一些进展，但是在实际施工时也会存在这样那样的问题，这是需要不断改进才能克服的。主要有以下几个方面。

3.1 依据规范和标准不统一，没有形成系统化

目前，岩质边坡的设计、防护治理基本都是借鉴或直接采用了国内各行业部门的标准和规范，这些行业规范在进行编制时的侧重点不尽相同，如果盲目拿来为我所用的话会造成边坡防治工作缺乏安全可靠性。

3.2 设计参数选择时不够科学

岩质工程边坡一般长度很长，施工比较费时费力，参与施工的单位和人员数量较多，周围的岩石结构比较难以捉摸，所以在对这些岩石参数进行取数时，现阶段没有统一的标准，各单位进行参数取值时较为盲目。

3.3 在进行边坡稳定性分析时，分析方法和标准比较混乱

现在对岩质高坡进行稳定性分析时，常常采用刚性限值法和楔形体法，但是这两种方法都没有将水的方面考虑进去，如何采用适合的参数，如果地质环境不同，采用的计算方法也不相同，采用的安全标准也不相同，但却没有一个一致性的标准，所以计算结果会有很大的差别，有时显得不够客观。

3.4 防治措施存在安全隐患

在研究边坡的支撑挡护方案时，没有考虑到支挡结构和被支挡的部分相互之间的协调力，在进行受水涨落影响因素的研究时未考虑锚杆体耐久性，这些问题会产生很大的安全问题。这些问题都需要做认真的分析，并经过专业的反复论证，才会最大限度的避免安全事故的发生。

3.5 在进行边坡稳定性研究时，相关跟踪监测不完备

施工完成后，就需要马上对边坡的稳定性进行跟踪和监测，这样做的目的是为了验算一下边坡稳定性的计算结果是否正确，也可以对边坡的状态做到心中有数，这样做的话，会让施工人员放心，也会保证工程的正常运行。

4 岩质工程高边坡稳定性的控制

岩质工程高边坡的稳定性研究让我们看到了边坡稳定性对于保证施工安全、减少经济损失具有非常重要的意义，通过进行岩质工程高边坡的地质分析，借鉴类似影响边坡稳定性的经验，要对拱肩槽和进水口边坡的坡比进行优化，改进工程边坡坡比选择的技术途径和集成方法，从坡面控制、锚固控制和爆破控制三个方面进行控制。

同时要制定统一的岩石高边坡工程的防护设计标准，使边坡的稳定性控制有章可依，在进行坡体设计时要进行参数的科学取值，取值要经过反复的实地勘察论证，在进行稳定性分析时分析方法与评价标准应一致，要制定切实可行的边坡稳定性的措施，定期进行跟踪检监测。

参考文献：

[1] 胡卸文，黄润秋，徐志文.西南某电站坝区岩体强度参数选取的工程地 质研究[J].水文地质工程地质，1996，（1）.

填土高边坡稳定性研究 篇7

1 影响填土高边坡稳定性因素实践分析

在我们对填土高边坡施工过程中开展的实践研究过程中发现, 影响其稳定的主要因素集中在施工区域的地质基础与地质敏感度两个主要问题中。

1.1 地质基础问题的影响

在我们对填土高边坡稳定性因素开展实践研究的过程中发现, 工程地区的地质基础情况对于其稳定性有着十分重要的影响。这种影响主要集中体现在以下几个地质问题中。

一是工程的地貌。在实践研究中我们发现, 工程所属地区的海拔、水平角度、起伏程度等地质地貌问题, 对于高边坡稳定性具有一定的影响。特别是在地貌情况复杂的地区, 这一问题较为严重。

二是工程区域内的气候与水文情况。在填土高边坡稳定性研究中我们发现, 引发其稳定性问题的一个重要原因就是地区的气候与水文问题。如在水库或水利发电站工程中, 因受到水文因素影响, 高边坡稳定性一般较差, 容易引发较为严重的安全问题。

三是工程区域的构造特征。在工程的稳定性影响因素中, 工程区域的局部构造特征也是影响高边坡稳定的重要因素。这种特征包括了地质褶皱问题、短陷盆地等地质性问题。

四是地层与岩层的结构性问题。这一问题主要集中在地层与岩层间是否出现断带、分离等问题, 造成地层滑动影响高边坡稳定性因素。

五是不良地质现象对于高边坡稳定性影响。这种影响主要出现在溶洞、危岩、溶槽等不良地质问题的出现过程中。这类问题如不及早发现, 对于高边坡稳定性的影响是极大的。

1.2 特殊性问题影响

在研究过程中我们发现, 除了单纯的地质问题对于高边坡稳定性造成影响外, 工程区域内的发生的特殊性问题, 也是影响高边坡稳定性的重要问题。这种问题主要受到地质、物理等诸多因素影响而产生的。其主要集中在以下几个因素中。

一是地震问题。在高边坡稳定性因素中, 造成地质安全事故最为突出的因素就是地震问题造成的。这里所指的地震主要是指轻微地震造成的稳定性问题。在高边坡工程中, 工程区域对地震的敏感度与地质稳定性是成反比特征的, 既敏感度越高稳定性越差。在研究中我们发现, 影响地震对稳定性的主要影响原因主要包括了地貌、地质结构等地质问题, 同时还包括了地震深度等客观因素。

二是坡顶载荷问题。在填土高边坡工程的实际建设过程中, 随着工程建设的开展与使用, 其对坡顶产生的压力载荷就在不断地加大中。正因如此, 高边坡坡顶对于工程建设与使用过程中所产生的压力载荷的承受力, 也是影响高边坡稳定性的主要因素。这种影响的产生主要是因为物理力学与地质问题联合作用的结果。

三是区域内特殊问题。因填土高边坡工程施工范围较广, 其在不同的施工区域内会, 因为该区域存在的特殊性问题, 对于高边坡稳定性造成一定影响。如在南方地区, 部分工程会因遭到洪涝灾害影响, 造成高边坡稳定性下降的情况。而在西北地区, 地质风化严重的问题也会影响高边坡稳定性。这些特殊性问题的存在, 对于高边坡稳定性造成了严重影响。

2 稳定性问题预防性工作措施探讨

在填土高边坡稳定性工作研究中, 我们针对影响高边坡稳定性的主要因素, 利用实践性工作方法, 开展了预防性工作措施研究。其研究的主要内容如下。

2.1 做好工程实地勘察工作

在填土高边坡工程设计与施工开始前, 我们需要做好工程实地的现场勘察工作, 利用有效的地质勘察过程, 保证高边坡工程的稳定性。这种勘察主要包括了两点内容。

一是在设计开始前, 对施工区域进行全面的地质勘察工作, 对工程区域内的实际地质情况进行充分的勘察, 为设计开展提供勘察数据与参考意见。

二是在施工开始前, 我们还要对施工区域按照设计与施工要求, 进行具有针对性的勘察工作, 为施工的开展提供支持。

2.2 发挥实验工作优势

在高边坡稳定性问题预防工作中, 实验类工作的开展也发挥着重要作用。在实践工作中, 实验内容包括了以下两种类型工作。

一是现场试验。我们在现场勘察过程中, 需要采用现场试验的方式 (如爆破实验、钻探实验等) , 提取勘察数据。这种实验对于勘察工作的准确性具有十分重要影响。

二是实验室实验。我们在勘察过程中对于一些特殊性问题, 需要通过实验室实验手段完成。如工程区域内土质的构成、高边坡坡度及对压力的承受问题等实验, 都需要通过实验室完成。

2.3 做好辅助加固工程建设

对于在地质勘察过程发现的影响高边坡稳定性问题, 我们除了在设计与工程技术方面做好支持工作外, 还可以利用开展辅助加固工程的方式, 提高高边坡稳定性。这种辅助加固工程主要包括了坡体外部加固、打桩加固等方式。同时对于水库、水利发电站等水利设施周边的高边坡工程, 加设围堰工程也是很好的加固方式。

3 结束语

在当前的大型工程安全实践研究中, 我们针对造成填土高边坡稳定性问题的原因, 开展了实践分析研究工作。在研究过程中, 我们综合的分析了造成高边坡稳定性问题的主要原因, 并进行了归纳性研究, 寻找造成高边坡稳定性下降的主要原因, 并根据原因开展了实践预防工作研究。这些研究的开展, 对于填土高边坡工程质量与使用寿命的提高, 具有极大的理论性作用。

摘要：在填土高边坡工程安全研究中, 我们为了提高工程质量与使用寿命, 针对造成填土高边坡稳定性问题的原因, 开展了实践分析研究工作。在研究过程中, 我们以造成高边坡稳定性问题的主要原因为核心研究内容, 利用实践性预防措施进行积极应对工作, 对填土高边坡工程质量与使用寿命的提高提供支持。

关键词：填土高边坡,稳定性,问题原因,预防措施

参考文献

[1]王君.某露天煤矿排土场边坡稳定性研究[D].成都理工大学, 2012.

荆襄地区膨胀土边坡稳定性研究 篇8

在工程建设中, 经常会遇到一种具有特殊变形性质的黏性土, 它的体积随含水量地增加而膨胀, 随含水量减少而收缩, 并且这种作用循环可逆, 具有这种膨胀和收缩性地土, 即称为膨胀土[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]。其主要特征如下:①粘粒含量大于30%, 粘土矿物多为蒙脱石、伊利石和高岭石。蒙脱石含量越多, 膨胀性越强烈;②结构致密, 呈坚硬-硬塑状态, 强度较高, 内聚力较大;③裂隙发育, 竖向、斜交和水平3种均有, 可见光滑镜面和擦痕;④富含铁、锰结核和钙质结核;⑤化学成分为SiO2 (45%～66%) 、Al2O3 (13%～31%) 、Fe2O3 (3～15%) 、硅铝率 (3～5) ;⑥属液限大于40%的高塑性超固结土。

膨胀土一般分布在盆地内岗, 山前丘陵地带和二、三级阶地上。大多数是上更新世及以前的残坡积、冲积、洪积物, 也有晚第三纪至第四纪的湖泊沉积及其风化层[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]。

膨胀土的特殊胀缩性, 使得膨胀土地区的建筑物经常遭受巨大的破坏, 严重妨碍了地区经济的发展。

本文以荆襄地区水利水电工程膨胀性土边坡稳定性为研究对象, 根据获得的膨胀土强度特性, 设计了相同坡率不同坡高4～12 m计算工况, 目的是确定稳定坡高;相同坡型, 2级等高度放坡, 不同坡率计算过方案, 考察坡率对稳定性的影响;不同台阶宽度对稳定性的影响, 用以指导该区路堑填筑施工。

1 天然中等膨胀土的物理力学特性

根据作者搜集的荆州襄樊地区膨胀土勘察资料, 结合荆襄地区农田水利工程勘察资料[8,9,10], 对其物理力学性质指标进行了分类整理, 结果统计列于表1。

根据表1物理性质指标可以看出, 各指标的变异系数均较小, 说明数据离散性较小。从不同强度试验指标可以看出, 随着固结的发生, 膨胀土的粘聚力减小, 摩擦性能增加;而反复剪切试验表明, 残余强度的粘聚力和摩擦性能均明显小于峰值强度, 摩擦角大幅衰减。

由于膨胀土路堑边坡经常都是由于干缩裂隙导致的, 所以在稳定分析中使用残余强度较为合适, 粘聚力11.5 kPa, 内摩擦角12.0°;超过大气影响深度范围的膨胀土层可采用原状土参数, 强度可选取峰值强度, 粘聚力14 kPa, 内摩擦角20°。

2 边坡稳定性计算方案设计

在确定了上述土性参数后, 根据当地气候影响深度资料, 建立了计算模型。该地段膨胀土气候影响深度1.0～1.5 m, 模型中按2.0 m考虑。

3 计算结果分析

3.1 相同坡率不同坡高计算方案

为了确定同一坡率下的稳定坡高, 设计了同一坡率不同坡高计算方案。滑动面形态和安全系数见图1, 限于篇幅仅列一个4 m高1∶0.75坡率模型进行图示说明, 图中第一层为膨胀土包层, 其下为天然膨胀压实土。

一级坡, 不同坡率, 不同坡高模型, 计算结果统计列于表2、图2。

从表2和计算模型分析可知, 相同坡率下随着坡高的增加, 最危险滑动面的深度和规模逐步发展, 滑弧半径逐步增加, 极点向坡面前放移动, 稳定性减弱。随着坡率减小, 相同高度情况下, 极点也向前方移动, 稳定性提高。

由图2可知, 相同坡率下, 随着坡高的提高, 安全系数逐步减小, 坡高4～8 m间安全系数减幅较大, 坡高大于8 m后减小幅度趋缓, 说明坡高对安全系数的影响存在敏感高度。有利于发掘坡率潜力。在曲线前半段, 坡率对稳定影响程度较小, 曲线密集, 1∶1.25～1∶1.50间变化较大;曲线后半段坡率引起的安全系数的增加几乎是等幅的。

3.2 放2级坡台阶1 m宽不同坡率方案

为了确定相同高度, 相同坡型, 不同坡率对路堑边坡稳定性的影响, 设计了放2级等高度坡, 台阶1 m宽不同坡率计算方案。滑动面形态和安全系数见下图3, 限于篇幅仅列一个4 m高1∶0.75坡率模型进行图示说明。

二级坡, 不同坡率, 不同坡高模型, 计算结果统计列于表3、图4。

由表3和计算分析可知, 相同坡高情况下, 随着坡率的减小, 安全系数增加;滑动面影响深度增加, 极点位置由坡顶向坡脚迁移。这说明深部相对较好的土层开始起作用, 有利于边坡稳定性。

由图4可知, 坡高越大, 相同坡率下的安全系数越小;随着坡率的减小, 安全系数呈现增加趋势, 在高度相同条件下, 呈现线性增加;坡高引起的安全系数增幅也呈现线性, 4～6 m时安全系数增幅为0.255, 可以先行插值获取不同坡型的稳定坡高。

3.3 放2级坡同一坡率不同台阶宽度计算方案

为了确定相同坡型, 相同坡率, 不同阶宽对路堑边坡稳定性的影响, 设计了放2级等高度坡, 相同坡率, 不同台阶宽度计算方案。滑动面形态和安全系数见图5, 限于篇幅仅列一个1 m阶宽6 m高1∶0.75坡率模型进行图示说明。

二级坡, 6 m高, 不同坡率, 不同台阶宽度模型, 计算结果统计列于表4、图6。

由表4和计算模型分析可知, 同一坡率下, 台阶宽度的增加有利于边坡稳定性;其余规律与前面的计算工况相类似, 只是随着坡率的减小, 滑动面引起极点的移动距离减缓。

由图6可知, 相同坡高, 坡率条件下, 台阶宽度引起边坡稳定性线性增加;随着坡率减小, 安全系数几乎等幅增加, 增加幅度为0.118。

4 结 语

根据计算结果绘制的系列安全系数谱, 可以作为设计参考。计算结果规律性强, 数据稳定, 除高度引起安全系数非线性变化外, 坡率和台阶宽度带来的稳定影响均呈现线性变化。因此, 可以认定坡率和阶宽安全系数谱可以为边坡设计提供方便快捷的服务。设计人员只需要根据农田水利工程等级和既定参数就可以通过该安全系数谱插值设计坡型尺寸。

堤坝边坡稳定性研究 篇9

关键词：硫铁矿,边坡,变形监测,稳定性,测斜仪,测量机器人

0 引言

非煤矿山采选业是我国国民经济高速发展的重要基础, 矿山边坡的稳定性对建设工程影响极大。由于边坡稳定性受边坡的岩体结构、赋存环境、边坡形态等多种复杂因素影响, 所以, 矿山边坡稳定性评价与失稳预测是至今仍未得到完全解决的难题[1,2,3]。随着岩土工程的计算理论、计算机技术的飞速发展及测量仪器的更新换代, 一方面依赖于数值分析来进行边坡失稳三维数值模拟, 另一方面采用高新仪器及技术对边坡进行三维立体位移监测、分析, 确定边坡变形的范围、可能的破坏范围和破坏方式, 并将经验值与理论值相互补充、相互验证, 共同预测边坡变形发展趋势是解决这一世界性难题的科学方法[4,5,6,7]。鉴于此, 本文依托新桥硫铁矿边坡稳定性项目, 探讨如何科学地建立边坡稳定性变形监测系统。

1 研究区工程地质概况

安徽省铜陵新桥矿是我国第二大露天―地下联合开采硫铁矿的矿山, 矿区位于安徽省铜陵县顺安镇, 矿区范围为1.2 km2。当前二期工程开采的对象为新桥硫铁Ⅰ号主矿体, 出露于矿区南部和东部, 走向长为2 560 m, 斜深为1 810 m, 平均真厚度为23 m, 赋存标高为140～680 m, 呈似层状产出, 赋存于黄龙灰岩和船山灰岩层位中, 底板为高骊山砂质页岩, 顶板有闪长岩、栖霞灰岩和船山灰岩[8]。

由于岩层内部存在由破碎石英砂岩、粘土组成的成矿前的滑动面, 当滑动面在坡脚出露且坡角大于岩层倾角时, 则岩体沿滑动面产生滑动, 易造成整体边坡 (台阶) 或局部失稳[9]。目前二期露天采场下盘边+12～+144 m标高之间靠帮边坡岩体较完整, 边坡滑坡变形主要发生于+253～+316 m处, 滑坡边坡体被强烈破碎, 坡面起伏不整, 均成散体堆积或滑移变形。边坡体上的断层、坡面上渗水、坡脚的雨水浸泡、结构面上易泥化的充填物、采坑的频繁爆破以及陡帮开采形成的高陡光面边坡对底部结构负载超荷等因素, 造成下盘边坡体极不稳定, 经常发生滑坡 (坍塌) 灾害。边坡存在的安全隐患已经给矿山生产和发展带来严重影响。

2 系统设计

边坡变形是一个自微观变形向宏观变形的转换过程, 依靠精密的仪器和适宜的技术方法对这个过程进行周期性和长期性监测并对获取的复杂而庞大的监测数据进行快速、有效的分析、计算和管理是建立边坡稳定性变形监测系统的核心目标。

2.1 系统结构及功能

新桥矿边坡稳定性变形监测系统以变形监测理论和计算机技术为基础, 通过现代监测技术手段, 在Windows2000平台下采用VC语言开发, 其结构如图1所示, 主要具有以下功能:

(1) 智能信息采集功能。

无人值守情况下测量仪器会在规定的时间内对所有的监测点和参考点进行监测, 并自动将所有的观测数据添加到数据库中。在监测过程中监测系统具有智能处理能力。

(2) 实时预测预警功能。

该系统自动获取变形数据后进行监测网点稳定性分析, 并采用差分和坐标转换处理原始数据, 利用曲线回归、BP神经网络进行报警提示。

(3) 远程信息传输和三维可视化功能。

将测量机器人获取的数据通过远程数据传输设备实时传输到计算机, 调用程序实时绘制图像并显示在系统主窗体上, 最终实现三维可视化。

2.2 边坡变形观测点的布设

边坡稳定性变形监测系统一般遵循以下设计原则[10]:

(1) 重点突出、全面兼顾的原则。

由于影响边坡稳定性的因素很多, 因此, 需要找出主要反映指标和主要影响因素, 对它们进行重点监测;同时在监测点的布置上, 既要保证边坡稳定性变形监测系统对整个边坡的覆盖, 又要确保关键部位和敏感部位的监测需要, 在这些重点部位应优先布置监测点。

(2) 及时有效、安全可靠的原则。

边坡稳定性变形监测系统应及时观测、及时整理分析监测资料和及时反馈监测信息。测量方法和监测仪器要精确可靠。

(3) 方便易行、经济合理的原则。

边坡稳定性变形监测系统应当便于操作和分析, 监测仪器不易损坏, 适用于长期观测;应充分利用现有设备, 监测仪器在满足工程实际需要的前提下尽可能考虑造价的合理性, 力争经济适用。

依据上述原则及现场勘探资料, 笔者决定分阶段对研究区进行两级部网。基本控制网布设在稳固的区域, 用以控制整个边坡开挖扰动区, 主要由3个基准点和2个工作点组成。变形监测网布设在边坡上, 根据工程地质分区和边坡剖面的数值模拟分析结果, 12～23号勘探线之间为边坡滑坡变形主要发生区, 故设为重点监测区, 共布设8个监测断面, 断面间距基本为50 m;9～12号勘探线和23～31号勘探线之间为次重点监测区, 共布设7个监测断面, 断面间距为100 m, 测点高差为20～40 m, 呈网格状布置。因此, 在变形边坡上从9～31号勘探线一共布设了15个监测断面、120个地表监测点。

深部监测网与地表监测网配合, 从9～31号勘探线, 每隔100 m布设一个深部监测断面, 共12个断面, 40～60 m高差布设1个测点, 并在断层附近以及理论分析与数值分析得到的重点监测区域增大密度, 共计36个深部监测点, 孔深平均为100 m, 总长预计为3 600 m。

2.3 主要监测方法及精度

边坡的稳定性监测分为深部监测和表面监测2种:深部监测主要采用钻孔埋设测斜管, 利用测斜仪进行监测;表面监测主要采用双频静态GPS、智能全站仪和近景摄影测量方法进行监测。

2.3.1 测斜仪深部监测

根据边坡易滑变形体的物质组成和滑动变形特性决定选择以钻孔测斜仪为主的监测手段对边坡进行深部监测。其主要目的是确定边坡可能的滑面、监测边坡变形的速率、辅助研究边坡变形机制、验证相关成果, 从而便于应急措施的决策和治理方案的研究。

测斜仪是一种测量仪器轴线与铅垂线之间夹角的变化量, 进而计算出岩土层各点的水平位移的仪器[11]。测斜仪套管一般安装在近似铅直的钻孔内, 钻孔需穿过预料可能发生位移的区域, 而套管的底部必须嵌入稳定的基岩内作为基准。

研究区测斜孔的平均深度为100 m, 采用活动式测斜仪观测, 其标距为50 cm, 每孔约有 200个测量段。若测斜仪的标称精度为0.1 mm, 则100 m孔深的最大理论精度约为1.4 mm。加上在测量过程中仪器的定位误差、沿导向槽的不平偏差等, 实际的测量精度将远大于1.4 mm[12]。因此, 不仅要根据工程的需要选择适当的监测方法和相应的监测设备, 还应该分析预期达到的测量精度和测量对象的变化幅度, 使测量值误差小于变形量的1/10～1/20, 以满足资料分析的精度要求。

2.3.2 GPS基本控制网

利用双频静态GPS和数字水准仪, 采用载波相对定位技术建立新桥矿边坡监测首级控制网。网中基线长度大约为1 km左右, 属于小区域短基线测量, 其主要误差来源为多路径误差、天线相位中心位置偏差、接收机的位置误差、地面起始点的误差及卫星的PDOP值[13]。为减少主要误差来源, 采取相应的减弱措施并且周期性复测控制网的稳定性, 以确保拟采用的测站点的可靠性。在该控制网的监测与复测中, 进行基线向量解算、基线质量检验、同步环闭合差检核、异步环闭合差检核及重复边较差检核, 确保二维约束后基线相对误差和监测点的点位误差均满足相应规范要求。

2.3.3 测量机器人边坡稳定性监测

TCA2003全站仪又称为测量机器人, 它是在全站仪的基础上集成步进马达、视频成像系统及智能化软件而形成的智能型电子全站仪。其测角精度为±0.5″, 测距精度为 (1+D×10-6) mm (D为测距) 。实际应用中, 安装好测量机器人、棱镜及气象仪表等硬件设施后, 首先对各监测点逐点进行人工观测, 取得首期观测点坐标X、Y、Z, 建立初始坐标数据库;在后续的自动观测中测量机器人根据仪器内置点位初始坐标数据库的坐标, 自动进行目标判断、精确照准, 并测量方位角、天顶距和斜距, 并将各期读数存储于内置SRAM卡中。

对各监测点进行自动连续观测时, 除第一次外, 每一次都可以得到一个边坡变形位移值, 位移值与测量时间间隔相除可得到移动速度, 将它们与相应的边坡工程变形移动临界值比较, 如未超限则显示移动变化规律, 超限则报警, 从而完成边坡工程变形自动监测任务。

2.3.4 近景摄影测量边坡稳定性监测

通过测量机器人可获得边坡离散监测点的变形数据。为实现边坡滑坡三维可视化, 需利用近景摄影测量法对边坡岩体的表面位移、节理、形状进行全面监测, 通过室内解算获取大量点云数据从而实现三维可视化。实际应用中采用lensphoto多基线近景摄影测量软件, 将近景摄影仪安置在固定摄站点上, 对边坡范围内监测点采取正直摄影、等偏摄影、等倾摄影以及交向摄影等方式进行摄影, 构成立体像对, 然后测量像片上各观测点进而获取其三维坐标。该方法无需大量仪器, 易于操作, 精度能达到厘米级, 可以满足崩滑体处于速变、剧变阶段的监测要求[14]。

2.4 数据分析处理

2.4.1 数据传输

将特制的仪器墩安置在工作点, 测量机器人通过强制对中固定在仪器墩上, 并采用玻璃钢罩加以保护。监测时测量机器人根据设置程序对布设在边坡上的15个监测面、120个监测点进行连续、有序的自动监测, 监测数据通过信号线实时传输到现场监控室, 由装有geomos软件的计算机统一控制现场数据的自动采集、计算、限差检核和报警。

由于边坡监测区域距离新桥矿行政办公楼比较近, 为了能够实时监测边坡变形体, 在办公楼内建立了计算机数据处理中心, 布设光纤至工作基点并建立观测房, 用于远程控制边坡稳定性变形监测系统。图2为该系统数据传输示意图, 为防止数据传输过程中的信息衰减, 在通信光纤终端中安装了信号放大器[15]。

2.4.2 数据处理

在边坡稳定性变形监测系统自动运行的过程中, 一方面计算机利用geomos软件控制测量机器人对特定点进行观测, 保存角度和距离等原始数据到测量机器人的数据池 (datapool) , 然后通过命令调用传输到计算机中, 并存储到设定的数据库文件中;同时geomos软件自动计算观测的数据以获得监测点的实时位移, 并绘制图形和图表进行可视化在线分析。如果数据检核的结果超过预设的警戒值, 该系统自动启动短消息报警、电子邮件报警、电话报警等, 从而为及时发现工程险情和积累历史变形监测资料提供可靠、高效的参考[16]。另一方面该系统利用测量机器人观测成果对近景摄影测量的变形数据进行改正:以监测点作为近景摄影测量的像控点, 以相邻的监测点为基准点, 构成变形监测改正区域, 结合基准点的近景摄影测量值计算两者之间的差值, 根据该区域边坡变形特点采用加权平均法计算出区域变形监测改正量, 从而获取真正意义上的露天矿边坡模型。图3为边坡变形监测数据处理流程。

3 结语

目前, 新桥矿边坡稳定性变形监测系统正在建设中, 理论和实践证明该系统的设计方案是可行的, 但仍有大量的工作要做:

(1) 实践中发现测量机器人获取数据时受气象条件影响很大。该系统虽然有测距气象改正功能, 但需要手工输入气象参数。如何将温度、湿度和气压传感器集成, 自动获取气象参数, 实时改正测量数据还需要进一步研究。

(2) 在数据分析和变形预测方面关于合适的算法与模型有待更深入的研究。

边坡稳定性分析方法简介及研究进展 篇10

定性分析方法主要是通过工程地质勘察, 对影响滑坡稳定性的主要因素、可能的变形破坏方式及失稳的力学机制等的分析, 对己变形地质体的成因及演化史进行分析, 从而给出被评价滑坡稳定性状况及可能发展趋势的定性的解释, 其优点是能综合考虑影响滑坡稳定性的多种因素, 对滑坡稳定状况及发展趋势快速作出评价。

1.1 历史成因分析法

该方法对滑坡发育的地质环境、滑坡发育历史中的各种变形破坏迹象及其基本规律和稳定性影响因素等的分析, 追溯滑坡演变的全过程, 对滑坡稳定性的总体状况、趋势和区域性特征做出评价与预测, 对已发生滑动的滑坡体, 判断其能否复活或转化。

1.2 工程地质类比法

该方法实质上是利用己有的滑坡的稳定性状况及其影响因素、有关设计等方面的经验, 并把这些经验应用到类似的所要研究滑坡的稳定性分析和设计中去的一种方法。其需要对己有的滑坡和目前的研究对象进行广泛的调查分析, 全面研究工程地质因素等相似性和差异性, 分析影响滑坡变形破坏的各主导因素即发展阶段的相似性和差异性, 分析它们可能的变形破坏机制、方式等的相似性和差异性, 兼顾工程的等级、类别等特殊要求。通过这些分析, 来类比分析和判断研究对象的稳定性状况、发展趋势、加固处理设计等。

1.3 滑坡稳定性分析数据库和专家系统

滑坡工程数据库是收集己有的多个滑坡实例的计算软件, 其按照一定的格式, 把各个滑坡工程实例的发育地点、地质特征 (工程地质图、钻孔柱状图、岩体力学参数等) 、变形破坏影响因素、形式、过程、加固设计, 以及滑坡的坡形、坡高、坡角等收集起来, 并有机地组织在一起。它可以直接根据不同设计阶段的要求和相关的类比依据, 专家系统是一种按学科及相关学科专家的水平进行推理和解决问题、并能说明其缘由的计算机程序。来模拟并再现人 (专家) 脑的思维 (推理与决策) 过程, 吸收其合理的知识结构, 寻求优化的技术路径。

2 定量分析法

2.1 极限平衡法

极限平衡方法, 是将有滑动趋势范围内的边坡土体沿某一滑动面切成若干竖条或斜条, 在分析条块受力的基础上建立整个滑动土体的力或力矩平衡方程, 并以此为基础确定边坡的稳定安全系数。

极限平衡方法并不是一种“严格的”力学方法, 其基本出发点是把岩块看作刚体, 不考虑岩体应力应变关系, 即使边坡破坏模式相同, 不同技术人员算法可能不同, 结论可能不一致, 同时该方法不考虑岩体的变形与应力, 不能够确定相应的变位和应力分布, 因而不能模拟系统的破坏过程和探索边坡的渐进破坏机理。国内外学者针对刚体极限平衡法进行大量的研究, 也取得了一定的成果, 改进了极限平衡法的这一缺陷:陈祖煌 (1999) 对Sarma法作出全面改进将Sarma法的静力平衡方程转化为微分方程, 通过求微分方程的闭合解得到安全系数, 同时, 还开发了应用最优化方法自动寻找最小安全系数和临界滑裂面的功能的边坡稳定分析程序EMU, 即边坡二隐定极限分析能量法;杨松林 (1999) 提出了适用范围更广泛的广义条分法, 广义条分法考虑了条块间分界面的应力变形关系, 并采用优化搜索的方法给出了相对最危险的潜在滑动面及其安全系数;DStark等 (1998) 将二维极限平衡法推广到三维计算;2000年.HKumasr等介绍了静力和动力荷载条件下楔体滑坡模型试验研究情况, 在极限平衡分析方法中考虑了动力的作用, 并且在严格的试验条件和实际工程中得到验证。

2.2 数值分析法

由于岩质边坡工程所处的边界条件和地质环境复杂, 加上岩体本身不连续性、不均匀性等特性, 使得边坡工程问题十分复杂, 而数值分析方法可以根据岩体的破坏准则, 确定边坡的塑性区、拉裂和压碎区, 可以得到岩质边坡的应力和位移场, 可以模拟岩质边坡的开挖和支护, 可以考虑地下水渗流、地震等因素对边坡稳定性的影响等, 因此在岩质边坡稳定性分析中正发挥着越来越重要的作用。

2.2.1 有限元法

有限元的理论基础是变分原理, 即由变分法导出的能量原理来推导有限元方程。从选择基本未知量的角度来看, 可分为位移法有限元、力法有限元和混合法有限元。其优点是部分地考虑了边坡岩体的非均质和不连续性, 可以给出岩体的应力、应变大小和分布, 避免了极限平衡分析法中将滑体视为刚体而过于简化的缺点, 可近似地根据应力、应变规律去分析边坡的变形破坏机制;但它还不能很好地求解大变形和位移不连续问题, 对于无限域、应力集中等问题的求解还不理想。

2.2.2 离散单元法

离散元法是20世纪70年代发展起来的。离散元法问世以来, 在岩土工程这个应用领域中发挥了其他数值方法不可替代的作用。它是针对节理岩土体提出的一种适用于模拟不连续岩石土体大位移的数值方法。它利用显式时间差分法 (动态松弛法) 求解动力平衡方程, 求解非线性大位移与动力稳定问题较为容易。此法在岩质高边坡稳定分析中有较广泛的应用。

2.2.3 块体理论法和非连续变形分析法

块体理论 (BT) 又称为石氏理论是由我国学者石根华Zel I和Goodmna (古德曼) 提出的, 该方法利用拓扑学和群论原理, 以赤平投影和解析计算为基础来评价三维不连续岩体稳定性。其建立在构造地质和简单的力学平衡计算的基础上, 利用块体理论能够分析节理系统和其它岩体的不连续系统, 找到沿规定临空面岩体的临界块体。块体理论部提供大变形下的解答, 能较好地应用于边坡的开挖方向和形状。块体理论的缺点是通常只考虑不连续面的抗剪强度, 不考虑其变形, 不计力矩的作用, 且通常假定其无限长, 这些都在一定程度上与实际情况不符合。

3 结论

自上世纪60年代以来, 边坡工程数值分析日益普遍, 目前已经能够比较详细地模拟岩体非线性本构关系和施工过程、流体和地震等作用对边坡的影响。但根据计算结果如何评判边坡的稳定性, 还没有完善的、为工程界普遍接受的方法。另外, 由于影响边坡稳定性的因素很多, 以及岩体本身的复杂性、岩体本构关系确定的人为性、单元间应力的不连续性等, 使岩石边坡的数值分析还有许多工作要做;随着数值分析方法的不断发展, 不同数值方法的相互耦合, 如有限元、边界元、离散元与块体元等的相互耦合, 数值解和解析解的结合, 这些方法的耦合能充分发挥各自的优点, 解决更复杂的边坡工程问题。

参考文献

[1]刘杰, 张学深, 褚世洪.简单边坡的稳定性分析[J].岩土力学, 2002.