边坡稳定设计

边坡稳定设计（精选十篇）

边坡稳定设计篇1

1 土石坝的概念及其在水利工程中的施工优势

土石坝是坝体结构中的其中一种, 属于工程建筑基础设施范畴。在土石坝的建造过程中, 主要采取土料和石料作为建筑材料。同时, 通过抛填、碾压和灌注将其筑成挡水状, 从而使得土石坝发挥其挡水作用。我国对于水利工程建筑的研究已有多年历史。在土石坝发展初期, 就已经呈现出其优势。经多年研究, 水利工程事业日益凸显, 逐渐成为我国国民经济中重要行业。其中, 土石坝技术获得技术人员广泛推崇与高度青睐, 并将其广泛应用于实际水利工程的建造中。自20世纪至今, 土石坝结构在水利工程建筑中极度盛行, 并并发挥了极大贡献。

土石坝在水利工程建筑中具有以下施工优势:首先, 由于土石坝结构一向受施工人员重视, 其在技术方面与施工理念上均取得显著成效, 为土石坝建筑工作奠定了坚实基础。由土石坝结构施工材料及建造中可知, 土石坝施工简单, 其材料较为廉价且容易获得, 因而土石坝结构的施工成本较低。同时, 如果施工人员对土石坝相关知识认识不足, 容易造成严重工程事故, 从而影响社会经济的持续发展。虽然土石坝在施工与管理工作上所涉及的范围比较广阔, 但相反, 经济的发展同样会促使土石坝结构施工工程的顺利进行, 这是土石坝的另一项施工优势。

2 土石坝的坝坡稳定问题及原因分析

2.1 土石坝的坝坡失去稳定性的影响

在树立工程中, 土石坝的作用是极为重要与关键的。如果土石坝坝体结构中出现问题, 或者土石坝的坝坡发生滑坡与失稳现象, 会为整个水利工程造成危害, 甚至发生土石坝垮塌事故, 为中下游的居民财产及生命安全造成严重威胁。此外, 如果土石坝的坝坡失去稳定, 还会影响当地地下水的地位, 从而严重破坏水利工程的整体结构。从水利工程长期发展现状和工程实际情况来看, 土石坝一定发生坝坡失稳, 其所造成的危害及影响十分严重。因此, 土石坝的坝坡稳定性情况必须得到高度重视。

2.2 土石坝的坝坡失去稳定性的原因分析

土石坝的坝坡失稳现象会引发滑坡等严重事故, 从而造成极为恶劣的社会影响。然而, 引发土石坝坝坡“失稳”|的成因并非单独一种, 而是有许多种因素综合导致的。具体而言, 影响土石坝坝坡失稳的因素可分为人为因素与自然因素两种。具体分析如下:

人为因素主要包括两方面。其一, 是土石坝的施工与维护方面的因素;其二, 是同土石坝没有直接关系的因素。土石坝施工与维护因素, 指的是在土石坝修建过程中, 其施工技术较差, 施工人员并未严格根据土石坝的施工质量要求进行作业, 而施工管理人员也未充分发挥其职能作用, 没有对土石坝施工质量进行严格监控[2]。施工人员未在土石坝的运行期间做好相关养护工作与病险修复工作, 导致土石坝长期保持带病运行的状态, 从而进一步加剧土石坝的坝坡失稳问题严重性。第二种人为因素指的是, 在土石坝的周围开展某些影响土石坝坝坡的稳定性的工程活动, 如在土石坝周围建立工厂、修建公路或者开山凿洞等, 或者是土石坝所在地的排水量骤然增大, 增加了坝体容重, 或是在放水的时候未将水速控制好, 导致下位的下降速度过快等, 均会在一定程度上影响土石坝坝坡的稳定性。

自然因素指的是土石坝所处地区的自然环境中各种因素, 主要包括风力作用、地震作用、水流冲击作用及其他自然因素作用等。此外, 自然因素指土石坝自身结构中存在的问题因素, 如在修建土石坝的过程中没有确保土石坝内部结构稳定性, 导致土石坝坝坡与坝体存在质量隐患, 同时降低咯其对于外界各类作用力的抵抗能力, 最终加速了土石坝坝坡及坝体结构的瓦解, 使土石坝内部土体或者岩石受到一定程度的软化作用, 从而发生滑坡现象。

3 水利工程中土石坝边坡稳定性设计与防治要点

因土石坝坝坡失去稳定性会造成恶劣影响, 因而必须加强对于土石坝的边坡稳定性的管理, 并提高对于土石坝稳定性监测技术水平, 提高检查力度, 以便于及时发现土石坝边坡的失稳问题, 进而早日预防和治理, 在最大程度上降低土石坝坝坡失稳所造成的危害性[3]。

首先, 对于已经建成的水利工程, 需结合最原始的坝基与坝体施工、物理学指标、碾压质量、筑坝施工材料的控制与接缝处理等数据分析, 并选取相应计算参数, 在条件允许的情况下进行土石坝现场取样, 获得相关物理学指标做计算参数, 并将其作为设计土石坝时确保坝坡稳定的相应指标。掌握水利工程中已有的崩塌与滑坡地点, 并查明附近是否存在断裂或者断层问题, 尤其是软弱的泥质岩石分布, 以便于根据土石坝实际情况进行整治处理。

其次, 修建支挡工程。如果在修建土石坝的时候, 坝体上半部分的结构体积比较大, 而坝基体积相对较小时, 容易导致土石坝边坡失稳, 从而出现滑坡现象。对此可采取削减坝坡的方法以减轻其重量, 降低土石坝中心, 最终提高土石坝边坡稳定性。对于失去支撑且滑动速度较快的土石坝滑坡, 可通过修建支挡工程, 增加滑坡稳定性。

最后, 改善土石坝滑动地带土石性质。通常采取爆破灌浆法与焙烧法等手段整治滑坡。因滑坡的成因比较复杂, 需采取综合方法达到治理目的。施工队伍可采取一定工程技术措施, 改善土石坝边坡的力学强度, 减小其滑动力, 提高其稳定性。

4 结语

综上所述, 在我国水利工程中, 土石坝是其重要堤坝形式之一, 确保土石坝稳定性, 对于我国社会效益及经济效益有重要意义。土石坝具有寿命长、结构简单、造价低、适应力强、施工管理方便等优势, 因而受到广泛应用。同时, 土石坝的稳定是保障水利工程安全性的关键, 因而在建造土石坝过程中其确保稳定性的相关事项及设计要点必须得到高度重视。

摘要：在我国水利工程的建设与施工过程中, 土石坝属于一种极为常见的建筑结构, 也是十分重要的水工建筑物, 在水利工程建筑中有着举足轻重的地位。通常而言, 土石坝结构具有较强的稳定性, 其施工工序也比较简单, 因而在大部分水利工程中获得广泛应用, 特别是北方地区。同时, 土石坝也存在一定缺点, 土石坝边坡容易出现不稳定现象, 而土石坝边坡的不稳定现象会影响整体工程的安全性。本文根据水利工程中土石坝相关知识进行阐述, 并指出存在的问题及原因, 提出水利工程土石坝的设计与防治要点。

关键词：水利工程,土石坝,边坡稳定,设计要点

参考文献

[1]郝欣.水利工程中土石坝坝坡稳定分析[J].民营科技, 2013 (3) :219.

[2]李斌, 孙平, 王琳.高土石坝地震工况坝坡稳定安全系数研究[J].地震工程学报, 2014, 36 (3) :585-591.

露天矿边坡稳定总结篇2

概论

1.1概述

一、边坡的重要性

1、节省成本

2、安全生产

二、国内外露天矿边坡概述

1、露天矿开采现状及发展趋势

2、列举优化边坡的实例

1.2基本概念

一、采场边坡

（一）露天矿边坡

1、山坡露天矿

2、凹陷露天矿

（二）、边坡

1、底帮边坡

2、顶帮边坡

3、端帮边坡

三）边坡角

1、工作帮坡角

2、非工作帮坡角（废正角）

二、排土场边坡

1、外排土场建立条件

2、内排土场建立条件

3、排土场台阶高度、坡面角

4、排土排弃物的性质

5、稳定性分析

1.3滑坡概论及研究意义

一、边坡变形种类

1、剥离（振动、风化）

2、崩落（陡立柱状岩体突然倒塌滚动）

3、滑动（沿一定的面或带缓慢移动）→滑坡

4、流动（指饱和水的松软岩体沿4度－6度甚至更缓的斜面流动）

5、沉陷变形、垂直下沉

排土场管理主因

所以规范规定排土场到边坡一定距离范围内有2－5％的反坡

如图2所示

三、滑坡危害

1、阻断运输线路（铁道、公路、胶带）

2、推倒、掩埋采掘运输设备

3、破坏地面工业民用建筑物

总体规划不合格

地面建筑物安全距离采场

0－200m，>200m即按200米设置。

排土场造成周边地面地形变形滑坡危害较大。如神华准能黑岱沟储煤仓、铁路地面、胶带走廊等案例。

四、优化边坡角

同时考虑两个问题

1、剥离费

2、边坡维护费

1.4露天矿边坡的特点

与水库岸坡、坝肩、引水渠道、铁路、公路路堑和路堤、山区挖方工程的的边坡相比有以下特点：

一、边坡较高

几米到600米，走向长，揭露的岩层多，岩体结构复杂

二、煤矿边坡岩体主要是沉积岩：层理明显，弱夹层较多，岩石强度低。稳定边坡

角大约40度以下。

金属矿主要是岩浆岩、变质岩，强度高，但断层、节理发育，不利于边坡稳定。稳定边坡

角大约50度以下。

三、主要是滑动变形

四、露天矿边坡是人工机械开挖边坡,边坡岩体较破碎，边坡一般不加维护，易受风化作用影响。

五、露天矿场每日受爆破、机车行走等因素，边坡受振动影响大，受到的设备自身载荷及冲击载荷较大。

六、露天矿服务年限长。

内排有利于防治边坡滑坡；

陡帮开采配合内排效果较好，如平装西露天煤矿。

七、不同地段边坡稳定程度是不同的。

重要的建（构）筑物、高压线和铁路等一级建筑物要求稳定性高

1.5

研究内容及步骤

一、研究内容

1、边坡岩体中各种结构面

如断层、层面、节理、裂隙分布状态

2、结构面的物理力学性质

3、水

4、开采工艺、河流、爆破、构造应力

5、设计边坡

6、提出防滑措施

7、边坡监测

二、研究步骤

1、矿山勘探，设计阶段必须开始边坡工作；

2、矿山投产后，做大量的边坡实验研究，校核边坡稳定角；

3、长期性工作，直到露天矿寿命结束

4、最后评价

第二章

影响边坡稳定性的因素

引言：因素分类

1、内因：岩石的矿物组成及地质结构

2、外因：水、震动、构造应力、采矿活动、风化及温差

2.1

岩石矿物组成的影响

1、不同矿物的强度不同

（1）、Na、K、Ca、Mg等化合物易溶于水，为不稳定矿物

（2）、蒙脱石[(OH)4Al4SiO8O20]吸水性强而透水性差，易导致滑坡

2、岩石是矿物的集合体

3、岩石有晶质>非晶质>碎屑质

硅质胶结>钙质胶结>泥质胶结

粒度<0.005mm时，粒度增加时，内摩擦角减小

4、岩石的构造有定向与非定向之别

2.2岩体结构面、结构体、岩体结构

定义：结构面：岩体中这些自然生成的强度减弱面统称为结构面

结构体：这些结构面将岩体切割成不同规模和几何形态的块体

工程岩体：有结构面和结构体组成的具有一定结构的地质体的一部分

一、结构面（I－V级）

煤矿中主要5种面：

1、软弱夹层：粘土层、碳质页岩层、泥岩、薄煤层、页岩层

2、岩层面、节理

3、断层

4、节理、裂隙

节理是构造裂隙

裂隙是原生裂隙

5、片理、页理：压应力作用下动力变质的结果

二、结构体

I－V级

三、岩体、结构

2.3水的影响

露天矿采场及排土场边坡防水便等于防滑。雨后、雨季、解冻时期

现场防治水办法介绍。

一、水在岩石中存在的的形态

（一）、气态水

是结晶水及化学水，对岩体稳定性影响不大

（二）、结合水

1、吸附水（或强结合水）强结合水，70000倍重力加速度不能使其分离。

2、薄膜水（或弱结合水）弱结合水，长期荷载可能被挤出

结合水是在岩石中颗粒表面与水分子的吸引力（静电引力）而结合的水

吸附水：是颗粒表层或离子的吸附层内的水分子，在分子力作用下，不能移动。

薄膜水：是离子扩散层内的水分子，若在分子力作用下可能移动，在长期荷载作用下可能部分被挤出

（三）、自由水：是土岩颗粒水化膜以外的水，受重力影响，分毛细水和重力水

1、毛细水

①、孔隙角水

②、悬浮水

③、毛细孔水

毛细孔水是岩石毛细孔内的水（结合水除外）

它与重力水相同，可以传递静压力

2、重力水

①、渗流水

②、地下水

（四）、固态水（冰）

体积增大、扩大裂隙、减弱岩体强度（融冰期边坡易滑原因）。

总之，边坡岩体内的水主要是结合水和自由水

二、水对边坡的不利影响主要表现

1、软化岩体，降低其强度；

2、静水压力

3、动水压力：自由水在重力作用下流动，对岩石产生动水压力

三、地下水在边坡内的分布

1、在松软土岩中水位变化

2、坚硬岩石中裂隙水无定向

坚硬岩石的水文地质条件不易掌握全貌，水位差异很大

四、静水压力作用

露天矿上部风化带岩层受水浸润后容重增加

岩石饱和水容重

γ0:干容重

n:空隙比

γw:水容重

d:岩石比重

饱水重量：

干重量

孔隙水重量

浮重量：

则岩柱所受浮力：

静水压力就是水压三角形乘积：

中点水压强度：

实践中，当坡底处断裂面无渗流时，则该处的水的压强不等于零，并可达到高峰值。

五、动水压力作用：动水压力是指渗流水

在流通过程中作用于岩石颗粒上的渗流力，它是体积力

实验表明：多孔隙（或裂隙）水相互贯通，因而产生渗流水，动水压力

圆管内的水流运动时需要克服阻力

1、与管径大小成反比

2、与两端压差成正比

3、岩石介质中水的渗流阻力与孔隙率成反比

动水压力：

计入

P浮力，静动压力为矢量和

滑面上切向法向分力

N（指向滑面）

结论：稳定渗流边坡的水压，包括静压与动压，可近似按滑面上各点水的压强乘以该处滑面面积计算即近似等于滑面上的静水压力值

2.4爆破作业、振动影响

一、影响因素

1、爆破震动增加了边坡的滑动力

2、爆破作用破坏边坡岩体

降低了岩体强度，使雨水地下水易于沿爆破后岩石裂隙渗透，加速岩体风化

3、穿、采、运设备作业时，使饱和水岩土液化

二、破坏主因

震波在岩石中传播有纵波，横波，主要是纵波

三、减震措施

1、控制一次爆破药量

2、微差爆破最佳时间，不使各次震波峰值叠

加而达到最高值

3、采用预裂爆破、缓冲爆破

边坡稳定设计篇3

关键词：稳定性；勘察评价；路堑高边坡；设计方法

我国经济不断发展，实力增强，同时国家为发展经济落后地区，保护耕地资源，将高速公路的建设逐渐向边缘地区延伸。但是在设计施工的过程中，因为地质条件、地形等因素，高速公路在修建期间一定会出现深路堑的现象。深路堑防护支挡工程费用在高速公路工程造价中占有一定的份额。因施工设计人员对路堑工程地质认识不够充分、设计不合理、施工方法不具有规范性等等，均会导致在山区高等级公路路堑边坡在施工阶段出现坍塌、变形等现象，对以上问题处理，不仅消耗时间，同时也增加了工程造价，对社会也有一定的负面作用。本文结合高速公路路堑高边坡的设计实例，分析其稳定性。

1.路堑高边坡地质勘查

地质勘查是边坡工程设计中重要的工作内容，其目的是查明边坡工程地质条件，并确定边坡类型及破坏模式，为其稳定性提供必要的参数。具体包括地质构造、地层结构特征、地貌特征、地震、地下水、边坡岩土体物理力学参数、边坡邻近的建筑物情况等。边坡勘察工作过程中应该在不同阶段进行不同工作，初期勘察需收集地质资料，并进行工程勘探、测绘和实验工作；分析其变形机制的同时评价边坡稳定性。后期将勘察初期的不稳定和稳定性较差的边坡、邻近地段进行工程地质勘测、测绘、分析和测试，提出边坡参数后对其稳定性进行评价。

2.路堑高边坡稳定性评价

在进行评价前需结合地形地貌条件，按工点对高边坡稳定性进行计算分析，之后便进行稳定性评价。因边坡岩土地质情况较为复杂，且分析理论有一定局限性，为了充分保证分析出的结果具有可靠性，可结合地质力学法、工程地质类比法、极限平衡法等手段对稳定性进行全面细致的评价。

2.1地质力学法

地质力学法是运用地质力学原理，对构造形迹进行调查，找出岩土构造应力场和次序，对主要结构面、后期改造过程及配套要素进行推测。尤其是其与临空面形成过程和作用过程间关系，推断各大岩体及其斜坡变形延边过程及其发展趋势，对当下路堑边坡的稳定性进行判断分析。

2.2工程地质类比法

工程地质类比法包含工程类比及地质参数类比。对比不稳定坡体和稳定山坡工程地质条件差别、既有工程经验及相邻边坡稳定状况，对比相应地质参数，并结合工程经验，通过对工程措施、工程地质条件、设计路堑边坡坡形等方面进行宏观的判断和分析。

2.3极限平衡法

极限平衡法是在以上两种方法的基础上，对变形类型、范围及模式使用极限平衡原理量化分析，将边坡稳定系数进行计算，极限平衡法可根据不一样的边坡类型选择相对的计算方法，保证稳定性计算结果客观性。

3.高坡设计方法

根据以上结果对路堑高边坡稳定性进行评价，分段确定高边坡稳定程度，对稳定性差的高边坡按照“一图一坡”原则对其进行加固，对比防护方案选择出最佳的防护方案。于此同时还需在工点进行试行，设计内容包括防护工程、加固工程、坡形坡率、排水工程、动态设计及监测工程6个部分。

3.1防护工程

防护的作用目的包括两方面，分别为防止雨水冲刷和控制边坡表层风化速率。残坡积层和全风化岩土层边坡防护选择植物进行防护，应根据边坡的填土高度、坡率等方面选择植树、植草、各类型骨痂、格梁和框格、三维网植草等。普通风化边坡和坡率陡的边坡，使用普通植草不易成活，应选择喷混植物、TBS等防护。

3.2加固工程

对于不利结构面或者软弱结构面，稳定性差或高度大的边坡应采取加固措施，阻止边坡失稳及变形。具体可根据施工工程实施的可能性及技术经济对比，选择锚索框架、锚索抗滑桩、抗滑桩等进行必要全面的加固。

3.3坡形坡率

坡形坡率的计算在高边坡治理中非常重要，其决定边坡工程费用及稳定性，边坡的高度及坡率可根据工程地质类比、生态环境保护、力学计算、绿化的难易程度、形成视觉等方面考虑、对地形较缓的山坡使用放坡减载设计，对地形较陡的山坡使用强支挡、弱削方原则，方式，防止“剥山皮”式刷坡。

3.4排水工程

水是影响边坡稳定的因素之一。边坡中水的渗入增加土体重量，加大下滑力，同时也降低滑动面土地抗剪强度，高边坡出现滑塌多数原因为雨水冲刷，所以防水排水成为边坡加固重要的措施。在路堑高边坡稳定性研究中发现，排水设计是其重要的组成部分。

3.5动态设计

路堑高边坡设计中的动态设计有非常重要的作用，其是路堑高边坡设计中最基本的原则。根据施工开挖中的地质特征及变形监测数据，对原设计进行校对，并对设计方案进行不断完善，保证工程安全及合理的设计。

3.6监测工程

对高危边坡施工期间建立监测系统可达到动态设计、信息化施工的目的。监测到的信息用于指导施工，监测结果用于动态设计依据。监测项目还包括坡地面调查、地表位移监测、边坡坡面调查、人工巡视监测、深层位移。实时对检测数据进行分析整理，并报送给设计单位和业主。对于不良地质边坡就高危边坡进行重点设计评估，竣工后监测系统还需运行1年-2年时间，防止灾害性时间突然发生。

4.工程实例

位于浙江的某高速公路第三合同段，该路线位于中丘地貌区，位于山坡中下部分，山顶高约为191米，路线走向为265°，山坡坡度为15°-30°。水文地质条件：场区地下水由风化岩裂隙水组成，地下水的水量不大，对混凝土有微腐蚀性。

从图1中可知，岩层层面L1和右侧边坡顺向，但相交角度大（夹角为38°），对边坡稳定性影响小；L1和L2结构面交线顺向，且倾角小于坡角，对边坡稳定不利。L2和L3结构面交线顺向，倾角小于自然坡角，利于稳定。L1和L4结构面交线顺倾，倾角比坡角大，利于稳定，L2和L4、L3和L4结构面交线和坡向相反，对边坡稳定性影响较小。

本区设计思路包括以下两方面，本区山体自然边坡陡峻，使用放缓边坡工程提高坡体提高坡体开挖后自身整体的稳定型，边坡开挖的土石方量及边坡高度均有所提高，增大用地和天然植物破坏。且本区坡体的岩土体主要为厚度较大的风化岩层，使用“固脚强腰”的措施对坡体进行加固。

5.小结

因地质勘察及分析能力均具有一定的局限性，同时工程造价也有一定的影响，路堑高边坡设计中往往会存在盲目性和经验性，所以应该进行精细化设计。相关研究学者认为高边坡在进行设计的时候需要对边坡地质勘察有充分的认识，使用物探、钻探、调绘等多种手段进行验证，以最小的代价获得最可靠的信息，于此同时使用多种稳定性方案进行综合评价，提高高边坡防护、监测及排水方案进行工点设计。在施工的过程中对动态设计需要提高重视，并根据提示所得的监测数据及地质条件进行综合性的分析和判断，对于有问题的设计进行及时修改，保证工程的经济性和安全性。

参考文献

[1]黄波. 路堑高边坡稳定性评价以及设计[J]. 科技创新导报，2011，01：96.

[2]占红莲，俞永华，杨晓华. 高速公路路堑高边坡的稳定性评价及设计方法[J]. 公路交通科技（应用技术版），2007，10：64-67.

边坡稳定设计篇4

1 路基边坡损坏形式及特点

1)滑坡。

部分岩(土)体在重力作用下沿着一定的软弱面(带)缓慢地、整体地向下移动,一般分蠕动变形、滑动破坏和渐趋稳定三个阶段。

2)崩塌。

整体岩(土)块脱离母体,突然从较陡的边坡上崩落下来,并顺着边坡猛烈翻转、跳跃,最后堆积在坡底,称为崩塌。

3)剥落。

边坡表层岩(土)体长期遭受风化,在冲刷和重力作用下岩(土)屑(块)不断地沿着边坡滚落,堆积在坡底,即为剥落。

2 边坡稳定防治措施[1]

1)减载。

减载措施包括削头减载和削坡减载两种。削头减载是将边坡上部一定范围内覆盖层或岩体削掉,以降低边坡总高度;削坡减载是将边坡的坡度放缓。两种减载措施的作用都是减小边坡可能发生滑动破坏的下滑力。一般来讲,削坡措施常常受到建筑物布置上的制约,边坡不能放得太缓或根本不能放缓,而削头措施较少受到制约。

2)加载反压。

对于前缘失稳的牵引式滑坡可采用在滑坡前缘修建片石跺加载反压,增加抗滑部分的土重,使滑坡体得到新的稳定平衡。

3)排水。

排水包括地表排水和地下排水,其目的是将地表水截流排泄,并把滑体内地下水引出坡体,以减少滑坡体因水理作用而失稳。研究表明绝大多数滑坡是由于过于集中的水活动(地表水、地下水和大量降水)所引起,故有“十滑九水”之说,所以滑坡体的排水十分必要。

4)支挡。

a.抗滑挡土墙。中小型滑坡可设置抗滑挡土墙或片石跺,最常用的形式是重力式挡土墙。大型滑坡宜采用加筋土挡土墙、锚定板挡土墙及预应力锚杆、锚索挡土墙。b.抗滑桩。对于一些中、深层滑坡,用抗滑挡墙难以治理的情况下,可以采用抗滑桩治理。抗滑桩是借助桩与周围岩土体的共同作用,将滑坡推力传递到稳定地层的一种抗滑结构,因其抗滑能力强、桩位灵活、施工方便等突出的优点而广泛应用于公路边坡加固工程中。近年来预应力锚索或锚杆抗滑桩应用较为普遍。c.锚固法。锚固法是指在滑坡体上设置若干排锚杆(索),锚固于地下稳定地层中。d.复合支挡结构。复合支挡结构是由锚杆和桩组成的一种新型挡土结构,由作为竖向挡土结构的双排桩和作为外拉系统的侧向倾斜锚杆组成,并通过桩顶横梁沿土体通长布置。

5)土质改良。

土质改良是指通过改善滑体土的性质,提高岩土的抗剪强度。具体做法有高压喷射注浆法、电渗法、焙烧法、动力固结法、石灰土加固法等。

6)综合治理措施。

治理滑坡仅采用单一的工程措施往往不够理想,需采用多种工程措施组合起来进行综合治理。如清方减重与抗滑挡墙相结合、清方减重与抗滑桩相结合、抗滑桩与抗滑挡墙相结合等。在滑坡治理工程中排水工程措施不可或缺。

3 加固方案设计的原则

3.1 边坡工程中的极限状态设计原则

边坡设计要解决的根本问题是在边坡的稳定与经济之间选择一种合理的平衡,力求以最经济的途径使服务于工程建筑物的边坡满足稳定性和可靠性的要求。

1)安全性。边坡及其支护结构在正常施工和正常使用时能承受可能出现的各种荷载作用,以及在偶然事件发生时及发生后应能保持必须的整体稳定性。2)适用性。边坡及其支护结构在正常时能满足预定的使用要求,如作为建筑物环境的边坡能保证主体建筑物的正常使用。3)耐久性。边坡及其支护结构在正常维护下,随着时间的变化,仍能保持自身整体稳定,同时不会因边坡的变形而影响主体建筑物的正常使用。

3.2 边坡设计中的荷载效应原则

在边坡稳定性分析与推力计算中,涉及到的主要荷载有:边坡岩土体自重,边坡上的各种建筑物产生的附加荷载,地下水产生的诸如静水压力、渗透压力等荷载,以及地震荷载。在边坡支挡结构设计中涉及的荷载,根据结构设计原理有永久荷载、可变荷载和偶然荷载。各种荷载的取值应根据不同极限状态的设计要求取不同的代表值,永久荷载一般以其标准值作为代表值,可变荷载一般以其标准值、组合值、准永久值作为代表值。

在计算锚杆变形和支护结构水平位移与垂直位移时,荷载效应组合应为正常使用极限状态标准组合,但不计入风荷载和地震荷载作用。

在按锚杆承载力确定锚杆锚固段长度和按地基承载力确定支护结构立柱(肋柱或桩)与挡墙基础底面积埋深时,荷载效应组合应采用正常使用极限状态标准组合;而在支护结构抗裂计算时,荷载效应组合采用正常使用极限状态的标准组合,并应考虑长期荷载影响。

3.3 边坡工程设计中的动态设计原则

由于边坡岩土介质的复杂性、可变性和不确定性,地质勘察参数难以准确确定,加之理论和设计方法带有经验性和类比性,因此边坡工程的设计往往难以一次定型,需要根据施工时反馈的信息和监控资料不断校核、补充和完善设计,这是目前边坡工程处治设计中较为科学的动态设计方法,这种设计方法要求提出特殊的施工方案和监控方案,以保证在施工过程中能获取对原设计进行校核、补充和完善的有效资料和数据。

3.4边坡工程设计中的综合治理原则

边坡工程设计应根据边坡的具体情况,结合主体工程建筑物实施多措施综合治理原则。在保证边坡自身整体稳定的前提下,综合考虑主体建筑物、周边建筑物、周边环境以及整体美观、适用、经济等特点进行优化设计。

3.5边坡处治方案比选及优化

边坡处治方案主要取决于地层的工程性质、水文地质条件、荷载的特性、使用要求、原材料供应及施工技术条件等因素。方案选择的原则是:力争做到使用上安全可靠、施工技术上简便可行、经济上合理。因此,一般应做几个不同方案的比较,从中得出较为适宜而又合理的设计方案与施工方案。

4滑坡预报问题

在滑坡研究中,时空预报问题不确定性最大,难度也最大。如约旦在修建高速公路时,对滑坡进行地质填土,按照滑坡可能性进行分区,对工程决策起了很大作用。这可以看作是滑坡空间上的预报,而时间上的预报则困难得多。根据长期观测资料,将位移—时间关系曲线外延可以推测滑落的时间,但误差一般较大。况且,当位移速度足够大时,推测的精度固然提高了,但这已失去了预报的意义[2,3]。

边坡监测是确保工程安全、进行失稳预报和了解岩体失稳机理最重要手段之一,鉴于边坡本身具有的复杂性及目前边坡稳定性研究水平,边坡监测是边坡稳定性研究必不可少的,也是边坡研究至关重要的内容。边坡监测的进展一方面表现在监测仪器的更新,尤其是自动化程度高的遥测系统,如GPS监测系统、遥感地质及探地雷达在滑坡调查中的应用等,另一方面是监测设计方法的优化及监测数据处理的进步,如立体监测方法的出现及应用灰色理论进行监测预报等。

参考文献

[1]祝玉学.边坡可靠性分析[M].北京:冶金工业出版社,1993.

[2]孙陶,陈英.有限单元法在边坡稳定分析中的应用实例[J].四川水力发电,2001(1):36-37.

[3]孟晖,胡海涛.我国主要人类工程活动引起的滑坡崩塌和泥石流灾害[J].工程地质学报,1996,4(4):131-132.

边坡稳定性评价方法综述篇5

边坡稳定性评价方法综述

通过收集国内外文献,介绍了边坡稳定性评价的`定性评价方法和定量评价方法中的各种方法及其特点,为工程人员选用边坡稳定评价方法提出了建议.

作者：杨俊凯作者单位：铁道第四勘察设计院集团有限公司,430063刊名：中国科技信息英文刊名：CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION年，卷(期)：“”(16)分类号：U4关键词：边坡稳定定性评价方法定量评价方法

某边坡稳定性评价分析篇6

摘要:该边坡主要由志留系龙马溪组泥质砂岩和粉砂质泥岩与第四系洪坡积碎石土等构成,高边坡为I2型,文章某高边坡的工程地质条件进行了分析,并结合稳定性计算方对其提出了防治措施。

关键词:边坡;稳定性;评价分析

中图分类号:TU-023文献标识码:A文章编号:1006-8937(2009)22-0137-01

该边坡主要由志留系龙马溪组泥质砂岩和粉砂质泥岩与第四系洪坡积碎石土等构成,高边坡为I2型,坡长100m,坡面积2500m2。按照相关《技术要求》,该边坡安全等级为三级。地貌上属构造侵蚀、剥蚀中、低山区,切坡顶处高程约190~210m左右,自然斜坡坡角一般30°左右。

1工程地质概况

边坡区地层主要有志留系龙马溪组(S1l)和第四系(Q)。

①志留系(S)。志留系地层分布于北东部和东部,呈南北向延伸,在本区出露的为罗惹坪组(S1lr)。下部为灰绿色、黄绿色细粒长石石英砂岩、粘土质粉砂岩、粉砂质粘土岩(或页岩),含生物碎屑泥灰岩;上部为灰绿色、黄绿色粘土质粉砂岩夹粉砂质粘土岩(或页岩)。②第四系(Q)。工作区出露的第四纪地层有残坡积层(Qel+dl),崩坡积层(Qcol+dl)、洪积层(Qdl+pl)、滑坡堆积层(Qdel)和人工堆积层(Qml)等类型,其中残坡积层分布最广,其岩性为碎石夹(及)土;崩坡积层为块石夹少量土;滑坡堆积层为碎块石夹(及)土和滑动岩体。除此以外,其他成因的第四系厚度较薄,一般厚度数十厘米至数米。高边坡区地下水主要有第四系孔隙水及基岩裂隙水。其中孔隙水主要赋存于第四系堆积物中,埋深浅,无承压,受大气降水补给,无统一地下水位,季节变化明显。基岩裂隙水主要赋存在砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩风化带和基岩裂隙中,地下水位埋深相对较大。根据地下水水质分析资料,地下水对混凝土不具有腐蚀性。

2地质特征及主要地质问题

高边坡区目前尚未发现整体的大面积变形破坏现象,由于修建移民公路切坡,使原有的斜坡应力平衡状态破坏,导致边坡顶部产生卸荷裂隙,加剧岩体风化破碎,在降雨及其它外荷载作用下,将导致边坡岩体表面剥落、掉块。Ⅰ段、Ⅱ段和Ⅲ段边坡由于卸荷裂隙发育、岩体破碎,不排除边坡表层岩体卸荷、风化、剥落与掉块的可能。第Ⅳ段边坡也存在浅表层碎石土的滑动。

3边坡稳定性计算

高边坡区分布的主要岩性为志留系罗惹坪组粉砂质泥岩、页岩、粉砂岩等,第四系以残坡积物为主,局部分布人工堆积物、崩坡堆积物。各岩层的物理力学指标根据室内试验和经验值来确定,滑动面物理力学指标根据反分析来确定。边坡主要为折线破坏,防护安全等级为三级,圆弧滑动法按安全系数为1.20进行设计,折线滑动法按安全系数1.25进行设计。考虑高切坡区域可能遇到的各类情况,特别是最危险的情况,由于区内基本地震烈度为6度,可不考虑地震的影响,故综合确定以下计算工况:自重+暴雨作用。由计算结果可得出以下结论:边坡附近软质岩体风化厚度较大,为防止边坡表面岩体风化、剥落与掉块,建议对其表层处理。

4治理措施

高边坡治理应针对斜坡变形破坏的特点进行。在治理过程中应采用分层次治理的原则。高边坡防治的目标是采用防治工程辅以安全监测,确保高边坡在结构设计基准期50年内不发生整体失稳。①削坡整形和清坡;按设计进行削坡与坡面整形,清除切坡表面不稳定岩块和浮土,保证坡面顺直。②护脚墙工程:坡脚按设计设置2m高护脚墙。挡土墙采用浆砌块石,块径不小于30cm,强度不小于30MPa,浆砌砂浆为M7.5,墙顶采用M10水泥砂抹面,墙面勾缝,沿墙长每15m设置一宽20mm的伸缩缝,缝间沥青填充。挡土墙上设排水孔,沿墙高1.0m,墙长3m设一个排水孔,排水孔坡降4%。挡墙深入基岩1.0m,挡土墙前墙脚处设置截水沟。③锚喷网支护设计:为防止坡面混凝土的变形破坏,横向每间隔15m设置纵向伸缩缝,缝宽2cm,以沥青或木条填充。④地表排水系统:根据现场地形情况,截水沟断面尺寸为:下底宽为0.6m,高为0.6m,两侧坡度分别为1∶0.75,地表截水沟的砌筑砂浆为M7.5,抹面砂浆为M10。纵向排水沟与公路排水系统相接。

5 结语

文章对该高边坡的稳定性进行了分析,并结合具体工程情况提出防治措施,对类似工程具有一定借鉴意义。

参考文献:

[1]刘佑荣,唐辉明.岩体力学[M].北京:中国地质大学出版社, 1998.

边坡稳定设计篇7

自20世纪80年代以来, 广泛开展了渠道断面优化方法的研究。Paviz[1]1994年提出用拉格朗日乘子法确定各种断面形式水力最佳断面的方法, 但得出的最优边坡坡度为 $m = \sqrt{3} / 3$ , 坡度过陡, 难以满足边坡稳定的要求, 仅是理论上的最优边坡。陈平等[2]以小型渠道为例, 在梯形渠道水力最佳断面计算及梯形衬砌渠道侧墙稳定性计算的基础上, 以渠道衬砌费用和占地费用为目标函数, 提出了利用衬砌厚度满足侧墙稳定要求的优化边坡的方法。王俊发[3]、吴泽[4]、潘起来[5]等以渠道成本费用最小为目标函数, 建立了梯形衬砌渠道的优化数学模型, 并得到合理的梯形衬砌渠道设计参数。刘红英[6]等推求了复合断面 (底部为梯形、上部为矩形的复合断面) 渠道水力最佳断面及实用经济断面的优化公式。张礼兵[7]、倪士超[8]等分别将改进的混合遗传算法、扩展微分进化算法用于渠道断面优化, 提供了计算效率和精度。总之, 目前梯形渠道断面优化研究, 大多是将边坡坡度m作为已知参数, 推求最优断面, 未考虑边坡坡度m等因素的影响;虽有考虑边坡坡度影响的[2], 但依赖衬砌板厚来满足边坡稳定性要求, 难以适应大型渠道优化设计的要求。

南水北调东、中线输水干渠长达3 000 km, 研究基于边坡稳定和费用最小的梯形渠道优化设计方法, 探索渠道边坡坡度和建设费用最优之间的关系, 对节约耕地和降低工程建设费用具有重要的现实意义。

1渠道边坡的允许极限状态和允许极限坡度

在梯形渠道断面优化中, 若将渠道边坡坡度m作为优化变量, 首先需要确定m的取值范围, 即m的最小和最大值, 其中最关键、也是最难确定的是m的最小值。为此, 需要专门研究了渠道最小边坡坡度取值的问题。

渠道最小边坡坡度m, 即允许的最小设计坡度, 它既要满足边坡稳定的要求, 又要满足现行设计规范的规定。由于设计规范中仅规定了渠道边坡的允许抗滑稳定安全系数, 因此需要推求与允许抗滑稳定安全系数相对应的边坡坡度。由于允许抗滑稳定安全系数自身带有一定的安全余度, 因此与允许抗滑稳定安全系数相对应的边坡坡度一定满足边坡稳定的要求;同时, 根据规范的要求, 边坡的抗滑稳定安全系数必须不小于允许抗滑稳定安全系数。由此可知:最小渠道边坡坡度m就是与允许抗滑稳定安全系数相对应的边坡坡度。

为此, 借鉴边坡极限状态的概念, 引入渠道边坡的允许极限状态和允许极限边坡。假定渠道边坡控制工况下, 当边坡抗滑稳定安全系数等于规范规定的允许安全系数时, 渠道边坡处于允许极限状态;定义渠道边坡处于允许极限状态时, 所对应的边坡坡度为渠道允许极限坡度。

确定渠道边坡允许极限状态和允许极限边坡的方法是:①根据有关规范, 确定渠道边坡的等级和允许安全系数;②分析渠道边坡的运行工况, 确定最危险工况, 将最危险工况作为确定渠道边坡允许极限状态和允许极限边坡的控制工况;③拟定渠道边坡坡度, 进行边坡稳定分析, 确定拟定坡度下边坡抗滑稳定安全系数;④改变渠道边坡坡度, 分别确定不同坡度下的渠道边坡的抗滑稳定安全系数, 得到边坡坡度与抗滑稳定安全系数的关系曲线;⑤由渠道边坡坡度与抗滑稳定安全系数关系曲线, 推求与渠道边坡允许安全系数所对应的边坡坡度, 在该坡度下, 渠道边坡处于允许极限状态, 相应的坡度为允许极限坡度。

2基于边坡稳定和费用最小的梯形渠道优化设计方法

2.1基本思想

基于边坡稳定和费用最小梯形渠道优化设计的基本思想是:①进行渠道边坡临界平衡状态的研究, 确定允许极限边坡坡度和最小边坡坡度;②依据《灌溉与排水工程设计规范》 (GB50288-99) , 确定梯形渠道实用经济设计断面;③在梯形渠道实用经济设计断面的基础上, 考虑最小边坡坡度, 推求以渠道总费用最小的梯形渠道最佳断面;④考虑衬砌稳定性、土方平衡、施工、工程防护和工程总费用等因素, 综合确定渠道边坡坡度和断面参数。

2.2影响渠道建设费用的因素

一般梯形渠道断面形式如图1所示。

图中:h为渠内水深;b为渠底底宽;m为渠道内坡;h1为设计水面至渠顶高度;h2为筑堤高度;b1为两侧堤顶道路宽度;m1为戗台以上筑堤内、外边坡系数。

影响渠道建设总费用的因素较多, 其主要因素有:占地费用、土方及运输费用、衬砌费用等。沿渠道纵向取单位长度分析如下:

(1) 占地费用F地。

占地面积宽度为渠道顶宽及两侧渠顶道路的宽度之和, 长度为渠道单位长度。设单位面积占地费用为S1, 则

$\begin{array}{l} F_{地} = [b + 2 m (h + h_{1}) + 2 b_{2}] S_{1} \\ (b_{2} = b_{1} + 2 m_{1} h_{2} + b_{q}) (1) \end{array}$

(2) 挖方费用F挖。

挖方量为渠道断面面积与渠道单位长度之积, 设单位方量的土运输指定运距的费用为S2, 则

$F_{挖} = [b + m (h + h_{1})] (h + h_{1}) S_{2} (2)$

(3) 填方费用F填。

填方量为半挖半填及全填方渠道断面形式中两侧筑堤方量, 单位填方费用为S3, 则

$F_{填} = 2 (b_{1} + m_{1} h_{2}) h_{2} S_{3} (3)$

(4) 衬砌费用F衬。

渠道衬砌面积为湿周与渠道单位长度之积, 设单位面积的衬砌费用为S4, 则

$F_{衬} = [b + 2 (h + h_{1}) \sqrt{1 + m^{2}}] S_{4} (4)$

2.3基于边坡稳定和费用最小的梯形渠道优化模型

对于新建渠道, 同类断面渠道运行管理费用相差无几, 在建立优化模型时, 仅考虑渠道建设总费用。以渠道建设总费用最小为目标函数, 建立优化设计数学模型见式 (5) ～ (10) 。

优化变量:b, h, m;

目标函数:

$m i n F (b, h, m) = F_{地} + F_{挖} + F_{填} + F_{衬} (5)$

流量约束条件:

$A^{5 / 3} W^{- 2 / 3} - \frac{n Q}{\sqrt{i}} = 0 (6)$

流速约束条件:

$v = \frac{Q}{b h + m h^{2}} (7)$

渠底宽度约束条件:

$b_{p m i n} ＜ b \leq b_{p m a x} (8)$

渠道水深约束条件:

$h_{p m i n} ＜ h \leq h_{p m a x} (9)$

渠底边坡约束条件:

$\begin{array}{l} m_{p m i n} ＜ m \leq m_{p m a x} (10) \\ A = b h + m h^{2} (11) \\ W (b, h, m) = b + 2 h \sqrt{1 + m^{2}} (12) \end{array}$

式中:F为渠道建设总费用;Q为渠道设计流量, m3/s;A为渠道过水断面面积, m2;W为湿周, m;n为渠道糙率; i为渠道底坡;bpmin 、bpmax为渠道底宽上、下界限值, 可参照渠道实用经济断面计算方法, 以渠道实用经济断面底宽为中心, 选择底宽的上、下界限值;hpmin、hpmax为渠道水深上、下界限值, 可参照渠道实用经济断面计算方法, 以渠道实用经济断面水深为中心, 选择水深的上、下界限值;mpmin、mpmax为渠道边坡上、下界限值, 其中mpmax可选用地质建议值;mpmin为渠道最小边坡坡度, 选择渠道允许极限坡度、渠道衬砌防渗材料或防冻胀材料允许最小坡度中的最大值。

以上公式适用于梯形渠道全挖方、半填半挖方、全填方等断面形式, 在应用中各项费用及各参数按实际断面形式取值。在求解目标函数的过程中, 可利用优化软件进行求解。

3实例分析

下面以南水北调东线济南至引黄济青段济平干渠工程为例说明基于边坡稳定和费用最小的梯形渠道优化设计方法。

3.1概况

济平干渠工程是南水北调东线济南至引黄济青段的首段输水工程, 其输水线路自东平湖渠首引水闸引水后, 途径泰安市的东平县、济南市的平阴县、长清区和槐荫区至济南市西郊的小清河睦里庄跌水, 输水线路全长90.055 km。输水渠设计流量为50 m3/s, 加大流量为60 m3/s。建筑物设计等级为Ⅰ级, 渠道边坡允许安全系数取1.3。

济平干渠某段为全挖方渠道, 选用梯形渠道, 设计糙率n=0.014, 纵坡i=1/15 000, 一般挖深6 m左右。渠道采用0.08 m厚大板混凝土板衬砌, 衬砌下面铺设3 cm的聚苯乙烯保温板, 板下铺设砂垫层, 渠道不冲流速为10 m/s, 不淤流速为0.4 m/s。断面形式如图2所示。济平干渠某挖方段实用经济断面设计参数为:渠道底宽12.5 m, 设计水深3.3 m, 渠道边坡1∶2。

3.2渠道边坡坡度mpmin的确定

利用极限平衡方法分析控制工况下渠道边坡变形的允许极限状态, 当开挖坡度为1∶1.5时, 济平干渠某挖方段边坡抗滑稳定安全系数1.3, 刚好等于允许值安全系数, 边坡处于允许极限状态, 因此渠道允许极限边坡坡度为m允许=1.5。

渠道大板混凝土衬砌下为带拉毛的挤出聚苯乙烯保温板, 根据保温板 (防冻胀材料) 与土的滑动摩擦试验, 防冻胀材料允许的最小坡度m冻胀=1.02。故边坡坡度mpmin=m允许=1.5。

3.3基于渠道费用最小的优化模型

以渠道建设总费用最小为目标函数建立数学模型。目标函数、约束条件见式 (5) ～式 (10) , 其中:F填=0, h2=0, v∈[0.4, 10];Q=60 m3/s, i=1/15 000, n=0.014;h1=2, b2=5;S1=30, S2 =19, S4=50。根据济平干渠某挖方段实用经济断面设计参数确定渠底宽度和水深的取值范围:b∈[9, 15], h∈[2,4], m∈[1.5, 2.5]。

优化分析结果为m=1.58, b=14.18, h=3, 相应的优化目标函数值F (m, b, h) opt为4 327。

3.4敏度分析

为了分析渠道建设总费用各组成成分的敏感性, 将目标函数式 (5) 改造为式 (13) 。

$m i n F (b, h, m) = α_{1} F_{地} + α_{2} F_{挖} + α_{3} F_{填} + α_{4} F_{衬} (13)$

式中:α1、α2、α3、α4为权重系数, 本例中α3=0。

设置不同的权重系数, 即α1、α2、α4取不同的值, 探讨各分项费用对组成渠道建设总费用的影响, 敏度分析结果见表1。

通过上述计算可以看出:

(1) 三个权重系数的扩大或缩小不影响费用最小优化计算的结果;

(2) α4变化时对目标函数值影响稍大, 即第4项衬砌费用是影响渠道建设总费用的关键因素, 其原因在于土地单价不高、土方运距相对较近时, 衬砌费用相对较高。但是, 随着经济的发展, 土地费用越来越高, 土地费用有可能成为影响渠道建设总费用的关键因素。

3.5对比分析

济平干渠某挖方段断面采用实用经济断面方法进行设计, 其设计方案m=2.0, b=12.5, h=3.3, 相应目标函数值F (m, b, h) 为4 782;基于边坡稳定和费用最小的优化设计方案为m=1.58, b=14.18, h=3.3, 相应优化目标函数值F (m, b, h) opt为4 327, 同实用经济断面相比, 渠道建设费用较设计方案可节省8.5%。

4结语

本文在研究渠道边坡允许极限坡度、渠道费用最小优化断面和渠道实用经济断面的基础上, 提出了基于边坡稳定和费用最小的梯形渠道优化设计方法, 适用于大型渠道的边坡优化设计, 同渠道实用经济断面相比, 提出的优化设计方法可节省一定工程建设费用。

摘要：引入渠道边坡允许极限状态和允许极限坡度的概念, 研究了控制工况下典型边坡变形的允许极限状态, 提出了确定边坡允许极限坡度的方法;在边坡允许极限坡度、渠道实用经济断面和费用最小优化设计的基础上, 考虑渠道输水流量和渠道水流流速约束条件, 建立了包含渠道底宽、水深、边坡坡度3个优化变量的梯形渠道优化设计模型, 探讨了优化变量的取值方法, 提出基于边坡稳定和费用最小的梯形渠道优化设计方法。最后, 结合南水北调东线济平干渠进行了基于边坡稳定和费用最小的梯形渠道优化设计, 优化分析表明:与普通渠道实用经济断面相比, 该法能够进一步节省工程建设费用。

关键词：梯形渠道,允许极限坡度,最小费用,优化设计方法

参考文献

[1]Paviz Monadjemi.General Formulation of Best Hydraulic ChannelSection[J].Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 1994, 120 (1/2) :27-35.

[2]陈平, 程吉林.梯形衬砌渠道边坡 (m) 的优选方法[J].河海大学学报, 2000, 28 (5) :25-29.

[3]王俊发, 杨海金.塑膜防渗梯形衬砌渠道最佳经济断面的优化设计方法[J].佳木斯大学学报 (自然科学版) , 2005, 23 (2) :278-280.

[4]吴泽, 吴东.衬砌渠道经济断面的优化设计[J].农田水利与小水电, 1995, (1) :21-24.

[5]潘起来.渠道经济断面的优化设计[J].青海大学学报 (自然科学版) , 2001, 22 (1) :31-33.

[6]刘红英, 张新燕, 孙德华, 等.复合断面渠道水力最佳断面及实用经济断面设计[J].水资源与水工程学报, 2006, 17 (4) :89-91.

[7]张礼兵, 程吉林, 金菊良, 等.灌溉排水工程优化设计新方法研究与应用[J].中国农村水利水电, 2005, (9) :63-65.

边坡稳定设计篇8

关键词：市政公路,高边坡,治理设计,稳定分析

1 工程概况及地质条件

某路网工程阳关大道东段K0+880～K1+240段为路堑挖方段,最大开挖深h=42.460 m,采用爆破开挖,据现场勘察及钻探资料显示,施工现场地质条件如下:

1.1 地形地貌及地质构造

工程位于某市开发区,地势较平坦,原始地形人为破坏较严重,场地总体西高东低,呈台阶状,高差约10 m,施工场地为中低山溶蚀、侵蚀地貌。

根据区域地质资料结合现场地质测绘,施工场地岩性单一,无断层通过,下伏地层为三叠系中统杨柳井组第一段(T2yll)地层,岩性为中厚层白云岩。

1.2 岩土构成

下伏基岩为三迭系下统安顺组(T1f)之中厚层黄灰色泥质白云岩。据钻探资料,从上至下依次有以下岩土:(1)杂填土。由建筑垃圾、碎块石土夹黏土组成,硬质成分大于30%,新近回填,结构松散。(2)粉质黏土。灰黄色,硬塑状,为坡残积冲积层,厚0～2 m,局部厚5～8 m。(3)基岩。①强风化三迭系下统安顺组(T1a)泥质白云岩。黄灰色,紫红色,中厚层状,溶塌角砾结构,岩质软,节理裂隙发育,岩体破碎,岩芯呈砂状。②中风化三迭系下统安顺组(T1a)泥质白云岩。A单元:黄灰色,紫红色,中风化,中厚层状,溶塌角砾结构,岩质较硬,节理裂隙发育,岩体破碎,岩芯呈砂状、碎块状。B单元:黄灰色,紫红色,中风化,中厚层状,溶塌角砾结构,岩质较硬,节理裂隙发育,岩体较破碎,岩芯呈块状、短柱状。

1.3 水文地质条件

场区地势相对较高,边坡坡面上未见水体流出,地下水水位埋藏较深,地下水对场区的影响较小。

1.4 边坡安全等级

边坡形成后将在坡底对地下构筑物进行施工,如果边坡垮塌后果十分严重。因此,将本边坡工程的安全等级划分为二级。

2 边坡支护设计原则及依据

2.1 岩土物理力学指标

边坡体各结构面抗剪强度指标标准值取值:中风化泥质白云岩承载力特征值为1 000 kPa,内摩擦角Φ=30°,内聚力C=5 kPa,重度γ=20 kN/m3。

2.2 与边坡支护结构相关的重要性系数

根据《建筑边坡工程设计规范》GB 50330-2002中第3.3.1条的规定,支护结构的重要性系数,对安全等级为二级的边坡取γ0=1.1;根据《建筑地基基础设计规范》GB50007—2002中第6.4.3条和《建筑边坡工程设计规范》GB50330—2002中第13.1.8条的规定,滑坡推力安全系数γt=1.25;根据《建筑边坡工程设计规范》GB 50330—2002中第7.2.1条的规定,锚杆荷载系数取γQ=1.30;根据《建筑边坡工程设计规范》GB 50330—2002中第7.2.3条的规定,岩石与锚固体粘结强度特征值取frb=200 kPa。

3 边坡防护设计方案评述

3.1 方案评述

参照国家强制性规范、规程的规定,采用了抗滑治理和稳定维护相结合的方案。具体方案如下:开挖形成人工边坡高度在10～42 m,该边坡为逆向坡,整体处于稳定状态,以掉块崩塌破坏为主。针对该边坡特点,采用挂网喷的支护方案。

为减少地表水渗入边坡体内而影响坡体自身的稳定性,在边坡后缘设置截排水明沟。支挡工程设泄水孔。

3.2 设计方案(如图1所示)

(1)边坡按3种坡度放坡:第一阶按1:0.33放坡,边坡高6 m;第二阶按1:0.5放坡,边坡高12 m;第三阶以上按1:0.75放坡,逐级放坡每一级边坡不大于10 m,平台宽2 m,边坡坡面作挂网喷浆护坡处理。

(2)岩石边坡爆破后,坡面应及时清除危岩后,再进行其余工作。

(3)锚杆入射角为20°,锚杆采用全粘结锚杆,钻孔直径为70 mm,灌注M30水泥砂浆,锚杆杆体材料为Ⅱ级Φ20 mm螺纹钢。

(4)边坡坡面挂单层Ⅱ级Φ8 mm圆钢,间距200 mm×200 mm钢筋网,喷射100 mm厚C20砼,每次喷射厚度50 mm。

(5)坡面上设泄水孔,孔径Φ100 mm,间距为3.0 m×3.0 m,按i=5%放置PVC管。

(6)挂网、喷射混凝土每15 m断开,预留伸缩缝,内填沥青麻丝。

(7)坡顶修建高500 mm、宽500 mm的截水沟,用标砖砌筑,M7.5清光。

(8)泄水孔内放置泄水管,喷砼前应将泄水管出口遮挡,喷后除去遮挡物。

补充说明:①网筋、加强筋之间采用绑扎联结,加强筋与锚头构造10 cm HRB335Φ22短钢筋底部点焊联结。钻孔深度应比锚杆底部加深0.1 m,倾角20°,孔径100 mm,灌注M30水泥浆。②路堑边坡按工况开挖后,及时进行第一次喷射砼,喷射厚度不小于40 mm。

3.3 技术要求

(1)伸缩缝,缝宽20～30 mm,缝内填塞沥青麻丝。

(2)锚杆钻孔应比锚杆底端加深0.1 m,成孔后应将孔内土、石屑清除干净。

(3)锚杆孔压浆应从孔底至孔口一次性完成,并随时注意从孔口补浆,以确保孔内浆液饱满。

(4)泄水孔孔径Φ50 mm,进入坡体0.5～1.0 m,采用PVC花管设置,花管渗水段包裹土工透水布。

(5)施工前应设置固定监测点,对整个施工过程均进行监测。

4 治理设计说明

(1)施工过程中应对弃土、材料的堆放进行妥善管理,禁止在边坡顶面乱堆乱放。

(2)施工时,应在坡顶安置准确的控制观测点,做到定时、定人、定点观测,作好边坡稳定性监测工作,以便在异常变化时,及时修改、调整边坡整治方案。

(3)边坡整治工程进行中,有必要与设计人员交换意见,沟通设计意图,使支挡方案更好适合建筑物平面布局和结构设计要求。

5 稳定分析计算

计算项目:简单平面滑动稳定分析(以最高挖方断面K1+100,开挖深h=42.460 m计算)

5.1 计算简图(如图2所示)

5.2 计算条件及基本参数

计算方法:极限平衡法;计算目标:计算安全系数;边坡高度:42.460 (m);结构面倾角:55.0 (°);结构面粘聚力:20.0 (kPa);结构面内摩擦角:17.0 (°);坡线参数:坡线段数9 (见表1);岩层参数:层数1;控制点Y坐标:21.300(m);容重:26.8 (kN/m3);锚杆和岩石粘结强度frb:550.0(kPa)。

说明:竖向投影即为边坡高度,平台无竖向投影,但现场应结合实际作4%排水坡。

5.3 锚杆(索)控制参数

边坡工程重要性系数:1.0;锚固体与地层粘结工作条件系数:1.00;锚杆钢筋抗拉工作条件系数:0.69;钢筋与砂浆粘结强度工作条件系数:0.60;交互锚杆钢筋的抗拉强度:否;锚杆(索)配筋荷载分项系数:1.30。

5.4 锚杆(索)参数(见表2)

钢筋类型对应关系:d-HPB300,D-HRB335,E-HRB400,F-RRB400,G-HRB500,P-HRBF335,Q-HRBF400,R-HRBF500;锚杆(索)道数:共20道。

5.5 计算结果

岩体重量:736.2 (kN);水平外荷载:0.0 (kN);竖向外荷载:0.0 (kN);侧面裂隙水压力:0.0 (kN);底面裂隙水压力:0.0 (kN);锚杆(索)的抗力:计算结果见表3;结构面上正压力:690.5 (kN);总下滑力:531.1 (kN);总抗滑力:894.8 (kN);安全系数:1.685。

以上计算结果说明,边坡参数及防护设计满足稳定、安全要求。

6 结语

挖方路基高边坡高度、坡度等因素将对边坡稳定性产生重要作用和影响,引起土木、地质和公路建设等相关领域设计和施工人员的广泛关注,边坡稳定性分析和防护加固工程设计是施工管理、边坡病害整治的一项重要工作,文章对路堑高边坡治理设计及稳定分析做了介绍,为类似工程提供参考。

参考文献

[1]GB 50021—2002,建筑地基基础设计规范[S].

[2]GB 50330—2002,建筑边坡S程技术规范[S].

[3]GB 50010—2010,混凝土结构设计规范[S].

边坡稳定设计篇9

张石高速公路 (张家口—石家庄) 张家口段全线采用双向四车道高速公路标准, 设计速度100 km/h, 整体式路基宽度26 m, 分离式路基宽度13 m。路线位于太行山北端, 中低山地貌, 山势陡峻, 悬崖、沟谷发育, 多呈“V”字形, 除山坡分布为第四系坡积 (Q $_{4}^{d l}$ ) 碎石外, 其他地段大部分基岩裸露, 基岩为震旦亚界蓟县系雾迷山组白云岩, 坡度30°～80°。山区植被灌木较茂密, 为侵蚀剥蚀区。本文以K69+080～K69+125处路堑高边坡为例, 介绍预应力锚杆格构梁+压力注浆+挡土墙+坡面喷播复绿+截水沟相结合的综合防护技术在高速公路边坡防护中的运用。

2 边坡稳定性分析

从现场调查得知, 该坡体内存在倾向临空面的贯通结构面, 产状为20°∠36° (视倾角34°) , 该构造面走向与线路方向基本一致, 边坡开挖后如不加处理, 必然产生沿该面的滑动变形破坏。据现场地质勘探资料确定该面为边坡的潜在最危险滑面。边坡可能的破坏模式为沿贯通结构面的圆弧滑动[1,2], 本文采用圆弧滑动法中的毕肖普法 (Bishop) 对其变形特征与稳定性进行分析和计算。Bishop定义边坡稳定安全系数为:

$F_{s} = \frac{\sum \frac{1}{m_{α_{i}}} {c_{i} l_{i} \cos α_{i} + [W_{i} + (X_{i + 1} - X_{i})] t g φ_{i}}}{\sum W_{i} \sin α_{i}}$ 。

其中, $m_{α_{i}} = \cos α_{i} + \frac{\sin α_{i} t g φ_{i}}{F_{s}}$ ;ci, φi, li分别为第i滑块的粘聚力、内摩擦角和弧长;Wi为第i滑块的自重;αi为条块底面中心的法线 (过圆心) 与过圆心O的铅直线间的夹角;Xi, Xi+1均为第i滑块的侧面切向力。

在建立该边坡稳定性分析的地质力学模型时, 将边坡分为两层:①强风化白云岩, ②中风化白云岩;同时考虑地震和暴雨作用引起边坡地下水丰富的情况, 计算参数见表1。图1为边坡稳定性分析的地质力学模型。

考虑边坡各种可能的失稳情况[3,4,5,6], 经过采用FLAC数值软件多次试算, 得到该边坡潜在滑动面的最小安全系数为1.19。规范[7]规定, 这种类型的边坡, 其最小安全系数应不低于1.3。因此该边坡有失稳的可能, 这从模型模拟剪应力情况来看剪应力集中带为潜在滑移面非常突出 (见图2) 。

3 边坡支护设计与验算

3.1 支护设计

边坡的支护设计与一般工程设计有很大不同[4,5], 主要表现为:岩土性质复杂, 地质条件变化大, 技术措施多样。因此, 一般情况下, 边坡支护设计中主要遵循的原则是:以安全实用、经济合理、兼顾坡面美观为主, 同时要满足各种技术措施的相应设计规范要求, 而且要满足安全度标准, 保证在现有情况下整体的稳定性。

在上述原则的指导下, 根据张石高速公路张家口段K69+080～K69+125处边坡的实际情况, 本设计采取锚杆格构梁+压力注浆+挡土墙+坡面喷播复绿+截水沟的综合防护方案。

3.2防护效果验证

据边坡的力学行为、变形行为分析计算结果来看 (见图3, 图4) , 在以预应力格构梁为骨架的综合防护系统施工完成后, 路堑高边坡的稳定系数为1.311, 符合规范要求。从该代表性断面预应力锚杆的最大不平衡力变形趋势分析来看, 受坡体变形影响, 在施工初期锚杆应力波动较大, 但随着整个防护体系的建立, 逐渐趋于稳定。

4结语

1) 本文采用了简化的Bishop方法对边坡的稳定性进行了研究, 以边坡潜在滑移面的最小安全系数为控制指标, 对边坡的稳定性性能进行了分析。

2) 介绍了应用FLAC数值软件及有限元方法进行边坡稳定性动态分析的计算思路, 提出了应用新手段分析边坡稳定设计及验证设计效果。

3) 根据张石高速公路张家口段K69+080～K69+125处边坡的实际情况, 设计采取锚杆格构梁+压力注浆+挡土墙+坡面喷播复绿+截水沟的综合支护方案, 防护效果明显。

摘要：通过建立边坡稳定性分析的力学模型, 应用简化的Bishop分析方法, 以边坡潜在滑移面的最小安全系数为控制指标, 对边坡的稳定性性能进行了研究, 实践表明, 该边坡稳定性分析方法及支护方案切实可行, 经济合理。

关键词：高速公路,边坡,稳定性,地质力学模型,支护,设计

参考文献

[1]刘琴.高等级公路边坡综合防护与治理概述[J].中南公路工程, 2003 (1) :108-110.

[2]陈开圣, 方琴, 熊岚, 等.路基边坡稳定性评价方法研究[J].公路, 2008 (1) :11-15.

[3]张有天, 周维垣.岩石高边坡的变形与稳定[M].北京:中国水利水电出版社, 1999.

[4]田剑锋, 马超, 赵甫.公路岩质边坡稳定性评价方法研究[J].公路, 2008 (7) :65-68.

[5]张社荣, 彭敏瑞, 董绍尧.岩质边坡稳定性分析方法及工程应用[J].中国农村水利水电, 2007 (4) :94-96.

[6]Thompson R J.The Location of Critical Slip Surfaces in Slope-Stability Problems[J].J S Afr Inst Min Metall, 1993 (4) :85-95.

[7]GB 50330-2002, 建筑边坡工程技术规范[S].

边坡稳定设计篇10

海南省旅游公路万宁石梅湾至大花角段示范工程路线全长约35.44 km, 途经较长距离的滨海区域。设计车速40 km/h;车道规模为双车道+慢车道。该旅游公路高于30 m的边坡有十余处, 因此, 对K6+402~K6+502边坡稳定性影响因素进行探讨分析并选择合理的加固防护措施, 对全线高边坡的加固设计、施工以及运营具有参考价值。

1 工程概况

1.1 地形地貌

边坡沿线属丘陵斜坡地貌, 地表植被发育;该边坡处于丘陵山体阳坡地带, 沟谷切割不强烈, 山梁坡体走向约155°;圈椅状形态地貌, 滑坡后壁及侧壁清晰明显, 形成高约1.0 m~8.0 m的滑壁陡坎, 陡坎倾向滑坡体内, 倾角50°~80°。后缘高程79.60 m, 前缘高程23.34 m, 相对高差56.26 m。

该路段在施工前已发生过滑坡, 滑坡主要由下方的1号滑体和上方的2号滑体共同组成, 在1号滑体滑动后, 2号滑体失去支挡产生滑动, 在进行开挖施工时, 还存在一个3号滑塌体, 各滑体的概况如下:

1号滑体后缘被2号滑体掩埋, 边界模糊;滑动方向160°, 长约130 m, 前缘宽约110 m, 后缘宽约55 m, 滑体土层平均厚度约9.0 m, 体积约为60 000 m3。2号滑坡位于1号主滑体后部, 滑坡壁倾角约50°~85°, 滑坡侧界清晰, 滑动方向140°;长约60 m, 前缘宽约55 m, 后缘宽约40 m, 滑体土层平均厚度约5.0 m, 滑体体积大约为15 000 m3。3号滑塌体位于主滑体前缘东半部, 地下水丰富, 涌水量最大时可达5 m3/h, 但随时间延长呈放缓趋势;该滑塌体长约30 m, 后缘接近圆弧状, 前缘宽约35 m, 滑动方向为155°, 属于主滑体上的局部滑动体。

综上所述, 该处滑坡属中型中层牵引式风化层工程滑坡。

1.2 地质构造及地层岩性

岩层产状190°∠22°, 边坡倾向155°, 岩层倾向与斜坡倾向基本一致, 1号滑坡地表原始坡度约20°, 2号滑坡体地表原始坡度约35°, 滑坡后缘背靠山坡, 局部坡度超过45°, 属顺层边坡;且滑坡后缘为近东西向的正断层。

地层主要由第四系残坡积 (Q4el+dl) 的粉质粘土层、残坡积 (Q4el+dl) 砂质粘性土层及多期侵入的岩浆岩组成, 岩浆岩按期次及岩性划分主要为细粒似斑状—中粗粒 (少斑状) 角闪黑云母正长花岗岩 (T2ξγp) 及细—中粒辉绿岩岩脉。

2 边坡稳定性计算

根据上文所述地层岩性情况及GB 50021—2012岩土工程勘察规范[1]、GB 50330—2013建筑边坡工程技术规范[2]、DZ/T0219—2006滑坡防治工程设计与施工技术规范[3]相关规定, 滑动面按折线形处理, 采用传递系数法进行稳定性评价和推力计算。

根据JTG D30—2004公路路基设计规范[4]相关规定及该边坡所处沿海地带的实际情况, 分别考虑正常 (天然状态) 和非正常 (连续降雨或暴雨) 两种工况, 稳定性安全系数分别取为1.25和1.15。

现选定滑坡体内的三条沿主滑动方向的工程地质纵断面Ⅰ—Ⅰ', Ⅱ—Ⅱ', Ⅲ—Ⅲ'剖面, 分别进行上述条件下的滑坡稳定性计算分析, 各计算剖面如图1所示。

稳定性计算公式如下所示[5]:

其中, Fs为稳定系数;θi为第i块段滑动面与水平面之间的夹角, (°) ;Ri为第i块段受到的滑动力, k N/m;Ci为第i块段土的粘聚力, k Pa;φi为第i块段土的内摩擦角, (°) ;Li为第i块段滑动面长度, m;Ti为第i块段土体受到的滑动力沿滑动面方向上分力, k N/m;与滑动方向相同时, Ti为正;ψj为第i块段的剩余下滑动力的传递至i+1块段时的传递系数 (j=i) 。

滑坡下滑推力计算公式为:

其中, Fn, Fn-1分别为第n块、第n-1块滑体的剩余下滑力;ψ为传递系数;γt为滑坡推力安全系数, 本次计算取1.25;Gnt, Gnn分别为第n块滑体自重沿滑动面、垂直滑动面的分力;φn为第n块滑体沿滑动面土的内摩擦角标准值;Cn为第n块滑体沿滑动面土的粘聚力标准值;Ln为第n块滑体沿滑动面的长度;βn, βn-1分别为第n块、第n-1块滑体的滑动面与水平面的夹角。

根据实验数据及相关参考资料, 各计算参数选取如表1, 表2所示, 根据地勘情况, 三个计算剖面的土体参数取值与岩体力学参数取值可按同一组数值进行计算。

为安全和简化计算, 滑坡体地层统一为残坡积的粘性土, 重度按19.0 k N/m3计算。

根据上述公式及表1, 表2的参数计算指标, 可得滑坡在各状态下的稳定性系数, 并根据滑坡稳定性安全系数采用传递系数法对滑坡剩余下滑力进行计算, 各计算结果见表3。

综上结果所述:现状条件下该坡体处于不稳定状态, Ⅱ—Ⅱ'和Ⅲ—Ⅲ'剖面滑坡剩余下滑力较大, 存在整体滑坡的可能, 需对坡体进行加固处治。

3 边坡方案加固设计

根据上述计算结果及开挖现场边坡的滑坡体发展状况, 拟采用的加固方案为:

1号滑体采用两排嵌岩桩板式挡土墙处理, 第一排设置在坡段中部, 第二排设置在坡段底部;做适当的削方卸载处理;同时在滑体内及滑坡体周界以外布置截水沟, 并进行裂缝封填。修整后的边坡, 采取CF网植草防护。2号滑体采用预应力格构锚杆进行边坡锚固, 框架内采用植草防护 (设计方案见图2) 。

采用上述方案的主要理由有:

1) 双排抗滑桩+预应力锚杆框架梁的组合模式, 具有较强的技术先进性, 不仅有效的加固已滑滑坡, 同时减少了土石方开挖工作量, 占用土地较少, 对环境扰动较小。

2) 该方案为较常见的边坡加固措施, 总造价较为合理, 显示了一定的经济性。

3) 能够起到美化公路周边环境的作用, 充分体现了旅游公路风景宜人的特点, 符合该旅游公路“安全顺畅、节约资源、风景宜人、绿色环保”的理念。

4 结语