邊坡穩(wěn)定及參數(shù)選取

1、第四章 堤防邊坡失穩(wěn)的除險(xiǎn)加固 汛期堤防邊坡失穩(wěn)包括臨水坡的滑坡和崩岸與背水坡的滑坡，這些險(xiǎn)情嚴(yán)重地威脅著堤防的安全，必須對其進(jìn)行徹底的有效的治理。 堤防邊坡失穩(wěn)的原因是多方面的，在除險(xiǎn)加固前必須對引起失穩(wěn)的原因進(jìn)行仔細(xì)地分析判斷，找出原因，有針對性的采用相應(yīng)的除險(xiǎn)加固措施。加固工作必須以堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范為依據(jù)，精心設(shè)計(jì)和施工。加固后堤防必須達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。本章就邊坡失穩(wěn)除險(xiǎn)加固的有關(guān)技術(shù)問題做一系統(tǒng)的介紹，主要內(nèi)容包括邊坡失穩(wěn)的成因與分類，滑坡的安全復(fù)核，邊坡除險(xiǎn)加固技術(shù)和崩岸除險(xiǎn)加固技術(shù)。第一節(jié) 邊坡失穩(wěn)的成因與類型 一、邊坡失穩(wěn)的成因 堤防建成后，在運(yùn)用中可能會(huì)遇到各種各樣的情況，如汛期河

2、湖水位漲、落、沖刷；臺風(fēng)季節(jié)風(fēng)浪的襲擊；暴雨時(shí)的浸水以及生物洞等等均會(huì)使堤防邊坡失穩(wěn)?，F(xiàn)分述如下：1. 滲流原因 在汛期，當(dāng)河水位上漲到一定高度時(shí)，且持續(xù)時(shí)間又較長，堤身（在浸潤線以下部分）將呈浸水的飽和狀態(tài)，土體完全飽和后，抗剪強(qiáng)度降低，堤身的自重增加，相應(yīng)的下滑力增大。另外，滲流產(chǎn)生的滲透力，進(jìn)一步增加了滑動(dòng)體的滑動(dòng)力。綜上所述，在滲流作用下堤身滑動(dòng)體重量增加，抗剪強(qiáng)度降低和滲透力增加等均是導(dǎo)致滑坡產(chǎn)生的重要原因。（二）水流沖刷浸襲原因水流沖刷浸襲岸坡主要發(fā)生在臨水坡。如在河流凹岸部分，往往主流逼岸。受環(huán)流沖刷特別是急流頂沖的作用，岸坡淘刷通常較為嚴(yán)重。一旦岸腳防護(hù)設(shè)施抵抗不住水流的沖刷力

3、，護(hù)腳將被破壞，使岸腳的坡度逐漸變陡，直至失去平衡引起岸坡失穩(wěn)破壞，即為通常所說的崩岸險(xiǎn)情。這種破壞多發(fā)生在河道彎曲河勢復(fù)雜的凹岸堤段。在汛期的漲水過程中或枯水期都有發(fā)生。推薦精選另外，當(dāng)水位退至灘地地面高程以下并且堤身內(nèi)滲水又不能及時(shí)排出時(shí)，將產(chǎn)生反向滲透力。再加上浸水飽和堤身自重增加和強(qiáng)度降低，往往會(huì)發(fā)生坍塌。如不及時(shí)處理，坍塌會(huì)逐步向堤防坡腳逼近，直到坡腳，引起岸坡失穩(wěn)滑坡。這種滑坡均發(fā)生在臨水坡。（三）堤防地基問題引起的滑坡堤防地基主要有兩個(gè)問題，其一是地基的天然強(qiáng)度不夠，其二是當(dāng)截水設(shè)施失效時(shí)，由于大量滲水形成管涌而引起的堤防坍塌破壞。本節(jié)只介紹第一個(gè)問題，第二個(gè)問題詳見第三章。造成

4、堤防地基強(qiáng)度不夠的原因是：堤防設(shè)計(jì)時(shí)選用的計(jì)算強(qiáng)度指標(biāo)與實(shí)際強(qiáng)度不符。出現(xiàn)這種情況的原因有：沒有進(jìn)行堤防地基的土質(zhì)調(diào)查，憑經(jīng)驗(yàn)做堤；鉆探過于簡單，沒有探查到堤防地基中軟弱夾層或者探查深度不夠等等。在軟粘土地基上筑堤，由于施工速率過快，使其地基強(qiáng)度降低。據(jù)大量工程經(jīng)驗(yàn)，由于筑堤（填土）速度過快，使地基強(qiáng)度降低的幅度可達(dá)1020左右。由上述可明顯看出，由于地基問題而引起的岸坡滑動(dòng)通常是深層滑坡，破壞一般均發(fā)生在施工期或竣工時(shí)。（四）其它原因堤身的填筑質(zhì)量未達(dá)設(shè)計(jì)要求；新、老堤界面處理不當(dāng)；暴雨時(shí)，雨水沿堤身裂縫滲入堤身內(nèi)部，使堤身強(qiáng)度降低以及在堤腳下挖塘等人為因素，均有可能引起滑坡。上述各項(xiàng)原因，

5、其中任何一種或二種原因，甚至多種原因組合都能引起堤防滑坡。推薦精選二、邊坡失穩(wěn)的類型 (1)按邊坡失穩(wěn)滑動(dòng)的形式可分為淺層滑動(dòng)與深層滑動(dòng)，這里指的淺層滑動(dòng)是指滑動(dòng)體只局限於堤身或略帶小部分堤基，如圖41所示。而深層滑動(dòng)是指滑動(dòng)體已深入堤基相當(dāng)深的部位，比如滑動(dòng)面深入地下58m深的滑動(dòng)，如圖42所示。 (2)按滑動(dòng)的危害程度可分為危害性輕微的局部滑動(dòng)，這種滑動(dòng)主要是一些淺層滑動(dòng)，它對堤的危害只局限于堤身的一部分，處理比較容易。另一種滑動(dòng)為危害極大的整體滑動(dòng)，這種滑動(dòng)主要是指那些深層滑動(dòng)或者一些大范圍的淺層滑動(dòng)（沿堤縱向超過100m長的淺層滑動(dòng)）。這種滑動(dòng)影響范圍大，處理也比較困難。這種滑動(dòng)危害性

6、大，必須及時(shí)處理，否則會(huì)釀成大禍。圖41 淺層滑動(dòng)示意推薦精選 (3)按滑動(dòng)發(fā)生的位置可分成以下三種：即臨水面滑坡，多發(fā)生在高水位的退水期或在出現(xiàn)了崩岸、坍塌險(xiǎn)情的堤段；背水面滑坡，多發(fā)生在汛期高水位堤坡穩(wěn)定或出現(xiàn)滲流破壞險(xiǎn)情堤段；崩岸，多發(fā)生在汛中漲水期，枯水期也時(shí)有發(fā)生，位于臨水坡前灘地坡度較陡的堤段。圖42 深層滑動(dòng)示意第二節(jié) 堤坡穩(wěn)定的安全復(fù)核 一、堤坡穩(wěn)定安全復(fù)核的內(nèi)容 堤防在汛期出現(xiàn)了滑坡，汛后必須對滑坡進(jìn)行必要的處理。在處理之前，必須合理地確定處理的范圍，包括平面尺寸和深度。 堤防發(fā)生滑坡后，從地表可以目測到滑坡頂部出現(xiàn)的裂縫及其長度和寬度、陡坎等。沿著頂部裂縫，經(jīng)仔細(xì)觀察和簡單

7、探摸可以找出裂縫的走向及沿伸的范圍，在滑坡的底部可以發(fā)現(xiàn)地面隆起。嚴(yán)重時(shí)，在隆起部位的頂部會(huì)發(fā)現(xiàn)裂縫。這樣，經(jīng)目測可大致劃定滑坡體在平面上的分布范圍。參見圖43。圖43 目測滑坡的平面分布示意圖推薦精選 只憑目測滑坡平面位置分布還不能判定滑動(dòng)體的立體分布，即不能確定滑動(dòng)的深度。確定滑動(dòng)體的滑動(dòng)深度，實(shí)質(zhì)上就是要確定滑動(dòng)面的位置，確定滑動(dòng)面的位置有以下二種辦法： 探測法 探測法的理論依據(jù)是：滑動(dòng)面實(shí)際上是一個(gè)具有一定厚度的滑動(dòng)帶?；庐a(chǎn)生后，滑動(dòng)帶區(qū)域內(nèi)土體已被完全擾動(dòng)破壞。被擾動(dòng)破壞后的土體強(qiáng)度大大低於未擾動(dòng)土體的天然強(qiáng)度。完全擾動(dòng)后土體的強(qiáng)度一般只有天然強(qiáng)度的一半，甚至更低。由此用鉆探或原位

8、測試的方法，及時(shí)測出滑動(dòng)帶土體的強(qiáng)度就能很方便的判斷滑動(dòng)帶所處的位置。目前用鉆探方法探測滑動(dòng)面位置，大多采用現(xiàn)場測定十字板強(qiáng)度的方法，可參見圖44。推薦精選圖44 十字板試驗(yàn)等探測滑動(dòng)面位置 穩(wěn)定分析的方法 一般情況下用探摸法是比較方便的，但有時(shí)因條件限制一時(shí)還不能實(shí)現(xiàn)用探摸法摸清滑動(dòng)帶的位置。那么，進(jìn)行必要的穩(wěn)定分析也能大致判定滑動(dòng)面的位置，具體做法是：在現(xiàn)場找出滑動(dòng)體的上緣及滑動(dòng)體下出口，滑動(dòng)體的上緣就是滑坡頂部裂縫處或堤頂塌陷的陡坎處?；瑒?dòng)體的下出口就是堤腳的隆起的最高點(diǎn)（頂部）。這二點(diǎn)就是滑動(dòng)面的上下兩點(diǎn)，這兩點(diǎn)間滑動(dòng)面形狀可能有兩種。一種是圓弧形，另一種是復(fù)式滑動(dòng)面，參見圖45。圖4

9、5 復(fù)式滑動(dòng)面形狀示意圖 圓弧形滑動(dòng)面一般發(fā)生在均質(zhì)土中。復(fù)式滑動(dòng)面發(fā)生在土體中較薄的軟弱層，如未處理好新、老堤的新老堤界面處。這樣通過少量的試算即可找出通過上、下二點(diǎn)的滑動(dòng)面位置?；瑒?dòng)面所包圍的土體即為滑動(dòng)體。 在做堤坡穩(wěn)定安全復(fù)核時(shí)，應(yīng)對堤身、堤基的土質(zhì)情況（強(qiáng)度、容重、土性等）及堤體浸潤面做些調(diào)查和測試，以便較準(zhǔn)確地確定計(jì)算指標(biāo)。另外，對計(jì)算的外界條件（即發(fā)生滑坡的外界條件）要詳細(xì)的調(diào)查了解分析，如滑坡時(shí)河流湖泊中的水位、降雨情況、活荷載等。推薦精選 綜上所述，堤坡穩(wěn)定的安全復(fù)核是滑坡除險(xiǎn)加固的必要的準(zhǔn)備工作，也是除險(xiǎn)加固方案的安全合理選擇的基礎(chǔ)。 二、堤坡穩(wěn)定安全復(fù)核的基本依據(jù) 堤坡穩(wěn)

10、定的安全復(fù)核應(yīng)按堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定的抗滑穩(wěn)定計(jì)算進(jìn)行，現(xiàn)摘要介紹如下： (一)計(jì)算強(qiáng)度的選擇 做堤防抗滑穩(wěn)定分析時(shí)，土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)可采用三軸抗剪強(qiáng)度，直剪強(qiáng)度。應(yīng)根據(jù)堤防的工作狀態(tài)和采用的計(jì)算方法選用不同的強(qiáng)度指標(biāo)，詳見表41。 表41 土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)方法和強(qiáng)度指標(biāo)堤的工作狀態(tài)計(jì)算方法使用儀器試驗(yàn)方法強(qiáng)度指標(biāo)施工期總應(yīng)力法直剪儀快剪Cu，F(xiàn) u三軸儀不排水剪穩(wěn)定滲流期有效應(yīng)力法直剪儀慢剪C ，j 三軸儀固結(jié)排水剪水位降落時(shí)總應(yīng)力法直剪儀固結(jié)快剪Ccu，F(xiàn) cu三軸儀固結(jié)排水剪當(dāng)?shù)袒鶠轱柡蛙浾惩?，并以較快的速度填筑堤身時(shí)，可采用快剪或不排水的現(xiàn)場十字板強(qiáng)度指標(biāo)。(二)計(jì)算荷載的組合 1.

11、正常情況下穩(wěn)定計(jì)算的荷載組合：推薦精選 (1)設(shè)計(jì)洪水位，核算背水坡穩(wěn)定性； (2)高水位驟降，核算臨水坡穩(wěn)定性； (3)施工期（包括竣工時(shí)）背水坡和臨水坡穩(wěn)定性。 2.地震情況下穩(wěn)定計(jì)算的荷載組合： 在一般洪水位時(shí)，遭遇地震，核算背水坡和臨水坡的穩(wěn)定性。 另外，在暴雨下應(yīng)根據(jù)填土的滲透性和堤坡防護(hù)措施，核算暴雨或連續(xù)長期降雨時(shí)堤防邊坡的穩(wěn)定性。 三、堤坡穩(wěn)定安全復(fù)核的方法 (一)圓弧滑動(dòng)法 1.規(guī)范規(guī)定的圓弧滑動(dòng)法 土堤堤坡穩(wěn)定計(jì)算由于選用的土體抗剪強(qiáng)度不同，分為總應(yīng)力法和有效應(yīng)力法，其計(jì)算公式如下： （1）總應(yīng)力法 1).施工期抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)按下式計(jì)算： 2）水位降落期抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)可

12、按下式計(jì)算： (2)有效應(yīng)力法 推薦精選穩(wěn)定滲流期抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)可按下式計(jì)算：式中：b為條塊寬度（m）；w為條塊重量；w=w1+w2+rwzb（KN）；w1為在堤坡外水位以上的條塊實(shí)重（KN）；w2為在堤坡外水位以下的條塊浮重（KN）；z為堤坡外水位高出條塊底面中點(diǎn)的距離（m）；u為穩(wěn)定滲流期堤身或堤基中的孔隙壓力（KPa）ui為水位降落前堤身的孔隙壓力（KPa）；b 為條塊的重力線與通過此條塊底面中點(diǎn)的半徑之間的夾角（度）；rw為水的密度（t/m3）；Cu，Cu，Ccu，j cu，C ，j 為土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)（KN/m2，度），詳見表41。以上三式計(jì)算示意圖如圖46。圖46 圓弧滑動(dòng)計(jì)算示

13、意圖式（41）、（42）和（43）式計(jì)算的安全系數(shù)K，是在假定圓弧后得出的，因此，隨便假定一個(gè)圓弧算出的K值并不是最小值，換句話說，該圓弧不是最危險(xiǎn)的，一般情況，必須通過試算多個(gè)不同的圓弧，從中找出最小值，對于計(jì)算不十分熟練者來說，計(jì)算工作量將是比較大的，由于計(jì)算機(jī)的普遍應(yīng)用，并有成熟的計(jì)算軟件可供使用，可大大的減少人工計(jì)算工作量，為圓弧滑動(dòng)分析提供了極大的方便。推薦精選 2.“f 0”圓弧滑動(dòng)法 大多數(shù)堤防工程采用人力挑土填筑，堤身的質(zhì)量難以保證。針對這一實(shí)際情況，南京水利科學(xué)研究院在60年代開發(fā)了“0”圓弧滑動(dòng)法計(jì)算圖表，為工程技術(shù)人員進(jìn)行圓弧滑動(dòng)法計(jì)算提供了一定方便，在一時(shí)難以進(jìn)行電算的

14、情況下，還有一定的使用價(jià)值（本法適用于深層滑動(dòng)穩(wěn)定分析）?，F(xiàn)介紹如下：（1）“f 0”圓弧滑動(dòng)法的基本假定： 1）軟粘土地基強(qiáng)度隨著深度的增加成正比例增加。這一假設(shè)基本符合正常固結(jié)沉積軟粘土的強(qiáng)度隨深度增加而增大的規(guī)律。這也是沉積軟粘土的一個(gè)重要特征。 2）堤防（堤身）做為滑動(dòng)體，圓弧通過地基土?xí)r，地基土的抗力做為阻滑力，兩者相比即為堤防的穩(wěn)定性安全系數(shù)。（2）“0”圓弧滑動(dòng)穩(wěn)定分析計(jì)算方法的計(jì)算（如圖47所示）。 通過圖48，圖49，及圖410。可很方便地的進(jìn)行計(jì)算。圖47“0”圓弧滑動(dòng)穩(wěn)定分析簡圖推薦精選圖48 k/0g關(guān)系圖圖49 k/0關(guān)系圖推薦精選圖410 k/0xf關(guān)系圖其計(jì)算的具

15、體步驟如下： 1)確定下列資料 a.堤身容重r（低水位下用浮容重，高水位上用濕容重，浸潤線與低水位間部分用飽和容重），堤身的幾何形狀（高度h，邊坡1：m，堤的頂寬和底寬）； b.地基土的強(qiáng)度沿深度的變化線，用輕便型十字板剪力儀測定，如圖47所示，求出0和K值以及算出k/0之比值。 2)計(jì)算分析（參見圖47） a.繪出作用地基上的荷載圖，取其底面任意點(diǎn)A，即ABCD為滑動(dòng)體，并按下式計(jì)算出fA和WA值。（fA為A點(diǎn)距ABCD滑動(dòng)體重心的水平距離，WA為滑動(dòng)體ABCD的總重量）。推薦精選fA=x2+l(x+l/3)/(2x+l) (4-4)wA=(hx+hl/2)r (4-5)取出的滑動(dòng)體是任意形

16、狀時(shí)，fA與WA的計(jì)算式的求法如下：參見圖411。圖4-11滑動(dòng)體為任意形狀求Fa、wa示意圖fA=(FiXi)/Fi (4-6)wA=iFi (4-7) b.用k/0和fA值從圖410查出X值，以W極X0算出W極值。 c.按下式計(jì)算安全系數(shù)KA。 KAwA極wA實(shí) (4-8) KA即為任取A點(diǎn)所得的穩(wěn)定安全系數(shù)。 d.在A點(diǎn)左邊或右邊相隔0.51.5m再取一點(diǎn)，重復(fù)步驟.算出相應(yīng)的安全系數(shù)（如取A點(diǎn)右邊一點(diǎn)算出的安全系數(shù)已小于A點(diǎn)的安全系數(shù)，則不需在左邊取點(diǎn)計(jì)算）。 e.重復(fù)步驟，直至求出最小安全系數(shù)Kmin時(shí)相應(yīng)的f值和k/0值，從圖48和圖49上查出相應(yīng)的和g，即可繪出最危險(xiǎn)的圓弧位置。

17、 (3)算例 某堤防，壩身容重=1.49t/m3，壩身幾何形狀及地基強(qiáng)度的變化曲線（輕便型十字板強(qiáng)度）如圖4-12所示推薦精選圖412 某工程“0”分析計(jì)算成果圖1) 求最小安全系數(shù) a.取堤中心點(diǎn)做第一次計(jì)算，即圖412所示，計(jì)算堤中心A點(diǎn)的fA及WA： b.用k/00.1513（1/m）和fA5.88m從圖410上查出X104.8，算出WA極104.80.82=85.8t/m。 c.安全系數(shù)KA85.8/65.5=1.31 d.在A點(diǎn)右邊相隔1.5m取點(diǎn)，按上述步驟算出安全系數(shù)K11.258，（因K1KA,故不需再于A點(diǎn)左邊取點(diǎn)計(jì)算）. e.為求最小安全系數(shù)，在點(diǎn)右邊相隔1.0m取點(diǎn)，算出K21.28,