王恭先高邊坡講義課件

高邊坡設(shè)計(jì)與加固問(wèn)題的討論王恭先（中鐵西北科學(xué)研究院）一、問(wèn)題的提出二、高邊坡設(shè)計(jì)的特殊性三、高邊坡的調(diào)查、勘探和穩(wěn)定性評(píng)價(jià)四、高邊坡設(shè)計(jì)的基本原則和方法一、問(wèn)題的提出1、高邊坡的含義

土質(zhì)邊坡>20m，巖質(zhì)邊坡>30m2、高邊坡的類(lèi)型

（1）按邊坡物質(zhì)組成分土質(zhì)邊坡、巖質(zhì)邊坡、二元結(jié)構(gòu)邊坡（2）按坡體結(jié)構(gòu)分順層邊坡、切層邊坡、碎裂結(jié)構(gòu)邊坡、塊狀結(jié)構(gòu)邊坡、類(lèi)均質(zhì)結(jié)構(gòu)邊坡（3）按使用對(duì)象分露天礦邊坡、水電工程邊坡、鐵路公路邊坡、城建邊坡等3、高邊坡發(fā)生的問(wèn)題

（1）施工中發(fā)生變形（2）施工后發(fā)生變形（3）經(jīng)濟(jì)損失、社會(huì)影響同江～三亞高速公路八尺門(mén)互通區(qū)古滑坡復(fù)活重慶市萬(wàn)州～梁平高速公路K47＋500砂泥巖順層滑坡蘭州市白塔山碑林金城關(guān)邊坡滑坡秦嶺某試驗(yàn)基地花崗巖高邊坡變形某試驗(yàn)基地滑坡后緣裂縫京珠高速公路粵北段K108高邊坡變形徽杭高速公路K76滑坡甘肅天巉公路黃土滑坡青海某公路巖石高邊坡二、高邊坡設(shè)計(jì)的特殊性

1、高邊坡是將地質(zhì)體的一部分改造成為人為工程，其穩(wěn)定性受控于地質(zhì)條件和人為改造的程度。坡體的地質(zhì)條件是正確設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。2、高邊坡設(shè)計(jì)是預(yù)測(cè)性設(shè)計(jì)。3、高邊坡設(shè)計(jì)是風(fēng)險(xiǎn)設(shè)計(jì)。4、高邊坡設(shè)計(jì)是動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。5、高邊坡設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)施工提出嚴(yán)格要求。三、高邊坡的調(diào)查、勘探和穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

1、高邊坡的變形類(lèi)型坍塌滑坡崩塌錯(cuò)落傾倒

2、高邊坡的調(diào)查與勘探調(diào)查勘探是高邊坡設(shè)計(jì)的依據(jù)，它包括：（1）收集邊坡所在地段的地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、降雨、地震及線(xiàn)路平、縱、橫斷面設(shè)計(jì)資料等。（2）邊坡所在山坡的走向、坡向、坡高，各分段的坡形、坡率、坡高；有無(wú)剝蝕平臺(tái)；植被狀況；河流、溝谷發(fā)育程度、分布密度、切割深度、走向、溝形、溝岸穩(wěn)定狀況；自然山坡上有無(wú)變形現(xiàn)象，其類(lèi)型、規(guī)模和產(chǎn)生的部位。（3）線(xiàn)路在山坡上的位置、走向，欲開(kāi)挖邊坡的高度和形式。（4）當(dāng)?shù)赝?lèi)地層中已有人工邊坡的形式和穩(wěn)定狀況。（5）山坡和邊坡上地下水出露位置，高程、流量變化。（6）邊坡地段的地層、巖性、產(chǎn)狀、風(fēng)化程度、強(qiáng)度特征，不同地層在邊坡上的分布位置，有無(wú)軟弱夾層或接觸面，其產(chǎn)狀及其與邊坡開(kāi)挖面的關(guān)系。（7）地質(zhì)構(gòu)造（主要是小構(gòu)造）的分布位置、產(chǎn)狀、發(fā)育程度、延伸長(zhǎng)度、充填物、含水狀況，及其與開(kāi)挖面的關(guān)系。（8）坡體結(jié)構(gòu)類(lèi)型，分類(lèi)均質(zhì)體結(jié)構(gòu)、近水平層狀結(jié)構(gòu)、順傾層狀結(jié)構(gòu)、反傾層狀結(jié)構(gòu)、碎裂狀結(jié)構(gòu)和塊狀結(jié)構(gòu)。（9）已開(kāi)挖邊坡的施工方法，包括施工季節(jié)、開(kāi)挖順序和開(kāi)挖方式（如爆破等）。（10）邊坡變形歷史過(guò)程，變形類(lèi)型，發(fā)生時(shí)間、部位、裂縫分布、發(fā)展過(guò)程，及其與施工和降雨等的關(guān)系。（11）對(duì)地面調(diào)查尚不能查清的內(nèi)容應(yīng)布置必要的勘探（鉆探、物探、坑槽探等綜合手段）、監(jiān)測(cè)和試驗(yàn)（巖、土、水試驗(yàn)）予以查清。一般一段邊坡至少布設(shè)一個(gè)控制性斷面，主要了解地層界面、風(fēng)化界面、軟弱夾層及地下水分布情況。3、邊坡的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

（1）邊坡的穩(wěn)定性劃分一般分為穩(wěn)定、基本穩(wěn)定、欠穩(wěn)定和不穩(wěn)定，其特征如下表:

分類(lèi)邊坡穩(wěn)定性分級(jí)穩(wěn)定系數(shù)穩(wěn)定邊坡邊坡的坡形坡率符合巖土體的強(qiáng)度條件，無(wú)傾向臨空面的不利結(jié)構(gòu)面，無(wú)或少有地下水，整體或局部穩(wěn)定系數(shù)均符合要求。>1.2基本穩(wěn)定邊坡邊坡的坡形坡率符合巖土體的強(qiáng)度條件，無(wú)傾向臨空面的不利結(jié)構(gòu)面，少有地下水，整體和局部均穩(wěn)定，但坡面有沖溝、剝落、落石等。1.1～1.2欠穩(wěn)定邊坡邊坡整體穩(wěn)定，但局部坡陡于巖土穩(wěn)定角，或受地下水影響巖土強(qiáng)度降低，或有不利結(jié)構(gòu)面傾向臨空面，有局部坍、滑變形。1.0～1.1不穩(wěn)定邊坡邊坡坡形坡率不符合巖土強(qiáng)度條件，或在古老滑體上開(kāi)挖、堆載引起古老滑坡復(fù)活，或有發(fā)育的不利結(jié)構(gòu)面傾向臨空面，巖體破碎，地下水發(fā)育，開(kāi)挖后會(huì)產(chǎn)生整體失穩(wěn)。<1.0（2）邊坡穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)方法人們?cè)缫咽煜び昧W(xué)平衡計(jì)算法評(píng)價(jià)邊坡的穩(wěn)定性，它可以得出穩(wěn)定系數(shù)的定量數(shù)據(jù)，而且可算出需要加固工程承受力的大小。但是對(duì)于復(fù)雜的高邊坡穩(wěn)定性計(jì)算，由于計(jì)算的邊界條件（范圍）和破壞面巖土參數(shù)難以準(zhǔn)確判定、試驗(yàn)和選取，使計(jì)算結(jié)果的可信度降低。作者認(rèn)為應(yīng)以工程地質(zhì)分析對(duì)比法為基礎(chǔ)輔以力學(xué)計(jì)算兩者結(jié)合較為合理，前者為后者提供變形類(lèi)型、范圍和邊界條件，后者則可得出穩(wěn)定系數(shù)和作用力大小，為設(shè)計(jì)提供依據(jù)。①工程地質(zhì)分析對(duì)比法從以下幾方面分析對(duì)比：a、從自然極限穩(wěn)定坡的坡形坡率坡高與人工邊坡的平均坡率和坡高對(duì)比中評(píng)價(jià)其穩(wěn)定性；b、從自然山坡已發(fā)生的變形類(lèi)型和規(guī)模推斷人工邊坡可能發(fā)生的變形類(lèi)型和規(guī)模；c、從坡體結(jié)構(gòu)分析人工邊坡可能發(fā)生的變形類(lèi)型及產(chǎn)生的部位（整體或局部）；d、從作用因素及其變化幅度分析，主要是開(kāi)挖引起坡體松弛，地表水下滲，巖土（特別是軟弱帶）強(qiáng)度降低分析可能發(fā)生的變形類(lèi)型及規(guī)模；e、從已發(fā)生的變形分析其發(fā)生機(jī)制并反演出破壞時(shí)的巖土強(qiáng)度參數(shù)。②力學(xué)計(jì)算法力學(xué)計(jì)算法有多種，只有選擇與調(diào)查確定的破壞類(lèi)型及模式相一致的計(jì)算方法才能得出正確的結(jié)果。其破壞范圍主要是松弛范圍，除順層滑坡外，可用有限元計(jì)算開(kāi)挖后邊坡的應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)來(lái)確定。

（四）高邊坡設(shè)計(jì)的基本原則和方法1、設(shè)計(jì)的基本原則

（1）高邊坡根據(jù)其使用年限和保護(hù)對(duì)象的重要性，應(yīng)是安全可靠的。（2）高度40m以下的邊坡原則上以放穩(wěn)定坡率為主，大于40m的邊坡，放緩邊坡可能增加大量棄方，破壞大量植被、增大征地量，于環(huán)保不利。應(yīng)采取較陡的坡率增加支擋加固工程以減小邊坡高度。（3）由于坡腳應(yīng)力和地下水集中，加固工程應(yīng)貫徹“固腳強(qiáng)腰”的原則，“固腳”即加強(qiáng)坡腳1、2或3級(jí)邊坡的支撐力，“強(qiáng)腰”則是防止高邊坡的局部失穩(wěn)。既要保整體穩(wěn)定，也要保局部穩(wěn)定。（4）高邊坡設(shè)計(jì)應(yīng)有完善的地表和地下排水系統(tǒng)，減少水對(duì)邊坡穩(wěn)定的影響。（5）高邊坡設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮環(huán)境保護(hù)，美化環(huán)境。

2、高邊坡的設(shè)計(jì)方法高邊坡設(shè)計(jì)目前尚無(wú)統(tǒng)一的方法，一般采用三種方法相結(jié)合：（1）工程地質(zhì)比擬法——從自然穩(wěn)定坡的調(diào)查中尋找可供比擬的坡形、坡率和坡高。（2）力學(xué)計(jì)算法——選擇符合坡體結(jié)構(gòu)和破壞模式的計(jì)算方法對(duì)設(shè)計(jì)的坡形進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，調(diào)整坡形或增加支擋工程以達(dá)到合理的設(shè)計(jì)。既保整體穩(wěn)定，又保局部穩(wěn)定。（3）經(jīng)驗(yàn)對(duì)比法——以類(lèi)似地質(zhì)條件下穩(wěn)定的人工邊坡作參考設(shè)計(jì)新的邊坡。加固工程目前廣泛采