地灾课程设计打印版2015.04.06

地灾课程设计 院 系： 河 海 学 院 专 业： 地 质 工 程 年 级： 1x 级 xx 班 姓 名： x x 学 号： 6311030105xx 重庆交通大学河海学院 2015 年 04 月 泥 石 流 工 程 设 计 一 、 泥 石 流 沟 基 本 特 征 位 于 四 川 省 汉 源 县 和 甘 洛 县 接 壤 处 瀑 布 沟 水 电 站 左 岸 肩 下 游 的 深 启 底 泥 石 流 沟 。 深 启 底 泥 石 流 沟 位 于 大 渡 河 左 岸 ， 该 岸 坡 曾 属 早 期 河 流 流 经 之 地 ， 呈 开 阔 的“U”型 河 谷 地 貌 。 其 最 高 海 拔 为 2575m， 最 低 点 在 深 启 底 沟 沟 口 下 游 的 大 渡 河 河 谷 内 ， 海 拔 为 679m， 则 该 泥 石 流 沟 的 相 对 高 差 为 1896m。 除 主 沟 外 ， 在 流 通 区 和 形 成 区 交 接 部 位 发 育 成 两 条 支 沟 ， 平 面 上 沟 谷 呈 “Y”分 布 。 四 周 被 陇 岗 地 形 环 绕 而 呈 典 型 的 “撮 箕 形 ”， 冲 沟 谷 多 呈 “V”形 谷 。 主 沟 呈 近 SN 走 向 ， 总 体 走 向 为 NE 向 。 深 启 底 泥 石 流 沟 所 在 区 域 出 露 地 层 主 要 由 澄 江 期 花 岗 岩 侵 入 体 和 第 四 纪 松 散 堆 积 层 组 成 。 第 四 纪 松 散 堆 积 体 主 要 由 残 积 物 、 崩 积 物 和 坡 积 物 组 成 。 该 区 属 于 川 西 南 山 地 亚 热 带 气 候 区 ， 垂 直 变 化 明 显 ， 降 雨 集 中 ， 昼 夜 温 差 大 。 据 统 计 ， 汉 源 县 的 平 均 气 温 约 17.8 度 。 多 年 平 均 蒸 发 量 为 1395.6mm， 年 相 对 湿 度 68%， 年 平 均 降 水 量 为 784.4mm， 日 最 大 降 水 量 为 168.2mm。 深 启 底 沟 流 域 面 积 为 0.626Km， 其 中 汇 水 面 积 为 0.555Km， 主 沟 长 1521m， 纵 坡 坡 降 539.84,泥 石 流 沟 除 流 通 区 下 段 主 沟 属 于 岩 质 沟 床 外 ， 其 余 地 段 均 为 第 四 纪 残 积 物 。 沟 内 在 990m 高 程 处 演 变 成 两 条 沟 ， 西 侧 支 沟 为 深 启 底 沟 1 号 支 沟 ， 东 侧 支 沟 为 深 启 底 沟 2 号 支 沟 。 据 调 查 ， 深 启 底 沟 1、 2 号 支 沟 均 切 割 较 浅 ， 但 他 们 是 早 期 泥 石 流 物 源 的 提 供 者 之 一 。 松 散 物 源 大 部 分 来 自 1、 2 号 支 沟 附 近 的 崩 积 物 和 坡 积 物 。 深 启 底 沟 及 其 支 沟 沟 谷 数 据 见 表 1.1。 流 域 松 散 物 源 总 量 约 为 360.4 万 m， 其 中 70%分 布 在 流 通 区 内 ， 30%分 布 在 形 成 区 内 。 松 散 物 质 中 的 崩 积 物 和 坡 积 物 以 细 粒 含 量 为 主 ， 粗 颗 粒 较 少 。 根 据 颗 粒 成 分 试 验 得 到 ： 粒 径 小 于 5mm 的 颗 粒 含 量 平 均 值 为 78.97%,粒 径 小 于 0.1mm 的 颗 粒 含 量 平 均 值 为 25.61%， 黏 粒 含 量 约 为 4.33%。 残 积 物 中 块 石 含 量 约 为 25%， 粒 径 大 的 可 达 3-5m， 且 数 量 较 多 。 表 1.1 深 启 底 沟 及 其 支 沟 的 沟 谷 特 征 参 数 沟 名 流 域 面 积/ Km 汇 水 面 积/ Km 沟 长 /m 最 高 点 /m 最 低 点 /m 平 均 坡 降 / 深 启 底 主 沟 0.626 0.555 1521 1500 679 539.84 深 启 底 沟 1 号 支 沟 0.231 0.231 698 1400 990 587.35 深 启 底 沟 2 号 支 沟 0.324 0.324 903 1500 990 564.59 二 、 坝 的 结 构 计 算 将 重 力 式 拦 渣 坝 设 在 沟 床 高 程 为 940m 的 位 置 。 此 处 设 置 泥 石 流 沟 后 淤 积 段 的 平 均 宽 度 为 21.2m， 拦 淤 厚 度 为 13.5m,天 然 沟 床 的 坡 度 为 454.5,空 库 时 泥 石 流 的 冲 击 力 为 554.2KN,库 内 有 泥 石 流 堆 积 体 厚 度 5m 时 的 冲 击 力 为 280KN， 坝 体 混 凝 土 容 重 24KN/m,泥 石 流 体 的 容 重 为 20.5 KN/m， 泥 石 流 的 内 摩 擦 角 为 6 度 ， 泥 石 流 固 结 后 的 内 摩 擦 角 为 12 度 ， 堆 积 体 的 粘 聚 力 为 16kPa， 堆 积 体 容 重 为 22.5 KN/ m， 扬 压 力 折 减 系 数 取 0.5， 坝 体 与 地 基 的 摩 擦 系 数 为 0.7。 坝 体 的 混 凝 土 标 号 为 C30， 设 计 抗 拉 强 度 值 为 1.75MPa。 A 尺 寸 拟 定 该 坝 体 坝 高 18m， 坝 顶 宽 3.5m， 其 余 尺 寸 如 图 1.1 所 示 。 结 构 计 算 坝 长 取 单 位 长 度 。 图 1.1 深 启 底 沟 重 力 式 拦 渣 坝 几 何 尺 寸 图 （ 单 位 ： m） B 荷 载 计 算 坝 体 自 重 ： Wd=Vdrd= 127.0624=3049.5(KN) 满 库 时 土 体 自 重 ： Ws=Vsrs= 79.7522.5=1794.4(KN) 空 库 时 泥 石 流 体 重 ： Ws=Vsrs=79.7520.5=1634.9(KN) 溢 流 体 重 ： Wf=Vfrf= 10.50.7520.5=161.5(KN) 静 水 压 力 ： （ 1） 满 库 时 泥 石 流 堆 积 体 内 的 静 水 压 力 为 Fwl=1/2rwHw= 0.51013.52=911.25(KN) （ 2） 未 满 库 时 泥 石 流 堆 积 体 内 的 静 水 压 力 为 Fwl=1/2rwHw= 0.51052=125(KN) 泥 石 流 水 平 压 力 ： （ 1） 空 库 过 流 状 体 Fl1=1/2rlhl2tan2(45- /2)l = 0.520.5(13.5+0.75)2tan2（ 45-6 /2） =1747.19（ KN） （ 2） 满 库 过 流 状 体 单 位 长 度 的 溢 流 重 力 为 q=Wf/10= 161.5/10=16.15(KN/m) 所 以 满 库 时 泥 石 流 的 水 平 压 力 为 Pl2=（ rlzl+q） tan2（ 45- /2） -2ctan（ 45- /2） ll = （ 12.513.5+16.15） tan2（ 45-6 /2） -216tan（ 45-6 /2） =121.1（ KN/m） 拉 力 区 高 度 为 h0=2c/rltan（ 45- /2） -q/rl =3.16 -16.15/20.5 =2.37(m) 计 算 求 得 总 水 平 力 为 Fl2=0.5Pl2(13.5-h0)= 673.9(KN) （ 3） 未 满 库 过 流 状 体 若 下 部 泥 石 流 堆 积 体 的 堆 积 厚 度 为 5m， 则 泥 石 流 体 的 厚 度 为 9.25m。 上 部 泥 石 流 体 的 水 平 力 为 Fl3s=1/2rlhls2tan2（ 45- /2） ll =0.520.59.252tan2(45-6 /2) =711.02(KN) 上 部 泥 石 流 的 重 力 为 q3=rlhlsl= 20.59.25=189.62(KN/m2) 下 部 堆 积 体 的 底 部 水 平 压 力 为 Plsxd=（ rlhx+q3） tan2（ 45- /2） -2ctan（ 45- /2）ll =(12.55+189.62) tan2（ 45- /2） -216tan（ 45- /2） =175.59(KN/m) 泥 石 流 体 与 堆 积 体 的 交 界 面 的 水 平 压 力 ： Plsxj=q3tan2（ 45- /2） -2ctan（ 45- /2）ll =189.62 tan2（ 45- /2） -216tan(45- /2) =124.92(KN/m) 所 以 堆 积 体 的 纵 水 平 力 为 Fl3x=0.55(Plsxd +Plsxj)= 751.28（ KN） 因 此 未 满 库 过 流 的 时 候 总 的 水 平 力 为 Fl3=Fl3s+Fl3x=1462.29（ KN） 扬 压 力 ： Fy=K（ H1+H2） /2Brw= 0.514.25/21110=391.88（ KN） 三 、 验 算 ： A 抗 滑 稳 定 性 验 算 （ 1） 空 库 过 流 状 态 Kc= = =1.35fNP0.7(16.43.904.59.8)72 一 般 抗 滑 系 数 取 1.1-1.2 就 可 以 了 ， 所 以 此 时 重 力 式 挡 墙 拦 渣 坝 满 足 抗 滑 稳 定 性 要 求 。 （ 2） 满 库 过 流 状 态 Kc= = =2.0fNP0.7(6.479.304.591.8)126 重 力 式 拦 渣 坝 满 足 抗 滑 稳 定 性 要 求 。 （ 3） 未 满 库 过 流 状 态 未 满 库 过 流 时 泥 石 流 的 冲 击 力 为 380KN， 则 Kc= = =1.66fNP0.7(16.4.94.539.8)21 重 力 式 拦 渣 坝 仍 然 满 足 抗 滑 稳 定 性 要 求 。 B.抗 倾 覆 稳 定 验 算 （ 1） 空 库 过 流 状 态 K0= = =1.57NPM3049.5（ 12-7.84） +63.9（ 12-.4） +6.（ 2-0./）（ 5） /381/ 一 般 抗 倾 稳 定 性 系 数 取 1.3-1.6,所 以 此 时 重 力 坝 满 足 抗 倾 要 求 。 （ 2） 满 库 过 流 状 态 K0= = =2.28NPM3049.5（ 12-7.84） +63.9（ 12-.4） +6.（ 1-0.5/）（ 5） /38/2 重 力 式 拦 渣 坝 满 足 抗 滑 稳 定 性 要 求 。 （ 3） 未 满 库 过 流 状 态 K0= = =2.55NPM3049.5751.28（ 12-7.84） +63.9（ -4） +6.（ 1-0./）（ ） /（ ） /2 重 力 式 拦 渣 坝 也 满 足 抗 滑 稳 定 性 要 求 。 C.地 基 承 载 力 验 算 合 力 为 W= W= 5005.4（ KN） 偏 心 距 为 e= 397819.3416.0.5/2105 =0.165(m) 则 基 底 最 大 压 力 为 =451.6（ kpa）maxe0.460.b122W（ +） （ +） 一 般 花 岗 岩 的 抗 压 强 度 为 7-25MPa， 所 以 满 足 地 基 承 载 力 的 要 求 。 l 危岩防治设计 一.危岩选择及计算参数 (滑移式破坏) 1.计算参数 1.1.泥岩重度25.5KN/m 3,泥岩天然湿度下的单轴饱和抗压强度4.13Mpa，饱和状态C 为1.34Mpa，为38.60泥岩的基底摩擦系数0.4。 表 1 危岩设计相关建议参数 饱和抗剪强度 类 别 重 度 KN/M3 变形模 量 （10 4Mp a） 泊松 比 单轴饱和 抗压强度 （Mpa） 饱和抗 拉强度 （Mpa ） 内聚力 （Mpa ） 内擦角 （） 地震系数 Kc 砂岩 24 051 0.26 1613 081 379 3951 泥 岩 25.5 0359 0.34 413 134 3823 粘 土 质 充 填 物 峰 值 21 6 0.0155 1149 0.05 1.2. 砂岩重度24KN/m 3,天然湿度下的单轴饱和抗压强度16.13Mpa，饱和状态C为3.7 9Mpa，为39.85泥岩的基底摩擦系数0.5。 1.3.粘土质充填物重度21.6KN/m 3，饱和状态下：峰值C为15.5Kpa，为11.79； 残余C为11.8Kpa，为9.3。 1.4.级钢筋强度设计值：300MPa 1.5.根据中国地震烈度区划图及重庆市委(1992年)82号文，工程区地震烈度按6 度设计，基本地震加速度值0.05g。 1.6. 岩石与锚固体 qe=500 Kpa，钢筋与 M30 砂浆的 qg=2040 Kpa。 危岩尺寸：b=3.7m h=5.2m 2荷载取值（标准值） 岩块重力G=bh24.0=461.76kN/m； 水压力：0.5h 2=135.2KN/m 地震力：0.05G=23.10kN/m 3不同工况计算 工况1：长期荷载效应组合重力（荷载分项系数1.25） 重力无外推力，处于稳定状态 工况2：长期与短期荷载效应组合重力水压（荷载分项系数1.25） 水压力设计值：1.25135.2=169kN/m； 暴雨初期，裂隙积水可能滞留在裂隙顶部 暴雨后期或连续降雨，裂隙积水可能积存在裂隙底部 其它情况下，裂隙积水可能滞留在裂隙其它部位 裂隙倾角：77 o;锚杆倾角：20 o。 残 值 0.0118 918 4. 锚杆配筋计算 单根锚杆受力Tgk =169/(0.95.2)2.02.0=145KN Ngk=Tgk/cos20=154.4KN 1.354.208.5gQgkNkn 1108mm232 .208.=69osyAf 0=1.1 2=0.69 fy=300KPa 取 228,As=1232mm 2 =1.21m 1=1.0 D=110mm qe=500 KPag1meNlDqgg3=0.5el 3=0.60 qg=2040 KPa 锚杆配筋2根直径28mm的级钢筋： 0. 82150(cos20o)=225.53Kn208.5Kn 所以满足要求 工况3：偶然荷载效应组合：重力地震（小于水压） （校核工况）分项系数1.25 地震力：1.250.052.05.224.0=15.6kN/m 小于工况2的水平外推力,设计满足要求 工况4：偶遇荷载效应组合重力水压地震（复核工况） （荷载分项系数1.05） 作用：1.05(169+15.6)=193.83KN/m 小于工况2的水平外推力, 不是控制工况。 危岩治理结论，在岩壁上打好锚杆过后，根据实际情况进行灌浆，并对顶面岩 石用混凝土进行覆盖，防止雨水下渗。 滑坡治理设计 一、地理位置、行政区划、区域经济状况 重庆市綦江县城区森林公园滑坡、危岩带位于綦江县主城区，綦江河的西岸。 据现场调查，森林公园滑坡危岩带影响范围内，常住人口约 3000 人，日流动人口约 2000 人次，日流动车辆 1000 余辆。 各类建筑物（包括城镇居民住宅及附属建筑、厂矿企业房屋、商贸房屋、学校 机关等）。影响范围内有各类建筑物约 2000 余间。 厂矿企事业单位：危岩带影响区以内有县医院、县委农业局、古南职中学、钢 钉厂、供销社、古南镇派出所等单位。 公用设施：公路 1000m，水管、通讯电缆、污水管等 1 公里多。 森林公园滑坡危岩带地处城市人口密集地带，人类经济活动频繁，如不进行治 理，危岩崩塌将造成构筑物倒塌、人员伤亡、交通阻塞等一系列连锁反映，其损害 巨大。依据评估标准及承灾区损失差距等综合确定，当瞬时发生特大崩塌时，将造 成危险区直接经济损失 1 亿元，间接经济损失 5 千万元，共计 1.5 亿元。 二、设计依据及标准 1重庆市地质灾害防治工程勘查设计院 2003 年 4 月完成的重庆市綦江森林公园 滑坡、危岩应急抢险工程地质勘察报告 ； 2国家标准建筑地基基础设计规范GB50007； 3.国家标准砌体结构设计规范GB50003 4.国家标准建筑结构荷载规范GB50009 5国家标准混凝土结构设计规范GB50010； 6重庆市地方标准重庆市建筑地基基础设计规范DB50/5001 7重庆市地方标准建筑边坡支护技术规范DB 50/5018 8 关于重庆市三峡库区地质灾害防治工程地质勘察报告、可行性研究报告，初步 设计以及投资概（估）算编制要求的通知渝计委农20011464 号。 三、气象与水文 工作区属亚热带暖湿季风气候区，气候温和湿润，雨量充沛，冬暖春早、四季 分明。多年平均气温 18.7，历年极端最高气温 45.7（1972 年 8 月 27 日） ，极 端最低气温为1.7（1975 年 12 月 15 日） 。区内大气降水形式以降雨为主，偶见 冰雹，多年平均降雨量 1040.1mm，年最大降雨量 1348.6mm(1982 年)，最小降雨量 752. 7mm（1960 年） 。降雨主要集中在 59 月，占年降雨量的 60%以上，其中大雨 暴雨多出现在 78 月，日降雨在 100mm 以上的时有发生，大于 50mm 的降水则更为 频繁。 四、地质环境条件 1.地形地貌 工 作 区 区 域 上 属 构 造 侵 蚀 剥 蚀 丘 陵 地 貌 ， 最 高 点 位 于 测 区 南 段 西 侧 山 脊 ， 走 向 呈 南 北 向 ， 最 高 点 高 程 357.94m， 最 低 点 位 于 工 作 区 东 部 、 斜 坡 的 坡 脚 210 国 道 处 ， 标 高 约 225.06m,其 东 侧 为 綦江河，河 床 标 高 约 220m。 相 对 高 差 137.94m。 测区斜坡坡向为 6685， 地形坡角一般为 3040， 因 砂 泥 岩 差 异 性 风 化 ， 在 砂 岩 出 露 地 带 形 成 陡 崖 ， 坡角一般为 6080 ， 高 度 一 般 为 5 8m, 地表形态略呈 折线状；平面形态呈南北展布的条带状。区内植被茂密，覆盖率达 95%以上，以草 本植物和落叶林为主。 2.构造和地震 勘察区位于川东平行褶皱带与鄂湘黔隆起褶皱带西缘交接部位，地处石油沟背 斜西翼。背斜轴向与勘察区山脊走向一致。岩层产状 2552651820,倾向与 坡向相反。 区内裂隙较发育，根据测区砂岩露头裂隙发育情况统计分析，区内岩体主要受 X 节理和层面裂隙控制，产状分别为：一组 2552701820（为层间裂隙）二 组 60806186，三组 1501706686，其他方向裂隙不发育（图 3、4） ， 规律性强。层面裂隙多闭合，延伸远，发育密度 1 条/13m，裂面多平直；二、三 组“X”型剪切裂隙多呈张性，裂宽一般 50100mm，最宽达 630mm，局部有粘土质 和少量碎块石充填，可见深度 25m，延伸长一般 315m，多至砂、泥岩接触面尖 灭。裂面多呈波状，发育线密度 1 条/35m,因工作期为枯水期，裂隙多干 燥 。 根据区域地质资料及野外调查，区内未见断层通过。 3.危岩稳定性验证及结论 根据勘察报告的验算方法，验算危岩的稳定性，得出的结论即：危岩体在正常 条件下属于稳定状态，但在岩体进一步风化及不利工况组合下，危岩体将出现崩塌 破坏。 五、治理工程设计滑坡 1.计算参数的选取 参数选取依据重庆市綦江县城区森林公园危岩、滑坡应急抢险治理工程勘察 报告 。 1.1 岩土体参数 岩土体参数取值一览表 表 1 天然状态 饱和状态 C（KPa） () (Kn/m 3) C（KPa） () (Kn/m 3) 粉质粘土 夹碎块石 20.3 14 20.8 17.1 11 21.6 泥岩的基底摩擦系数 0.4。 1.2 滑带土的参数 滑带参数取值一览表 表 2 天然状态 饱和状态 C（KPa） ( ) C（KPa） () 17 12 14.8 9.12 2.计算剖面选取 3.滑坡稳定性分析 经计算，各剖面削方减载后的稳定性系数见表 3： 稳定性系数一览表 表 3 滑坡名称 计算剖面 计算方法 工况 工况 11 传递系数法 1.74 1.49綦江 县城 滑坡 22 传递系数法 1.28 1.02 由上表可知，重庆市綦江县城区森林公园滑坡的稳定性系数在天然状态下为 1.741.28，处于稳定状态；在持续暴雨状态下为 1.021.49，处于不稳定状态。 4.滑坡推力计算 滑坡剩余下滑力按下式计算： ，i i-1=sincostanst iiiiiEFWclE 其中滑坡稳定性安全系数 Fst依据滑坡防治工程等级而定，本次安全等级定为 二级，F st取为 1.2。 其推力计算结果见表3。 5.抗滑挡墙设计 5.1设计参数 墙后填土内摩擦角 35，标准容重 20.0kN/m3，墙背摩擦角 10，基底摩擦系 数 0.4，强风化泥岩容许承载力标准值 1000kPa，浆砌条石标准容重 24.0kN/m3。 5.2 设计截面尺寸 设计挡墙尺寸为：墙高8.5m，墙顶宽3m，墙底 4m，背坡1：0.25，面坡1：0.25，具体如左图 所示。 挡墙布置在12-12剖面前缘的第二 块条块后缘高程为255m到263m，如右图 所示。 挡墙基底嵌入滑面以下不小于1m， 实际设计取值为1.2m. 抗滑稳定性验算： ()nancttGEK 0osnit0s()ataEcon 为安全起见，取最大滑坡推力值进行设计，即： Ea=400kN1m=400kN.m 经验算：该抗滑挡墙的抗滑稳定系数： 1.3 (247cos140cos(76140).20in(6)2incK 所以满足抗滑要求。 抗倾覆稳定系数计算公式： 其中： G挡土墙每延米自重(kN/m)； X0挡土墙重心离墙趾的水平距离(m)； A0挡土墙的基底倾角()； A挡土墙的墙背倾角()； 土对扫土墙墙背的摩擦角()； b基底的水平投影宽度(m)； Z土压力作用点离墙趾的高度(m)； 土对挡土墙基底的摩擦系数； Ea作用在挡土墙上的总主动土压力(kN/m)，对于抗滑挡土土墙，采用滑坡推力。 400 该抗滑挡墙的抗倾覆稳定性系数： 取Z=1/3*H=2.8m, X 0=3m. b=6 m.0247co