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兰州交通大学毕业设计（论文） I 摘要摘要 随着我国公路建设的飞速发展，边坡问题日益突出，但由于缺乏对边坡治理技术 的系统研究，从而为工程埋下隐患，边坡失稳将造成交通中断，甚至造成巨大的经济 损失和不良的社会影响，同时大大增加了后期维护处治费用。 目前公路边坡的加固技术主要有挡土墙、抗滑桩、土钉支护、岩土锚固等，土钉 支护是近三十年发展起来的新技术。边坡的稳定性受内部因素和外部因素影响，内部 因素包括地质条件、地理背景和自然环境；外部环境包括气候条件、人类活动和地震。 本文归纳总结了边坡稳定分析常用方法的特点；分析了边坡加固常用方法的原理、 特点及其适用范围；归纳总结了影响边坡稳定的内部因素和外部因素；介绍了瑞典圆 弧法分析边坡稳定的原理，并应用瑞典法对某工程边坡的稳定性进行了理论计算分析。 关键词关键词：土质边坡、加固理论、影响因素、稳定性分析 兰州交通大学毕业设计（论文） II Abstract With the rapid development of highway construction, slope stability problem stands out increasingly. But being short of slope retaining research by the numbers, there are a lot of hidden dangers in highway construction. Once slopes lose their stability, the landslide will interrupt the traffic and even result in huge economic loss and bring on bad social influences. At the same time, it will greatly increase the evening slope retaining expense. In now, the reinforcement theories of highway slope have retaining wall, anti-sliding pile, soil nailing, geotechnical anchorage, and so on. Soil nailing is the development of new technologies in the past 30 years. The slope stability is affected by inherent factors and external factors. The inherent factors include the geological conditions, geographical environment and the natural environment. The external factors include the climatic conditions the human activities and the earthquakes. The dissertation summaries the stability analysis of slope used commonly to methods and characteristics. It is the principle, the characteristics and the scope of application, which are the methods commonly to use in slope reinforcement. It is the summaries of internal factors and external factors, which have impacted to the slope stability. It is introduce to the principles that are use when analysis to the slope stability, and analysis to a project on the slope stability, through Sweden and France Key words: soil slope, reinforcement theory, factors affecting, stability analysis 兰州交通大学毕业设计（论文） III 目目 录录 第一章第一章 绪论绪论.1 第一节第一节 边坡加固及稳定分析的目的和意义边坡加固及稳定分析的目的和意义 .1 一、边坡加固及稳定分析的目的.1 二、边坡加固的意义.1 第二节第二节 边坡加固理论及稳定性分析的现状边坡加固理论及稳定性分析的现状 .2 一、边坡加固理论的现状.2 二、边坡稳定性分析所经过的阶段3 三、边坡稳定性分析常用的几种方法.4 第三节第三节 本课题的有关内容本课题的有关内容 .7 第二章第二章 土质边坡的加固理论土质边坡的加固理论.8 第一节第一节 边坡加固所遵循的原则边坡加固所遵循的原则 .8 第二节第二节 挡土墙加固挡土墙加固 .8 一、挡土墙的布置8 二、挡土墙的类型及适用范围9 第三节第三节 抗滑桩加固抗滑桩加固 .11 一、抗滑桩的概况.11 二、抗滑桩的类型.12 三、抗滑桩的布置.13 四、抗滑桩的优缺点及适用范围14 第四节第四节 土钉支护土钉支护 .14 一、土钉的概述14 二、土钉支护的优缺点及适用范围15 第五节第五节 岩土锚固岩土锚固 .17 一、岩土锚固的基本原理.17 二、锚固技术的优缺点及适用范围17 第三章第三章 土质边坡稳定的影响因素土质边坡稳定的影响因素.19 第一节第一节 概述概述 .19 兰州交通大学毕业设计（论文） IV 第二节第二节 影响土质边坡稳定的内部因素影响土质边坡稳定的内部因素 .19 一、地质条件.19 二、地理背景和自然环境.21 第三节第三节 影响土质边坡稳定的外部因素影响土质边坡稳定的外部因素 .22 一、气候、径流条件22 二、人类活动.22 三、地震23 第四章第四章 土质边坡的稳定性分析土质边坡的稳定性分析.25 第一节第一节 直线滑面上土坡稳定性分析直线滑面上土坡稳定性分析 .25 第二节第二节 圆弧滑面的条分法分析圆弧滑面的条分法分析 .26 第三节第三节 关于膨胀土边坡稳定性的探讨关于膨胀土边坡稳定性的探讨 .28 一、膨胀土物理化学特性.28 二、对边坡的危害.28 三、膨胀土边坡的稳定分析28 四、结论与建议30 结结 论论.32 致致 谢谢.33 参参 考考 文文 献献.34 兰州交通大学毕业设计（论文） V 兰州交通大学毕业设计（论文） 1 第一章第一章 绪论绪论 第一节第一节 边坡加固及稳定分析的目的和意义边坡加固及稳定分析的目的和意义 一、边坡加固及稳定分析的目的一、边坡加固及稳定分析的目的 对边坡的加固理论及稳定性研究的主要目的在于避免或尽可能的降低滑坡地质灾 害对人民财产的危害及对工程建设的可能影响，这不但要求我们对滑坡进行有效的治 理，而且要求我们根据对滑坡地址类型及其变形破坏规律的认识，对滑坡变形和稳定 性的发展趋势做出可靠的预测预报1 。 二、边坡加固的意义二、边坡加固的意义 滑坡是一种常见的山区地质灾害。我国是一个多山的国家，从而也是滑坡广泛分 布的国家，每年特别是每年雨季都要发生若干滑坡，它几乎遍及全国各省区，特别是 我国西南地区，滑坡更为频繁。据不完全统计，西南地区发生的滑坡约占全国滑坡次 数的一半以上，而我国已受到滑坡灾害威胁和可能受到滑坡威胁的地区却占全国陆地 面积的五分之一至四分之一。滑坡运动不仅造成山区局部环境的破坏，还危害和威胁 人民的生命与经济建设，据有关资料介绍，近 20 年来，仅意、日、美、俄、印、中、 捷克及奥地利、瑞士等国家，各国每年因滑坡所造成的经济损失，平均达 2.56 亿美元， 总和每年达 120-160 亿美元。随着经济建设的不断发展，人类活动的区域不断扩大， 在利用自然与改造自然的活动中，遇到的滑坡问题越来越多，滑坡灾害的影响范围和 程度日趋扩大，滑坡灾害及防护工程的分析研究也日趋引起世人的关注。 世界是这样，不言而喻中国也不例外。特别是目前我国正处经济建设高速发展的 时期，滑坡给水力、铁路、公路、矿山建设带来巨大损失。1989 年 1 月 10 日在中国云 南漫湾水电站大坝坝扇开挖过程中发生的滑坡，不仅耗资近亿元进行治理，而且使这 个 150 万 KW 的水电站推迟发电近一年，给云南省的经济建设安排带来了困难。1981 年雨季宝成铁路共发生滑坡 289 处，中断行车 2 个月，抢建费用达 2.56 亿元，抚顺西 露天矿自 1914 年投产以来，为保持边坡稳定，共剥离岩石 1 亿立方米，2001 年 5 月 4 日，重庆武隆县发生滑坡，将一栋九层住宅楼摧毁，当场死亡 69 人。 在公路方面，长期以来，路基边坡的治理一直是高速公路建设中的薄弱环节。在 20 世纪 80 年代中期以前，我国主要以低等级公路建设为主，由于交通量小，线路选择 时线路深挖高填较少，加之投资不大，因而边坡治理工程不作为公路建设的主体工程， 甚至在工程中对边坡的治理研究往往被忽视。但是，随着国民经济的快速发展，公路 交通事业日异月新，等级越来越高高填深挖已经不可避免。复杂地形条件下修建高等 级公路的情况日益增多，如清连一级公路、坪乳线二级公路都是在粤北山区复杂地形 兰州交通大学毕业设计（论文） 2 条件下兴建的。京珠高速公路粤境小塘至甘塘段也经过复杂的地质地形，高大边坡的 数量增多，规模扩大，人工削坡、深切路基对边坡的稳定性的影响增强。国内外已有 很多公路边坡失稳的实例，如深汕高速公路 K64+835K65+050 段边坡滑坡、坪乳线二 级公路洋碰西滑坡、国道 107 线清新段滑坡等。由于公路边坡失稳不仅影响行车安全， 甚至掩埋公路、中断交通，迫使放弃已成公路的使用，造成不可估量的经济损失。由 此可见，对滑坡进行研究及防治具有重要意义。 另外，随着我国经济建设的快速增长和综合国力的不断增强，一系列大型工程已 开始或即将开始建设，如三峡工程、长江和黄河上游拟建的一系列大型（巨）型水力 工程、南水北调工程、青藏铁路等等，其数量和复杂性是前所未有的。如果我们在这 些工程中能引入和采用先进的边坡稳定性研究思想和方法，其创造的经济效益是不可 估量的，其意义也是深远的。 综上所述，可以足以看出我们进行边坡工作研究，无论是对国家的经济建设还是 对人民的生命安全都是十分重要的。 第二节第二节 边坡加固理论及稳定性分析的现状边坡加固理论及稳定性分析的现状 由于我国是一个多山的国家，我国大部分的公路都是从山区穿过，再加上我国的 地质条件表较复杂，所以我国对于边坡的工作研究起步也比较早。回顾边坡工作研究 的历程，可以总结出国内外的边坡研究工作主要经过了本节下面所要说明的几个阶段。 一、一、边坡加固理论的现状边坡加固理论的现状 在土质边坡的加固理论方面所用到的主要有朗肯土压力理论和库仑土压力理论两 种。朗肯土压力理论是根据半空间的应力状态和土的极限平衡条件而得出的土压力计 算方法。由于其概念清楚，公式简单，便于记忆，所以目前在工程中仍被广泛应用。 库仑土压力理论是根据墙后所形成滑动楔形静力平衡条件建立的土压力计算方法。由 于它具有计算较简便，能适用于各种复杂情况且计算结果比较接近实际等优点，因而 至今仍得到广泛的应用。通过应用上面的两种土压力的计算理论可以计算出边坡各部 分所受到的各种力，从而可以为边坡的设计和加固做出可靠的依据。 我国在边坡的加固理论方面的研究主要经过了以下三个阶段： 20 世纪 50 年代，治理边坡灾害常采用地表排水、削方减载、填土反压、挡土墙等 措施，但经验证明，仅采用地表排水、削方减载、填土反压使滑坡暂时处于稳定状态， 随着外界条件的改变，很多滑坡又复活啦。如 1992 年宝成铁路水害，20 处滑坡有一半 兰州交通大学毕业设计（论文） 3 是 1956 年及其后处理过的，属于曾经整治过但又采取排水、减载或抗滑挡土墙等措施， 遇到持续降雨使滑坡地质环境改变而复活，60 年代末，成昆铁路沙北车站滑坡整治中 首次采用抗滑桩获得成功，以后成昆，宝成等铁路建设中推广应用，铁二院主持开展 了全埋式抗滑桩实验研究工作，其科技成果获得铁道部科技进步三等奖。 20 世纪 7080 年代这一时期，人们重视支挡的作用，强调支挡，因为抗滑桩具有 布置灵活、施工简单、对边坡扰动性小等特点，受到工程师的信赖，应用普遍，逐步 形成抗滑桩支挡为主、结合削方减载、地表排水的滑坡综合治理技术。1982 年宝成线 水害抢险，采用路基工程或路基工程与明洞相结合处理的滑坡共 15 处，其中 14 处采 用抗滑桩处理。1961 年铁道部颁布标准轨距铁路设计规范对滑坡处理强调排水， 将地面水排去、疏干或排除地下水、清方减载与填土反压、及抗滑挡土墙作为滑坡灾 害防治主要技术推荐。 20 世纪 90 年代以来，滑坡整治中贯彻一次根治、不留后患的原则，并充分认识到 滑坡的形成是多因素作用的结果，因此应采用综合治理。以南昆线、达成线治理情况 来看，采用抗滑桩、结合地面排水整治的滑坡居多，与此同时，由于预应力锚索技术 理论研究和凿岩机械突破性的发展，设计工程师们开始应用预应力锚索整治边坡。对 于大型边坡，主张以排水为主、结合抗滑桩、预应力锚索支挡综合整治。 在国外，边坡加固理论方面的研究相对我国来说起步较早，比较具有代表性的加 固技术是锚杆锚索的应用。由于锚杆锚索能体现出主动支护的概念，因此得到了国外 学者的广泛的重视。 ArfredBusch 于 1912 年发明了锚杆，并在美国的一个煤矿中成功 地进行了顶板的支护。通过 2030 年的试验、改进和发展，美国的锚杆技术取得了成 功。20 世纪 50 年代，锚杆支护技术在各国的工程中得到了大量的应用。如今对此技术 研究最为活跃的是美国和澳大利亚，锚杆支护率占煤巷支护的 90%以上，英国 1987 年 开始从澳大利亚引进锚杆技术，到 1994 年其锚杆支护率也达到了 80%。 二、边坡稳定性分析所经过的阶段二、边坡稳定性分析所经过的阶段 边坡的稳定性分析研究是从生产实践中提出来的重要研究课题，我国发生的大量 滑坡事件不但丰富了滑坡工程实践的内容，也推动了滑坡或边坡稳定的研究工作。从 50 年代初期开始，在大量滑坡工程实践的基础上，对边坡岩土体的稳定性进行了比较 系统的研究，取得了一定的进展。回顾我国边坡稳定性研究工作的发展状况，大致经 历了如下四个阶段： 50 年代特别是 50 年代初，我国的边坡稳定性研究工作尚处于建设队伍的初步发展 阶段，研究工作的重点侧重于滑坡历史资料的分析及滑坡形态分类，探讨不同类型的 兰州交通大学毕业设计（论文） 4 边坡的稳定性分析方法及相应的变型破坏机制。在此期间，边坡的稳定性分析多借用 土力学理论，而很少考虑岩体的结构特性及岩体的地质结构面，特别是较弱结构面对 边坡岩体稳定性影响。 自 60 年代开始，边坡的稳定性研究比较强调和重视边坡的工程地质，即边坡的工 程地质条件及岩体结构特性对边坡岩体稳定性影响研究。中国科学院地质研究所工程 地质室提出的岩体结构理论及相应边坡岩体稳定性分析的岩体工程地质力学方法，对 边坡稳定性研究是一个具有创见性的发展。该分析方法的本质在于以岩体结构理论为 基础，强调岩体中结构面特别是软弱结构面对边坡岩体变形及边坡失稳破坏的控制作 用，运用赤平投影及实体比例投影的作图方法，确定边坡潜在不稳定块体可能的几何 形态或滑移边界，并用与现场滑坡条件相应的滑面岩体强度指标，定量分析、评价边 坡的稳定状态。时至今日，这种分析方法在我国的边坡工程设计及稳定性分析中已经 获得广泛应用。 70 年代，我国边坡稳定性研究的发展主要在于不断的丰富和完善岩体工程地质力 学的分析原理和方法。在此期间，边坡工程的加固，现场原位岩体力学实验及岩体力 学特性的研究，以及包括数值模拟及物理模拟在内的研究边坡稳定性的各种技术得到 较快的发展，且更加重视边坡的变形破坏机制的研究，在边坡稳定性分析及评价中强 调进行综合分析评价研究。 自 80 年代以来，我国的边坡研究工作又进入了一个新的时期，其主要特点是在我 国大量滑坡工程实践的基础上建立了我国岩质边坡变形破坏的典型地质模型，并提出 了以岩体板裂结构理论为基础的边坡岩体溃屈破坏模型，强调了边坡岩体变形的动态 监测在边坡稳定分析与评价的作用。在此期间，比较重视滑坡滑面强度指标的反分析， 提出在评价边坡工作状态时应建立并区别边坡的稳定评价与安全性这两个既相互联系， 而又存在明显区别的不同概念，强调在边坡稳定性评价与分析中应该考虑岩体中初始 地应力场作用图式及露天坑形状对边坡稳定性的影响。 我国是这样，然而国外也在致力于研究边坡的稳定性这方面的工作。通过总结最 近几十年的宝贵经验，到目前，国内外在边坡的稳定性研究方面基本上形成了一套完 整的体系。 三、边坡稳定性分析常用的几种方法三、边坡稳定性分析常用的几种方法 （一）物理模拟方法 即模型试验法，按试验方法不同有块体结构模型试验，底面摩擦试验和离心模拟 试验。块体结构模型试验主要用于研究在施工和荷载作用下边坡岩土体的变形机制， 兰州交通大学毕业设计（论文） 5 常用于较重要的边坡。底面摩擦试验的作用与前者相近，但费用较少，简单易行。离 心模型试验的突出优点是可真实反映原型结构的工作状态，只是试验条件复杂，费用 高，使用还不普遍。 （二）数学模拟方法 边坡稳定分析的数学模拟方法经过数十年的发展，特别是近代计算机和数值分析 方法的飞速发展给其带来了质的提高，较为严格的理论和方法已在实际中得到应用。 一般说来，边坡稳定分析的数学模拟方法有以下四种： 1极限平衡法。这种方法以摩尔一库仑的抗剪强度理论为基础，首先假定土体 或岩体的滑裂面，将滑坡体划分成若干垂直条块，假定这些条块为刚体，建立作用在 这些垂直条块上的力平衡方程式，求解安全系数，当滑裂面为任意形状时该问题通常 是不静定的，需要对条块间的内力做一些假定，从而也形成了各种各样的分析方法， 主要有： （1）瑞典圆弧滑动法(Fellenius 法)。滑裂面形状:圆弧滑裂面;假定:不考虑土条两 侧的作用力。一般求出的安全系数偏低 10%-20%，这种误差随着滑裂面圆心和孔隙压 力的增大而增大。被誉为现今岩土工程界的一个里程碑，现在仍被作为一种古典方法 列入各国高校的土力学教材。 （2）简化毕肖普(Bishop)法。滑裂面形状：圆弧滑裂面;假定:条间力的合力是水平 的。一般需要通过迭代方法求得安全系数。在简化 Bishop 方法中，满足整体力矩平衡 和垂直力矩平衡，如果破坏面可近似地看作圆弧，则该法是令人满意的，被推荐为最 常规的方法。简化 Bishop 法和较精确的满足全部平衡条件的方法所得到的安全系数相 比较，误差一般小于 1%。 （3）简布 (Janbu)法。滑裂面形状:任意形状滑裂面;假定:条间内力的位置(推力线)。 一般需要迭代求得安全系数。对无粘性土，推力线应选择在三分点或靠近该点的地方; 对于粘性土，在压缩区(被动条件)，推力线位置应当高于下三分点，在膨胀区(主动条 件)，则应低于下三分点。该法比较容易使用且无须像摩根斯坦普赖斯(Morgenstern- Price)法那样要逐个判断。 （4）斯宾塞(Spencer)法。滑裂面形状:任意形状滑裂面;假定:条间力合力的方向相 互平行。对整个滑动土体来说，满足力和力矩的平衡。考虑每一条块力和力矩的平衡， 然后推导出两个循环公式以确定两个未知数 F 和 6。该法所得的安全系数从工程角度 来看己足够精确。 （5）摩根斯坦普赖斯(Morgrnstem-Price)法。滑裂面形状:任意曲线形状滑裂面;假 兰州交通大学毕业设计（论文） 6 定:两相邻土条法向条间力和切向条间力之间存在一个对水平方向坐标的函数关系。该 方法土条满足力和力矩平衡条件。鉴于此假定，须对全部计算机求得的量进行合理性 检验。若不合理须重新假定。 中国水利水电科学研究院陈祖煌教授(1983)对边坡稳定分析的摩根斯坦普赖斯 (Morgrnstem-Price)法进行改进，在其基础上建立了具有普遍意义的土体力和力矩平衡 方程，提出在极限平衡分析方法中引入的对土条侧向作用力的假定必须满足的限制条 件，以保证滑动土体端点的剪力成对的原理不被破坏。论证了关于受物理合理性条件 限制的各种假定下计算得出的相应的安全系数相差不大，并且用最优化方法寻找具有 最小安全系数的滑裂面。同时编制了土石坝边坡稳定设计专用程序 STAB。该程序提 供边坡稳定分析领域中传统的各种分析方法的计算功能，并可以对圆弧或任意形状滑 裂面搜索相应于最小安全系数的临界滑裂面，而且对任意形状滑裂面纳入了应用随机 搜索方法求解极值的加强功能。 （6）萨尔马(Sarma)法。滑裂面形状:任意形状滑裂面;假定:沿条块侧面达到极限 平衡。该法对滑坡体进行斜条分，可以模拟断层节理等不连续面，用于任何形状滑坡。 2有限单元法。1967 年 Clough 和 Woodward 首先将该法用于土坝非线形分析。 极限平衡法和极限分析法均将滑裂面以上岩土体作为刚体、不满足变形协调条件，而 有限单元法则将岩土体看成变形体、可以有效的模拟材料的应力应变关系还可以处理 复杂的边界条件以及材料的非均匀性和各向异性，对边坡的应力分布、塑性区范围和 位移等进行有效的模拟，弥补了极限平衡法的不足。此外，还可详细了解加固处理措 施如锚索、抗滑桩等的作用机理和局部应力状态等。该法是通过求得每一计算单元的 应力及变形，根据不同的强度指标确定破坏区的位置及破坏范围的扩展情况，并设法 将局部破坏与整体破坏联系起来，求得合适的临界滑裂面位置，再根据极限平衡分析 推求整体安全系数。由于该类方法较好地虑到了土的非线性应力-应变关系，因此是一 种很好的方法。现阶段边坡工程界使用较多的有限元程序软件有 Flac3D，Ansys 等， 国内已有许多人运用这些软件进行边坡的稳定性分析计算。 3离散单元法和块体理论。Cundall(1970)提出的离散单元法应用牛顿定律分析 相邻块体之间的平移和转动，来模拟边坡块体崩塌的全过程及模拟边坡的时效变形等。 离散单元法的一个突出的功能是它在反映岩块之间接触面的滑移、分离与倾翻大位移 的同时，又能计算岩块内部的变形与应力分布。因此，任何一种岩体材料的本构模式 都可以纳到模型中。在岩质边坡稳定性分析中，为了更好地反映节理岩体的不连续性， 兰州交通大学毕业设计（论文） 7 出现了一些将岩体看作完全分割的块体镶嵌系统的分析方法。Goodman 和 Shi(1975)应 用拓扑学原理分析了由于滑块关键块崩落导致整个岩体塌落的条件。 4模糊数学、灰色理论等新方法。近 20 年来，滑坡研究特点已由过去的单个滑 波现象的描述，分类治理，发展到现在以定性描述为基础的定量预测预报研究。在各 种边坡稳定性分析计算方法中都将其边界条件大大地进行了简化。计算中选用的各种 参数被认为是确定的或线性变化的。对复杂现象的简单处理方法，在具体的工程实例 中起到了一定的作用。然而，暴露出来的缺点也勿庸置疑。实际上，不仅边坡中的各 种计算参数是不确定的，而且边坡系统本身就是一个不平衡、不稳定、充满不确定性 的复杂系统，其与外界环境有着不断的物质、能量、信息的交换，具有类似于天气预 报的不可长期确定性预报性和短期统计失效的复杂特点。由此产生了对边坡稳定分析 评判的新思路、新理论，包括混沌理论、分形理论、灰色系统、数学模糊理论、突变 理论等。 第三节第三节 本课题的有关内容本课题的有关内容 本课题总共分为四章：第一章为绪论内容，在本章主要介绍了边坡研究工作的目 的、意义及重要性。另外还有边坡稳定性分析及加固理论的研究历程以及所涉及到的 理论知识，最后介绍了与本课题有关的一些基本知识;第二章为边坡的加固理论方面的 知识，该章主要介绍了传统土质边坡加固的方法、原理及施工方法，对在边坡加固新 方法也稍微介绍了一下，还有在边坡加固设计中需要注意的一些问题。第三章为影响 边坡稳定性的几种因素，该章主要介绍了影响边坡稳定的因素主要分为内在因素和外 在因素两种，以及它们对边坡的影响程度；第四章为土质边坡的稳定性分析及案例在 这一章中主要介绍了直线滑面的土坡稳定性分析和圆弧滑面的条分法分析，在圆弧滑 面的条分法分析中主要介绍了瑞典圆弧滑面法的分析方法及理论知识，最后引用了一 个案例来说明了一下该种方法。 兰州交通大学毕业设计（论文） 8 第二章第二章 土质边坡的加固理论土质边坡的加固理论 第一节第一节 边坡加固所遵循的原则边坡加固所遵循的原则 边坡加固效果的好坏，在很大程度上取决于所选取的加固理论的优劣。根据场地 工程地质、水文地质、环境条件、保证稳定的前提下，设计最经济、合理的方案，主 要取决于所选用的加固理论，选择合适的理论知识就能做到安全可靠，施工顺利，缩 短工期，带来客观的经济与社会效益。 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。边坡工程 的可靠性是指边坡及其支护结构在规定的时间内，在规定的条件下，保持自身整体稳 定的能力，它是边坡安全性、适用性和耐久性的总称。. （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，以及在偶然时间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。 第二节第二节 挡土墙加固挡土墙加固 挡土墙是用来支承路基填土或山坡土体，防止填土或土体变形失稳的一种构造物。 建筑物两侧土的高度不同时，较高的一侧土会对结构产生水平推力。为保持建筑结构 的稳定，需要设置挡土墙。在公路工程中，挡土墙可用以支撑路堤或路堑边坡、隧道 洞口、防止水流冲刷路基，同时也常用于处理路基边坡滑坡崩坍等路基病害。尤其在 山区公路中挡土墙的运用更为广泛。 一、一、 挡土墙的布置挡土墙的布置 挡土墙的布置应根据路基横断面图、纵断面图及墙趾纵断面图，并考虑地形、地 质与水文地质情况、材料供应及施工技术水平等条件，选择和确定挡土墙类型、位置 和长度。 兰州交通大学毕业设计（论文） 9 （一）挡土墙的位置 路堑挡土墙大多数设在边沟旁，山坡挡土墙应考虑设在基础可靠处；路基墙应保 证路基宽度布设；路堤墙应与路肩墙进行技术经济比较，以确定墙的合理位置；沿河 挡土墙要结合河流的水文地质情况及河道工程来布置，注意设墙后仍保持水流顺畅。 （二）纵向布置 挡土墙纵向布置应在墙趾纵断面图上进行，布置并绘制挡土墙正面图。如图 2.1 所 示，布置的内容为： 1确定挡土墙的起点桩号和墙长，选择挡土墙与路基或其他结构物的连接方式； 2按地基和地形情况进行分段，确定沉降缝和伸缩缝的位置； 3布置好各段挡土墙的基础，挡土墙的基础底宜做成不大于 5%的纵坡:若大于 5%时， 应做成台阶状。但地基为岩石时，纵坡是不大于 5%,为减少开挖，可在纵向做成台阶， 台阶的尺寸随地形变动，但起高度比不宜大于 1：2； 4确定泄水孔和护拦的位置，包括数量、间隔和尺寸等。 图 2.1 挡土墙正面图 （三）横向布置 绘制起点、墙高最大处、墙身断面和基础形式变异处以及其他有关桩号的挡土墙 横断面图。图上应按计算结果布置墙身断面，确定基础形式和埋置深度，布置排水设 备等。 （四）平面布置 在平面图上，应标示出挡土墙与路线的平面位置、地貌和地物(特别是与挡土墙有 干扰的建筑物)等情况。.此外，还应附有说明： 1采用标准图的编号； 2选用挡土墙设计参数的依据； 兰州交通大学毕业设计（论文） 10 3所需的工程材料数量； 4其他有关材料及施工的要求和注意事项等； 二、二、 挡土墙的类型及适用范围挡土墙的类型及适用范围 挡土墙的种类繁多，按结构型式可分为重力式、衡重式、悬臂式、扶壁式、加筋 土式和锚定板式等几种。 （一）重力式挡土墙 重力式挡土墙靠本身的重量保持自身的稳定，这种挡土墙通常是由砖、块石或素 混凝土修筑而成，因而墙体抗弯能力较差，同时土压力对挡土墙所引起的倾覆力矩和 推力要靠墙身自重产生的反倾覆力矩和发生在基底的抗滑力来平衡，因此，墙身的断 面比较大，这对于挡土墙的稳定性和强度可以起到保证作用。 重力式挡土墙按墙背的仰斜情况分为仰斜、垂直和俯斜三种。从受力情况分析， 仰斜墙的主动土压力最小，而俯斜墙的主动土压力最大。从挖方、填方角度来看，如 边坡为挖方，以墙背仰斜较合理，因为仰斜的墙背可以和开挖的临时边坡紧密贴合;若 边坡为填方，则以墙背俯斜或垂直较合理，因为仰斜墙背填土的夯实工作比较困难。 另外，当墙前地形平坦，用仰斜较好;若地形较陡，则用垂直墙背为佳。综合以上所述， 应优先采用仰斜墙，其次采用垂直墙，而俯斜墙为最差。 该挡土墙的特点是：取材容易，形式简单，施工简便，适用范围广泛。多采用浆 砌片(块)石，墙高较低(6m)时也可用干砌，在缺乏石料地区可用混凝土浇筑。其断面 尺寸较大，墙身较重，对地基承载力的要求较高。 （二）衡重式挡土墙 为减小作用在挡土墙背上的主动土压力，除采用上述仰斜墙外，还可以选择衡重 式挡土墙，该墙上下墙背间有衡重台，利用衡重台上填土重力和墙身自重共同维持其 稳定。其墙背有利于减小主动土压力，增大抗倾覆能力，故应用甚多。此外还可采用 减压平台，平台以下部分墙背所受的土压力仅与台下填土的重量有关。减压平台一般 设在墙背中部附近，并向后伸出，以伸到滑动面附近为佳。若挡土墙的抗滑稳定性不 能满足设计要求，可将基底做成逆坡(称为逆坡底);为了使基底压力减小，可加墙趾台 阶，这样也有利于墙的倾覆稳定。 衡重式挡土墙的特点是：其断面尺寸较重力式小，且因墙面陡直、下墙墙背仰斜， 可降低墙高和减少基础开挖量，但地基承载力要求较高。多用在地面横坡陡峻的路肩 墙，也可作路堤墙或路堑墙。由于衡重台以上有较大的容纳空间，上墙墙背加缓冲墙 后，可作为拦截崩坠石之用。 兰州交通大学毕业设计（论文） 11 （三）悬臂式挡土墙 悬臂式挡土墙用钢筋混凝土建造而成。悬臂式挡土墙由三个悬臂板组成，即立壁、 墙趾悬臂和墙踵悬臂。墙的稳定主要依靠墙踵悬臂以上的土重，而墙体内所产生的拉 应力则由钢筋承担。因此，这类挡土墙的优点是能充分利用钢筋混凝土的受力性能， 墙体的截面尺寸较小，可以承受较大的土压力，适用于重要工程中墙高 H5m，地基土 质较差，同时当地又缺乏石料等情况。在市政工程和厂矿贮库中广泛应用这种型式的 挡土墙。 悬臂式挡土墙的特点是：与重力式挡土墙相比，其墙身较薄，断面尺寸较小，结 构轻巧。但墙较高时，立壁下部的弯矩大，钢筋与混凝土的用量大，经济性差。该墙 多用做墙高 H 6m 的路肩墙，适用于缺乏石料和地基承载力较低的地区。 （四）扶臂式挡土墙 当墙高 H8m 时，墙后填土比较高，若采用悬臂式挡土墙会导致墙身过厚而不经济， 通常沿墙的长度方向每隔(1 /3-1/2)H(H 为墙高)做一道扶壁以保持挡土墙的整体性， 增强悬臂式挡土墙中立壁的抗弯性能。这种挡土墙称为扶壁式挡土墙，其中的扶壁可 以做在外侧，也可以做在内侧。 扶壁式挡土墙适用于缺乏石料的地区和地基承载力较低的地段，以及墙较高(6m) 的情况。比悬臂式挡土墙更经济。 （五）加筋土挡土墙 加筋土挡土墙由墙面板、拉筋和填土三部分组成，土与拉筋之间的摩擦改善了土 的物理力学性质，使土与拉筋结合成一个整体。在垂直于墙面的方向，按一定间隔和 高度水平地放置拉筋材料，然后填土压实，通过拉筋与填土见的摩擦作用，把土的侧 压力传给拉筋，从而稳定土体。拉筋材料通常采用镀锌薄钢带、铝合金、增强材料及 合成纤维等.墙面一般是用混凝土预制，也可来用半圆形铝板。 加筋土挡土墙属柔性结构，可以做成很高的垂直填土，从而可以减少占地面积； 此外，可以在工厂制造面板、加筋条，在现场用机械分层填筑，故而施工方便又造型 美观;并且可以地基轻微的变形，因而可用于较软地基上。同时，加筋土挡土墙又是重 力式结构，可承受荷载的冲击、振动作用，抗展性好。适用于缺乏石料的地区和大填 方工程。 （六）锚定板档土墙 锚定板挡土墙是一种适用于填方的轻型支挡结构，在立交桥台、港口护岸、边坡 支挡、坡脚防护等多种工程中广泛应用。锚定板挡土墙是由墙面、拉杆、锚定板以及 兰州交通大学毕业设计（论文） 12 充填墙面与锚定板之间的填土所组成的一个整体。锚定板埋置于墙后的稳定土层内， 利用锚定板产生的抗拔力抵抗侧向土压力，维持挡土墙的稳定。 锚定板挡土墙的特点是：基底应力小，污工数量少，不受地基承载力的限制，构 件轻简，可预制拼装、机械化施工。适用于缺乏石料的路堤墙和路肩墙，墙高时可分 级修建2。 第三节第三节 抗滑桩加固抗滑桩加固 一、一、 抗滑桩的概况抗滑桩的概况 抗滑桩是承受侧向荷载用以整治滑坡的支撑建筑物，它穿过滑体在滑床的一定深 度处锚固，抵抗滑坡推力的作用(如图 2.2 所示)。抗滑桩除用于稳定滑坡外，还可用 于路基边坡加固，阻止填方沿基底滑动，加固已成建筑物，如挡土墙及隧道防止开裂 扩大等。 图 2.2 抗滑桩工作原理示意图 抗滑桩作为治理滑坡(侧向受力为主)的抗滑措施，从已收集的资料来看:在国外始 于 20 世纪 30 年代初(1931 年 11 月 12 日，美国工程新闻杂志滑坡和桩的作用)， 美、苏、日、英、德、意、波兰等国使用较早;在国内 20 世纪 50 年代初开始使用。在 60 年代中至 70 年代末近 10 年的时间里，滑坡治理中，并取得了良好的结果。1967 年 开始相继在成昆线沙北拉普、嘎立、甘洛 2#等滑坡首次成功地采用大截面挖孔抗滑桩 治理，实现了挖孔抗滑桩新型支挡结构，为滑坡整治增添了一种切实可行的新手段。 二、二、 抗滑桩的类型抗滑桩的类型 1.按桩与桩周介质的相对刚度分刚性桩、弹性桩。 2按桩顶固定程度分桩头固定(桩顶用钢筋混凝土台板或梁联结)、桩头自 由。 3.按桩身埋置情况分全埋式(包括掸桩)、半埋式(悬臂)。 兰州交通大学毕业设计（论文） 13 4.按平面布置形式分密排和相互间隔的单排及多排。 5.按断面形式分圆形、矩形、方形桩及管桩。 6.按桩材料分木桩、钢筋(轨)混凝土桩、钢筋混凝土管桩、钢管及钢管中加 H 型钢桩、钢轨及钢板桩。 7.按施工方法分沉井桩、钻孔插入或打入桩、挖孔桩。 8.按受力条件分一般抗滑桩、椅式桩墙、门型刚架桩、排架式抗滑桩（如图 2.3 所示） 、h 型排架抗滑桩、预应力锚索抗滑桩。 a.椅式 b.门式 c.排架式 图 2.3 抗滑桩排桩形式 三、抗滑桩的布置三、抗滑桩的布置 抗滑桩的平面布置指的是桩的平面位置和桩间距。一般根据边坡的地层性质、推 力大小、滑动面以上的厚度、施工条件、桩型和桩截面大小以及可能的锚固深度以及 锚固段的地质条件等因素综合考虑决定。 对一般边坡工程，根据主体工程的布置和使用要求而确定桩的位置。 1.抗滑桩的平面位置 对滑坡治理工程，抗滑桩原则上布置在滑体的下部，即在滑动面平缓、滑体厚度 较小、锚固段地质条件较好的地方，同时也要考虑到施工的方便。对地质条件简单的 中小型滑坡，一般在滑体前缘布设一排抗滑桩，桩排方向应与滑体垂直或接近垂直。 对于轴向很长的多级滑动或推力很大的滑坡，可考虑将抗滑桩布置成两排或多排，进 行分级处治，分级承担滑坡推力;也可考虑在抗滑地带集中布置 2-3 排、平面上呈品字 形或梅花形的抗滑桩或抗滑排架。对滑坡推力特别大的滑坡，可考虑采用抗滑排架或 群桩承台。对于轴向很长的具有复合滑动面的滑体，应根据滑面情况和坡面情况分段 设立抗滑桩，或抗滑桩与其他抗滑结构组合布置方案。 2.抗滑桩的间距 合适的桩间距应该使桩间滑体具有足够的稳定性，在下滑力作用下不至于从桩间 兰州交通大学毕业设计（论文） 14 挤出。可按在能形成土拱的条件下，两桩间土体与两侧被桩所阻止滑动的土体的摩阻 力不小于桩所承受的滑坡推力来估计。一般采用的间距为 6-10m。当桩间采用了结构连 接来阻止桩间楔形土体的挤出，则桩间距完全决定于抗滑桩的抗滑力和桩间滑体的下 滑力。 当抗滑桩集中布置成 2-3 排排桩或排架时，排间距可采用桩截面宽度的 2-3 倍。 3.桩的锚固深度 桩埋入滑面以下稳定地层内的适宜锚固深度，与该地层的强度、桩所承受的滑坡 推力、桩的相对刚度以及桩前滑面以上滑体对桩的反力等因素有关。原则上由桩的锚 固段传递到滑面以下地层的侧向压应力不得大于该地层的容许侧向抗压强度、桩基底 的压应力不得大于地基的容许承载力来确定。 锚固深度是抗滑桩发挥抵抗滑体推力的赖以生存的前提和条件，锚固深度不足， 抗滑桩不足以抵抗滑体推力，容易引起桩的失效。但锚固过深则又造成工程浪费，并 增加了施工难度。一般可采取缩小桩的间距，减小每根桩所承受的滑坡推力，或增加 桩的相对刚度等措施来适当减少锚固深度。 三、三、 抗滑桩的优缺点及适用范围抗滑桩的优缺点及适用范围 工程实践表明，抗滑桩能迅速、安全、经济地解决一些比较困难的工程，因此发 展较快.它的优点有： 1.抗滑能力强，污工数量小，在滑坡推力大、滑动面深的情况下，较其他抗滑工 程经济、有效。 2.桩位灵活，可以设在滑坡体中最有利于抗滑的部位;单独使用，也能与其他的 建筑物配合使用。分排设置时，可将巨大的滑坡体切割成若干分散的单元体，对滑坡 起到分而治之的功效。 3.挖孔抗滑桩可以根据弯矩沿桩长变化合理布设钢筋。因此较打入的管桩等要经 济。 4.施工方便，设备简单，具有工程进度快、施工质量好、比较安全等优点。施工 可间隔开挖，不至引起滑坡条件的恶化，因此对整治已通车路线上的滑坡和处在缓慢 滑坡阶段的滑坡特别有利。 5.开挖桩孔能校核地质情况，检验和修改原有的设计，使其更符合实际。 不足之处是与一般可就地取材的抗滑工程相比，用钢材和水泥较多。 抗滑桩适用于除流塑性滑坡以外的各种类型滑坡，是目前广泛使用的治理滑坡的 有效措施。对于浅层滑坡或路基边坡滑坡，可用混凝土桩或混凝土钻孔桩，使滑体稳 兰州交通大学毕业设计（论文） 15 定。对于岩层整体性强、滑动面明确的浅层或中厚滑坡，当修建抗滑挡土墙污工量大， 或因开挖坡脚易引起滑动时，可在滑坡前缘设置混凝土或钢筋混凝土钻孔桩。对于推 力较大的大型滑坡，可采用大截面的挖孔桩，采用分排间隔设桩或与轻型抗滑挡土墙 结合的形式，以分散滑坡推力，减小每级抗滑建筑物的污工体积。 第四节第四节 土钉支护土钉支护 一、土钉的概述一、土钉的概述 土钉支护技术是近二十多年来发展起来的一种新型技术，可适用于作挡土结构及 不稳定边坡的支护结构等，在建筑、交通、水利、地矿等行业具有无可估量的应用价 值.由于土钉结构经济、可靠而且施工快速简便，已经在法国、德国、美国、日本等许 多国家得到迅速的发展和应用。 “土钉”(Soil nailing，源自法文 Clouage De Sol)就是置于现场原位土体中以 较密间距排列的细长杆件，如钢筋、钢管、角钢或其他材质的型材等。通常还在土钉 与周围土体之间注入水泥砂浆或水泥净浆浆体而构成“注浆钉” ，以实现土钉与周围土 体的良好粘结。原位土体中置入土钉体，是为了土钉体良好的抗拉、抗剪及抗弯性能 来弥补原位土体这方面强度的不足，实现土钉体与土体的共同工作效应，充分利用原 位土体的强度构造一种比较理想的抗力结构。 土钉结构的特点是土钉沿钉体全长与周围土体依靠粘结力或摩擦力结合，土钉以 群体起作用，与周围土体形成三维组合结构，在土体发生变形的情况下，通过与土体 接触面上的粘结力或摩擦力，使土钉体被动受拉，来约束土体的继续变形，达到稳定、 加固土体的目的。另一方面，密布于土体中的土钉起到了空间骨架的作用，配合以喷 射混凝土面板，土-土钉-面板相互作用、共同工作而成为一个整体，使加固后的土体 整体刚度大大提高，变形性能也得以改善，成为一种性能良好的主动支护结构体系。 典型的土钉支护体系(如图 2.4 所示)包括三个部分:被加固的原位土体、置于土体中的 土钉以及开挖坡面上的喷射混凝土面层。现场土体经过土钉的就地实施加固并与喷射 混凝土面层相结合，形成一种类似于重力式挡土墙的复合加固土带，具有较高的强度 和稳定性，能够抵抗土钉结构背后非加固区的侧压力及其它类型的荷载。 土钉支护作为用于土体开挖和边坡稳定的一种新的挡土技术，由于经济可靠且 施工快速简便，已在我国的公路工程建设中得到迅速推广和应用。 兰州交通大学毕业设计（论文） 16 图 2.4 土钉支护简图 二、二、 土钉支护的优缺点及适用范围土钉支护的优缺点及适用范围 1.土钉的主要优点为： （1）用料少、工程量小、施工快； （2）施工设备轻便、操作方法简单、施工时对环境干扰小； （3）对场地土层适应性强； （4）结构轻巧、柔性大、有非常好的抗展性能； （5）随基坑开挖逐层分段作业，不占或少占单独作业时间，施工效率高，开挖完 成时土钉墙就能建好(这一点对膨胀土边坡尤为重要)； （6）施工不需单独占用场地，对于施工场地狭小的工程，该项技术特别有用； （7）安全可靠，土钉数量众多，并作为群体而起作用，个别土钉出现问题或失效， 对整体影响不大，随时可根据现场开挖出现的土质情况和现场监测的土体变形数据修 改土钉的间距和长度，万一出现不利情况也能及时采取加固措施，避免出现大事故； （8）经济，根据经验，土钉支护比一般的拉锚支护可节约总造价的 10%-30%(美国 工程表明，采用此项技术可节约 30%的造价，在我国可节约 20%左右)。 2.土钉的缺点主要有： （1） 施工时会对地下管道等设施产生干扰； （2）对于软土、无粘结松散砂土以及地下水丰富的情况，土钉支护有一定的难 度； （3）在软土中设置土钉造价高，国外经验表明要高于连续墙； （4）土钉支护作为永久性结构时，需专门考虑锈蚀等耐久性问题。 3.土钉支护的应用范围 土钉支护的应用范围很广，主要有： （1）土体开挖时的临时支护，如:高层建筑深基坑开挖、地下结构施工土方开挖， 土坡开挖等； 兰州交通大学毕业设计（论文） 17 （2）永久性挡土结构。这类工程一般与施工开挖时的临时支护相结合，如:隧道 洞门端部和两侧挡墙、路堑及路堤土坡挡墙、桥台挡墙等； （3）现有挡土结构和支护的修理、改建和抢险加固，如各类挡土墙的维修和加固 以及各类基坑支护发生失稳或变形过大时的抢险加固等； （4）边坡稳定，即用于加固可能失稳的土堤或土坡。 适用土钉支护的土体包括:地下水位以上或经过降排水措施后的素填土、普通粘性 土，有一定毛细水粘聚力的中细砂土(含水量不小于 5%-6%)，有一定天然胶结能力的砂 土和砾石土，具有天然粘聚力的粉土及低塑