（地质工程专业论文）公路滑坡处治效果评价研究.pdf

摘要 修筑路堤时要对自然边坡坡体进行切方与填方，不可避免地扰动 了原有边坡的平衡条件，常引起边坡失稳，甚至导致滑坡的发生。在 山区和丘陵地区，对公路沿线滑坡进行治理的费用占到了整个高速公 路投资建设较大的比例。这些处治措施合理性如何，技术、经济、效 果等如何评价，这都是为人们关注的问题一如何对这些数量多、投资 大、的公路滑坡处治效果做出客观科学的评价? 本文结合滑坡的工程 地质理论、结构理论、监测技术、数值模拟以及模糊数学等多种方法 对公路滑坡的处治效果进行比较全面的综合评价。开展的主要工作和 取得的成果有： 基于滑坡的工程地质理论研究了滑坡的基本地质特征，论述了滑 带土抗剪强度的选取方法和滑坡推力值的计算方法，并结合滑坡实例 对其滑坡特征认识程度和滑坡推力的计算做出了合理性评价。 分析了滑坡处治工程的工程措施类型和适用条件，基于结构理 论，重点讨论了目前滑坡防治工程中使用较多的预应力锚索桩的计算 方法，结合滑坡实例对其工程措施合理性与支挡结构设计合理性进行 评价。 通过开展常吉高速公路k 1 6 9 段1 # 滑坡的现场监测工作，主要包 括抗滑结构的变形受力测试和坡体位移变形监测。利用监测数据，对 滑坡处治工程中采用的抗滑结构位移和受力状态进行分析，结合坡体 位移变形监测数据对整个滑坡体稳定性和处治效果做出判断。 结合实例分析，通过数值模拟计算，对比滑坡体在处治前和处治 后的位移及变形状态，分析处治前后坡体稳定情况，说明运用数值模 拟方法对滑坡处治效果的评价是合理可行的。 运用模糊数学观点，以模糊综合评判法，对常吉高速公路k 1 6 9 段1 # 滑坡处治效果做出综合评价。 关键词公路滑坡，滑坡处治，处治效果，效果评价 a b s t r a c t e m b a n k m e n tc o n s t r u c t i o no nt h en a t u r a ls l o p en e e dt om a k ec u t t i n g a n df i l l i n g ，t h i sa c t i o nw r e c k e dt h eb a l a n c eo ft h e o r i g i n a ls l o p e c o n d i t i o n si n e v i t a b l y , a n dl e a d i n gt ot h ea c c i d e n to f s l o p ei n s t a b i l i t y , e v e n w o r s ec a l lc a u s et h es l o p el a n d s l i d e i nm o u n t a i n o u sa n d h i l l ya r e a s ，t h e c o s to fg o v e r n a n c ef o rt h el a n d s l i d ec o n t r o la c c o u n t e df o rv e r yh i g h i n v e r s ep r o p o r t i o no ft h ee n t i r ec o n s t r u c t i o ni n v e s t m e n to ft h eh i g h w a y e s t i m a t i n gt h er a t i o n a l i t yo ft h e s ed i s p o s a la n da p p r a i s i n gt h ec o n t e n to n t e c h n o l o g y , e c o n o m ya n di m p a c td r a wm u c hm o r ea t t e n t i o no fp e o p l e h o wt om a k ei m p e r s o n a la n ds c i e n t i f i ce v a l u a t i o no nt h e s eb i gn u m b e r s o fh i g h w a yl a n d s l i d et r e a t m e n t ，w h i c hc o s tl a r g ei n v e s t m e n t ? t h i sp a p e r c o m b i n i n gw i t ht h ee n g i n e e r i n gg e o l o g yl a n d s l i d et h e o r y , s t r u c t u r et h e o r y , m o n i t o r i n gt e c h n o l o g y , n u m e r i c a ls i m u l a t i o n ，f u z z ym a t h e m a t i c sa sw e l l a san u m b e ro f w a y sa r ei no r d e rt os o l v et h e s ep r o b l e m s t h em a i nw o r k a n da c h i e v e m e n t so ft h i sp a p e rc o n t a i n ： b a s e do nt h e e n g i n e e r i n gg e o l o g yt h e o r y , s t u d i e dt h e b a s i c g e o l o g i c a l f e a t u r e so fl a n d s l i d e ，h o wt od e t e r m i n et h e s t r e n g t h c h a r a c t e r i s t i co fl a n d s l i d es l i pa n dh o wt od e t e r m i n et h el a n d s l i d et h r u s t a led i s c u s s e d ，a n dt h r o u g hap r a c t i c e i n s t a n c e ，t h ep a p e rm a k et h e e v a l u a t i o nb yc a l c u l a t i n gi t sl a n d s l i d et h r u s ta n dt h ec o g n i t i v ed e g r e eo f c h a r a c t e r a n a l y z i n g t h el a n d s l i d et r e a t m e n tm e a s u r e st ot h e t y p e o f e n g i n e e r i n ga n di t sa p p l i c a t i o nc o n d i t i o n s b a s e do nt h es t r u c t u r et h e o r y , m a k es o m ed i s c u s so nt h ec a l c u l a t i o nm e t h o do fp r e s t r e s s e da n c h o r e d p i l eu s e dv e r yo f t e ni ne n g i n e e r i n g ，a l s oc o m b i n e dw i t hp r a c t i c a le x a m p l e t o a p p r a i s et h et h er a t i o n a l i t yo fe n g i n e e r i n gc o u n t e r m e a s u r e sa n d s u p p o r t i n ga n dr e t a i n i n gs t r u c t u r ed e s i g n i n g c o m b i n a t i o no fc h a n g j ih i g h w a y1 挣k16 9l a n d s l i d ee x a m p l e sf o r e v a l u a t i n gt h er e a s o n a b l e n e s so fe n g i n e e r i n gm e a s u r e sa n dt h ed e s i g no f s u p p o r t i n gs t r u c t u r e s t h r o u g ht h ek 16 9o fc h a n g j ih i g h w a yl a n d s l i d e s m o n i t o r i n gi n c l u d i n gd e f o r m a t i o ns t r e s st e s t i n go fa n t i s l i d es t r u c t u r e a n ds l o p ed e f o r m a t i o nm o n i t o r i n g u s i n gt h em o n i t o r i n gd a t aa n a l y s i st h e s t r e s ss t a t eo fr e t a i n i n gs t r u c t u r e s a n dc o m b i n e dw i t ht h es l o p e d i s p l a c e m e n tm o n i t o r i n gd a t at oj u d g et h ee n t i r es l o p es t a b i l i t ya n d r e s u l t so ft r e a t m e n t t h r o u g hn u m e r i c a ls i m u l a t i o n ，c o m p a r e t h e d i s p l a c e m e n t a n d d e f o r m a t i o ns t a t eb e f o r em a k i n g1 a n d s l i d et r e a t m e n ta n da f t e rt h es t a t eo f , a l s o a n a l y s i ss t a b i l i t yb e f o r et r e a t m e n ta n da r e r t h e na n a l y s i s w i t h e x a m p l e st op r o v et h a tu s i n gt h en u m e r i c a ls i m u l a t i o nt oe v a l u a t et h e e f f e c to ft r e a t m e n ti sr e a s o n a b l e u s i n gt h ef u z z ym a t h e m a t i c sv i e w sa n df u z z ye v a l u a t i o nm e t h o d st o e v a l u a t et h er a t i o n a l i t yo ft r e a t m e n te f f e c ti nk16 91 撑s a n d s l i do fc h a n g j ih i g h w a y k e yw o r d s h i g h w a y l a n d s l i d e ，l a n d s l i d et r e a t m e n t ，d i s p o s a le f f e c t ， e f f e c te v a l u a t i o n 1 1 1 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名：邀丝日期：盟年野生日 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文， 允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 日期：二盟年月五日 硕士学位论文第一章绪论 1 1 研究的背景及意义 第一章绪论弟一早三百下匕 近年来，交通运输的快速发展带来了道路基本建设的新浪潮，根据2 0 0 4 年底 交通部发布的国家高速公路网规划，在未来3 0 年，将建成8 5 万公里高速公路。 其中大部分公路建设将穿过山区和丘陵地带，由于修建公路要对沿线坡体进行挖 方与填方，这就破坏了坡体的自然平衡条件，从而引起边坡失稳，导致滑坡发生。 公路滑坡所造成的直接经济损失约占突发性地质灾害所造成经济损失的8 0 ，滑 坡灾害不仅治理费用大，而且还可能威胁居民的安全而引发社会问题。 通常，滑坡处治工程是规模较大，费用较高的的工程，如位于常德至吉首高 速公路k 1 6 9 - k 1 7 2 段的沿沅水河路段就有多达六处滑坡需要进行加固处治，治理 费用高达七千万元：该公路另一路段k 1 9 7 处发生的朱雀洞大滑坡成为了新中国成 立以来湖南省内最大的滑坡，用于处治滑坡的费用高达五千万元。我国每年用于 滑坡处理施工的抗滑桩超过上万根，单个抗滑桩就达数万元或十万元，可见滑坡 防治通常是一项大型工程，整个工程小则几十万大则上千万。究竟我们所采取的 滑坡处治措施在技术上是否可行，在经济上是否合理? 这是个值得研究的问题。 滑坡的处治方案通常是以经验为主，辅以计算的方法，加之没有防治标准可 循n 】，尤其对诸如预应力锚索抗滑桩、承台式桩、钢架桩等新型抗滑结构虽然己 较多地应用于工程，但对其设计理论研究却远滞后于工程应用。在国家标准或行 业标准的相关设计规范中，如铁路路基支挡结构设计规范( t b l 0 0 2 5 2 0 0 1 ) 皿j ， 公路路基设计规范( j t j 0 1 3 9 5 ) t 3 】及建筑地基基础设计规范 ( g b 5 0 0 0 7 2 0 0 2 ) t 4 】等尚没有对其具体计算方法作出具体说明和规定，使各部门及 设计单位按照各自的计算方法或经验进行设计，常出现计算结果差别较大，治理 效果各异，使得处治工程设计具有很大的主观经验性。当然在目前工程实践中多 数滑坡处治是有效的、大多数是成功的。但抗滑结构是否充分发挥了抗滑能力， 结构的设计是否经济、合理，是一个很值得研究的问题。从现有抗滑工程的调查 表明，过于保守的设计现象普遍存在，桩的抗滑能力没有充分发挥出来，造成了 一定的浪费。 国内曾出现过抗滑支挡结构失效的事件，失效轻微的如抗滑桩顶出现位移等 则须采取二次支护措施进行处理，严重点的导致抗滑桩折断，锚索拉出，再次发 生滑坡灾害。如在常德至吉首高速公路的某路段，为防止边坡在开挖过程中失稳， 采用了抗滑桩的支护方式，抗滑桩施工完后，由于雨季的到来，桩后顶部与滑坡 硕士学位论文第一章绪论 体接触区域产生了裂缝，由于地表水的不断渗入，裂缝逐步发展扩大，最后不得 不加用锚索锚固的方式对其进行二次加固支护。在滑坡防治过程中，目前对滑坡 地质勘察重视不够，一味追求增大抗滑结构工程规模的思想来弥补对滑坡性质认 识的不足，致使多数抗滑工程要么结构的安全系数过大，结构的抗滑能力远没有 充分发挥，要么因对滑坡性质认识不足而造成抗滑工程失败。随着大量的滑坡处 治工程的实施，我们急需要对这些耗资巨大的处治工程效果进行一个科学的全面 的分析评价，处治效果到底如何? 经济性适不适当，技术方面如滑坡处治设计采 用的各种参数，包括滑带土参数0 值和q 值、滑坡推力及其安全系数的选用、计 算模型的选定是否合理? 对滑坡防治工程效果进行后评价【5 】，可以及时反馈工程治理效果，为工程 部门提供决策依据，同时可使工程设计人员及时总结经验教训，促使滑坡勘察人 员对滑坡性质有更为深入的了解，促使今后滑坡防治工程设计计算的准确性，同 时可以通过信息的分析总结，进一步完善滑坡地质勘察理论和防治工程设计理 论，最终促使滑坡防治工程安全、经济、合理。 本文主要以常吉高速公路k 1 6 9 段1 撑滑坡体为对象，通过对滑坡处治工程 的地质勘察、工程设计、施工资料的系统分析，结合现场结构受力测试、滑坡和 抗滑结构位移监测，数值模拟分析与数学理论计算等方法对采用的处治措施效果 进行了较为全面的分析与评价。 1 2 文献综述及国内外滑坡处治的研究概况 1 2 1 滑坡稳定性评价 边坡的稳定性评价方法归纳起来大致可以分为3 类：定量分析方法、定性分 析方法、非确定性分析方法。此外，现场监测评判具有直观、有效等特点，通过 对监测数据的综合分析可以了解坡体变形演变过程，它做为以上3 类评价方法的 依据、参考和补充，在边坡的稳定性评价中得到了日益广泛的应用。 1 2 1 1 定量分析法 边坡的稳定性计算还未达到真正的定量阶段，所谓的定量方法也只是一种半 定量的方法【6 】，目前常用的定量分析方法主要有以下几种： 1 、极限平衡法是边坡稳定分析中最常用的方法它是通过分析在临近破坏状 况下土体外力与内部强度所提供抗力之间的平衡，计算土体在自身和外荷作用下 的土坡稳定性程度，通常以边坡稳定系数以坡体的抗剪强度和实际的剪应力的比 值来表示。边坡中最小的稳定系数称为边坡稳定安全系数。它表示该边坡的稳定 2 硕士学位论文第一章绪论 程度。目前己有了多种极限平衡分析方法，如：斯宾塞法，比肖普法( b i s h s h o p ) 、 简布法o a n b u ) ，摩根斯坦一普赖斯法( m o r g e n s t e m - p r i n c e ) ，剩余推力法，沙尔玛法 ( s a r m a ) ，楔体极限平衡分析法等等。随着计算机技术的发展，安全系数的计算 也逐渐由传统的手工计算转为机算，加拿大的s l i d e ，g e o s l o p e ，包括国内的 同济启明星都很能方便地计算坡体的安全系数。 2 、有限元法川是一种十分成熟的数值方法，也是边坡稳定分析中用得较多 的一种方法。有限元方法的基础是变分原理和加权余量法，其基本求解思想是把 计算域划分为有限个互不重叠的单元，在每个单元内，选择一些合适的节点作为 求解函数的插值点，将微分方程中的变量改写成由各变量或其导数的节点值与 所选用的插值函数组成的线性表达式，借助于变分原理或加权余量法，将微分方 程离散求解。采用不同的权函数和插值函数形式，便构成不同的有限元方法。目 前，世界已经开发了多个二维及三维的有限元分析程序，可以用于边坡计算如美 国的a n s y s 、加拿大r o c s c i e n c e 的p h a s e 2 和g e o o f f i c e 的s i g m a ， 荷兰的p l a x i s ，国内陈祖煜的s t a b ，成都理工大学的f c e p 2 d 等。有限元法 的优点是部分地考虑了边坡岩体的非均质和不连续性，可以给出岩体的应力、应 变大小与分布，避免了极限平衡分析法中将滑体视为刚体而过于简化的缺点，能 使我们近似地从应力应变去分析边坡的变形破坏机制，分析最先、最容易发生屈 服破坏的部位和需要首先进行加固的部位等，但它还不能很好地求解大变形和位 移不连续等问题，对于无限域、应力集中问题等的求解还不理想。 3 、无单元法【8 】是有限元法的一种推广，近来己得到广泛的应用。此法采用 滑动最小乘法所产生的光滑函数近似场函数。它保留了有限元的一些特点，但摆 脱了单元限制，克服了有限元的不足。无单元法只需结点信息而不需单元信息， 处理简单，计算精度高，收敛速度快，提供了场函数的连续可导近似解。基于这 些优点，无单元法具有广阔的应用前景。 4 、离散单元法( d e m ) 【9 】是一种适用于模拟离散介质的数值方法。自从康德 ( c u n d a l l ) 于2 0 世纪7 0 年代提出以来，这一方法已在岩土工程和边坡问题中得到 越来越多的应用。离散元法的一个突出功能是它在反映岩块之间接触面的滑移、 分离与倾翻等大位移的同时，又能计算岩块内部的变形与应力分布。因此，任何 一种岩体材料都可以引入到模型中，例如弹性、粘弹性或断裂等。故该法对块状 结构，层次破裂或一般破裂结构岩体边坡比较合适。并且，它利用显式时间差分 法求解动力平衡方程，对求解线性大位移与动力稳定问题较为容易。 5 、快速拉格朗日分析法( f l a c ) 【1 0 】首先由康德在2 0 世纪8 0 年代提出并将其 程序化、实用化。f l a c 基本原理类同于离散单元法，但却和有限元法一样适用 于多种材料模式与边界条件非规则区域的连续问题求解，而且计算中利用的“混 硕士学位论文第一章绪论 合离散化技术可针对不同介质特性选取相应的本构方程更真实地描述实际地 质体的动态行为( 包括沿断层滑动) ，比常规有限元“降低完整性”的方法在力学上 更合理；同时，f i a c 求解中使用显式差分方法，不形成刚度矩阵，可节约计算 机存储空间，减少运算机时，提高解题速度，便于在微机上实现非线性大变形问 题的求解。该程序能较好地模拟地质材料在达到强度极限或屈服极限时发生的破 坏或塑性流动的力学行为，特别适用于分析渐进破坏和失稳以及模拟大变形。它 包含l o 种弹塑性材料本构模型，有多种计算模式，各种模式间可以互相藕合， 可以模拟多种结构形式，如岩体、土体或其他材料实体，梁、锚元、桩、壳以及 人工结构如支护、衬砌、锚索、岩栓、土工织物、摩擦桩、板桩、界面单元等， 可以模拟复杂的岩土工程或力学问题。即使模拟的系统是静态的，其仍采用了动 态运动方程，这使得f l a c 在模拟物理上的不稳定过程不存在数值上的障碍。但 是，我国直至2 0 世纪8 0 年代末才将f l a c 应用于岩土工程地质力学分析，在地 质学方面的应用才刚刚起步( 杨立强【l l 】等，2 0 0 3 ) ，随着计算机技术的不断发展， f l a c 的仿真能力也不断增强，从二维到三维，从d o s 到w i n d o w sf l a c 在 岩上工程中得到了越来越广泛地应用。 6 、d d a 法 1 2 】是石根华博士提出的分析不连续变形问题的一种新的离散型 数据值计算方法。它兼具有限元与离散元法二法之部分优点。此法将每个块体作 为一个单元，块体与块体间通过接触机构进行连接，通过分析单个块体或块体系 统的动态平衡，求解块体的受力和运动。此法可以反映岩体连续和不连续的具体 部位，考虑了变形的不连续性和时间因素，既可计算静力问题，又可计算动力问 题，既可计算破坏前的小位移，也可计算破坏后的大位移，特别适合于边坡极限 状态的设计计算。然而由于岩体种类繁多，性质复杂，计算时步的大小对结果的 影响较大，计算方法的优化和改进还有待提高。 7 、流形元法【1 3 】是石氏继创立块体理论和d d a 后，并在此基础上首创的一 种新的现代数值方法。它以拓扑流形为基础，应用有限覆盖技术，吸收有限元法 与d d a 法各自的优点，通过在分析域内各物理覆盖上建立一般覆盖函数和加权 求和形成总体位移函数，从而把连续和非连续变形的力学问题统一到流形方法之 中。利用该法不仅可以计算不连续体的大变形，块体接触和运动，也可以象有限 元那样提供单应应力和应变的计算结果，井且可有效地计算连续体的小变形到不 连续体大变形的发展过程。 8 、遗传进化算法【1 4 】是一种新发展起来的全局搜索的算法。此法首先随机生 成一组模型，将模型的每个参数表示为二进位制数码，然后对种群内各模型根据 具体问题所给的目标函数决定其生存概率，来进行优胜劣汰，再把剩下的较优的 个体进行交换和变异，最终完成一次对种群的繁殖，反复循环，来模拟生物进化 4 硕士学位论文 第一章绪论 的规律。它的特点是在检索了少部分搜索空间后便能迅速地收敛于最优解。该方 法模拟了生物遗传进化的过程，克服了传统方法容易陷入局部极小值的缺点，是 一种全局优化算法。 9 、神经网络【”】是指由大量简单神经元经广泛互连构成的一种计算结构，是 一种广义的并行处理系统神经网络采用类似于人大脑的神经网络的体系结构来 构造模拟仿真人的大脑功能，即把对信息的储存和计算推理同时储存在一个单元 里。因此，在某种程度上神经网络被认为可以模拟生物神经系统的工作过程。研 究表明，神经网络法用于研究边坡工程具有独特的优势。利用神经网络，可以尽 可能多地将各种影响因素作为输入变量，建立这些定性或定量影响因素同边坡安 全系数与变形量之间的高度非线性映射模型，然后用模型来评价边坡的安全性。 1 2 1 2 定性分析法 定性分析方法主要是通过工程地质勘察，对影响边坡稳定性的主要因素、可 能的变形破坏方式及失稳的力学机制等的分析，对已变形地质体的成因及其演化 史进行分析，从而给出被评价边坡一个稳定性状况及其可能发展趋势定性的说明 和解释。其优点是能综合考虑影响边坡稳定性的多种因素，快速地对边坡的稳定 状况及其发展趋势作出评价常用的方法主要有下面几种。 范例推理( c a s e - b a s e dr e a s o n i n g ，简称c b r ) 1 6 1 是由斯坎克( s c h 锄k ) 在1 9 8 2 年 提出的。1 9 8 3 年科勒登( k o l o d n e r ) 开始在计算机上实现。在范例推理中，把当前 所面临的新问题称为目标范例( t a r g e tc a s e ) ，而把一记忆的问题称为源范例( b a s e c a s e ) 。范例推理就是由目标范例的提示而获得记忆中的源范例，并由源范例来指 导目标范例求解的一种策略。基于范例推理中知识表示是以范例为基础，范例的 获取比规则获取要容易，从而大大简化了知识获取，为边坡稳定性评价这样知识 获取很不容易的复杂问题提供了一条新途径。 设计的智能化计算机程序。它把某一位或多位边坡工程专家的知识、工 程经验、理论分析、数值分析、物理模拟、现场监测等行之有效的知识和方法有 机地组织起来，建成一个边坡工程知识库，再利用智能化的推理机( 一个控制整 个系统的计算机程序) 来模拟并再现人( 专家) 脑的思维( 推理与决策) 过程，吸收其 合理的知识结构，寻求优化的技术路径，同时，它又能建立计算机模型，结合相 关学科不同专家的知识进行推理和决策，对所研究的对象( 边坡) 进行稳定性评 价。利用良好的边坡工程专家系统，运用专家的知识水平，模拟其思维方式和决 策过程，可以提高设计人员的决策水平，并最大限度地降低费用、节省时间，达 到更加优化的目的和效果。 1 2 1 3 非确定性分析方法 1 、模糊综合评价法：边坡的稳定性受诸多因素的影响，很难用一个明确的结 论来描述其是稳定还是不稳定，往往用模糊概念来表述。目前，模糊综合评判法 5 硕士学位论文第一章绪论 被广泛的应用于边坡稳定性评价的研究中，最早见靳泽先【1 8 1 ( 1 9 8 7 ) 应用模糊数 学评价边坡稳定性；李彰吲1 9 】在对实测资料进行分析的基础上通过构造关联因 素边界值矩阵建立了边坡稳定性分析的模糊综合评价模型。用于边坡或滑坡稳定 性评价的见文献【2 0 1 2 1 】【2 2 】，夏元友【2 3 】等( 1 9 9 8 ) 关于斜坡稳定性综合评价方法的集 成式因素权重赋值方法作了较为深入的研究。他提出把边坡的稳定等级分为“稳 定”、“基本稳定”、“较不稳定”等。模糊综合评价方法就是对边坡稳定等级进行 分类，并通过专家评分或构造相关因素隶属度函数确定对同一级各因素以及某一 因素在不同等级中对边坡稳定性的影响程度，即隶属度，建立模糊评判矩阵，确 定边坡的稳定性对各等级的隶属程度，最后按照择优原则即最大隶属度原则预测 边坡的稳定性。另外夏元友( 1 9 8 8 ) 、朱瑞赓等瞰】基于模糊数学的边坡稳定性评价 实例证明，该种方法为多变量、多因素影响的边坡稳定性分析提供了一种行之有 效的手段。 2 、边坡工程可靠性分析【2 4 】近2 0 年发展起来的评价边坡工程状态的新方法， 它把边坡岩体性质，荷载，地下水，破坏模式，计算模型等作为不确定量，借鉴 结构工程可靠性理论方法，结合边坡工程的具体情况，用可靠指标或破坏概率来 评价边坡安全度。与传统的确定性理论相比较，可靠性分析能更好地反映边坡工 程的实际状态，正确合理地解释许多用确定性理论无法解释的工程问题。但是， 客观地说边坡工程可靠性分析目前还处于研究和探索阶段，往往只作为确定性方 法的一种补充和参考。尽管如此，边坡工程可靠性分析的方向是正确的，它能真 实地考虑到客观和人为的一些不确定性因素，并且己逐步运用于工程实践。何满 潮，杨强等将优化可靠性分析的边坡状态函数，实现m s a r m a 与蒙特卡洛模拟 法的有机藕合。 3 、信息不完全，部分信息己知，部分信息未知的系统称灰色系统【2 5 】。利用 灰色关联度分析方法，可在不完全的信息中，对所要分析研究的各因素通过一定 的数据处理，在随机的因素序列问找出它们的关联性发现主要矛盾，找到主要 特征和主要影响因素，因此特别适合于象边坡稳定性这种数据有限，没有原型， 复杂而且具有不确定性问题的分析与评价。 1 2 1 4 基于监测技术的滑坡稳定性分析 运用监测技术对边坡进行变形监n t 2 6 1 ，利用监测数据做出客观合理的分析， 这使得边坡的稳定性判断评价具有直观，便捷的特点。通过对坡体监测资料的分 析可以了解掌握滑坡体的演变过程，及时捕捉滑坡灾害的特征信息为滑坡的正确 分析评价、预测预报及整治工程等提供可靠的资料和科学的依据。同时，监测结 果也是检验滑坡分析评价及整治工程效果的尺度，还可以为进行有关位移反分析 及数值模拟计算提供宝贵的数值参数。 6 硕士学位论文 第一章绪论 因此，监测既是滑坡调查、研究和防治工程的重要组成部分，又是滑坡灾害 预测预报获得信息的一个重要手段。而监测技术和方法的不同势必影响到监测结 果的精度和准确性，所以边坡监测的方法也是边坡稳定性分析评价研究的一项重 要内容。目前主要的滑坡监测方法按照监测的内容大致可以分为：地表变形监测、 水文因素监测、地音监测、环境因素监测、深部变形监测、支护结构监测、巡视 监测。 1 2 2 滑坡处治研究概况 欧美国家从1 9 世纪中叶开始了对滑坡灾害防治的研究，但是早期由于人们 对滑坡的性质和变化规律认识不深。对那些大、中型滑坡只能绕避，只对小型滑 坡采取削坡减载、反压，以及抗滑挡土墙进行治理，排水工程更是优先考虑的措 施。直n - 次世界大战后随着各国经济的发展和国土开发利用，遇到的滑坡越来 越多，用人为支挡工程治理滑坡才真正开始，5 0 年来有了较大的发展和提高， 一些大型的滑坡采用支挡工程来治理。支挡工程的发展大概可分为三个阶段【2 6 】： ( 1 ) 5 0 年代前，治理滑坡以地表和地下排水工程为主。抗滑支挡工程主要是 挡土墙。 ( 2 ) 2 0 世纪6 0 - - - - 7 0 年代，在以排水工程和挡土墙为主的同时，大力开发应 用抗滑桩以解决挡土墙施工中的困难。欧美国家和前苏联多用钻孔钢筋混凝土灌 注桩。日本则多采用钻孔钢管桩、钢管内外注入混凝土或水泥砂浆，为了增加桩 的抗剪断能力，有时在钢管中再加入h 型钢。为了增加桩的抗剪能力和群桩受力， 国外常将两排或三排桩顶用承台联接，形成刚架受力，也有少数用打入桩的。 ( 3 ) 8 0 年代以来，在小直径抗滑桩应用的同时，为治理大型滑坡，大直径挖 孔抗滑桩开始使用。与此同时，抗滑支挡结构的另一个特点是锚索工程在滑坡防 治中大量使用，或与抗滑桩联合使用，或锚索单独使用；由于锚索工程不开挖滑 坡体，又能机械化施工，所以目前被广泛应用。 我国虽然对抗滑支挡结构的研究和治理起步于5 0 年代初，但由于交通、水 利、矿业等工程建设中对滑坡治理的迫切需要，发展过程基本上与国外同步，也 可分为三个阶段l r 2 ”： ( 1 ) 1 9 5 0 年起，主要学习原苏联的经验。在治理滑坡中首先考虑地表和地下 排水工程，如地面截、排水沟，地下截水盲沟、盲洞、支撑渗沟等，辅以减重、 反压和支挡工程。支档工程主要是各种形式的挡土墙。用重力式抗滑挡土墙治理 大型边坡大型滑坡常常工程量大，施工困难，虽然总结了“分段跳槽开挖基坑 的施工经验，有时还会造成加速滑动，危及施工安全。 7 硕士学位论文第一章绪论 ( 2 ) 1 9 6 0 年 - 1 9 7 9 年，曾成功地应用支撑盲沟加小抗滑挡土墙取得疏水和支 挡滑坡的双重效果，但深盲沟施工开挖也相当困难，因为地下水发育，施工开挖 极易坍塌。为了解决抗滑挡土墙开挖基础的困难，曾在贵昆线二梯岩滑坡治理中 设计采用沉井式抗滑挡土墙，但施工也不容易。 6 0 年代中期，抗滑桩得到成功推广，由于它抗滑能力大，对滑坡体稳定性 的破坏小，施工方便，很快在铁路内、外滑坡治理中被广泛应用，在治理大、中 型滑坡中几乎取代了抗滑挡土墙，抗滑桩被喻为治理滑坡的“重型武器，使治 理大型滑坡有了可能。 7 0 年代中后期，在深人研究抗滑桩的受力状态和设计理论的同时，又研究 开发了排架桩、刚架桩，椅式桩墙等新的结构形式，改变了抗滑桩的受力状态， 节省圬工和钢材，但由于施工要求高于单桩，至今应用不广。 ( 3 ) 8 0 年代以来，随着锚索技术的发展，在滑坡防治中开始大量采用锚索加 固，由于锚索系用高强度钢丝束锚固于滑体以下的滑床中，抗拉力大，预应力锚 索改变以往的被动受力，使的一般支档结构物的被动受力为主动受力，对滑体扰 动小，又能机械化施工，所以应用前景广阔。 由于各国的具体条件不同，在防治滑坡办法上也有所差异和侧重。在欧美各 国以改变滑动体外形和水平钻孔排地下水为主，故对减重、加载的位置和防治钻 孔的堵塞研究的较好。日本由于年降雨量大和钢材较充裕，故对排水和钢管桩研 究得较好。我国由于滑坡规模大，抗滑支挡结构对稳定滑坡具有见效快、安全可 靠的特点，使得大截面挖孔钢筋混凝土桩的应用成为大型滑坡处治方案的首要考 虑，同时又由于它一般造价较高、投资巨大元乃至上千万元，因此人们对抗滑支 挡工程的结构形式、适用条件、设计理论和施工方法等更加关注并多方开展研究。 目前，抗滑支挡结构研究的重点主要有以下三个方面：一是作用在抗滑桩上荷载 ( 推力和抗力) 的计算及其在桩上的分布问题；二是预应力锚索设计中预应力值的 确定方法和预应力的松弛问题；三是预应力锚索抗滑桩、预应力锚索地梁的设计 计算问题。 1 2 3 滑坡处治工程效果评价研究概况 随着我国经济建设的发展和西部的大开发，人类工程活动的深度和广度不断 加大，滑坡地质灾害有越来越频繁之趋势，滑坡治理研究工作显得更为重要嘲。 尤其是由于滑坡地质构造、地层岩性和地下水的分布特征具有很大的随机性，加 上不同地段滑坡地质体特征不同，即使一个滑坡体不同区段其滑带土强度差异亦 较大，工程地质类比法所得强度参数与室内试验、反算法所得抗剪强度参数均存 硕士学位论文 第一章绪论 在差异，如何取得可靠的滑带土强度参数、滑坡推力计算中安全系数取多大适宜， 滑坡设计所选参数是否合理、措施是否有效? 随着大量滑坡得到整治( 除个别滑坡 工点治理失败之外) ，人们迫切想了解以往得到整治的防治效果到底如何? 通过对 滑坡防治效果做出后评价，对于进一步完善滑坡防治理论和设计理论极为重要 【5 】 o 现有规范工程质量检定标准对抗滑、防滑工程及边坡防护工程的检验验收作 了具体的规定。对于具体工程项目如挡土墙、锚喷支护、砌石工程、导流工程、 各种抗滑桩工程等均提出了检验标准和检验方法，提出了施工质量的评价方法。 而这些仅仅是对单项指标检验，而忽略了对滑坡防治工程措施选择的评价及防治 工程完成后稳定性的评价。由于滑坡地质构造、地层岩性和地下水的分布特征具 有很大的随机性，加上不同地段滑坡地质体特征不同，即使一个滑坡体不同区段 其滑带土强度差异亦较大，工程地质类比法所得强度参数与室内试验、反算法所 得抗剪强度参数均存在差异，如何取得可靠的滑带土强度参数、滑坡推力计算中 安全系数取多大适宜，滑坡设计所选参数是否合理、措施是否有效? 以上种种因 素都将导致设计人员设计的滑坡处治方案各不相同。目前多是依据专家咨询来确 定滑坡防治施工技术难度、经济性及治理后的稳定程度来分析滑坡治理的效果。 关于对滑坡处治效果的评价研究方面，目前国内外有关滑坡治理效果系统评 价的文献也不多见。国外有过落石防护【 3 0 】1 及各类挡土墙室内受力试验分析【3 1 】方 面的论文，d u f f y 对不同防护网所受冲击力、维护和影响因素做了评价分析。 d a b r u c e ，对微型抗滑桩( 桩径 强度储备 超载储备。在这里，滑坡处治设计里提供非正常工况下的的坡 脚剩余推力值为8 4 4 2 k n m 5 0 】，与图3 1 2 中下滑力超载储备剩余推力8 3 9 2 k n m 比较接近，认为其滑坡推力设计值较为合理。实际上，我们认为按照传统的计算 方法采用目前国际上使用的强度储备安全系数是较合理的，也符合边( 滑) 坡受损 破坏的实际情况，所以建议一般情况下采用强度储备安全系数作为边( 滑) 坡的稳 定安全系数【3 9 】。 硕士学位论文 第四章基于工程措施合理性的处治效果评价 第四章基于工程措施合理性的处治效果评价 为了达到滑坡处治的最佳效果，制订科学、合理的治理方案和具体的工程措 施也是至关重要的。所以要对滑坡处治效果做出评价，就要评价其相对应的处治 工程措施的合理性。处治工程严格地讲包括预防工程与处治工程。本文将着重讨 论滑坡处治工程的措施。 目前滑坡处治工程的主要采取的工程分类见表4 1 。 表4 - 1 防治工程分类表 4 1 工程措施适用性的定性评价 各类滑坡治理工程措施均因其具有自身独有的地质特征，必然存在着各自使 用的特殊性和局限性。因此，通过分析各类防治措施的特征及其适用条件与滑坡 性质的结合密切程度可定性评判滑坡治理效果。 4 1 。1 减滑工程适用性的定性评价 减滑工程的类型、适用条件及其防治效果定性评价见表【5 1 4 2 。 3 7 硕士学位论文 第四章基于工程措施合理性的处治效果评价 表4 - 2 减滑工程的类型、适用条件及其防治效果定性评价一览表 霾筹使用条件 定性评价 备注 减重地段位子山脊部位则在滑坡后部采用减重对策极为有利。若 二_ 二，。，：j ：= ，二 且无后置斜坡，或减重不 采取阶梯状开挖减重，应同时辅以防渗和 = 一= i 二：。：1 存在诱发牵引后部坡体排水等措施，效果最好。( 2 ) 当滑坡处于二。二。二二。，。二： 滑动的危险，尤其是对大 蠕动挤压阶段，坡面裂缝一般较多，此时 。二r 二 ，磐季嚣差黧嚣篙徽荟囊撼匮 一一 同时进行变形、或对坡面裂缝未采取合理的排水、二。j 。j 。二= 一 防水措施而造成滑动条件恶化者，效果1 。一 2 蓁重著薹雾茎篓| | 一嚣薹蚕蓁蓁篓茎 ( 1 ) 盲沟或支撑盲沟工 程对于浅层滑动，且其滑 动原因为浅层地下水引 起，则采用盲沟工程效果 较好。 ( 2 ) 集水孔工程对中厚 层滑坡，当地下水分布较 深，不宜采用盲沟排水 时，多采用集水孔工程， 包括水平集水孔工程和 垂直集水孔工程。对于松 散堆积层滑坡，当自由地 3 排除下水为其主要诱发因素， 地下多采用钻孔排水工程；当 水工下部地层具备较好透水 程层条件，亦可考虑竖孔排 水工程。 ( 1 ) 当滑动是由于浅层地下水引起时， 采用盲沟工程( 注意分析盲沟沟底是否设 在滑动面以下一定深度的稳定地层中。 ( 2 ) 当滑坡前缘坡脚有泉水、湿地时， 支撑盲沟工程效果较好。 ( 1 ) 对于松散堆积层滑坡，当地下水为 其主要诱发因素，多采用仰斜钻孔排水： 当下部地层具备较好透水层条件，亦可考 虑竖孔排水工程。地表施工的集水孔，适 于地下水分布较浅而采用盲沟工程又太 深的工点。集水孔的滤水区有效长度越长 越能取得好的排水效果。( 2 ) 对于采用盲 沟工程太深时采取集水孔工程，只要对准 基岩顶面凹谷部位施工便可以达到预期 目的。 ( 1 ) 若滑带处地下水 由断裂带承压地下水 补给时，集水孔的有效 滤水长度将受限制，需 顺滑面密集地设置集 水孔，并与集水工程或 集水隧洞工程配合实 施才有效果( 2 ) 集水 孔工程施工于含水层 部位才有集排水效果。 ( 3 ) 集水井工程。对于滑( 1 ) 当滑坡后缘裂缝纵横密布，造成地( 1 ) 集水井工程宣设 体厚度2 0 - 3 0 m ，且滑坡表水入渗而恶化滑坡，宜采用集水井工程 在滑坡变形范围之外， 地下水丰富，则采用集水来排水。( 2 ) 当集水孔排水距离太长时， 以免滑动造成结构破 硕士学位论文第四章基于工程措施合理性的处治效果评价 4 1 2 抗滑工程适用性的评价 抗滑工程的类型、适用条件及其防治效果定性评价见表【5 1 4 3 。 表4 - 3 抗滑工程的类型、适用条件及其防治效果定性评价一览表 3 9 硕士学位论文第四章基于工程措施合理性的处治效果评价 4 0 硕士学位论文 第四章基于工程措施合理性的处治效果评价 4 1 3 常吉高速公路k 16 9 段1 # 滑坡处治工程措施定性评价 由以上防治工程措施的适用条件和定性评价内容可对常吉高速公路k 1 6 9 段 1 撑滑坡体所采取的工程措施做出相应的定性评价： 采取的减滑工程措施主要有：清除了已发生变形的松动岩土层，很好的杜绝 了松散岩土体滚落至公路而危害安全的问题，并且减轻了滑坡体的自重荷载，在 一定程度上减小了滑坡的下滑力；对原来已产生的拉裂缝做了粘土回填压实处 理，并修筑截排水沟，防止了大量地表水通过拉裂缝渗透进入坡体。 采取的抗滑工程措施主要有：针对该路段滑坡规模大，滑动面较深，滑坡推 力较大，保护对象比较重要等特点，采取了当前防治大型滑坡较常用的锚索抗滑 桩支护措施，对控制滑坡位移变形起到了良好的作用；因该滑坡体坡脚处为沅水 河，为防止河水冲刷侵蚀而造成坡脚失稳，对该滑坡的坡