（地质工程专业论文）枇杷坪滑坡防治工程研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 页 摘要 抗滑桩己成为滑坡整治的一种主要工程措施，尤其是预应力锚索在边坡工 程中的成功应用，对抗滑桩的发展起到了极大的推动作用，但目前的研究多集 中在寻找合理的计算模式和计算方法上，对抗滑桩结构本身的优化设计并不多。 位于重庆市万州区力i 坪桥河沟左岸的枇杷坪滑坡是典型的长江三峡库区滑 坡，由于滑坡后缘崩坡积物的加载，河沟的冲刷，降雨的入渗以及人类工程活 动的影响，滑坡处在活动之中，严重影响了居民的生产和生活，急需得到治理。 本文以枇杷坪滑坡为背景，对滑坡治理工程进行了分析研究。 文章从滑坡形成的地质环境和变形特征分析入手，进行了各个滑坡剖面各 种工况下的稳定性分析，完成滑坡剩余下滑力的计算，提出以减滑工程和抗滑 工程相结合的综合处治措施，并对其实用性进行了论证，确定了桩间距以及桩 的锚固段深度，设计出合理的抗滑桩结构，并运用有限元软件对滑坡治理效果 进行数值模拟分析，验证了主体抗滑工程的良好治理效果。 在抗滑桩结构设计过程中，根据滑坡推力，进行了不同截面形式、不同截 面尺寸的抗滑桩之间的比较设计，完全从设计的角度对抗滑桩结构进行优化， 选择最为经济合理的截面形式的抗滑桩对滑坡进行治理，并运用有限元软件对 单桩进行结构受力分析。 关键词滑坡：治理：抗滑桩；有限元 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t a n t i s l i d e p i l e h a sb e c o m eam a j o rr e c t i f i c a t i o nw o r k si n p r e v e n t i o n a n d t r e a t m e n te n g e n e e r i n go fl a n d s l i d e ，e s p e c i a l l yt h ep r e s t r e s s e dc a b l ew a ss u c c e s s f u l u s e di nt h es l o p ee n g i n e e r i n gp l a yas i g n i f i c a n tr o l ei np r o m o t i n ga n t i - s l i d ep i l e s ，b u t m o s to ft h ec u r r e n tr e s e a r c ha r ef o c u so nt h ef i n df o rar e a s o n a b l ec a l c u l a t i o nm o d e l a n dc a l c u l a t i o nm e t h o d so f t h es t r u c t u r eo f s l i d ep i l e s ，o p t i m i z a t i o nd e s i g na b o u tt h e a n t i p i l ei t s e l f i ss ol e s s t h ep i p a p i n gl a n d s l i d el o c a t e di nt h el e f tb a n ko fw a n p i n gb r i d g ef i v e ri n w a n z h o ud i s t r i c to fc h o n g q i n gm u n i c i p a l i t y , i ti st y p i c a lo fl a n d s l i d e si nt h et h r e e g o r g e sr e s e r v o i ra r e a , b e c a u s eo f t h el o a do fs l o p ec o l l a p s i n g ，t h er i v e r se r o s i o n ，t h e i n f i l t r a t i o no fr a i n f a l la n dh u m a ne n g i n e e r i n ga c t i v i t i e s ，t h el a n d s l i d ei si nt h e a c t i v i t i e sa n da f f e c t e dt h er e s i d e n t s l i f ea n dt h e i rp r o d u c t i o n , i tm u s tb et r e a t m e n t u r g e n t t h i st h e s i si sa n a l y z e di np r e v e n t i o na n dt r e a t m e n te n g e n e e r i n go fl a n d s l i d e u n d e rt h eb a c k g r o u n do fp i p a p i n gl a n d s l i d e f r o mg e o l o g i c a le n v i r o n m e n ta n dt h eo f d e f o r m a t i o no f t h el a n d s l i d e ，t h et h e s i s a n a l y s e dt h es t a b i l i t ya n dc a c u l a t e dt h er e m a i n i n gl o a do fa l l l a n d s l i d e sp r o f i l e ， p r o p o s e dt ou s e t h ec o m b i n a t i o nt r e a t m e n tm e a s u r e si n c l u d et h er e d u c es l i d ep r o j e c t s a n da n t i s l i d ep r o j e c t s ，a n dd e m o n s t r a t et h e i ru s e f u l n e s s c h o o s et h ed i s t a n c ea n dt h e d e p t ho fa n c h o r i n gs e c t i o no ft h ea n t i s l i d ep i l e s d e s i g nt h er e a s o n a b l es t r u c t u r eo f t h ea n t i s l i d ep i l e s a n du s et h ef i n i t ee l e m e n ts o f t w a r et os i m u l a t ea n dm a k et h e a n a l y s i so ft h et r e a t m e n to ft h el a n d s l i d ea n ds h o w e d t h ee f f e c to fa n t i s l i d ep r o j e c t s w a sa l lf i g h t i nt h ep r o c e s so fs t r u c t u r ed e s i g no fa n t i - s l i d ep i l e s i na c c o r d a n c ew i t ht h e l a n d s l i d et h r u s t ，c o m p a r i s o nd e s i g no fa n t i s l i d ep i l e sh a db ed o n eb e t w e e nd i f f e r e n t s h a p ea n dd i f f e r e n tc r o s s s e c t i o ns i z e ，f r o mt h eo p t i m i z a t i o nd e s i g no fp i l es t r u c t u r e ， w ec h o o s i n gt h em o s te c o n o m i c a la n dr e a s o n a b l ec r o s s s e c t i o no ft h ea n t i s l i d ep i l e t ot r e a t m e n tt h el a n d s l i d e a n da n du s ef i n i t ee l e m e n ts o f t w a r ea n a l y s et h es t r u c t u r eo f a p i l e k e yw o r d s ：l a n d s l i d ep r e v e n t i o na n dt r e a t m e n t a n t i s l i d ep i l ef e m 西南交通大学硕士研究生学位论文第l 页 第1 章绪论 1 1 研究目的和意义 滑坡对人类工程建设的危害是世界性的，它给全球造成的经济损失估计每 年可达数十亿美元，整治费用惊人。另外，工程不能及时发挥效益或使用被中 断，其间接损失更大。因此引起各国工程技术和科研人员的极大关注。 我国也是滑坡广泛分布的国家，几乎遍及全国各省区，特别是西南地区， 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约占全国陆地面 积l 5 1 4 m 随着三峡工程建设的进行，库区的地质灾害问题引起了党中央国务 院及国家有关部门和重庆市、湖北省各级政府及相关部门高度重视，三峡工程 库区地质灾害防治工作已全面铺开。在三峡库区一、二期地质灾害治理的基础 上，三峡库区三期地质灾害防治工程已于今年全面展开。 枇杷坪滑坡是由重庆市级相关部门批准提前实施的项目之一。现在枇杷坪 滑坡已经经过核实并纳入三峡库区地质三期灾害防治总体规划。枇杷坪滑坡位 于重庆市万十t t 区长江北岸一级支沟内，行政区划属天城移民开发区枇杷坪管辖， 滑坡面积约2 3 0 x1 0 4 m 2 ，滑坡威胁对象涉及枇杷坪村2 组和3 组，滑坡上现有 居民人口4 1 0 人，房屋总面积5 0 0 1 0 m 2 。滑坡上现有耕地1 4 7 亩，林地5 3 亩， 是万州区的移民开发区之一，滑坡后部是就地后靠移民安置区，安置三峡水库 的二期和三期移民。护( 城) 附( 马) 公路从滑坡的中部和上部通过，是当地 村民和邻近地区的交通要道。该滑坡目前正在活动当中，一旦发生，将对道路 交通及运输产生极大影响，对居民建筑产生严重剖坏，威胁居民生命财产安全， 恶化居民生产生活环境，给库区移民造成极大困难，估计经济损失将上3 0 0 0 万 元，急需得到整治。 有关滑坡的防治研究一直为世人所关注，经过多年的工程实践和理论研究， 国内外在滑坡防治的各个方面都取得了很大成就，其中支挡抗滑结构的发展应 用尤为迅速，抗滑结构包括普通抗滑桩、预应力锚索抗滑桩、埋入式抗滑桩等。 在滑坡治理过程中，抗滑桩被人们广泛采用，工程实践经验表明抗滑桩用于支 挡加固边坡和整治滑坡是很有效的，但是在实际的治理工程应用中，抗滑桩的 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 钢筋用量相当大，其成本通常占到抗滑桩总成本一半以上，因此，在对抗滑桩 进行结构设计时，如果能合理的减少钢筋的用量，就可以大大降低滑坡治理的 成本。目前针对抗滑桩的研究，主要集中在寻找合理的计算模式和计算方法上， 而对单根抗滑桩结构设计的研究并不多，对其他截面抗滑桩的研究更少。需要 发展更为经济合理的截面形式的抗滑桩来治理滑坡。 因此，本文结合枇杷坪滑坡这一工程实例，采用多方案比较提出枇杷坪滑 坡治理的综合方案，并利用优化方法，对抗滑桩的结构优化进行深入研究，具 有重要的理论指导意义和实际应用价值。 1 2 研究现状 1 2 1 国内外滑坡研究现状 滑坡灾害是地质灾害中最为广泛的一种，在我国西南山区尤为突出。随着 人类工程活动r 益频繁，规模日益增大，遇到的边坡稳定问题也越来越突出。 边坡失稳轻则增加投资，延长工期；重则摧毁建筑物，造成重大的人员伤亡。 统计资料显示，1 9 5 1 - 1 9 9 1 年的4 0 年中，我国工程滑坡灾害至少造成1 1 6 9 人死亡；经济损失更是巨大，仅云南满湾水电站滑坡造成的损失就超过1 0 亿 元，延误工期一年以上。所以滑坡的成因机理、防治、预报一直是国内外学术 界和工程界关注的问题。防止或减轻滑坡灾害一般从两个方面四个途径开展 工作。所谓两个方面是；一是避开灾害，二是减低灾害。所谓四个途径是：( 1 ) 限制开发或尽量绕避；( 2 ) 限制和约束人为活动，防止滑坡灾害的产生；( 3 ) 采取工程措施，防止滑坡灾害产生或治理已发生的滑坡灾害；( 4 ) 进行滑坡灾 害预测预报。 对于滑坡类型，依据的角度不同，目前已提出了门类齐全的滑坡类型，基 本上概括了现有滑坡的情况。然而，由于地质条件存在明显的地域差异性，滑 坡的发生和发展是千变万化的，所以还必须根据现场的实际情况来对比研究， 最终确定一个切合实际的模型。 对形成滑坡的因素研究，目前也是较为丰富的，概括起来，导致滑坡形成 的因素主要有：岩性、地质构造、水文地质条件、边坡形状的影响、爆破震动 及人为因素。 对于滑坡的防治研究主要是集中于处理措施的研究上，工程师们从不同的 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 滑坡治理中提出了相应的处理技术措施，欧美国家从1 9 世纪中叶就开始了对滑 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，对小型滑坡采取刷方减载、反压、以及抗滑挡土 墙进行治理，排水工程是更优先考虑的措施。直到第二次世界人战后，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大 量滑坡才真正开始，5 0 年来有了较大的发展和提高，一些大型滑坡也采用支挡 工程来治理。我国对滑坡灾害的系统研究和治理是5 0 年代才开始的，根据我国 国情研究开发了一系列有效的防治办法，总结出绕避、排水、支挡、减重、反 压等治理滑坡的原则和方法，其中尤以铁路部门遇到和治理的滑坡最多。我国 对抗滑支挡建筑物的研究和开发应用起步虽较国外晚，但由于建设中治理滑坡 的需要，其发展基本上与国外同步，目前滑坡防治的处理措施主要有绕避措施、 排水整治、减重与反压、支档结构工程、改良滑带土等。 历经8 0 多年的研究发展，国内外滑坡研究己经取得了巨大的成绩，但远没 有达到完善的程度，各国研究者由于学识和认识上的差异，各有专长，对滑坡 的研究也各有偏重，并不全面。滑坡治理是一个系统工程，在加强理论系统研 究的同时，也应该加强滑坡防治工程设计理论和设计方法及治理效果分析的完 善。 1 2 2 抗滑桩的研究现状 抗滑结构中的抗滑桩作为治理滑坡的主要措施，许多学者对其计算方法进 行了广泛深入的探讨。抗滑桩在支挡滑坡的过程中主要承受侧向力，但它和一 般建筑地基和桥梁桩基中承受侧向力的桩性质完全不同，后者中桩基是直接承 受荷载并主动向土中传递应力的“主动桩”，而滑坡治理工程中的抗滑桩并不直 接承受外荷载的作用，只是由于滑坡体在自重或其他外因的作用下发生变形或 移动，而被动地承受坡体变形而产生的荷载作用，所以抗滑桩又被称为“被动 桩”1 2 1 被动桩与( 岩) 土体之问的相互作用是一个十分复杂的课题，迄今为止，国 内外对其研究得还不充分，因此抗滑桩的设计计算研究也一直处于一种不断探 索的阶段。 1 国外研究现状 对于承受( 岩) 土体侧向位移的被动桩，国外的研究多侧重于土坡变形作用到 桩体上的情况，尤其是对于海港工程、堤坝工程中承受软粘土变形的被动桩的 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 研究较多。h e y m a n ( 1 9 6 1 ) 1 3 1 和w e n z ( 1 9 7 3 ) 等1 4 。均对承受土体侧向位移的桩给出 了一些定性的资料，反映了土体的位移与桩的破坏有着密切的关 系；h e y m a n ( 1 9 6 5 ) 【5 】，n i c u ( 1 9 7 1 ) 1 6 1 ，o t e o ( 1 9 7 4 ) t n t n 等根据试验量测结果描述了一 些桩内力与相应的土体位移之间的定量关系。对于承受土体水平位移桩和桩群 的设计计算，己提出了许多的方法。s t e w a r t ( 1 9 9 4 ) 1 9 1 等进一步将现有的计算方法 归纳为如下几种： ( 1 ) 压力法 b e g e m a n n 和d e l e e u w 提出计算由地面荷载产生、作用于桩上的荷载时，可 近似的认为桩是刚性的，土体侧向位移和水平应力分布用弹性方法计算，桩按 等值板墙考虑。d e b e e t t o j 和w a l l a y s t ”】提出当上体的稳定安全系数大于1 6 时，作 用于软土层范围桩上水平压力的表达式，当安全系数小于1 6 时，需首先确定桩 抗滑作用的最危险滑动面，根据桩所受的极限土压力的作用，以桩头为转动中 心，根据力的平衡条件来确定桩的有效深度( 在该深度下桩不受荷载作用) ，该法 假定当安全系数小于1 6 时才出现极限土压力，这可能会引起桩计算结果的较大 误差。t s c h e b o t a r i o f f t n j 假设作用于软土层内的桩上土压力呈三角形分布，并根据 n i c u 等的现场试验资料来确定出土压力的最大值，据此计算桩的内力。 ( 2 ) 位移法 用位移法分析桩土相互作用更为合理。该法必须已知无桩时上体自由侧向 位移分布，然后把这位移叠加到桩上，而桩土相互作用则用弹性理论或地基反 力法计算，位移法能得出桩的弯矩和位移分布情况。p o u l o s l l 3 1 提出了弹性土体中 单桩的有限差分边界元分析法。与p o u l o s 的弹性法不同，用地基反力法分析承 受土体侧向位移桩时，未直接考虑地基的连续性，控制方程为 ，4 1 ， * = k ( y - y , ) ( 1 - 1 ) a z 其中y 和垤分别为桩和土的位移，k 为地基反力模量。该法利用现场实测土体 自由位移和考虑了地基性状随深度变化的计算结果和实测值非常吻合。m a r c h e 0 4 1 等进行类似分析，用弹性法计算土体自由位移时，考虑了土的不均匀性和各向 异性，也得到与实测结果较为一致的结论。m m a u g e d ，e m o t t 假定作用于桩 上的荷载与土桩相对位移为一种非线性双曲线性函数，利用位移法根据地基反 力法的概念进行了桩的计算，同样在土体位移与实测位移相近的情况下得出了 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 较为满意的结果。 ( 3 ) 有限单元法 分为平面应变分析和三维分析，当用平面应变计算桩土相互作用时，桩用 等值的板桩墙替代，其抗弯刚度等于桩土的平均抗弯刚度【1 6 】，即e 1 = e z + 岛厶( 其中e ，分别为桩的弹性模量和惯性矩；既、厶分别为等值板墙的弹性 模量和惯性矩；历、厶分别为土的弹性模量和惯性矩) ，从而把桩从而把桩群直 接分成单元网格进行计算。b r a n s b y 等使用三维有限元分析桩一土相互作用 时，将土体按线弹性模型分析，桩体按纯弯梁模型考虑，分别进行有限元网格 划分，计算结果与离心模型试验结果较一致。 有限元法使用起来较为复杂，模型中的土石接触单元和桩一土接触单元不 易处理，参数也难以确定，将该法应用于滑坡治理设计方面的研究，在现有文 献中涉及的很少，但是由于该法能够较准确地模拟介质和荷载条件，并能够较 好的分析抗滑桩与滑坡岩土体相互作用的动态过程，所以在几种方法中最有发 展潜力，如何将该方法应用于滑坡治理工程设计是其主要发展方向。 2 国内研究现状 与国外的研究不同，由文献 1 8 】【2 1 】可知，在国内对于抗滑桩的计算研究 主要集中于加固岩土体边坡方面，尤其以加固大、中型破碎岩体滑坡为主。对 于普通抗滑桩的设计计算，国内学者提出了许多方法，这里也将其归纳为：压力 法、位移法和有限元法。 ( 1 ) 压力法 在进行普通抗滑桩设计计算时，通常将滑坡推力作为外荷载作用于抗滑桩 上，桩一土相互作用的力学模型一般采用线弹性w i n k l e r 地基梁模型。这种计算 方法与上面提到的压力法类似，在此也将其称为压力法。用这种方法对全埋式 抗滑桩进行设计计算时，由于对滑动面以上桩前滑体所产生的作用假定不同， 又可将其分为两种【2 2 】一是悬臂桩法，该法将抗滑桩受荷段所承受的滑坡推力和 桩前滑体所产生的剩余抗滑力或被动土压力视为己知外力，并假定两力分布规 律相同，将此两力作为作用在受荷段桩身的设计荷载。然后根据滑动面以下岩 土的地基系数以及桩底的支撑条件分别计算嵌固段桩身的内力和位移。桩的计 算图式，相当于嵌固在滑动面以下的悬臂结构，故称为悬臂桩计算法。该方法 出现早，计算简单，在工程实际中应用较广。二是地基系数法，该法将抗滑桩 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 自由段所承受的滑坡推力作为已知的设计荷载，然后根据滑动面上、下地层的 地基系数，把整根桩当作弹性地基上的梁来计算，计算中没有考虑滑动面的存 在及影响。该方法只有当计算出的桩前土体的弹性抗力小于或等于桩前土体实 际具有的剩余抗滑力时才合理，因为当计算值大于桩前土体实际剩余抗滑力时， 桩前土体实际上己经失稳，所以应将桩前土体实际具有的剩余下滑力作为桩前 土体弹性抗力，解出桩前土体此时的地基系数后，再进行桩身内力和位移的计 算。 ( 2 ) 位移法 国内对于用位移法进行抗滑桩设计计算也进行了一些研究，通常是建立位 移法模型分析桩一土相互作用，计算桩身内力和位移。励国良【2 3 】考虑滑动面以 上桩后滑体和桩前滑体与抗滑桩相互作用的特点，提出了桩一土相互作用的位 移法模型。该模型根据文克勒弹性地基模型原理，建立桩身挠曲微分方程，然 后假定滑体发生一个系统允许的整体位移进行迭代计算，将滑动面处桩身剪力 等于剩余下滑力作为迭代收敛条件，从而解得桩身内力、位移和地基抗力。刘 小丽对励国良的位移法模型进行了改进，提出一种改进的位移法模型。该模 型将滑坡推力作用到抗滑桩上的过程，假定为桩后滑体与抗滑桩相互作用的过 程，同时将桩前和桩后土压力等效为作用在桩身上的弹簧应力，然后分别建立 滑动面以上和滑动面以下桩身挠曲线方程，然后假定桩后滑体发生一个系统允 许的整体位移对自由段桩身挠曲线方程进行迭代计算，将作用在桩身上弹簧应 力的合力等于桩后滑坡推力作为迭代收敛条件，从而解得桩身内力、位移和地 基抗力。改进的位移法模型能考虑滑坡推力随桩身变形、桩周岩土体变形而不 断调整自身的大小和分布，同时将桩后滑体作为迭代收敛条件，通过将求出的 桩前土压力和剩余下滑力进行比较，校核桩前滑体稳定性，使设计更加趋于合 理。 ( 3 ) 有限单元法 对于用有限元法直接进行抗滑桩设计计算的研究，国内外现有文献中还没 有这方面的介绍。目i i 主要通过建立室内大型模型实验分析桩一土相互作用体 系受力和变形的性状及一般趋势。娄奕红等 2 5 】提出用有限元和无限元祸合的方 法，分析大变形条件下砂箱模型中桩一土相互作用体系的受力和变形。该方法 在桩一土接触面设置一种有厚度的接触面单元，并且将其与岩土体弹塑性模型 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 单元相连接，据此反映接触面及其临近区域剪切破坏带的变形特性，桩身受力 和变形的计算结果与试验结果吻合较好。周长春等r 卅，提出用有限元、接触面 单元和无限元藕合的方法分析桩一土相互作用，计算桩前和桩后的岩土抗力。 该方法用空间2 0 节点有限元进行近域桩和土的分析，用空间1 2 节点无限单元 分析远域土，同时在桩一土接触面引入空间1 6 节点接触面单元，从而将3 种单 元祸合对桩一土相互作用进行弹塑性分析，分析中采用修正剑桥模型模拟近域 土体，对桩一土接触面和远域土体按非线性考虑，桩后和桩前岩土抗力计算结 果与实测结果相差较大，但二者分布规律基本一致。 李萍等鲫阐在模拟基坑开挖与支护时，提出了分析土与结构相互作用的位 移迭代法，该方法将基坑支护体系分解为彼此独立又相互作用的3 个模型，即 支护桩外侧主动土体、支护结构本身和支护结构内侧被动土体，各模型可分别 求解，但共享边界条件。按平面问题进行有限元分析时，将土体采用面单元， 支护桩采用梁单元，分别进行有限元网格剖分，同时假定开挖后桩体侧向位移 为零，两侧均以静止士压力作为初始条件，然后按位移迭代法求解，当前后两 次位移值基本相等时迭代结束，此时的位移和相应荷载就是基坑支护结构稳定 后的受力与变形。该方法能客观反映土与结构相互作用的动态过程，实例计算 结果与实测结果很吻合。 3 国内外研究的不足之处 抗滑桩己成为滑坡的整治的一种主要工程措施，尤其是预应力锚索在边坡 工程中的成功应用，对抗滑桩的发展起到了极大的推动作用。 从国内外研究现状可以看出，抗滑桩设计计算主要有三种方法，即压力法、 位移法和有限元法。压力法简单，并且能快捷地估算出桩的最大弯距和桩顶位 移，所以工程设计以该法为主，但该法的最大缺点是作用于桩上的滑坡推力大 小和分布难以准确估计，而且在计算过程中，滑坡推力大小和分布不能随着岩 土体的变形作相应的调整，所以计算结果偏差较大。位移法和有限元法都可以 较精确地模拟地基和荷载条件，较好地分析桩一土相互作用过程，并解得桩的 弯距和位移分布，但位移法的主要缺点是无支撑时岩土体水平位移及其分布难 以较准确地估算，所以计算结果偏差也较大，而有限元法迄今仅仅是作为其它 方法的补充，至多被用来分析桩一土相互作用体系受力和变形的一般趋势，并 没有被直接用来进行设计计算。关于抗滑桩的计算，由于位移法和有限元法固 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 有的缺陷，目前工程设计计算仍以压力法为主，而各种边坡稳定性分析方法的 完善为用压力法进行抗滑桩的设计计算提供了必要的i i 提条件，在找到最危险 滑面位置后，根据稳定性分析方法计算抗滑桩上的作用滑坡推力，从而进行抗 滑桩的内力计算，这是计算抗滑桩的最基本的过程。通过前面的论述，可以看 出在抗滑桩的计算中尚存在许多不足，主要表现在以下几个方面。 ( 1 ) 压力法通常将滑坡推力按固定分布形式作用于抗滑桩上，而在桩一土相 互作用过程中，滑坡推力是通过桩一土相对变形而作用到抗滑桩上的，在桩一 土发生相对变形时，滑坡推力的大小和分布将发生相应变化，所以该法的计算 结果存在较大偏差。 ( 2 ) 位移法需要预估桩侧岩土体的自由侧向位移，而这是难以准确估计的， 所以计算结果也存在偏差。 ( 3 ) 压力法和位移法在进行抗滑桩设计计算时均将滑坡岩土体看作弹性介 质，而岩土体是弹塑性介质，所以计算结果存在误差。 ( 4 ) 在建立有限元模型模拟桩一土相互作用时，通常采用弹性地基梁有限元 法或连续介质有限元法。用弹性地基梁有限元法时，不能考虑作用在桩上土压 力随桩体变形的协调，用连续介质有限元法时，不能反映抗滑桩实际受力和变 形性状。 ( 5 ) 在用有限元法分析桩一土相互作用体系时，对于桩一土交界面通常需要 建立接触面单元进行模拟，增加了模型的不确定量和计算的误差。 ( 6 ) 当滑坡采用双排抗滑桩进行治理时，要考虑桩与岩土体的相互作用，所 以抗滑桩内力和位移较难准确计算。 总之，以往抗滑桩设计计算方法没有充分考虑桩一土相互作用，设计一般 按极限状态来考虑，而桩的实际受力并没有达到极限状态，而是在与土相互作 用过程中，在位移协调的前提下，抗滑桩达到一个相对的稳定状态。 1 2 3 枇杷坪滑坡研究现状 枇杷坪滑坡位于重庆市万州城区东北部长江北岸、长江一级支沟万平 桥河沟左岸，行政区划属天城移民开发区枇杷坪管辖，距长江入汇口0 2 0k m ， 距万州主城区约l o k m ，距枇杷坪约5 k m 。地理坐标为东经1 0 8 。2 6 7 1 5 ”，北 纬3 0 。5 0 5 0 ”，北京坐标系为x = 3 4 1 4 0 0 0 3 4 1 5 0 0 0 ，y = 3 6 5 4 1 9 0 0 3 6 5 4 2 6 0 0 。 万州上距库尾重庆3 3 3 k m ，下距库首宜昌市3 2 7 k m ，是长江中游地区重要 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 的水运集散地，素有“黄金航道”之称，水陆交通方便。滑坡中、上部有护( 城) 附( 马) 公路通往万州主城区，交通方便。 滑坡面积约2 3 0 x1 0 4 m 2 ，滑坡威胁对象涉及枇杷坪村2 组和3 组，滑坡上 现有居民人口4 1 0 人，房屋总面积5 0 0 1 0 m 2 。滑坡上现有耕地1 4 7 亩，林地5 3 亩，是万州区的移民开发区之一，滑坡后部是就地后靠移民安置区，安置三峡 水库的二期和三期移民。护( 城) 附( 马) 公路从滑坡的中部和上部通过，是 当地村民和邻近地区的交通要道。一旦滑坡发生，估计经济损失将上3 0 0 0 万元。 四川省华地建设工程有限责任公司受重庆市力州兴建地质灾害治理有限公 司委托，依据重庆市三峡库区滑坡及危岩勘察规定( 试行) ( 重庆市国土资 源和房屋管理局，2 0 0 2 5 ) 和中华人民共和国国家标准岩土工程勘察规范 ( g b 5 0 0 2 1 2 0 0 1 ) 对枇杷坪滑坡( 原名“附马滑坡”) 实施了勘察，并提交了长 江三峡工程库区重庆市万州区附马滑坡勘察报告，该次勘查基本达到了勘察 目的，查明了滑坡区的地形地貌和微地貌特征、地层岩性、地下水特征、地质 构造和新构造运动特征以及滑坡的形态特征、规模、形成机制，对滑坡的稳定 性作出评价，并对三峡水库蓄水后滑坡的发展趋势进行预测，基本达到了三峡 库区三期地质灾害防治工程详细勘查的要求。详勘结果为枇杷坪滑坡东西长 4 5 0 4 7 0 m ，南北宽5 0 0 5 6 0 m ，面积2 3 o 1 0 4 m 2 ，枇杷坪滑坡的地形测量和 地质测绘的范围约0 4 4k m z 。勘察区在地质构造上属于万县向斜，其南西端起 于涪陵的狮子滩附近，轴线沿n e 3 0 , - - 6 5 。方向延伸，经忠县拔山寺进入万州， 止于万州的洞子，轴线长约1 6 0 k m 。在万州境内向斜核部出露的地层为侏罗系 上统遂宁组和蓬莱镇组，向斜两翼岩层平缓，近轴部则急剧变陡。北西翼岩层 倾向s s e ，倾角3 4 8 5 。，南东翼岩层倾向n n w ，倾角1 4 - - - 3 5 。，其形态呈宽 缓屉形。勘察区处于万县向斜的轴部偏南东翼，岩层走向n e 7 0 8 0 。，倾向n w ， 倾角4 - - - 5 。区域内的地质构造作用不强烈，构造影响较微弱，无断层发育， 在岩层中见4 组构造裂隙。其中，以倾向s w 2 3 0 2 4 0 。，倾角8 1 8 8 。一组裂 隙最为发育，是控制陡岩和河沟发育方向的控制性结构面。 本文主要参考华地建设工程的勘察报告，根据滑坡的形态、结构特征以及 形成机制分析，考虑在各种工况条件下的稳定性，以及滑坡失稳以后的危害性， 建议防治工程采用抗滑支挡工程和地表排水工程相结合的方案。对于工程中采 用何种支挡结构，结构的力学行为究竟如何，经济效益如何，设计方案是否合 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 理等问题是本工程及类似工程设计施工中和投入应用后各界所关心的问题。这 些问题也正是本论文所要研究的主要问题。 1 3 本文的研究内容及思路 1 3 1 研究内容 1 地质环境 对滑坡区的区域地质环境、枇杷坪滑坡的地质环境进行分析研究。 2 滑动机制及稳定性分析 对枇杷坪滑坡生成的地质环境和滑动过程研究清楚的前提下分析滑坡滑动 的原因、影响因素和形成机制。针对目前的滑动特征和地质表现对枇杷坪滑坡 进行稳定性分析，并进行滑坡推力计算。 3 抗滑桩的设计 进行抗滑桩内力计算及不同截面形式抗滑桩的比较研究，进行力学性能分 析，选择经济合理的治理方案。 4 支挡效果的研究 研究滑坡体在施以抗滑支挡结构以后的变形特征及变形量，论证所进行的 抗滑支挡结构的实际效果，进而不断完善设计。 1 3 2 研究思路 在结合区域地质资料和勘察资料的基础上，以现场调查分析为主来对枇杷 坪滑坡地质环境进行研究。滑动过程、滑动机制及稳定性分析采用现场调查与 数值计算分析相结合的研究方法，通过现场地貌形态的演变分析、地质条件对 比、计算出滑坡的推力，通过相似条件的滑坡治理分析判断，结合数值计算结 果综合分析，得出桩土的受力分配系数，得到抗滑桩的受力。通过内力及配筋 的计算及检算对比各种截面形式的抗滑桩，得出最优的抗滑桩截面。抗滑结构 的支挡效果通过有限元建模进行分析，并不断完善设计。 根据以上研究思路，将本论文的研究内容和技术路线概括为程序框图1 1 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 滑坡地质环境 滑动机制及稳定性分析 滑坡推力类比计算 治理方案比选 地表排水上程 抗滑桩 程 桩身内力计算截面对比设计 支挡效果有限元分析 结论 图l - l 滑坡研究内容和技术路线程序框图 1 4 本章小结 滑坡是地质灾害中最为广泛的一种，国内外对于滑坡的成因机理、防治、 预报都有较成熟的研究，已经取得了巨大的成就，其中对于滑坡的防治研究主 要是集中于处理措施的研究上，又以抗滑桩作为最常用的治理措施，但是设计 方法及计算结果仍较难准确，存在一定的误差，需要进一步发展和研究。枇杷 坪滑坡是长江边上的一个大型滑坡，目前仍在活动之中，一但发生，将造成极 大损失，急需得到整治，本文以批杷坪滑坡的防治为出发点，在区域地质资料 和勘察资料的基础上结合数值计算和有限元模拟分析，进行滑动机制和稳定性 分析，以及抗滑桩的设计和支档效果的研究。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 第2 章滑坡的地质环境特征分析 2 1 滑坡区自然条件及地质环境条件 2 1 1 位置与交通 枇杷坪滑坡位于重庆市万州城区东北部长江北岸、长江一级支沟万平 桥河沟左岸，行政区划属天城移民开发区枇杷坪管辖，距长江入汇口0 2 0k m ， 距万州主城区约l o k m ，距枇杷坪约5 k m 。地理坐标为东经1 0 8 。2 6 7 1 5 ”，北 纬3 0 。5 0 5 0 ”，北京坐标系为x = 3 4 1 4 0 0 0 3 4 1 5 0 0 0 ，y = 3 6 5 4 1 9 0 0 3 6 5 4 2 6 0 0 。 万州上距库尾重庆3 3 3 k m ，下距库首宜昌市3 2 7 k m ，是长江中游地区重要 的水运集散地，素有“黄金航道”之称( 见图2 1 ) ，水陆交通方便。滑坡中、 上部有护( 城) 附( 马) 公路通往万州主城区，交通方便。 图2 - 1 重庆市万州区交通图 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 2 1 2 气象水文 滑坡区属亚热带季风气候区，气候温暖潮湿，雨量丰沛，雨热同步，多伏 旱、多秋雨，少霜雪；年平均气温1 8 1 ，极端最低气温3 7 ，极端最高气 温4 2 1 ；气温的垂直差异明显，河谷地带较周围山区气温高1 3 。多年平均 降雨量1 1 9 1 3 m m ，历年最大降雨量1 6 3 5 2 m m ，降雨多集中在5 - 9 月，约占全 年降雨量的6 0 7 0 。2 0 0 0 年5 8 月降雨量达9 8 5 1 m m ，占当年降雨总量的8 3 4 。 春夏之交多暴雨，是重庆市的暴雨中心，日降雨量达l o o m m 以上，最长连续降 雨日数达1 6 日。根据3 7 年的气象资料，历史上的最大日降雨量达2 4 3 3 1 m m ( 1 9 8 2 年7 月1 6 日) 。 根据万县水文站资料，长江在万州段的历年平均流量1 0 8 0 0 1 5 9 0 0 m 3 s ，最 大洪峰流量7 6 4 0 0 m 3 s ( 1 9 8 1 年7 月7 日) ，最枯流量2 6 9 0 m 3 s ( 1 9 7 9 年3 月7 f i ) 。1 9 8 2 年江水监测资料显示，长江水质污染指标大多超过国家卫生标准。 根据长江三峡水利枢纽初步设计报告资料，三峡水库建成以后，在汛 期( 6 月中旬9 月底) 运行时，需将水库蓄水位降低到防洪限制水位1 4 5 m 左右， 以便洪水到来时拦蓄洪水；洪峰过后水库水位迅速降至1 4 5 m ，以防再次发生洪 水：三峡水库在非汛期( 1 0 月次年4 月上旬) 除1 1 1 2 月满库运行外，坝前水 位保持在1 4 5 m 1 7 5 m 1 4 5 m 之间波动，水位的变幅为3 0 m 。 2 1 3 地形地貌 滑坡地处四川盆地东部的平行岭谷区，属于侵蚀剥蚀低山丘陵河谷地貌， 长江为当地的最低侵蚀基准面，河床高程一般低于9 0 m 。长江在此段为东西向 发育，在河谷两岸发育碛滩和漫滩，主要有红沙碛。在岸坡断续发育5 级阶地， 其中i 级为基座阶地，v 级为侵蚀阶地。i 级阶地的高程为1 3 4 1 5 5 m ，i i 级 阶地的高程为1 7 5 2 0 5 m ，i i i 级阶地的高程为1 9 8 2 3 5 m ，i v 级阶地的高程为 2 4 6 2 8 8 m ，v 级阶地的阶面由起伏不平的残丘顶部组成。枇杷坪滑坡工程地质 平面图如图2 2 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 枇杷坪滑坡工程地质平面图 比例尺l ：5 0 0 0 匕公路匿坦限 匹耐毳罢酽匿堡簇蛊薹一；i 第繇冲洪积层 图2 - 2 枇杷坪滑坡工程地质平面图 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 2 1 4 地层岩性 兽 g 警 盘 。 鲁 鲁 荟吾蓦吾吾誊譬笔 磬碧 荟誊蒲斟 暮善善吾謦磐誉誉譬誊础斟 a 2 4 0 譬 蓉 警 喜 塞 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 8 8 莒暑 誉譬警毽誉董罄袖斟 誊哮 芏 墼 罾f h 船 藩 海 墼 茸i 囫 西善善吾薯 譬笔誉罄磬基葡南 b a2 - 2 剖面工程地质剖面图b4 - 4 剖面工程地质剖面图 图2 - 3 滑坡工程地质剖面图 鲁 鲁 蓉 善 警 毒 誉 餐 葺 誊 砉， 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 7 页 区内主要出露第四系( q 4 ) 和侏罗系中统上沙溪庙组( j 2 s ) 地层。具体滑 坡剖面工程地质剖面图如图2 3 所示。 1 第四系( q 4 ) ( 1 ) 冲洪积层( q 4 a t + p i ) ：主要分布于漫滩和阶地之上。在河漫滩，其主要岩 性为粉细砂、砾石和卵石，局部地段为冲积和崩积物混合型。低漫滩厚3 - 5 m ， 高漫滩厚1 0 1 5 m ，最大粒径可达1 0 m 。在阶地上，不同的阶地其物质组成不同： i 级阶地为灰白色砂土和粉细砂，底部夹少量砂砾层透镜体，最大厚度1 0 1 5 m ； i i 级阶地为棕黄色粉质粘土央粉砂、细砂透镜体，厚1 5 2 0 m ；i i i 级阶地为棕红 色网纹粘土，棕黄色粉质粘土、粉砂、含钙质结核，厚1 0 1 6 m 。 ( 2 ) 崩坡积层( q 4 。v 忖m ) ：主要为粉质粘土夹碎块石，局部为碎块石土，厚 5 2 0 m 。 ( 3 ) 残坡积层( q 4 d + d 1 ) ：以棕红色粘土为主，含砂岩、粉砂岩碎块石，厚 2 5 m 。 ( 4 ) 滑坡堆积层( q 4 如1 ) ：分布于滑坡区，厚度一般为5 - 2 5 m 。碎、块石以 泥质砂岩和砂岩为主，其次为泥岩，块石直径一般为2 0 1 5 0 e m ，碎块石含量可 达1 0 7 0 。 2 上沙溪庙组( j 2 s ) 该组地层厚度1 5 5 2 1 6 0 0 m ，连续沉积于下沙溪庙组之上。以一套紫红色泥 岩和粉砂质泥岩为主，夹灰、灰绿色厚层块状岩屑长石石英砂岩和长石砂岩。 砂岩具斜交层理及交错层理，在纵、横方向上都有增厚和尖灭现象。可分为三 段： 第三段：上部为中厚层含钙质细粒长石砂岩、泥质粉砂岩与粉砂质泥岩呈 不等厚互层；下部以紫红色泥岩、砂质泥岩为主，夹厚层岩屑长石砂岩。 第二段：紫红色泥岩、粉砂质泥岩及钙质泥岩为主，夹灰色厚层岩屑长石 砂岩。 第一段：灰、灰绿色厚层水云母胶结细至中粒岩屑长石砂岩、岩屑长石石 英砂岩，夹紫红色泥岩、粉砂质泥岩。 2 1 5 地质构造与地震 滑坡区在地质构造上属于万县向斜，其南西端起于涪陵的狮子滩附近，轴 线沿n e 3 0 6 5 。方向延伸，经忠县拔山寺进入万州，止于万州的洞子，轴线长 西南交通大学硕士研究生学位论文第18 页 约1 6 0 k m 。在万州境内向斜核部出露的地层为侏罗系上统遂宁组和蓬莱镇组， 向斜两翼岩层平缓，近轴部则急剧变陡。北西翼岩层倾向s s e ，倾角3 4 - 8 5 。， 南东翼岩层倾向n n w ，倾角1 4 3 5 。，其形态呈宽缓屉形，如图2 - 4 所示。勘 察区处于万县向斜的轴部偏南东翼，岩层走向n e 7 0 8 0 。，倾向n w ，倾角4 5 。区域内的地质构造作用不强烈，构造影响较微弱，无断层发育，在岩层中 见4 组构造裂隙。其中，以倾向s w 2 3 0 2 4 0 。，倾角8 1 8 8 。一组裂隙最为发育， 是控制陡岩和河沟发育方向的控制性结构面。 夕麓 孵 ：杉 3 0 。 一 移 4 0 少，j 静 一 l 弩唧 3 0 图2 - 4 滑坡区地质构造图 据历史地震资料，万州地区地震活动稀少而微弱，以城区为中心的5 0 k m 范围内，历史上至今没有m s ，4 5 级的地震记载。 根据国家地震局中国地震烈度区划图( 1 9 9 0 ) ，本区属于弱震区，地震 基本烈度为度或小于度。根据中国地震动参数区划图( g b1 8 3 0 6 2 0 0 1 ) ， 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 9 页 该区的地震动峰值加速度为0 0 5 9 ，地震动反应谱特征周期为0 3 5 s 。 2 1 6 水文地质条件 勘查区的地层主要为第四纪松散堆积层和侏罗系中统上沙溪庙组( j 2 s ) 。地 下水类型为松散层孔隙水和基岩风化带网状裂隙水，主要接受大气降水补给。 松散层主要为滑坡堆积物及残坡积物，由于含水介质中的细颗粒含量