边坡工程处治技术分析研究及工程应用优秀毕业论文.pdf

分类号 udc 密级一 编号 十i 初大- 砦 c e n t ra i ，s o u t hu n i v e r s i t y 硕士学位论文 论文题目： 学科、专业： 研究生姓名： 导师姓名及 专业技术职务： 一垫然墨垂塾曼；! 参挞术分析砑究墨王猩廛用 地厦王猩 彰壹 一朝焕攘割熬撬 分类号 udc i l i i ii ii ii iii ii ii ii iiil y 1914 0 2 0 密级 编号 硕士学位论文 边坡工程处治技术分析研究及工程应用 r e s e a r c ho f a n a l y s i sa n da p p l i c a t i o no nsl o p e lr e a 【m e n t1e c l m l c a l r t l r 一 1 作者姓名： 学科专业： 学院( 系、所) ： 指导教师： 彭海 地质工程( 岩土工程方向) 地球科学与信息物理学院 胡焕校副教授 论文答辩日期如fli 。l 弓 答辩委员会主 中南大学 2 0 11 年1 月 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：童ii 塾 日期：址年_ j 一月j 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：趁止年l 月j 生日 中南大学硕士学位论文 摘要 摘要 边坡工程是工程建设中一个古老而常新的问题，边坡失稳引起的 滑坡、崩塌灾害往往带来巨大的生命和财产损失。边坡工程就是研究 各种不同类型边坡的稳定性及其有效防治技术。随着物质文明的提高 和科技的进步，对边坡的应用和研究也就越发充分和完善。但总的来 说，目前对边坡工程稳定性分析和处治技术的研究还是较为薄弱的， 存在实践超前理论的现象，因而对边坡稳定性及其有效防治技术进行 深入研究具有广泛的理论意义和应用价值。 本文的研究课题主要涵盖了以下几个方面的主要内容： ( 1 ) 对边坡工程的有关概念、研究现状、研究内容和研究方法 进行了简单介绍。 ( 2 ) 分析研究了边坡工程稳定性的影响因素，介绍了当前边坡 工程稳定性分析的主要方法，指出了各自的优缺点和适用性。 ( 3 ) 分析研究了边坡工程的处治技术，指出了边坡工程防治设 计的基本原则、常用措施及使用范围，提出了边坡防治方案的比选和 优化。 ( 4 ) 结合一工程实例，采用理正深基坑支护结构设计软件5 0 对郴州市燕泉商业广场边坡工程进行设计计算，提出了该边坡的最优 支护治理方案。 ( 5 ) 介绍了边坡工程监测的目的与意义、内容和方法，结合具 体的监测数据对边坡的变形进行分析说明。 关键词边坡，稳定性分析，处治技术，边坡监测 中南人学硕十学位论文 a b s t r a c t a bs t r a c t s l o p e e n g i n e e r i n g i sa na n c i e n ta n de v e rn e wp r o b l e m s i n c o n s t r u c t i o ne n g i n e e r i n g s l o p ef a i l u r ec a u s e db yt h el a n d s l i d e sa n d a v a l a n c h e sd i s a s t e r so f t e nb r i n gg r e a tl o s so fl i f ea n dp r o p e r t y s l o p e e n g i n e e r i n gi s t h e s t u d yo f d i f f e r e n tt y p e so fs l o p es t a b i l i t ya n di t s e f f e c t i v ep r e v e n t i o na n dc o n t r o lt e c h n o l o g y w i t ht h e i m p r o v e m e n t o fm a t e r i a la n dt e c h n o l o g i c a l p r o g r e s s ，a n dr e s e a r c ho nt h ea p p l i c a t i o n o ft h es l o p ew i l lb e c o m em o r ef u l la n d p e r f e c t b u to v e r a l l ，t h ec u r r e n t s t a b i l i t yo fe n g i n e e r i n ga n a l y s i s a n dd i s p o s a l t e c h n o l o g y r e s e a r c hi s r e l a t i v e l yl a c k i n g ，t h e r e i sp r a c t i c ea h e a do f t h e o r ya n d ，t h e r e f o r e ， e f f e c t i v ec o n t r o lo ft h e s l o p es t a b i l i t y a n dd e p t ho ft e c h n o l o g yh a s b r o a dt h e o r e t i c a ls i g n i f i c a n c ea n da p p l i c a t i o n r e s e a r c ha r t i c l em a i n l yc o v e r st h ef o l l o w i n gm a i na s p e c t s ： ( 1 ) t h ec o n c e p to fs l o p ee n g i n e e r i n g ，r e s e a r c hs t a t u s ，c o n t e n ta n d r e s e a r c hm e t h o ds w e r ei n t r o d u c e d ( 2 ) s l o p es t a b i l i t yf a c t o r s w e r ea n a l y z e da tt h es a m e t i m e ，t h e c u r r e n ts l o p es t a b i l i t y a n a l y s i sm e t h o d s a n dt h e i r a d v a n t a g e s a n d d i s a d v a n t a g e s ，a p p l i c a b i l i t y t ob ei n t r o d u c e d ( 3 ) t r e a t m e n to f t h es l o p e e n g i n e e r i n gt e c h n o l o g y , p o i n t e d o u t t h ee n g i n e e r i n gd e s i g no ft h eb a s i cp r i n c i p l e so fp r e v e n t i o n ，u s e o fc o m m o nm e a s u r e sa n dp r o p o s e ds l o p ec o n t r o ls c h e m ec o m p a r i s o na n d o p t i m i z a t i o n ( 4 ) w i t ha ne n g i n e e r i n ge x a m p l e ，t h e u s eo fl i z h e n gd e e p f o u n d a t i o np i ts u p p o r ts o f t w a r ev e r s i o n5 0i nc h e nz h o uc i t yy a nq u a n c o m m e r c i a lp l a z a e n g i n e e r i n gd e s i g n ， m a d et h eb e s to ft h es l o p e s u p p o r t i n gg o v e r n a n c ep r o g r a m ( 5 ) d e s c r i b e st h es l o p ee n g i n e e r i n gp u r p o s ，s i g n i f i c a n c e ，c o n t e n ta n d m e t h o d so fm o n i t o r i n g ，c o m b i n e dw i t hs p e c i f i cm o n i t o r i n gd a t aa n a l y s i s s h o w st h a tt h es l o p eo ft h ed e f o r m a t i o n k e yw o r d s s l o p e ，s t a b i l i t ya n a l y s i s ，d i s p o s a lt e c h n o l o g y , s l o p e m o n i t o r i n g i i 中南人学硕士学位论文 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i 第1 章绪论1 1 1 概述1 1 1 1 边坡工程的概念1 1 1 2 边坡工程的重要性及分级2 1 2 边坡工程研究的基本特点和研究方法3 1 2 1 当前边坡工程研究的特点3 1 2 2 边坡工程的研究方法4 1 3 研究内容及意义5 第2 章边坡工程稳定性分析方法及处治技术研究6 2 1 概j 走6 2 2 边坡稳定性分析方法6 2 2 1 稳定性分析方法6 2 2 2 稳定性分析方法的选择1 1 2 3 边坡工程处治技术研究一1 1 2 3 1 边坡处治工程地质勘察1 1 2 3 2 边坡防治常用措施及使用范围1 2 2 3 3 边坡防治方案比选及优化1 3 2 4 本章小结。1 4 第3 章边坡工程加固实例15 3 1 工程概况1 5 3 2 工程区域地质情况1 5 3 2 1 气象条件l5 3 2 2 边坡工程地质条件15 3 2 3 边坡稳定性分析1 6 3 3 边坡支护结构设计计算一1 7 3 3 1 边坡处治方案选择17 3 3 2 支护结构设计1 9 3 3 3 边坡总体处治方案设计4 5 3 4 信息化施工5 1 i i i 中南人学硕士学位论文目录 3 4 1 后效监测51 3 4 2 信息施工51 3 5 本章小结5 2 第4 章边坡工程监测5 3 4 1 概j 苤5 3 4 2 边坡工程变形监测5 3 4 2 1 建筑边坡工程变形监测依据5 3 4 2 2 边坡工程变形监测系统5 5 4 3 边坡工程监测实例。5 7 4 3 1 工程概况5 7 4 3 2 监测主要依据5 7 4 3 3 监测方法与设备5 7 4 3 4 监测数据及监测结论5 8 4 4 本章小结6 1 第5 章结论与展望6 2 5 1 结论。6 2 5 2 展望。6 2 参考文献6 4 致谢6 8 攻读硕士期间主要科研成果6 9 i v 中南大学硕士学位论文第1 章绪论 1 1 概述 第l 章绪论 建筑边坡支护技术，涉及工程地质、水文地质、岩土力学、支护结构、锚固 技术、建筑材料工程、施工及监测等多门学科，边坡支护理论及技术发展也较快， 部分工程实践存在超前现象；但因勘察、设计、施工、监理、监测、管理和维护 不当，部分已修的支护结构工程质量低劣，已建的边坡工程中时有垮塌事故和浪 费现象发生，造成国家和人民生命财产严重损失，滋生了社会不安定因素，同时 遗留了一些安全度、耐久性及抗震性能低的边坡支护结构物带来了严重的安全隐 患。正确、合理、经济地设计边坡工程，确保建筑物工程的安全是每一个工程技 术人员都关注的问题i lj 。 1 1 1 边坡工程的概念 1 ) 边坡工程的有关概念【2 】 建筑边坡：在建( 构) 筑物场地或其周边，由于建( 构) 筑物和市政工程开 挖或填筑施工所形成的人工边坡和对建( 构) 筑物安全或稳定有影响的自然边坡， 简称边坡。 临时性边坡：工作年限不超过2 年的边坡。 永久性边坡：工作年限超过2 年的边坡。 工程滑坡：因工程行为而诱发的滑坡。 信息施工法：根据施工现场的地质情况和监测数据，对地质结论、设计参数 进行验证，对施工安全性进行判断并及时修正旌工方案的施工方法。 动态设计法：根据信息施工法和施工勘察反馈的资料，对地质结论、设计参 数及设计方案进行再论证，如确认原设计条件有较大变化，及时补充、修改原设 计的设计方法。 岩体结构面：岩体内开裂的和易开裂的面。如层面、节理、断层、片理等。 又称不连续构造面1 3 j 。 支挡结构：使岩土边坡保持稳定，控制位移而建造的构筑物。 2 ) 滑坡工程的有关概念【4 】 滑坡：斜坡上的岩土体沿某一界面发生剪切破坏向坡下运动的现象。 滑体：沿滑动面做整体滑动变形的岩土体。 中南大学硕士学位论文 第1 章绪论 滑带：滑体与滑床之间的软弱岩土夹层。 滑床：滑带土下的不动岩土体。 3 ) 基坑工程的有关概念1 5 l 建筑基坑：为进行建筑物( 包括构筑物) 基础与地下室所开挖的地面以下空 间。 基坑侧壁：构成建筑基坑围体的某一侧面。 基坑支护：为保证地下结构施工及基坑周边环境的安全，对基坑侧壁及周围 环境采用的支挡、加固与保护措施。 4 ) 边坡、滑坡、基坑的关系【6 。2 7 】 边坡、滑坡、基坑均属于岩土工程中广义边坡的范畴，但边坡、滑坡、基坑 在不同条件下其概念又有所差异。就建筑范畴而言，边坡支护结构主要属构筑物， 一般为建筑物的环境工程，特殊条件下为建筑基坑的一部分，在山区建筑中，有 一部分边坡既是建筑边坡，又是建筑基坑；基坑为地下室空间，一般仍属于建筑 物范围，通常建筑物外墙可兼作支护结构，山区地基和软土地基建筑基坑的控制 和设计有很大差别，实际工程设计时不可混为一谈；滑坡通常属于地质灾害的范 畴，未经治理的滑坡场地不应作为建筑场地使用，滑坡影响范围远比建筑边坡影 响范围广，产生的危害也比建筑边坡大，在很特殊的情况下，滑坡控制才由岩土 压力控制，通常情况下滑坡推力由滑坡体下滑力、动水压力等因素控制。 1 1 2 边坡工程的重要性及分级 根据边坡工程的重要性及破坏后果的危害性，对边坡工程安全性有3 条规定 1 2 s - 3 5 1 ： 1 ) 边坡工程应按其损坏后可能造成的后果( 危及人的生命、造成经济损失、 产生社会不良影响) 的重要性、边坡类型和坡高等因素，根据表确定边坡的安全 等级。 2 ) 破坏后果很严重、严重的下列建筑边坡工程，其安全等级应定位一级： ( 1 ) 由外倾软弱结构面控制的边坡工程； ( 2 ) 危岩、滑坡地段的边坡工程； ( 3 ) 边坡滑塌区内或边坡影响区内有重要建( 构) 筑物的边坡工程。破坏 后果不严重的上述边坡工程的安全等级可定为二级。 3 ) 边坡塌滑区范围可按下式估算： l = h t a n g ( 0 1 ) 式中：工边坡坡项塌滑区边缘至坡底边缘的水平投影距离( m ) ； 日边坡的高度( m ) ： 2 中南大学硕上学位论文第1 章绪论 秒边坡的破裂角( 。) 。对于土质边坡可取4 5 。+ 妒，缈为土体的 内摩擦角；对岩质边坡可按规范确定。 表1 - 1 边坡工程安全等级分类表 1 2 边坡工程研究的基本特点和研究方法 1 2 1 当前边坡工程研究的特点 1 ) 充分利用边坡自身的承载能力【3 “3 】 组成边坡的岩土体本身就是可以利用和依靠的资源，是天然建筑材料。但是， 组成边坡的土体一般自身强度不高，即使岩体也由于结构面的切割而呈现不均质 和各向异性，客观条件十分复杂。因此，要在这类岩土体上建成边坡工程，必须 适应当地的岩土体条件，充分利用岩土体自身的承载能力，通过各种有效的手段， 使这些不均质的岩体或土体成为完整的结构。 2 ) 先进设备、仪器、工具的广泛应用 由于现代施工技术的发展，电子计算的广泛应用以及先进施工机具和试验测 试仪器的不断完善，使人们有条件对及其复杂的岩土工程问题进行研究、分析和 具体工程处理。为了完成这些工程任务，必须善于充分利用这些先进的手段。 3 ) 全面研究即系统工程研究 边坡工程研究涉及较多专业，如地质学、力学、工程学等，需要深入研究它 中南大学硕上学位论文第1 章绪论 们之间的内在联系。单学科的研究是必要的基础条件，但是还需要将众多单学科 结合起来这个充分条件。只有在这样的必要条件和充分条件均具备的情况下边坡 工程问题研究才能落到实处。由于边坡工程涉及的专业覆盖面非常宽，应尽量避 免孤立地研究问题，因此，边坡工程研究强调建立研究系统即针对不同的岩土体 条件建立相应的研究系统。 4 ) 全面研究并掌握工作重点 由于边坡工程涉及专业面非常宽，研究工作又不可能面面俱到，因而，必须掌握 工作的重点，否则，工作量将十分巨大，工作也可能杂乱无章、事倍功半。因此， 研究边坡工程，既要将它们有机地结合起来，又要掌握重点，这是岩土工程的灵 魂。 5 ) 多学科知识和广泛的工程实践经验 由于岩土条件各异，各岩土体工程性质差异较大，因此，掌握多学科知识以 及广泛的工程经验，是从事岩土工程研究的科技人员所必需的基础条件。 1 2 2 边坡工程的研究方法 由前所述，边坡工程研究必须充分认识边坡、尽力保护边坡、有效而适时地 防治边坡及全过程监测边坡，我们称之为边坡工程问题研究的四项基本原则。在 执行以上四项原则过程中，必须充分考虑它们之间的有机联系，使各项工作之间 紧密结合，才能获得最佳效果5 2 1 。用如下关系图说明将更为明显。 图1 - 1 以往研究顺序 认识 支护 图1 - 2 现在的研究顺序 图1 - 3 建议的研究顺序 4 中南人学硕士学位论文第1 章绪论 1 ) 以往一般的工作程序如图1 1 所示。 2 ) 近年来许多专家提出了监测控制法，强调反分析。实际工程中，它们之 间也发生了许多联系，现用图1 2 说明。 3 ) 建议在边坡工程研究中建立如下工作关系( 图1 3 ) 。 图1 3 中还可以用各圆圈的不同大小来表示该项工作的范围及其重要性。这 里首先强调认识边坡，其次是保护边坡，第三是支护边坡，最后是监测边坡。而 常规的工作方法时将认识边坡放在首位，其次是支护边坡，最后才是保护和监测 边坡。与常规工作方法不同的是这强调了保护边坡。进年来这方面已有很大进展， 但是还未能得到广泛和足够的重视，因此，常有事故发生。 1 3 研究内容及意义 边坡稳定问题是工程建设中经常遇到的问题，例如建筑的切坡、水库的岸坡、 渠道边坡、隧洞进出口边坡、拱坝坝肩边坡以及公路或铁路的路堑边坡等，都涉 及到稳定性问题。边坡的失稳，轻则影响工程质量与施工进度，重则造成人员伤 亡与国民经济的重大损失。因此，不论土木工程还是水利水电工程，边坡的稳定 问题经常成为需要重点考虑的问题。国际上将滑坡( 崩塌) 、泥石流和火山、地 震并列为全球性地质灾害。随着物质文明的提高和科技的进步，对边坡的应用和 研究也就越发充分和完善。但总的来说，目前对边坡工程稳定性分析和处治技术 的研究还是较为薄弱的，存在实践超前理论的现象，因而研究各种不同类型边坡 的稳定性及其有效防治技术具有广泛的理论意义和应用价值。本论文的主要研究 内容如下： 1 ) 对边坡工程的有关概念、研究现状、研究内容和研究方法进行了简单介 绍。 2 ) 分析研究了边坡工程稳定性的影响因素，介绍了当前边坡工程稳定性分 析的主要方法，指出了各自的优缺点和适用性。 3 ) 分析研究了边坡工程的处治技术，指出了边坡工程防治设计的基本原则、 常用措施及使用范围，提出了边坡防治方案的比选和优化。 4 ) 结合一工程实例，采用理正深基坑支护结构设计软件5 0 对郴州市燕泉 商业广场边坡工程进行设计计算，提出了该边坡的最优支护治理方案。 5 ) 介绍了边坡工程监测的目的与意义、内容和方法，结合具体的监测数据 对边坡的变形进行分析说明。 5 中南大学硕士学位论文 第2 章边坡工程稳定性分析方法及处治技术研究 第2 章边坡工程稳定性分析方法及处治技术研究 2 1 概述 在评价一个边坡工程时，应当先进行边坡稳定性分析，根据地质体结构特征 确定边坡可能的破坏形式，针对不同破坏形式采用相应的分析方法。在得到稳定 性分析结果之后，再根据地质和工程情况，确定合理的处治技术，选择安全、经 济的设计方案，最后取得满意的支护效果。 2 2 边坡稳定陛分析方法 2 2 1 稳定性分析方法 1 ) 工程地质类比法 工程地质类比法是指把所要研究的边坡与已取得勘察资料、建筑经验地质条 件类似的岩坡进行对照，并作出工程地质评价的方法，又称工程地质比拟法。主 要是对已有边坡的岩性、结构、自然环境、变形主导因素和发育阶段等作全面分 析，并拟拟建边坡作出相似性的比较，评价拟建边坡的稳定性和发展趋势。例如， 从失稳边坡与稳定边坡在地貌上不同的特征来判断边坡的演变和稳定性；从边坡 的结构和作用等因素的组合来判断边坡稳定性的变化趋向等。 ( 1 ) 边坡稳定条件形态对比法 稳定边坡形态要素一般有以下规律性，对于待分析的边坡可以与之相比较并 定性地初步判断该边坡是否稳定。 自然斜坡的外形受地质结构、岩性、气候条件、地下水赋存状况、坡向 等多因素影响。由于重力因素的作用，通常稳定的高边坡要比稳定的低边坡平缓。 影响边坡的重力、岩性、岩体结构构造、气候条件、坡向相同时，人工 边坡较自然斜坡可维持较陡的坡度。 ( 2 ) 边坡失稳条件对比法 通过对拟建边坡进行长期观测和与邻近同类边坡的相似性对比，结合边坡出 现的对稳定性有影响的下列不利地质条件( 失稳因素) ，确定这些不利条件对边 坡稳定影响的程度，作出边坡稳定性判断。 边坡及其邻近地段滑坡、崩塌、陷穴等不良地质现象； 岩质边坡中的泥岩、页岩等易风化、软化岩层或软硬交互的不利岩层组 6 中南大学硕：l 二学位论文第2 章边坡工程稳定性分析方法及处治技术研究 合； 土质边坡中网状裂隙发育，有软弱夹层，或边坡体由膨胀岩土层组成； 软弱结构面与坡面倾向一致，或交角小于4 5 。且结构面倾角小于坡角， 或基岩面倾向坡外且倾角较大，即边坡存在外倾结构面； 地层渗透性差异大，地下水在弱透水层或基岩面上积聚流动，断层及裂 隙中有承压水露出； 坡上有漏水，水流冲刷坡脚或因河水位急剧升降引起岸坡内动水压力的 强烈作用； 边坡处于强震区或邻近地段采用大爆破施工。 2 ) 刚体极限平衡法 刚体极限平衡法是将边坡稳定问题当作刚体平衡问题来研究，因此有它以下 基本假定： ( 1 ) 将组成滑坡体的岩土视为刚体，用理论力学原理分析其处于平衡状态 时必须满足的条件。 ( 2 ) 假设滑动块体沿滑面或沿块体之间的错动面处于极限平衡状态，及作 用于滑动面上的力满足库伦屈服准则。 ( 3 ) 滑面可简化为圆弧面、平面或折面。对于岩质边坡，优势面及其组合 构成了岩坡分离体和滑动边界，也就是说优势面控坡。 在稳定性分析中，对于仅有单一滑面的简单滑坡，根据基本假设完全可以确 定稳定性分析中所出现的未知数。但在复杂状态下，亦即边坡体被分割成几何形 态比较复杂的岩土块，这时只凭刚体极限平衡法中的基本假定已无法确定数目较 多的未知数。因此，必须在基本假设之外，再根据具体情况增添若干补充假定， 在这些补充假定中，有的假定岩土块之间接触面上作用力的方向，有的假定x 接触面上作用力的分布，也有的假定该作用力的位置等。由于分析的观点不同， 采用补充假定的方式也不同，因此，在刚体极限平衡法中，又派生出各种不同类 型的解法。 ( 1 ) 圆弧法稳定性分析瑞典条分法 圆弧法最初是由瑞典科学家研究出来的。瑞典国家铁路岩土工程委员会在大 量实地滑坡调查的基础上研究了滑坡稳定分析圆弧法，于1 9 1 6 年由贺尔汀 ( h h u l t i n ) 和裴德逊( p e t t e r s o n ) 首先提出，后由费伦纽斯( w f e l l e n i u s ) 修改 并在全世界各国普遍推广应用，被太沙基认为是现今岩土工程中的一个里程碑。 如图2 1 所示，设其由均质材料构成，其抗剪强度服从库伦定律： 0 。c + 仃2 c + 盯。t a n f o ( 2 1 ) 7 中南大学硕士学位论文 第2 章边坡工程稳定性分析方法及处治技术研究 o 图2 - 1 瑞典条分法计算简图 式中：c 黏聚力( 1 ( p a ) ； 矽内摩擦角； 厂摩擦系数； 仃剪切面上的法向压应力( k p a ) 。 当有孔隙压力存在时，可按有效应力法分析，此时仃指材料颗粒间的有效压 应力，即接触应力，而c 及c , o 亦分别表示与此相应的有效黏聚力及有效内摩擦角。 瑞典条分法的基本假定和计算方法如下： 假定问题是平面性质。 假定可能的剪切面是一个圆弧，其位置及安全系数通过试算确定，即作 若干个不同的圆弧，计算其相应的稳定系数k ，其中最危险的( k 值最低) 圆弧 以及相应的k 值就是该边坡的滑裂面及相应的稳定系数。 各圆弧上的k 值可按式( 2 2 ) 计算： ，剪切面上能提供的抗滑力矩帆：=i二 一 滑动力矩螈( 2 - 2 ) 所有这些力矩都以圆弧的圆心d 为矩心。 作用在滑动体上所有力( 除圆弧面上的抗滑力) 对d 点的力矩叠加，即 为心。如果仅承受自重作用，可将滑动体分为刀个竖向分条计算每一分条的重 量彬，令彬作用线到矩心o 的平均距离为五，则： l m o 。彬。毛( 2 - 3 ) 以下为简化将简写为。如果在滑动体上还作用其他外力，例如表面荷载、 百 地震惯性力等，则可在心的公式中放进上述各力对圆心d 的力矩。 抵抗力矩m r 可按式( 2 5 ) 计算：计算每一分条在底面上所能提供的最大 抗滑剪力： 3 中南大学硕上学位论文第2 章边坡工程稳定性分析方法及处治技术研究 s i 。c l l i 七) i i 式中m 是作用在第f 号分条的底面上的有效法向应力， ( m ) 。于是 坂= s r = 尺( q + z f ) 由于各分条的f 等于彬c o s a ，则 螈= r ( 啊+ z 形c o s q ) 式中嘭是第f 号分条底面与水平面的夹角，则： k = 坐端产 将薯= r s i n a , 代入式( 2 7 ) ，简化后有： k = 一 如果沿整个圆弧面c 及为常量，则有： 肛紫 式( 2 9 ) 可改写为： ( 2 - 4 ) 是该分条底面长度 ( 2 - 5 ) ( 2 - 6 ) ( 2 - 7 ) ( 2 - 8 ) ( 2 - 9 ) 导三+ 专z i e , c o s a , 。= ：罢l 一= 1 y 形s i n a ， 一1 ( 2 l o ) 如上所述，瑞典条分圆弧法最重要的两条假定为： 滑动面是个圆弧，稳定系数可根据绕圆心的抵抗力矩与滑动力矩的比值 来确定； 计算中不考虑分条之间的相互作用力，所以每个分条底部的反力可以直 接由该分条上的荷载算出。 对于土坡、没有结构面的岩坡、强风化或非常破碎的岩坡，在一定条件下可 看作平面问题，采用圆弧法进行稳定分析。 由于圆心和滑动面是任意假定的，因此要假定多个圆心和相应的滑动面作类 似的分析并进行试算，从中找到最小的稳定系数即为该边坡的稳定系数，其对应 的圆心和滑动面即为最危险的圆心和滑动面。 ( 2 ) 改进的条分法 瑞典条分法假定滑动面是圆弧，且不考虑分条间的作用力，虽然简化了计算 工作，但计算结果与实际情况出入较大。一般来讲，最危险的滑动面并非圆弧。 边坡愈不均质，真正的临界滑动面偏离圆弧愈甚。关于分条间的作用力，不论边 坡内实际存在的应力状态或失稳时的临界应力状态，在分条间必然存在着相互作 用力，包括水平向的压力和竖向剪力。不计这些力的影响，不仅在理论上不可行 9 中南大学硕士学位论文 第2 章边坡工程稳定性分析方法及处治技术研究 ( 特别对于由松散材料组成边坡，如无侧向压力e ，分条根本不能稳定) ，而且 对稳定系数有较大的影响。为了合理的推求稳定系数，在计算中必须考虑它们的 作用。对于这个问题主要有4 种方法： 假定分条间推理方向的分析法一传递系数法； 力多边形法岩坡稳定分析； 力的代数叠加法岩坡稳定分析； s a r m a 法。 3 ) 考虑滑动面变形的边坡块体稳定性分析 刚体极限平衡法分析边坡稳定性由于不考虑周围结构面的变形性能及其力 矩平衡条件，忽略了沿计算假定滑动方向垂直方向的剪切阻力，故既不能给出块 体的位移，也不能给出块体界面的应力，而且得到的稳定系数往往偏大。尤其是 当滑面存在大片拉裂区时，仍用原滑面面积进行计算，即使滑面存在较小的黏聚 力，也足以引起稳定系数的较大增加。因此必须研究滑动面内的应力位移分布， 并由此分析边坡的稳定性，这就是考虑滑动面变形的块体稳定分析方法。 4 ) 边坡稳定性数值分析方法 边坡稳定性应遵循以定性分析为基础，以定量计算为重要辅助手段，进行综 合评价的原则。在推求稳定系数时通常能合理假定滑裂面形状时可采用传统分析 方法，但由于传统分析方法是建立在极限平衡理论基础上的各种稳定性分析方 法，没有考虑岩土体内部的应力应变关系，无法分析边坡破坏的发生和发展过程， 无法考虑变形对边坡稳定的影响，无法考虑岩土体与支挡结构的共同作用及其变 形协调。因此，当边坡破坏机制复杂或边坡分析需要考虑应力变形时，宜结合数 字分析方法进行分析。目前，基于数值分析的边坡稳定分析方法主要有：有限单 元法( f e m ) 、快速拉格朗日法( f l a c 法) 、离散元法( d e m ) 等，另外也出现 了非确定性的分析方法可靠度法及与计算智能相结合的智能分析方法等新 方法。 5 ) 基于随机模拟的边坡稳定分析法 随机模拟，是一种通过对随机变量的随机模拟和统计试验，来解决数学物理 和工程技术问题近似解得方法。随着要处理的问题日益复杂，传统的解析方法已 不能很好处理，由于计算机的迅猛发展，这一方法也迅速得到了发展。这种方法 的优点是概念上比较简单，因而能用于求解复杂的问题；一般不需要什么连续性、 可微性等严格限制，而且特别适用于高微的数学问题。它的缺点是计算量大，计 算精度一般不是很高，而且还是概率意义下的精度。所以，随机模拟方法一般用 在无法用传统的物理试验或数学方法进行处理的复杂问题的求解中。在边坡稳定 性分析中已有较广泛的应用。 1 0 中南大学硕士学位论文 第2 章边坡工程稳定性分析方法及处治技术研究 2 2 2 稳定性分析方法的选择 在进行边坡稳定性计算之前，应根据边坡水文地质、工程地质、岩体结构特 征以及已经出现的变形破坏迹象，对边坡的可能破坏形式和边坡稳定性状态作出 定性判断，确定边坡破坏的边界范围、边坡破坏的地质模型，对边坡破坏趋势作 出判断。根据边坡的类型和可能的破坏形式，可按照五个原则确定边坡的稳定性 计算方法，分别为：采用圆弧滑动法计算土质边坡和较大规模的碎裂结构岩质边 坡；采用平面滑动法计算可能产生平面滑动的边坡；采用折线滑动法计算可能产 生折线滑动的边坡；采用赤平极射投影和实体比例投影相配合的方法分析结构复 杂的岩质边坡；遇到破坏机制复杂的边坡时可结合数值分析法进行分析。 2 3 边坡工程处治技术研究 对边坡进行稳定分析以后，若边坡不稳定或有潜在失稳的可能，而边坡的破 坏将导致建筑物破坏、道路阻塞或其他重大损失时，一方面要加强监测，同时应 根据边坡岩体的工程性质、环境因素、地质条件、植被完整性、地表水汇集等因 素进行综合治理，采用防治措施来改善边坡的稳定性【5 3 。6 5 1 。 2 3 1 边坡处治工程地质勘察 一级建筑边坡工程应进行专门的岩土工程勘察；二、三级建筑边坡工程可与 主体建筑勘察一并进行，但应满足边坡勘察的深度和要求。大型的和地质环境条 件复杂的边坡宜分阶段勘察；地质环境复杂的一级边坡工程尚应进行施工勘察。 按照岩土工程勘察规范( g b 5 0 0 2 1 9 _ 0 0 3 ) 以及相关的规范规程的有关规定对边 坡工程处治进行地质勘察。 边坡工程勘察应查明下列内容： 1 ) 地形地貌特征； 2 ) 岩土的类型、成因、性状、覆盖层厚度、基岩面的形态和坡度、岩石风 化和完整程度； 3 ) 岩、土体的物理力学性能； 4 ) 主要结构面( 特别是软弱结构面) 的类型和等级、产状、发育程度、延 伸程度、闭合程度、风化程度、充填状况、充水状况、组合关系、力学属性和与 临空面的关系； 5 ) 气象、水文和水文地质条件； 6 ) 不良地质现象的范围和性质； 中南大学硕士学位论文第2 章边坡工程稳定性分析方法及处治技术研究 7 ) 坡顶邻近( 含基坑周边) 建( 构) 筑物的荷载、结构、基础形式和埋深， 地下设施的分布和埋深。 边坡工程勘探宜采用钻探、坑( 井) 探和槽探等方法，必要时可辅以硐探和 物探方法。勘探范围应包括不小于岩质边坡高度或不小于1 5 倍土质边坡高度， 以及可能对建( 构) 筑有潜在安全影响的区域。控制性勘探孔的深度应穿过最深 潜在滑动面进入稳定层不小于5 m ，并应进入坡脚地形剖面最低点和支护结构基 底下不小于3 m 。 2 3 2 边坡防治常用措施及使用范围 1 ) 边坡防治常用措施的分类 边坡防治措施分类方法很多，一般有按支挡结构的材料、结构形式、设置位 置、设置地区等进行划分的多种方法，常见的有： ( 1 ) 按结构形式划分：重力式挡土墙( 包括衡重式挡土墙) 、悬臂式挡土墙、 扶壁式挡土墙、加筋土挡土墙、锚定板挡土墙、抗滑桩加桩板式挡土墙、锚杆挡 土墙、土钉墙、预应力锚索加固技术和由此发展而来的锚索桩等桩索复合结构、 桩基托梁挡土墙。 ( 2 ) 按设置支挡结构的地区条件划分：边坡防治措施可分为一般地区、地 震地区、浸水地区、以及不良地质地区和特殊岩土地区等。 ( 3 ) 按支挡结构的材料划分：边坡防治措施可分为浆砌片石支挡结构( 如 浆砌片石挡土墙) 和混凝土支挡结构( 如混凝土挡土墙、桩板墙、抗滑桩等) 、 土工合成材料支挡结构( 如包裹式加筋土挡土墙) 以及复合型支挡结构( 如卸荷 板式或托盘式挡土墙、土钉墙、预应力锚索、锚索桩等) 。 2 ) 边坡常用支挡结构类型介绍 边坡支挡结构形式可根据场地地质条件和环境条件、边坡高度以及边坡工程 安全等级等因素，参照表2 1 选定。 表2 - 1 边坡支挡结构常用形式 1 2 中南大学硕士学位论文第2 章边坡工程稳定性分析方法及处治技术研究 续上表 2 3 3 边坡防治方案比选及优化 地层的工程性质、水文地质条件、荷载的特性、使用要求、原材料供应及施 工技术条件等因素决定了边坡处治方案的选择。使用上安全可靠、施工技术上简 便可行、经济上合理为方案选择的基本原则。通常需作几个不同的方案进行对比 分析，从而得到适宜合理的设计与施工方案。 1 ) 方案比选前的认真调查研究 充分进行方案比选之前需要做的调查研究工作主要有：认真进行调查研究， 广泛收集资料，查明山体和地基的工程地质、水文地质条件，获取必要的岩土物 理力学参数。各类支挡工程设计都应根据工程用途、工程地质条件等做好支挡结 1 3 中南大学硕士学位论文 第2 章边坡工程稳定性分析方法及处治技术研究 构的方案与清方减载或其他能代替支挡结构的结构物方案的比选工作。 2 ) 支挡结构设计需要进行的方案比选工作 根据工程的需要，结合工程总平面布置图及相应的工程地质资料，确定支挡 结构的起、终点位置；根据工程特点、地质条件、当地材料供应情况，进行支挡 结构类型的方案比选；对支挡结构建筑材料及截面尺寸进行比选。 3 ) 综合考虑各因素进行方案比选 在满足技术可行、安全可靠的前提下，进行设计方案的比选时，需综合考虑 施工条件、环境影响及造价等因素。 2 4 本章小结 本章主要对边坡稳定性的影响因素、常用的边坡稳定性分析方法及边坡工程 处治技术进行了归纳总结，对比了各种分析方法的优缺点，并着重介绍了目前应 用最广的基于刚体极限平衡理论的圆弧稳定性分析法( 又称瑞典条分法) ，指出 常用边坡工程处治措施的优缺点和适用性，建议边坡处治工程必须进行方案比选 和优化设计，以确保工程安全，取得最佳支挡效果。 1 4 中南大学硕七学位论文 第3 章边坡工程加固实例 3 - 1 工程概况 第3 章边坡工程加固实例 郴州市新世纪湘南房地产开发有限责任公司拟在桔园路南段西面兴建1 2 撑号 栋商住楼，其西面为一高差约1 3 0 0 - - 1 7 9 0 m 的土质边坡，坡脚为片石挡土墙， 坡项为翠微园住宅小区，1 6 4 、l 尹、1 8 4 、1 9 4 四栋小区住宅楼距离坡顶边线 0 7 m 9 2 m 不等。拟建建筑物位置在整个坡体内，为1 0 层商品住宅楼，建筑时 需拆除原有片石挡土墙。 3 。2 工程区域地质情况 3 2 1 气象条件 本区属于亚热带季风湿润气候，日照强烈，四季分明。春季阴雨连绵，温低 湿重；夏季降雨充沛，并常形成暴雨，温高湿重；秋季秋高所爽，降雨适中，也 常有暴雨；冬季寒冷干燥，降雨量少。年降雨量1 0 8 5 - - 2 2 4 7 m m ，多年平均降雨 量1 4 6 6 5 m m ，日最大降雨量2 9 5 3 m m ，雨季主要集中在3 9 月，无霜期2 8 0 天，年平均风速2 2 m s ，最高气温4 1 3 ，最低气温9 c ，年平均气温为1 4 8 c 。 3 2 2 边坡工程地质条件 1 ) 边坡的地形、地貌 本边坡地势变化较大，最大高差约1 8m ，海拔高程在1 8 0 4 0 - - 一1 9 8 o m 之间。 地貌单元属于坡地，场地东低西高，坡角约3 6 - - 一4 1 度，坡脚处砌筑高约5 5 , - 一6 o m 的挡土墙。坡上为阜康房地产公司开发的翠微源住宅区，坡下为桔园路。坡体中 施工了部分房屋基桩，坡底作了堆土反压。 本场地内及附近无大的或次级断裂构造带通过。 2 ) 地层特征 本场地的地层结构自上而下分为：人工填土、粘土、含碎石粘土、软粘土和 石灰岩等。 ( 1 ) 人工填土：由人工堆填而成，主要成份为粘性土，结构很松散，具有 高压缩性，底部的结构相对较密实，不均匀地含少量灰岩碎石、块石。层厚约 1 0 0 , - - - 1 6 3 0m ，东薄西厚，层底标高为1 7 7 0 - 18 0 4 2m ，表层含有少量的建筑 1 5 中南大学硕二仁学位论文 第3 章边坡工程加固实例 垃圾、有机质和植物根。 ( 2 ) 粘土：坡积成因，褐红色、褐黄色，一般上部质较纯，下部含有少量 铁锰质或铁锰质结核及灰岩碎石，自上而下由坚硬状态渐变为硬可塑状态，絮状 结构，干强度和韧性高，裂面稍有光泽，无摇振反应。层厚约1 5 2 2 7 2 m ，