坝坡稳定性研究-水利水电毕业答辩论文

坝坡稳定性研究 东北农业大学学士学位论文学号： 151053006213001 坝坡稳定性研究 TheThe damdam slopeslope stabilitystability studystudy 学生姓名： 指导老师： 所在院系：网络教育学院 所学专业：水利水电工程 研究方向：水利水电 东 北 农 业 大 学 中国哈尔滨 2016 年 11 月 坝坡稳定性研究 内容摘要 坝坡稳定是水利工程中很受关注问题，坝坡失稳造成的滑坡运动不仅引起局部环境破 坏，还危害和威胁人民生命财产的安全及经济建设的发展。本文论文主要对坝坡稳定的破坏 原因、形式及防治的措施进行研究。首先针对坝坡稳定破坏进行调查，简单介绍滑坡危害， 对坝坡稳定研究进行概述，分析坝坡失稳的原因并提出相应的防治措施。结合清平水库瓦窑 堡水利工程坝坡失稳实例，进行具体的原因分析，并针对存在问题提出4 条改进建议和防治 措施。 关键词：坝坡；稳定；破坏原因；防治措施 坝坡稳定性研究 Content in this paper, Dam slope stability is very popular problem in hydraulic engineering, dam slope instability caused by the landslide movement not only cause bureau Department of environmental damage, harm and threat to peoples life and property safety and the development of economic construction. This paper main .To damage to the dam slope stability, form reason and prevention measures were studied. In view of the dam slope stability damage in the first place,Investigation, simple introduction of landslide hazard, the dam slope stability research are summarized, analyzed the cause of the dam slope instability.And put forward the corresponding prevention measures. WaYaoBao water conservancy project in qingping reservoir dam slope instability instance, concrete.Analysis of the causes, and in view of the problems put forward four Suggestions for improvement and prevention measures. Key words: dam slope; Stable; Damage reason; Prevention and control measures 坝坡稳定性研究 目录 内容摘要. . .1 引言. . .1 坝坡稳定性概述. 1 1.1 坝坡失稳的调查. 1 1.2 滑坡的危害. 1 1.3 研究课题的提出. 2 2 滑坡的原因分析. 2 2.1 滑坡的分类. 2 2.2 地质原因引起滑坡. 2 2.3 降雨引起滑坡. 3 2.4 地震诱发滑坡. 4 2.5 运行管理方面的原因. 4 3 坝体滑坡的监测与分析判断. 4 3.1 滑坡的监测. 4 3.2 滑坡的分析与判断. 5 4 坝坡失稳的防治及边坡稳定性分析与防护加固. 5 4.1 消除和减轻水的灾害. 5 4.2 改变滑坡体的外形，设置抗滑建筑物. 6 4.3 改善滑动带的土石性质. 6 4.4 其他措施. 6 4.5 边坡稳定性分析. 6 4.6 边坡加固技术分析. .9 5 坝坡稳定案例分析. 10 5.1 清平水库瓦窑堡滑坡稳定性分析. 10 5.2 滑坡的成因及形成机制分析. 11 5.3 稳定性验算及评价. 12 5.4 建议处理措施. 13 结论与展望. 14 参考文献. 15 坝坡稳定性研究 - 1 - 引言 边坡稳定性分析一直是岩土工程的一个重要研究内容。 目前边坡稳定性的分析评价方法 多种多样, 大体上可以将它们分为确定性分析方法和不确定性分析方法两类。 尽管这些评价 方法已经得到广泛应用, 但由于边坡稳定性受多种因素影响, 且各影响因素又具有复杂性 和不确定性(如模糊性、信息的不完全性和未确定性, 因此确定性分析方法的分析结果与实 际不能完全吻合, 而不确定性分析方法的准确性与实际情况之间又存在差距。目前,我国正 大规模的开展基础设施的建设,这为边坡工程的研究创造了良好的条件, 同时也需要加强对 边坡工程稳定性分析评价方法方面的研究, 以指导工程的设计与施工。 1 坝坡稳定性概述 1.1 坝坡失稳的调查 坝坡失稳是指一定体积的边坡地质体，在荷载作用下失稳，沿着坡体内部一个或多个软 弱面带发生的具有一定规模的顺坡下滑现象，多发生在山区、 河流沿岸、暴雨区、蓄水区等。 水利水电工程边坡、水库岸坡、河道岸坡、道路边坡等每年都会发生一些滑坡事故，甚至造 成重大灾难。滑坡运动不仅造成局部环境破坏，而且还危害与威胁人民生命财产的安全及经 济建设的发展。 统计资料显示， 全球的滑坡灾害与人类活动密切相关， 并且呈数量越来越多、 规模越来越大、影响越来越广、经济损失越来越严重的趋势。近20 年来，仅意大利、 日本、美国、俄罗斯、印度、中国、捷克、奥地利、瑞士等国，各国每年因滑坡灾害所造成 的经济损失，平均达15 亿20 亿美元，总和平均每年达120 亿160 亿美元。人类在利用 自然和改造自然的过程中， 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增大， 滑坡灾害及其防治工程的分析研究也日益引起普遍关注。 1.2 滑坡的危害 坝坡的失稳将会产生滑坡，滑坡这类地质灾害的发生将给人民生命财产、工程设施、对 地质、环境等方面都产生较大的危害。 （1）对人民生命财产的危害：规模较大的滑坡可摧毁城镇，砸毁建筑物，造成人畜伤亡。 （2）公共设施：滑坡可毁坏大坝、水电站、厂房，冲毁渠道和溢流设施等；滑坡是导致溃 坝的主要原因，使大坝存在溃坝危险，对下游农田等造成毁坏；对道路交通产生较多不利影 响；由于特殊的地形地貌，河流沿岸特别是峡谷地段多为滑坡灾害易发生段，滑坡发生后易 坝坡稳定性研究 - 2 - 阻塞河道，在较大程度地阻碍了航运的开展，甚至形成天然水库，形成洪水灾害。 （3）人民生活：滑坡的产生导致下游生活区供水供电受到影响，交通的破坏也影了救援的 开展和物资的输入，严重影响了人民生活的正常开展。 （4）对环境的危害：滑坡使植被遭到破坏，地表涵养水分能力减弱，水土流失增强，导致 当地地质环境、生态环境进一步恶化，更加速了滑坡地质灾害的形成与发展。 1.3 研究课题的提出 随着国民经济的不断发展，水利工程建设项目逐渐增多，但大坝建设质量参坝坡稳定性研究 差不齐，设计施工标准不一。坝坡由于各内在与外在因素常发生跨塌的事故，造成经济损失 和人员伤亡。坝坡稳定问题由于其作用因素及运动机理的多变性和复杂性，预测比较困难， 一直是世界各国研究的重要地质和工程问题之一。 2 滑坡的原因分析 2.1 滑坡的分类 坝坡失稳造成滑坡，由于滑坡的危害较大，为深入分析滑坡的原因，主要从坝坡失稳的形式 来分类。 （1）剪切破坏导致的滑坡 当坝体与坝基土层是高塑性以外的粘性土，或粉砂以外的非粘性土时，土坝滑坡多属剪切破 坏。破坏的原因是由于滑动体的滑动力超过了滑动面上的抗滑力所致，滑坡体移动的距离可 有数米到数十米不等，直到滑动力和抗滑力经过调整达到新的平衡以后，滑动才停止。 （2）塑性破坏导致的滑坡 坝坡产生显著塑性流动现象时，称为塑性破坏型滑坡。滑坡土体的蠕动一般进行十分缓慢， 发展过程较长，较易觉察。但是当高塑性土的含水量高于塑限而接近流限时，或土体几乎达 到饱和状态又不能很快排水固结时，塑性流动便会出现较快的速度，危害性较大。水中填土 坝在施工期由于水不能很快排泄，坝坡也会出现连续的位移和变形，以致发展成滑坡。 （3）液化破坏导致的滑坡 当坝体或坝基土层是均匀中细砂或粉砂，水库蓄水之后，坝体在饱和状态下 突然经受强烈的震动时，砂的体积有急剧收缩的趋势，坝体中的水分无法析出， 使砂粒处于悬浮状态，从而向坝趾方向急速流泻，产生滑坡。 2.2 地质原因引起滑坡 坝坡稳定性研究 - 3 - 岩土体是产生滑坡的物质基础。一般说，各类岩、土都有可能构成滑坡体，其中结构松散， 抗剪强度和抗风化能力较低，在水的作用下其性质能发生变化的岩、土，如松散覆盖层、黄 土、红粘土、页岩、泥岩、煤系地层、凝灰岩、片岩、板岩、千枚岩等及软硬相间的岩层所 构成的斜坡易发生滑坡。组成斜坡的岩、土体只有被各种构造面切割分离成不连续状态时， 才有可能向下滑动的条件。同时、构造面又为降雨等水流进入斜坡提供了通道。故各种节 理、裂隙、层面、断层发育的斜坡、特别是当平行和垂直斜坡的陡倾角构造面及顺坡缓倾的 构造面发育时，最易发生滑坡。大断层带附近修建土石坝则极有可能发生滑坡体，大断层带 附近岩层往往破碎，有利于地下水的浮动和滑坡产生。断层交错部位，则常有大型滑坡或滑 坡群分布，断层上部，滑坡产生的几率更大。在倒转褶皱的轴部，由于岩层十分破碎，破碎 岩石与堆积土集中分布，也易产生滑坡。各种软弱结构面上陡下缓的组合是产生滑坡的重要 条件，各种不同成因的结构面，包括不同风化程度的岩体接触面，在其因各种原因被切割， 而暴露了该软弱面时，就极容易产生滑坡。地下水活动在滑坡形成中起着主要作用。它的作 用主要表现在：软化岩、土，降低岩、土体的强度，产生动水压力和孔隙水压力，潜蚀岩、 土，增大岩、土容重，对透水岩层产生浮托力等。尤其是对滑面的软化作用和降低强度的作 用最突出。 2.3 降雨引起滑坡 大量的雨水使土颗粒表面的水膜加厚，土颗粒之间的距离被拉远。边坡失稳与土的抗剪强度 有关。边坡土受到剪应力作用后易发生剪切变形，随着剪切变形的不断发展，剪应力大于边 坡土的抗剪强度， 致使土体的塑性变形区扩展成一个连续的滑动面， 土体之间产生连续滑动， 使得土体发生剪切破坏，也就是边坡失稳。降雨入渗引起非饱和土的基质吸力减小，土颗粒 间胶结软化，吸附凝聚力减小。同时，降雨强度愈均匀，持续时间愈长，边坡稳定性安全系 数愈低。首先，降雨入渗对非饱和膨胀土边坡的直接影响使得边坡土体中（特别是浅层土） 基质吸力降低从而导致土体抗剪强度降低。 基质吸力的降低将使得原来非饱和土层在竖向发 生膨胀，如果土体随膨胀而发生软化，会导致土体抗剪强度降低。其次，在侧向力约束条件 下，非饱和膨胀土吸水（或基质吸力降低）后的膨胀趋势就以膨胀力的形式表现出来，膨胀 力的形成将导致边坡土体中水平应力增加。降雨入渗后，局部土体有可能产生破裂面，并可 能最后发展成为膨胀土中常见的渐进式滑坡。由此可见，降雨入渗引起的膨胀土体基质吸力 降低和内应力比的增加是降雨触发边坡失稳的重要原因。 降雨时如大坝排水系统未设置获知 遇到大暴雨，强度大，时间长，排水不及时的情况，会使土石坝坡土含水量达到饱和，增加 坝体的土体重量，形成反向渗透压力，降低抗滑力，加大土体滑动力，也将会形成滑坡。 坝坡稳定性研究 - 4 - 2.4 地震诱发滑坡 强地震作用下的边坡稳定性是一直国内外工程界和学术界共同关注的重大课题。 地震诱发的 滑坡和坍塌往往分布广、数量多、危害大，国内外曾发生大量因地震造成的边坡失稳事例， 2008 年的“5.12”汶川特大地震，触发不同规模的滑坡数万起，具有危害的6000 余起，形 成近百个堰塞湖，导致大量人员伤亡和财产损失。地震是一种强烈的底层活动，大地震动的 地震最直观和普遍的现象。水坝发生地震时，由于地震惯性力突然增加，水库大坝在坝体结 构本身和库水的动水压力的作用下， 大坝坝体将会发生变形， 并可能造成坝体的错动和滑动， 产生滑坡破坏。我国土石坝因地震滑坡的，据初步统计共有10 座，多发生在上游坝坡，但 未引起垮坝失事。经分析这些土石坝滑坡，多数是坝体无粘性土受地震振动力产生液化而引 起的。 2.5 运行管理方面的原因 大坝运行过程中，由于蓄水、库水位变化、排水等电站运行调度时都可能引起滑坡。 （1）库水位骤降造成滑坡。在水库放水时，库水位下降过快，容易造成滑坡。 （2）蓄水后，随着水位的升高，坝体内浸润线回更高，水库的水位剧降或者连续降雨的雨 水侵入坝体，但是坝体的排水能力较差，土体的孔隙水压力增大造成阻滑力减小从而形成滑 坡。 （3）未进行及时的监测和分析，对于可能或即将放生的滑坡现象未能进行精确地量测分析， 错过最好的除险加固时机，最终导致滑坡。 （4）大坝不合理的附加工程。在下游坝脚附近挖坑塘养鱼：势必降低坝坡稳定，应加以禁 止；在坝顶或背水坝坡建造引水渠道：有些中、小型水库，为了引水灌溉农田，减少过河建 筑物，利用土石坝坝顶或下游坝坡开挖渠道，一旦衬砌破损，大量的水渗入坝体，将会引起 滑坡。形成滑坡的原因较多，除上述已分析的原因外，还包括地下水状态、岩土体性状、地 质构造、岩体结构等内在因素，以及施工开挖或回填引起的荷载和应力调整、施工爆破引起 的岩体损伤和动力荷载、 河流侵蚀等引起的地下水位变化等外在因素可能成为导致坝坡失稳 的重要原因。 3 坝体滑坡的监测与分析判断 3.1 滑坡的监测 坝坡稳定性研究 - 5 - 滑坡对坝的安全至关重要， 加强监测力度是有效地防治坝体失稳的重要途径。 大坝运行期间， 除经常进行检查外，当处在以下情况时，更应严加监视：水库初次蓄水时期、高水位时期、 水位骤降时期、持续特大暴雨时、春季解冻时期、发生强裂地震后。滑坡监测技术方法通常 有地面宏观形迹的简易观测、地面仪器监测、空间遥测和遥感监测、综合的实时监测预报系 统等。监测指标包括地质宏观形迹监测、地面位移监测、深部位移监测、诱发因素监测、水 压力监测和滑坡地球物理、 地球化学场监测等。 现今， 边坡监测技术方法已发展到较高水平， 光纤传感器、孔隙压力仪、GPS 和GPRS 无线传输技术的应用，使监测的精确程度得到了较 大的提高。 3.2 滑坡的分析与判断 （1) 通过裂缝进行判断 裂缝的形状：动裂缝主要特征，主裂缝两端有向边坡下部逐渐弯曲的趋势，两侧分布有众多 的平行小缝，主缝上下侧有错动。裂缝的发展规律：滑动性裂缝初期发展缓慢，后期逐渐加 快，而非滑动性裂缝则随时间延长而逐渐减慢。 （2) 从坝顶位移观测的规律判断 当坝身在短时间出现持续而显著的位移时，特别是伴随着裂缝出现连续性的位移，而位移量 又逐渐加大，边坡下部的水平位移量大于边坡上部的水平位移量，边坡上部垂直位移向下， 边坡下部垂直位移向上。 （3) 从浸润线观测资料分析判断：当库水位相近而测压管水位逐渐上升。 （4) 根据孔隙水压力观测成果判断：有孔隙水压力观测资料的土坝，当实测孔隙压力系数 高于设计值时。以上这些都可能是滑坡的前兆，应及时进行坝坡稳定校核。根据核算结果， 判断是否可能滑坡。 4 坝坡失稳的防治及边坡稳定性分析与防护加固 4.1 消除和减轻水的灾害 A.排除地表水：排除地表水是整治滑坡不可缺少的辅助措施，而且应是首先采取并长期运用 的措施。其目的在于拦截、旁引滑坡区外的地表水，避免地表水流入滑坡区内。主要工程措 施有： 设置滑坡体外截水沟； 滑坡体上地表水排水沟；引泉工程； 做好滑坡区的绿化工作等。 B.排除地下水：对于地下水，可疏而不可堵。其主要工程措施有：截水盲沟用于拦截和 旁引滑坡区外围的地下水； 坝坡稳定性研究 - 6 - 支撑盲沟兼具排水和支撑作用；仰斜孔群用近于水平的钻孔把地下水引出。此外、 还有盲洞、渗管、垂直钻孔等排除滑坡体内地下水的工程措施。C.防止河水、库水对滑坡体 坡脚的冲刷，主要工程措施有：在滑坡体上游严冲刷地段修筑促使主流偏向对岸的“丁坝”； 在滑坡体前缘抛石、铺设石笼、修筑钢筋混凝土块排管，以使坡脚的土体免受河水冲刷。 4.2 改变滑坡体的外形，设置抗滑建筑物 A.削坡减重：常用于治理处于“头重脚轻”状态而在前方又没有可靠的抗滑地段的滑体，使 滑体外形改善、重心降低，从而提高滑体稳定性。 B.修筑支挡工程：因失去支撑而滑动的滑坡或滑坡床陡，滑动可能较快的滑坡，采用修筑支 挡工程的办法，可增加滑坡的重力平衡条件，使滑体迅速恢复稳定。支挡建筑物种类有：抗 滑片石垛、抗滑桩、抗滑挡墙等。 4.3 改善滑动带的土石性质 改善滑动带的土石性质，一般采用焙烧法、爆破灌浆法等物理化学方法对滑坡进行整治。由 于滑坡成因复杂，影响因素多，因此需要上述几种方法同时使用综合治理，方能达到目的。 4.4 其他措施 A.加大对于存在滑坡等山地灾害的地区的资金投入，加强对于这些地区的排查和监测。历史 的经验告诉我们，在自然灾害目前，人的主观能动里极为有限，这时候我们需要“预防为主、 防治结合、综合治理”的防治措施，面对我们无法控制和改变的自然灾害，我们唯有“避之 以减灾”。 B.民众。加强民众对于灾害认识的力度。加强民众对于灾害本身的认识做出正确判断。当灾 害发生时，民众应学习必要的救治措施，共同努力把灾害降低到最少。 4.5 边坡稳定性分析 4.5.1、确定性分析方法 4.5.1.1、极限平衡理论 极限平衡理论的主要思想是将滑动土体进行条分, 根据极限状态下土条受力和力矩的平衡 来分析边坡的稳定性。根据对平衡方程组增设的边界条件不同, 又分为如下几种方法。瑞典 条分法：该法假定滑裂面为圆弧面,不考虑条间力, 其安全系数为滑裂面上的抗滑力矩与滑 裂面以上土体的滑动力矩之比, 用总应力法求得给定滑裂面的安全系数, 再经反复试算比 较确定出边坡的最小安全系数。 坝坡稳定性研究 - 7 - 简化毕肖普( Bishop )法：该方法假定条间力水平, 即只考虑水平推力而不考虑竖向剪力, 故安全系数为整个滑裂面的抗剪强度与实际剪应力之比, 然后用试算- 迭代法求得边坡的 最小安全系数。简布普遍条分法：简布法假定滑体中推力线已知, 利用力矩平衡条件把条间 竖向剪力表示成水平推力的函数, 适用于最一般的情况。 利用该法不仅可求出滑裂面平均安 全系数及应力分布,还可求出各分界面上的抗剪安全系数作为校核。 其它极限平衡计算方法： 斯宾塞法( Spen2cer)、摩根斯坦(Morgenstern) ) 普赖斯( Price)法、沙尔玛法( Sarma) 以及不平衡推力传递法都属于极限平衡计算法。 这些方法以极限平衡理论为基础, 通过力的 平衡条件来分析边坡稳定性, 没有考虑材料应力， 应变关系, 所得安全系数只是假定滑裂 面上的平均安全度, 求出的条间力和滑条底部反力也不是产生滑动变形时真实存在的力, 故均有待改进。 4.5.1.2、塑性极限分析和模糊极值理论 1952 年, 杜拉克(Drucker)和普拉格( Prager)提出塑性极限分析法 2 , 其最大优点是考 虑了材料应力) 应变关系, 并利用极限状态时自重和外荷载所做的功等于滑裂面上阻力所 消耗的功为条件, 结合塑性极限分析的上、下限定理求得边坡极限荷载与安全系数。由于塑 性极限分析所得的解为浮动于某一范围的模糊极值解, 所以孙君实提出了滑动机构的概念, 并证明了给定滑动机构的耗散功能定理, 即滑坡极限分析的极大值定理。 将该定理/模糊化0 得到给定滑裂面安全系数的模糊极大值定理, 再把极大的概念模糊化为滑体内力状态的模 糊状态条件,并构造模糊函数和模糊约束条件, 提出安全系数的模糊解集和最小模糊解集的 概念, 从而建立土坡稳定分析/极大中极小0 问题的模糊极值理论。这一理论使长期以来条 分法研究在假定多余未知函数方面存在的随意性问题得到了较好的解决。 4.5.1.3、有限单元法 塑性极限分析法和模糊极值理论考虑的是土体完全塑性时的应力) 应变关系,故无法考虑土 体的实际非线性应力) 应变关系, 更无法分析稳定性随变形而发展的实际情况。D. V. 格里 菲恩等人对有限元法和极限平衡法在二维条件下计算获得的边坡安全系数作了各种数值比 较, 并得出结论: 在估算边坡安全系数方面,采用弹塑本构模型的有限元法是一种值得信赖 的方法。用该方法可对二维或三维范围内的边坡安全系数进行预测, 即利用有限单元法,考 虑土的非线性本构关系,求出各单元的应力及变形后, 便可以根据不同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 滑面位置, 再根据力的平衡关系推得整体稳定的安全系数。 4.5.2、不确定性分析方法 坝坡稳定性研究 - 8 - 4.5.2.1边坡稳定性工程地质评价是一项复杂的综合评价过程, 其复杂性主要表现在:系统 规模较大; 评价指标的类型以及度量标准不同; 指标的描述方式不同(有定性、半定量、定 量多种形式); 评价信息往往不完整。由于边坡本身物质组成的复杂性、多样性以及众多的 影响因素, 人们难以用确定性分析方法对它进行精确的描述, 因而其研究方法从确定性分 析方法发展到不确定性分析方法, 并且为了克服边坡稳定性工程地质评价的随意性和不确 定性, 人们尝试应用数学方法对整个评价过程进行定量或半定量描述, 并获得了较大进展, 如: 模糊综合评价、灰色分析理论、信息量模型法、数量化理论方法以及定量表格法等等。 4.5.2.2、模糊综合评判方法 不同的边坡有不同的内部构造和不同的地质作用, 处于不同的应力、 变形状态; 同时不同类 型的边坡其稳定性影响因素也各不相同, 如土质边坡, 其稳定性主要取决于土体性质与地 下水活动情况。 这些不同的影响因素对边坡稳定性的影响程度是不同的, 分属不同的层次和 类别。为了便于区分各因素在总的评判中的地位和作用, 对每一个因素赋予不同的权值。为 了更全面地考虑所有因素的影响,可以采用二级综合评判模型。 模糊综合评判的主要思路是, 首先建立评判因素集,如对土质边坡可建立评判集为: (土的粘聚力, 土的天然容重, 地下 水影响系统,坡高, 总坡度和内摩擦角); 建立权重值, 根据评判因素的重要程度, 赋予每 类因素以相应的权值; 4.5.2.3、灰色分析理论 灰色系统理论提出了一种新的系统分析方法。该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, 在随机的因素序列间,找出它们的关联性, 发现主要矛盾, 找到主要特性和主要影响因素。用于边坡稳定性评价的参数,其实测值或者统计值均存在着 主观和客观的不确定性, 各指标值所反映的岩土性质, 只有部分是清楚的, 而另一部分非 确知的, 都是一些灰数。 4.5.2.4、其它不确定性分析方法 数量化理论是集定性与定量变量于一体的多变量分析方法, 是把没有用数值表示出来的, 经人们判断和评价的数据资料, 从量上探索和处理的手段的总称,由日本的林知己夫教授于 1950 年提出。数量化理论方法, 在解决含有定性与定量变量系统时, 有一定的优越性, 也 将其引入了边坡稳定性的分析研究。定量表格法是将定性评价转变为定量评价的有效方法。 其主要思路是: 设法选择好一种量化方法,合理地处理边坡稳定性的定性因素, 并将量化评 价边坡工程进行稳定性评价时, 只需对照表格逐项评分, 然后进行简单的加减运算即可做 出定量的评价。 这一方法具有较强的实用性, 使评价方法从定性走向定量起了较大的推动作 坝坡稳定性研究 - 9 - 用。 4.6 边坡加固技术分析 边坡加固有坡面防护和支挡结构防护两类。坡面防护常用的措施有灰浆或三合土等抹 面、喷浆、喷混凝土、浆砌片石护墙、锚喷护坡、锚喷网护坡等。此类措施主要用以防护开 挖边坡坡面的岩石风化剥落、碎落以及少量落石掉块等现象。所防护的边坡，应有足够的稳 定性，对于不稳定的边坡则先支挡再防护。支挡结构的类型较多，如挡土墙、锚杆挡墙、抗 滑桩等。这些支挡结构既有防护作用，又有加固坡体的作用。采用工程措施护坡，往往过分 追求强度功效，破坏了生态自然，景观效果差，而且随着时间的推移，混凝土面、浆砌片石 面会风化、老化，甚至造成破坏，后期整治费用高。边坡的稳定性，直接决定着工程修建的 可行性，影响着工程的建设投资和安全运行；甚至是不少高边坡工程成为制约工程进度和成 败的关键，因此对于边坡的加固技术分析本文将从以下五个方面进行分析： 1、边坡种草防护 种草防护适用于边坡稳定，坡面冲刷轻微，且宜于草类生长的土质路提与路堑边坡，用以防 止表面水土流失，固结表土，增强路基的稳定性。经常浸水或长期浸水的路堤边坡，种草不 宜生长，不宜采用种防护。边坡上己扎根的种草防护，可容许缓流水短时冲刷。选用草籽应 注意当地的土壤和气候条件，通常应以容易生长、根部发达、叶茎低矮、枝叶茂密或有匍匐 茎的多年生草种为宜。常用的月白茅草、毛鸭嘴、鱼肩草、果圆、雀稗、鼠尾草和小冠。最 好采用几种草籽混合播种，使之生成一个良好的覆盖层。种植时草籽宜掺砂或与土粒拌和， 使之播种均匀，播种时间以气候温暖、温度较大的季节为宜。 2、混凝土抗滑桩 抗滑桩是穿过滑坡体深入稳定土层或岩层的柱形构件，用以支挡滑体的滑动力，一般设置于 滑坡的前缘附近，起稳定边坡的作用，用于正在活动的浅层和中层滑坡效果较好。为了能使 抗滑桩更有效的防止滑坡，在设置时应将桩身全长的1314 埋置于滑坡面以下的完整 基岩或稳定土层中，并灌浆使桩和周围岩土体构成整体，并设置于滑体前缘部分使其能承 受相当大的压力。 3、混凝土挡墙 混凝土挡墙是借助自身的重量以支挡滑体的下滑力的一种有效防止滑坡的常用方法， 并可与 排水等措施联合使用。它能有效地从局部改变滑坡体的受力平衡，阻止滑坡体变形的延展， 具有结构简单，能快速起到稳定滑坡作用等优点。在设计混凝土挡墙时。应根据最低滑动面 的形状和位置来设计挡墙基础的砌置深 坝坡稳定性研究 - 10 - 度，并在墙后设置泄水孔，使其不仅能削弱作用于挡墙上的静水压力，还能防止墙后积水浸 泡基础而造成的挡墙滑移 4、喷浆或喷锚 喷浆适用于易风化尚未严重风化的岩石边坡，施工简便，是防止坡面风化的有效措施。喷浆 分重力式人工喷浆和机械喷浆。重力式喷浆是把浆桶置于坡顶，桶底接胶皮管，借助重力把 浆均匀喷至坡面。机械喷浆是用喷浆机，通过喷嘴把浆喷至坡面，由于它有一定压力，浆与 坡面黏着较好，质量明显优于重力式喷浆。喷浆前坡面应清理干净，喷浆厚度12cm。常用 浆料为水泥砂浆、水泥石灰砂浆。若坡面岩石节理发育，风化严重时，宜采用锚杆钢丝网喷 浆，或喷射钢纤维混凝土。 5、浆砌片石护墙 适用于较陡（1：0.3）（1：1）的土质边坡及易风化剥落或节理发育较破碎的岩石边 坡。护墙不承受土压力，所防护边坡应为稳定边坡。护墙的厚度由自身的稳定性及基底承载 力确定。护墙型式多种，视边坡具体情况，合理选用。边坡为土质或破碎岩，采用实体护墙； 边坡不陡于1：0.75 时，为节约圬工，可采用孔窗护墙；比较完整的较陡边坡，可采用肋式 护墙；仅需防护边披上部，可采用拱式护墙总之，采用以上加固方法给各有各的优缺点，采 取工程加固措施，对减轻坡面修建初期的不稳定性和侵蚀效果较好，作用显著，然而，随着 时间的推移、岩石的风化、混凝土的老化、钢筋的腐蚀，强度降低，效果也越来越差。而采 用植被护坡则恰恰相反，开始时的作用弱，但随着植物的生长、繁殖，强度增加，对减轻坡 面不稳定性和侵蚀的作用会越来越大。除此之外，植被护坡还有一个显著的优点，它能够恢 复因工程建设所破坏的生态环境。 5 坝坡稳定案例分析 5.1 清平水库瓦窑堡滑坡稳定性分析 瓦窑堡滑坡位于枇杷岩坝址上游约1.4km 的左岸坡， 地面高程8841155m。 据地表地质测绘， 滑坡体长约450m，宽290450m，厚3065m，体积约364104m3。滑坡体平面上呈“板斧” 形，两侧以冲沟为界，下游侧缘冲沟切割至滑坡床基岩，沟深310m，沿滑面无地下水点出 露（详见图1）。滑坡后缘地形坡度3045，并见张开515cm 的拉裂缝；中部地形平缓， 坡度1230，呈阶梯形；前缘剪切口明显，与河床砂卵石（Q42al）接触。滑坡体总体地 形坡向N6070W。 坝坡稳定性研究 - 11 - 滑坡区出露的地层主要有：二叠系上统长兴组（P2c）,中厚层灰岩，下部常夹炭质页岩；龙 潭组（P2l）,上部为炭质页岩夹煤层，下部为厚3.46.5m 的粘土岩；二叠系上统矛口组 （P1m），为中厚层灰岩夹泥质灰岩；地表分布第四系坡积层（Q4dl）滑坡地段在构造上位 于照壁山倒转向斜核部附近，有近南北向断裂之瓦窑堡断裂（F5）从滑坡后缘一带通过。瓦 窑堡断裂，走向北东，倾向北西，倾角54左右，延伸约24km，上、下盘均为灰岩，滑坡一 带下盘为龙潭组之炭质页岩。断层破碎带一般1040cm，由断层角砾、挤压破碎透镜体等组 成。 勘探资料表明， 组成滑坡体的物质主要有： 上部为第四系坡积层之块碎石夹粘土， 厚210m， 在瓦ZK2 内侧地段，块碎石夹粘土层之下有一粘土层，厚018m，横向展布约180m，纵向展 布约130m；坡积层之下为由灰岩组成的假基岩，厚1542m。假基岩在滑坡体后缘段产状为 N24E/NW25；中段为N2155E/NW4654；前缘为N910E/SE910，并 见有明显的反倾特征。滑坡床为矛口组灰岩，产状为N2153E/NW4654，钻孔岩心 中，在近滑床附近局部可见擦痕和镜面。滑动带土厚1.72.2m，组成滑动带的物质中，上 部为粘土夹碎石，粘土为棕黄色，呈可塑状，粘粒含量4050%；下部以块碎石夹粘土为主， 块碎石呈棱角状次棱角状，个别碎石已见磨圆，有明显擦痕。根据滑坡体组成物质、结构 及钻孔资料显示， 滑坡体物质透水性好， 滑坡体内地下水贫乏， 稳定地下水位高程825831m， 位于滑坡床以下基岩中。 5.2 滑坡的成因及形成机制分析 瓦窑堡滑坡处于照壁山倒转向斜核部附近，岩体中裂隙发育，主要裂隙有：（1）N56E/SE 14; （2）N24W/NE55；（3）N3246E/SE7278。坡前为绵远河经过，由 于河流侧向掏蚀冲刷，有利于边坡临空面的形成。滑坡的形成正是与其所处的地形、地貌、 地层岩性及地质构造密切相关。滑坡体后岸坡为瓦窑堡断层切割，断层走向平行于岸坡，并 倾向坡外，倾角4455。岩层在裂隙切割下，特别是N56E/SE14这一组缓倾角裂隙 与其它裂隙和岩层面之间易形成不利组合，并在受到断层影响，边坡岩体在长期自重应力作 用下，沿瓦窑堡断层破碎带附近产生一系列拉裂面，从而产生蠕变卸荷作用，同时也为地表 水沿拉裂面下渗提供了有利条件，地下水沿岩石层面或穿过裂隙空隙向绵远河排泄，这样长 期在地下水作用下，使裂隙间的娇合力进一步降低，从而降低边坡岩体的抗剪强度，加速了 边坡岩体的变形。而在1934 年8 月连续7 天特大暴雨的情况下，地表水沿断层破碎带及拉 张裂隙快速渗入，并来不及排泄于河床，在孔隙水压力和动水压力的共同推动下，边坡岩体 向临空面滑移，从而形成了较大规模的 坝坡稳定性研究 - 12 - 滑动，并一度曾堵断绵远河。纵上述，瓦窑堡滑坡是在上述特定的地质条件下，由于诸方面 的综合作用下， 在由蠕变拉裂岩体压碎变形破裂面扩张贯通滑移的机制下 形成的。 5.3 稳定性验算及评价 一、计算边界条件及参数的确定 1、按滑动面基本呈折线型的特点，选用“分段推力传递法”进行稳定性验算；根据瓦窑堡 滑坡的地貌特征及滑体的结构特征，选择具代表主滑方向的破面（瓦）为计算破面，其计 算公式如下： Pi=Kc(WiSin i+QiCon i+WiKHCon i) (WiCon i UiSec i QiSin i WiKHSini)tgi+CiLi+Pi-1i 式中： Pi第i 块段剩余下滑力； Wi第i 块段滑体重量； Qi条块间孔隙水压力； KH地震系数； Ci第i 块段滑面凝聚力； Li第i 块段滑面长度； Pi-1第I-1 块段剩余下滑力； i第i 块段滑面坡角； Ui滑面上孔隙水压力； i传力系数，i=Cos(i-1-i)Sin(i-1-i) tgi ； tgi第i 块段滑面内摩擦系数； Kc滑坡推力安全系数，极限平衡时Kc=1.0 ； 2、因滑坡两侧缘冲沟已切割至滑床基岩，故可不考滤侧向摩擦阻力； 3、考虑到滑坡体天然地下水位在滑动面以下基岩内，因此天然状态下滑块重量计算时用各 岩层的天然容重；在水库蓄水位909.5m 时，滑坡体部份被水淹没时，水位线以上仍用天然 容重，蓄水位以下用浮容重；在水库放水至死水位887.0m 时，正常蓄水位以上用天然容重； 死水位至正常蓄水位之间部分用饱和容重，死水位以下用浮容重。 4、由于该滑坡为已经形成多年的古滑坡，因此采用反算法求得滑面抗剪强度=20， C=0.045Mpa。再根据滑动面物质组成特征，结合工程类比，并考路水库蓄水后在水的侵润作 坝坡稳定性研究 - 13 - 用下滑带土有被软化，其强度降低的可能，故按反算值折减0.8 倍后确定用于本滑坡稳定计 算的内摩擦角为16，凝聚力C=0.035M pa；根据试验成果确定滑坡体中块碎石夹粘土天然 容重为1.83T/m3；饱和容重为2.03T/m3；粘土天然容重为1.75T/m3；饱和容重为2.03T/m3； 假基岩则用灰岩试验指标类比后，其天然容重用2.25T/m3，饱和容重用2.03T/m3。 二、验算结果 应用计算机对该滑坡在多种不同因素组合情况下的稳定性计算，计算成果见表1。 瓦窑堡滑坡稳定性验算成果表表1 基本因素组合情况稳定系数（K） 蓄水前天然状态下不考虑地震1.55 蓄水前天然状态下考虑度地震1.36 蓄水位909.5m 时不考虑地震1.30 蓄水位909.5m 时考虑度地震1.23 蓄水后并快速放水至死水位887m 不考虑地震1.14 蓄水后并快速放水至死水位887m 考虑度地震1.02 通过上述计算表明，滑坡体在天然状态下处于稳定状态，与实际情况相吻合，从1934 年形 成滑坡到现在未见滑坡有任何活动迹象。水库蓄水后并考虑地震因素，滑坡仍可处于稳定状 态，仅在水库放空时并考虑在地震因素影响的情况下，滑坡将处于临界稳定状态，有可能整 体失稳。 5.4 建议处理措施 通过上述验算，在大多数情况下滑坡仍可处于稳定状态，鉴于瓦窑堡滑坡所处位置与水库大 坝的关系及对水库正常运行的重要性， 以及计算时确定边界条件和选择参数的局限性， 因此， 在选择坝址成立时，为确保水库正常运行不受影响，建议对滑坡体前缘部位，采取适宜的抗 滑工程处理措施；不能随意人为破坏滑坡体的基本形态；本区地处绵远河暴雨多发带，年雨 量大，滑坡体后缘应适当布置排水设施。 坝坡稳定性研究 - 14 - 结论与展望 总之，我们应当认识到人类对地质体的认识还很肤浅，要达到用精确的数学模型来模拟 边坡稳定性问题，其路还很长。在目前的研究阶段，解决实际问题在很大程度上是靠各种经 验或与事实的类比。因此，我们认为在此需要特别一提的是对长期以来边坡研究积累的大量 现场实录资料（成功或失败的）和实践经验进行系统研究，建立基于“满意解”的有效专家 系统将是一项非常有理论价值与实际意义的研究工作， 它应是边坡稳定性研究的一个不容忽 视的重要发展方向。近年神经网络（ANN）的研究发