边坡工程论文(滑坡稳定性研究及防治措施综述)最新版.doc

滑坡稳定性研究及防治措施综述摘要：计算滑坡稳定性的方法有很多，对滑坡进行稳定评价的时候，采用多种方法计算可以得到更科学、更具有普遍性的结论。数值模拟计算出的只是近似解，不能取代传统的稳定性分析方法。对滑坡进行防治时，要根据实地的工程地质条件选择适当的组合措施，从而充分发挥各种治理措施的作用。前言滑坡是斜坡岩土体沿着贯通的剪切破坏面（带），产生以水平运动为主的现象。随着人类活动日益频繁，范围日益增大，边坡稳定性的问题也越来越突出。滑坡是人类面临时间最长、活动最广泛、危害最严重的地质灾害之一，其出现的频繁度和广度远大于地震。世界上不少国家和地区深受滑坡灾害之苦。我国是地质灾害多发国家之一，崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害发生十分频繁、灾害损失极为严重。其中尤以滑坡灾害最为频繁。据不完全统计，全国有70多座城市和400多个县市受到滑坡灾害的威胁，年均经济损失达1523亿元。尤其是西部地区,每年由此造成的直接经济损失约200亿人民币。很多国家重点工程的建设运营也受到滑坡灾害的威胁，如三峡水利工程、西南多山地区水利工程等。因此，滑坡的研究工作显得尤为重要。下面从滑坡的稳定性研究和防治措施两方面进行综述。1 滑坡稳定性研究滑坡的稳定性分析是滑坡防治工作的基础。其稳定性分析包括两方面的任务：一方面要对与工程活动有关的天然斜坡、已发生的滑坡、已建成的人工边坡的稳定性作出评价；另一方面要对设计出合理的人工边坡和治理滑坡的措施提供设计依据。滑坡稳定性分析方法有很多，总得来说大的有这几个方向：定性分析方法、定量分析方法。1.1 定性分析方法定性分析方法是通过工程地质勘查，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进行分析，对已变形的地质体的成因及眼花史进行分析，结合以往工程经验，从而给出被评价边坡的一个稳定性状况及其可能发展趋势的定性说明。常用的方法有自然（成因）历史分析法、工程地质类比法、图解法（诺模图法和赤平投影作图法）数据库和专家系统、SMR(边坡岩体质量的最终得分)法等。1.2 定量分析方法定量分析法是通过力学计算方法进行的。定量分析主要方法有极限平衡法、数值分析法和概率分析法。(1) 极限平衡法极限平衡法是根据滑体或滑体条块的静力平衡原理和摩尔-库伦准则分析滑坡各种破坏模式下的受力状态，以及滑体上的抗滑力和下滑力之间的定量关系来评价滑坡的稳定性。这是工程上使用最多、最成熟的一种方法。其计算方法主要有瑞典条分法（Fellenius）、毕肖普条分法（Bishop）、简布条分法（Janbu）、萨马法（Sarma）、摩根斯坦-普赖斯法（Morgenstern-Price）等。我国工程实际中常用的方法是剩余推力法（Residual Thrust Method，RTM），也称为传递系数法。下面用表格的形式对比分析各种方法的异同。表1 常用极限平衡法简表分析方法多余变化量的假定力学分析适用范围瑞典圆弧法滑动面为圆弧面，忽略条块间作用力，假定条块两侧作用力大小相等，方向相反并作用于同一直线上1.不满足条块间静力平衡2.满足整体的力矩平衡圆弧滑面滑坡，得到的安全系数偏低，偏于安全毕肖普法条块间只有法向作用力，不考虑条块间的切向作用力1.满足整体的力矩平衡2.满足各条块力的多边形闭合条件，但不满足条块的力矩平衡平面或近似圆弧面滑坡，稳定性系数较高，精度较高简布法假定条块间水平作用力位置在距滑面1/3处1.满足条块静力平衡2.满足条块力矩平衡适用于任意滑面萨马法条块间满足极限平衡条件满足条块力平衡任意形状滑面滑坡，任意条分，考虑临界地震加速度摩根斯坦-普赖斯法条块间切向力和法向力存在比例关系，条块间力的作用点位置随滑面倾角而变化1.满足条块静力平衡2.满足条块力矩平衡任何形状滑面滑坡剩余推力法不平衡推力与条块底滑面平行1.满足条块静力平衡2.不满足条块力矩平衡适用于滑面较为平缓的滑坡(2) 数值分析法数值分析法是应力应变分析方法，它是通过求解滑坡结构体内部的应力应变来分析滑坡的变形和稳定性问题。这种分析方法能深入地了解滑坡内应力、变形规律及其对稳定性的影响，可用于精确计算。目前主要的数值分析法包括有限单元法、离散单元法、有限差分法和边界单元法。有限单元法是基于弹性力学的小变形假设，以虚功原理为理论基础而建立的，它讨论的主要是小变形的问题。有限单元法能简便地处理复杂情况下岩土体边界条件和地质条件，如果计算参数的选取和模型建立比较合理的话，计算结果非常接近实际情况。离散单元法是在块体准刚性假设的前提下，以牛顿第二定律为理论基础建立起来的，它研究的是块体集合体的运动特征问题，并以微小运动状态的求解来准确模拟地质体的宏观大变形，如地质体变形演化发展到后期阶段所具备的变形特征等。因此离散单元法不仅能给出滑坡的最终破坏形式，也能模拟滑坡的动态过程，是滑坡这种典型的非连续性大变形问题研究的有效方法和发展方向。有限差分法是从微分方程出发，将求解区域经过离散化处理后，近似地用差分代替微分，将微分方程和边界条件的求解归结为求解一个线性代数方程组。在滑坡稳定性分析方面应用的最多的是显式拉格朗日差分法及FLAC(Fast Lagrangian Analysis of Continua)系列数值模拟软件。边界元法基本原理是通过把求解域内的边界剖分为若干单元，将求函数解简化为求单元结点上的函数值，求解积分方程就化为求解一组线性代数方程组。边界元法是在经典积分方程的基础上，吸收了有限单元法的离散技术而发展起来的一种数值方法。其突出优点是可降低求解问题的维数，数据准备量少，边界内或外的有关物理量可由解析式的离散形式直接求出，提高了计算精度。传统边界元法只需将表面离散成边界单元，用于分析均质弹性问题，但是实际上岩体是非均质和粘弹性塑性的，并含有大量的节理和软弱夹层，要用边界元法模拟这类非线性、非均质的岩体滑坡则不如有限元法。概率分析法是一种非确定性方法。它针对影响滑坡稳定的诸因素进行概率分析，用稳定性系数值的破坏概率来评价滑坡的可靠性，适宜于分析含有较多结构面的岩质滑坡。人工智能分析方法是伴随着计算机技术、人工智能的发展以及新学科、新理论的引进二发展起来的，其包括可靠性分析法、模糊分级评判法、系统工程地质分析法、灰色系统理论分析法，神经网络法等。2 滑坡防治措施滑坡的防治的总原则为“以防为主，及时治理”。在具体措施的实施上离不开六字方针，即“挡、排、削、护、改、绕”。这六字的意思就是支挡、排水、削方减载、支护、改线和绕避。2.1 坡率法与减重法在边坡设计中，如果通过控制边坡高度和坡度而无需对边坡进行整体加固就能使边坡达到自身稳定的边坡设计方法，被称为坡率法。坡率法是通过控制边坡的高度和坡度，是的边坡对所有可能的潜在滑动面的下滑力和阻滑力处于安全的平衡状态。减重法是减轻滑坡致滑段的滑体超重部分，以减小滑体的下滑力，使滑坡趋于稳定。这种方法即通常所谓的“砍头压脚”，或减缓边坡的总坡度，通称为削方减载。黄辉华（1986）以梅七铁路工程实践为基础综合评述减重反压措施政治滑坡的使用条件和注意问题指出这种措施设计和施工简单，较为经济；张瑜（2011）以K642+565高边坡为例说明针对笔筒岩性的高边坡，选取合适的力学参数后利用边坡稳定性反洗方法计算不同坡率组合的安全系数，从而确定合理坡率和边坡形式的方法是可行的；蔡建波、谢振安（2010）指出坡率法安全稳定性高、耐久性好、施工简单、生态美观，在用地许可的情况下，宜优先采用；孙召葆（2008）指出对开挖深度不大于5m、地质条件较好，且具备放坡开挖条件时，可优先选用坡率法支护结构。这种方法技术上简单易行且加固效果好，所以应用广泛且历史悠久，特别适宜于滑面深埋的滑坡。整治效果则主要取决于消减和堆填的位置是否得当，其使用受到场地条件、坡体岩性的限制较明显，目前使用很普遍，但研究相对较少，通常作为滑坡治理方案中的辅助措施。需要特别提醒的是，运用该法要谨慎，如削方减载措施一般仅适用于推移式滑坡。2.2 排水工程“治坡先治水”的治坡理念包括将地表水引出滑动区外的地表排水和降低地下水位的地下排水，是滑坡(边坡)治理中必不可少的一个环节。对于滑坡体内的水应以“截、排和引导”为原则修建排水工程。通常排水工程中所修建的排水建筑物可以分为地表排水建筑物和地下排水建筑物两大类型。对于地表水采用多种形式的截水沟、排水沟、急流槽来拦截和排引；对地下水则用截水渗沟、盲沟、纵向或横向渗沟、支撑排水沟、汇水隧洞、立井、渗井、砂井-平孔、平孔排水、垂直钻孔群等排水措施来疏干和排引。某些大型滑坡治理过程中将地表排水系统与地下排水系统结合起来，形成立体排水网络，使滑坡治水效果更加明显。 严绍军、唐辉明、项伟（2008）对某工程滑坡排水效果研究，建立三维数值模拟，计算说明普通的方法对于排水对滑坡治理效果被大幅低估，排水对滑坡治理设计影响非常明显；罗先启等（2000）对黄腊石滑坡进行研究，说明设置两排竖井以降低滑坡地下水位，可以改善滑坡稳定性。排水工程在滑坡治理中非常重要，能够有个良好的排水环境对于滑坡的稳定性非常有利。2.3 支挡工程对于以上两种防治措施都不能保证斜坡稳定性则应采用适当的支挡工程来防治。主要的支挡措施有抗滑挡土墙、抗滑桩、锚杆锚索、格构加固、加筋土挡墙、坡面柔性防护结构（拦石网等）以及坡面生态护坡系统等。(1) 挡土墙 挡土墙是在滑坡底脚修建的一种防止土体下滑或截断突破延伸的构筑物，常用砌石、混凝土以及钢筋混凝土结构建成。按常用的结构形式课分为重力式、悬臂式和锚式，按刚度及位移方式可分为刚性挡土墙、柔性挡土墙、零时支撑。(2) 抗滑桩抗滑桩是通过桩身将上部承受的坡体推力传给桩下部的侧向土体或岩体，依靠桩下部的侧向阻力来承担边坡的下推力，从而使边坡保持平衡或稳定。抗滑桩是使用较早的一种支挡结构，应用相对成熟和广泛，为使抗滑桩受力更合理，已开发出锚索或预应力锚索抗滑桩体系，抗滑桩的空间形式以及与锚索（预应力锚索）的组合成为一个研究热点。 谭捍华、赵炼恒等（2011）基于强度折减技术和岩土塑性极限分析理论，考虑抗滑桩预加固岩土边坡的加固效应，从功能平衡原理探讨了岩土边坡抗滑桩加固位置、桩长和多抗滑桩共同加固边坡的分析方法；胡晓军、谭晓惠基于地基系数“m-k”法的分析原理，运用反力荷载法将抗滑桩作为整桩进行内力分析，便于程序编制，可以获得全桩内力分析成果；赵明华等（2010）基于桩间土的斜拱效应，考虑边坡倾角的对桩间距的影响，桩间距随桩后土体的内摩擦角增大而增大，随边坡倾角增大先增大后减小。(3) 锚杆和锚索 锚杆、锚索是将受拉杆件埋入底层中，以提高岩土自身的强度和自稳能力的一种工程技术。其基本原理就是利用锚杆、锚索周围底层岩土的抗剪强度来传递结构物的拉力或保持底层开挖面的自身稳定。岩石锚杆能提供较大的锚固力，当锚杆提供的锚固力达不到要求时，可以采用锚索甚至锚梁结构，同时可以施加一定的预应力以提供锚固力，成为滑坡治理中的一种常用措施。 石玉成等（2011）针对预应力锚索加固危岩特点，对工程实例进行数值模拟计算揭示了预应力锚索加固危岩体在地震作用下的动态回应和变化规律；朱本珍等（2011）介绍了预应力锚索结构长期工作性能的检测与荷载补偿技术；李英勇等（2010）结合实体工程中的大量监测数据，对预应力锚固系统长期稳定性的影响因素进行了深入分析，提出了预应力锚固系统的失效机制。(4) 格构加固格构加固技术史利用浆砌块石、现浇钢筋混凝土或预制预应力混凝土进行边坡坡面防护，并利用锚杆或锚索加以固定的一种边坡加固技术。格构的主要作用就是将边坡坡体的剩余下滑力或土压力、岩石压力分配给格构结点处的锚杆或锚索，然后通过锚索传递给稳定地层，从而使边坡坡体在由锚杆或锚索提供的锚固力的作用下处于稳定状态。 祝启坤等（2010）通过对某路堑边坡开挖失稳破坏过程与稳定工况的分析，着重探讨了非预应力全长黏结格构锚固的变形受力机制与加固原理；唐辉明等（2004）在钢筋混凝土格构梁与预应力锚索复合结构受力分析的基础上，提出了格构锚固的力学模型，将格构梁简化为受集中力作用的弹性地基上的梁，并按无限长梁和有限长梁上受一个集中力和多个集中力作用，分别推导出变形和内力分布表达式，讨论了格构梁工程设计的基本要求，提出了格构梁工程设计的步骤和方法；邹勇，傅旭东（2003）指出格构锚固技术具有较好地适应地形变化、受力明确、加固效果可靠、施工速度快、后期维护方便和美化环境等优点。(5) 加筋土挡墙 加筋土是一种在土中加入加筋材料而形成的复合土。在土中加入加进材料可以提高土的强度，增强土体的稳定性。稳定斜坡、支挡开挖边坡都可用加筋土挡墙，较传统挡墙有承受大变形、填料范围广、易于修建、抗地震作用、造价低廉等优点，加筋土在高填路堤边坡上应用非常广泛。介玉新（2011）指出加筋土中筋材与土的关系与钢筋混凝土中钢筋与混凝土的关系类似，用等效附加应力法揭示了加筋土不同计算方法之间的关系；邹维列等（2011）加筋可以减小重力挡墙和墙后填土的水平位移，挡墙后填土土压力总体趋势是随深度而增加，加筋减小了墙后土压力，采用日本 RRR 工法的FHR 面加筋土挡墙更具优越性，实际工程建议优先采用；杨广庆等（2009）指出施工期间土工格栅加筋土挡墙墙背土压力随填土高度的增加而增大，增长速率逐渐减小，其数值均小于理论计算结果，沿墙高分布形式与计算结果有较大差别，土工格栅拉筋在施工期应变变形较大，工后应变非常小，挡墙下部土工格栅拉筋端部应变随填土高度变化较大，在加筋体锚固区末端存在过渡区，其工程特性逐渐向非加筋体填土过渡。3 总结(1) 滑坡的稳定性分析方法有很多，不同的方法有不同的假设条件，各有利弊。由于滑坡地质体条件的独特性，没有一个通用的稳定性评价方法。在对滑坡进行稳定评价的时候，采用多种方法计算可以得到更科学、更具有普遍性的结论。随着计算机技术的不断发展，新兴的数值计算方法有很多，但是数值计算智能模拟出一个近似解，并不能完全取代传统的稳定性计算方法。(2) 滑坡的防治措施各种各样，但是每种措施都有其一定的局限性，单独作用往往达不到很好的效果。所以在进行滑坡的防治工程时，要根据实地的工程地质条件选择适当的组合措施，例如桩锚支护、格构锚支护，从而充分发挥各种治理措施的作用。参考文献1 李静. 滑坡稳定性研究现状综述及思考J. 西部探矿工程, 2006(8).2 黄昌干, 丁恩保. 边坡工程常用稳定性分析方法J. 水电站设计, 1999, 15(1).3 Jennifer Lynn Peterson, Probability Analysis of Slope Stability, Master Thesis Submitted to the College of Engineering and Mineral Resources At West Virginia University, 1999.4 E.Castillo and A.Luceno, A critical analysis of some variational methods in slope stability analysisJ. 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