水利水电工程专业本科生毕业论文（设计） .pdf

本本 科科 生生 毕毕 业业 论论 文 设文 设 计 计 题目 坝坡稳定性研究 层次 专科起点本科 专业 水利水电工程 年级 学号 学生 xxx 指导教师 xxx 完成日期 2012 年x月x日 坝坡稳定性研究 i 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 ii 目录 内容摘要 i 引言 1 1坝坡稳定性概述 2 1 1坝坡失稳的调查 2 1 2滑坡的危害 2 1 3研究课题的提出 2 2滑坡的原因分析 4 2 1滑坡的分类 4 2 2地质原因引起滑坡 4 2 3降雨引起滑坡 5 2 4地震诱发滑坡 5 2 5运行管理方面的原因 6 3 坝体滑坡的监测与分析判断 7 3 1 滑坡的监测 7 3 2 滑坡的分析与判断 7 4坝坡失稳的防治及边坡稳定性分析与防护加固 8 4 1消除和减轻水的灾害 8 4 2改变滑坡体的外形 设置抗滑建筑物 8 4 3改善滑动带的土石性质 8 4 4其他措施 8 4 5边坡稳定性分析 9 4 6边坡加固技术分析 11 5坝坡稳定案例分析 14 5 1清平水库瓦窑堡滑坡稳定性分析 14 5 2滑坡的成因及形成机制分析 14 5 3稳定性验算及评价 15 5 4建议处理措施 17 结论与展望 18 参考文献 19 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 坝坡稳定性研究 2 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 3 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 坝坡稳定性研究 4 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 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 坝坡稳定性研究 5 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 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 坝坡稳定性研究 6 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 坝坡稳定性研究 7 3 坝体滑坡的监测与分析判断 3 1 滑坡的监测 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 坝坡稳定性研究 8 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 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 重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 坝坡稳定性研究 9 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 一 确定性分析方法 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 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 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 坝坡稳定性研究 10 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 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 二 不确定性分析方法 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 1 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 坝坡稳定性研究 11 因素以相应的权值 2 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 而另一部分是非确知的 都是一些灰数 3 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 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 坝坡稳定性研究 12 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 1 3 1 4 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 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 1 2cm 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 坝坡稳定性研究 13 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 坝坡稳定性研究 14 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 884 1155m 据地表地质测绘 滑坡体长约 450m 宽 290 450m 厚 30 65m 体积约 364 104m3 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 3 10m 沿滑面无地下水点出露 详见图 1 滑坡后缘地形坡度 30 45 并见张开 5 15cm 的拉裂缝 中部地形平缓 坡度 12 30 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 n60 70 w 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 4 6 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 10 40cm 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 2 10m 在瓦 zk2 内侧地段 块碎石夹粘土层之下有一粘土层 厚 0 18m 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 15 42m 假基岩在滑坡体后缘段产状为 n24 e nw 25 中段为 n21 55 e nw 46 54 前缘为 n9 10 e se 9 10 并见有明显的反倾特征 滑坡 床为矛口组灰岩 产状为 n21 53 e nw 46 54 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 7 2 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 40 50 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 825 831m 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 n56 e se 14 2 n24 w ne 55 3 n32 46 e se 72 78 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 坝坡稳定性研究 15 瓦窑堡断层切割 断层走向平行于岸坡 并倾向坡外 倾角 44 55 岩层在裂 隙切割下 特别是 n56 e se 14 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 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 wikhsin i tg i cili pi 1 i 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 tg i tg i 第 i 块段滑面内摩擦系数 坝坡稳定性研究 16 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 m