边坡工程复习要点

基本概念基本概念 1 安全系数安全系数 即沿整个滑裂面上的平均抗剪强度与沿整个 滑裂面上的平均剪应力的比值 边坡稳定安全系数 显然 1 土坡稳定 1 土坡失稳 1 土坡处于临界状态 根据各种因素规定的允许的稳定性 系数 大小是根据各种影响因素人为规定的 必须大于 1 2 倾倒破坏倾倒破坏 由陡倾或直立板状岩体组成的斜坡 当岩层走向与坡面走向 近平行时 在自重应力的长期作用下 由前缘开始向临空方向弯曲 折裂 并 逐渐向坡内发展的现象称为倾倒破坏 弯曲倾倒 3 传递系数传递系数 即上一条块的剩余下滑力 Ei 1 通过该系数转换变成下一条块剩余 下滑力 Ei 的一部分 4 边坡稳定性边坡稳定性 边坡一般是指具有倾斜坡面的土体或岩体 由于坡表面倾斜 在坡体本身重力及其他外力作用下 整个坡体有从高处向低处滑动的趋势 同 时 由于坡体土 岩 自身具有一定的强度和人为的工程措施 它会产生阻止坡 体下滑的抵抗力 一般来说 如果边坡土 岩 体内部某一个面上的滑动力超过 了土 岩 体抵抗滑动的能力 边坡将产生滑动 即失去稳定 如果滑动力小于 抵抗力 则认为边坡是稳定的 5 刚性桩和弹性桩刚性桩和弹性桩 抗滑桩受到滑坡推力后 将产生一定的变形 根据桩和 桩周土的性质和桩的几何性质 其变形有两种情形 一是桩的位置发生了偏离 但桩轴线仍保持原有线型 变形是由于桩周土的变形所致 另一种是桩的位置 和桩轴线同时发生改变 即桩轴线和桩周土同时发生变形 前一种情况桩尤如 刚体一样 仅发生了转动 故称其为刚性桩 后者就称为弹性桩 6 坡率法与减重坡率法与减重 在边坡设计中 如果通过控制边坡的高度和坡度而无须对 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 通常称之为坡率 法 减重 它是减轻滑坡致滑段的滑体超重部分 以减小滑体的下落力 使滑坡 趋于稳定 7 边坡破坏类型边坡破坏类型 崩塌 fall slumps 滑坡 slides 倾倒破坏 toppling 8 抗滑挡土墙类型及特点 抗滑挡土墙类型及特点 从结构型式上分 有 1 重力式抗滑挡土墙 2 锚杆式抗滑挡土墙 3 加筋土抗滑挡土墙 4 板桩式抗滑挡土墙 5 竖向预应 力锚杆式抗滑挡土墙等型式 从材料上分 有 1 浆砌条石 块石 抗滑挡土墙 f S F 11 cos sin tg iiiiii 2 混凝土抗滑挡土墙 浆砌混凝土预制块体式和现浇混凝土整体式 3 刚筋混 凝土式抗滑挡土墙 4 加筋土抗滑挡土墙等 特点特点 抗滑挡土墙与一般挡土墙类似 但它又不同于一般挡土墙 主要表 现在抗滑挡土墙所承受的土压力的大小 方向 分布和作用点等方面 一般挡 土墙主要抵抗主动土压力 而抗滑挡土墙所抵抗的是滑坡体的剩余下滑推力 一般情况下滑坡的剩余推力较大 10 10 滑坡及特征滑坡及特征 滑坡 slides 是斜坡部分岩土体在重力作用下 沿一定的软 弱面 缓慢地整体向下移动 具有蠕动变形 滑动破坏和渐趋稳定三个阶段 有时也具有高速急剧移动现象 12 TopplingToppling FailureFailure 倾倒破坏 由陡倾或直立板状岩体组成的斜坡 当 岩层走向与坡面走向近平行时 在自重应力的长期作用下 由前缘开始向临空 方向弯曲 折裂 并逐渐向坡内发展的现象称为倾倒破坏 弯曲倾倒 13 Factor of Safety 即安全系数 14 Anti slide Pile抗滑桩是通过桩身将上部承受的坡体推理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 而使边坡保持平衡或稳定 15 WedgeWedge FailureFailure 楔形体破坏 当两个不连续面的走向斜交坡面 其交线在坡面上出 露时 如果此交线的倾角显著地大于摩擦角 则位手此两不连续面上的岩石楔体将沿交线 下滑这就是楔形体破坏 16 Rockbolt 岩栓 百度 用来强化壁体的岩层或土层结构的工程辅助装置 17 Landslide 滑坡 滑坡 slides 是当斜坡岩土体在各种自然因素或人为因 素的影响下 斜坡岩土体在重力作用下 沿一定的土层 软弱面 整体向下滑 移的现象 18 Cablebolt1Cablebolt1 锚索 杆 将拉力传到稳定岩层或土层的结构体系 包括锚头 锚固段 自由锻 19 ShotcreteShotcrete喷浆混凝土 喷射混凝土 借助喷射机械 利用压缩空气或其他动力 将 按一定配比的拌和料 通过管道运输并以高速喷射到受喷面上 迅速凝结固化而成的混凝 土 20 PlanePlane FailureFailure滑动面 临界面 Pag44 滑动面是指滑动 即失稳岩体沿其 滑动 作用的面包括潜在破坏面 21 SupportSupport andand ReinforcementReinforcement 支护与加固 加固是指采取人工措施 将边坡的滑动传送或转移到另一部分稳定体中 使整 个边坡达到一种新的稳定平衡状态 重点掌握重点掌握 1 1 滑坡形成的机制和几何边界条件 滑坡形成的机制和几何边界条件 在实际工程中 由于设计或施工不当 或因地质条件的特殊复杂性难以预 计 边坡中一部分坡体相对于另一部份坡体产生相对位移以至丧失原有稳定性 从而形成滑坡 几何边界条件是指构成可能滑动岩体的各种边界面及其组合关系 包括滑滑 动面 切割面和临空面动面 切割面和临空面三种 2 影响边坡稳定性的主要因素及不稳定边坡的治理措施 影响边坡稳定性的主要因素及不稳定边坡的治理措施 1 边坡体自身材料的物理力学性质边坡体自身材料的物理力学性质 边坡体材料一般为土体 岩体 岩土及其他材料混合堆积或混合填筑体 如 工业废渣 废料等 其本身的物理力学性质对边坡的稳定性影响很大 如抗剪 强度 内摩擦角 凝聚力 容重 包括天然容重和饱和容重等 2 边坡的形状和尺寸边坡的形状和尺寸 这里指边坡的断面形状 边坡坡度 边坡总高度等 一般来说 边坡越陡 边坡越容易失稳 坡度越缓 边坡越稳定 高度越大 边坡越容易失稳 高度 越小 边坡越稳定 3 边坡的工作条件边坡的工作条件 边坡的工件条件主要是指边坡的外部荷载 包括边坡和边坡顶上的荷载 边坡后传递的荷载 如公路路堤边坡顶上的汽车荷载 人行荷载等 储灰场后 方堆灰传递的荷载 水坝后方水压力等 边坡体后方的水流及边坡体中水位变化情况是影响边坡稳定的一个重要因 素 它除自身对边坡产生作用外 还影响边坡体材料的物理力学指标 4 边坡的加固措施边坡的加固措施 边坡的加固是采取人工措施将边坡的滑动传送或转移到另一部分稳定体中 使整个边坡达到一种新的稳定平衡状态 加固措施的种类不同 对边坡稳定的 影响和作用也不相同 但都应保证边坡的稳定 措施 措施 1 放缓边坡 放缓边坡 通过削坡 削掉一部份边坡不稳定岩土体 使边坡坡 度放缓 稳定性提高 2 支挡 支挡 支挡 挡墙 抗滑桩等 是边坡处治的基本措施 3 加固 加固 1 注浆加固 当边坡坡体较破碎 节理裂隙较发育时 可采用压力注 浆这一手段 2 锚杆加固 当边坡坡体破碎 或边坡地层软弱时 可打入一定数 量的锚杆 对边坡进行加固 3 土钉加固 对于软质岩石边坡或土质边坡 可向 坡体内打入足够数量的土钉 对边坡起到加固作用 4 预应力锚索加固 当边 坡较高 坡体可能的潜在破裂面位置较深时 预应力锚索不失为一种较好的深 层加固手段 4 防护防护 1 植物防护 2 工程防护 砌体封闭防护 喷射素混凝土防护 挂网锚喷防护 5 排水排水 1 截水沟 2 坡内排水沟 4 边坡稳定分析方法 比肖普 边坡稳定分析方法 比肖普 Bishop 条分法和瑞典 条分法和瑞典 Swedish 条分法的基本假设条件及不同条分法的基本假设条件及不同 Pag40 基本假设条件 不同毕肖普采用了假定各 土条之间的切向条间力 Xi 和 Xi 1 略去不计的方法 即假定切向条间力为 0 而瑞典条 分法忽略了土条侧面的作用力 并不能满足所有的平衡条件 由此算出的稳定安全系数比其 他严格的方法偏低 5 结构面倾角与直立边坡极限高度之间的关系结构面倾角与直立边坡极限高度之间的关系 左图表明 许多边坡陡 坡角和几百英尺高的条 件下是稳定的 而许多 平缓边坡高仅几十英尺 却破坏了 这种差异乃 是因为岩石边坡的稳定 性是随岩体中的不连续 面 诸如断层 节理 层面等 的倾角而变化 的 如果这些不连续面 是直立的或水平的 就 不会发生单纯的滑动 此时的边坡破坏将包括 完整岩块的破坏以及沿 某些不连续面发生的移 动 另一方面 如果岩 体所含的不连续面倾向 于坡面 倾角又在 30 到 70 度之间 就能发生简单的滑动 而这类边坡的稳定性显然比其中只有水平 和直立不连续面的边坡低 6 6 极限平衡法的基本原理 极限平衡法的基本原理 假定边坡的岩土体破坏是由于边坡内产生了滑动面 部分 块体沿滑动面儿滑动造成的 滑动面上的坡体服从破坏条件 假设滑动面已知 通过考虑 滑动面形成的隔离体的静力平衡 确定沿滑面发生滑动时的破坏载荷 或者说判断滑动面 上的滑体的稳定状态或稳定条件 没有考虑土体自身应力 应变关系和实际工作状态 7 7 岩石块体在斜面上发生滑动和倾倒的条件 岩石块体在斜面上发生滑动和倾倒的条件 由图可知 分为四个区域 1 底面角度 摩擦角 且块体宽高比率 b h tan 块体稳定 b h 2 底面角度 摩擦角 且块体宽高比率 b h tan 块体进发生滑动 b h 3 底面角度 摩擦角 且块体宽高比率 b h tan 块体仅发生倾倒 b h 4 底面角度 摩擦角 且块体宽高比率 b h tan 块体又滑动又倾倒 b h 8 8 边坡变形与破坏的类型 如何评价 边坡变形与破坏的类型 如何评价 1 1 边坡岩体变形的基本类型 边坡岩体变形的基本类型 卸荷回弹 卸荷回弹 在成坡过程中 由于荷重不 断减少 边坡岩体在减荷方向 临空面 产生伸长变形 即卸荷回弹即卸荷回弹 蠕蠕 变变形 变变形 边坡岩体中的应力对于人类工程活动的有限时间来说 可以认为是保 持不变的 在这种近似不变的应力作用下 边坡岩体的变形也将会随时间不断 增加 这种变形称为蠕变变形蠕变变形 2 2 边坡破坏的基本类型 边坡破坏的基本类型 崩塌 崩塌 fallfall slumpsslumps 斜坡岩土体被结构面分 割的块体 突然脱离母体以垂直运动为主 翻滚跌跃而下的现象与过程 滑坡滑坡 slides slides 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 称为滑坡 倾倒破坏倾倒破坏 toppling toppling 由陡倾或直立板状岩体组成的斜坡 当岩层走向与坡面走向近平行时 在自重应力的长期作用下 由前缘开始向临 空方向弯曲 折裂 并逐渐向坡内发展的现象称为倾倒破坏 弯曲倾倒 边坡失稳破坏产生的滑坡 滑动 沉陷 泥石流 岩崩 这些在表面上看似斜坡岩土体运动的不同 表现形式 但随时都有可能带来严重的破坏 甚至是灾难 9 9 露天矿边坡的特点及影响稳定性的因素 露天矿边坡的特点及影响稳定性的因素 岩石力学 Pag127 有临空面部分 岩体暴露 改变了岩体原有的应力状态 改变了地下水流条件 影响因素 岩石组成 结 构面特征 地下水 爆破震动 其他因素 边坡几何形状 风化 人为 例题例题 1 某滑坡的滑面为折线 其断面和力学参数如图和表所示 拟设计抗滑结 构物 取安全系数为 1 15 计算作用在抗滑结构物上的滑坡推力 P 3 下滑分力 KN m T 抗滑力 R KN m 滑面倾角 传递系数 10000500045 0 733 1400017000 17 0 98 2100240017 P3 2 Consider the infinite slope shown in figure a Determine the factor of safety against sliding along the soil rock interface given H 2