滑坡勘察设计中常见的几 PPT课件

1 滑坡勘察 设计中常见的几个问题 2 一 勘察目的及任务 目的为滑坡灾害防治提供地质依据任务1 查明滑坡形成的地质环境条件 2 查明滑坡的厚度 物质组成 结构特性 空间分布特征 地下水类型及其富水程度和空间分布特征 3 查明滑坡的形成机制及引发因素 变形破坏现状和危害程度 4 为防治施工提供详细的工程地质与水文地质资料和岩土体的物理力学性质参数 5 计算并综合评价其稳定性及其演化发展趋势 6 对防治工程提出地质建议 地质条件计算参数计算模型 3 一 勘察的特点二 勘察方法选择原则三 计算参数的确定四 稳定性系数五 荷载 4 一 滑坡勘察的特点 滑坡勘察不同于一般建筑的岩土工程勘察 其特点主要有以下几个方面 1 重视地质环境条件的调查 并从条件中寻找滑坡的形成演化过程和主要作用因素 2 充分认识滑坡的地质结构 从其结构出发研究其稳定性 3 重视变形原因的分析 并与外界引发因素相联系 研究主要引发因素的作用特点与强度 灵敏度 4 稳定性评价和防治工程设计参数具不唯一性 常表现为较强的离散性 应根据滑坡的个体特点与作用因素综合确定 进行多状态的模拟计算 5 目前尚未研究出具有普适性的稳定性计算方法 现有的方法都有较多的假定条件 6 勘察阶段结束不等于勘察工作结束 后续的工作如监测或施工开挖常常补充修改勘察阶段的认识 甚至完全改变以前的结论 7 勘察方法的选择是强调查应用经验与技巧 寻求以最少的工作量和最低的投资 获得最佳的勘察效果 8 勘察工作量确定的最基本原则是能够查明滑坡体的形态结构特征和变形破坏的作用因素 满足稳定性评价对有关参数的需求 而不拘于一般的勘察规程 5 二 勘察方法选择原则 基本原则 以较低的勘察工作投入 取得较多的有用资料 1 针对性 根据现场踏勘和前人资料 初步确定其性质 有针对性地选用适宜的勘探方法 2 力求以最简单的方法去解决最复杂的问题 避免刻意追求新奇的技术 3 简便高效 尽可能使用操作简便 易于搬迁 在地形地质和气象等方面环境适应性强的设备 4 经济合理 在能够满足勘察质量要求的前提下 尽可能降低勘探工作量 6 a 布置勘探剖面应在对滑坡调查的基础上 结合宏观变形迹象 有针对性地布置 纵剖面应与滑坡主滑方向一致 b 在准备设置工程措施部位应尽可能地布置勘探工作 c 钻探工作应遵照相关规范 钻孔深度适中 d 应针对不同的勘探对象选择合适的勘探手段和方法 7 三 计算参数的确定 滑坡的物质组成 滑动岩土体滑床岩土体滑动面 滑动带 软弱结构面目的求岩土体和作为滑带的软弱结构面的物理力学性质 包括变形与强度参数 意义为稳定性计算和治理设计提供参数 理论导向经验判断测试基础合理反算 8 一 C 的关系 滑动面抗剪强度表达式 tg C当滑带土处于饱水状态C 0 tg 从公式可以看出 1 抗剪强度是随作用于滑动面上的法向应力的增大而增大 2 内聚力为一常数 3 内摩擦角为一变量 滑体厚度的大小影响滑动面的抗剪强度 当滑体厚度增大时 内摩擦角的作用增大 当滑体厚度减小时 内聚力的作用增大 有关文献将滑体 上覆岩土体 厚度为4米作为一个界线 9 1 滑体厚度小于4米时 其抗剪强度主要由内聚力控制 2 滑体厚度大于4米时 其抗剪强度主要由内摩擦角控制 为方便计算 通过抗剪强度相等原则 采用一个定值的综合内摩擦角 0代替内摩擦角和内聚力 称似摩擦角或综合摩擦角 建筑边坡工程技术规范 GB50330 2002 o arctg tg 2c rhcos 铁路路基支挡结构设计规范 0 arctg tg 2c rh 注意 1 当内聚力越大时 计算出的侧向岩土压力 失真 越严重 2 当正应力增大 计算的侧向岩土压力偏小 则不安全 3 当正应力减小 计算的侧向岩土压力偏大 偏于安全 10 建筑边坡工程技术规范 中规定 由于边坡岩土体的不均一性等 一般情况下 等效内摩擦角的计算边坡高度不宜超过15m 不得超过25m 规范公式中存在的问题 抗剪强度相等原则 tg C L tg o则 tg o tg C L 式中 正应力 G cos G r h a 2a cos LG r h L cos 2 r h L cos2 2tg o tg C r h cos2 2 tg 2C rhcos2 因0 cos 1cos cos2 规范推荐公式计算的 o小于推导公式计算的 o 有一安全储备 11 二 试验法 室内试验原位试验试验法最大的不足是由于滑带土的不均匀性导致试验结果离散性太大 尽管目前对取样部位及取样方法进行了规定 且试验尽可能模拟各部位滑坡的受力特征 但仍然难以达到满意的效果 12 三 参数反演法 反演或称反分析是通过恢复已破坏斜坡的原始状态或滑动后滑坡状态 在分析其破坏机理的基础上 建立极限平衡方程 然后反求滑动面的C 值 1 明确反映变形破坏机制 2 计算步骤尽可能简化 抓住主要问题 提高适宜性 3 易于校核 4 不刻意追求新颖和复杂化 在进行反演分析时应特别注意以下几点 1 应尽可能地模拟滑坡蠕滑时的边界条件 尤其是地下水位 如果难以做到 则可取勘探时雨季最高地下水位 2 选择分析剖面与主滑剖面一致 3 用作反演分析的理论方法 应与设计用的稳定性及推力计算方法一致 13 岩土工程勘察规范 GB50021 2001 公路工程地质勘测规范 JTJ064 98 铁路工程不良地质勘察规程 TB10027 2001 滑坡防治工程勘查规范 DZ T0218 2006 等规范规程中对反演法均作了相应的规定 但在具体计算过程中需注意以下几个方面 1 无论是采用恢复已破坏斜坡的原始状态或滑动后滑坡状态 首先必须明确滑坡的稳定状态 并取相应的稳定系数 各种规范规程中按滑坡的赋存活动状态 正在滑动 暂时稳定 稳定 给出了一个相应的区间值 但在取值过程中需考虑滑坡的危害程度 危害程度大取小值 危害程度小取大值 2 除主滑剖面外需取与主滑剖面平行的不少于一条的计算剖面 3 假定C值计算 值 或假定 值计算C值 须注意两值的对应性 计算中相邻假定值不能过大 14 在反演分析中 滑坡几何参数确定后 稳定性系数可根据滑坡稳定状态 给定一个值 那么公式中的变量只有C 我们可以用两个或两个以上的剖面建立2元一次或高阶方程组 联立求解方程式可以较为精确地反算出滑带土的抗剪强度参数 15 四 经验法 类比法 各类规范 规程 手册都给出了较多的经验数据 在应用过程中要注意滑带土的相似性和不同性 硬性结构面 主要由结构面的几何形态 胶结情况及充填厚度所决定 1 结构面起伏较大且较粗糙 内摩擦角较大 2 结构面如为钙质 铁质 硅质胶结 内聚力较大 3 随着结构面充填物厚度的增大 结构面抗剪强度由充填物的抗剪强度来控制 滑带土的抗剪强度还与土的矿物成份及粒径有关 如组成土的矿物成份中高岭土 伊利石 蒙脱石含量较高 则土的内聚力较大 粒径大 内聚力小 16 建筑边坡工程技术规范 工程岩体分级标准 岩土工程手册 等都给出了一些经验公式和数据 其中 岩土工程手册 中给出了抗剪强度指标与斜坡坡度之间的一个统计资料 17 滑坡计算参数 包括滑坡岩土和滑动面 滑带 的物理力学性质参数 在以上研究的基础上滑坡计算参数确定的基本思路如图 18 四 稳定性系数 滑坡稳定性研究的主要任务是进行滑体稳定性计算 评价目前和稳定状态和可能的变形发展趋势 它是在确定了地质模型和物理破坏模式以后 给出合理的数学概化模型 滑坡稳定性系数 是判断滑坡稳定程度的一个量化值 滑坡稳定性的计算方法大致可分为三类 一是极限平衡法 二是数值法 三是概率法 极限平衡分析法是一种定量方法 也是工程上使用最多 最成熟的方法 目前国内有关规范 规程采用最多的一种计算方法 极限平衡假设 当坡体的强度指标降低Fs倍后 坡体内存在一达到极限平衡状态的滑面 滑体处于临界状态 条块刚性假设 对滑体进行剖分后 各条块为刚性块体 只发生整体运动而不产生条块内部的变形 19 同样的力学破坏模式 同样的力学参数 采用不同的计算方法 稳定性系数计算结果可相差30 同种计算方法 同样的力学参数 同样的力学破坏模式 剖分方法的不同 计算结果相差很大 不同影响因素状态下差值也不同 其差值最大可达20 坡面或滑面越陡 剖分方法的影响越大 在以下位置应设置滑坡体条块垂直分界面 1 滑动面倾角变化点 2 滑动面物理力学参数变化点 3 滑动面与地下水位线相交点 4 地面线与河流或水体设计水位线的交点 5 滑坡体重度突变位置 6 滑坡推力零界位置 20 规范 规程中采用的计算方法 1 滑动面为单一滑面或圆弧形 瑞典条分法或毕肖普 Bishop 法 瑞典条分法是将滑动面以上的土体分成n个垂直分条 对作用于各土条上的力进行力或力矩平衡分析 该方法是忽略土条之间和相互作用力的影响 毕肖普法是假定滑动面是以o为圆心 R为半径的圆弧 从中任取一土条i为分离体 其分离体的作用力为 土条重引起的法向反力和切向力 并分别作用于底面中心处 根据静力平衡条件或极限平衡条件各土条力对圆心进行力矩平衡分析 忽略条间切向力 2 滑动面为平面 岩质 滑动时采用平面极限平衡法 3 滑动面为折线时采用传递系数法 不平衡推力 上述计算方法中 瑞典条分法偏于过分安全 毕肖普法和传递系数法误差较小 21 一 传递系数法显示解公式 传递系数法是采用投影法建立的一个力的平衡方程 岩土工程勘察规范 建筑边坡工程技术规范 滑坡防治工程勘察规范 中采用的是显示解 22 一 传递系数法显示解公式 分子 各条块抗滑力之和分母 各条块下滑力之和 1 公式是按逐块投影法进行推导 其数学逻辑是正确的 按公式可理解为 滑体各条块下滑力传递至最末条块之剩余下滑力和最末条块下滑力之和与滑体各条块抗滑力传递至最末条块之剩余抗滑力和最末条块抗滑力之和的绝对值之比 但忽略了各条块之下滑力和抗滑力在传递过程中的相互作用关系 在某一平行于条块分界面的竖直分界面位置 若满足条件 剩余下滑力 0 靠滑坡前缘一侧条块下滑力 0 则该竖直分界面靠滑坡后缘一侧各条块的下滑力和抗滑力均不再向下传递 23 一 传递系数法显示解公式 2 动水压力对滑体的稳定性是不利的 在动水压力计算公式中 当第i计算条块底面倾角为负值 向下 且绝对值大于第i计算条块地下水位面倾角时 所产生的动水压力方向指向上为一抗滑力 这违背了动水压力性质 24 二 传递系数法隐式解 隐式解中是对滑体下滑力进行折减 经多交迭代使滑体未条块剩余下滑力等于零时的系数 Fs 即为滑坡稳定性系数 传递系数法显式解和隐式解有如下关系 1 当稳定性系数小于1 0时 稳定性系数的显式解小于隐式解 2 当稳定性系数等于1 0时 稳定性系数的显式解等于隐式解 3 当稳定性系数大于1 0时 稳定性系数的显式解大于隐式解 25 26 五 荷载 作用于滑坡体上的荷载有如下几种 a 滑坡体自重 b 滑坡体上的地面荷载 建 构 筑物产生的附加荷载 汽车 行人等产生的动荷载 c 地下水产生的荷载 静水压力 动水压力等 d 地震荷载 e 江 河 库 水位变化产生的荷载 荷载组合是根据滑体变形过程中作用于滑体上的荷载按最不利条件进行组合 各类规范 规程中有不同的组合方法 建设行业 可分为永久荷载 可变荷载 偶然荷载 分别进行荷载组合 相应的荷载选取不同的荷载分项系数 27 五 荷载 地质 公路 铁路 水利行业 根据滑坡变形过程及其发展趋势进行荷载组合 工况 在稳定性计算中一定要分析滑坡的运动特征和动力特征 在影响因素分析中要分别进行诱发因素和激发因素进行分析 28 六 勘察报告编制 1 可不进行勘察等级划分 但要进行勘察阶段划分 并根据滑坡规模 危害程度 治理难度进行滑坡分级 2 地质环境部份 概述 对与滑坡有关的进行重点描述 3 滑坡基本特征部份 1 滑坡边界 规模 形态特征 分析滑坡体的类型 边界范围及分布高程 面积 体积及其平面 空间型态 并分析其变形破坏特性和可能造成的危害 2 滑体特征 分析滑体的成因类型 物质成分及结构 形态参数 岩土力学性质和指标 厚度及分区 地下水活动状态及岩土渗透特征 3 滑床特征 滑床基岩岩性及结构 岩石力学和渗透性指标 地质构造 风化程度等 4 滑移带特征 滑移带的物理组成 力学特性与结构 微结构特征 分布形态 埋深 厚度及分段 应对滑体 滑动面 滑带土 滑床物质组成进行描述 4 对试验方法应加以说明 5 在剖面图 钻孔柱状图 山地工程展示图必须标注取样位置 29 滑坡防治工程设计 滑坡防治工程应与社会经济发展和环境质量改善规划相适应 与环境保护 土地利用相结合 滑坡防治应以及早治理 一次根治 不留后患为原则 动态设计为滑坡防治工程设计的基本方法 一份设计由三部份组成一 计算书二 施工图图册三 工程预算书 30 一 计算书 计算书是整个设计的核心 是设计的理论计算及校核的依据 它应该由以下几部份组成 1 滑坡概况2 设计依据及采用的规范 规程3 设计参数4 工程措施5 计算 31 设计参数 设计参数一般采用专项滑坡 勘察报告 中建议的设计参数 由于对同一滑坡的看法不同 可能存在认识上的分歧 在对滑坡物理力学参数取值上有不同的认识 如果对 勘察报告 中提供的参数进行修正 那么在此部分需加以说明和论述 最终确定设计参数 32 工程设计中安全系数的讨论 滑坡稳定性安全系数 根据滑坡危害对象的重要性 危害程度的大小 治理失败后补救工程的难易度面而规定的一种安全指标 滑坡防治工程设计都要符合规范中规定的安全系数 不同的安全系数定义对稳定安全系数的数值与滑坡推力值都是不同的 但滑坡工程与结构工程不同 增大荷载并不一定能充分体现增大安全系数 随着荷载的增大 下滑力增大 但抗滑力也会增大 目前采用的安全系数主要有三种 1 强度储备安全系数 通过降低岩土体强度来体现 2 超载储备安全系数 通过增大荷载来体现 3 下滑力超载储备安全系数 通过增大下滑力来体现 33 强度储备安全系数 滑坡的发生常常是由于外界因素引起岩土体强度降低面导致岩土体滑坡 在计算过程中只降低抗滑力 而不改变下滑力是比较符合工程实际情况 也是工程界广泛承认的一种方法 如简化毕肖普法 传递系数法的隐式解等 34 超载储备安全系数 主要表现在支护结构设计中的荷载分项系数 如抗滑桩结构的承载力设计时 35 下滑力超载储备安全系数 改进传递系数法 基于以下六个假设 1 将滑坡稳定性问题视为平面应变问题 2 滑动力以平行于滑动面的剪应力 和垂直滑动面的正应力 集中作用于滑动面上 3 视滑坡体为理想刚塑材料 认为整个加荷过程中 滑坡体不会发生任何变形 一旦沿滑动面剪切应力达到其剪切强度 则滑坡体即开始沿滑动面产生剪切变形 4 滑动面的破坏服从Mohr Coulomb破坏准则 即滑动面强度主要受粘聚力及摩擦力控制 5 条块间的作用力合力 剩余下滑力 方向与滑动面倾角一致 剩余下滑力为负值时则传递的剩余下滑力为零 6 沿整个滑动面满足静力平衡条件 但不满足力矩平衡条件 36 改进的传递系数法依据 原理正确 物理意义明确 计算结果稳定 可靠 其满足条块剩余下滑力的合力小于零的条件 即条块之间不允许出现拉应力 不论条块剩余下滑力是否小于零 其计算出的稳定性系数均与不平衡推力法相等 计算的滑坡推力满足设计要求 克服了传统的传递系数法方法的不足 37 强度折减安全系数与下滑力超载安全系数 滑坡推力的标准值 式中 E 滑坡推力T 岩土体下滑力R 岩土体抗滑力由强度折减安全系数Fs得到的滑坡推力为 E1 T R Fs由下滑力超载安全系数Fs得到的滑坡推力为 E2 Fs T R 38 E2 Fs T R Fs Fs E1 可见 采用下滑力超载安全系数的滑坡推力值为强度折减安全系数的滑坡推力值的Fs倍 这也就是为什么采用改进传递系数法计算滑坡推力时Fs值增加不大而推力增加很大的原因 39 锚固角的优化 常见的边坡破坏类型有平面破坏 楔体破坏 圆弧破坏及复合破坏 1 按规范 规程取值 锚孔倾角宜采用100 350 2 40 假定已知滑动面倾角为 坡面线倾角为 锚索与水平面的夹角为 锚索与滑动面的夹角为 锚固端简化为A点 则预应力锚索加固受力示意图如下 由图中易得 锚索抗滑力F为 41 由上式可知 锚固抗滑力主要由锚固力T沿滑动面的切向分力T 和法向分力Tn在滑动面上产生的摩擦力提供 T主要由注浆体与锚索或与岩土体孔壁间的粘结强度值决定 是满足预锚设计要求的核心参数 通常由预应力锚索