第二部分 滑坡

第二部分滑坡,第2章滑坡,广义定义：斜坡岩(土)体顺坡向下滑移的一种现象，统称为滑坡，它包括崩塌和泥石流等。严格定义：在一定的地形地质条件下，由于外界条件的变化，各种白然或人为的因素影响(例如长期受水浸润，削弱山体下部支撑力量等)，破坏了岩(土)体的力学平衡，使山坡上的不稳定土体(岩体)在重力作用下，沿着一定的软弱面(带)作整体的、缓慢的、间歇的向下滑动的不良地质现象，称之为滑坡。,基本构造特征,滑坡示意图1-滑坡体；2-滑动面；3-滑动带；4-滑坡床；5-滑坡后壁；6-滑坡台地；7-滑坡台地陡坎；8-滑坡舌；9-张拉裂缝；10-滑坡鼓丘；11-扇形张裂缝；12-剪切裂缝,滑坡要素,滑坡要素,2.1滑坡分类,1.按滑坡发生年代分类：近50年以内的称为新滑坡，全新世以来的滑坡称为老滑坡，晚更新世及其以前的滑坡称为古滑坡。2.按滑体厚度分类：分为浅层滑坡(h10m)、中层滑坡(10mh25m)、深层滑坡(25mh50m)和超深层滑坡(h50m)。,2.1滑坡分类,3.按滑坡体积分类：小型滑坡(V10万立方米)、中型滑坡(10万立方米V100万立方米)、大型滑坡(100万立方米V1000万立方米)和特大型滑坡(V1000万立方米)。4.按滑坡滑动方式分类：分为推移式滑坡、牵引式滑坡和整体式滑坡。,四川丹巴红军桥滑坡,四川丹巴红军桥滑坡,四川丹巴红军桥滑坡,四川丹巴红军桥滑坡,四川丹巴红军桥滑坡,四川丹巴莫洛滑坡,四川丹巴莫洛滑坡,四川丹巴莫洛滑坡,2.2滑坡形成环境,2.2.1产生滑坡的内在因素,1.地层岩性,(1)各种粘性土，黄土及类黄土，各种成因的堆积层(包括崩积、坡积、洪积及人工堆积)；(2)砂岩、页岩、泥岩的互层地层；(3)煤系地层；(4)灰岩、页岩或泥质岩的互层地层；(5)泥质岩的变质岩如板岩、千枚岩、云母片岩、绿泥片岩、滑石片岩等;(6)软质或易风化的火成岩如凝灰岩、玄武岩和花岗岩等。,2.2滑坡形成环境,2.2.1产生滑坡的内在因素,2.地质构造,(1)为滑坡提供了物质来源；(2)各种构造结构面(层面、断层面、节理面、片理面、不整合面等)控制了滑坡滑动面的空间位置及滑坡的范围；(3)决定了滑坡地下水的分布和运动规律。,2.2滑坡形成环境,2.2.2产生滑坡的外在因素,1.水的作用,(1)地表水渗入坡体，增加上覆土体重量而引起滑坡；(2)水对滑动带土的浸湿和润滑作用；(3)静、动水压力的作用；(4)地下水的潜蚀作用；(5)地下水的化学作用。,2.2滑坡形成环境,2.2.2产生滑坡的外在因素,2.斜坡应力状态的改变,河流冲刷，海、湖及水库的浪蚀，人工开挖边坡，坡体上部加载(加填堤、堆料、弃渣等)，以及地下采空，地壳上升等等，都改变了斜坡的外形和应力状态，增大了下滑力，减小了稳定斜坡的支撑力，从而引起滑坡。,3.震动,滑坡影响因素,老滑坡前部挖方导致滑坡复活（云南元磨高速公路）,堆填路堤引起滑坡,海石湾滑坡（由堆载、灌水引起）,万梁高速公路大荒田西砂泥岩顺层滑坡,由灌溉引起的黑方台缘滑坡群,宝珠寺水库库岸滑坡,返回,2.3滑坡稳定性分析,2.3.1稳定性分析方法,计算公式,地震力,重力,建筑荷载处理,土：重度取值,计算公式,渗透压力（动水压力）,渗透压力平行于滑面分力,渗透压力垂直于滑面分力,计算公式,计算公式,2.3滑坡稳定性分析,2.3.2稳定性评价,（1）不稳定的F1.0，（2）欠稳定的1.0Fs1.05，（3）基本稳定的1.05FsFst，（4）稳定的FsFst，,算例(传递系数法),计算参数由勘查报告：滑体土天然容重：19.5KN/m3滑体土饱和容重：21.8KN/m3滑体土旱季：粘聚力：23.5kpa，内摩擦角：22.5滑体土雨季：粘聚力：22.0kpa，内摩擦角：21.8滑带土旱季：粘聚力：18.5kpa，内摩擦角：19.5滑带土雨季：粘聚力：17kpa，内摩擦角：18.5,计算工况,工况一（现状工况）：天然状态工况二（校核工况）：天然状态+地震工况三（雨季工况）：天然状态+暴雨（控制工况）,稳定性分析结果,稳定性评价,本变形体灾害程度分级为级，滑坡剪出口均属于不涉水工程安全系数Fst取1.15。由此对各个剖面不同剪出口在各种工况下的稳定性作如下评价：11-11剖面上剪出口：工况一、工况二、工况三均不稳定，工况三最不利（0.844）；11-11下剪出口：工况一工、况二均处于欠稳定状态，工况三最不利（0.855）。,滑坡推力计算结果,美国的滑坡防治工程分类,2.4滑坡灾害防治,日本滑坡学会的滑坡防治工程分类,国际岩土学会滑坡治理措施简表,1,3.支挡结构3.1重力式挡土墙3.2框架式挡土墙3.3笼式挡墙3.4被动式桩、墩和沉井3.5现浇的钢筋混凝土挡墙3.6聚合物或金属的条或片的加筋挡土结构3.7粗粒材料的支撑扶壁（盲沟）（力学作用）3.8岩石边坡的固定网3.9岩石崩塌的减缓和阻止系统（拦石的沟、平台、栅栏和墙）3.10抗冲刷的保护性岩石或混凝土块4.斜坡内部加固4.1岩石锚栓4.2微型桩群4.3土钉4.4锚杆（预应力的或非预应力的）4.5注浆4.6石头的或石灰/水泥柱4.7热处理4.8冻结4.9电渗锚杆4.10种植植物（根系的力学作用）,我国滑坡防治措施简表,1,地面排水沟布置示意图,截水盲沟示意图,支撑盲沟示意图,仰斜孔排水示意图,井孔联合排水示意图,洞孔联合排水示意图,1.垂直钻孔；2.仰斜钻孔,滑动带,地面,2.4滑坡灾害防治,2.4.1减载与反压,2.4滑坡灾害防治,2.4.2抗滑挡墙,设计荷载选择：以滑坡推力和主动土压力荷载效应大者控制设计。当滑坡推力小于主动土压力时，应把主动土压力作为设计推力进行设计，但当滑坡推力的合力作用点位置较主动土压力的作用点高时，挡土墙的抗倾覆稳定性取其力矩较大者进行验算。,抗滑挡墙的设计,挡墙断面尺寸的拟定：抗滑挡土墙具有墙面坡度缓、外形矮胖、平面尺度大的特点。墙面坡度常用1:0.3-1:0.5的坡率，有时甚至缓至1:0.75-1:1。基底常做成反坡或锯齿形，有时为了增加抗滑挡土墙的稳定性和减少墙体圬工，还在墙后设置1-2m宽的衡重台或卸荷平台。,抗滑挡墙的设计,挡墙高度的拟定：合理墙高可通过墙顶不剪出为前提进行试算确定。,抗滑挡墙的设计,基础埋深的确定：总体而言需要满足挡墙稳定性验算、地基承载力验算等确定。对于基岩不小于0.5m，稳定坚实的土层不小于2m；并置于可能向下发展的滑动面以下；墙前埋深较大时(埋入密实土层3m、中密土层4m以上)，可酌情考虑被动（静止）土压力的作用。,抗滑挡墙的设计,地基承载力验算：基底最大压应力应小于等于地基容许承载力。不得出现拉应力；,抗滑挡墙的设计,抗滑、抗倾覆稳定性验算：满足规定的稳定性系数要求，一般抗滑大于1.3，抗倾大于1.6。,抗滑挡墙的设计,挡墙截面强度验算：最不利截面的压、拉、剪切应力不超过挡墙材料的相应强度。一般而言由于挡墙截面较大，仅需对明显薄弱截面进行验算。按压弯构建进行计算。,抗滑挡墙的设计,施工注意事项宜先做好截排水工程，避开雨季。有减重时可先行减重，再行开挖。基槽开挖应跳槽分段开挖，单段长度以810m为宜。填料压实。设置排水孔、伸缩沉降缝。,抗滑挡墙的设计,抗滑挡土墙抗滑挡土墙与一般挡土墙的区别有以下几点：（1）不是承受一般土压力，而是滑坡推力，后者比前者大得多。（2）胸坡缓、重心低，胸坡10.411。（3）基础埋深大，基岩中0.51.0m，土层中1.52.0m或更大，必须置于滑面以下稳定地层。（4）尽量利用墙背填土重量。（5）墙后纵向盲沟要求高。（6）墙体稳定性检算中除抗滑、抗倾覆和截面强度检算外，还应检算从墙底滑动和从墙顶滑出的可能以决定墙的埋深和墙高。（7）推力作用点位置一般不在三分之一墙高，而在二分之一或五分之二墙高处。（8）施工必须分段跳槽开挖，从两侧向中部推进，避免因挖基造成滑坡滑动。,桩是深入土层或岩层的柱形构件。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，而使边坡保持平衡或稳定。同一般桩区别在于主要承受水平荷载。,抗滑桩的特点,2.4.3抗滑桩,抗滑桩排（兰青公路享堂滑坡）,1材料分类木桩：临时工程钢桩：临时工程钢筋砼桩：常用,抗滑桩的类型、特点及适用条件,2按施工方法一、沉桩（预制桩）打入、振动下沉、静力压桩,2按施工方法一、沉桩（预制桩）特点：不适宜密实砂土、碎石土、乱石层等。噪声污染大；挤土效应强；施工质量稳定；松土中由于挤密作用会提高地基土承载力；需运输、起吊、打击等配筋量大、混凝土标号高，造价高于灌注桩；场地条件允许。小型滑坡，推力小情形。,2按施工方法二、灌注桩1、钻孔灌注桩：小型、推力方向不确定情形。2、挖孔灌注桩（人、机）截面灵活，适用广。3、沉管灌注桩：较少用。,3按截面型式1、圆桩：小型、推力方向不确定情形。2、矩形桩：常用。3、异形桩：可充分利用材料性能。,5.1抗滑桩的类型、特点及适用条件,4按结构型式1、单桩2、单排桩：常用。3、群桩：大推力滑坡。4、刚架桩：大推力滑坡。,5.1抗滑桩的类型、特点及适用条件,5按结构受力模式1、悬臂桩：常用，截面较大，不经济，但深层大型滑坡不得不用。2、锚拉桩：较经济，适用于推力多在2000KN/m情形。,抗滑桩的类型、特点及适用条件,抗滑桩设计要求和设计内容抗滑桩设计一般应满足以下要求：(1)抗滑桩提供的阻滑力要使整个滑坡体具有足够的稳定性，即滑坡体的稳定安全系数满足相应规范规定的安全系数或可靠指标，同时保证坡体不从桩顶滑出，不从桩间挤出；(2)抗滑桩桩身要有足够的强度和稳定性，即桩的断面要有足够的刚度，桩的应力和变形满足规定要求；,抗滑桩设计要求和设计内容(3)桩周的地基抗力和滑体的变形在容许范围内；(4)抗滑桩的埋深及锚固深度、桩问距、桩结构尺度和桩断面尺寸都比较适当，安全可靠，施工可行、方便，造价较经济。,抗滑桩的设计内容(1)进行桩群的平面布置，确定桩位、桩间距等平面尺度；(2)拟定桩型、桩埋深、桩长、桩断面尺寸；(3)根据拟定的结构确定作用于抗滑桩上的力系；(4)确定桩的计算宽度，选定地基反力系数，进行桩的受力和变形计算；(5)进行桩截面的配筋计算和一般的构造设计；(6)提出施工技术要求，拟定施工方案，计算工程量，编制概(预)算等。,抗滑桩设计荷载的确定,作用于抗滑桩上的力系主要有两大部分：作用于桩上部的滑坡推力和桩周地层对桩的反力。对有锚桩，还有锚杆或锚索系统对桩上部的横向拉力。设计荷载取滑坡推力和土压力荷载效应的大值。,滑坡推力的确定滑坡推力作用于滑面以上部分的桩背上，其方向假定与桩穿过滑面点处的切线方向平行。通常假定每根桩所承担的滑坡推力等于两桩中心间距宽度范围内的滑坡推力。对于液性指数小，刚度较大和较密实的滑坡体，从顶层至底层的滑动速度常大体一致，假定滑面上桩背的滑坡推力分布图形呈矩形；对于液性指数较大，刚度较小和密实度不均匀的塑性滑体，其靠近滑面的滑动速度较大，假定滑面以上桩背的滑坡推力图形呈三角形分布；介于上述两者之间的情况可假定桩背推力分布呈梯形。,通常仅考虑滑面以下地基土对桩的反力，抗滑桩嵌固于滑面以下的地基中，相当于悬臂桩。通常假定反力的大小与岩(土)体的变形成正比，按弹性抗力计算，该地基反力应不超过地基土的侧向容许承载能力。桩与地基土间的摩阻力、粘着力、桩变形引起的竖向压力一般来说对桩的安全有利，通常略去不计，桩的自重和桩底应力等也略去不计。,地基反力的确定,通常依文克尔假定，假定其于横轴向位移承正比，相应比例系数称为地基系数，依据不同地基比例系数的假定不一样，有如下方法：,C为地基系数，其含义为单位面积土在弹性限度内产生单位变形所需要的力；依据假定的不同有：m法、k法、c法、C法等。,地基反力的确定,地基反力的确定,当地基土为多层土时，采用按层厚以等面积加权求平均的方法求算地基反力系数。当地基土为2层时，有当地基土为3层时，有,地基反力的确定,抗滑桩的计算方法,实际上即为桩基水平（横轴向）承载力计算，通常采用弹性地基梁法。,横轴向破坏机理与特点,刚性桩与弹性桩的判别,刚性桩与弹性桩的判别,对于边长、直径大于1m的桩：,计算目的即为求解沿桩身任意深度处的水平位移、转角、弹性抗力、截面弯矩、截面剪力。已知条件为滑面处弯矩M0和剪力Q0；以及桩的截面、地基土体参数等。,抗滑桩的计算方法,滑面以下为同一m值，桩底自由，滑面处的弹性抗力系数分别为Al、A2，H为滑坡推力与剩余抗滑力之差，x0为下部桩段转动轴心距滑面的距离，为旋转角，Z0为滑坡推力至滑面的距离。,刚性桩的计算,刚性桩的计算,刚性桩的计算,刚性桩的计算,实际计算程序：（1）确定土层参数、桩的布置（截面、埋深）；（2）计算桩计算宽度；（3）按式5.5求得转动中心的位置，（4）按式5.6求得转动量值；（5）自滑面处起，每隔一定间距取一个断面计算桩截面弯矩、剪力。（6）绘制剪力图、弯矩图作配筋计算。（7）检算桩侧最大弹性抗力不超地层水平承载力。（8）必要时检算桩顶位移。,弹性桩的计算,(1)m法桩顶受水平荷载的挠曲微分方程为（滑面出露地表）。该四阶线性变系数齐次微分方程，采用幂级数的解法：,当桩底为固定端时，有yB=0，=0，MB0，QB0。将边界条件代入式(58)中的第1式和第2式，联立求解得：(5.9)当桩底为铰接端时，yB=0，MB=0；0，QB0。将边界条件代入式(58)中第l、第3式，联立求解得：(5.10)当桩底为自由端时，MB=0，QB=0；0，yB0。将边界条件代入式(58)中第3、第4式，联立求解得：(5.11)将上述各种边界条件下相应的y0、代入式(58)，即可求得滑动面以下桩身任一截面的位移、转角、弯矩和剪力。,(3)滑动面处地基反力不为零时的处理方法将地基系数的变化图形向上延伸至虚点A，延伸的高度，见图57；自虚点A向下计算桩的内力和变位，仍可使用表54，但此时应重新确定A点的初参数MA、QA、yA、；,A点处的初参数可由滑面处条件和桩底处的边界条件确定，即在MA和QA作用下，必须满足下列条件：当x=0时(在滑面处)当x=l2时(桩底处)MB=0，QB=0(桩底为自由端)或YB=0，=0(桩底为固定端)桩底为自由端时可建立下列方程(5.19),桩底为固定端时可将式(519)中第3式、第4式改为下列方程即可，(5.20)上列各式中：，(i=3，4)在滑面处的影响系数值，(i=1，2，3，4)在桩底处的影响系数值。桩底为自由端时，联解组(519)；桩底为固定端时，联解式(519)中第l式、第2式和式(520)组成的方程组，求得MA、QA、YA、值，代入式(58)中直接使用表54中的影响系数值，就可方便地计算滑面以下桩身任一深度处的内力和变位。,(4)滑面处(桩顶，x=0)桩为铰接时或箝固时的处理方法当抗滑桩采用排架桩时，桩顶处由于系梁或承各排架的作用而简化为铰接或箝固，此时用m法计算时需要做一些变换处理。式(58)为m法计算抗滑桩在任意深度处桩变位和内力的表达式，也可写成如下形式的表达式(将式(59)(511)代人式(58)整理代换后即可得)：(5.21)式中：AY，BY，AM，BM，AQ，BQ分别为计算位移、转角、弯矩和剪力的无量纲系数。桩顶铰接时的A值见表5558，B值见表59512。,桩顶嵌固时，即边界条件为(x=0)=0，代入式(521)中第2式，可得(5.22)将式(522)代入式(521)中第l式，得(5.23)将式(522)代人式(521)中第3式，得(5.24)将式(522)代入式(521)中第4式，得(5.25)式中，AYF、AMF,AQF分别为桩顶箱固时计算桩位移、弯矩、剪力的无量纲系数。Q0可根据排桩、排架桩或群桩的空间位置、刚度和连接情况将滑坡推力分配到各根桩上而求得。,(2)K法依假定，桩锚固段的挠曲微分方程为：(5.12)由式(5.3)定义，有，式(512)可写为(5.13)求解上述常系数齐次微分方程，整理代换后有：,式中：，K法的影响函数，表达式如下：(5.15)式(514)为K法的一般表达式。同样，计算时要先求滑面处的y0和，才能求桩身任一截面处的变位和内力以及地基土在该截面处的侧向应力。一般根据桩底边界条件确定。,当桩底为固定端时，yB=0，=0，代入式(514)中第l、第2式，联立求解得：(5.16)当桩底为铰接端时，yB=0，MB=0，代入式(514)中第l、第3式，联立解得：(5.17)当桩底为自由端时，MB=0，QB=0，代入式(514)中第3、第4式，联立解得：(5.18)将上述各种边界条件下相应的Y0、代入式(514)即可求得滑面下锚固段桩身任一截面的变位和内力。,刚性桩的计算,实际计算程序（以M法为例）（1）确定土层参数、桩的布置（截面、埋深）；（2）计算桩计算宽度；（3）按式5.95.11求得滑面处的位移和转角；（4）按式5.8自滑面处起，每隔一定间距取一个断面计算桩截面弯矩、剪力。（5）绘制剪力图、弯矩图作配筋计算。（6）检算桩侧最大弹性抗力不超地层水平承载力。（7）必要时检算桩顶位移。,(1)抗滑桩的平面布置抗滑桩原则上布置在滑体下部，滑动面平缓、滑体厚度较小、锚固段地质条件较好的地方。对地质条件简单的中小型滑坡，一般在滑体前缘布设一排抗滑桩，桩排走向应与主滑方向垂直。对于纵向很长的多级或推力很大的滑坡，可考虑将抗滑桩布置成两排或多排，分级承担滑坡推力。对滑坡推力特别大的滑坡，可考虑采用抗滑排架或群桩承台。,抗滑桩的设计,抗滑桩平面布置示意图,抗滑桩断面布置示意图1.全埋式桩；2.悬臂桩；3.锚索桩,(2)抗滑桩的间距一般采用的间距为410m。当桩间采用了结构连接来阻止桩间楔形土体的挤出，则桩间距完全决定于抗滑桩的抗滑力和桩间滑体的下滑力。当抗滑桩集中布置成23排排桩或排架时，排间距可采用桩截面宽度的23倍。平面上分段布设的桩，应重叠一个间距。,抗滑桩的设计,(3)桩的锚固深度对于土层，一般嵌固深度取为全桩的1/31/2桩长，岩质地层取1/41/3桩长。原则上由桩的锚固段传递到滑面以下地层的侧向压应力不得大于该地层的容许侧向抗压强度、桩基底的压应力不得大于地基的容许承载力来确定。当锚固段地层为土层及严重风化破碎岩层时，桩身对地层的侧压力应符合下列条件：,抗滑桩的设计,当锚固段地层为比较完整的岩质、半岩质地层时，桩身对围岩的侧向压应力应符合下列条件：式中：桩身对围岩的侧压应力，kPa；根据岩层产状的倾角大小，取0.51.0；根据岩层的破碎和软化程度，取0.30.5；围岩岩石单轴抗压极限强度，kPa。,5.4抗滑桩的设计,(1)钢筋混凝土桩钢筋混凝土桩是抗滑桩用得最多的桩型，其断面形式主要有圆形、矩形。圆形断面可机械钻孔成桩，也可人工挖孔成桩，桩径根据滑坡推力和桩间距而定，从6002000，最大可达4500。矩形断面可充分发挥其抗弯刚度大的优点，适用于滑坡推力较大，需要较大刚度的地方。一般为人工成孔抗滑桩，断面尺寸bh一般