水利水电边坡设计规范

水利水电工程边坡设计规范,SL386-2007,主讲人：侯克鹏教授电话本规范的主要内容总则主要术语基本规定边坡岩土抗剪强度指标的确定稳定分析边坡处理安全监测设计,1.1制定本规范的目的使设计“安全适用、经济合理，并充分考虑国内最新的技术水平”。1.2本规范适用范围(1)适用边坡类型按与水利工程安全的密切程度可分为：开挖边坡：该类边坡与工程安全有直接关系。水库边坡：此类边坡失稳是否会威胁工程安全，与距工程的距离远近、规模等有关。河道边坡：一般而言，该类边坡的失稳与是否修建了水利水电工程没有直接关系。,1总则,1.2本规范适用范围(2)适用边坡级别水利水电工程坡按其所属枢纽工程等级、建筑物级别、边坡所处位置、边坡重要性和失事后的危害程度，划分边坡类别和安全级别(表1)。,1总则,表1水利水电工程边坡级别划分,1.2本规范适用范围(3)适用边坡高度计算边坡高度的方法：对于工程开挖边坡，按其开挖面坡顶底最大高差计算。对于自然边坡，按最危险滑动面上、下沿高差计算。边坡高度的划分(表2),1总则,表2边坡高度的划分,边坡自然边坡工程边坡稳定未变形边坡变形边坡边坡工程溃屈倾倒边坡地质模型安全系数设计安全系数极限平衡法,2主要术语,上限解下限解动态设计法风险分析地下排水系统抗滑桩抗剪洞锚固洞锚杆挡墙格构锚固拦石网,3.1边坡级别(1)划分边坡级别的目的：按不同级别确定安全系数标准；加固处理的要求严格程度有所区别。(2)边坡级别的划分如前述表1所示。3.2边坡类型的划分(1)划分边坡类型的目的边坡的可能失稳破坏模式、稳定计算方法的选用、最小稳定安全标准的确定、以及加固处理措施选用等均与边坡类型有密切关系，因此，有必要划分边坡类型。,3基本规定,3.2边坡类型的划分(2)边坡类型的划分水利水电边坡分类见表3。,3基本规定,表3水利水电工程边坡分类表,3.3边坡工作条件边坡工作条件可分为以下几种：(1)正常工作条件对于不挡水边坡，工程竣工后的正常运用期；对于挡水边坡，正常运用水位及其经常性变化和降落。(2)非常工作条件各种边坡的施工期；挡水边坡的非常性的水位降落。(3)非常工作条件正常工作条件遇地震。,3基本规定,3.4最小稳定安全系数标准先按边坡级别、工作条件规定出基本的最小稳定安全系数标准。最小稳定安全系数标准应在大量工程实际采用情况的统计基础上，尽量与其它标准相协调，同时考虑水利水电待业边坡工程特点，以及国内经济发展水平等确定。在确定了基本最小安全系数标准的基础上，再根据边坡类型、稳定计算方法等不同因素分别做出补充规定。在确定最小稳定安全系数标准中，应适当引入风险分析的内容。,3基本规定,关于最小安全系数的讨论,在边坡工程上，一般安全系数取1.11.5。对于临时边坡，在工程中一般要求安全系数1.1，对于永久边坡或重要边坡，一般要求安全系数1.2以上。加拿大的边坡工程手册第六章中指出，当边坡处在极恶劣的条件下，安全系数取1.051.1可能是合理的。在此情况下，地下水和地震均包括在内。孙玉科等（1988）根据国内外露天矿采场边坡设计的经验总结发现，矿山边坡稳定性安全系数取值一般都是在1.051.6之间，而大部分设计采用值一般都在1.11.5之间，超过1.5的设计是比较少的。他还指出，国外有人根据边坡服务年限选取安全系数，服务年限为10年以下时取1.11.2，服务年限达20年的取1.21.5，服务年限在20年以上的取值1.5。,4.1边坡岩体质量评价对岩体质量进行评价时，根据适用条件应采用一种或几种岩体质量评价方法，选择的评价方法应与国际接轨又便于推广。(1)RMR岩体质量分级RMR=A+B+C+D+E+F其中，A完整岩石单向抗压强度的分级评分值；B岩石质量指标的分级评分值；C结构面间距的分级评分值；D结构面状态，包括结构面的粗糙度、宽度、开口度、充填物、连续性及结构面两壁岩石条件等的分级评分值；E地下水条件的分级F结构面走向和倾角对巷道开挖影响程度的评分值。RMR的分级标准见表4。,4边坡岩土抗剪强度指标的确定,4.1边坡岩体质量评价(2)岩体基本质量分级BQ=90+3RC+250KV其中，Rc岩石单轴饱和抗压强度；KV岩体完整性指标(3)CSMR岩体质量分级CSMR分类包括两部分：（1）岩体基本质量（RMR）,由岩石强度、RQD、结构面间距、结构面条件及地下水等因素综合确定；（2）各种边坡影响因素的修正。CSMR=.RMR-.F1.F2.F3+F4其中，边坡高度系数；F1、F2、F3结构面方位系数结构面条件系数；F4边坡开挖方位系数=0.57+34.4/H,4边坡岩土抗剪强度指标的确定,4.2岩体抗剪强度确定方法岩体抗剪强度指标确定内容要求综合岩体质量和岩体抗剪试验结果，确定能代表岩体实际情况的抗剪强度指标。同时应考虑风化程度、节理发育情况；确定层间软弱夹层需规定的连通率、起伏度等因素对抗剪强度指标的影响。,4边坡岩土抗剪强度指标的确定,现场原位试验,5.1一般规定对各种工况，尤其是实际工程中容易出现滑坡的情况，应进行稳定性计算。加固处理前后都应进行稳定分析。稳定分析以边坡整体稳定为主，对于加固工程措施本身的稳定，要求按相关规范的规定计算。对于上部为土坡、下部为岩坡的混合边坡，以及岩石风化破碎严重和断裂构造发育的岩石边坡，应根据实际情况研究采用符合工程实际的稳定分析方法。,5稳定分析,5.2边坡失稳初步判定(1)边坡岩体结构分类(见表5),5稳定分析,表5水电水利工程岩质边坡结构分类表,岩体结构调查的方法,3、现场调查3.1概述3.2地表土层现场调查3.3下部基岩片岩、大理岩、矽卡岩及矿体岩体结构调查分析3.3.1东帮3.3.2西帮3.3.3北帮3.4岩体质量评价及其分类3.4.1按岩石质量指标（RQD）值分类和统计分析3.4.2按岩体结构类型分类3.4.3岩体基本质量分级3.5矿区工程地质分区及稳定性评价3.5.1分区原则3.5.2分区稳定性评价,5.2边坡失稳初步判定(2)失稳模式初步判定(见表6),5稳定分析,表6失稳破坏模式分类,边坡稳定分区,5.2边坡失稳初步判定(3)岩质边坡稳定性分析考虑采用国内外较常用的且具有一定实际应用便于实际操作的方法，对边坡的稳定性进行初步判别。如：极射赤平投影法、极限平衡法、有限元数值模拟法等。根据实际情况，滑动破坏所占的比例最大。但随边坡岩体构造的不同，滑动破坏有多种形式，对于不同形式的滑动破坏应根据工程实际情况确定分析方法。在滑动稳定分析计算中应以极限平衡分析类的方法为主。对于一般节理岩体，sarma法是重点考虑的计算方法之一。对于由于受结构面和软弱面控制有可能形成空间楔形体滑动的情况，楔体法是重点考虑的计算方法。5.3土质边坡和混合边坡稳定分析可参照碾压式土石坝设计规范中的有关规定。而黄土边坡和膨胀土边坡的稳定分析需专门研究。,5稳定分析,放大后可见的边坡最大滑动范围（最宽为30米，顶部为20米）,安全系数、剪应变、速度矢量和弹塑性区总图,图1-16安全系数、速度矢量和剪应变等值线图,图1-17安全系数、剪应变等值线图,6.1一般要求应根据边坡类型、重要性和地形地质条件等，经技术经济比较，综合研究确定边坡处理方案。边坡处理应满足稳定、变形要求，必要时还应满足渗流要求。对于工程开挖边坡的布置，应满足枢纽建筑物总体布置要求，并通过边坡布置方案优化提高边坡本身的稳定能力。首选应提高边坡自承稳定能力，再根据需要进行加固的基本设计原则。要求对存在严重威胁边坡安全的特殊地质构造，研究避开不良地质条件的可能性。不可避免时，应专门进行研究。若采用的加固处理措施缺乏工程实践经验，应进行专门研究，必要时进行试验验证。,6边坡处理,6.2岩石边坡处理应根据不同的边坡岩体结构特征，研究符合地质构造实际情况的处理方法，使得边坡处理方案满足安全和经济的要求。常用的加固处理措施有以下几种：开挖和压脚：上部开挖，下部压脚地面排水：排水沟网地下排水：排水孔、排水洞、排水垫层等坡面支护：喷混凝土、喷纤维混凝土、混凝土面板、沥青混凝土面板、锚杆和混凝土塞等深层加固：锚索(杆)、预应力锚索(杆)、锚固洞等灌浆处理：水泥灌浆和化学灌浆等支挡措施：各类挡土墙和防护网等,6边坡处理,6.3土质边坡处理应综合考虑多种处理措施，使得边坡处理方案满足安全和经济的要求。常用的加固处理措施有以下几种：开挖和压脚：上部开挖，下部压脚地面排水：排水沟网地下排水：排水孔、排水垫层等坡面支护：干砌石、浆砌石、植被、刚性框格等深层加固：土锚索(杆)等支挡措施：各类挡土墙和防护网等,6边坡处理,进行边坡监测是为了了解和掌握边坡失稳、变形的发生与演变规律、适时捕捉边坡临近破坏的特征信息并及时预报边坡的发生和发展趋势，从而减轻相关损失。进行边坡监测有如下几方面作用：为评价边坡体的活动性或稳定性提供依据；动态监测可以提供变形块体的运动学与动力学(破坏机制)特征，为建立地质力学模型，正确进行稳定性评价和防治工程设计提供依据；动态监测可为勘查、施工的安全进行提供预警预报，及时反馈勘探施工工程的扰动作用，为确定合理的勘查施工部位和施工强度服务；勘查期的动态监测可为治理工程的施工监测和竣工后长期的工程效果监测奠定基础(如充分利用勘查工程的钻孔和平斜硐布设监测点等)。,7安全监测设计,7.1一般要求(1)安全监测设计的基本原则根据边坡的等级、类型和高度，以及失事后造成的危害等因素，确定观测的项目、仪器数量。应能监测边坡的安全，能正确反映边坡的性状。根据施工期的监测资料，控制边坡处理施工和修正设计。为后续科学研究提供基础资料。(2)监测项目的选择原则参照已建工程经验，和布设的常规监测项目，进行统计和类比分析，总结经验。突出重点，反映本工程的特点，以便了解边坡安全性状的实际情况。少而精，以便减少投资。临时监测与永久监测相结合，以便保持监测资料的连续性和减少投资。,7安全监测设计,7.1一般要求(3)监测仪器的选择原则选择的仪器在满足可靠、耐久、适用、经济的前提下，力求技术性能和监测数据采集的先进性，并便于实现监测自动化。(4)监测断面数量和位置选择和布置按照已建工程的统计情况和实际效果，对不同级别和类型的边坡提出监测断面的数量、布置位置。(5)对重要大型工程要尽量实现监测的自动化。,7安全监测设计,7.2监测内容根据监测的目的与作用的不同，对地质灾害监测有不同的分类标准，见表7所示。,7安全监测设计,表7地质灾害监测分类,7.2监测内容地质灾害的监测内容包括变形监测、物理和化学场监测