高边坡的勘察和设计王恭先课件

高边坡的勘察和设计王恭先中铁西北科学研究院2003年11月主要内容

一、高边坡问题的提出二、高边坡的种类和变形类型三、高边坡的勘察和稳定性评价四、高边坡的设计一、高边坡问题的提出

（一）高边坡的界定——何为高边坡

（二）高边坡的变形、破坏及其造成的损失

（三）高边坡的特征

云南澜沧江小湾电站边坡高达500m

云南元江－磨黑高速公路K259高110m的砂泥岩高边坡深圳－汕头高速公路K101滑坡推倒桩板墙同江－三亚高速公路闽北八尺门互通区设在2个古滑坡上，治理费5000余万元云南元江－磨黑高速公路三菁公隧道进口高边坡发生滑坡，高130m，推倒中隔墙山西长治－晋城高速公路K31砂泥岩顺层滑坡，体积达25万m3重庆万州－梁平高速公路K42砂泥岩顺层滑坡西安秦岭某试验基地花岗岩高边坡滑坡花岗岩中长100多m、宽80cm的张裂缝二、高边坡的种类和变形类型（一）高边坡的种类（二）高边坡的变形类型（三）高边坡变形的条件和原因分析分类指标边坡类型1、按工程类别分1、道路边坡：堑坡、堤坡、洞口边坡等2、水利边坡：坝肩边坡、渠道边坡等3、露天矿边坡：采场边坡、弃碴场边坡等4、城建边坡：堑坡与深基坑边坡等2、按使用年限分1、临时边坡2、短期边坡（30年以内）3、永久边坡（>30年）3、按边坡岩土构成分1、土质边坡2、类土质边坡（全风化呈砂土状）3、岩质边坡4、二元结构边坡4、按边坡岩体结构分1、类均质土结构边坡2、近水平层状结构边坡3、顺倾层状结构边坡4、反倾层状结构边坡5、斜交层状结构边坡6、碎裂状结构边坡7、块状结构边坡（一）高边坡的种类高边坡分类表（二）高边坡的变形类型1、按变形性质分（1）坡面冲刷；（2）表层溜坍；（3）危岩、落石、崩塌；（4）坍塌；（5）滑坡；（6）倾倒；（7）错落。2、按变形深度分（1）坡面变形（深1～2m）；（2）边坡变形（深<10m），变形在边坡范围内；（3）坡体变形（深≥10m），变形超越边坡范围。3、按变形范围分（1）整体变形——整个边坡变形；（2）局部变形——部分边坡变形。4、按变形新老分（1）古老滑坡复活；（2）新发生的变形。坡面冲刷堆积层坍塌强风化岩坍塌破碎岩体滑坡强风化砂泥岩局部顺层滑坡砂泥岩老滑坡与新滑坡石灰岩的倾倒变形老滑坡因开挖而复活危岩体花岗岩顺缓倾节理面滑落错落

（三）高边坡变形的条件和原因分析

从已经发生的大量高边坡变形来分析有以下几方面原因：

1、选线、选厂、选址时对地质工作重视不够，没有贯彻“地质选线”的原则，对已经存在的古老滑坡和潜在滑坡（如岩堆地段、顺层地段）没有认识或认识不足，将线路布设在这些地段，甚至大填、大挖，造成老滑坡复活或新生滑坡。2、高边坡变形最主要的原因是对高边坡的地质决定性认识不足，道路工程中重桥隧、轻路基的指导思想没有彻底改变，对高边坡没有专门地质调查和勘探，只能凭经验盲目设计，这就难免不发生问题。3、由于对高边坡重视不够，过分强调节约工程投资，本来可以作隧道或外移作桥或半路半桥的，为节省投资而大挖方，结果造成高边坡变形，有时其治理费用比桥、隧还多。4、高边坡本应该作个别设计的，因工作量大、工期紧、资料少，也只能作一般边坡对待，设计缺乏依据，或坡形坡率设计不符合当地岩土条件，或没有排水与加固工程，或工程不足以保证稳定。5、不科学的施工方法也是造成边坡失稳变形的重要原因，如雨季大开挖大量雨水渗入坡体，软化坡体岩土；大爆破施工破坏岩体完整性；开挖后长期暴露而不防护和加固，甚至一挖到底不加固等。

这里强调坡体结构对高边坡变形的控制作用。所谓坡体结构是指构成坡体的不同岩层及构造结构面（包括接触分界面）的产状、性质、厚度、含水状况，在边坡上的分布位置及其与开挖面之间的关系。它控制了边坡可能发生变形的类型、位置和规模。我们将之分为以下六种：坡体结构类型特征1、类均质体结构各种类均质土坡体，多发生崩塌及沿弧形面的滑动。2、近水平层状结构倾角小于10°的土层和岩层坡体，多发生差异风化形成的崩塌、错落型滑坡、顺层滑坡。3、顺倾层状结构层面倾向开挖面，倾角大于10°，多发生顺层滑坡，倾角由下向上变陡者滑坡规模大，也有顺层～切层滑动。4、反倾层状结构层面倾向坡内，倾角大于10°，多发生切层滑坡、倾倒和倾倒型滑坡。5、碎裂状结构构造或风化破碎岩体，多发生坍塌及沿弧形面和构造面的滑坡。6、块状结构厚层块状岩体，一般稳定性好，当构造面倾向开挖面、倾角较陡时，易发生崩塌和滑坡。三、高边坡的勘察（一）基础资料的收集（二）高边坡的地面调查（三）高边坡的勘探（四）高边坡的稳定性评价

（一）基础资料的收集

勘察之前应充分收集边坡所在地段的地层、岩性、地质构造、降雨、地震及线路平、纵、横断面初步设计资料。

（二）高边坡的地面调查

地面地质调查是最重要也是最基础的工作，它包括以下一些内容：

1、边坡所在山坡的走向、坡向、坡高，各分段的坡形、坡率、坡高；有无剥蚀平台；植被状况；河流、沟谷发育程度、分布密度、切割深度、走向、沟形、沟岸稳定状况；自然山坡上有无变形现象，其类型、规模和产生的部位。2、线路在山坡上的位置、走向，欲开挖边坡的高度和形式。3、当地同类地层中已有人工边坡的形式和稳定状况。4、山坡和边坡上地下水出露位置、高程、流量变化。5、边坡地段的地层、岩性、产状、风化程度、强度特征，不同地层在边坡上的分布位置，有无软弱夹层或接触面，其产状与边坡开挖面的关系。6、地质构造（主要是小构造）的分布位置、产状、发育程度、延伸长度、充填物、含水状况，及其与开挖面的关系。7、坡体结构类型：类均质体结构、近水平层状结构、顺倾层状结构、反倾层状结构、碎裂状结构和块状结构。8、已开挖边坡的施工方法，包括施工季节、开挖顺序和开挖方式（如爆破等）。9、边坡变形历史过程、变形类型、发生时间、部位、裂缝分布、发展过程，及其与施工和降雨等的关系。

(三)高边坡的勘探

对地面地质调查不能查清的内容，如地层分界面、风化界面、软弱地层或夹层、地下水的分布、层数和水量等，应布置必要的勘探。一般每段高边坡至少应有一个代表性勘探断面，最好是每30～50m布设一个断面。若有不良地质（如滑坡）存在时，不良地质体上应有主轴代表性断面。每一断面上应不少于3个勘探点，勘探点以钻孔为主，适当配合坑槽探和物探，用综合勘探手段查清地下情况。有条件时，对高度大、失稳危险性大的边坡，应布置地面和深孔位移监测，以掌握边坡变形动态。在勘探的同时，应取代表性岩、土、水样进行试验，为设计提供参数。

（四）高边坡的稳定性评价

1、稳定等级的划分一般分为稳定坡、基本稳定坡、欠稳定坡和不稳定坡，其特征如下表:

分类边坡稳定性分级稳定系数稳定边坡边坡的坡形坡率符合岩土体的强度条件，无倾向临空面的不利结构面，无或少有地下水，整体或局部稳定系数均符合要求。>1.2基本稳定边坡边坡的坡形坡率符合岩土体的强度条件，无倾向临空面的不利结构面，少有地下水，整体和局部均稳定，但坡面有冲沟、剥落、落石等。1.1～1.2欠稳定边坡边坡整体稳定，但局部坡陡于岩土稳定角，或受地下水影响岩土强度降低，或有不利结构面倾向临空面，有局部坍、滑变形。1.0～1.1不稳定边坡边坡坡形坡率不符合岩土强度条件，或在古老滑体上开挖、堆载引起古老滑坡复活，或有发育的不利结构面倾向临空面，岩体破碎，地下水发育，开挖后会产生整体失稳。<1.0

2、高边坡的稳定性评价方法

人们早已熟悉用力学平衡计算法评价边坡的稳定性，它可以得出稳定系数的定量数据，而且可算出需要加固工程承受力的大小。但是对于复杂的高边坡稳定性计算，由于计算的边界条件（范围）和破坏面岩土参数难以准确判定、试验和选取，使计算结果的可信度降低。作者认为应以工程地质分析对比法为基础辅以力学计算两者结合较为合理，前者为后者提供变形类型、范围和边界条件，后者则可得出稳定系数和作用力大小，为设计提供依据。①工程地质分析对比法从以下几方面分析对比：a、从自然极限稳定坡的坡形坡率坡高与人工边坡的平均坡率和坡高对比中评价其稳定性；b、从自然山坡已发生的变形类型和规模推断人工边坡可能发生的变形类型和规模；c、从坡体结构分析人工边坡可能发生的变形类型及产生的部位（整体或局部）；d、从作用因素及其变化幅度分析，主要是开挖引起坡体松弛、地表水下渗、岩土（特别是软弱带）强度降低分析可能发生的变形类型及规模；e、从已发生的变形分析其发生机制并反演出破坏时的岩土强度参数。②力学计算法力学计算法有多种，只有选择与调查确定的破坏类型及模式相一致的计算方法才能得出正确的结果。其破坏范围主要是松弛范围，除顺层滑坡外，可用有限元计算开挖后边坡的应力场和位移场来确定。

对土质边坡和类土质边坡可用传统的圆弧形破坏面进行计算，但沿土层界面滑动者不一定是圆弧。岩质边坡，即使是强风化岩体，其破坏也要沿不利结构面组合，因此多为折线形，用推力传递法比较符合实际。其选用的计算参数C、Φ值也应根据地质情况不同而分段选取。

四、高边坡的设计（一）高边坡设计的特点1、高边坡设计以翔实的地质资料为基础。2、高边坡设计是预测性设计。3、高边坡设计是风险性设计。4、高边坡设计应是动态设计。5、高边坡设计对施工工艺提出严格要求。（二）高边坡设计的原则1、高边坡根据其使用年限和保护对象的重要性，应是安全可靠的。2、高度40m以下的边坡原则上以放稳定坡率为主，大于40m的边坡，放缓边坡可能增加大量弃方、破坏大量植被、增大征地量，于环保不利，应采取较陡的坡率增加支挡加固工程以减小边坡高度。3、由于坡脚应力和地下水集中，加固工程应贯彻“固脚强腰”的原则，“固脚”即加强坡脚1、2或3级边坡的支撑力，“强腰”则是防止高边坡的局部失稳。既要保整体稳定，也要保局部稳定。4、高边坡设计应有完善的地表和地下排水系统，减少水对边坡稳定的影响。5、高边坡设计应充分考虑环境保护，美化环境。（三）高边坡的设计方法高边坡设计目前尚无统一的方法，一般采用三种方法相结合：

1、工程地质比拟法——从自然稳定坡的调查中寻找可供比拟的坡形、坡率和坡高。

2、力学计算法——选择符合坡体结构和破坏模式的计算方法对设计的坡形进行稳定性计算，调整坡形或增加支挡工程以达到合理的设计。既保整体稳定，又保局部稳定。

3、经验对比法——以类似地质条件下稳定的人工边坡作参考设计新的边坡。

4、坡形坡率的设计：一般采用台阶状坡形。每级台阶的高度：8～10m。台阶（卸荷平台）宽度：一般2～3m；高度大于30m的边坡，在中部留4～6m的宽平台。

坡率：土质边坡：1:1～1:1.5（黄土边坡除外）；类土质边坡：1:1～1:1.5；强风化岩边坡：1:0.75～1:1；弱风化岩边坡：1:0.5～1:0.75；微风化岩边坡：1:0.3～l:0.5。对岩层顺倾地段的高边坡，当岩层倾角大于40°时，可采用顺层面刷方。但当倾角较缓时，不宜顺层刷方，那样会增大边坡高度，破坏植被，增大征地和弃方，于环境保护不利，还可能留下不稳定隐患。

5、加固工程的设计：对计算评价不稳定和欠稳定的边坡必须设置一定的加固工程措施，常用者有挡土墙、抗滑桩、预应力锚索抗滑桩、预应力锚索框架（地梁、墩），锚杆框架（地梁）等，可根据边坡的具体情况单独或组合使用。

6、排水系统设