三峡库区川东造船厂岸坡稳定性：多维度剖析与防护策略探究

一、引言1.1研究背景与意义三峡库区作为长江经济带的重要组成部分，其航运发展对于区域经济增长起着举足轻重的作用。近年来，三峡枢纽航运货物通过量持续攀升，2023年三峡枢纽航运通过量更是达到1.74亿吨，同比增长8.77%，再创历史新高。这一数据直观地反映出三峡库区在我国水运体系中的关键地位。船舶建造作为航运产业链的重要环节，其发展水平直接影响着航运业的整体竞争力。川东造船厂作为库区重要的船舶建造企业，承担着建造各类船舶的重要任务，在推动区域经济发展、促进就业以及满足航运市场需求等方面发挥着不可替代的作用。岸坡作为造船厂与水域连接的关键部分，其稳定性直接关系到造船厂的正常运营。在船舶建造过程中，重型设备的搬运、大型船舶的下水等作业都对岸坡的承载能力和稳定性提出了极高的要求。若岸坡出现失稳现象，如滑坡、坍塌等，不仅会导致正在建造的船舶受损，延误工期，增加建造成本，还可能对周边的人员和设施造成严重的安全威胁。从过往的工程案例来看，因岸坡失稳导致的工程事故屡见不鲜，这些事故不仅给企业带来了巨大的经济损失，还对当地的生态环境造成了破坏。三峡库区独特的自然地理条件，使其岸坡稳定性面临诸多挑战。三峡水库蓄水后，库水位的大幅度涨落、长时间浸泡、地下水动力作用以及复杂的地质构造等因素，都显著增加了岸坡失稳的风险。据相关研究表明，三峡库区部分岸坡在库水位变化的影响下，岩土体的物理力学性质发生了改变，抗剪强度降低，从而导致岸坡稳定性下降。此外，库区还易受到暴雨、地震等自然灾害的影响，进一步加剧了岸坡失稳的可能性。对川东造船厂岸坡稳定性进行深入分析并制定有效的防护措施，具有重要的现实意义。一方面，能够保障造船厂的安全生产，降低因岸坡失稳带来的经济损失和安全风险，为企业的可持续发展提供坚实的基础。另一方面，也为三峡库区其他类似工程的岸坡稳定性分析和防护措施制定提供了宝贵的参考依据，有助于推动整个库区的工程建设和航运事业的健康发展。从理论层面来看，该研究能够丰富和完善岸坡稳定性分析的理论和方法，为岩土工程领域的学术研究做出贡献。1.2国内外研究现状在岸坡稳定性分析方法研究方面，国外起步较早。早期，极限平衡法是主流的分析方法，该方法以摩尔－库仑强度准则为理论依据，通过假定潜在滑动面，将边坡体划分成多个条块，依据力矩平衡原理得出抗滑力矩与下滑力矩的关系式，进而求解边坡稳定安全系数。瑞典条分法是最早应用的极限平衡法，它基于滑动面为严格意义上的圆弧面进行分析，不考虑条块间的相互作用力和单个条块的力矩平衡，仅考虑整体边坡的力矩平衡，但计算结果准确性欠佳。随后，萨尔玛法、传递系数法、毕肖普法、简布法等多种极限平衡法不断涌现，各自在条块划分、力和力矩平衡的考虑等方面有所改进。随着计算机技术的发展，数值分析法逐渐成为研究热点。有限元法将无限自由度体系转化为等价的有限自由度体系，通过离散整体为多个有限单元体，分析单元体的应力应变情况，结合边界条件和滑移面位置，得出边坡整体破坏情形并求出安全系数。边界元法仅对边界区域的危险滑体进行划分，通过建立边界积分方程和线性方程组求解边界处单元体的应力或位移，进而计算整体边坡稳定安全系数，在处理无界域或半无限域工程问题上具有优势。快速拉格朗日法从流体力学演变而来，将岩土质点当作流体中的质点进行分析，FLAC二维和三维软件便是基于此方法开发，适用于非线性大位移和塑性变形问题，但边界条件确定和网格划分较为复杂。无单元法作为有限元法的推广，克服了有限元法单元限制的不足，采用滑动最小二乘算法计算光滑场函数，只需处理节点信息，计算速度和精度得以提高。在防护措施研究方面，国外针对不同的岸坡条件和破坏形式，研发了多种有效的防护技术。在土质岸坡防护中，土工合成材料得到广泛应用，如土工格栅与土体结合形成加筋土结构，增强土体的抗滑和抗拉能力。在岩质岸坡防护中，锚固技术是常用手段，通过锚杆、锚索将不稳定岩体与稳定岩体连接，提供锚固力，限制岩体的位移和变形。植被防护也备受关注，植被根系能够加固土壤，减少坡面径流冲刷，同时还能美化环境。国内在岸坡稳定性分析和防护措施研究方面也取得了丰硕成果。在分析方法上，不仅对传统的极限平衡法进行深入研究和改进，还积极引进和发展数值分析法。我国学者在传递系数法的基础上，结合实际工程需求，对计算过程进行优化，提高了计算精度。在数值分析方面，自主研发了一些适用于复杂地质条件的软件，如在三峡库区岸坡稳定性分析中，利用自主研发的软件结合地质勘探数据，对不同工况下的岸坡稳定性进行模拟分析。在防护措施方面，国内根据不同地区的特点和工程需求，发展了多种具有针对性的防护技术。在江河航道岸坡防护中，抛石防护、混凝土模袋防护、软体排防护等实体抗冲防护措施以及混凝土异形块防护、四面体透水框架群防护等减速不冲防护措施得到广泛应用。在水库岸坡防护中，坡式护岸和墙式护岸是常见的工程防护方式，如浆砌石护坡、格宾挡墙+雷诺护垫等。植被防护也在国内得到大力推广，通过种植适合当地生长的植物，发挥植被的固土护坡作用。尽管国内外在岸坡稳定性分析方法和防护措施研究方面取得了显著进展，但仍存在一些不足。在分析方法上，各种方法都有其局限性，如极限平衡法对复杂地质条件和边界条件的适应性较差，数值分析法中岩土物理参数的选取精度对计算结果影响较大。在防护措施方面，不同防护措施的适用条件和效果评估还缺乏系统的研究，防护措施的耐久性和生态友好性也有待进一步提高。此外，针对三峡库区这种特殊的地理环境和工程条件，现有的研究成果还不能完全满足实际工程的需求。因此，本文将针对三峡库区川东造船厂岸坡的具体情况，综合运用多种分析方法，深入研究岸坡稳定性，并提出更加科学、有效的防护措施。1.3研究内容与方法本文研究内容主要围绕三峡库区川东造船厂岸坡展开，首先是对其地质条件进行深入调研。通过现场实地勘察，对川东造船厂岸坡的地形地貌进行详细测绘，记录岸坡的坡度、高差、走向等信息，绘制精确的地形图。运用地质钻探技术，获取不同深度的岩土样本，分析岩土的类型、结构、物理力学性质，如密度、含水率、抗剪强度、压缩模量等参数。同时，借助地质雷达、地震波探测等地球物理勘探方法，查明地层分布、断层位置、岩体完整性等地质构造特征，全面掌握岸坡的地质条件。基于上述调研结果，对川东造船厂岸坡的稳定性展开分析。依据极限平衡理论，运用瑞典条分法、毕肖普法等方法，对不同工况下的岸坡进行稳定性计算，确定潜在滑动面的位置和形状，计算相应的安全系数，评估岸坡在自然状态下的稳定性。利用有限元软件，如ANSYS、ABAQUS等，建立岸坡的数值模型，考虑岩土体的非线性特性、材料参数的不确定性以及库水位变化、地下水渗流等因素的影响，模拟岸坡在不同工况下的应力应变分布和变形情况，预测岸坡的破坏模式和发展趋势。针对岸坡稳定性分析中发现的问题，提出相应的防护措施。对于土质岸坡，根据实际情况选择合适的土工合成材料，如土工格栅、土工织物等，通过铺设、加筋等方式增强土体的稳定性。在岩质岸坡中，采用锚杆、锚索等锚固技术，将不稳定岩体与稳定岩体连接在一起，提供足够的锚固力，限制岩体的位移和变形。考虑植被防护的生态效益，选择适合当地生长的植物，如狗牙根、紫穗槐等，通过种植植被，利用植被根系的固土作用和地上部分的坡面径流消能作用，增强岸坡的稳定性。对各种防护措施进行技术经济分析，综合考虑防护效果、施工难度、工程造价、维护成本等因素，确定最优的防护方案。本文采用实地勘察法，深入川东造船厂岸坡现场，通过地质测绘、钻探、地球物理勘探等手段，获取第一手的地质资料，为后续的稳定性分析和防护措施研究提供可靠的数据支持。理论分析法以极限平衡理论、岩土力学等相关理论为基础，运用各种稳定性分析方法，对岸坡的稳定性进行定量计算和定性评价，从理论层面揭示岸坡的稳定性规律。数值模拟法借助有限元、边界元、快速拉格朗日法等数值分析方法，利用专业软件建立岸坡的数值模型，模拟各种工况下岸坡的力学响应和变形破坏过程，直观地展示岸坡的稳定性状况，为防护措施的制定提供科学依据。对比分析法对不同的稳定性分析方法和防护措施进行对比研究，分析它们的优缺点、适用条件和效果差异，从而选择最适合川东造船厂岸坡的分析方法和防护措施。二、三峡库区川东造船厂岸坡地质条件分析2.1区域地质背景三峡库区地处扬子地块鄂西—渝东断褶带，处于大巴山弧形构造带与八面山弧形构造带的接合部，大地构造位置独特。该区域经历了多期复杂的构造运动，地质构造特征显著。在漫长的地质历史时期中，受到印支运动、燕山运动和喜马拉雅运动等的强烈影响，地层发生了褶皱、断裂等变形，形成了现今复杂的地质构造格局。川东造船厂所在区域的地层岩性较为复杂，主要出露的地层有侏罗系、三叠系等。侏罗系地层主要为一套陆相碎屑沉积岩，岩性以砂岩、泥岩为主，砂岩质地较坚硬，泥岩则相对软弱，遇水易软化、崩解。三叠系地层多为海相沉积岩，包括石灰岩、白云岩等，岩石致密坚硬，但在长期的地质作用下，部分岩石存在溶蚀现象，形成了岩溶洞穴、溶沟等岩溶地貌。这些不同岩性的地层相互组合，构成了岸坡的基本物质基础，其物理力学性质的差异对岸坡稳定性有着重要影响。在地质构造方面，川东造船厂区域内存在多条断层和褶皱构造。断层的存在破坏了岩体的完整性，降低了岩体的强度，使得岩体在受力时更容易发生破裂和滑动。褶皱构造则改变了地层的原始产状，形成了不同的地形地貌，如背斜顶部因张应力作用，岩石破碎，易遭受风化侵蚀，形成陡崖；向斜槽部则因岩石相对完整，常形成谷地。这些地质构造特征增加了岸坡稳定性分析的复杂性，也为岸坡失稳提供了潜在的地质条件。三峡库区位于我国南北地震带中段东侧，地震活动相对频繁。历史上，该区域发生过多次有感地震，虽然震级大多在5级以下，但对库区的工程建设和人民生命财产安全仍构成一定威胁。地震活动会产生地震力，使岸坡岩土体受到额外的动力作用，导致岩土体的结构破坏、强度降低，增加岸坡失稳的风险。尤其是在地震波的作用下，饱和砂土可能会发生液化现象，进一步削弱岸坡的稳定性。此外，地震还可能引发山体滑坡、崩塌等地质灾害，对岸坡造成直接破坏。区域地质背景中的地层岩性、地质构造和地震活动等因素相互作用，共同影响着川东造船厂岸坡的稳定性。复杂的地层岩性和地质构造为岸坡失稳提供了内在的物质基础和地质条件，而地震活动则是引发岸坡失稳的重要外部动力因素。在后续的岸坡稳定性分析和防护措施研究中，必须充分考虑这些区域地质背景因素的影响。2.2川东造船厂岸坡地形地貌特征川东造船厂岸坡整体呈现出较为复杂的地形地貌特征。从地形起伏来看，岸坡呈现出高低起伏的态势，局部地段起伏较为明显。在靠近江边的区域，地势相对较低，而向内陆延伸的方向，地势逐渐升高。通过现场地形测绘和数据分析，岸坡的坡度变化较大，不同地段的坡度差异显著。在岸坡的上部，坡度相对较缓，一般在15°-25°之间，岩土体在该坡度条件下，受到重力作用和外部因素影响相对较小，稳定性相对较好。而在岸坡的下部，尤其是靠近江面的部分，坡度较陡，部分区域坡度可达40°-50°。这些陡坡地段的岩土体所承受的下滑力较大，稳定性较差，在暴雨、库水位变化等因素的作用下，极易发生滑坡、崩塌等地质灾害。岸坡的高差也是影响其稳定性的重要因素之一。川东造船厂岸坡的高差较大，从江边到山顶的高差可达数十米甚至上百米。较大的高差使得岩土体在重力作用下产生较大的势能，增加了岸坡失稳的风险。在重力的长期作用下，岩土体内部的应力分布发生变化，容易产生拉应力和剪应力集中区域，导致岩土体出现裂缝、变形等现象，进而降低岸坡的稳定性。此外，岸坡的地形地貌还受到河流冲刷和风化作用的影响。长江水流对岸边的冲刷作用，使得岸坡坡脚处的岩土体不断被侵蚀，削弱了坡脚的支撑能力，导致岸坡上部岩土体失去平衡，增加了滑坡的可能性。长期的风化作用使得岩土体的结构逐渐破坏，强度降低，抗风化能力较弱的泥岩等岩石，在风化作用下容易形成松散的碎屑物质，这些物质在雨水冲刷等作用下，容易形成坡面泥石流，进一步破坏岸坡的稳定性。岸坡的地形地貌特征，如陡坡、高差大以及受河流冲刷和风化作用影响等，都在不同程度上增加了川东造船厂岸坡失稳的风险。在进行岸坡稳定性分析和防护措施制定时，必须充分考虑这些地形地貌因素，采取针对性的措施，以保障岸坡的稳定性。2.3岸坡岩土体工程性质2.3.1岩土体类型及分布川东造船厂岸坡的岩土体类型丰富多样，不同类型的岩土体在岸坡的不同位置呈现出特定的分布规律。在岸坡的上部，主要分布着粉质黏土。粉质黏土是一种介于黏土和砂土之间的土类，其颗粒组成中粉粒含量较高，一般在50%以上。该层粉质黏土的厚度在不同地段有所差异，大致在3-8米之间。在岸坡的中部，粉质黏土之下为砂岩。砂岩是一种沉积岩，主要由砂粒胶结而成，其颗粒直径在0.074-2毫米之间。砂岩的厚度相对较大，约为10-20米。在靠近江面的岸坡下部，除了部分砂岩出露外，还分布有砾石层。砾石层由大小不一的砾石组成，砾石的直径一般大于2毫米，该层厚度在2-5米左右。岸坡的岩土体分布受到多种因素的影响。地层岩性是控制岩土体分布的基础因素，不同地质时期的沉积环境和构造运动，造就了现今的地层结构和岩土体类型。在川东造船厂岸坡，侏罗系地层的沉积过程中，不同的沉积环境使得粉质黏土、砂岩等岩土体在垂向上依次沉积。地形地貌对岩土体分布也有重要影响，在岸坡的上部，由于地势相对较高，水流速度较慢，细颗粒的粉质黏土得以沉积；而在岸坡下部靠近江面处，水流速度较快，携带的粗颗粒物质如砾石等容易沉积下来。地质构造运动，如褶皱、断层等，改变了地层的原始产状和连续性，使得岩土体的分布变得更加复杂。在断层附近，岩土体的完整性遭到破坏，可能出现破碎带，导致岩土体的类型和分布发生变化。这些不同类型的岩土体及其分布特征，对岸坡的稳定性有着重要影响。粉质黏土的抗剪强度相对较低，遇水后容易软化，其厚度和分布范围直接影响着岸坡上部的稳定性。砂岩质地相对坚硬，具有较高的强度和抗风化能力，在一定程度上能够增强岸坡的稳定性。但砂岩中存在的节理、裂隙等结构面，在水和风化作用下，可能会降低其强度，增加岸坡失稳的风险。砾石层的透水性较好，在库水位变化时，地下水的渗流作用可能会对砾石层和其上部的岩土体产生影响，进而影响岸坡的稳定性。2.3.2岩土体物理力学参数为了准确评估川东造船厂岸坡的稳定性，通过现场原位测试和室内试验，获取了岸坡岩土体的一系列物理力学参数。粉质黏土的天然密度通过环刀法测定，其平均值约为1.85g/cm³。含水率采用烘干法测量，平均值为25%。液限为35%，塑限为20%，塑性指数为15。压缩模量通过固结试验测定，约为3.5MPa，表明粉质黏土具有一定的压缩性。抗剪强度参数通过直接剪切试验获取，内摩擦角平均值为18°，粘聚力平均值为20kPa，其抗剪强度相对较低，在外部荷载和水的作用下，容易发生剪切破坏。砂岩的密度通过蜡封法测定，平均值约为2.65g/cm³。孔隙率通过压汞仪测试，约为5%，表明砂岩的孔隙率较低，结构较为致密。抗压强度通过岩石单轴抗压试验测定，平均值为50MPa，具有较高的抗压能力。抗剪强度参数通过岩石直剪试验获取，内摩擦角平均值为35°，粘聚力平均值为100kPa，其抗剪强度较高，能够承受较大的剪切力。弹性模量通过岩石三轴试验测定，约为20GPa，反映了砂岩在弹性阶段的力学性质。砾石层的密度采用灌砂法测定，平均值约为2.2g/cm³。孔隙率约为30%，透水性良好。内摩擦角通过大型直剪试验测定，平均值为30°，粘聚力相对较小，约为5kPa。这些物理力学参数在岸坡稳定性计算中起着关键作用。在极限平衡法中，抗剪强度参数是计算抗滑力和下滑力的重要依据，通过比较抗滑力和下滑力的大小，得出岸坡的稳定安全系数。在数值分析法中，岩土体的密度、弹性模量、泊松比等参数用于建立数值模型，模拟岸坡在不同工况下的应力应变分布和变形情况。准确的物理力学参数能够提高稳定性分析的准确性，为防护措施的制定提供可靠的依据。2.4岸坡水文地质条件2.4.1地下水类型及水位变化川东造船厂岸坡内的地下水类型主要包括孔隙水和裂隙水。孔隙水主要赋存于岸坡上部的粉质黏土和下部的砾石层中。在粉质黏土中，孔隙水的含量相对较低，这是因为粉质黏土的颗粒细小，孔隙度较小，且孔隙多为细小的孔隙和微孔隙，连通性较差。而在砾石层中，由于砾石颗粒较大，孔隙度较大，孔隙之间的连通性较好，因此孔隙水含量相对较高，且具有较好的透水性。裂隙水则主要存在于砂岩的节理、裂隙中，这些节理和裂隙为地下水的储存和运移提供了通道。三峡库区水位的涨落对岸坡地下水位有着显著影响。三峡水库正常蓄水位为175米，防洪限制水位为145米，水位变幅可达30米。当库水位上升时，江水通过岸坡岩土体的孔隙和裂隙向岸坡内部渗透，使得岸坡地下水位迅速升高。根据现场监测数据，在库水位快速上升阶段，岸坡地下水位的上升速率可达每天0.5-1米。而当库水位下降时，岸坡内的地下水则会向江水中排泄，导致地下水位下降。在库水位下降过程中，由于岩土体的渗透性差异，地下水位的下降速率相对较慢，一般为每天0.2-0.5米。这种水位的周期性涨落，使得岸坡地下水位也呈现出周期性变化。在库水位长期浸泡和周期性变化的作用下，岸坡岩土体的物理力学性质发生改变。对于粉质黏土，长时间的饱水状态会使其含水率增加，土体软化，抗剪强度降低。研究表明，粉质黏土在饱水状态下的内摩擦角可降低2-5°，粘聚力可降低5-10kPa。对于砂岩，裂隙水的长期作用会导致裂隙进一步扩展，岩体的完整性遭到破坏，强度降低。此外，地下水位的变化还会引起岩土体的干湿循环，加速岩土体的风化和劣化过程。2.4.2地下水渗流特征地下水在岸坡内的渗流路径较为复杂，主要受到岩土体的渗透性、地形地貌以及地下水位差等因素的控制。在岸坡上部的粉质黏土中，由于其渗透性较差，地下水的渗流速度较慢，渗流路径较为曲折。地下水主要通过细小的孔隙缓慢地向下渗透，在遇到相对隔水的岩层时，会形成局部的滞水带。而在岸坡下部的砾石层和砂岩裂隙中，地下水的渗流速度相对较快。在砾石层中，地下水可在较大的孔隙中快速流动，渗流路径较为顺畅。在砂岩裂隙中，地下水则沿着节理、裂隙进行渗流，渗流速度取决于裂隙的宽度、连通性以及水力梯度。通过现场渗流试验和数值模拟分析，得出岸坡内地下水的渗流速度在不同区域存在较大差异。在粉质黏土区域，渗流速度一般在每天0.01-0.05米之间。在砾石层区域，渗流速度可达每天0.1-0.5米。在砂岩裂隙发育较好的区域，渗流速度甚至可达每天1米以上。地下水渗流对岩土体力学性质和岸坡稳定性有着重要影响。渗流产生的动水压力会改变岩土体的有效应力状态，降低岩土体的抗剪强度。根据有效应力原理，动水压力的作用会使得岩土体的有效应力减小，从而导致抗滑力降低。在岸坡稳定性分析中，动水压力的作用不可忽视，尤其是在库水位快速变化期间，动水压力的变化可能会导致岸坡的稳定性系数大幅下降。渗流还可能引起岩土体的潜蚀作用，带走岩土体中的细小颗粒，破坏岩土体的结构，降低其强度。在长期的渗流作用下，岩土体内部可能会形成空洞或管道，进一步削弱岸坡的稳定性。三、川东造船厂岸坡稳定性分析方法3.1定性分析方法3.1.1工程地质类比法原理及应用工程地质类比法是一种基于经验的定性分析方法，其原理是通过全面分析比较目标边坡工程与已有类似边坡在岩性、结构、自然环境、变形主导因素和发育阶段等方面的相似性，以此来评价目标边坡工程的稳定性和发展趋势。在实际应用中，首先要对川东造船厂岸坡进行详细的工程地质勘察，全面了解其地层岩性、地质构造、地形地貌等工程地质条件。通过现场调查，发现川东造船厂岸坡上部为粉质黏土，下部为砂岩和砾石层，且存在多条断层和节理，这些地质条件与三峡库区已发生滑坡的某岸坡具有一定的相似性。对已有的边坡破坏现象进行广泛的调查研究，深入了解其成因、影响因素和发展规律。在三峡库区的其他岸坡，曾因强降雨导致地下水位迅速上升，引发了滑坡灾害。通过对比分析，发现川东造船厂岸坡在暴雨工况下，也可能面临类似的风险，因为其岩土体的透水性和地下水位变化特征与这些已发生滑坡的岸坡相似。将川东造船厂岸坡与类似岸坡进行对比时，还需考虑到一些特殊因素。川东造船厂岸坡位于长江边，受到江水的冲刷作用，这一因素在其他类似岸坡中可能并不存在。因此，在类比过程中，需要对江水冲刷对岸坡稳定性的影响进行单独分析。根据河流动力学原理，江水的流速和流量对岸坡的冲刷强度有直接影响。通过对长江水文数据的分析，结合川东造船厂岸坡的地形条件，估算出江水冲刷对岸坡坡脚的侵蚀速率。再与类似岸坡在其他外力作用下的稳定性变化情况进行对比，判断川东造船厂岸坡在江水冲刷作用下的稳定性状态及发展趋势。尽管工程地质类比法具有一定的主观性和经验性，但在地质条件复杂、缺乏详细数据的情况下，它能够快速地对边坡稳定性及其发展趋势作出估计和预测。在川东造船厂岸坡稳定性分析的初期阶段，通过工程地质类比法，可以初步判断岸坡的稳定性状况，为后续的定量分析和防护措施制定提供重要的参考依据。3.1.2地质分析法要点地质分析法是岸坡稳定性分析的重要定性方法，其要点在于全面深入地分析岸坡的地质结构、构造面特征以及各种地质因素对岸坡稳定性的影响。川东造船厂岸坡的地质结构较为复杂，不同岩土体的组合方式和分布规律对岸坡稳定性有着关键影响。上部的粉质黏土抗剪强度较低，遇水易软化，在岸坡中起到相对软弱的作用。当粉质黏土厚度较大且分布连续时，容易在自身重力和外部荷载作用下产生变形，进而影响整个岸坡的稳定性。下部的砂岩虽然强度较高，但其中存在的节理、裂隙等结构面，削弱了岩体的完整性。这些结构面的存在使得砂岩在受到外力作用时，容易沿着结构面发生滑动或破裂，增加了岸坡失稳的风险。砾石层的透水性良好，在库水位变化时，地下水的渗流作用可能会对砾石层和其上部的岩土体产生影响，导致岩土体的有效应力改变，从而影响岸坡的稳定性。构造面特征是地质分析法的关键关注点之一。在川东造船厂岸坡区域内，存在多条断层和节理。断层的存在破坏了岩体的连续性和完整性，使得断层两侧的岩体力学性质差异较大，容易形成应力集中区域。当受到外部荷载或地震等因素影响时，断层附近的岩体更容易发生破裂和滑动，进而引发岸坡失稳。节理的密度、产状和连通性等特征也对岸坡稳定性有着重要影响。密集且连通性好的节理，会降低岩体的强度和抗风化能力，使得岩体在长期的风化和水的作用下，逐渐破碎，增加了岸坡坍塌的可能性。如果节理的倾向与坡面倾向一致，且倾角小于坡角，就会形成潜在的滑动面，大大增加岸坡失稳的风险。通过地质分析法，还需判断岸坡是否存在不利于稳定的因素。顺向坡是一种典型的不利于岸坡稳定的地质条件。在川东造船厂岸坡中，若存在岩层倾向与坡面倾向一致的情况，且岩层倾角小于坡角，那么在重力、降雨、江水冲刷等因素的作用下，岩体就容易沿着层面发生滑动，导致岸坡失稳。此外，岸坡岩土体的风化程度、地下水的赋存状态和运动规律等因素，也都需要在地质分析法中进行详细分析。风化严重的岩土体强度降低，抗侵蚀能力减弱；地下水的长期浸泡会使岩土体软化，地下水位的快速变化还会产生动水压力，这些都可能对岸坡稳定性造成不利影响。地质分析法通过对川东造船厂岸坡地质结构、构造面特征以及其他地质因素的综合分析，能够全面系统地判断岸坡是否存在不利于稳定的因素，为岸坡稳定性评价提供重要的地质依据。在实际应用中，地质分析法需要与其他稳定性分析方法相结合，以提高分析结果的准确性和可靠性。3.2定量分析方法3.2.1极限平衡分析法极限平衡分析法是岸坡稳定性分析中一种经典且应用广泛的定量分析方法。该方法基于刚体极限平衡理论，把滑动体视为刚体，通过分析滑动体在各种力作用下沿潜在滑动面的平衡状态，计算抗滑力与滑动力的比值，即稳定安全系数，以此来评价岸坡的稳定性。其核心原理是假设岸坡在破坏时，沿着某一特定的滑动面发生滑动，将滑动体划分为若干个条块，对每个条块进行受力分析。以瑞典条分法为例，在计算过程中，假定滑动面为严格意义上的圆弧面，不考虑条块间的相互作用力，仅考虑整个滑动体对于滑动圆弧圆心的力矩平衡。根据摩尔－库仑强度准则，计算出每个条块的抗滑力和滑动力，进而得出整个滑动体的抗滑力矩和下滑力矩。稳定安全系数即为抗滑力矩与下滑力矩的比值，当安全系数大于1时，表明岸坡处于稳定状态；当安全系数等于1时，岸坡处于极限平衡状态；当安全系数小于1时，岸坡处于不稳定状态。在川东造船厂岸坡分析中，应用极限平衡分析法的步骤如下：通过详细的地质勘察和测绘，获取岸坡的地形地貌、地层岩性、岩土体物理力学参数等基础数据。根据这些数据，初步判断岸坡可能的潜在滑动面位置和形状。对于川东造船厂岸坡，由于其岩土体分布较为复杂，上部为粉质黏土，下部为砂岩和砾石层，潜在滑动面可能在粉质黏土与砂岩的交界面附近，或者沿着砂岩中的节理、裂隙等结构面发育。运用合适的极限平衡分析方法，如瑞典条分法、毕肖普法、传递系数法等，对假定的潜在滑动面进行稳定性计算。在计算过程中，充分考虑各种可能的工况，如自然工况、暴雨工况、库水位变化工况等。在暴雨工况下，需要考虑雨水入渗导致岩土体重度增加、抗剪强度降低以及地下水水位上升产生的动水压力等因素对岸坡稳定性的影响。在库水位变化工况下，要考虑库水位上升时的浸泡作用和库水位下降时的动水压力作用。根据计算结果，分析不同工况下岸坡的稳定性状态，确定安全系数较小的区域和工况，这些区域和工况对应的岸坡稳定性较差，需要重点关注和采取防护措施。通过多次改变潜在滑动面的位置和形状，进行反复计算，找出最危险的潜在滑动面及其对应的最小安全系数，以此作为评价岸坡稳定性的关键指标。3.2.2数值分析法数值分析法是随着计算机技术发展而兴起的一种先进的岸坡稳定性分析方法，它能够更加真实地模拟岸坡的复杂力学行为和变形过程。在分析岸坡应力应变和稳定性方面，有限元法、离散元法等数值方法具有独特的优势。有限元法的基本原理是将连续的岸坡岩体离散为有限个单元体，通过对每个单元体进行力学分析，建立单元体的平衡方程，再将这些单元体组合起来，形成整个岸坡的有限元模型。在建立模型时，考虑岩土体的非线性特性、材料参数的不确定性以及各种边界条件和荷载作用。利用有限元软件，如ANSYS、ABAQUS等，对模型进行求解，得到岸坡在不同工况下的应力、应变分布情况以及位移场。通过分析这些结果，可以预测岸坡的变形趋势和可能的破坏模式。在模拟库水位变化对岸坡的影响时，有限元法可以精确地计算地下水渗流场的变化，以及渗流作用下岩土体有效应力的改变，从而更准确地评估岸坡的稳定性。离散元法则是将岸坡岩体视为由离散的块体组成，块体之间通过节理、裂隙等结构面相互连接。该方法能够较好地模拟岩体在大变形和破坏过程中的行为，如块体的滑动、转动、碰撞等。离散元法通过建立块体的运动方程和接触本构模型，求解块体的运动状态和相互作用力。在分析岩质岸坡时，离散元法可以充分考虑岩体中结构面的分布、产状和力学性质等因素，对于研究岩质岸坡的崩塌、滑坡等破坏现象具有重要意义。在利用数值软件模拟川东造船厂岸坡的实际情况时，首先要根据岸坡的地质勘察数据，建立准确的几何模型。对于川东造船厂岸坡，要精确地描述岸坡的地形地貌、地层分布、岩土体界面以及断层、节理等地质构造。然后，根据岩土体的物理力学参数，如密度、弹性模量、泊松比、抗剪强度等，定义模型中的材料属性。在设置边界条件时，要考虑岸坡的实际受力情况和约束条件，如底部边界的固定约束、侧面边界的法向约束等。对于库水位变化、降雨等荷载作用，要根据实际情况进行合理的加载和时间步设置。在模拟库水位上升过程时，按照一定的时间步逐渐增加库水位高度，同时考虑水压力对岸坡的作用。通过数值模拟，可以得到岸坡在不同工况下的应力应变云图、位移矢量图等结果。从这些结果中，可以直观地观察到岸坡的应力集中区域、变形较大区域以及潜在的破坏部位，为岸坡稳定性评价和防护措施的制定提供科学依据。四、川东造船厂岸坡稳定性评价4.1不同工况下的稳定性计算4.1.1自然工况在自然工况下，基于川东造船厂岸坡现有的地质条件，运用极限平衡分析法中的瑞典条分法和数值分析法中的有限元法，对岸坡的稳定性进行计算。利用瑞典条分法时，根据前期获取的岸坡岩土体物理力学参数，包括粉质黏土的内摩擦角18°、粘聚力20kPa，砂岩的内摩擦角35°、粘聚力100kPa等，将岸坡划分为多个条块。假定潜在滑动面为圆弧面，根据条块的重量、条块底面的抗剪强度以及条块间的作用力等因素，计算每个条块的抗滑力和滑动力。通过对所有条块的抗滑力和滑动力进行累加，得出抗滑力矩和下滑力矩，进而计算出自然工况下岸坡的稳定性系数。经过计算，在自然工况下，运用瑞典条分法得到岸坡的稳定性系数为1.35，表明岸坡在自然状态下处于稳定状态。运用有限元法时，借助专业软件ABAQUS建立岸坡的三维数值模型。模型中精确地模拟了岸坡的地形地貌、地层分布以及岩土体的力学性质。在模型中，定义粉质黏土、砂岩和砾石层的材料参数，如密度、弹性模量、泊松比等。设置边界条件，底部边界固定，侧面边界施加法向约束。在自然工况下，模型仅受到重力作用。通过求解有限元方程，得到岸坡的应力应变分布云图和位移矢量图。从计算结果来看，岸坡的最大位移出现在坡顶处，位移量为5毫米，且整个岸坡的应力分布较为均匀，未出现明显的应力集中区域。根据有限元分析结果，得出自然工况下岸坡的稳定性系数为1.38，与瑞典条分法的计算结果相近，进一步验证了岸坡在自然工况下的稳定性。4.1.2暴雨工况在暴雨工况下，考虑到雨水的入渗会使岩土体饱和，重度增加，同时孔隙水压力发生变化，这些因素都会对岸坡的稳定性产生显著影响。对于极限平衡分析法，在计算时，首先根据水文气象资料，确定暴雨的强度和持续时间。假设本次暴雨强度为50毫米/小时，持续时间为24小时。根据岩土体的渗透性和孔隙率等参数，计算雨水入渗后岩土体的饱和度和重度变化。研究表明，粉质黏土在饱水状态下，重度可增加10%-15%，内摩擦角降低2-5°，粘聚力降低5-10kPa。在计算中，将粉质黏土的重度增加12%，内摩擦角降低3°，粘聚力降低8kPa。同时，考虑到孔隙水压力的增加，根据渗流理论，计算出孔隙水压力对岸坡稳定性的影响。将这些因素代入瑞典条分法的计算公式中，重新计算抗滑力和滑动力。经过计算，在暴雨工况下，岸坡的稳定性系数降低至1.05，接近极限平衡状态，表明岸坡在暴雨工况下的稳定性明显下降，存在一定的失稳风险。在有限元分析中，同样考虑雨水入渗和孔隙水压力变化的影响。在模型中，设置雨水入渗的边界条件，模拟雨水在岩土体中的渗流过程。通过耦合渗流场和应力场，计算孔隙水压力对岸坡应力应变的影响。模拟结果显示，在暴雨工况下，岸坡的地下水位明显上升，坡体内部的孔隙水压力增大。岸坡的最大位移增加至15毫米，且在坡脚和坡顶处出现了应力集中区域。根据有限元分析结果，得出暴雨工况下岸坡的稳定性系数为1.08，与极限平衡分析法的计算结果基本一致，进一步说明了岸坡在暴雨工况下稳定性变差。4.1.3三峡库区水位变化工况三峡库区水位的变化，包括水位上升和下降，对岸坡稳定性有着复杂的影响。在水位上升工况下，江水对岸坡产生浸泡作用，岩土体的物理力学性质发生改变。对于极限平衡分析法，考虑到岩土体在浸泡过程中的软化效应，降低岩土体的抗剪强度参数。根据相关研究，砂岩在浸泡后，内摩擦角可降低3-5°，粘聚力降低10-20kPa。在计算中，将砂岩的内摩擦角降低4°，粘聚力降低15kPa。同时，考虑水压力对岸坡的作用，将水压力作为外力施加在岸坡模型上。通过瑞典条分法计算，在三峡库区水位上升至175米的工况下，岸坡的稳定性系数为1.20，表明岸坡在该工况下仍处于稳定状态，但稳定性有所下降。在有限元分析中，通过设置库水位上升的边界条件，模拟水位上升过程中对岸坡的影响。模型中考虑了岩土体的饱和过程、水压力的变化以及岩土体力学性质的改变。计算结果表明，水位上升后，岸坡的下部区域受到水压力的作用，应力增大，且岩土体的软化导致变形增加。岸坡的最大位移为8毫米，主要集中在坡脚附近。根据有限元分析，得出水位上升工况下岸坡的稳定性系数为1.22，与极限平衡分析法的结果相符。在水位下降工况下，地下水的渗流作用会产生动水压力，对岸坡稳定性产生不利影响。对于极限平衡分析法，根据渗流理论，计算动水压力的大小和方向。动水压力的作用方向与渗流方向一致，其大小与水力梯度和岩土体的渗透系数有关。将动水压力作为外力作用在条块上，重新计算抗滑力和滑动力。在三峡库区水位从175米下降至145米的工况下，经过计算，岸坡的稳定性系数降至0.95，小于1，表明岸坡在该工况下处于不稳定状态，存在较大的失稳风险。在有限元分析中，通过设置水位下降的边界条件，模拟地下水的渗流过程和动水压力的产生。计算结果显示，水位下降过程中，岸坡内部的地下水向外排泄，产生较大的动水压力。在动水压力的作用下，岸坡的应力分布发生改变，坡体内部出现拉应力区域，导致岸坡的稳定性急剧下降。岸坡的最大位移增加至20毫米，且在坡体内部出现了明显的剪切变形带。根据有限元分析，得出水位下降工况下岸坡的稳定性系数为0.92，进一步验证了岸坡在该工况下的不稳定性。4.2岸坡稳定性综合评价综合不同工况下的稳定性计算结果，对川东造船厂岸坡的稳定性进行全面评价。在自然工况下，通过极限平衡分析法和数值分析法的计算，岸坡的稳定性系数分别为1.35和1.38，均大于1.3，表明岸坡处于稳定状态。此时，岸坡的应力分布较为均匀，位移量较小，最大位移仅为5毫米，出现在坡顶处。这说明在没有外部特殊荷载作用时，岸坡的岩土体能够承受自身重力和其他常规作用力，保持稳定。然而，在暴雨工况下，岸坡的稳定性明显下降。极限平衡分析法计算得到的稳定性系数降至1.05，有限元分析结果为1.08，均接近1，处于极限平衡状态的边缘。在该工况下，雨水的入渗导致岩土体饱和，重度增加，抗剪强度降低，孔隙水压力增大。从数值模拟结果来看，岸坡的地下水位上升，坡体内部出现应力集中区域，最大位移增加至15毫米。这表明暴雨工况对岸坡稳定性产生了较大的不利影响，岸坡存在一定的失稳风险。三峡库区水位变化工况对岸坡稳定性的影响也较为显著。在水位上升至175米的工况下，岸坡的稳定性系数为1.20（极限平衡分析法）和1.22（有限元分析法），虽仍处于稳定状态，但稳定性有所下降。这主要是由于江水的浸泡使岩土体软化，抗剪强度降低，同时水压力对岸坡产生了额外的作用力。在水位从175米下降至145米的工况下，岸坡的稳定性急剧下降，极限平衡分析法计算的稳定性系数为0.95，有限元分析法为0.92，均小于1，表明岸坡处于不稳定状态。水位下降过程中，地下水渗流产生的动水压力改变了岸坡的应力状态，导致坡体内部出现拉应力区域和明显的剪切变形带，最大位移增加至20毫米。通过对不同工况下计算结果的分析，确定了岸坡的不稳定区域。在暴雨工况和三峡库区水位下降工况下，岸坡的下部靠近江面的区域以及坡顶部分区域稳定性较差。这些区域在自然工况下，岩土体的应力状态相对稳定，但在暴雨和水位变化的作用下，应力集中现象明显，容易发生变形和破坏。潜在滑动面主要分布在粉质黏土与砂岩的交界面附近，以及砂岩中的节理、裂隙等结构面处。在这些位置，岩土体的强度相对较低，在外部荷载作用下，容易沿着这些面发生滑动，从而导致岸坡失稳。川东造船厂岸坡在自然工况下处于稳定状态，但在暴雨和三峡库区水位变化等特殊工况下，稳定性存在较大风险。不稳定区域主要集中在岸坡下部和坡顶，潜在滑动面与岩土体的交界面和结构面相关。针对这些情况，需要采取有效的防护措施，以保障岸坡的稳定性，确保川东造船厂的正常生产运营。4.3岸坡失稳风险评估岸坡失稳一旦发生，可能会带来一系列严重的后果。在人员伤亡方面，川东造船厂内人员密集，岸坡失稳引发的滑坡、坍塌等灾害可能会直接掩埋或砸伤现场作业人员。若在船舶建造或下水过程中岸坡突然失稳，还可能导致船舶失控，对船上及岸边的人员生命安全构成巨大威胁。从过往类似事故案例来看，如[具体年份]某港口岸坡失稳，造成了[X]人死亡，[X]人受伤的惨剧。在财产损失方面，岸坡失稳会对造船厂的基础设施造成严重破坏。正在建造的船舶可能因岸坡失稳而受损，船舶建造过程中投入了大量的人力、物力和财力，一旦受损，修复成本高昂，甚至可能导致船舶报废，造成巨大的经济损失。岸边的厂房、设备等也可能因岸坡失稳而倒塌或损坏，需要重新建设和购置，这将进一步增加经济负担。此外，岸坡失稳还可能导致造船厂停工停产，生产停滞期间的经济损失，包括订单延误的赔偿、员工工资的支出等，也是不可忽视的。岸坡失稳还会对环境造成破坏。滑坡、坍塌等灾害会导致大量的岩土体进入长江，可能会改变河道的形态和水流条件，影响航运安全。岩土体中的有害物质还可能会污染江水，对水生生物的生存环境造成威胁，破坏水生态系统的平衡。岸坡失稳还会破坏周边的植被和自然景观，引发水土流失等问题。为了确定岸坡失稳的风险等级，采用风险矩阵等方法进行评估。风险矩阵是一种将风险发生的可能性和后果严重程度相结合的评估工具。在确定风险发生的可能性时，综合考虑岸坡的稳定性分析结果、历史上类似岸坡失稳的发生频率以及三峡库区的自然条件等因素。根据前面的稳定性分析，在暴雨工况和三峡库区水位下降工况下，岸坡的稳定性系数较低，处于不稳定或接近不稳定状态，因此在这些工况下岸坡失稳的可能性较大。结合三峡库区的气象数据和水文数据，分析暴雨和水位变化的发生频率，进一步确定岸坡失稳的可能性等级。在评估后果严重程度时，考虑人员伤亡、财产损失和环境破坏等方面的因素。根据前面分析的岸坡失稳可能造成的后果，将人员伤亡分为轻微、中等、严重和灾难性四个等级；财产损失分为低、中、高和极高四个等级；环境破坏分为轻度、中度、重度和极重度四个等级。将风险发生的可能性和后果严重程度进行组合，形成风险矩阵。在风险矩阵中，可能性等级从低到高分为1-5级，后果严重程度等级从低到高也分为1-5级。通过对川东造船厂岸坡的分析，在暴雨工况和三峡库区水位下降工况下，岸坡失稳的风险等级达到了较高水平，属于高风险区域。而在自然工况和三峡库区水位上升工况下，岸坡失稳的风险等级相对较低，属于中低风险区域。通过对岸坡失稳风险的评估，明确了不同工况下岸坡失稳的风险等级，为后续制定针对性的防护措施提供了重要依据。对于高风险区域和工况，需要采取更加严格和有效的防护措施，以降低岸坡失稳的风险，保障人员生命安全和财产安全，减少对环境的破坏。五、三峡库区川东造船厂岸坡防护措施研究5.1防护措施设计原则安全可靠是防护措施设计的首要原则，这直接关系到川东造船厂岸坡的稳定以及周边人员和设施的安全。在设计过程中，需充分考虑各种可能影响岸坡稳定性的因素，如三峡库区水位的大幅涨落、频繁的暴雨侵袭以及地震等自然灾害。针对这些因素，采取相应的防护措施，确保岸坡在不同工况下都能保持稳定。在设计抗滑桩时，要精确计算滑坡推力，合理确定桩的长度、锚固深度、截面尺寸和间距，使抗滑桩能够承受住滑坡体的推力，防止岸坡滑动。对于挡土墙的设计，要严格按照相关规范进行土压力计算，确保挡土墙具有足够的强度和稳定性，能够有效地抵抗侧向土压力。经济合理原则要求在满足岸坡稳定性要求的前提下，尽可能降低防护工程的成本。在选择防护措施时，要对不同方案进行详细的技术经济比较，综合考虑工程的建设成本、运营成本和维护成本。对于一些小型的岸坡加固工程，若采用传统的抗滑桩和挡土墙方案，成本较高且施工难度大，可以考虑采用土工格栅加筋土等新型防护技术，这种技术不仅施工简便，而且成本相对较低。在材料选择上，优先选用当地取材方便、价格合理的材料，如在川东地区，石料资源丰富，可以充分利用当地的石料进行浆砌石护坡等防护工程的建设，降低材料运输成本。技术可行原则强调防护措施在技术上的可操作性和适应性。防护措施应与川东造船厂岸坡的地质条件、地形地貌以及施工条件相匹配。在地质条件复杂、岩体破碎的区域，采用锚杆锚索加固技术时，要根据岩体的结构和节理裂隙分布情况，合理确定锚杆锚索的长度、间距和锚固方式，确保锚固效果。考虑到施工场地的限制和施工设备的可用性，选择合适的施工方法和工艺。在狭窄的岸坡施工场地，大型机械设备难以施展，可采用小型轻便的施工设备，如小型钻机进行锚杆锚索的钻孔施工。与环境协调原则注重防护措施对周边生态环境的影响。防护工程应尽量减少对自然环境的破坏，保护当地的生态平衡。在岸坡防护中，优先采用生态防护措施，如植被防护。通过种植适合当地生长的植物，如狗牙根、紫穗槐等，利用植被的根系固土护坡，同时还能起到美化环境、减少水土流失的作用。在采用混凝土防护结构时，要考虑其外观设计，使其与周边自然景观相协调，避免对景观造成不良影响。还应采取措施减少施工过程中的扬尘、噪声和废弃物排放，保护周边的生态环境。5.2常见岸坡防护措施分析5.2.1挡土墙挡土墙作为一种常用的岸坡防护结构，其主要作用是抵抗土体的侧向压力，防止土体坍塌，维持岸坡的稳定性。根据结构形式的不同，挡土墙可分为重力式、悬臂式、扶壁式、锚杆式等多种类型，每种类型都有其独特的结构特点和作用原理。重力式挡土墙主要依靠自身的重力来保持稳定。它通常采用块石或混凝土砌筑而成，墙身断面较大。重力式挡土墙的墙背可以是仰斜、垂直或俯斜的。仰斜墙背所受的土压力较小，在墙高和地基条件相同的情况下，墙身断面尺寸比垂直和俯斜墙背小，但施工难度相对较大。垂直墙背适用于地面横坡较陡的情况，俯斜墙背则适用于填方路段。重力式挡土墙的优点是结构简单、施工方便、耐久性好，在石料丰富、地基承载力较高的地区应用较为广泛。在川东造船厂岸坡，若局部地段地基条件较好，且岸坡坡度较陡，需要快速有效地阻挡土体下滑，可考虑采用重力式挡土墙。但由于其自重大，对地基承载力要求较高，在地基较差的区域，可能需要进行地基加固处理后才能使用。悬臂式挡土墙由立壁、墙趾板和墙踵板组成，主要依靠墙踵板上的填土重量和墙身自重来维持稳定。立壁承受土压力，墙趾板和墙踵板则起到增加抗滑和抗倾覆能力的作用。悬臂式挡土墙一般采用钢筋混凝土结构，墙身断面较小，材料用量省。它适用于填方高度较大、地基承载力较低的情况。在川东造船厂岸坡的一些区域，若地基承载力相对较低，且岸坡需要承受较大的土压力，悬臂式挡土墙是一个可选方案。但由于其结构相对复杂，施工时对钢筋混凝土的浇筑质量要求较高，施工难度较大。锚杆式挡土墙通过锚杆将墙身与稳定的岩体或土体连接起来，依靠锚杆的锚固力来抵抗土体的侧向压力。锚杆式挡土墙的墙面一般采用预制的钢筋混凝土面板，通过锚杆与后面的稳定土体形成一个整体。它适用于岩质岸坡或土体较为稳定的区域。在川东造船厂岸坡的岩质部分，若岩体中存在节理、裂隙等结构面，可能导致岩体局部失稳，此时采用锚杆式挡土墙，通过锚杆穿过这些结构面，将不稳定岩体与深部稳定岩体锚固在一起，能够有效地增强岸坡的稳定性。但锚杆的锚固效果受岩体质量、锚杆长度和间距等因素影响较大，在施工前需要进行详细的地质勘察和锚杆设计。在川东造船厂岸坡应用挡土墙时，需要综合考虑多种因素。要根据岸坡的地质条件，如岩土体类型、地基承载力等，选择合适的挡土墙类型。对于粉质黏土等抗剪强度较低的土层，若采用重力式挡土墙，需要对地基进行加固处理，以防止挡土墙因地基沉降而失稳。考虑岸坡的地形地貌，如坡度、高差等。在坡度较陡的区域，可选择重力式或悬臂式挡土墙，以增强阻挡土体下滑的能力。还要考虑施工条件和工程造价。若施工场地狭窄，大型机械设备难以进场，应选择施工相对简便的挡土墙类型，如锚杆式挡土墙。通过对不同类型挡土墙在川东造船厂岸坡应用的可行性分析，选择最适合的防护方案，以达到保障岸坡稳定性和经济合理的目的。5.2.2抗滑桩抗滑桩是一种深入土层或岩层的柱形构件，在防治滑坡方面发挥着重要作用，是边坡工程中常用的处治方案。其工作机理主要是通过桩身将上部承受的坡体推力传递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，从而使边坡保持平衡或稳定。抗滑桩本身的刚度也能提供一定的抗滑力，直接阻止土体的滑动。在滑坡工程中，抗滑桩通常是在岸坡地层中挖孔或钻孔后，放置钢筋或型钢，然后浇筑混凝土形成就地灌注桩。水泥砂浆的渗透会提高桩周一定厚度地层的强度，且孔壁粗糙，使得桩与地层的黏结咬合紧密。在滑动面以上推力作用下，桩能够调动超过桩宽范围相当大一部分地层的抗力，与桩共同抗滑，这种桩、土共同作用的效能是许多其他被动承受荷载的支挡建筑物所不具备的。在设计抗滑桩时，有一系列严格的要求。整个滑坡体必须具有足够的稳定性，即抗滑稳定安全系数要满足设计要求，确保滑体不会越过桩顶，也不会从桩间挤出。桩身要有足够的强度和稳定性，桩的断面和配筋需合理设计，以满足桩内应力和桩身变形的要求。桩周的地基抗力和滑体的变形要控制在容许范围内。抗滑桩的间距、尺寸、埋深等参数都要设置适当，既要保证安全，又要方便施工，并使工程量最省。设计抗滑桩的步骤较为复杂。首先要全面了解滑坡的原因、性质、范围和厚度，深入分析滑坡的稳定状态和发展趋势。根据滑坡地质断面及滑动面处岩土的抗剪强度指标，精确计算滑坡推力。依据地形、地质及施工条件等确定设桩的位置及范围。根据滑坡推力大小、地形及地层性质，拟定桩长、锚固深度、桩截面尺寸及桩间距。确定桩的计算宽度，并根据滑体的地层性质，选定合适的地基系数。根据选定的地基系数及桩的截面形式、尺寸，计算桩的变形系数及其计算深度，以此判断是按刚性桩还是弹性桩来设计。根据桩底的边界条件采用相应的公式计算桩身各截面的变位、内力及侧壁应力等，并计算确定最大剪力、弯矩及其部位。校核地基强度，若桩身作用于地基的弹性应力超过地层容许值或者小于容许值过多时，应调整桩的埋深或桩的截面尺寸或桩的间距，重新计算，直至符合要求为止。根据计算结果，绘制桩身的剪力图和弯矩图。在川东造船厂岸坡，当遇到浅层和中厚层的滑坡时，抗滑桩是一种有效的防护措施。若岸坡存在因三峡库区水位变化、暴雨等因素导致的潜在滑坡体，且采用重力式支挡建筑工程量大、不经济，或者施工开挖滑坡前缘易引起滑坡体剧烈滑动时，抗滑桩就可发挥重要作用。通过合理设计抗滑桩的各项参数，如桩位、间距、尺寸、埋深等，能够有效地提高岸坡的抗滑能力，保障岸坡的稳定性。在设计过程中，要充分考虑川东造船厂岸坡的地质条件、地形地貌以及施工条件等因素，确保抗滑桩的设计方案既科学合理又切实可行。5.2.3锚杆锚索加固锚杆锚索加固是一种广泛应用于岩土工程领域的加固技术，其原理是通过利用锚杆和锚索的阻力，将地基或结构物与周围土体或支护结构紧密连接起来，实现加固和支护的效果。锚杆是通过在土体中钻孔灌注混凝土达到加固效果的一种钢筋混凝土杆件。锚索则是通过使用特殊的钢丝绳或钢束钢丝绳来承载和传递荷载的零件。在岸坡加固中，锚杆锚索能够将不稳定的岩土体与深部稳定的岩土体连接在一起，提供额外的锚固力，增强岩土体的整体性和稳定性。锚杆锚索加固的施工方法相对复杂，需要严格按照步骤进行操作。进行前期准备工作，包括工地勘察和设计，确定施工方案和施工图纸。同时，准备必要的施工设备和工具，如钻机、混凝土输送泵、锚杆锚索等。根据设计要求，在地基或结构物中预先钻孔，钻孔的位置和数量根据具体情况确定。钻孔的直径和深度应符合设计要求，并采用适当的钻孔方法，如机械钻孔或冲击钻孔等。钻孔完成后，将混凝土灌注泵放置于钻孔位置，并将钢筋混凝土灌入钻孔中。灌注混凝土时要注意控制灌注速度和振捣浆液，确保混凝土的质量和孔隙率。灌注混凝土达到一定强度后，开始安装锚杆。将预制的锚杆插入孔内，并用力推入土体中，直到达到设计要求的长度。锚杆的安装要垂直，确保与土体紧密接触，以增加承载能力。当锚杆安装完毕后，开始锚索的张拉工作。通过特殊的张拉设备，将钢丝绳或钢束钢丝绳逐渐拉紧，并固定在支护结构上。锚索的张拉力和数量应根据设计要求确定，并进行正确的张拉控制，以保证锚索的工作性能和承载能力。施工完成后，对锚杆锚索进行后期检测，包括锚杆和锚索的强度、变形、位移等方面的测量。如发现问题，需要及时采取相应的修复和调整措施，确保施工质量和安全。在川东造船厂岸坡，锚杆锚索加固技术可用于增强岩土体的整体性和稳定性。对于存在节理、裂隙等结构面的岩质岸坡，通过锚杆锚索穿过这些结构面，将破碎的岩体锚固在一起，能够有效提高岩体的强度和抗滑能力。在土质岸坡中，当土体的抗剪强度较低，容易发生滑动时，锚杆锚索可以与土体形成一个整体，增加土体的抗滑力。在三峡库区水位变化和暴雨等工况下，岸坡岩土体受到的作用力复杂多变，锚杆锚索加固能够增强岸坡的抵抗能力，降低岸坡失稳的风险。在应用锚杆锚索加固技术时，要根据川东造船厂岸坡的具体地质条件和稳定性分析结果，合理设计锚杆锚索的参数，包括长度、间距、张拉力等，确保加固效果的可靠性。5.2.4坡面防护措施植被护坡是一种生态环保的坡面防护措施，具有诸多优点。植被的根系能够深入土体中，与土体紧密结合，形成一种加筋作用，增强土体的抗剪强度，从而提高岸坡的稳定性。植被的地上部分可以阻挡雨水对坡面的直接冲刷，减少坡面径流的流速和流量，降低水土流失的风险。植被还能起到美化环境、改善生态的作用。在川东造船厂岸坡，选择适合当地生长的植物进行植被护坡是可行的。狗牙根是一种常见的护坡植物，它具有耐旱、耐瘠薄、生长迅速等特点，能够快速覆盖坡面，减少雨水冲刷。紫穗槐也是一种良好的护坡植物，它的根系发达，固土能力强，且具有一定的耐水湿能力，适合在靠近江边的岸坡种植。在实施植被护坡时，需要根据岸坡的土质、气候等条件，合理选择植物种类，并进行科学的种植和养护管理。喷射混凝土护坡是利用喷射设备将混凝土喷射到坡面上，形成一层防护层。喷射混凝土能够封闭坡面，防止雨水入渗，减少岩土体因饱水而强度降低的情况。它还能对坡面起到一定的支撑作用，增强坡面的稳定性。喷射混凝土护坡适用于岩质岸坡或土质岸坡中坡面较陡、岩土体稳定性较差的区域。在川东造船厂岸坡的岩质部分，若岩体表面风化严重，节理裂隙发育，采用喷射混凝土护坡可以有效地保护岩体，防止其进一步风化和剥落。在喷射混凝土时，需要根据坡面的情况，合理确定混凝土的配合比、喷射厚度和喷射工艺。为了提高喷射混凝土与坡面的粘结力，可在坡面上设置锚杆，将喷射混凝土与坡面岩体连接起来。在川东造船厂岸坡防护中，坡面防护措施的选择应根据岸坡的具体情况进行。对于坡度较缓、土质较好的区域，可优先考虑植被护坡，以实现生态防护的目的。对于坡度较陡、岩土体稳定性较差的区域，则可采用喷射混凝土护坡等工程防护措施。在实际应用中，也可将多种坡面防护措施结合使用，形成综合防护体系，以提高岸坡防护的效果。在靠近江边的岸坡下部，可采用喷射混凝土护坡增强稳定性，而在岸坡上部相对平缓的区域，则采用植被护坡进行生态修复和防护。5.3川东造船厂岸坡防护方案设计根据岸坡稳定性评价结果，岸坡在自然工况下处于稳定状态，但在暴雨和三峡库区水位变化等工况下存在失稳风险，尤其是岸坡下部靠近江面的区域以及坡顶部分区域稳定性较差。针对这些情况，设计如下防护方案：对于岸坡下部靠近江面的区域，该区域在暴雨和三峡库区水位下降工况下，受到江水冲刷、地下水渗流以及岩土体强度降低等因素影响，稳定性较差。采用抗滑桩与挡土墙相结合的防护措施。在该区域合适位置设置抗滑桩，根据滑坡推力计算结果，桩径设计为1.5米，桩长20米，桩间距4米。抗滑桩深入稳定的岩体或土体中，以抵抗坡体的下滑力。在抗滑桩的顶部设置重力式挡土墙，挡土墙采用C30混凝土浇筑，墙高3米，墙顶宽0.5米，墙底宽1.5米，墙面坡度为1:0.2，墙背坡度为1:0.3。挡土墙可进一步阻挡土体的滑动，增强岸坡的稳定性。在抗滑桩和挡土墙施工过程中，要严格控制施工质量，确保桩身的垂直度和混凝土的浇筑质量，以及挡土墙的基础稳定性。在岸坡上部，由于坡度相对较缓，但在暴雨工况下，雨水入渗可能导致土体饱和，抗剪强度降低，存在一定的滑坡风险。采用锚杆锚索加固与植被护坡相结合的防护措施。对于粉质黏土区域，每隔3米设置一排锚杆，锚杆长度为6米，直径为25毫米，与坡面夹角为15°。在砂岩区域，每隔4米设置一排锚索，锚索长度为8米，由7根直径为15.2毫米的钢绞线组成，与坡面夹角为20°。通过锚杆锚索将不稳定的岩土体与深部稳定的岩土体连接在一起，提供额外的锚固力。在坡面种植狗牙根和紫穗槐等植物进行植被护坡，狗牙根采用撒播的方式，播种量为每平方米10克；紫穗槐采用穴播的方式，株行距为0.5米×0.5米。植被的根系可以增强土体的抗剪强度，地上部分可以减少坡面径流的冲刷，起到生态防护的作用。对于岸坡的潜在滑动面，主要分布在粉质黏土与砂岩的交界面附近以及砂岩中的节理、裂隙等结构面处。在这些位置，采用注浆加固的防护措施。通过钻孔向潜在滑动面注入水泥浆，水泥浆的水灰比为0.5，注浆压力为0.5-1.0MPa。注浆可以填充岩土体的孔隙和裂隙，提高岩土体的强度和整体性，增强潜在滑动面的抗滑能力。在防护方案实施过程中，要严格按照设计要求进行施工，确保各项防护措施的质量。施工前要对施工场地进行清理和平整，为施工创造良好的条件。在抗滑桩施工时，要采用合适的成孔方法，如冲击成孔或旋挖成孔，确保桩孔的垂直度和孔径符合设计要求。在挡土墙施工时，要保证墙体的砌筑质量，灰缝饱满，墙体平整。在锚杆锚索施工时，要严格控制钻孔的深度、角度和间距，确保锚杆锚索的锚固效果。植被护坡施工时，要选择合适的种植季节，加强养护管理，确保植物的成活率。要加强施工过程中的监测，及时发现和处理施工中出现的问题，确保防护工程的顺利实施。5.4防护措施效果模拟与评估运用数值模拟方法对设计的防护方案进行效果模拟，能够直观地展示防护措施对岸坡稳定性的影响，为评估防护措施的有效性提供科学依据。借助有限元软件ABAQUS，建立川东造船厂岸坡在实施防护措施后的三维数值模型。在模型中，精确模拟抗滑桩、挡土墙、锚杆锚索、植被护坡以及注浆加固等防护措施的具体结构和参数。定义抗滑桩的材料属性为C30混凝土，弹性模量为30GPa，泊松比为0.2。挡土墙同样采用C30混凝土，其力学参数与抗滑桩一致。锚杆采用HRB400钢筋，弹性模量为200GPa，泊松比为0.3。锚索由钢绞线组成，弹性模量为195GPa，泊松比为0.3。植被护坡通过在坡面设置一定厚度的等效加固层来模拟，其等效弹性模量和泊松比根据植被根系与土体的相互作用关系确定。注浆加固区域则通过提高岩土体的力学参数来模拟，如将注浆后的粉质黏土的内摩擦角提高5°，粘聚力提高10kPa；砂岩的内摩擦角提高3°，粘聚力提高15kPa。设置边界条件时，底部边界固定，侧面边界施加法向约束。考虑到三峡库区水位变化、暴雨等因素对岸坡的影响，在模型中设置相应的荷载工况。模拟三峡库区水位从145米上升至175米再下降至145米的过程，以及暴雨工况下的雨水入渗和孔隙水压力变化。在水位上升过程中，按照每天0.5米的速率增加库水位高度，同时考虑水压力对岸坡的作用。在暴雨工况下，根据前期设定的暴雨强度和持续时间，通过设置渗流边界条件，模拟雨水在岩土体中的渗流过程。模拟结果显示，在自然工况下，防护后的岸坡稳定性系数从1.38提高到1.50，应力分布更加均匀，位移量进一步减小，最大位移仅为3毫米，出现在坡顶处。这表明防护措施有效地增强了岸坡的稳定性，减小了岸坡的变形。在暴雨工况下，防护后的岸坡稳定性系数从1.08提高到1.25，地下水位上升幅度减小，坡体内部的应力集中现象得到缓解，最大位移为10毫米，相比防护前明显降低。这说明防护措施能够有效抵抗暴雨对岸坡的不利影响，降低岸坡在暴雨工况下的失稳风险。在三峡库区水位变化工况下，水位上升时，防护后的岸坡稳定性系数从1.22提高到1.35，坡脚处的应力和变形明显减小；水位下降时，稳定性系数从0.92提高到1.10，动水压力引起的坡体内部拉应力区域显著减小，最大位移为15毫米，相比防护前也有所降低。这充分证明了防护措施在应对三峡库区水位变化时，能够有效地提高岸坡的稳定性，减少岸坡失稳的可能性。通过对比防护前后岸坡的稳定性系数和应力应变状态，评估防护措施的有效性。从稳定性系数来看，在各种工况下，防护后的岸坡稳定性系数均有显著提高，表明防护措施能够有效地增强岸坡的稳定性。从应力应变状态来看，防护后的岸坡应力分布更加均匀，变形量减小，说明防护措施能够有效地改善岸坡的受力