【《某边坡加固工程的边坡稳定性状态计算案例》2900字】

某边坡加固工程的边坡稳定性状态计算案例1.1工程概况工程位于华新水泥（黄石）股份有限公司厂区，为平硐口地区五号窑系统石灰石预均化堆场边坡。堆场原本东西宽仅15~20m，南北长约300m，后向西扩展30m，向东填补20m，从而形成宽50m的石灰石堆场。西侧是切削山体形成一近垂直的陡坡，沿线低层出露有灰色--灰青色薄层泥质灰岩夹中厚层灰岩及页岩，呈坚硬状态，岩层走向呈近东西向。参数见表2.1。预均化堆场建于1996年左右，根据调查，该工程是在原山坡面上用上部开挖的碎石填压堆成，并形成现在的堆场与边坡，服务年限已达十年以上。边坡的坡面用浆砌片石砌成，厚度50~100cm，坡脚分段用混凝土挡墙和浆砌片石挡墙支挡。边坡下部为原台阶形山体。边坡东向南北长约131m，北段边坡长约27m，坡角50°~55°左右。边坡内部多为散体块石充填，无胶结物，表层有2~10cm混凝土覆盖。坡底有1.5m（南端）~7m（北端）高度不等的挡墙。挡墙南端100m为浆砌片石结构，混凝土挡墙为31m。表2.1边坡岩石力学参数岩体名称自然容重（kN/m3）粘聚力C（kPa）内摩擦角/o薄层泥质灰岩26.20.637页岩26.20.835整体预均化场为四方平面，其中两边与居民楼和一所学校相邻。边坡东侧有一约4m宽的马路，马路一侧有一射击学校和居民住宅，边坡北侧约5m处有一些居民住宅（堆场平面图见图2-1）。图2-1边坡平面图1.2边坡稳定性状态计算边坡与挡墙开裂现状调查：场地边坡由下部的基岩层和上部的填压碎石层两部分构成，基岩为薄层泥质灰岩夹中厚层灰岩及页岩为灰色-青灰色，岩层走向与边坡近似垂直，为弱风化褶皱片状岩体，未见有断裂构造，岩体强度较高，故不存在基岩顺层滑坡的可能。根据预均化场原施工过程、地质条件和调查分析，边坡极有可能发生的破坏形式为沿堆场基岩层面的滑塌（见图2-2）。图2-2边坡滑塌示意图根据边坡变形现状，假设现有的边坡和挡墙受力为极限平衡状态（即边坡稳定性系数K=1），通过反演分析得出未加固前混凝土挡墙支挡力及边坡岩体的抗剪强度参数，为加固方案的设计和校核提供理论依据。挡墙受力分析及支挡推力估算：挡墙为重力式挡墙，倾角约为80°，受力除自身重力外，可以分为两部分：抗倾覆力和抵抗挡墙本身滑移的摩擦力，取单位长度的最危险剖面考虑。以下为图示和计算分析。1）挡墙抗倾覆力分析挡墙自身重力分为两部分：和，均布抗倾覆力合力为（见图2-3），根据力矩平衡原理，可以得到式（2-1），简算如下：(2-1)其中：混凝土的重度取γ=23KN/，为挡墙三角形部分重心位置到最左端的水平距离；为挡墙矩形部分重心位置到最左端的水平距离；d为受到的合倾覆力到挡墙底部的垂直距离。经过计算：得出：T1=182.7KN图2-3挡墙倾覆力示意图（长度单位为mm）抗滑移的摩擦力分析假设挡墙有向外滑移的趋势，所受的摩擦力为沿水平面向右，受力如2-4图示，计算如式（2-2）所示：(2-2)其中：内摩擦角取30°，内聚力取c=20KPa，经过计算：得出：T2=249KN比较得出，T1=182.7KN＜T2=249KN，即挡墙在倾覆力的作用下更易破坏，所以实际中挡墙所受到的临界力，也即挡墙对边坡的抗滑力，即为倾覆力T1=182.7KN。图2-4挡墙抗滑移摩擦力示意图（长度单位为mm）边坡未加固前坡体阻滑力及参数计算分析：边坡未加固前，假设内聚力c=0，坡体受到的阻滑力主要有：挡墙对坡体的抗倾覆力T1和坡体重力G在滑动面方向上斜向上的分力（见图2-5），根据此时边坡处于极限平衡状态，可知稳定性系数K=1，即抗滑力=下滑力，以边坡单位长度考虑，坡体平衡状态方程式如式（2-3）：图2-5边坡未加固前受力分析示意图根据此时边坡处于极限平衡状态，可知稳定性系数K=1，即抗滑力=下滑力，以边坡单位长度考虑，用式（2-3）计算：(2-3)其中：取重度=18KN/m3；角为最危险滑动面与水平面的夹角；为碎石块体的内摩擦角；边坡内部散体的内聚力忽略不计。计算如下：得出：单位长度上的滑动体重量G=4805KN，则：得出：≈35°设堆场岩质边坡CD重力为W，其法向分力为，切向分力为。法向分力产生的摩擦阻力R阻止土体下滑，称为抗滑力，其值为。切向分力T是促使边坡岩体下滑的滑动力，土体稳定性系数：，边坡不稳定。式中：为土的内摩擦角；为土坡破角。通过理正软件计算边坡BC和边坡AB，得知BC段边坡稳定性系数为K=1.373，边坡稳定；AB段边坡稳定性系数为K=0.895，边坡不稳定。（计算内容见附录）1.3加固方案的选择针对于不同的边坡类型与功能，有不同的边坡加固方式。得益于岩土工程飞速发展，我们拥有非常多的加固形式可供选择，不同的加固形式有其自身的优点缺点，以及不同的岩土场地使用条件，我们做选择时需要因地制宜，结合众多实地条件，即便是同一边坡，采取不同的加固方式，也会导致工程材料、工程造价、加固结构受力形式等众多要素的巨大变化。最终论证选型时，在用材合理、可靠度符合要求的前提下，设计人员应尽可能的节省工程的成本，选择最优化的方案。边坡加固一般采用挡墙、抗滑桩、锚索（或锚桩）、锚喷支护及固结注浆等方法。从加固原理上分析，一般采用坡外加固和坡体内部加固两种，上述前两种为外部加固方法，后三种为内部加固方法。由于该边坡周围空间已经被限制使用，无法在边坡坡角或挡墙周围采用外部加固措施，因而，边坡内部加固是该边坡加固唯一可选择的加固措施，在现场实施的内部加固的可能方案有：拆除原挡墙，在原地修建抗滑力更大的新挡墙或抗滑桩。该方案是非常危险的方案，拆除挡墙极可能引起坡体下滑，产生灾难性后果。边坡锚喷加固，增加边坡稳定性。该方案中喷混凝土可以使边坡坡面稳定性有一定提高，但锚杆固结散体岩石效果不好，而且也难以将边坡与基岩锚固一体，锚杆锚固挡墙的锚固力远达不到挡墙的要求。边坡坡体注浆加固——挡墙锚索锚固。该方案在边坡内注浆目的是以增加边坡内部散体岩石的粘结力和磨擦角，提出边坡岩体的阻滑力，同时在挡墙上安设锚索，提出挡墙的支挡力。根据实践经验与理论分析，这两种加固方法分别可以提高边坡稳定性系数10~20%以上。而仅使用其中一种加固方法均不能完全满足边坡稳定的要求。方案选型：本设计所选取的研究对象某地区石灰岩边坡加固工程场地施工条件复杂恶劣，工程可靠度以及安全系数要求较高，需要结合合理的设计理念进行多方面汇总综合考虑，尽可能的选择技术相对简易，易于工程实现，并且经济合理不浪费的支护形式以及设计方案。结合各加固结构的特点，以及当地的岩土体、水文地质条件最终选择坡体注浆加固——挡墙锚索锚固的加固方案。由于注浆加固在散体岩体中注浆量较大，为了既满足边坡稳定要求，又要经济合理，根据调查与分析，坡面破坏严重的区域在混凝土挡墙上部边坡，整体边坡可以作局部加固仅在混凝土挡墙上部的边坡区域进行注浆加固；由于开裂多位于混凝土挡墙中，且混凝土挡墙墙体远高于砌石挡墙，故锚索加固仅限加固混凝土挡墙。除此以外的其它区域，需要进行边坡位移监测：即在边坡坡脚挡墙上部、坡顶上部平台及局部坡面设置一定数量的永久监测点，以观测边坡的变形情况。若变形加剧，视需要进行局部注浆固结。坡体注浆加固——挡墙锚索锚固应用于本工程有以下优点：一、注浆工程施工设备比较简单，施工过程机械化程度比较高，人工劳动强度低，施工进度快。