任务一 边坡稳定性分析

公路边坡防护技术项目二边坡病害类型及防治措施

任务三

边坡变形破坏的防治目

录任务一

边坡稳定性分析任务二

边坡病害类型123

学习目标素质目标

知识目标技能目标以技能训练手册做支撑1234任务一边坡稳定性分析相关知识点

要设计一个稳定且经济合理的边坡，应以边坡在运营期间不发生危害性的变形和破坏为准则。边坡稳定性分析在于阐明工程地段天然边坡是否可能产生危害或较大的变形与破坏，论证其变形与破坏的形式、发展趋势与规模。边坡工程地质研究的目的是查明边坡的基本工程地质条件，评价和预测其稳定性，并提出相应的防治措施。在边坡工程地质研究中，应对边坡稳定性做专门分析。

边坡稳定性分析的方法可归纳为工程地质分析法、理论计算法、模型试验法三种。前面两种方法应用很普遍，不过三者常互为补充，综合应用。一、工程地质分析法边坡的变形破坏与其外部形态、内部结构及所处的地质环境是紧密相关的，因此可以通过观察分析三者的发展过程评价其稳定性。分析方法大致如下：1.根据地貌形态及构造的变化判断边坡的稳定性对于一个具有一定外形及结构的边坡，从构造分析入手，综合分析坡体中起控制作用的结构面或软弱面的空间组合情况及相应的形态变化，判断边坡是否稳定，常可节省大量勘探工作。2.利用工程地质分析法进行边坡稳定性分析该方法主要运用的是比拟法，这是工程实践中最常用同时也是最实用的边坡稳定性分析方法。其实质是应用自然历史分析法了解已有边坡的工程地质条件，将其与要研究的边坡工程地质条件做对比，把已有边坡的研究或设计经验应用于条件相似的边坡中。对比边坡需有原则可循，首先是边坡要具有相似性。相似性主要有两个方面：一是边坡岩土体性质、边坡所处的地质构造环境及岩土体结构的相似性；二是边坡类型的相似性。在此基础上对比边坡成因及影响其稳定性的各种地质因素。这里要注意，边坡岩土性质的相似性其实就是成土、成岩条件的相似性，所以岩土性质的对比不能忽略成土、成岩条件及形成年代等因素的对比。一般情况下，在工程地质比拟法所要考虑的因素中，岩土性质、地质构造、岩土体结构、水的作用和风化作用是主要的，其他（如坡面方位、地震、气候条件等）是次要的。

二、理论计算法边坡稳定性分析的理论计算法主要是利用土力学、岩石力学、弹塑性力学、断裂损伤力学等多种力学和数学计算方法，对边坡稳定性做定量评价，这常为工程所必需。实际上，不论用哪种理论定量计算，都需进行基本假定。由于影响边坡稳定性的因素很多，所以定量计算只是一种近似估算。应该指出，理论计算法的可靠性很大程度上取决于计算参数的选择和边界条件的确定，特别是对结构面抗剪强度指标的选择。因此，理论计算法必须以正确的地质分析为基础。对于构成边坡的岩土体，影响其稳定性的主要因素是结构面，其他地质因素一般通过结构面对稳定性产生影响。自然界的大多数边坡均发育有多组结构面，它们多相互切割，分布复杂，形成复杂的滑动体。边坡稳定性分析的理论计算法有很多，下面仅介绍工程中较简单也较常用的方法。1.单一滑动面的稳定性计算假设边坡中的不稳定滑动体由单一结构面控制（见图2-1-1），这种情况常见于岩质边坡、均质砂性土坡及成层的非均质砂性土坡中，根据静力平衡原理，潜在滑动面上的岩土体在重力作用下沿着滑动面产生两个分力，即下滑力和垂直于滑动面的压力。在这两个分力的作用下，若滑动体产生滑动或有滑动的趋势，则还受到滑动面抗滑阻力的作用。此时，边坡的稳定性主要由下滑力与抗滑阻力之间的大小关系来确定，其稳定性系数K等于抗滑阻力与下滑力之比，如式（2-1-1）所示。

（2-1-1）式中

W——条带重量（kN）；F——条带抗滑阻力（kN）；P——条带下滑力（kN）；α——条带与弧段法线的夹角；φ——岩土体的内摩擦角（即滑动面摩擦角）；c——岩土体内聚力（即滑动面凝聚力）；H——滑体厚度（m）。

根据式（2-1-1），若K<1，则边坡不稳定；若K=1，边坡处于临界平衡状态：若K>1，则边坡处于稳定状态。图2-1-1单一滑动平面受力图

2.单一滑动弧面的稳定性计算若边坡中的不稳定滑动体由单一滑动弧面控制（见图2-1-2），这种情况常见于土质边坡中，尤其是黏性土坡中，边坡稳定性的定量分析多采用瑞典条分法，又称为费伦纽斯法。其基本假定如下：（1）假定边坡稳定属于平面应变问题，即可取某一横剖面为代表进行分析计算；（2）假定滑动面的滑动体为刚体，计算中不考虑单个条带间的相互作用力；（3）定义安全系数K为滑动面上产生的抗滑力总和与下滑力总和之比，如式（2-1-2）所示。

（2-1-2）图2-1-2单一滑动弧面受力图在实际情况中，边坡上的潜在滑动面可能存在多个，此时需分别进行试算，K值最小的滑动面便是边坡中的危险滑动面。

3.模型试验法对一些地质条件复杂、边坡受复杂工程荷载作用或非常重要的边坡设计，须运用各种岩土力学理论、技术和方法，进行边坡应力场、变形场、位移场和变形破坏模式等的分析。常用的就是物理模型试验和数值模拟相结合的方法。物理模型试验必须遵循相似定理，将实际边坡作为原型，用模型材料按比例缩小而制作的边坡必须与原型满足几何相似和强度相似。模拟试验按照研究要求可有不同的物理模型试验和运动学模型试验。前者用于定量研究，获取应力场或位移场信息，后者多用于研究岩体的破坏模式。三、稳定性分析四大必要条件稳定性分析必须从质和量两个方面总结其前阶段的所有调查成果，以工程形式将这些成果体现于现场，为评判其利弊得失提供所需的最具体的判断资料。进行稳定性分析前必须已知的四个必要条件如下：1.基岩面基岩面定义为“判断为未曾滑动过，今后也几乎不会滑动的地下层面”，换句话说即“判断滑动面只能是与它相贴接或相切而不能穿过它的面”（此处原先有一个空格，需删掉）。具体地说，根据用管状应变测定仪等量测的结果，其下无累计位移量，钻孔岩芯呈柱状，加上构成作为地层的连续面、构成地下水的隔水层等情况作出判断的层面。实际上，这些条件并不是总能得到充分确认和观察，有时不得不依据其中的若干条件来推定。2.滑动面形状稳定性分析一般以滑坡主轴断面为对象。稳定性分析公式也随滑面形状（同弧形或复合形）的不同而异，因而所得的结果也不同。因此，正确确定滑动面是一项重要工作，但多数情况都存在推定因素。在推定作用于滑动面的孔隙水压力以前，存在必须推定滑动面本身的难题。3.黏聚力和内摩擦角稳定性分析所需的三个土质参数为：滑体的重度、抗剪强度参数黏聚力c、内摩擦角φ，其中c和φ很难确定。土质参数可由土工试验求得，但存在以下问题：（1）需求取的土质参数为沿整个滑面的平均值。（2）不同位置土的强度参数差异很大，不能用某一个位置的土样试验值代表整个滑动面。（3）试验中不挠动土样是不可能的。（4）土的强度参数受取样时的挠动影响很大4.地下水有效应力和相应的强度参数代表了土体真正的应力状态和强度条件，有效应力法无可争辩地成为土坡在各个阶段稳定性分析中最重要和最可靠的分析方法。然而地下水，即孔隙水压力在许多场合下无法事先确定其精确值，因而只能对其作出某些合理的假定或估算，以获得尝试性的解答。于是，现场量测工作将是提供可用来校核预估结果可靠性的唯一手段。四、边坡稳定性安全系数边坡稳定性安全系数的确定主要取决于三类因素：一是边坡的稳定概率。由于边顶加载、岩土体遇水强度降低、坡脚切坡等外在因素的影响，都会导致边坡失稳。这种偶然因素对边坡的影响因地质条件的不同而存在差异，一般依据设计者的经验、事故统计数据推定。二是边坡工程的重要性和危害性。

越是重要的工程和危害性大的工程所取的安全系数越高，例如土石坝的稳定性安全系数取1.5，《建筑边坡工程技术规范》（GB50330—2013）中推荐的边坡安全系数值，一级边坡为1.30～1.35，二级边坡为1.25～1.30，三级边坡为1.20～1.25。可见，边坡稳定性安全系数的确定与边坡工程的重要性密切相关。三是边坡的破坏类型、滑裂面的形状和位置。当前国内各行业采用的边（滑）坡稳定性安全系数及其所采用的计算方法列于表2-1-1中。表2-1-1边坡稳定性安全系数及稳定分析方法

从表2-1-1的安全系数情况看，由于工程重要性不同、规范制定者的经验与看法不同，以及所采用的计算方法不同，当前国内各行业以及不同地区所采用的安全系数值是有所差别的。但是它们具有以下共同特点：（1）除重要工程滑坡外，边坡的安全系数一般高于滑坡的安全系数，这是因为滑坡规模大，治理费用高。（2）建筑边坡安全系数要高于道路边坡的安全系数。（3）重要性高和危害性大的边坡安全系数要高于重要性低的二、三级边坡安全系数。（4）建筑边坡中对不同的边坡稳定分析方法采用不同的安全系数，对瑞典圆弧法采用较低的安全系数。根据公路不同等级，边坡失稳造成的生命财产危害程度不同。危害程度大的边坡也就是重要性高的边坡，按其重要性可将公路边坡划为以下三级：一级