公路岩土工程设计及地基处理案例分析.ppt

1、2020/7/4,公路岩土工程设计及地基处理 案例分析研讨 中交第一公路勘察设计研究院有限公司 2014.6.13,培训研讨的目的,让设计人员了解岩土工程对公路路基路面的重要性，了解目前公路路基设计存在的不足；了解新理念对项目的要求，理解创作性设计的重要性，掌握如何从细节入手，作好公路路基设计，并展开讨论,2020/7/4,中交第一公路勘察设计研究院,一、公路工程建设中岩土工程设计的存在问题 二、路基边坡的稳定性分析及加固措施 三、软土地基处理设计 四、对路基设计的思考,2020/7/4,中交第一公路勘察设计研究院,一、公路工程建设中岩土工程设计的存在问题 （一）对岩土工程的重要性、职责、重点

2、认识不足； （二）勘察程序不清，外业调查深度不足，现场未调查清楚。基础 资料收集不够；对岩土工程的重要性认识不足； （三）公路路基设计应建立在工程类比设计的基础上进行，但设计 对当地成功经验及失败教训重视不足。 （四）路堤设计 （五）路堑设计 （六）路基路面排水 （七）防护工程 （八）取、弃土 （九）路基设计经验不足，不了解路基施工的过程及环节。 （十）对新理念的理解和认识准备不足。 （十一）对地质资料及地勘成果过分依赖，对地质资料的掌握和驾 驭能力不足。,2020/7/4,中交第一公路勘察设计研究院,一、公路工程建设中岩土工程设计的存在问题 （一）对岩土工程的重要性、职责、重点认识不足； 岩

3、土工程专业是土木工程的分支，是运用工程地质学、土力学、岩石力学解决各类工程中关于岩石、土的工程技术问题的科学。按照工程建设阶段划分，工作内容可以分为：岩土工程勘察、岩土工程设计、岩土工程治理、岩土工程监测、岩土工程检测。 主要研究方向为公路路基工程、地下空间与地下工程（隧道）：以地下空间为主体，研究地下空间开发利用过程中的各种环境岩土工程问题，地下空间资源的合理利用策略，以及各类地下结构的设计、计算方法和地下工程的施工技术（如浅埋暗挖、盾构法、冻结法、降水排水法、沉管法、TBM法等）及其优化措施等等。,2020/7/4,中交第一公路勘察设计研究院,一、公路工程建设中岩土工程设计的存在问题 （一

4、）对岩土工程的重要性、职责、重点认识不足； 边坡与基坑工程：重点研究基坑开挖（包括基坑降水）对邻近既有建筑和环境的影响，基坑支护结构的设计计算理论和方法，基坑支护结构的优化设计和可靠度分析技术，边坡稳定分析理论以及新型支护技术的开发应用等。 地基与基础工程：重点开展地基模型及其计算方法、参数研究，地基处理新技术、新方法和检测技术的研究，建筑基础（如柱下条形基础、十字交叉基础、筏形基础、箱形基础及桩基础等）与上部结构的共同作用机理和规律研究等。,2020/7/4,中交第一公路勘察设计研究院,一、公路工程建设中岩土工程设计的存在问题 （一）对岩土工程的重要性、职责、重点认识不足（上天容易入地难）；

5、,2020/7/4,中交第一公路勘察设计研究院,二、路基边坡的稳定性分析及加固措施 2.1 边坡工程的特点： 边坡加固工程的作用对象是边坡岩土体，其目的是防止边坡变形破坏危及公路工程和交通安全。明确边坡岩土体本身的稳定程度、变形破坏的形式和作用特点，是边坡加固的基本问题。因此，边坡加固技术是包括岩土勘察、边坡变形破坏类型识别和预测、边坡稳定分析和作用力计算、加固工程设计计算等一系列涉及不同学科的复合技术。 边坡设计工程师的职责不是去进行精确计算，而是进行正确的判断！面对地质报告提供的岩土参数，如何处理它们？怎样确定岩土体和结构面的力学性质？这需要认真地阅读地质报告、研究场地地质条件背景，最大程

6、度的利用可以利用的资料，做出正确的判断。,2020/7/4,中交第一公路勘察设计研究院,二、路基边坡的稳定性分析及加固措施 2.1边坡工程的特点： 地质工程师应该少用点时间去进行计算，多用些时间进行野外观察！岩土工程中经常出现的一个错误就是，从详细研究钻孔的岩芯开始工作。尽管这些岩芯提供了基本的资料，但必须将这些基本地质资料和拟建工程场地所在的整个地质环境联系起来。能够导致边坡发生局部破坏的构造不连续面是与该地区的区域构造型式有关的。虽然野外调绘获得的资料中多数不能在稳定性计算中定量地使用，但是有助于判断最可能的破坏模式和确定岩体的合理强度和性质。因此，边坡勘察应该从工作区的地质调查和测绘开始

7、。 在工程实践中，还存在由于从业人员知识结构、实践经验等方面的原因，缺乏统筹应用相关学科理论和方法的逻辑思路，导致一些技术失误。,2020/7/4,中交第一公路勘察设计研究院,二、路基边坡的稳定性分析及加固措施 2.1边坡工程的特点： 边坡加固涉及岩土勘察、边坡几何形状和工程结构设计与施工，公路工程相关技术标准中已有的原则性规定和要求可以引用和参照。本次研讨注重引导分析和解决问题的逻辑思路、阐述关键环节的工作方法，对于可以引用和参照的内容则应遵循的相关技术标准。,2020/7/4,中交第一公路勘察设计研究院,二、路基边坡的稳定性分析及加固措施 2.2边坡工程勘察设计： 边坡定性勘察和加固方案设

8、计的任务，一方面是证实和确认对边坡稳定性的基本判断、加固对策；另一方面，通过布置测绘、勘探和必要的现场监测工作，明确边坡破坏的规模和性质、成因和类型、目前的稳定程度和影响因素，拟定可行的加固工程方案，提出相应的工程预算和实施计划。,2020/7/4,中交第一公路勘察设计研究院,二、路基边坡的稳定性分析及加固措施 2.2边坡工程勘察设计要点： 边坡定性勘察和加固方案设计的任务，一方面是证实和确认对边坡稳定性的基本判断、加固对策；另一方面，通过布置测绘、勘探和必要的现场监测工作，明确边坡破坏的规模和性质、成因和类型、目前的稳定程度和影响因素，拟定可行的加固工程方案，提出相应的工程预算和实施计划。,

9、2020/7/4,中交第一公路勘察设计研究院,二、路基边坡的稳定性分析及加固措施 2.2边坡工程勘察设计要点： 加固工程方案的可靠性是以边坡失稳的范围和规模确定、内部岩土结构和变形破坏类型明确、稳定程度和影响因素清楚为基础的。边坡加固方案设计必须在查明边坡岩土结构、确认变形破坏类型、明确相应工况的稳定系数的基础上进行。 包含边坡所处的地形地貌形态、水文地质和工程地质内容的综合平面图是最基本的资料，可以说明边坡所处的自然环境、落实边坡失稳的范围和分析今后可能的发展范围。有勘探证据支持的边坡纵横断面图能够表明边坡的内部岩土和结构面的形状，是边坡破坏类型分析、稳定性计算的基础资料之一。,2020/7

10、/4,中交第一公路勘察设计研究院,二、路基边坡的稳定性分析及加固措施 2.2边坡工程勘察设计要点： 定量勘察和加固工程施工图设计的任务，一方面是进一步查明边坡细部结构和定 量资料，补充勘察新出现的变形迹象和问题；另一方面要根据批准的加固工程方案，取得工程设计所需地质资料，落实各项工程的实施条件，做出施工设计图和 工程预算。 如果说定性勘察注重于边坡失稳的范围和规模、性质和岩土结构的宏观判断，定 量勘察就是要查明边坡各部分的定量数据，以便落实各项工程的具体位置和尺 寸。为落实各项工程实施条件的资料，因工程种类而异：,2020/7/4,中交第一公路勘察设计研究院,2.3 设计准则 2.3.1 边坡

11、工程的功能要求 岩土工程设计可以按容许应力法，也可以按极限状态法设计。无论采用哪种方法，都应该有足够的安全储备满足既定的功能要求： 能够承受正常施工和正常使用期间可能出现的各种作用； 在正常使用期限内，工程各部分具有良好的工作性能； 在正常维护下具有足够的耐久性； 在发生偶然事件或局部失效时，仍然能够保持必需的整体稳定性。,2020/7/4,中交第一公路勘察设计研究院,2.3 设计准则 2.3.1 边坡工程的功能要求 2.3.2 容许应力法 采用容许应力法设计，在正常使用条件下，比较荷载作用和岩土抗力，要求强度有一定的安全储备，变形要满足正常使用要求。荷载、抗力和安全度的取值都建 立在经验的基

12、础上。 .3 极限状态法 将岩土及相关结构置于极限状态进行分析，确定达到某种极限状态时的岩土抗 力。整个工程或者其中一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的功能要求，这个特定状态就是该功能的极限状态。 采用极限状态法设计时，要满足承载能力极限状态和正常使用极限状态的要求。 承载能力极限状态又称为破坏极限状态。在整个工程或其中一部分失去平衡、岩土体或结构材料超过强度极限或者变形过大而不能继续承受荷载、工程变成机动体系、岩土体或工程结构失去稳定等情况之一时，即认为超过了承载能力极限状态。岩土体的破坏极限状态又分为两类，一类是岩土体中形成破坏机,如整体滑动、垮塌、结构倾覆等；另一类是岩土体过量变形

13、导致工程发生结构性 破坏。,2020/7/4,中交第一公路勘察设计研究院,2.3 设计准则 设计安全标准和岩土作用边坡安全等级 公路边坡的设计安全等级，根据边坡破坏可能造成的后果的严重程度划分为三个等级， 公路边坡工程设计安全等级 设计安全等级 涉及工程类型 级 直接危及修复困难的重点工程的边坡 级 高速公路和一级公路上的其他边坡 级 二级以下公路上的其他边坡,2020/7/4,中交第一公路勘察设计研究院,2.3 设计准则 设计安全标准和岩土作用 边坡安全等级 公路边坡设计工况根据地形地质条件，结合主体工程的布置、施工条件，分持久状况、短暂状况和偶然状况三种工况。 持久状况：即正常使用工况，采

14、用岩土作用力+结构物自重力+正常水压力+结构约束力的基本组合设计。 短暂状况：包括施工期开挖基坑、缺少结构约束或截排水措施的状况、运营期暴雨或久雨以及排水设施失效引起的地下水位升高等，采用岩土作用力+结构 物自重力+非正常水压力+结构约束力的基本组合设计。 偶然状况：主要是指遭遇地震的状况，采用岩土作用力+结构物自重力+水压力+结构约束力+地震作用的偶然组合设计。,2020/7/4,中交第一公路勘察设计研究院,2.3 设计准则 设计安全标准和岩土作用 具体边坡工程所采用的安全系数，应根据对边坡与建筑物关系、边坡工程规模、工程地质条件复杂程度以及边坡稳定分析的不确定性等因素的分析， 安全等级 持

15、久状况 短暂状况 偶然状况 级 1.30 1.251.15 1.151.10 级 1.301.20 1.201.15 1.101.05 级 1.151.10 1.101.05 1.051.00 稳定系数与安全系数是两个不同的概念。安全系数的定义是极限应力与容许应力之比，包括了不确定因素和工程重要性的安全储备。稳定系数的定义为极限强度与实际应力之比，是刚体静力平衡的概念。由于岩土介质的复杂性，尚未达到“极限平衡”状态的边坡，也往往会有一定的变形，并且影响到工程安全和正常使用。稳定系数 1.10 并不意味着有 10%的安全储备。根据大量工程经验，稳定系数 1.10 是滑坡蠕动变形的临界点。只要滑坡

16、滑动变形不波及保护对象，较低的稳定系数不会对工程造成危害。而对于滑坡范围内的工程，如果滑坡变形会导致工程结构损坏或者正常使用，就不允许滑坡变形，应该有较高稳定系数。,设计安全系数,2020/7/4,中交第一公路勘察设计研究院,二、路基边坡的稳定性分析及加固措施 2、边坡工程的勘察： 边坡加固涉及岩土勘察、边坡几何形状和工程结构设计与施工，公路工程相关技术标准中已有的原则性规定和要求可以引用和参照。本次研讨注重引导分析和解决问题的逻辑思路、阐述关键环节的工作方法，对于可以引用和参照的内容则应遵循的相关技术标准。,2020/7/4,中交第一公路勘察设计研究院,二、路基边坡的稳定性分析及加固措施 2

17、、边坡工程的勘察： 边坡加固工程设计，要明确实施的位置、加固方案、工程种类和规模，以及预期的效果。对于拟开挖边坡的勘察，为了预防边坡失稳破坏，查明边坡所在地段的工程地质条件、分析坡体岩土结构并预测边坡失稳的可能性及其变形破坏类型是主要任务。对于既有边坡病害的勘察，区分破坏基本类型、预测其发展趋势和影响范围是主要任务。 以工程加固为目的的边坡勘察基本任务是： 确定滑坡变形的范围。正在活动而且变形明显的区块容易判断，要对边坡变形进一步发展的情况下，相邻区块变形的可能性做出判断就不是容易的事。而预测可能发生的边坡破坏类型就需要更专业的方法和经验。边坡变形范围的最终确定，仅仅通过地表勘察，往往难于做出

18、正确的结论，必须借助有效的勘探手段，弄清楚边坡的岩土类型、优势结构面的位置和空间形态。,2020/7/4,中交第一公路勘察设计研究院,二、路基边坡的稳定性分析及加固措施 2、边坡工程的勘察： 查明边坡的内部结构和变形破坏边界面的空间形态。所谓的内部结构，既包括岩土结构，也包括变形范围内部的分段、分级、分块。已经发生的变形破坏的边坡，根据表现出的变形迹象和勘察证据可以辨别其破坏类型；可能发生的边坡破坏要以边坡岩土结构类型为基础，按照边坡坡率和优势结构面方位所决定的应力分布规律，才能预测其破坏类型。 提供破坏边界面岩土的 c 、Q 值和变形块体岩土的等参数。根据边坡破坏类型选择合适的计算模型是边坡

19、稳定性和工程设计计算的重要内容。无论何种计算模型，破坏面的强度参数和块体重量参数都是必不可少的。 掌握影响岩土物理力学参数的地下水活动情况。地下水活动是影响岩土强度和重量参数的重要因素。根据地下水活动规律确定最不利条件下的岩土参数，也是边坡加固设计的基本条件之一。,2020/7/4,中交第一公路勘察设计研究院,二、路基边坡的稳定性分析及加固措施 2、边坡工程的勘察： 边坡勘察的基本要求是，查明边坡所在地段的地貌形态、坡体岩土结构和影响边坡稳定的因素，判断边坡失稳破坏的可能性及其破坏类型，取得边坡加固方案设 计和工程结构设计计算所需的资料和参数。 所谓的“地貌形态”是指边坡所在地段的微地貌及其形

20、态，如堆积的阶地、洪积台地、坡积裾或者剥蚀裸露的岩石山坡，既间接地反映了坡体物质构成，也形成原始临空条件。 所谓的“坡体岩土结构”是指构成坡体的岩土类型及其组合关系。构成坡体的岩土体呈单一成分或者由各种结构面分割成不同性质的块体。岩土体和结构面性质是决定边坡稳定与否和产生不同破坏形式的物质基础。 所谓的“结构面”是指坡体内部存在的各种原生的或者次生的层面、层理、节理、断裂等分离面。多数情况下，这些分离面也是软弱面，产状与边坡开挖面的组合 关系往往是决定边坡稳定与否及其破坏形式的主要因素。,2020/7/4,中交第一公路勘察设计研究院,二、路基边坡的稳定性分析及加固措施 3 边坡破坏变形方式和岩

21、土结构类型 边坡破坏变形方式边坡变形方式包括拉裂和蠕滑。 发生在边坡顶部的拉张带内的拉裂变形，是坡率较陡的边坡内部应力调整造成 的，多与其他变形方式一起形成组合变形。 卸荷回弹和地应力释放发生的拉裂变形，会使岩土体内部产生卸荷裂隙。卸荷带 的宽度和深度又和临空条件（坡高、坡度和形状）、坡体岩土性质有关，在垂直 结构面控制的硬质岩石边坡，如产状陡立的层状岩石和垂直裂隙切割的块状岩 体，通常发生崩塌破坏；松散土、风化带和破碎岩石边坡常常发生坍塌破坏。 受最大剪应力面控制的蠕滑，一般见于均质土边坡、构造带内呈似散体状的破碎 岩石边坡、巨厚的全风化带的边坡，后者如南方某些地区的巨厚花岗岩全风化土。 如

22、果没有层状地下水层影响，通常发生所谓的圆弧滑动。,2020/7/4,中交第一公路勘察设计研究院,二、路基边坡的稳定性分析及加固措施 3 边坡破坏变形方式和岩土结构类型 受软弱结构面控制的蠕滑，常见于层状结构和节理切割的块体结构。其地质模型可分为沿软弱结构面滑动的层状结构（包括层状松散堆积土、具有层状结构的沉积岩和变质岩、厚度不大的风化带），以及节理分割成楔形块滑动的块状结构。 受软弱基座控制的蠕滑，常见于有一定厚度的软弱下卧层（如粘土岩、煤系地层、淤泥质软土等）边坡，最终的破坏类型往往是上覆硬岩的崩塌、错落和滑动。软土地区的路基滑动破坏也属于此种类型。 边坡岩土结构类型 归纳边坡变形地质模型包

23、括：类均质松散结构、层状结构、块体 结构、软弱基座四大类型,2020/7/4,中交第一公路勘察设计研究院,二、路基边坡的稳定性分析及加固措施 3 边坡破坏变形方式和岩土结构类型 结构面的性质和影响 边坡稳定性分析中所研究的最主要的因素，是坡体中分割岩土体的结构面产状与 开挖面的坡度及方向之间的几何关系。它们将决定岩土体的各个部分是否滑动或 塌落。 第二个最重要的因素是潜在破坏面的抗剪强度，此破坏面可以是单一的不连续 面，也可以是几个不连续面的组合，而且还包含一些完整岩石的断裂面。定出可 靠的抗剪强度值是边坡设计中极为重要的部分。虽说有可能将岩石节理抗剪试验 所得结果，用于设计沿着与它类似的单一

24、节理面发生破坏的边坡，但这些试验结 果却不能直接用以设计破坏过程复杂、涉及几种节理和某些完整岩石的破坏的边 坡。,2020/7/4,中交第一公路勘察设计研究院,二、路基边坡的稳定性分析及加固措施 3 边坡破坏变形方式和岩土结构类型 边坡破坏变形方式边坡变形方式包括拉裂和蠕滑。 发生在边坡顶部的拉张带内的拉裂变形，是坡率较陡的边坡内部应力调整造成 的，多与其他变形方式一起形成组合变形。 卸荷回弹和地应力释放发生的拉裂变形，会使岩土体内部产生卸荷裂隙。卸荷带 的宽度和深度又和临空条件（坡高、坡度和形状）、坡体岩土性质有关，在垂直 结构面控制的硬质岩石边坡，如产状陡立的层状岩石和垂直裂隙切割的块状岩

25、 体，通常发生崩塌破坏；松散土、风化带和破碎岩石边坡常常发生坍塌破坏。 受最大剪应力面控制的蠕滑，一般见于均质土边坡、构造带内呈似散体状的破碎 岩石边坡、巨厚的全风化带的边坡，后者如南方某些地区的巨厚花岗岩全风化土。 如果没有层状地下水层影响，通常发生所谓的圆弧滑动。,2020/7/4,中交第一公路勘察设计研究院,二、路基边坡的稳定性分析及加固措施 3 边坡稳定性评估 边坡稳定性评估的目的和任务，一是要对既有边坡的稳定性和演化趋势做出评价和预测；二是要为合理的设计边坡和加固工程设计提供依据。尽管内容有两个方 面，但解决的途径是一致的。评价和预测的方法可以概括为过程机制分析法、工程地质类比法和数

26、值计算法。 过程机制分析法 这种方法的实质就是根据斜坡变形、破坏的基本规律，追溯斜坡演变的过程，对 斜坡稳定性和发展趋势做出评价和预测。边坡可能的变形破坏方式与其外形特征、岩土结构以及所处的环境密切相关。综合分析坡体中起控制作用的结构面或 软弱带的空间组合情况，即可大致判断边坡可能的破坏方式。边坡变形破坏过程 中总会表现出某些规律性的迹象特征，可以作为判断边坡稳定与否的标志。促进斜坡变形破坏的各种因素，都有其周期性变化规律。如气象水文条件的季节性变化和多年重现等。追溯斜坡演变过程中的周期性规律，可以判断促进边坡失稳破坏的主导因素。,2020/7/4,中交第一公路勘察设计研究院,二、路基边坡的稳

27、定性分析及加固措施 3 边坡稳定性评估 工程地质类比法 这种分析方法的实质就是将天然斜坡或人工边坡的研究和设计经验应用到条件 相似的边坡设计中。在类比分析中，不但要考虑边坡岩土结构的相似性，还要考 虑所处的自然环境的相似性，以及促使边坡失稳的主导因素和演化阶段的相似 性。自然斜坡是岩土体在长期自然营力作用下的结果，所保持的极限高度也是在 一定的强度、风化程度、破碎程度和水文地质条件下能够保持的稳定高度。通过 类比分析当地自然边坡的稳定高度，可以大致判定同类型边坡的稳定性。 数值计算法 这类方法是将土力学、岩石力学、弹塑性力学、断裂力学、流变学和数学计算方 法应用到边坡稳定性的定量评价和预测，包

28、括稳定系数计算、失稳时间预报、破 坏概率分析等。,2020/7/4,中交第一公路勘察设计研究院,二、路基边坡的稳定性分析及加固措施 3 边坡稳定性评估 2 边坡稳定评估的基本原则 边坡稳定性评估必须坚持定性分析和定量计算相结合的原则，根据判定边坡原型 失稳破坏类型的基础上进行稳定性评价计算。 所谓的定性分析就是运用过程机制分析和工程地质类比方法，综合分析具体边坡 的外形、岩土结构和影响因素、变形迹象等特征，判断边坡可能的破坏类型和当 前的演化变形阶段，做出边坡稳定程度定性评价和发展趋势预测。 科学技术进步使得计算方法不断发展，但实践经验证明，任何计算方法都必须建 立在查明原型边坡的特征和符合实

29、际的机制分析的基础上。数值计算方法至少需 要通过定性分析取得以下几个方面的信息： 力学模型和数学模型必须根据地质条件和机制模式建立。潜在破坏面的位置和形体特征、变形破坏边界等，都要通过定性分析才能确定。 主导因素和敏感因素需要根据边坡形成过程和环境动力因素分析才能确定。 计算参数要在判定边坡变形破坏机制和演化阶段的基础上确定。各种强度和物理、水理参数都是随边坡演化的变量，例如初次滑动前滑动面的强度为峰值强度，进入滑动面贯通阶段的强度接近残余强度。即使采用反演分析方法推定岩土参数，也必须对边坡变形破坏机制和特征做出符合实际的判定。 计算方法的选择也要建立在机制分析的基础上。各种计算方法都是在某种

30、的 假定前提下形成的，有其特定的使用条件。,2020/7/4,中交第一公路勘察设计研究院,二、路基边坡的稳定性分析及加固措施 3 边坡稳定性评估 2 边坡稳定评估的基本原则 此外，人们对客观事物的认识和推断总会有某些局限。定性分析所依据的边坡外 形、岩土结构、影响因素和变形迹象，是边坡稳定程度和环境条件的客观反映。 如果定量计算结果与定向分析结论相矛盾，则可能是数值计算采用的计算模型或 参数与工程原型的实际情况不符造成的。,2020/7/4,中交第一公路勘察设计研究院,二、路基边坡的稳定性分析及加固措施 3 边坡稳定性评估 3 边坡稳定评估的基本依据 分析影响边坡稳定的主导因素和敏感因素在既定

31、期限内的变化，按照设计工作状态分别进行稳定评估。边坡安全标准是与既定的工况相对应的，要满足特定条件下起码的安全要求。 在实际工作中，往往存在两个方面的偏差：一是忽略了施工过程中的工作状态，造成边坡破坏，导致既定加固工程无法实施；二是对影响因素的长期变化估计不足或过度，导致工程失败，或者费用过高。,2020/7/4,中交第一公路勘察设计研究院,二、路基边坡的稳定性分析及加固措施 3 边坡稳定性评估 施工期间的工作状态，与工程类型、施工方法、施工季节、施工顺序密切相关。加固工程工作面的开挖，可能会削弱边坡稳定；不利的施工期间可能出现不利的气象和水文条件，也会影响边坡稳定；如此等等，不一而足。促使边

32、坡失稳的因素是多方面的，主导因素和敏感因素因具体条件而异。其中主 要的是水的影响。设计工况是既定时期可能出现的工作状态，并非绝对地都会出 现“饱水”状态。如果边坡内部长期处于饱水状态，则饱水条件就应该是持久状 态的工况；而有些边坡根本就不可能处于饱水状态，则就不必考虑“饱水”的问题.,2020/7/4,中交第一公路勘察设计研究院,二、路基边坡的稳定性分析及加固措施 3 边坡稳定性评估 按照滑动、崩塌、坍塌、坡面破坏的顺序逐次分析评估边坡稳定性 边坡失稳破坏是在特定外形特征、岩土结构和水文地质条件下发生的，但表现形式可能是复杂多样的。几种基本类型之间并不是互相排斥的。例如，滑动破坏时，边坡临空面

33、可能会出现坍塌；如果滑动剪出口高悬在坡顶附近，滑动体越出滑床就会坠落，即所谓的滑动性崩塌。简单区分的基本类型注重变形破坏的表现形式，是为了便于选择加固工程措施。 首先，分析岩土结构条件，判断是否有依附结构面滑动的可能；其次，结合临空条件分析评价滑动的可能性；在排除了滑动的可能性以后，再分析崩塌和坍塌的可能性；最后，在确认边坡不会发生深层破坏的情况下，再考虑表层破坏的问题,图1.2 算例边坡1,图1.3算例边坡2,2020/7/4,中交第一公路勘察设计研究院,二、路基边坡的稳定性分析及加固措施 3 边坡稳定性评估 类均质结构边坡的稳定性评估方法 类均质结构边坡的稳定性取决于边坡内部最大剪应力、坡

34、顶张应力和岩土体的强度。根据边坡高度和坡率以及岩土体性质，综合分析其适应程度，可判断其失稳破坏的基本类型。类均质松散结构的岩土体中，滑动的剪切面受最大剪应力面控制，其断面形态因内聚力（c 值）的不同而变化。内聚力大，断面曲率大；内聚力小，则断面曲率小。所以，粘性土质边坡，按圆弧滑动模型计算；松散颗粒土质边坡可按平面滑动计算。类均质松散岩土体的坍塌破坏，受松弛带内部的拉张应力和抗剪强度控制，按张剪破坏模型计算。,2020/7/4,中交第一公路勘察设计研究院,二、路基边坡的稳定性分析及加固措施 3 边坡稳定性评估 层状结构和块状结构边坡的稳定性评估方法 结构面控制的层状结构和块状结构边坡，可采用简

35、单、快捷、直观的极射赤平投影方法表示结构面产状与坡面组合关系，结合摩擦圆分析，可以初步判断边坡可能的破坏类型及其稳定性。 结构面产状有大圆投影和极点投影两种表示方式。大圆是结构面与球面的交线在赤平面的投影，适用于结构面产状稳定、规律，组合关系简单、清楚的情况；极点是结构面的法线与球面的交点在赤平面的投影，适用于结构面产状紊乱、不规律，组合关系复杂的情况。,2020/7/4,中交第一公路勘察设计研究院,二、路基边坡的稳定性分析及加固措施 3 边坡稳定性评估 3 计算边坡滑动稳定系数的极限平衡方法 在滑动面的性质、几何形态和强度参数明确的情况下，可以采用静力平衡方法计 算边坡的滑动稳定系数。滑动稳

36、定性计算的静力平衡方法很多，从经典的圆弧法、 条分法，到经过改进的诸多计算方法，都有一定的简化和约定条件。 常用极限平衡条分法及其假定 假定 编号 方法 平衡条件 条块形状 滑动面 垂直力 水平力 力矩 1 瑞典法 圆弧滑动面 考虑 垂直条块 2 简化Bishaop 法 圆弧滑动面 满足 考虑 垂直条块 3 Janbu 法 任意滑动面 满足 满足 垂直条块 4 陆军工程师团法 任意滑动面 满足 满足 垂直条块 5 罗厄法 任意滑动面 满足 满足 垂直条块 6 不平衡推力法 任意滑动面 满足 满足 垂直条块 7 Spencer 法 任意滑动面 满足 满足 满足 垂直条块 8 Morgenster

37、n-Price 法 任意滑动面 满足 满足 满足 垂直条块 9 Sarma 法 任意滑动面 满足 满足 非垂直条块 滑动静力平衡方程中，计算参数包括岩土体重度和体积、滑动面几何参数、滑动 面强度参数。只要能够确定滑动面的位置和形态，不论是圆弧形、平面型或复杂 形态的滑动面，还是楔形体滑动，总能找到与之相对应的计算式。其中，简化 Bishaop 法在任何情况下都可以满足工程的精度要求；广泛使用的不平衡推力 （传递系数）法，只要使用得当，完全可以满足工程精度要求。,条分法的条间力假设,（ -边坡顶坡度）,（ -滑面倾角）,2020/7/4,中交第一公路勘察设计研究院,二、路基边坡的稳定性分析及加固

38、措施 3 边坡稳定性评估 等厚顺层滑动稳定系数计算 等厚顺层滑动稳定性，根据滑带含水和排水条件、滑体裂隙贯通性及促使滑动因素，采用相应的计算方法。 滑床相对完整而且隔水，滑带潮湿程度变化不大时，滑带抗剪强度变化不大，在长期松弛、滑体加载或开挖临空面等情况下失稳。滑体沿滑动方向单位水平长度的稳定系数可以反映整个滑体的稳定程度。,2020/7/4,中交第一公路勘察设计研究院,二、路基边坡的稳定性分析及加固措施 3 边坡稳定性评估,2020/7/4,中交第一公路勘察设计研究院,二、路基边坡的稳定性分析及加固措施 3 边坡稳定性评估 类均质边坡滑动稳定系数的试算法和图算法 松散覆盖层、碎石土、强烈破碎

39、带内部的滑动破坏，其滑动剪切面受最大剪应力面控制。在尚未出现滑动破坏面的情况下，不论采用极限平衡法、滑移线场法还是极限分析法，要求得滑动稳定系数，必须通过寻找相应于最小稳定系数的临界滑动面。 试算法 对于一个滑动面的稳定系数，采用现有的计算方法就可以得其稳定性系数。在所有的可能滑动面中找出对应最小稳定系数的滑动面，是一个十分繁琐的过程。为了简化圆弧滑动稳定系数求解过程，人们通过简化计算模型、改进计算方法、借助计算机程序、引入最优化方法等多种尝试，提出许多改进简化方法。许多人注意到垂直裂隙对边坡破坏的影响。 黄土裂隙法的提出，就是考虑了黄土垂直裂,2020/7/4,中交第一公路勘察设计研究院,二

40、、路基边坡的稳定性分析及加固措施 3 边坡稳定性评估 3 崩塌稳定性评价 崩塌稳定分析的重点在于根据临空条件的岩土结构分析坡体内部各部位的应力分布，寻找应力集中点。按照关键点、面、体的强度和应力对比，分析破坏的模式。 简单块体崩塌破坏模式 破坏模式 破坏特点 滑动式 剪出口高悬的滑动破坏，滑体超出滑床及发生坠落陡立结构面分割的岩体，因底界外侧（或倒立的楔体尖端）被压 碎，或者在 倾倒式 外力（净水压力、地震力等）作用下，发生向临空面倾倒直立的岩土柱因下伏软弱岩土体被压溃，或者自重力形成的 剪切应力超过其 溃错式 无侧限抗压强度而发生下沉，进而失去平衡导致的坠落 折断式 临空面上方悬空的岩体，因

41、自重力产生巨大弯矩作用而发生的坠落有许多块体组成的边坡，块体之间的相对错动和 转动。,2020/7/4,中交第一公路勘察设计研究院,二、路基边坡的稳定性分析及加固措施 3 崩塌稳定性评价 崩塌常于瞬间完成，虽有先兆，但并不明显。岩土体被多组裂面分割的情况下，虽然每组裂面可以有一定规律和产状，但因裂面组数多、贯通性不同，形成不规律的楔体组合。在块体自重力作用集中的位置，裂面逐渐贯通导致崩塌。形成贯通崩床的过程中，虽然可能在地表出现一些裂缝，但因为这些裂缝对依附于岩体中的构造裂缝，不易判定为崩塌的前期变形。所以，从变形迹象判断崩塌的稳定程度，可靠度不高。,2020/7/4,中交第一公路勘察设计研究

42、院,二、路基边坡的稳定性分析及加固措施 3 崩塌稳定性评价 坍塌稳定性的宏观分析 边坡卸荷松弛带的应力状态，与坡率和岩土体的泊松比有关。在不存在残余地应力的情况下，在坡角50 左右出现拉张应力。这个角度，大致相当于45+?/ 2 。 坍塌破坏在很大程度上是岩土体在无侧限条件下的旁溃。当岩土体的自重应力超过其无侧限抗压强度时，旁溃就会发生。边坡垂直临界高度是拉应力区高度的2倍，此时，自重应力与其无侧限抗压强度相当。因此，坡角小于45+?/ 2 ，高度小于2 倍拉应力区高度的边坡，就坍塌来说肯定是稳定的,2020/7/4,中交第一公路勘察设计研究院,二、路基边坡的稳定性分析及加固措施 3 边坡稳定

43、性评估 3 崩塌稳定性评价 崩塌常于瞬间完成，虽有先兆，但并不明显。岩土体被多组裂面分割的情况下，虽然每组裂面可以有一定规律和产状，但因裂面组数多、贯通性不同，形成不规律的楔体组合。在块体自重力作用集中的位置，裂面逐渐贯通导致崩塌。形成贯通崩床的过程中，虽然可能在地表出现一些裂缝，但因为这些裂缝对依附于岩体中的构造裂缝，不易判定为崩塌的前期变形。所以，从变形迹象判断崩塌的稳定程度，可靠度不高。,2020/7/4,中交第一公路勘察设计研究院,二、路基边坡的稳定性分析及加固措施 4、加固方案 边坡稳定坡率 边坡设计断面应根据地质条件和岩土特性，充分研究开挖边坡的稳定性，按照经验判断或稳定分析确定边

44、坡坡形、坡度，自上而下分层形成开挖坡面。有关规范和技术手册推荐的设计坡率，是不受结构面和含水层影响的情况，而且比较笼统。 在工程实践应用中，简单的套用“推荐坡率”，往往造成一些失误。建议采用剪切角法确定边坡坡率。,2020/7/4,中交第一公路勘察设计研究院,二、路基边坡的稳定性分析及加固措施 4、加固方案 边坡稳定坡率 边坡设计断面应根据地质条件和岩土特性，充分研究开挖边坡的稳定性，按照经验判断或稳定分析确定边坡坡形、坡度，自上而下分层形成开挖坡面。有关规范和技术手册推荐的设计坡率，是不受结构面和含水层影响的情况，而且比较笼统。 在工程实践应用中，简单的套用“推荐坡率”，往往造成一些失误。建

45、议采用剪切角法确定边坡坡率。 所谓的“剪切角”，就是土体失稳依附的剪切面倾角。结构面控制的岩土体，可按结构面倾角和强度进行极限平衡分析确定设计坡率和坡高,2020/7/4,中交第一公路勘察设计研究院,二、路基边坡的稳定性分析及加固措施 4、加固方案 4.1.2 边坡设计工况 正常使用工况是加固工程完成以后，运营期正常情况下的工作条件，应该采用持久状态的安全标准。计算参数要按照设计正常情况下确定。如果设计正常工况下滑动带处于饱和状态（地下水位以下），就应该取饱和状态的c、?值。 在施工过程中，临空面开挖、加固工程尚未完成，以及运营期间可能出现暴雨或截排水设施失效等短期情况，应该按照短暂状况的安全

46、标准。计算条件根据临空面缺少约束和地下水条件不利的情况确定。 地震是偶发的，其过程非常短暂。按照“小震不坏，大震可修”的抗震设防原则，保证边坡在设防烈度下不会毁坏即可，应该采用偶然状态的安全标准。计算荷载上地震作用效应。 工程实践中，在注重加固目标和最终整体状况的同时，往往忽略了工程实施过程的状况。临时的施工场地和基坑开挖常常对边坡稳定产生不利影响，甚至诱发失稳；加固工程实施之前临空面发生破坏，造成预定加固工程无法实施；如此等等，都应该避免发生。基本的要求是，按照各种工况下实际状况和地下水条件，采用相应的C 、Q 值进行稳定验算。,2020/7/4,中交第一公路勘察设计研究院,二、路基边坡的稳

47、定性分析及加固措施 4、加固方案 加固方案设计的基础 在对可能失稳范围、破坏方式、失稳后堆积形态和可能造成的损失进行评估后， 结合稳定分析进行加固方案设计。 当边坡自身的稳定和变形不能满足设计要求时，应优先考虑采取改善地下水条件 和改变断面形状等措施提高坡体稳定性；在提高坡体稳定性的措施难以实施，或 者实施这些措施后仍达不到设计安全标准时，必须采用加固措施。 边坡由于特有的临空条件和不利岩土结构发生变形，主要有拉裂、倾倒和蠕滑三 种方式。结合其破坏过程的表现形式，可以分为崩塌、坍塌和滑动三个基本类型。 其中，崩塌以岩土体倾倒或折断、块体翻滚和跳跃下落为特点，其防治方法除清 除不稳定块体外，只能

48、锚固、支撑；坍塌以岩土体逐块顺坡面解体滑落为特点， 可以通过放缓坡率达到自稳，否则需要进行支挡或锚固处理；滑坡以岩土体沿着 滑动面整体下滑为特点，可以通过减重卸载、截排地下水等措施增加稳定，仍不 能达到目的时，只有采用抗滑工程。大量的工程实践证明，对于滑坡不可盲目采 用放缓坡率的方法。,2020/7/4,中交第一公路勘察设计研究院,二、路基边坡的稳定性分析及加固措施 4、加固方案 4 加固工程组合及实施顺序 提高边坡自身稳定性，是最经济、最可靠的措施，应该首先考虑。这一方面的措施包括改善边坡形态（减重、削坡）和地下水条件（截排水）。特别是边坡自身不能满足短暂状态的稳定性时，更是必须的措施。如此

49、，才能保证加固工程顺利 实施。 造成坍塌和崩塌的主要因素是坡率过陡，放缓坡率是提高边坡抗坍塌、崩塌稳定性的有效措施。当受到既有建筑物限制，或者放缓坡率会过大地增加边坡高度，造成“剥山皮”的情形时，应采用加固工程措施，并采用边开挖边加固的施工方法来满足施工期间的安全要求。 在滑动体顶部减重卸载是提高滑动稳定性的有效措施，前提条件是不会诱发后方 坡体失稳。 对于持续变形的边坡，先期实施的截排水工程会被破坏，故只能采用临时措施,待支挡工程完成以后，再实施永久性截排水设施。在地下水为主要影响因素的情况下，尽管截排水工程可以起到显著的稳定作用，但是其作用通常是有限的，而且无法进行安全效果的数值计算。因此

50、，一般作为整个工程的安全储备。 一般情况下，首先实施提高边坡自身稳定的减重、削坡工程和临时截排水设施，然后以支挡、锚固工程弥补抗力的不足，最后完善永久性截排水设施。,2020/7/4,中交第一公路勘察设计研究院,二、路基边坡的稳定性分析及加固措施 4、加固方案 4.2 滑动体加固 4.2.1 预防性加固工程 对可能发生滑动破坏的边坡，首先根据软弱层的空间形态、临空面和开挖面的组合关系判断可能产生滑动的部位，着重分析层理面、古剥蚀面、贯通性构造面的产状和设计高程的关系；然后，在地质图上判定可能的滑动带，按照开挖断面的位置检算边坡稳定性；最后，根据检算结果设计相应的加固工程方案。 施工开挖的工序和

51、方法也是防止引发滑坡的关键，为了避免坡体松弛变形，随时实施支挡工程以补偿支撑力。 需要强调指出的是，滑动的根源是存在潜在滑动面，坡率和坡高不是决定性因素。 力戒“剥山皮”式的放缓边坡。在许多情况下，放缓边坡减少的是滑体前部的阻滑力，对稳定滑坡有害无益。,2020/7/4,中交第一公路勘察设计研究院,二、路基边坡的稳定性分析及加固措施 4、加固方案 抗滑加固工程 对于已经滑动破坏的边坡，不外乎减重卸载、截排地下水、补偿抗滑力和提高滑带强度等几个途径。与地下水活动关系密切的滑坡，截排地下水可能是最为经济有效的对策。但是要查清地下水的来源、含水带的位置不是短期内能够完成的，截排水工程产生效果也需要一

52、定的时间，常常需要先采取一些立即见效的措施来 稳定滑坡。如果单纯采用只增大抗滑力的支挡加固工程，不但工程量巨大、造价高昂，而且容易造成失误。滑床固定、又不可能向后方和两侧发展的滑坡，后部减重、前方压脚是既减小下滑力又增加抗滑力的对策。但如果滑坡没有明显的阻 滑反翘段，或者由于地下水的作用使得主滑段向前发展，前方压脚的效果就要大打折扣。在这种情况下，就有必要采取排泄地下水和加强支挡的工程措施。 工程开挖引起的滑坡，多数是山坡本身具有滑动的条件，开挖削弱坡体支撑所造成的。这类滑坡在工程施工和营运期间最为常见，不论是在施工中还是施工后发生，其发生的主要原因都是开挖削弱了山坡的支撑。防治的主要对策就是

53、根据山坡的地质条件辨认既有的滑坡、区分不稳定山坡和稳定山坡，首先恢复山坡的支撑，其次是恢复被施工破坏的植被、地下水和地表水排泄通道。,2020/7/4,中交第一公路勘察设计研究院,二、路基边坡的稳定性分析及加固措施 4、加固方案 抗滑加固工程 雨季初、中期发生的中浅层滑坡，多数是雨水转化成上层滞水或者直接渗入滑带，导致滑带强度降低而滑动。这类（特别是膨胀土）滑坡的防治对策，以加强地面 截排水为主，设置滑坡范围内的树枝形渗水盲沟、滑坡外围的截水盲沟和前缘的 支撑盲沟，配合前缘防止滑坡解体的抗滑挡墙。 雨季中后期以及秋冬季节发生的中厚层滑坡，主要是深层地下水进入滑带导致强度降低。防治对策以截断补给

54、深层滑带的地下水为主，同时为了防止滑坡造成进一步危害和争取查明深层地下水需要的时间，可以先期实施一些立竿见影的辅助措施，如减重卸载和抗滑支挡等。虽然地表水的渗入远不足以引起中厚层滑坡，但随着滑坡的发展和松弛，下渗的水量会增大，截排地下水的措施也是必不可少的。 旱季发生的大型滑坡，一种是长期积累的地下水汇集在基岩顶面或黄土层的底部时滑带土呈流塑状态，发生突然的剧烈滑动。这类滑坡一旦形成贯通滑动面就突然发生剧烈滑动，所以在后缘出现裂缝、前缘有鼓胀裂缝和潮湿现象时就要果断采取减重卸载措施,2020/7/4,中交第一公路勘察设计研究院,二、路基边坡的稳定性分析及加固措施 5、 抗滑加固工程的作用特点和

55、适用条件 边坡加固措施种类繁多，作用原理各异，适用条件各不相同。 截排水设施 地表水渗入转化为地下水不一定是滑坡形成的主要原因，但当滑动变形达到一定 程度，地表水因滑体松弛、裂缝而大量渗入地下，就可能成为滑动的主要作用因 素。整体性好或夹有多层粘性土的厚层滑坡，地表水不能直接渗到滑带，加强地 表排水的措施不能稳定滑坡，只能作为辅助工程。破碎岩石滑坡或变形裂缝贯穿 滑体时，地表水会大量直接渗到滑带，加强地表排水就成为延缓滑坡恶化的主要 措施。 膨胀土边坡，由于土体干缩湿胀的特性，在旱季因干缩而裂缝。雨季初期大气降 水沿裂缝下渗，在裂缝底界聚集形成软弱带，边坡沿此软弱带发生滑动。滑动体 厚度以大气

56、影响深度（大约5m 左右）为限。支撑渗沟兼有疏水和支挡作用，是 防治浅层流塑性滑动的有效措施。,2020/7/4,中交第一公路勘察设计研究院,二、路基边坡的稳定性分析及加固措施 5、 抗滑加固工程的作用特点和适用条件 绝大部分大中型滑坡，几乎都有促使滑坡发展的供水条件。只有滑带水具有流动 性的情况下，才能采取截排地下水的措施来疏排或降低地下水位至滑带以下。但 是，要查明地下水的分布、性质和来源需要一定时间，而且截排地下水的工程发 挥作用也有一个过程，常常需要先实施一些减重或支挡工程来延缓滑坡变形，还 可防止地下工程因滑坡过量变形而破坏。能够确认滑坡后方的地下水沿着含水层 供给滑带时，采用盲沟或

57、盲洞拦截地下水补给来源是最有效的措施.盲沟应该布 置在滑坡后缘和侧缘以外，以免因滑坡变形而遭到破坏，反而集中灌注滑带。过 深的盲沟施工困难，可代之以渗水隧洞（即盲洞）。为了施工安全，盲洞一般设 在滑动面以下，用疏水钻孔引出各层地下水。没有明显含水层或受多层裂隙水补 给的滑坡，特别是滑带厚、含饱和水但流动不畅的情况下，排除滑体前部范围的 地下水可增加抗滑段的抗力。由承压水补给滑带的滑坡，可采用集水井、排水隧 洞来降低水位。,2020/7/4,中交第一公路勘察设计研究院,二、路基边坡的稳定性分析及加固措施 5、 抗滑加固工程的作用特点和适用条件 减重、反压工程 滑坡后缘附近滑面倾角较大，下滑力也大

58、，故此处减重效果最好。减重工程使用的条 减载件是没有诱发牵引后方滑动范围扩大的危险。即使并不具备这样的理想条件，有时牵引式滑坡，也不得不采用减重工程。这种情况下，应认真研究减重诱发减重区段上方斜坡滑动的可能必要时采取预防牵引式滑坡的措施。 反压位置在滑坡脚部，特别当坡脚滑动面呈反翘形式时最为有效。但是，对反翘 滑面的判定需慎重，要注意不能过高估计反压的效果。反压工程需要有堆填土的 场地空间，就路堑边坡来说，有实施的条件情况并不多。反压的堆填高度一般应 控制在23m 左右。如果填土高度太大，则为填土而设的构造物随之也大型化， 这样反而会增加诱发推动式滑坡的危险。,2020/7/4,中交第一公路勘

59、察设计研究院,二、路基边坡的稳定性分析及加固措施 5、 抗滑加固工程的作用特点和适用条件 抗滑支挡工程 依靠自身重力形成阻滑力的抗滑挡土墙，包括土堤、石笼、干砌片石等柔性工程和混凝土、浆砌片石等刚性工程，都因为工程规模和抗滑能力的性价比关系，用于滑动推力不大于200kN/m 的场合。 钢筋混凝土抗滑桩籍由桩身刚度将滑动推力传递给滑床下的稳定地层，可以承担 较大的推力荷载，适用于滑体不会解体流失的场合。但在坡面坡度大于 35的地方，不能期望充分的水平地基反力，故不宜单独使用抗滑桩工程。若桩前土体坍塌，则桩会由于前面失去支撑而向前方挠曲，呈乱桩状态乃至破坏。所以，用来加固边坡的抗滑桩，一般不计坡脚以上的桩前土抗力，按悬臂设计。桩顶不宜超 出坡脚以上10m，