水利水電工程畢業(yè)論文

網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院 本 科 生 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計） 題 目 ： 壩坡穩(wěn)定性研究 學(xué)習(xí)中心： 奧 鵬 學(xué) 習(xí) 中 心 層 次： 專科起點本科 專 業(yè)： 水利水電工程 年 級： 2012 年 秋 季 學(xué) 號： 101130401074 學(xué) 生： 鄧 道 升 指導(dǎo)教師： 完成日期： 2012 年 5 月 24 日 壩坡穩(wěn)定性研究 I 內(nèi)容摘 要 壩坡穩(wěn)定是水利工程中很受關(guān)注問題，壩坡失穩(wěn)造成的滑坡運動不僅引起局部環(huán)境破壞，還危害和威脅人民生命財產(chǎn)的安全及經(jīng)濟建設(shè) 的發(fā)展。本文論文主要對壩坡穩(wěn)定的破壞原因、形式及防治的措施進行研究。首先針對壩坡穩(wěn)定破壞進行調(diào)查，簡單介紹滑坡危害，對壩坡穩(wěn)定研究進行概述，分析壩坡失穩(wěn)的原因并提出相應(yīng)的防治措施。結(jié)合清平水庫瓦窯堡水利工程壩坡失穩(wěn)實例，進行具體的原因分析，并針對存在問題提出 4條改進建議和防治措施。 關(guān)鍵詞： 壩坡；穩(wěn)定；破壞原因；防治措施 壩坡穩(wěn)定性研究 II 目 錄 內(nèi)容摘要 . I 引 言 . 1 1 壩坡穩(wěn)定性概述 . 2 1.1 壩坡失穩(wěn)的調(diào)查 . 2 1.2 滑坡的危害 . 2 1.3 研究課題的提出 . 2 2 滑坡的原因分析 . 4 2.1 滑坡的分類 . 4 2.2 地質(zhì)原因引起滑坡 . 4 2.3 降雨引起滑坡 . 5 2.4 地震 誘發(fā)滑坡 . 5 2.5 運行管理方面的原因 . 6 3 壩體滑坡的監(jiān)測與分析判斷 . 7 3.1 滑坡的監(jiān)測 . 7 3.2 滑坡的分析與判斷 . 7 4 壩坡失穩(wěn)的防治及邊坡穩(wěn)定性分析與防護加固 . 8 4.1 消除和減輕水的災(zāi)害 . 8 4.2 改變滑坡體的外形，設(shè)置抗滑建筑物 . 8 4.3 改善滑動帶的土石性質(zhì) . 8 4.4 其他措施 . 8 4.5 邊坡穩(wěn)定性分析 . 9 4.6 邊坡加固技術(shù)分析 . 11 5 壩坡穩(wěn)定案例分析 . 14 5.1 清平水庫瓦窯堡滑坡穩(wěn)定性分析 . 14 5.2 滑坡的成因及形成機制分析 . 14 5.3 穩(wěn)定性驗算及評價 . 15 5.4 建議處理措施 . 17 結(jié)論與展望 . 18 參考文獻 . 19 壩坡穩(wěn)定性研究 1 引 言 邊坡穩(wěn)定性分析一直是巖土工程的一個重要研究內(nèi)容。目前邊坡穩(wěn)定性的分析評價方法多 種多樣 , 大體上可以將它們分為確定性分析方法和不確定性分析方法兩類。盡管這些評價方法已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用 , 但由于邊坡穩(wěn)定性受多種因素影響 , 且各影響因素又具有復(fù)雜性和不確定性 (如模糊性、信息的不完全性和未確定性 , 因此確定性分析方法的分析結(jié)果與實際不能完全吻合 , 而不確定性分析方法的準(zhǔn)確性與實際情況之間又存在差距。目前 ,我國正大規(guī)模的開展基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè) , 這為邊坡工程的研究創(chuàng)造了良好的條件 , 同時也需要加強對邊坡工程穩(wěn)定性分析評價方法方面的研究 , 以指導(dǎo)工程的設(shè)計與施工。 壩坡穩(wěn)定性研究 2 1 壩坡穩(wěn)定性概述 1.1 壩坡失穩(wěn)的調(diào)查 壩坡失穩(wěn)是指一定體積的邊坡地質(zhì)體，在荷載作用下失穩(wěn)，沿著坡體內(nèi)部一個或多個軟弱面帶發(fā)生的具有一定規(guī)模的順坡下滑現(xiàn)象，多發(fā)生在山區(qū)、河流沿岸、暴雨區(qū)、蓄水區(qū)等。水利水電工程邊坡、水庫岸坡、河道岸坡、道路邊坡等每年都會發(fā)生一些滑坡事故，甚至造成重大災(zāi)難?；逻\動不僅造成局部環(huán)境破壞，而且還危害與威脅人民生命財產(chǎn)的安全及經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展。 統(tǒng)計資料顯示，全球的滑坡災(zāi)害與人類活動密切相關(guān)，并且呈數(shù)量越來越多、規(guī)模越來越大、影響越來越廣、經(jīng)濟損失越來越嚴重的趨勢。近 20 年來，僅意大利、日本、美國、俄羅斯、印度、中國、捷克、奧地利、瑞士等國，各國每年因滑坡災(zāi)害所造成的經(jīng)濟損失，平均達 15 億 20 億美元，總和平均每年達 120 億 160 億美元。人類在利用自然和改造自然的過程中，遇到的滑坡問題越來越多，滑坡災(zāi)害的影響范圍和程度日趨增大，滑坡災(zāi)害及其防治工程的分析研究也日益引起普遍關(guān)注。 1.2 滑坡的危害 壩坡的失穩(wěn)將會產(chǎn)生滑坡，滑坡這類地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生將給人民生命財產(chǎn)、工程設(shè)施、對地質(zhì)、環(huán)境等方面都產(chǎn)生較大的危害。 （ 1）對人民生命財產(chǎn)的危害：規(guī)模較大的滑坡可摧毀城鎮(zhèn)，砸毀 建筑物，造成人畜傷亡。 （ 2）公共設(shè)施：滑坡可毀壞大壩、水電站、廠房，沖毀渠道和溢流設(shè)施等；滑坡是導(dǎo)致潰壩的主要原因，使大壩存在潰壩危險，對下游農(nóng)田等造成毀壞；對道路交通產(chǎn)生較多不利影響；由于特殊的地形地貌，河流沿岸特別是峽谷地段多為滑坡災(zāi)害易發(fā)生段，滑坡發(fā)生后易阻塞河道，在較大程度地阻礙了航運的開展，甚至形成天然水庫，形成洪水災(zāi)害。 （ 3）人民生活：滑坡的產(chǎn)生導(dǎo)致下游生活區(qū)供水供電受到影響，交通的破壞也影了救援的開展和物資的輸入，嚴重影響了人民生活的正常開展。 （ 4）對環(huán)境的危害：滑坡使植被遭到破壞，地表 涵養(yǎng)水分能力減弱，水土流失增強，導(dǎo)致當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)環(huán)境、生態(tài)環(huán)境進一步惡化，更加速了滑坡地質(zhì)災(zāi)害的形成與發(fā)展。 1.3 研究課題的提出 隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展 ，水利工程建設(shè)項目逐漸增多，但大壩建設(shè) 質(zhì)量參壩坡穩(wěn)定性研究 3 差不齊，設(shè)計施工標(biāo)準(zhǔn)不一。 壩坡由于各內(nèi)在與外在因素常 發(fā)生跨塌的事故 ， 造成經(jīng)濟損失和人員傷亡。 壩坡穩(wěn)定問題 由于其作用因素及運動機理的多變性和復(fù)雜性 ， 預(yù)測比較困難 ， 一直是世界各國研究的重要地質(zhì)和工程問題之一。 壩坡穩(wěn)定性研究 4 2 滑坡的原因分析 2.1 滑坡的分類 壩坡失穩(wěn)造 成滑坡，由于滑坡的危害較大，為深入分析滑坡的原因，主要從壩坡失穩(wěn)的形式來分類。 （ 1）剪切破壞導(dǎo)致的滑坡 當(dāng)壩體與壩基土層是高塑性以外的粘性土，或粉砂以外的非粘性土?xí)r，土壩滑坡多屬剪切破壞。破壞的原因是由于滑動體的滑動力超過了滑動面上的抗滑力所致，滑坡體移動的距離可有數(shù)米到數(shù)十米不等，直到滑動力和抗滑力經(jīng)過調(diào)整達到新的平衡以后，滑動才停止。 （ 2）塑性破壞導(dǎo)致的滑坡 壩坡產(chǎn)生顯著塑性流動現(xiàn)象時，稱為塑性破壞型滑坡?；峦馏w的蠕動一般進行十分緩慢，發(fā)展過程較長，較易覺察。但是當(dāng)高塑性土的含水量高于塑限而接近流 限時，或土體幾乎達到飽和狀態(tài)又不能很快排水固結(jié)時，塑性流動便會出現(xiàn)較快的速度，危害性較大。水中填土壩在施工期由于水不能很快排泄，壩坡也會出現(xiàn)連續(xù)的位移和變形，以致發(fā)展成滑坡。 （ 3）液化破壞導(dǎo)致的滑坡 當(dāng)壩體或壩基土層是均勻中細砂或粉砂，水庫蓄水之后，壩體在飽和狀態(tài)下突然經(jīng)受強烈的震動時，砂的體積有急劇收縮的趨勢，壩體中的水分無法析出，使砂粒處于懸浮狀態(tài)，從而向壩趾方向急速流瀉，產(chǎn)生滑坡。 2.2 地質(zhì)原因引起滑坡 巖土體是產(chǎn)生滑坡的物質(zhì)基礎(chǔ)。一般說，各類巖、土都有可能構(gòu)成滑坡體，其中結(jié)構(gòu)松散，抗剪強度和 抗風(fēng)化能力較低，在水的作用下其性質(zhì)能發(fā)生變化的巖、土，如松散覆蓋層、黃土、紅粘土、頁巖、泥巖、煤系地層、凝灰?guī)r、片巖、板巖、千枚巖等及軟硬相間的巖層所構(gòu)成的斜坡易發(fā)生滑坡。 組成斜坡的巖、土體只有被各種構(gòu)造面切割分離成不連續(xù)狀態(tài)時，才有可能向下滑動的條件。同時、構(gòu)造面又為降雨等水流進入斜坡提供了通道。故各種節(jié)理、裂隙、層面、斷層發(fā)育的斜坡、特別是當(dāng)平行和垂直斜坡的陡傾角構(gòu)造面及順坡緩傾的構(gòu)造面發(fā)育時，最易發(fā)生滑坡。 大斷層帶附近修建土石壩則極有可能發(fā)生滑坡體，大斷層帶附近巖層往往破碎，有利于地下水的浮動和滑坡 產(chǎn)生。斷層交錯部位，則常有大型滑坡或滑坡群分布，斷層上部，滑坡產(chǎn)生的幾率更大。在倒轉(zhuǎn)褶皺的軸部，由于巖層十分破碎，破碎巖石與堆積土集中分布，也易產(chǎn)生壩坡穩(wěn)定性研究 5 滑坡。 各種軟弱結(jié)構(gòu)面上陡下緩的組合是產(chǎn)生滑坡的重要條件 ，各種不同成因的結(jié)構(gòu)面，包括不同風(fēng)化程度的巖體接觸面，在其因各種原因被切割，而暴露了該軟弱面時，就極容易產(chǎn)生滑坡。 地下水活動在滑坡形成中起著主要作用。它的作用主要表現(xiàn)在：軟化巖、土，降低巖、土體的強度，產(chǎn)生動水壓力和孔隙水壓力，潛蝕巖、土，增大巖、土容重，對透水巖層產(chǎn)生浮托力等。尤其是對滑面的軟化作用和 降低強度的作用最突出。 2.3 降雨引起滑坡 大量的雨水使土顆粒表面的水膜加厚，土顆粒之間的距離被拉遠。邊坡失穩(wěn)與土的抗剪強度有關(guān)。邊坡土受到剪應(yīng)力作用后易發(fā)生剪切變形，隨著剪切變形的不斷發(fā)展，剪應(yīng)力大于邊坡土的抗剪強度，致使土體的塑性變形區(qū)擴展成一個連續(xù)的滑動面，土體之間產(chǎn)生連續(xù)滑動，使得土體發(fā)生剪切破壞，也就是邊坡失穩(wěn)。降雨入滲引起非飽和土的基質(zhì)吸力減小，土顆粒間膠結(jié)軟化，吸附凝聚力減小。同時，降雨強度愈均勻，持續(xù)時間愈長，邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)愈低。 首先，降雨入滲對非飽和膨脹土邊坡的直接影響使得邊坡土 體中（特別是淺層土）基質(zhì)吸力降低從而導(dǎo)致土體抗剪強度降低。基質(zhì)吸力的降低將使得原來非飽和土層在豎向發(fā)生膨脹，如果土體隨膨脹而發(fā)生軟化，會導(dǎo)致土體抗剪強度降低。其次，在側(cè)向力約束條件下，非飽和膨脹土吸水（或基質(zhì)吸力降低）后的膨脹趨勢就以膨脹力的形式表現(xiàn)出來，膨脹力的形成將導(dǎo)致邊坡土體中水平應(yīng)力增加。降雨入滲后，局部土體有可能產(chǎn)生破裂面，并可能最后發(fā)展成為膨脹土中常見的漸進式滑坡。由此可見，降雨入滲引起的膨脹土體基質(zhì)吸力降低和內(nèi)應(yīng)力比的增加是降雨觸發(fā)邊坡失穩(wěn)的重要原因。 降雨時如大壩排水系統(tǒng)未設(shè)置獲知遇到大暴雨 ，強度大，時間長，排水不及時的情況，會使土石壩坡土含水量達到飽和，增加壩體的土體重量，形成反向滲透壓力，降低抗滑力，加大土體滑動力，也將會形成滑坡。 2.4 地震誘發(fā)滑坡 強地震作用下的邊坡穩(wěn)定性是一直國內(nèi)外工程界和學(xué)術(shù)界共同關(guān)注的重大課題。地震誘發(fā)的滑坡和坍塌往往分布廣、數(shù)量多、危害大，國內(nèi)外曾發(fā)生大量因地震造成的邊坡失穩(wěn)事例， 2008 年的“ 5.12”汶川特大地震，觸發(fā)不同規(guī)模的滑坡數(shù)萬起，具有危害的 6000 余起，形成近百個堰塞湖，導(dǎo)致大量人員傷亡和財產(chǎn)壩坡穩(wěn)定性研究 6 損失。 地震是一種強烈的底層活動，大地震動的地 震最直觀和普遍的現(xiàn)象。水壩發(fā)生地震時，由于地震慣性力突然增加，水庫大壩在壩體結(jié)構(gòu)本身和庫水的動水壓力的作用下，大壩壩體將會發(fā)生變形，并可能造成壩體的錯動和滑動，產(chǎn)生滑坡破壞。我國土石壩因地震滑坡的，據(jù)初步統(tǒng)計共有 10 座，多發(fā)生在上游壩坡，但未引起垮壩失事。經(jīng)分析這些土石壩滑坡，多數(shù)是壩體無粘性土受地震振動力產(chǎn)生液化而引起的。 2.5 運行管理方面的原因 大壩運行過程中，由于蓄水、庫水位變化、排水等電站運行調(diào)度時都可能引起滑坡。 （ 1）庫水位驟降造成滑坡。在水庫放水時，庫水位下降過快，容易造成滑坡。 （ 2） 蓄水后，隨著水位的升高，壩體內(nèi)浸潤線回更高，水庫的水位劇降或者連續(xù)降雨的雨水侵入壩體，但是壩體的排水能力較差，土體的孔隙水壓力增大造成阻滑力減小從而形成滑坡。 （ 3）未進行及時的監(jiān)測和分析，對于可能或即將放生的滑坡現(xiàn)象未能進行精確地量測分析，錯過最好的除險加固時機，最終導(dǎo)致滑坡。 （ 4）大壩不合理的附加工程。 在下游壩腳附近挖坑塘養(yǎng)魚：勢必降低壩坡穩(wěn)定，應(yīng)加以禁止； 在壩頂或背水壩坡建造引水渠道：有些中、小型水庫，為了引水灌溉農(nóng)田，減少過河建筑物，利用土石壩壩頂或下游壩坡開挖渠道，一旦襯砌破損，大量的水滲入 壩體，將會引起滑坡。 形成滑坡的原因較多，除上述已分析的原因外，還包括地下水狀態(tài)、巖土體性狀、地質(zhì)構(gòu)造、巖體結(jié)構(gòu)等內(nèi)在因素，以及施工開挖或回填引起的荷載和應(yīng)力調(diào)整、施工爆破引起的巖體損傷和動力荷載、河流侵蝕等引起的地下水位變化等外在因素可能成為導(dǎo)致壩坡失穩(wěn)的重要原因。 壩坡穩(wěn)定性研究 7 3 壩體滑坡的監(jiān)測與分析判斷 3.1 滑坡的監(jiān)測 滑坡對壩的安全至關(guān)重要，加強監(jiān)測力度是有效地防治壩體失穩(wěn)的重要途徑。大壩運行期間，除經(jīng)常進行檢查外，當(dāng)處在以下情況時，更應(yīng)嚴加監(jiān)視：水庫初次蓄水時期、高水位時期、水位驟降時期、持續(xù) 特大暴雨時、春季解凍時期、發(fā)生強裂地震后。 滑坡監(jiān)測技術(shù)方法通常有地面宏觀形跡的簡易觀測、地面儀器監(jiān)測、空間遙測和遙感監(jiān)測、綜合的實時監(jiān)測預(yù)報系統(tǒng)等。監(jiān)測指標(biāo)包括地質(zhì)宏觀形跡監(jiān)測、地面位移監(jiān)測、深部位移監(jiān)測、誘發(fā)因素監(jiān)測、水壓力監(jiān)測和滑坡地球物理、地球化學(xué)場監(jiān)測等?，F(xiàn)今，邊坡監(jiān)測技術(shù)方法已發(fā)展到較高水平，光纖傳感器、孔隙壓力儀、 GPS 和 GPRS 無線傳輸技術(shù)的應(yīng)用，使監(jiān)測的精確程度得到了較大的提高。 3.2 滑坡的分析與判斷 （ 1) 通過裂縫進行判斷 裂縫的形狀：動裂縫主要特征，主裂縫兩端有向邊坡下部逐漸彎曲 的趨勢，兩側(cè)分布有眾多的平行小縫，主縫上下側(cè)有錯動。 裂縫的發(fā)展規(guī)律：滑動性裂縫初期發(fā)展緩慢，后期逐漸加快，而非滑動性裂縫則隨時間延長而逐漸減慢。 （ 2) 從壩頂位移觀測的規(guī)律判斷 當(dāng)壩身在短時間出現(xiàn)持續(xù)而顯著的位移時，特別是伴隨著裂縫出現(xiàn)連續(xù)性的位移，而位移量又逐漸加大，邊坡下部的水平位移量大于邊坡上部的水平位移量，邊坡上部垂直位移向下，邊坡下部垂直位移向上。 （ 3) 從浸潤線觀測資料分析判斷：當(dāng)庫水位相近而測壓管水位逐漸上升。 （ 4) 根據(jù)孔隙水壓力觀測成果判斷：有孔隙水壓力觀測資料的土壩，當(dāng)實測孔隙壓 力系數(shù)高于設(shè)計值時。 以上這些都可能是滑坡的前兆，應(yīng)及時進行壩坡穩(wěn)定校核。根據(jù)核算結(jié)果，判斷是否可能滑坡。 壩坡穩(wěn)定性研究 8 4 壩坡失穩(wěn)的防治 及邊坡穩(wěn)定性分析與防護加固 4.1 消除和減輕水的災(zāi)害 A.排除地表水：排除地表水是整治滑坡不可缺少的輔助措施，而且應(yīng)是首先采取并長期運用的措施。其目的在于攔截、旁引滑坡區(qū)外的地表水，避免地表水流入滑坡區(qū)內(nèi)。主要工程措施有：設(shè)置滑坡體外截水溝；滑坡體上地表水排水溝；引泉工程；做好滑坡區(qū)的綠化工作等。 B.排除地下水：對于地下水，可疏而不可堵。其主要工程措施有： 截水盲 溝 用于攔截和旁引滑坡區(qū)外圍的地下水； 支撐盲溝 兼具排水和支撐作用； 仰斜孔群 用近于水平的鉆孔把地下水引出。 此外、還有盲洞、滲管、垂直鉆孔等排除滑坡體內(nèi)地下水的工程措施。 C.防止河水、庫水對滑坡體坡腳的沖刷，主要工程措施有：在滑坡體上游嚴重沖刷地段修筑促使主流偏向?qū)Π兜摹岸巍?；在滑坡體前緣拋石、鋪設(shè)石籠、修筑鋼筋混凝土塊排管，以使坡腳的土體免受河水沖刷。 4.2 改變滑坡體的外形，設(shè)置抗滑建筑物 A.削坡減重：常用于治理處于“頭重腳輕”狀態(tài)而在前方又沒有可靠的抗滑地段的滑體，使滑 體外形改善、重心降低，從而提高滑體穩(wěn)定性。 B.修筑支擋工程：因失去支撐而滑動的滑坡或滑坡床陡，滑動可能較快的滑坡，采用修筑支擋工程的辦法，可增加滑坡的重力平衡條件，使滑體迅速恢復(fù)穩(wěn)定。支擋建筑物種類有：抗滑片石垛、抗滑樁、抗滑擋墻等。 4.3 改善滑動帶的土石性質(zhì) 改善滑動帶的土石性質(zhì)，一般采用焙燒法、爆破灌漿法等物理化學(xué)方法對滑坡進行整治。 由于滑坡成因復(fù)雜，影響因素多，因此需要上述幾種方法同時使用綜合治理，方能達到目的。 4.4 其他措施 A.加大對于存在滑坡等山地災(zāi)害的地區(qū)的資金投入，加強對 于這些地區(qū)的排查和監(jiān)測。歷史的經(jīng)驗告訴我們，在自然災(zāi)害目前，人的主觀能動里極為有限，這時候我們需要“預(yù)防為主、防治結(jié)合、綜合治理”的防治措施，面對我們無法控制和改變的自然災(zāi)害，我們唯有“避之以減災(zāi)”。 B.民眾。加強民眾對于災(zāi)害認識的力度。加強民眾對于災(zāi)害本身的認識做出壩坡穩(wěn)定性研究 9 正確判斷。當(dāng)災(zāi)害發(fā)生時，民眾應(yīng)學(xué)習(xí)必要的救治措施，共同努力把災(zāi)害降低到最少。 4.5 邊坡穩(wěn)定性分析 一、確定性分析方法 1、極限平衡理論 極限平衡理論的主要思想是將滑動土體進行條分 , 根據(jù)極限狀態(tài)下土條受力和力矩的平衡來分析邊坡的穩(wěn) 定性。根據(jù)對平衡方程組增設(shè)的邊界條件不同 , 又分為如下幾種方法。 瑞典條分法：該法假定滑裂面為圓弧面 ,不考慮條間力 , 其安全系數(shù)為滑裂面上的抗滑力矩與滑裂面以上土體的滑動力矩之比 , 用總應(yīng)力法求得給定滑裂面的安全系數(shù) , 再經(jīng)反復(fù)試算比較確定出邊坡的最小安全系數(shù)。 簡化畢肖普 ( Bishop )法：該方法假定條間力水平 , 即只考慮水平推力而不考慮豎向剪力 , 故安全系數(shù)為整個滑裂面的抗剪強度與實際剪應(yīng)力之比 , 然后用試算 - 迭代法求得邊坡的最小安全系數(shù)。 簡布普遍條分法：簡布法假定滑體中推力線已知 , 利用力矩平 衡條件把條間豎向剪力表示成水平推力的函數(shù) , 適用于最一般的情況。利用該法不僅可求出滑裂面平均安全系數(shù)及應(yīng)力分布 ,還可求出各分界面上的抗剪安全系數(shù)作為校核。 其它極限平衡計算方法：斯賓塞法 ( Spen2cer)、摩根斯坦 (Morgenstern) ) 普賴斯 ( Price)法、沙爾瑪法 ( Sarma)以及不平衡推力傳遞法都屬于極限平衡計算法。這些方法以極限平衡理論為基礎(chǔ) , 通過力的平衡條件來分析邊坡穩(wěn)定性 , 沒有考慮材料應(yīng)力， 應(yīng)變關(guān)系 , 所得安全系數(shù)只是假定滑裂面上的平均安全度 , 求出的條間力和滑條底部反力 也不是產(chǎn)生滑動變形時真實存在的力 , 故均有待改進。 2、 塑性極限分析和模糊極值理論 1952年 , 杜拉克 (Drucker)和普拉格 ( Prager)提出塑性極限分析法 2 , 其最大優(yōu)點是考慮了材料應(yīng)力 ) 應(yīng)變關(guān)系 , 并利用極限狀態(tài)時自重和外荷載所做的功等于滑裂面上阻力所消耗的功為條件 , 結(jié)合塑性極限分析的上、下限定理求得邊坡極限荷載與安全系數(shù)。由于塑性極限分析所得的解為浮動于某一范圍的模糊極值解 , 所以孫君實提出了滑動機構(gòu)的概念 ,并證明了給定滑動機構(gòu)的耗散功能定理 , 即滑坡極限分析的極大值定理。將該定 理 /模糊化 0得到給定滑裂面安全系數(shù)的模糊極大值定理 , 再把極大的概念模糊化為滑體內(nèi)力狀態(tài)的模糊狀態(tài)條件 , 壩坡穩(wěn)定性研究 10 并構(gòu)造模糊函數(shù)和模糊約束條件 , 提出安全系數(shù)的模糊解集和最小模糊解集的概念 , 從而建立土坡穩(wěn)定分析 /極大中極小 0 問題的模糊極值理論。這一理論使長期以來條分法研究在假定多余未知函數(shù)方面存在的隨意性問題得到了較好的解決。 3、有限單元法 塑性極限分析法和模糊極值理論考慮的是土體完全塑性時的應(yīng)力 ) 應(yīng)變關(guān)系 , 故無法考慮土體的實際非線性應(yīng)力 ) 應(yīng)變關(guān)系 , 更無法分析穩(wěn)定性隨變形而發(fā)展的實際情況。 D. V. 格 里菲恩等人對有限元法和極限平衡法在二維條件下計算獲得的邊坡安全系數(shù)作了各種數(shù)值比較 , 并得出結(jié)論 : 在估算邊坡安全系數(shù)方面 , 采用彈塑本構(gòu)模型的有限元法是一種值得信賴的方法。用該方法可對二維或三維范圍內(nèi)的邊坡安全系數(shù)進行預(yù)測 , 即利用有限單元法 ,考慮土的非線性本構(gòu)關(guān)系 , 求出各單元的應(yīng)力及變形后 , 便可以根據(jù)不同強度指標(biāo)確定破壞區(qū)的位置及破壞范圍的擴展情況 , 并設(shè)法將局部破壞與整體破壞聯(lián)系起來 , 求得合適的臨界滑面位置 , 再根據(jù)力的平衡關(guān)系推得整體穩(wěn)定的安全系數(shù)。 二、不確定性分析方法 邊坡穩(wěn)定性工程地質(zhì)評 價是一項復(fù)雜的綜合評價過程 , 其復(fù)雜性主要表現(xiàn)在 : 系統(tǒng)規(guī)模較大 ； 評價指標(biāo)的類型以及度量標(biāo)準(zhǔn)不同 ； 指標(biāo)的描述方式不同 (有定性、半定量、定量多種形式 )； 評價信息往往不完整。由于邊坡本身物質(zhì)組成的復(fù)雜性、多樣性以及眾多的影響因素 , 人們難以用確定性分析方法對它進行精確的描述 , 因而其研究方法從確定性分析方法發(fā)展到不確定性分析方法 , 并且為了克服邊坡穩(wěn)定性工程地質(zhì)評價的隨意性和不確定性 , 人們嘗試應(yīng)用數(shù)學(xué)方法對整個評價過程進行定量或半定量描述 , 并獲得了較大進展 , 如 : 模糊綜合評價、灰色分析理論、信息量模 型法、數(shù)量化理論方法以及定量表格法等等。 1、 模糊綜合評判方法 不同的邊坡有不同的內(nèi)部構(gòu)造和不同的地質(zhì)作用 , 處于不同的應(yīng)力、變形狀態(tài) ； 同時不同類型的邊坡其穩(wěn)定性影響因素也各不相同 , 如土質(zhì)邊坡 , 其穩(wěn)定性主要取決于土體性質(zhì)與地下水活動情況。這些不同的影響因素對邊坡穩(wěn)定性的影響程度是不同的 , 分屬不同的層次和類別。為了便于區(qū)分各因素在總的評判中的地位和作用 , 對每一個因素賦予不同的權(quán)值。為了更全面地考慮所有因素的影響 , 可以采用二級綜合評判模型。模糊綜合評判的主要思路是 , 首先建立評判因素集 , 如對土質(zhì)邊 坡可建立評判集為 : (土的粘聚力 , 土的天然容重 , 地下水影響系統(tǒng) , 坡高 , 總坡度和內(nèi)摩擦角 )； 建立權(quán)重值 , 根據(jù)評判因素的重要程度 , 賦予每類壩坡穩(wěn)定性研究 11 因素以相應(yīng)的權(quán)值 ； 2、灰色分析理論 灰色系統(tǒng)理論提出了一種新的系統(tǒng)分析方法。該方法可在不完全的信息中 , 對所要分析研究的各因素 , 通過一定的數(shù)據(jù)處理 , 在隨機的因素序列間 ,找出它們的關(guān)聯(lián)性 , 發(fā)現(xiàn)主要矛盾 , 找到主要特性和主要影響因素。用于邊坡穩(wěn)定性評價的參數(shù) ,其實測值或者統(tǒng)計值均存在著主觀和客觀的不確定性 , 各指標(biāo)值所反映的巖土性質(zhì) , 只有部分是清楚的 , 而 另一部分是非確知的 , 都是一些灰數(shù)。 3、其它不確定性分析方法 數(shù)量化理論是集定性與定量變量于一體的多變量分析方法 , 是把沒有用數(shù)值表示出來的 , 經(jīng)人們判斷和評價的數(shù)據(jù)資料 , 從量上探索和處理的手段的總稱 , 由日本的林知己夫教授于 1950年提出。數(shù)量化理論方法 , 在解決含有定性與定量變量系統(tǒng)時 , 有一定的優(yōu)越性 , 也將其引入了邊坡穩(wěn)定性的分析研究。定量表格法是將定性評價轉(zhuǎn)變?yōu)槎吭u價的有效方法。其主要思路是 : 設(shè)法選擇好一種量化方法 ,合理地處理邊坡穩(wěn)定性的定性因素 , 并將量化評價邊坡工程進行穩(wěn)定性評價時 , 只需對照表格逐項評分 , 然后進行簡單的加減運算即可做出定量的評價。這一方法具有較強的實用性 , 使評價方法從定性走向定量起了較大的推動作用。 4.6 邊坡加固技術(shù)分析 邊坡加固 有坡面防護和支擋結(jié)構(gòu)防護兩類。坡面防護常用的措施有灰漿或三合土等抹面、噴漿、噴混凝土、漿砌片石護墻、錨噴護坡、錨噴網(wǎng)護坡等。此類措施主要用以防護開挖邊坡坡面的巖石風(fēng)化剝落、碎落以及少量落石掉塊等現(xiàn)象。所防護的邊坡，應(yīng)有足夠的穩(wěn)定性，對于不穩(wěn)定的邊坡則先支擋再防護。支擋結(jié)構(gòu)的類型較多，如擋土墻、錨桿擋墻、抗滑樁等。這些支擋結(jié)構(gòu)既有防護作 用，又有加固坡體的作用。采用工程措施護坡，往往過分追求強度功效，破壞了生態(tài)自然，景觀效果差，而且隨著時間的推移，混凝土面、漿砌片石面會風(fēng)化、老化，甚至造成破壞，后期整治費用高。邊坡的穩(wěn)定性，直接決定著工程修建的可行性，影響著工程的建設(shè)投資和安全運行；甚至是不少高邊坡工程成為制約工程進度和成敗的關(guān)鍵 ，因此對于邊坡的加固技術(shù)分析本文將從以下五個方面進行分析： 1、 邊坡種草防護 種草防護適用于邊坡穩(wěn)定，坡面沖刷輕微，且宜于草類生長的土質(zhì)路提與路塹邊坡，用以防止表面水土流失，固結(jié)表土，增強路基的穩(wěn)定性。經(jīng)常浸水或 長壩坡穩(wěn)定性研究 12 期浸水的路堤邊坡，種草不宜生長，不宜采用種防護。邊坡上己扎根的種草防護，可容許緩流水短時沖刷。 選用草籽應(yīng)注意當(dāng)?shù)氐耐寥篮蜌夂驐l件，通常應(yīng)以容易生長、根部發(fā)達、葉莖低矮、枝葉茂密或有匍匐莖的多年生草種為宜。常用的月白茅草、毛鴨嘴、魚肩草、果圓、雀稗、鼠尾草和小冠。最好采用幾種草籽混合播種，使之生成一個良好的覆蓋層。種植時草籽宜摻砂或與土粒拌和，使之播種均勻，播種時間以氣候溫暖、溫度較大的季節(jié)為宜。 2、 混凝土抗滑樁 抗滑樁是穿過滑坡體深入穩(wěn)定土層或巖層的柱形構(gòu)件，用以支擋滑體的滑動力，一般設(shè)置于滑 坡的前緣附近，起穩(wěn)定邊坡的作用，用于正在活動的淺層和中層滑坡效果較好。為了能使抗滑樁更有效的防止滑坡，在設(shè)置時應(yīng)將樁身全長的 1 3 1 4埋置于滑坡面以下的完整基巖或穩(wěn)定土層中，并灌漿使樁和周圍巖土體構(gòu)成整體，并設(shè)置于滑體前緣部分使其能承受相當(dāng)大的壓力。 3、 混凝土擋墻 混凝土擋墻是借助自身的重量以支擋滑體的下滑力的一種有效防止滑坡的常用方法，并可與排水等措施聯(lián)合使用。它能有效地從局部改變滑坡體的受力平衡，阻止滑坡體變形的延展，具有結(jié)構(gòu)簡單，能快速起到穩(wěn)定滑坡作用等優(yōu)點。在設(shè)計混凝土擋墻時。應(yīng)根據(jù)最低滑 動面的形狀和位置來設(shè)計擋墻基礎(chǔ)的砌置深度，并在墻后設(shè)置泄水孔，使其不僅能削弱作用于擋墻上的靜水壓力，還能防止墻后積水浸泡基礎(chǔ)而造成的擋墻滑移 4、 噴漿或噴錨 噴漿適用于易風(fēng)化尚未嚴重風(fēng)化的巖石邊坡，施工簡便，是防止坡面風(fēng)化的有效措施。噴漿分重力式人工噴漿和機械噴漿。重力式噴漿是把漿桶置于坡頂，桶底接膠皮管，借助重力把漿均勻噴至坡面。機械噴漿是用噴漿機，通過噴嘴把漿噴至坡面，由于它有一定壓力，漿與坡面黏著較好，質(zhì)量明顯優(yōu)于重力式噴漿。噴漿前坡面應(yīng)清理干凈，噴漿厚度 1 2cm。常用漿料為水泥砂漿、水泥石灰砂漿。若坡面巖石節(jié)理發(fā)育，風(fēng)化嚴重時，宜采用錨桿鋼絲網(wǎng)噴漿，或噴射鋼纖維混凝土 。 5、 漿砌片石護墻 適用于較陡（ 1： 0.3）（ 1： 1）的土質(zhì)邊坡及易風(fēng)化剝落或節(jié)理發(fā)育較破碎的巖石邊坡。護墻不承受土壓力，所防護邊坡應(yīng)為穩(wěn)定邊坡。護墻的厚度由自身的穩(wěn)定性及基底承載力確定。護墻型式多種，視邊坡具體情況，合理選用。壩坡穩(wěn)定性研究 13 邊坡為土質(zhì)或破碎巖，采用實體護墻；邊坡不陡于 1： 0.75 時，為節(jié)約圬工，可采用孔窗護墻；比較完整的較陡邊坡，可采用肋式護墻；僅需防護邊披上部，可采用拱式護墻 總之， 采用以上加固方法給各有各的優(yōu)缺點， 采取工 程加固措施，對減輕坡面修建初期的不穩(wěn)定性和侵蝕效果較好，作用顯著，然而，隨著時間的推移、巖石的風(fēng)化、混凝土的老化、鋼筋的腐蝕，強度降低，效果也越來越差。而采用植被護坡則恰恰相反，開始時的作用弱，但隨著植物的生長、繁殖，強度增加，對減輕坡面不穩(wěn)定性和侵蝕的作用會越來越大。除此之外，植被護坡還有一個顯著的優(yōu)點，它能夠恢復(fù)因工程建設(shè)所破壞的生態(tài)環(huán)境。 壩坡穩(wěn)定性研究 14 5 壩坡穩(wěn)定案例分析 5.1 清平水庫瓦窯堡滑坡穩(wěn)定性分析 瓦窯堡滑坡位于枇杷巖壩址上游約 1.4km 的左岸坡，地面高 程 884 1155m。據(jù)地表地質(zhì)測繪，滑坡體長約 450m，寬 290 450m，厚 30 65m，體積約 364104m3?；麦w平面上呈“板斧”形，兩側(cè)以沖溝為界，下游側(cè)緣沖溝切割至滑坡床基巖，溝深 3 10m，沿滑面無地下水點出露（詳見圖 1）。滑坡后緣地形坡度 30 45，并見張開 5 15cm的拉裂縫；中部地形平緩，坡度 12 30，呈階梯形；前緣剪切口明顯，與河床砂卵石（ Q42al）接觸?；麦w總體地形坡向 N6070 W。 滑坡區(qū)出露的地層主要有：二疊系上統(tǒng)長興組（ P2c） ,中厚層灰?guī)r，下部常夾炭質(zhì)頁巖； 龍?zhí)督M（ P2l） ,上部為炭質(zhì)頁巖夾煤層，下部為厚 3.4 6.5m 的粘土巖；二疊系上統(tǒng)矛口組（ P1m），為中厚層灰?guī)r夾泥質(zhì)灰?guī)r；地表分布第四系坡積層（ Q4dl）?；碌囟卧跇?gòu)造上位于照壁山倒轉(zhuǎn)向斜核部附近，有近南北向斷裂之瓦窯堡斷裂（ F5）從滑坡后緣一帶通過。瓦窯堡斷裂，走向北東，傾向北西，傾角 54左右，延伸約 24km，上、下盤均為灰?guī)r，滑坡一帶下盤為龍?zhí)督M之炭質(zhì)頁巖。斷層破碎帶一般 10 40cm，由斷層角礫、擠壓破碎透鏡體等組成。 勘探資料表明，組成滑坡體的物質(zhì)主要有：上部為第四系坡積層之塊碎石夾粘土，厚 2 10m，在瓦 ZK2 內(nèi)側(cè)地段，塊碎石夾粘土層之下有一粘土層，厚 018m，橫向展布約 180m，縱向展布約 130m；坡積層之下為由灰?guī)r組成的假基巖，厚 15 42m。假基巖在滑坡體后緣段產(chǎn)狀為 N24 E/NW 25；中段為 N21 55E/NW 46 54；前緣為 N9 10 E/SE 9 10，并見有明顯的反傾特征?；麓矠槊诮M灰?guī)r，產(chǎn)狀為 N21 53 E/NW 46 54，鉆孔巖心中，在近滑床附近局部可見擦痕和鏡面?；瑒訋梁?1.7 2.2m，組成滑動帶的物質(zhì)中，上部為粘土夾碎石，粘土為棕黃色，呈 可塑狀，粘粒含量 40 50%；下部以塊碎石夾粘土為主，塊碎石呈棱角狀次棱角狀，個別碎石已見磨圓，有明顯擦痕。根據(jù)滑坡體組成物質(zhì)、結(jié)構(gòu)及鉆孔資料顯示，滑坡體物質(zhì)透水性好，滑坡體內(nèi)地下水貧乏，穩(wěn)定地下水位高程 825 831m，位于滑坡床以下基巖中。 5.2 滑坡的成因及形成機制分析 瓦窯堡滑坡處于照壁山倒轉(zhuǎn)向斜核部附近，巖體中裂隙發(fā)育，主要裂隙有：（ 1） N56 E/SE 14 ； （ 2） N24 W/NE 55；（ 3） N32 46 E/SE 72 78。坡前為綿遠河經(jīng)過，由于河流側(cè)向掏蝕沖刷，有利于邊坡臨 空面的形成?；碌膲纹路€(wěn)定性研究 15 形成正是與其所處的地形、地貌、地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造密切相關(guān)?；麦w后岸坡為瓦窯堡斷層切割，斷層走向平行于岸坡，并傾向坡外，傾角 44 55。巖層在裂隙切割下，特別是 N56 E/SE 14這一組緩傾角裂隙與其它裂隙和巖層面之間易形成不利組合，并在受到斷層影響，邊坡巖體在長期自重應(yīng)力作用下，沿瓦窯堡斷層破碎帶附近產(chǎn)生一系列拉裂面，從而產(chǎn)生蠕變卸荷作用，同時也為地表水沿拉裂面下滲提供了有利條件，地下水沿巖石層面或穿過裂隙空隙向綿遠河排泄，這樣長期在地下水作用下，使裂隙間的嬌合力進一步降低，從而降 低邊坡巖體的抗剪強度，加速了邊坡巖體的變形。 而在 1934 年 8 月連續(xù) 7 天特大暴雨的情況下，地表水沿斷層破碎帶及拉張裂隙快速滲入，并來不及排泄于河床，在孔隙水壓力和動水壓力的共同推動下，邊坡巖體向臨空面滑移，從而形成了較大規(guī)模的滑動，并一度曾堵斷綿遠河。 縱上述，瓦窯堡滑坡是在上述特定的地質(zhì)條件下，由于諸方面的綜合作用下，在由蠕變 拉裂 巖體壓碎變形 破裂面擴張貫通 滑移的機制下形成的。 5.3 穩(wěn)定性驗算及評價 一、計算邊界條件及參數(shù)的確定 1、按滑動面基本呈折線型的特點，選用“分段推力傳遞法” 進行穩(wěn)定性驗算；根據(jù)瓦窯堡滑坡的地貌特征及滑體的結(jié)構(gòu)特征，選擇具代表主滑方向的破面（瓦）為計算破面，其計算公式如下 ： Pi=Kc(WiSin i+QiCon i+WiKHCon i) (WiCon i UiSec i QiSin iWiKHSin i)tg i+CiLi+Pi-1 i 式中： Pi 第 i塊段剩余下滑力； Wi 第 i塊段滑體重量； Qi 條塊間孔隙水壓力； KH 地震系數(shù)； Ci 第 i塊段滑面凝聚力； Li 第 i塊段滑面長度； Pi-1 第 I-1塊段剩余下滑力； i 第 i塊段滑面坡角； Ui 滑面上孔隙水壓力； i 傳力系數(shù)， i=Cos( i-1- i) Sin( i-1- i) tg i ； 壩坡穩(wěn)定性研究 16 tg i 第 i塊段滑面內(nèi)摩擦系數(shù)； Kc 滑坡推力安全系數(shù)，極限平衡時 Kc=1.0 ； 2、因滑坡兩側(cè)緣沖溝已切割至滑床基巖，故可不考濾側(cè)向摩擦阻力； 3、 考慮到滑坡體天然地下水位在滑動面以下基巖內(nèi)，因此天然狀態(tài)下滑塊重量計算時用各巖層 的天然容重；在水庫蓄水位 909.5m時，滑坡體部份被水淹沒時，水位線以上仍用天然容重，蓄水位以下用浮容重；在水庫放水至死水位887.0m 時，正常蓄水位以上用天然容重；死水位至正常蓄水位之間部分用飽和容重，死水位以下用浮容重。 4、由于該滑坡為已經(jīng)形成多年的古滑坡，因此采用反算法求得滑面抗剪強度 =20， C=0.045Mpa。再根據(jù)滑動面物質(zhì)組成特征，結(jié)合工程類比，并考路水庫蓄水后在水的侵潤作用下滑帶土有被軟化，其強度降低的可能，故按反算值折減 0.8倍后確定用于本滑坡穩(wěn)定計算的內(nèi)摩擦角為 1