蘇老師報告版--高邊坡穩(wěn)定性分析與支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計理論

1、高邊坡穩(wěn)定性分析與支擋結(jié)構(gòu)高邊坡穩(wěn)定性分析與支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計理論設(shè)計理論主講人：蘇謙主講人：蘇謙 教授教授報告提綱 三三. . 高邊坡穩(wěn)定性分析理論高邊坡穩(wěn)定性分析理論 四四. . 常用支擋結(jié)構(gòu)類別及發(fā)展常用支擋結(jié)構(gòu)類別及發(fā)展 五五. . 支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計理論支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計理論 六六. . 兩種新型支擋結(jié)構(gòu)應(yīng)用工點分析兩種新型支擋結(jié)構(gòu)應(yīng)用工點分析 一一. . 邊坡工程概況邊坡工程概況 二二 高邊坡破壞類型與成因分析高邊坡破壞類型與成因分析一、邊坡工程概況一、邊坡工程概況邊坡工程是巖土工程三大領(lǐng)域中最為常見的邊坡工程是巖土工程三大領(lǐng)域中最為常見的一類工程，一類工程，邊坡邊坡通常指人類經(jīng)濟活動而開挖通常指人

2、類經(jīng)濟活動而開挖形成的斜坡，它與未經(jīng)過開挖的天然斜坡有形成的斜坡，它與未經(jīng)過開挖的天然斜坡有所不同，后者若存在易滑動的滑面，則即為所不同，后者若存在易滑動的滑面，則即為常說的常說的滑坡，滑坡，是地質(zhì)災(zāi)害的一種。是地質(zhì)災(zāi)害的一種。 1.1 邊坡工程概念我國丘陵及山地等復(fù)雜地區(qū)，經(jīng)常會出現(xiàn)大量坡度高、縱橫向延伸長的高邊坡，經(jīng)各種內(nèi)外因素的影響，其穩(wěn)定性問題便會時常出現(xiàn)。1.1 邊坡工程概念v按構(gòu)成邊坡的物質(zhì)分類： 土質(zhì)邊坡， 巖質(zhì)邊坡，巖土混合邊坡v按邊坡的高度分為： 一般邊坡，巖質(zhì)邊坡總高度在30m以下，土質(zhì)邊坡總高度在1520m。高邊坡，巖質(zhì)邊坡總高度大于30m，土質(zhì)邊坡總高度大于1520mv

3、按邊坡使用年限分為：臨時邊坡，永久邊坡1.2 邊坡的分類v邊坡的自然特征：由于高陡邊坡容易發(fā)生滑動，因此須設(shè)置支擋工程才能保持其穩(wěn)定。通常高陡邊坡坡體容易被沖刷，需要設(shè)置坡面防護(hù)工程。v邊坡的滑面特征：無論是土質(zhì)邊坡還是巖質(zhì)邊坡，在坡體沒有開挖或填筑之前，坡體內(nèi)不存在明顯滑面，即使坡體中存在軟弱土夾層或軟弱結(jié)構(gòu)面，也不能視作滑面，因為它們沒有滑動的趨勢。這正是邊坡與滑坡的不同之處。1.3 邊坡的特征u高邊坡坍塌、破壞中斷交通、侵占河道、造成人身財產(chǎn)的損害。1.4 邊坡破壞的危害v邊坡工程作為重要的輔助工程在道路、水邊坡工程作為重要的輔助工程在道路、水利、國防、礦山等領(lǐng)域廣泛出現(xiàn)。利、國防、礦山

4、等領(lǐng)域廣泛出現(xiàn)。v邊坡的穩(wěn)定性邊坡的穩(wěn)定性直接關(guān)系到人民的生命財產(chǎn)直接關(guān)系到人民的生命財產(chǎn)安全以及整個項目工程的施工進(jìn)度和投資安全以及整個項目工程的施工進(jìn)度和投資成本。成本。v為了保證主體工程的正常運營，邊坡的安為了保證主體工程的正常運營，邊坡的安全與否至關(guān)重要。全與否至關(guān)重要。1.5 邊坡工程的意義二、高邊坡破壞類型與成因分析二、高邊坡破壞類型與成因分析v按其變形規(guī)模和范圍分為按其變形規(guī)模和范圍分為坡面變形、邊坡坡面變形、邊坡變形、坡體變形變形、坡體變形三類。三類。1）坡面變形 范圍：坡體表層12m。 現(xiàn)象：坡面發(fā)生剝落、碎落、落石、沖溝 、溜坍等變形。 工程措施：護(hù)面墻、網(wǎng)格骨架內(nèi)植草、漿

5、砌片石護(hù)坡、拱形骨架內(nèi)植草等。2.1 高邊坡破壞類型2）邊坡變形 范圍：一般深度在67m。 現(xiàn)象：以局部契形體滑動、淺層滑坡、坍塌等形式出現(xiàn)。 工程措施：調(diào)整坡形、坡率，或采用仰斜排水孔或錨桿框架等2.1 高邊坡破壞類型3）坡體變形此類變形規(guī)模大，危害嚴(yán)重，會出現(xiàn)較大規(guī)模的滑坡、錯落、坍塌和崩塌等坡體整體失穩(wěn)變形現(xiàn)象，常超出邊坡范圍。工程措施：抗滑擋土墻、預(yù)應(yīng)力錨索框架，抗滑樁等，必要的話，同時可以采取排水及減重等措施以保持坡體穩(wěn)定。2.1 高邊坡破壞類型v1）地質(zhì)條件影響由于丘陵山區(qū)高速公路沿線地形地質(zhì)條件復(fù)雜，邊坡破壞形式也各不相同。按規(guī)模劃分，路塹邊坡的破壞分為局部失穩(wěn)和邊坡整體失穩(wěn)。局

6、部失穩(wěn)主要有巖屑、塊體滑動、傾倒、墜落、崩塌或土體流動等；邊坡整體失穩(wěn)主要有弧形滑動和崩塌、傾倒。2.2 高邊坡破壞成因分析v2）坡形影響坡形主要由地形、開挖高度和開挖坡度3個因素決定。地形對地表徑流和降雨入滲起著控制作用，同時路塹開挖會打破山體和山坡原有的平衡狀態(tài)，巖土體需向開挖面進(jìn)行應(yīng)力釋放。若坡形設(shè)計合理，應(yīng)力會重新達(dá)到新的平衡以維持邊坡長時間的穩(wěn)定。否則，將會由于變形過大而導(dǎo)致失穩(wěn)破壞。2.2 高邊坡破壞成因分析v3）工程情況影響個別擋土墻施工不規(guī)范擋土墻尚未設(shè)置足夠的排水措施擋土墻頂面高度不滿足要求，不能阻擋土石方的塌落等2.2 高邊坡破壞成因分析三、高邊坡穩(wěn)定性分析理論三、高邊坡穩(wěn)

7、定性分析理論v極限平衡法極限平衡法 邊坡穩(wěn)定性分析三類方法：邊坡穩(wěn)定性分析三類方法：剛體分析理論，計算前提條件：剛體分析理論，計算前提條件：滑面位置已知或假定滑面位置已知或假定v數(shù)值模擬法數(shù)值模擬法v概率論法概率論法建立數(shù)值分析模型，進(jìn)行數(shù)值計算。常見方法：建立數(shù)值分析模型，進(jìn)行數(shù)值計算。常見方法：有限單元法、有限差分法、離散元法、有限單元法、有限差分法、離散元法、DDADDA法、法、MEMMEM法法 以可靠度理論為基礎(chǔ)，建立邊坡穩(wěn)定的極限狀態(tài)方以可靠度理論為基礎(chǔ)，建立邊坡穩(wěn)定的極限狀態(tài)方程，再進(jìn)行邊坡穩(wěn)定的可靠度或失效概率分析。需程，再進(jìn)行邊坡穩(wěn)定的可靠度或失效概率分析。需要對大量參數(shù)的數(shù)理

8、統(tǒng)計，操作較麻煩。要對大量參數(shù)的數(shù)理統(tǒng)計，操作較麻煩。3 高邊坡穩(wěn)定性分析理論3.1 3.1 簡單邊坡的穩(wěn)定分析簡單邊坡的穩(wěn)定分析 1 1）土質(zhì)邊坡土質(zhì)邊坡v圓弧滑動：條分法圓弧滑動：條分法:Fellenius:Fellenius法、法、BishopBishop法法v平面滑動：簡單極限平衡法平面滑動：簡單極限平衡法粘性土邊坡粘性土邊坡砂性土邊坡砂性土邊坡3 高邊坡穩(wěn)定性分析理論v折線形滑面：傳遞系數(shù)法折線形滑面：傳遞系數(shù)法3 高邊坡穩(wěn)定性分析理論瑞典圓弧法：安全系數(shù)定義：Fs抗滑力矩/滑動力矩基本假設(shè)一土條兩側(cè)的條間力，大小相等，方向相反，作用于同一條直線上。應(yīng)用注意：應(yīng)用注意：同一坡體坡中存

9、在多個潛在滑面，逐個計算，同一坡體坡中存在多個潛在滑面，逐個計算，找出其中穩(wěn)定系數(shù)最小值者為坡體穩(wěn)定系數(shù)，找出其中穩(wěn)定系數(shù)最小值者為坡體穩(wěn)定系數(shù)，對應(yīng)滑面為最危險滑面或叫臨界滑面。對應(yīng)滑面為最危險滑面或叫臨界滑面。簡單土坡的試算搜索簡易經(jīng)驗辦法：簡單土坡的試算搜索簡易經(jīng)驗辦法：（1 1）0 0的土體，臨界滑面經(jīng)過坡腳，根據(jù)的土體，臨界滑面經(jīng)過坡腳，根據(jù)坡角及坡角及a a、b b兩角確定最危險滑動面圓心位置。兩角確定最危險滑動面圓心位置。（2 2）00的土體，臨界滑面一般仍經(jīng)過坡腳，的土體，臨界滑面一般仍經(jīng)過坡腳，在在EOEO線的延長線上任取點試算最危險滑動面線的延長線上任取點試算最危險滑動面圓

10、心位置。圓心位置。3 高邊坡穩(wěn)定性分析理論3 高邊坡穩(wěn)定性分析理論3 高邊坡穩(wěn)定性分析理論Bishop法：考慮法向條間力的作用，忽略切向條間力，即假設(shè)條間合力方向為水平方向。關(guān)鍵點：關(guān)鍵點：（1 1）穩(wěn)定系數(shù)定義為穩(wěn)定系數(shù)定義為K KS Si i/ /i i，在各土條滑面在各土條滑面上相等上相等；（2 2）單個土條豎向力的平衡單個土條豎向力的平衡；（3 3）整體力矩平衡整體力矩平衡，即各個土條所受力對滑，即各個土條所受力對滑動中心的力矩動中心的力矩代數(shù)和代數(shù)和為零。為零。注意：注意： 在迭代試算過程中，對于起抗滑作用的土條，在迭代試算過程中，對于起抗滑作用的土條，即即i00時，應(yīng)注意分母項時，

11、應(yīng)注意分母項m mi i是否會趨近于零？若是否會趨近于零？若是，則是，則K K計算式無效計算式無效。一般若出現(xiàn)。一般若出現(xiàn)mi不大于不大于0.20.2情況，情況，K K值就會產(chǎn)生很大誤差，值就會產(chǎn)生很大誤差，BishopBishop法失效法失效，應(yīng)考慮采用別的穩(wěn)定性分析方法。應(yīng)考慮采用別的穩(wěn)定性分析方法。3 高邊坡穩(wěn)定性分析理論3 高邊坡穩(wěn)定性分析理論各種條分法的對比：3 高邊坡穩(wěn)定性分析理論各種條分法的對比：3 高邊坡穩(wěn)定性分析理論各種條分法的對比：3 高邊坡穩(wěn)定性分析理論平面滑動土坡分析穩(wěn)定系數(shù)定義：K=抗滑力/下滑力2 2）平面滑動的）平面滑動的巖石邊坡巖石邊坡極限平衡法極限平衡法：抗滑

12、力部分、下滑力部分：抗滑力部分、下滑力部分穩(wěn)定系數(shù)定義：穩(wěn)定系數(shù)定義： K K極限抗滑力極限抗滑力/ /下滑力下滑力極限抗滑力部分極限抗滑力部分：摩擦力（重力的正壓力分：摩擦力（重力的正壓力分量對應(yīng)的抗滑部分）量對應(yīng)的抗滑部分）+ +粘聚力粘聚力下滑力部分下滑力部分：重力的下滑分量：重力的下滑分量3 高邊坡穩(wěn)定性分析理論3 3）強度折減法）強度折減法3 高邊坡穩(wěn)定性分析理論1、強度折減法是通過折減邊坡的強度指標(biāo)來得到邊坡安全系數(shù)的方法。2、有限元/有限差分強度折減法就是在彈塑性有限元或有限差分計算中,對巖土體的抗剪強度 進(jìn)行逐步折減，直到邊坡達(dá)到極限破壞狀態(tài)。3、目前，有限元和有限差分強度折減

13、法遇到的困難是，尚沒有一種統(tǒng)一的邊坡失穩(wěn)判據(jù)，即安全系數(shù)求解的終止條件。3 3）強度折減法）強度折減法3 高邊坡穩(wěn)定性分析理論對于摩爾-庫侖本構(gòu)模型，其屈服準(zhǔn)則為：故有：因此，在對強度進(jìn)行折減時，將c、 值同時除以折減系數(shù)FS，得到一組新的強度指標(biāo)ci、i，然后進(jìn)行有限元分析。tanctantantanSSSScccFFFF3 3）強度折減法）強度折減法3 高邊坡穩(wěn)定性分析理論即：u反復(fù)計算直至邊坡達(dá)到臨界破壞狀態(tài)，此時采用的強度指標(biāo)與巖土體原有的強度指標(biāo)之比即為該邊坡的安全系數(shù)Fs。u下圖為強度折減法分析邊坡穩(wěn)定性時，邊坡破壞原理示意圖。iSccFtan1tan,arctan(tan )ii

14、SSFF3 3）強度折減法）強度折減法3 高邊坡穩(wěn)定性分析理論圖中，F(xiàn)s為安全系數(shù)，當(dāng)c、 同時除以安全系數(shù) FS時，邊坡達(dá)到臨界破壞，即抗剪強度線與摩爾圓相切。邊坡邊坡穩(wěn)定系數(shù)穩(wěn)定系數(shù)的定義問題：的定義問題：（1 1）FelleniusFellenius法（抗滑法（抗滑/ /下滑）下滑）極限平衡法極限平衡法可用可用（2 2）BishopBishop法（抗剪強度法（抗剪強度/ /剪應(yīng)力）剪應(yīng)力）極限平衡法極限平衡法可用可用（3 3）強度折減法）強度折減法數(shù)值模擬數(shù)值模擬分析多用分析多用、極限平極限平衡法衡法可用可用3 高邊坡穩(wěn)定性分析理論四、常用支擋結(jié)構(gòu)類別及發(fā)展四、常用支擋結(jié)構(gòu)類別及發(fā)展4.

15、1 常用支擋結(jié)構(gòu)類別常用的支擋結(jié)構(gòu)主要為以下幾種：常用的支擋結(jié)構(gòu)主要為以下幾種： 重力擋土墻、卸荷板式擋土墻、懸臂及扶重力擋土墻、卸荷板式擋土墻、懸臂及扶壁式擋土墻、加筋土擋土墻、錨定板擋土墻、壁式擋土墻、加筋土擋土墻、錨定板擋土墻、抗滑樁及樁板式擋土墻、錨桿擋土墻、土釘抗滑樁及樁板式擋土墻、錨桿擋土墻、土釘墻、預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)、樁基托梁擋土墻、槽墻、預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)、樁基托梁擋土墻、槽型擋土墻和其他新型支擋結(jié)構(gòu)。型擋土墻和其他新型支擋結(jié)構(gòu)。4.1 常用支擋結(jié)構(gòu)類別1 1）重力式擋土墻）重力式擋土墻適用于一般地區(qū)、浸水地區(qū)、地震地區(qū)的邊坡支擋工程，當(dāng)?shù)鼗休d力較低或地質(zhì)條件較復(fù)雜時應(yīng)適當(dāng)控制墻高。

16、4.1 常用支擋結(jié)構(gòu)類別2 2）卸荷板式擋土墻）卸荷板式擋土墻減少了衡重式擋土墻下墻的土壓力，增加了全墻的抗傾覆穩(wěn)定性。4.1 常用支擋結(jié)構(gòu)類別3 3）懸臂式、扶臂式擋土墻）懸臂式、扶臂式擋土墻沿墻長方向每隔一定距離設(shè)置一道扶壁，以減小立壁下部的彎矩。4.1 常用支擋結(jié)構(gòu)類別4 4）加筋土擋土墻）加筋土擋土墻依靠拉筋與填土間的摩阻力維持墻體穩(wěn)定，拉筋宜采用土工格柵。4.1 常用支擋結(jié)構(gòu)類別5 5）抗滑樁）抗滑樁由錨固段側(cè)向地基抗力來抵抗懸臂段的土壓力或滑坡下滑力。4.1 常用支擋結(jié)構(gòu)類別6 6）預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)）預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力錨索框架梁預(yù)應(yīng)力錨索在工程中的應(yīng)用大大地改善了框架梁的受力狀態(tài)，

17、降低了工程造價4.2 支擋結(jié)構(gòu)發(fā)展 近二十年來，我國巖土工程技術(shù)高速發(fā)近二十年來，我國巖土工程技術(shù)高速發(fā)展，支擋結(jié)構(gòu)形式已從單純依靠墻身自重來展，支擋結(jié)構(gòu)形式已從單純依靠墻身自重來平衡邊坡土壓力和滑坡下滑力的重力式擋土平衡邊坡土壓力和滑坡下滑力的重力式擋土墻，發(fā)展為采用支撐、土筋復(fù)合結(jié)構(gòu)以及錨墻，發(fā)展為采用支撐、土筋復(fù)合結(jié)構(gòu)以及錨固技術(shù)等多種新型、輕型支擋新技術(shù)，并在固技術(shù)等多種新型、輕型支擋新技術(shù)，并在我國鐵路、公路領(lǐng)域陡坡路基工程中得到了我國鐵路、公路領(lǐng)域陡坡路基工程中得到了廣泛應(yīng)用，例如，懸臂式、扶壁式、錨桿式、廣泛應(yīng)用，例如，懸臂式、扶壁式、錨桿式、加筋土式、錨定板式等新類型的擋土墻等

18、新加筋土式、錨定板式等新類型的擋土墻等新型的支擋結(jié)構(gòu)，這些新方法增強了工程技術(shù)型的支擋結(jié)構(gòu)，這些新方法增強了工程技術(shù)人員克服陡峻地形和不良地質(zhì)艱難工程的技人員克服陡峻地形和不良地質(zhì)艱難工程的技術(shù)手段術(shù)手段 。4.2 支擋結(jié)構(gòu)發(fā)展滑坡支擋工程：1、第一階段（20世紀(jì)50年代以前），采用抗滑擋墻結(jié)合支撐錨桿，取得了一定效果，但由于滑坡的推力較大，致使抗滑擋墻的體積龐大，墻基須置于滑面以下一定深度，施工開挖對滑體的穩(wěn)定影響大。2、第二階段（20世紀(jì)70年代），采用抗滑樁支擋，工程效果比較明顯。國內(nèi)采用矩形截面的鋼筋混凝土挖孔樁，由于抗滑樁提供的抗力大，施工對滑體的擾動小、安全、見效快，因此曾被廣泛采

19、用。3、第三階段（20世紀(jì)80年代以后），隨著錨固技術(shù)的發(fā)展，預(yù)應(yīng)力錨索在邊坡加固中得到了廣泛的應(yīng)用，在不斷的工程實踐中演化出了各種各樣的結(jié)構(gòu)形式。重力重力-輕型輕型單一單一-復(fù)合復(fù)合五、支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計理論五、支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計理論5.1 支擋結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)設(shè)計理論l結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)形式l力系：原存應(yīng)力，附加應(yīng)力；力系：原存應(yīng)力，附加應(yīng)力；靜荷載，動荷載靜荷載，動荷載l檢算：抗滑，抗傾覆，應(yīng)力與檢算：抗滑，抗傾覆，應(yīng)力與偏心距等偏心距等 傳統(tǒng)的重力式擋土墻設(shè)計一般基于庫倫土壓力傳統(tǒng)的重力式擋土墻設(shè)計一般基于庫倫土壓力理論：理論：5.1 支擋結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)設(shè)計理論l當(dāng)墻體向外傾斜變形使墻后土體達(dá)到主動土壓力當(dāng)墻體向外傾

20、斜變形使墻后土體達(dá)到主動土壓力狀態(tài)時，按滑動土契的極限平衡或第二破裂面法狀態(tài)時，按滑動土契的極限平衡或第二破裂面法求解主動土壓力；求解主動土壓力；l當(dāng)墻體向內(nèi)傾斜使墻后土體達(dá)到被動土壓力狀態(tài)當(dāng)墻體向內(nèi)傾斜使墻后土體達(dá)到被動土壓力狀態(tài)時，按照假定的平面或者復(fù)合滑動面來計算被動時，按照假定的平面或者復(fù)合滑動面來計算被動土壓力。土壓力。 輕型擋土墻設(shè)計：庫倫土壓力理論，朗金土壓輕型擋土墻設(shè)計：庫倫土壓力理論，朗金土壓力理論力理論n合力大小，分布圖形合力大小，分布圖形 新型支擋結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)帶動了對支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計理新型支擋結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)帶動了對支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計理論的試驗研究，如：論的試驗研究，如：5.2 支擋結(jié)構(gòu)設(shè)

21、計理論發(fā)展l加筋土擋土墻、錨定板擋土墻及土釘墻等復(fù)合型加筋土擋土墻、錨定板擋土墻及土釘墻等復(fù)合型擋土墻研究時，根據(jù)各種結(jié)構(gòu)的特點進(jìn)行了室內(nèi)擋土墻研究時，根據(jù)各種結(jié)構(gòu)的特點進(jìn)行了室內(nèi)模型試驗和現(xiàn)場測試，修正了墻背的土壓力計算模型試驗和現(xiàn)場測試，修正了墻背的土壓力計算公式；公式；l抗滑樁、預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)的推廣，使得支擋結(jié)構(gòu)抗滑樁、預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)的推廣，使得支擋結(jié)構(gòu)與被支擋體之間已經(jīng)不能簡單用極限平衡條件來與被支擋體之間已經(jīng)不能簡單用極限平衡條件來解釋，應(yīng)充分考慮滑坡體與支擋結(jié)構(gòu)間的相互作解釋，應(yīng)充分考慮滑坡體與支擋結(jié)構(gòu)間的相互作用，如采用彈性理論或彈塑性理論等方法對其進(jìn)用，如采用彈性理論或彈塑性理

22、論等方法對其進(jìn)行分析。行分析。 目前常用的巖土分析軟件主要有以下幾種：目前常用的巖土分析軟件主要有以下幾種：5.2 支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計理論發(fā)展 GeoStudio是一套專業(yè)、高效而且功能強大的適是一套專業(yè)、高效而且功能強大的適用于巖土工程和巖土環(huán)境模擬計算的仿真分析軟件，用于巖土工程和巖土環(huán)境模擬計算的仿真分析軟件，是全球巖土工程界首選的專業(yè)巖土分析仿真軟件。是全球巖土工程界首選的專業(yè)巖土分析仿真軟件。其分析模塊主要包括以下幾種：其分析模塊主要包括以下幾種：1、geoslope分析軟件分析軟件lSLOPE/W（邊坡穩(wěn)定性分析模塊）：全球巖土（邊坡穩(wěn)定性分析模塊）：全球巖土工程界首選的穩(wěn)定性分析軟件；

23、工程界首選的穩(wěn)定性分析軟件；lSEEP/W（地下水滲流分析模塊）：第一款全面（地下水滲流分析模塊）：第一款全面處理非飽和土體滲流問題的商業(yè)化軟件；處理非飽和土體滲流問題的商業(yè)化軟件；5.2 支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計理論發(fā)展lSIGMA/W（巖土應(yīng)力變形分析模塊）：完全基于（巖土應(yīng)力變形分析模塊）：完全基于土（巖）體本構(gòu)關(guān)系建立的專業(yè)有限元軟件；土（巖）體本構(gòu)關(guān)系建立的專業(yè)有限元軟件；lQUAKE/W（地震響應(yīng)分析（地震響應(yīng)分析模塊模塊）：線性、非線）：線性、非線性土體的水平向與豎向耦合動態(tài)響應(yīng)分析軟件；性土體的水平向與豎向耦合動態(tài)響應(yīng)分析軟件；lVADOSE/W（綜合滲流蒸發(fā)區(qū)和土壤表層分析（綜合滲流蒸發(fā)

24、區(qū)和土壤表層分析模模塊塊）：設(shè)計理論完善和全面的環(huán)境土工設(shè)計軟件；）：設(shè)計理論完善和全面的環(huán)境土工設(shè)計軟件；lSeep3D（三維滲流分析（三維滲流分析模塊模塊）：將強大的交互）：將強大的交互式三維設(shè)計引入飽和、非飽和地下水的建模中，式三維設(shè)計引入飽和、非飽和地下水的建模中，可以迅速分析各種各樣的地下水滲流問題?？梢匝杆俜治龈鞣N各樣的地下水滲流問題。5.2 支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計理論發(fā)展2、FLAC3D分析軟件分析軟件 FLAC（Fast Lagrangian Analysis of Continua）由美國）由美國Itasca公司開發(fā)的連續(xù)介質(zhì)力公司開發(fā)的連續(xù)介質(zhì)力學(xué)分析軟件，其名稱源于采用的快速拉格朗

25、日連學(xué)分析軟件，其名稱源于采用的快速拉格朗日連續(xù)介質(zhì)方法。因為拉格朗日連續(xù)介質(zhì)法屬有限差續(xù)介質(zhì)方法。因為拉格朗日連續(xù)介質(zhì)法屬有限差分法，所以分法，所以FLAC軟件是有限差分軟件而不是有軟件是有限差分軟件而不是有限元軟件。限元軟件。FLAC軟件有二維和三維兩個版本，軟件有二維和三維兩個版本，分別是分別是FLAC2D和和FLAC3D。其中。其中FLAC3D是是FLAC的擴展程序，它不僅包括的擴展程序，它不僅包括FLAC的所有功能，的所有功能，還可模擬三維巖土體與其他工程結(jié)構(gòu)的受力和變還可模擬三維巖土體與其他工程結(jié)構(gòu)的受力和變形形態(tài)。形形態(tài)。3、ABAQUES,ANSYS等等等等4、一般計算步驟、一

26、般計算步驟p幾何建模幾何建模p材料參數(shù)材料參數(shù)p力系施加力系施加p求解求解p結(jié)果顯示與分析結(jié)果顯示與分析 六、兩種新型支擋結(jié)構(gòu)應(yīng)用工六、兩種新型支擋結(jié)構(gòu)應(yīng)用工點分析點分析l長江邊滑坡地帶深基坑支擋結(jié)構(gòu)長江邊滑坡地帶深基坑支擋結(jié)構(gòu)l新型板椅式支擋結(jié)構(gòu)新型板椅式支擋結(jié)構(gòu)6.1 長江邊滑坡地帶深基坑支擋結(jié)構(gòu)長江邊滑坡地帶深基坑支擋結(jié)構(gòu)1.工程概況 重慶市萬州區(qū)和平廣場滑坡堆積體位于萬州區(qū)主城區(qū)內(nèi)，地處長江左岸與其一級支流苧溪河交匯處，為長江三峽工程庫區(qū)重點勘察防治的“四大滑坡”之一，屬三峽庫區(qū)列入規(guī)劃須治理的地質(zhì)災(zāi)害體。三峽水庫蓄水后，其穩(wěn)定性直接影響著面積約60萬m2的萬州老城區(qū)的安全。鑒于此情況

27、，有必要對深基坑施工技術(shù)進(jìn)行立項研究。1.工程概況施工區(qū)西方靠近萬州和平廣場滑坡后緣，東方毗鄰長江河道，地勢由西至東逐漸減小。施工需對廣場部分分級開挖，而西方滑坡區(qū)上已有成型建筑結(jié)構(gòu)。2.施工過程介紹 2010年7月1日進(jìn)場施工，前期施工購物中心、酒店部分支護(hù)樁，并對1、2#商鋪區(qū)域內(nèi)土方進(jìn)行開挖、平整，出土約10萬方。2010年8月4日進(jìn)行購物中心中心島開挖。2010年8月12日發(fā)現(xiàn)西側(cè)居民區(qū)發(fā)生位移。2010年9月5日全面停止施工。居民區(qū)內(nèi)房屋變形主要為不均勻沉降所致，其原因一是土層厚度變化大，塊碎石分布不均；二是地下水位下降。2010年12月2日復(fù)工，進(jìn)行了1、2#商鋪人工挖孔樁、分流道

28、土方、錨桿、錨索及工程樁施工。2011年1月由于工期要求，在錨桿、錨索等未達(dá)到設(shè)計強度就必須進(jìn)行下部土方及下排錨桿的施工。在2011年1月14日西側(cè)居民區(qū)再次發(fā)生位移，對此采用沙包反壓技術(shù)，并于18日完成，反壓后居民區(qū)變形基本穩(wěn)定。2011年1月20日在滑坡變形區(qū)前緣增加了兩排抗滑樁和抗滑鍵。2011年3月4日針對施工組織與設(shè)計進(jìn)行討論，在原來的基礎(chǔ)上增加每段15根錨索，滑坡體與鄰近建筑處于穩(wěn)定狀態(tài)。3.變形體處房屋不均勻沉降4.工程處治措施5.工程特點1. 滑坡體土體變形規(guī)律研究滑坡體土體變形規(guī)律研究6.工程措施對比 主要針對斷面主要針對斷面4-4、3-3、2-2典型斷面進(jìn)行分析，從不同的挖

29、深考典型斷面進(jìn)行分析，從不同的挖深考慮基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)、一次滑坡體治理、二次滑坡體治理不同工況條件下，慮基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)、一次滑坡體治理、二次滑坡體治理不同工況條件下，模擬基坑開挖對邊坡體變形的影響。（以斷面模擬基坑開挖對邊坡體變形的影響。（以斷面4-4為例）為例）2-23-34-4受基坑開挖影響，上緣土層在受基坑開挖影響，上緣土層在自身重力作用以及上部建筑物自身重力作用以及上部建筑物外荷載作用下，上緣土層產(chǎn)生外荷載作用下，上緣土層產(chǎn)生了相對施工開挖區(qū)的滑動，縱了相對施工開挖區(qū)的滑動，縱向（向（U1）方向是主要的位移方）方向是主要的位移方向，主要影響范圍在距離施工向，主要影響范圍在距離施工開挖區(qū)開挖區(qū)

30、50-80m范圍內(nèi)，位移滑范圍內(nèi)，位移滑動面呈弧狀，最大位移處位于動面呈弧狀，最大位移處位于開挖支護(hù)樁所在位置。開挖支護(hù)樁所在位置。前前4次基坑開挖對整體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生次基坑開挖對整體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的位移滑動影響明顯，后的位移滑動影響明顯，后4次開次開挖時整體結(jié)構(gòu)基本趨于穩(wěn)定。挖時整體結(jié)構(gòu)基本趨于穩(wěn)定。u整體結(jié)構(gòu)位移分析整體結(jié)構(gòu)位移分析1、無抗滑樁加固、無抗滑樁加固u支護(hù)樁位移分析支護(hù)樁位移分析由上圖可知，在上緣土體滑動作用影響下，支護(hù)樁產(chǎn)生位移，其中開挖面以上由上圖可知，在上緣土體滑動作用影響下，支護(hù)樁產(chǎn)生位移，其中開挖面以上部分位移值大于開挖面以下部分。部分位移值大于開挖面以下部分。1、無抗滑樁加固、

31、無抗滑樁加固u整體結(jié)構(gòu)位移分析整體結(jié)構(gòu)位移分析 受基坑開挖影響，上緣土層產(chǎn)受基坑開挖影響，上緣土層產(chǎn)生滑動，縱向（生滑動，縱向（U1）方向是主要的）方向是主要的位移方向，主要影響范圍在距離施位移方向，主要影響范圍在距離施工開挖區(qū)上部工開挖區(qū)上部50-80m范圍內(nèi)，位移范圍內(nèi)，位移滑動面呈弧狀，最大位移處位于開滑動面呈弧狀，最大位移處位于開挖支護(hù)樁所在位置。由于抗滑樁作挖支護(hù)樁所在位置。由于抗滑樁作用的效應(yīng)，相比于沒有抗滑樁加固，用的效應(yīng)，相比于沒有抗滑樁加固，基坑開挖產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)整體位移減小，基坑開挖產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)整體位移減小，滑動面發(fā)生變化，抗滑樁所在處分滑動面發(fā)生變化，抗滑樁所在處分擔(dān)了部分滑動

32、效應(yīng)。擔(dān)了部分滑動效應(yīng)。 與無抗滑樁加固時基坑開挖類與無抗滑樁加固時基坑開挖類似，前似，前4次開挖對結(jié)構(gòu)整體位移變次開挖對結(jié)構(gòu)整體位移變化影響明顯，待土體穩(wěn)定后，開挖化影響明顯，待土體穩(wěn)定后，開挖所產(chǎn)生的影響趨于平穩(wěn)。所產(chǎn)生的影響趨于平穩(wěn)。2、有抗滑樁加固、有抗滑樁加固u支護(hù)樁位移分析支護(hù)樁位移分析在上緣土體滑動作用影響下，支護(hù)樁整體向滑動方向有位移，其中開挖面以上部在上緣土體滑動作用影響下，支護(hù)樁整體向滑動方向有位移，其中開挖面以上部分位移值大于開挖面以下部分。由于抗滑樁存在，相比于無抗滑樁加固的時候，分位移值大于開挖面以下部分。由于抗滑樁存在，相比于無抗滑樁加固的時候，沿滑動方向位移值減小

33、。沿滑動方向位移值減小。2、有抗滑樁加固、有抗滑樁加固受基坑開挖影響，上緣土層產(chǎn)生受基坑開挖影響，上緣土層產(chǎn)生了相對施工開挖區(qū)的滑動，縱向了相對施工開挖區(qū)的滑動，縱向（U1）方向是主要的位移方向，）方向是主要的位移方向，主要影響范圍在距離施工開挖區(qū)主要影響范圍在距離施工開挖區(qū)上部上部50-80m范圍內(nèi)，位移滑動面范圍內(nèi)，位移滑動面呈弧狀，最大位移處位于開挖支呈弧狀，最大位移處位于開挖支護(hù)樁所在位置。比較前兩種工況，護(hù)樁所在位置。比較前兩種工況，在打入埋入式抗滑鍵以后，位移在打入埋入式抗滑鍵以后，位移滑動面會因為抗滑鍵的位置而發(fā)滑動面會因為抗滑鍵的位置而發(fā)生改變，滑弧走向產(chǎn)生變化，另生改變，滑弧

34、走向產(chǎn)生變化，另外整體結(jié)構(gòu)的位移值相較前兩種外整體結(jié)構(gòu)的位移值相較前兩種工況減小，可見埋入式抗滑鍵能工況減小，可見埋入式抗滑鍵能有效抵抗整體結(jié)構(gòu)受深基坑開挖有效抵抗整體結(jié)構(gòu)受深基坑開挖產(chǎn)生的滑動影響產(chǎn)生的滑動影響。u整體結(jié)構(gòu)內(nèi)位移分析整體結(jié)構(gòu)內(nèi)位移分析3、埋入式抗滑鍵加固、埋入式抗滑鍵加固打入了抗滑鍵以后，抗滑樁的內(nèi)力效應(yīng)打入了抗滑鍵以后，抗滑樁的內(nèi)力效應(yīng)值相比于前兩種工況減小，從上面對比值相比于前兩種工況減小，從上面對比的云圖可以發(fā)現(xiàn)，的云圖可以發(fā)現(xiàn)，1號樁應(yīng)力最大處位號樁應(yīng)力最大處位于樁頂部位，于樁頂部位，2號樁應(yīng)力最大處位于于號樁應(yīng)力最大處位于于基巖接觸的部位。基巖接觸的部位。1、2號抗

35、滑樁沿滑動方向位移相近，號抗滑樁沿滑動方向位移相近，1號樁稍大，主要產(chǎn)生位移的部位位于基號樁稍大，主要產(chǎn)生位移的部位位于基巖上土層范圍內(nèi)。巖上土層范圍內(nèi)。3、埋入式抗滑鍵加固、埋入式抗滑鍵加固可以比較得出，經(jīng)過抗滑樁和抗滑鍵可以比較得出，經(jīng)過抗滑樁和抗滑鍵的加固，能減小基坑開挖對整體結(jié)構(gòu)的加固，能減小基坑開挖對整體結(jié)構(gòu)土層以及支護(hù)樁產(chǎn)生的內(nèi)力變化效應(yīng)，土層以及支護(hù)樁產(chǎn)生的內(nèi)力變化效應(yīng)，相應(yīng)的，在抗滑樁及抗滑鍵與基巖的相應(yīng)的，在抗滑樁及抗滑鍵與基巖的接觸部分有應(yīng)力集中現(xiàn)象。在抗滑樁接觸部分有應(yīng)力集中現(xiàn)象。在抗滑樁前方進(jìn)行一次埋入式抗滑鍵加固，也前方進(jìn)行一次埋入式抗滑鍵加固，也能減少抗滑樁產(chǎn)生的內(nèi)

36、力及位移變化能減少抗滑樁產(chǎn)生的內(nèi)力及位移變化效應(yīng)。效應(yīng)。進(jìn)行了抗滑樁及抗滑鍵加固能有效的減弱基坑開挖對上部整體結(jié)構(gòu)的進(jìn)行了抗滑樁及抗滑鍵加固能有效的減弱基坑開挖對上部整體結(jié)構(gòu)的影響。在主要產(chǎn)生滑動比較明顯的區(qū)域打入抗滑樁及抗滑鍵，可以改影響。在主要產(chǎn)生滑動比較明顯的區(qū)域打入抗滑樁及抗滑鍵，可以改變滑動面，提前抵御了上部結(jié)構(gòu)沿滑坡方向的滑動，從而減小了臨近變滑動面，提前抵御了上部結(jié)構(gòu)沿滑坡方向的滑動，從而減小了臨近開挖區(qū)的滑動累積。開挖區(qū)的滑動累積。4、不同工程措施處理結(jié)果對比、不同工程措施處理結(jié)果對比6.2 新型板椅式支擋結(jié)構(gòu)新型板椅式支擋結(jié)構(gòu)6.2 新型板椅式支擋結(jié)構(gòu) 1）板椅式新型支擋結(jié)構(gòu)

37、提出的背景）板椅式新型支擋結(jié)構(gòu)提出的背景 敘大線龍山車站地形條件復(fù)雜，地表覆蓋土層較敘大線龍山車站地形條件復(fù)雜，地表覆蓋土層較厚，局部達(dá)厚，局部達(dá)20m；上部填土較厚，對擋墻高度要；上部填土較厚，對擋墻高度要求較大，傳統(tǒng)樁基托梁衡重式擋土墻不能滿足支求較大，傳統(tǒng)樁基托梁衡重式擋土墻不能滿足支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求。擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求。 以龍山車站以龍山車站DK64+331DK64+580左側(cè)工點為依左側(cè)工點為依托，提出適用于深厚表層斜坡路基的板椅式新型托，提出適用于深厚表層斜坡路基的板椅式新型支擋結(jié)構(gòu)，根據(jù)其擋墻高度大，覆蓋土層厚的特支擋結(jié)構(gòu)，根據(jù)其擋墻高度大，覆蓋土層厚的特殊性展開相關(guān)研究。殊性展開

38、相關(guān)研究。 2）定義及特點）定義及特點l板椅式支擋結(jié)構(gòu)由鋼筋混凝土樁基、橫梁、承載板椅式支擋結(jié)構(gòu)由鋼筋混凝土樁基、橫梁、承載板與擋土板以及路基填土組成，主要起支擋作用板與擋土板以及路基填土組成，主要起支擋作用的一種新型樁板墻結(jié)構(gòu)，其綜合了樁板墻支擋結(jié)的一種新型樁板墻結(jié)構(gòu)，其綜合了樁板墻支擋結(jié)構(gòu)與雙排抗滑樁的技術(shù)特點。構(gòu)與雙排抗滑樁的技術(shù)特點。l在板椅式支擋結(jié)構(gòu)中，上部豎向荷載通過承載板在板椅式支擋結(jié)構(gòu)中，上部豎向荷載通過承載板與橫梁傳遞到樁體，再由樁基擴散到土體和基巖；與橫梁傳遞到樁體，再由樁基擴散到土體和基巖；填土水平推力與滑坡推力通過樁基直接傳遞到地填土水平推力與滑坡推力通過樁基直接傳遞到地基中，靠山側(cè)與臨空側(cè)樁基通過橫梁連接共同抵基中，靠山側(cè)與臨空側(cè)樁基通過橫梁連接共同抵抗推力作用抗推力作用 。如下圖所示。如下圖所示。6.2 新型板椅式支擋結(jié)構(gòu) 2）定義及特點）定義及特點 板椅式支擋結(jié)構(gòu)斷面圖板椅式支擋結(jié)構(gòu)斷面圖 6.2 新型板椅式支擋結(jié)構(gòu) 3）分析方法）分析方法l理論分析方法理論分析方法l數(shù)值分析方法數(shù)值分析方法6.2 新型板椅式支擋結(jié)構(gòu) 板椅式支擋結(jié)構(gòu)處在斜坡上，其可簡化成樁板墻板椅式支擋結(jié)構(gòu)處在斜坡上，其可簡化成樁板墻和門式抗滑樁兩部分組成，因此可先對樁板墻進(jìn)和門式抗滑樁兩部分組成，因此可先對樁板墻進(jìn)行分析，然后將樁板