[PPT]邊坡工程的穩(wěn)定分析與設(shè)計(jì)講座_ppt

1、邊坡工程的穩(wěn)定分析與設(shè)計(jì) 華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所講座內(nèi)容一、坡體地形地質(zhì)環(huán)境 二、坡體形變滲流場(chǎng)三、邊坡工程勘察要點(diǎn) 四、邊坡工程的設(shè)計(jì)與加固五、邊坡工程的錨桿設(shè)計(jì) 六、預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)與施工 華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所一、坡體地形地質(zhì)環(huán)境1地形地貌華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所 地形是制約岸坡穩(wěn)態(tài)的第一控制要素。岸坡變形的第一個(gè)起因是地形的改造，而變形易發(fā)部位是地形坡度陡變部位，變形域規(guī)模則取決于岸坡的高度。2區(qū)域構(gòu)造與地震地質(zhì)環(huán)境 在邊坡工程中，區(qū)域構(gòu)造環(huán)境問(wèn)題可涉及四級(jí)構(gòu)造單元及其后續(xù)各級(jí)構(gòu)造。這個(gè)問(wèn)題并沒(méi)有怎么引起工

2、程師們的注意，特別是土木工程師。當(dāng)我們看到有些部位集中分布多個(gè)崩滑體時(shí)，第一個(gè)要想到的是區(qū)域構(gòu)造環(huán)境和地震地質(zhì)環(huán)境。 區(qū)域構(gòu)造環(huán)境的分析要點(diǎn)是自老至新構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的轉(zhuǎn)化，包括主應(yīng)力的偏轉(zhuǎn)(移)、壓(剪)應(yīng)力場(chǎng)向張(剪)應(yīng)力場(chǎng)的轉(zhuǎn)化、初始應(yīng)力釋放環(huán)境、蠕(流)變環(huán)境以及對(duì)滲流場(chǎng)和風(fēng)化作用的制約作用(優(yōu)勢(shì)面)等。3邊坡地質(zhì)構(gòu)造 邊坡地質(zhì)構(gòu)造是判斷獨(dú)立變形、運(yùn)動(dòng)單元的根本依據(jù)。具體要點(diǎn)如下：華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所 坡體結(jié)構(gòu) 控制岸坡的穩(wěn)態(tài)或變形的地質(zhì)構(gòu)造效應(yīng)有以下兩層意思： （1）剛度效應(yīng)坡體的整體剛度取決于節(jié)理裂隙的發(fā)育程度(當(dāng)然還有風(fēng)化程度)； （2）變形、失穩(wěn)類(lèi)型取決

3、于各類(lèi)地質(zhì)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀同坡面產(chǎn)狀之間的相互關(guān)系。其中剛度效應(yīng)的表象是取決于剛度的變形差異，總體上表現(xiàn)為沉陷伴隨應(yīng)力相對(duì)集中域。如果應(yīng)力相對(duì)集中域里不存在軟弱夾層等低剛度層位，一般不會(huì)形成一定規(guī)模的崩滑事件。其效應(yīng)可分以下五種： 節(jié)理裂隙序次，至少要進(jìn)行以下三個(gè)序次的統(tǒng)計(jì)分析：第一序次周邊完整基巖的節(jié)理裂隙和劈理；第二序次破碎巖體各獨(dú)立塊體的節(jié)理裂隙和劈理，含微構(gòu)造、顯微構(gòu)造系列；第三序次新近出現(xiàn)的變形裂隙（縫）。1）順向坡。構(gòu)造界面傾向坡外。在眾多地質(zhì)界面中，層面是第一控制界面，而坡體的變形、失穩(wěn)型式是：華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所 隨著層面傾斜角的加大，順層滑移就更趨明顯

4、，但當(dāng)傾斜角不小于70度時(shí)，坡體的變形、失穩(wěn)將轉(zhuǎn)化為傾倒、崩塌型； 順層滑移的必備條件是控制界面上覆巖體在坡腳處臨空、被反傾向裂隙切斷或撓曲（皺）。 不同于其他類(lèi)型滑坡，順向坡上殘留的滑體不多見(jiàn)或即使殘留但規(guī)模不大而且多處于非穩(wěn)態(tài)或正在變形。2）由陡傾轉(zhuǎn)緩傾順向坡。自坡體向坡外方向，地層傾角由陡變緩，陡傾部位是主滑體，緩傾部位對(duì)主滑體構(gòu)成阻滑體，其阻滑作用將取決于緩傾段的面積。 在順向坡中，橫向復(fù)精皺（軸線(xiàn)垂直江河流向）是最易變形的部位，特別是當(dāng)層間分布有煤線(xiàn)或碳質(zhì)頁(yè)巖時(shí)；而縱向復(fù)把皺（軸線(xiàn)平行江河流向）則決定治理方針甚至提示諸如抗滑樁的設(shè)置部位。所以，對(duì)于順向坡，微構(gòu)造研究也是主要的研究?jī)?nèi)容

5、。 3）逆向坡。逆向坡的穩(wěn)態(tài)取決于巖體的總體剛度，而變形、失穩(wěn)控制界面是反傾向裂隙。華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所 當(dāng)坡體為石灰?guī)r或石英長(zhǎng)石砂巖等高剛度巖體時(shí)，岸坡的變形、失穩(wěn)是局部性的且規(guī)模不大，但以易風(fēng)化碎屑巖為主體的岸坡，岸坡的變形、失穩(wěn)規(guī)模大，甚至也會(huì)出現(xiàn)滑移型失穩(wěn)，但基本上是墜潰型，反傾向裂隙的風(fēng)化追蹤會(huì)構(gòu)成坡體變形、失穩(wěn)主控界面，進(jìn)而出現(xiàn)以滑移為主要形式伴有崩塌、旋轉(zhuǎn)等復(fù)雜的失穩(wěn)事件。4）斜切坡。斜切坡往往形成高、陡穩(wěn)態(tài)坡形，變形、失穩(wěn)基本上是局部性崩塌，除非存在幾乎平行坡面且傾向坡外的斷層或一組傾向裂隙（裂隙走向垂直地層走向）。5）水平層狀結(jié)構(gòu)岸坡。地層產(chǎn)狀幾

6、乎水平或微傾坡外或微傾山體。這類(lèi)岸坡的變形首先是取決于剛度的鉛直方向壓縮。在這類(lèi)岸坡的變形、失穩(wěn)形式中需要指出的特例是：當(dāng)分布有富含蒙脫石的泥巖和易風(fēng)化長(zhǎng)石砂巖時(shí)，上覆層位的變形、失穩(wěn)規(guī)?？蛇_(dá)到幾百萬(wàn)立方米甚至幾千萬(wàn)立方米。 節(jié)理裂隙層次同坡體結(jié)構(gòu)之間的相互關(guān)系 華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所物質(zhì)結(jié)構(gòu)水平結(jié)構(gòu)順傾向結(jié)構(gòu)1順傾向結(jié)構(gòu)2垂直結(jié)構(gòu)反傾向結(jié)構(gòu)紅 層張裂谷華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所張裂槽傾 滑傾 倒錯(cuò) 落順向坡墜 潰4地層巖性華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所 火成巖岸坡 在微、新?tīng)顟B(tài)下為均勻介質(zhì)，其不均勻程度及剛度將隨風(fēng)化程度

7、與節(jié)理裂隙發(fā)育程度而變化，岸坡的變形、失穩(wěn)主要是風(fēng)化帶的崩(剝)落和水沙流，極少有大規(guī)模滑坡發(fā)生?；鹕交叶逊e體類(lèi)似沉積巖特別是松散堆積體。當(dāng)深挖高邊坡涉及微新巖體時(shí)，地應(yīng)力場(chǎng)的調(diào)整效應(yīng)是一個(gè)很重要的方面。 地層巖性的岸坡變形、失穩(wěn)效應(yīng)最終反映在各層的剛度與抗剪強(qiáng)度。如果坡體各組成層位的剛度比值大于13，該坡體可作為準(zhǔn)均質(zhì)體考慮；若剛度比值不大于13，變形第一控制層位是剛度比值最小的那一層位。分析塑性域擴(kuò)展趨勢(shì)時(shí)，各層抗剪強(qiáng)度值都有影響，但控制層位仍然是剛度最小的那個(gè)層位。 沉積巖岸坡 （1）以碳酸鹽巖為主體的岸坡這類(lèi)岸坡的變形主控層位是泥、頁(yè)巖夾層，變形表象是因剛度相差懸殊而出現(xiàn)的變形差異，崩

8、塌、傾倒和滑移等多種形式變形、失穩(wěn)都可出現(xiàn)，而在什么樣的情況下是傾倒、崩塌或滑移則取決于頁(yè)巖夾層的空間分布格局。當(dāng)不含泥、頁(yè)巖夾層時(shí)，碳酸鹽巖岸坡可視為高剛度準(zhǔn)均勻介質(zhì)，其中的各級(jí)風(fēng)化帶將反映在漸變的剛度上，故岸坡的變形、失穩(wěn)多局限在表層。深挖高邊坡涉及微、新巖體時(shí)要考慮地應(yīng)力場(chǎng)調(diào)整。 不同于火成巖微、新巖體的地應(yīng)力場(chǎng)，在碳酸鹽巖微、新巖體中會(huì)出現(xiàn)喀斯特作用域和地下水深循環(huán)通道，該域已經(jīng)釋放有一定范圍的初始地應(yīng)力。華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所 （2）碎屑巖岸坡這類(lèi)岸坡的特點(diǎn)是砂巖(含石灰?guī)r、泥灰?guī)r)同泥、頁(yè)巖交互出現(xiàn)。從變

9、形角度立論，若砂巖與泥、頁(yè)巖準(zhǔn)等厚度交互出現(xiàn)時(shí)，可視泥、頁(yè)巖的剛度為坡體的剛度；雙層結(jié)構(gòu)且上覆砂巖時(shí)，下伏泥、頁(yè)巖的剛度即成為控制性剛度，變形、失穩(wěn)表象是砂巖層的傾倒、傾滑、座(錯(cuò))落以及座滑等，取決于下伏泥、頁(yè)巖的風(fēng)化、剝落、掏(蝕)空帶往坡體深部的延伸程度。 以泥、頁(yè)巖為主體的岸坡，鑒于表層風(fēng)化速度快且風(fēng)化物隨即以剝離或泥沙形式被地表徑流沖蝕，故除非下伏砂巖或灰?guī)r等高剛度層位且傾向坡外，一般難以出現(xiàn)大規(guī)?；?。5匯水域及地表、地下水文網(wǎng) 華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所當(dāng)一處坡體具備變形、失穩(wěn)條件時(shí)，導(dǎo)致其失穩(wěn)的直接誘發(fā)因素之一是水的作用，包括地表水和地下水的作用，其中地

10、表水及大氣降雨又往往是該部位地下水的直接補(bǔ)給源，故對(duì)一處坡體的研究，它的研究范圍應(yīng)該是地表水匯水域，如下圖。地表水系的展布格局往往提示變形域或崩滑體的分布輪廓，同時(shí)又往往是崩滑體的解體邊界。 其次，一次大氣降雨有多少滲人地下和滲入到什么深度（不一定都滲人到地下水位而使地下水位回升）等，即大氣降雨怎樣改變?cè)袧B流場(chǎng)，都要通過(guò)該匯水域的水文計(jì)算才能推斷。6人為改造 在前面已經(jīng)提到，一處岸坡的新的變形都是從改造地形而開(kāi)始的。所以，人類(lèi)的改造活動(dòng)對(duì)岸坡穩(wěn)態(tài)的影響首先是不合理的開(kāi)挖、切腳。當(dāng)然，人為的誘發(fā)作用還有爆破、（給）排水和排污失控以及亂砍濫伐和開(kāi)墾等。二、 坡體形變滲流場(chǎng) 華 中 科 技 大 學(xué)

11、 巖 土 工 程 研 究 所 “地質(zhì)體”是坡體形變滲流場(chǎng)的物質(zhì)載體。所謂地質(zhì)體，是指那些具備相對(duì)獨(dú)立地形有變形作用的自然體，其規(guī)模大者可以是一個(gè)板塊或大地構(gòu)造單元中的I級(jí)或II級(jí)等構(gòu)造單元，小者可以是可獨(dú)立變形、運(yùn)動(dòng)的坡體或崩滑堆積體。若要對(duì)一處岸坡的穩(wěn)態(tài)進(jìn)行評(píng)估或?qū)窈蟮淖冃乌厔?shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，需要用具體的特征參數(shù)建立各種變形影響因素之間的相互制約關(guān)系，進(jìn)而描述變形進(jìn)程。 為此，必須將前述的地形地質(zhì)環(huán)境與條件轉(zhuǎn)化為可用數(shù)學(xué)物理模型進(jìn)行描述的形變一滲流場(chǎng)這樣一個(gè)地質(zhì)體。 1形變場(chǎng) 形變場(chǎng)由形變空間、形變主控界面、應(yīng)力場(chǎng)和地震力等構(gòu)成。 形變空間 地殼表層是一個(gè)開(kāi)放系統(tǒng)，而自然岸坡或人工邊坡的坡體外側(cè)

12、是無(wú)限形變空間。但在另一方面，對(duì)一個(gè)具體的坡體而言，形變空間具有特定的含義：（1）均質(zhì)坡體應(yīng)力松弛域的下沉、傾倒、傾覆以及旋轉(zhuǎn)，形變空間除了坡外無(wú)限形變空間外，還有巖體自身的各類(lèi)界面和風(fēng)化域。（2）非均質(zhì)坡體在具備均質(zhì)坡體上述形變空間的同時(shí)，易變形層位的存在使坡體的下沉、傾倒、傾覆以及旋轉(zhuǎn)等形變優(yōu)勢(shì)化或特性化，即易變形層位的分布格局(水平、順向、逆向或斜切)決定坡體的主要變形型式及變形域的規(guī)模。 作為特例的切腳順向坡，形變空間特指坡腳臨空部位，或者說(shuō)該部位是導(dǎo)致邊坡滑移的初始形變空間。 華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所 當(dāng)研究崩滑體的今后變形趨勢(shì)時(shí)，形變空間的判斷具有特別重要

13、的意義，同時(shí)有一定難度，因?yàn)樾巫兛臻g的函義同時(shí)包含兩個(gè)方面的內(nèi)容：華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所 一是崩滑體是沿著原來(lái)的主滑帶發(fā)生整體性滑移； 二是崩滑體自身的變形同以滑移型式出現(xiàn)的整體性失穩(wěn)又有什么關(guān)系？ 其中，前一個(gè)問(wèn)題是坡外無(wú)限形變空間問(wèn)題，而后一個(gè)問(wèn)題是地質(zhì)體自身的有限形變空間，二者的概念截然不同。 所以，邊坡工程中很重要的研究?jī)?nèi)容是形變空間的判斷，而正是這個(gè)判斷方能揭示坡體的變形、失穩(wěn)機(jī)理。 形變主控界面華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所 形變主控界面要分以下四個(gè)層次進(jìn)行研究： （1）第一層次構(gòu)造成因節(jié)理裂隙和斷層、擠壓帶、劈理、層間剪切(滑)帶、

14、層間揉皺帶，而節(jié)理裂隙的基本格局是走向、傾向及一對(duì)剪裂隙(平面)和反傾向裂隙(剖面)，但要注意不同構(gòu)造期的節(jié)理裂隙系統(tǒng) ；（2）第二層次同邊坡成型同步的卸荷松弛域，多數(shù)追蹤初始構(gòu)造成因界面并使其規(guī)模擴(kuò)大，但也會(huì)形成新的界面，使斷續(xù)構(gòu)造界面相互連接貫通；（3）第三層次風(fēng)化作用在脆性巖體中基本上追蹤構(gòu)造成因界面發(fā)生，在泥質(zhì)碎屑巖中還可產(chǎn)生風(fēng)化裂隙；（4）第四層次變形裂縫、重力成因斷層、蠕（流）變域。 只有在對(duì)上述四個(gè)層次的界面系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)微的調(diào)查、歸類(lèi)之后才能判斷那些直接控制坡體變形、失穩(wěn)的界面組合模式，而這個(gè)問(wèn)題卻往往被忽略。 應(yīng)力場(chǎng) 華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所 一般來(lái)講，

15、地殼的應(yīng)力場(chǎng)自表層、淺部的自重應(yīng)力場(chǎng)向深部地殼構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)過(guò)渡，而自重應(yīng)力場(chǎng)同構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)之間的差別在于后者應(yīng)力場(chǎng)的兩個(gè)水平方向主應(yīng)力s2和s3大或者說(shuō)三個(gè)主應(yīng)力量級(jí)相當(dāng)甚或水平主應(yīng)力s2或s3大于鉛直方向主應(yīng)力s1 。2滲流場(chǎng) 華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所匯水域及地表、地下水文網(wǎng)對(duì)邊坡穩(wěn)定的影響趨勢(shì) 華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所（一）地下水的補(bǔ)給、賦存和運(yùn)移系統(tǒng) 華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所 坡體地處地表、地下水的排泄部位，除了碳酸鹽巖以外，碎屑巖、特別是第四系地層岸坡，地表水改造坡體表面甚至形成各種類(lèi)型沖溝網(wǎng)或使坡體解體；地下水

16、排泄（出露）部位又往往是坡體變形、失穩(wěn)起始點(diǎn)。 所以，在對(duì)一處坡體進(jìn)行研究時(shí)，必須查明地下水的補(bǔ)給源，地下水的賦存條件或?qū)游灰约霸摰叵滤难h(huán)過(guò)程。一般而言，有以下四種情況： （1）越流式補(bǔ)給主要是長(zhǎng)石石英砂巖、巖溶地區(qū)和第四系地層中的粉細(xì)砂、中粗砂層，往往以層間賦水形式出現(xiàn)，承壓或間歇型承壓，地下水動(dòng)態(tài)基本上不受坡體處大氣降雨影響，且具有一定的動(dòng)貯量。華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所（4）江水波動(dòng)域主要是松散介質(zhì)岸坡，在汛期受江水瞬即補(bǔ)給，特大洪水往往形成負(fù)型，地下水位即地下水位外側(cè)高內(nèi)側(cè)低但塞水域限于沿江一帶，對(duì)坡體的改造影響明顯。 （2）上層滯水型這是完全受控于大氣降雨

17、的、淺層封閉或半封閉型賦水，這類(lèi)賦水層(域)往往是淺層變形、失穩(wěn)的控制部位；巖質(zhì)岸坡中的卸荷松弛域也屬于這種類(lèi)型。（3）地下水賦水帶(層)主要出現(xiàn)于第四系地層及崩滑體中，大體上以下伏基巖面為底板，在松散地層底部一定厚度賦水，補(bǔ)給源一是周邊基巖裂隙水，二是大氣降雨或地表堰塘滲水。地下水動(dòng)態(tài)同大氣降雨之間的相互關(guān)系取決于坡體的滲透性能，中、強(qiáng)透水介質(zhì)中，地下水位變化直接受控于大氣降水，但一般地，地下水位變化滯后大氣降雨數(shù)小時(shí)至數(shù)日，在弱透水介質(zhì)中這種關(guān)系不甚明顯。坡體滲流場(chǎng)地下水補(bǔ)給源的判斷有以下三種情況：3）同時(shí)有第1）和第2）兩種補(bǔ)給源，是一種最復(fù)雜的情況，多出現(xiàn)在巖溶地區(qū)和深大斷裂或斷裂、裂

18、隙密集部位。 判斷這三種類(lèi)型最簡(jiǎn)便的方法是鉆孔分段、分層地下水位與水溫及水化學(xué)成分的鑒定，故在岸坡穩(wěn)態(tài)研究中“終孔混合水位”的概念是忌諱的。華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所 1）滲流場(chǎng)面積同補(bǔ)給區(qū)面積相對(duì)應(yīng)，即坡體滲流場(chǎng)的地下水直接由大氣降雨滲入補(bǔ)給，故滲流場(chǎng)僅局限在淺層風(fēng)化帶中；2）補(bǔ)給區(qū)面積大于滲流場(chǎng)面積，坡體滲流場(chǎng)的地下水可由外圍地下水補(bǔ)給甚至越流式補(bǔ)給，坡體中地下水多呈現(xiàn)為脈狀承壓，在巖溶地區(qū)還會(huì)出現(xiàn)集中型甚至管道流；（二）地下水動(dòng)力學(xué)參數(shù) 華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所 對(duì)坡體地下水的補(bǔ)給、賦存和運(yùn)移條件的研究，其最終目標(biāo)是要判斷以下地下水動(dòng)力學(xué)

19、參數(shù)： (1)集水結(jié)構(gòu) 垂直岸線(xiàn)或同岸線(xiàn)大角度斜切的長(zhǎng)而大或可追蹤貫通的節(jié)理裂隙、斷層、擠壓破碎帶和松動(dòng)域，可匯集地表地下水。 (2)受(水)壓結(jié)構(gòu)(面)大致平行岸線(xiàn)或同岸線(xiàn)小角度斜切的長(zhǎng)大或可追蹤貫通的節(jié)理裂隙、斷層、擠壓破碎帶和松動(dòng)域。由于地表水位的波動(dòng)，這一結(jié)構(gòu)(面)始終處于靜、動(dòng)水壓力周期性變化環(huán)境中，故構(gòu)成岸坡的變形與失穩(wěn)的第一控制界面。 華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所水平地層(穩(wěn)態(tài))水平地層(泥巖侵蝕效應(yīng)) 水平地層(泥巖侵蝕效應(yīng))華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所 陡傾順向坡(穩(wěn)態(tài)) 緩傾順向坡(侵蝕性改造) 切向坡(穩(wěn)態(tài)) 在非均質(zhì)松散介質(zhì)中

20、，滲透系數(shù)劇變部位可以形成明顯的靜水壓力或浮托力，而這兩種力對(duì)該地質(zhì)體的整體作用表象是似動(dòng)水壓力，而在準(zhǔn)均勻介質(zhì)中，地下水的作用則表現(xiàn)為有效應(yīng)力場(chǎng)即孔隙水壓力效應(yīng)。華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所 孔隙水壓力效應(yīng)也是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程：孔隙水壓力的存在條件是飽水介質(zhì)處于圍壓作用環(huán)境，而若不存在圍壓條件，孔隙水壓力即消散。實(shí)踐資料提示，在K= 10-510-7cm/s介質(zhì)中，孔隙水壓力也在消散。 但實(shí)際調(diào)查必須注意的問(wèn)題是介質(zhì)的滲透各向異性和非均質(zhì)程度，故若能進(jìn)行滲透系數(shù)區(qū)劃，可大體了解孔隙水壓力、靜水壓力以及浮托力等三種效應(yīng)。 （3）動(dòng)水壓力形成條件華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土

21、 工 程 研 究 所確定地下水流網(wǎng)系統(tǒng)(孔隙或裂隙系統(tǒng))、滲透系數(shù)等。其中 Pid 為第i條塊單寬上體中的動(dòng)水壓力(t/m)，作用點(diǎn)取水 深之一半、方向?yàn)樗鞯那芯€(xiàn)方向；b i 為第i條塊水壓力作用傾斜角； A0i 為第i條塊地下水位以下部分的面積(m2 )；n 為邊坡材料的孔隙比；n 為水的重度。（4）附加荷重效應(yīng)華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所 考慮到崩滑體等介質(zhì)的滲透系數(shù)多居10-310-5cm/s間以及非均勻滲透性，地下水位的變化還往往表現(xiàn)為附加荷重的形式。 地表水體(如湖泊、水庫(kù)等)自低水位至正常水位，然后自正常水位再到低水位，將直接干擾岸坡滲流場(chǎng)。如果水位快速降落

22、，岸坡、松散介質(zhì)中地下水位回升之后來(lái)，特別是在水庫(kù)中水位同步降落，高、低水位之間的水體對(duì)下伏主滑帶等變形主控界面是將產(chǎn)生額外增加的附加荷重，在主控界面的正應(yīng)力分量增大，相應(yīng)地，沿變形界面的剪應(yīng)力成分也增大，故地質(zhì)體沿變形界面的抗滑強(qiáng)度也隨之變化。在這樣的情況下，額外增加了的水體荷重對(duì)該地質(zhì)體的穩(wěn)態(tài)是不利。 （5）物理化學(xué)效應(yīng) 對(duì)于一個(gè)傾斜型主變形界面(如原主滑帶或基巖面)上的地質(zhì)體而言，影響甚至決定該地質(zhì)體穩(wěn)態(tài)的主控因素就是主變形界面飽水后的物理化學(xué)作用。飽水體的力學(xué)參數(shù)總是小于干燥體的力學(xué)參數(shù)。如果水化學(xué)作用兼而有之，特別是溶蝕而不是諸如鈣化等膠結(jié)作用，c、f值會(huì)有根本性的變化。 三、邊坡工

23、程勘察要點(diǎn) 華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所 從力學(xué)角度考察，邊坡工程介于地基工程與硐室工程之間。地基工程的主要指標(biāo)是巖土地基的承載力，而地基內(nèi)任意點(diǎn)基本上處于三維應(yīng)力狀態(tài)；硐室則改造（釋放）硐周初始地應(yīng)力場(chǎng)但硐室尺寸不大，對(duì)初始應(yīng)力場(chǎng)的改造空間有限。 邊坡工程則是開(kāi)放系統(tǒng)，具備大體積巖體自由運(yùn)動(dòng)的空間，高陡人工邊坡還涉及初始構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)。所以，邊坡工程的地質(zhì)勘察所涉及的內(nèi)容要比地基工程或硐室工程豐富很多。邊坡工程勘察設(shè)計(jì)階段 技術(shù)設(shè)計(jì)竣工驗(yàn)收 施工詳圖設(shè)計(jì)初步設(shè)計(jì)選線(xiàn)勘察1基本資料及工程地質(zhì)分段（區(qū)） 華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所 類(lèi)似其他類(lèi)型工程，邊坡

24、工程，公路(鐵路)跨越不同的地形地貌類(lèi)型及構(gòu)造單元的線(xiàn)型工程的邊坡設(shè)計(jì)，特別需要區(qū)域性地質(zhì)、地震資料。 區(qū)域性地質(zhì)、地震資料的研究目標(biāo)是了解各部位坡體的巖石類(lèi)型及其組合、控制坡體變形、失穩(wěn)的主要構(gòu)造、地表水的展布格局及水文地質(zhì)類(lèi)型以及地震等，進(jìn)而進(jìn)行工程地質(zhì)分段(區(qū))。各段(區(qū))要分別編制相應(yīng)的勘察要求，其目的是明確各部位地質(zhì)勘察工作的內(nèi)容與目標(biāo)，防止或避免普通地質(zhì)學(xué)調(diào)查。 通過(guò)勘察，各不同類(lèi)型段（區(qū)）要按邊坡工程的難易程度進(jìn)行“邊坡工程適宜程度分區(qū)”。邊坡工程適宜程度分區(qū)的依據(jù)是地形坡度及微地貌分區(qū)圖；穩(wěn)態(tài)分區(qū)圖和水文地質(zhì)分區(qū)圖。（一）地形坡度及微地貌分區(qū)圖華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工

25、 程 研 究 所 地形坡度及微地貌分區(qū)圖的編制依據(jù)是地形坡變，可按(用坡角表示)小于5度，510度，1015度，1520度， 2030度及大于30度等六級(jí)進(jìn)行分區(qū)。 （二）穩(wěn)態(tài)分區(qū) - 穩(wěn)態(tài)的判別標(biāo)志是：l）在自然狀態(tài)下坡體整體穩(wěn)定，不存在可導(dǎo)致坡體大體積變形、失穩(wěn)的構(gòu)造界面及這類(lèi)界面的組合條件；2）開(kāi)挖邊坡不會(huì)導(dǎo)致坡體大體積變形、失穩(wěn)。根據(jù)坡體的穩(wěn)態(tài)，可劃分為穩(wěn)定的、欠穩(wěn)定的、不穩(wěn)定的和警戒區(qū)等四級(jí)：（4）警戒區(qū)正在變形中的坡體（變形體）和崩滑體等。（l）穩(wěn)定的坡體在自然狀態(tài)下和開(kāi)挖邊坡后均處于穩(wěn)定狀態(tài)，基本上可不采取護(hù)坡措施。（2）欠穩(wěn)定的坡體在自然狀態(tài)下穩(wěn)定但在開(kāi)挖邊坡后可能導(dǎo)致局部性變

26、形、失穩(wěn)，需要采取支護(hù)措施。（3）不穩(wěn)定的坡體內(nèi)存在著的地質(zhì)結(jié)構(gòu)面在開(kāi)挖邊坡后可能構(gòu)成較大體積變形、失穩(wěn)的控制界面（組合），支護(hù)工程量大。（三）水文地質(zhì)分區(qū)-兩個(gè)層次華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所 第一層次地下水補(bǔ)給源的判斷有三種情況：（1）越流式補(bǔ)給指坡體地表水匯水域的外圍補(bǔ)給源。這類(lèi)情況主要地出現(xiàn)在巖溶地區(qū)和易風(fēng)化（特別是層間風(fēng)化）長(zhǎng)石砂巖分布區(qū)，它們的水補(bǔ)給源較遠(yuǎn)甚至很遠(yuǎn)（如地下暗河）。（2）大氣降雨補(bǔ)給指含水層或賦水域的面積同大氣降雨補(bǔ)給面積一致或大體相當(dāng)，換句話(huà)說(shuō)坡體中的地下水補(bǔ)給源僅限于該部位的地表水匯水域。（3）混合補(bǔ)給除了第（2）補(bǔ)給源外還有周邊裂隙水補(bǔ)給，

27、或第（1）和第（2）補(bǔ)給源同時(shí)存在。 第二層次坡體各層（部位）賦水、透水性可按下述內(nèi)容進(jìn)行分析判斷： 1）在砂泥巖交互層中，砂巖是否順層深化構(gòu)成層間含水層。 2）斷層帶、劈理帶、裂隙密集帶以及劇烈揉格帶。 3）巖溶洞穴、溶隙。 4）松散堆積層。（四）邊坡工程適宜程度分區(qū)華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所 坡度、穩(wěn)態(tài)及水文地質(zhì)分區(qū)圖是邊坡工程適宜程度分區(qū)圖的編制依據(jù)。邊坡工程適宜程度可分以下五級(jí)（區(qū)）： V區(qū)（回避區(qū)、警戒區(qū)）具備大體積變形、失穩(wěn)的條件、如崩滑體和變形體等。I區(qū)（適宜區(qū)）地形坡度（用坡角）小于10度，即基本上不形成人工邊坡，或深挖邊 坡的坡頂近水平，不存在斜坡一帶

28、常見(jiàn)的、平行坡面的主應(yīng)力效應(yīng)，這類(lèi)主應(yīng)力往往導(dǎo)致斜坡淺部?jī)A覆、剪滑；地質(zhì)條件穩(wěn)定；不存在大的靜、動(dòng)水壓力形成條件；邊坡支護(hù)工程簡(jiǎn)單或不需支護(hù)。II區(qū)（較適宜區(qū)）基本上類(lèi)似I區(qū)，唯地形坡度(坡角)1015度，仍不會(huì)形成高、陡邊坡，但深挖邊坡會(huì)揭露軟硬相間層位或地下水位，需要一定的支護(hù)、排水工程量。III區(qū)（限制區(qū)）地形坡度1525度，坡體地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜或遇見(jiàn)地下水處理問(wèn)題，要求嚴(yán)格論證坡高、坡形以及支護(hù)排水措施IV區(qū)（復(fù)雜區(qū)）地形坡度大于25度且地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，開(kāi)挖邊坡會(huì)誘發(fā)坡體變形、失穩(wěn)，支護(hù)工程量大。2必須提交的成果 華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所1）區(qū)域地質(zhì)、地震環(huán)境論證報(bào)

29、告；2）綜合工程地質(zhì)圖（含地質(zhì)剖面圖）；3）邊坡工程適宜程度分區(qū)圖；4）分段控制結(jié)構(gòu)（面）及其組合模式和邊坡穩(wěn)態(tài)分析模型；5）邊坡設(shè)計(jì)基本參數(shù)，含可導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)的各參數(shù)臨界值；6）可導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)的主誘發(fā)因素。 四、邊坡工程的設(shè)計(jì)與加固 1邊坡工程設(shè)計(jì)與加固的順應(yīng)性與協(xié)調(diào)性準(zhǔn)則華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所 判斷一處邊坡是否安全，取決于對(duì)邊坡所處自然環(huán)境與地形、地質(zhì)環(huán)境的了解程度，以及能否把握住保持邊坡安全的基本條件（或主導(dǎo)因素）。這個(gè)問(wèn)題在地形地質(zhì)情況復(fù)雜的地區(qū)更顯突出、重要。 改造自然的第一條基本準(zhǔn)則是“順應(yīng)”，即充分利用自然界造就出來(lái)的穩(wěn)定狀態(tài)（簡(jiǎn)稱(chēng)穩(wěn)態(tài)）條件，改造那些

30、處于非穩(wěn)態(tài)的自然條件使之處于新的穩(wěn)態(tài)。 邊坡工程設(shè)計(jì)與加固的順應(yīng)性與協(xié)調(diào)性準(zhǔn)則所體現(xiàn)的基本思路是巖土工程問(wèn)題需要從大局著眼，判斷區(qū)域性環(huán)境對(duì)局部環(huán)境的主控成分（要素），然后對(duì)各類(lèi)問(wèn)題逐一進(jìn)行調(diào)查并作出結(jié)論或擬定“順應(yīng)”條件。 2邊坡的設(shè)計(jì)與支護(hù)思路華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所 以土質(zhì)邊坡為例，今設(shè)在該邊坡上開(kāi)辟一條公路或房基，在考慮順應(yīng)性與協(xié)調(diào)性準(zhǔn)則的前提下容許的人工邊坡、坡高與坡度應(yīng)該怎么決定。 人工邊坡是否遵循了順應(yīng)性準(zhǔn)則，其參比識(shí)別標(biāo)志是所謂的穩(wěn)態(tài)坡形。處于穩(wěn)定狀態(tài)的自然邊坡，是經(jīng)歷地質(zhì)歷史時(shí)期形變場(chǎng)、滲流場(chǎng)、熱流場(chǎng)、化學(xué)場(chǎng)以及地表侵蝕等多種改造作用綜合調(diào)整的結(jié)果，

31、所以它是識(shí)別穩(wěn)態(tài)坡形的第一依據(jù)坡形。 順應(yīng)性與協(xié)調(diào)性準(zhǔn)則的實(shí)質(zhì)是要充分利用自然界自身的穩(wěn)定條件，改造不穩(wěn)定部分，使邊坡長(zhǎng)期處于穩(wěn)定狀態(tài)。依山就勢(shì)和因地制宜，可以說(shuō)是實(shí)施順應(yīng)性與協(xié)調(diào)性準(zhǔn)則的具體體現(xiàn)。自然界是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，既合穩(wěn)定成分也有不穩(wěn)定成分，隨著時(shí)間的推移，原來(lái)穩(wěn)定的成分還會(huì)轉(zhuǎn)化成為不穩(wěn)定成分，或者說(shuō)人類(lèi)活動(dòng)的干擾將會(huì)加速這類(lèi)轉(zhuǎn)化。所謂地質(zhì)災(zāi)害或環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題，是以人類(lèi)的生存條件(環(huán)境)為主體而定義的。如何防止或避免這類(lèi)環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題即構(gòu)成邊坡設(shè)計(jì)的基本思路。環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題將起因于以下三個(gè)方面： 華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所 一是地形、地質(zhì)環(huán)境中的不穩(wěn)定成分直接轉(zhuǎn)化為環(huán)境

32、地質(zhì)問(wèn)題。比如，若一條公路穿越變形中的崩滑體，該崩滑體終會(huì)失穩(wěn)。而這一趨勢(shì)是客觀存在的，公路建設(shè)會(huì)加速變形進(jìn)程但不是導(dǎo)致其失穩(wěn)的直接原因。 二是人類(lèi)的工程活動(dòng)誘發(fā)新的地質(zhì)問(wèn)題發(fā)生。比如堆積在傾斜面的坡積層在自然狀態(tài)下是穩(wěn)定的，但將其長(zhǎng)距離開(kāi)挖至基巖面時(shí)，坡積層即開(kāi)始變形甚至大面積下滑。當(dāng)邊坡揭露地下水面時(shí)也出現(xiàn)類(lèi)似的地質(zhì)問(wèn)題。 三是諸如地震等或然性事件誘發(fā)坡體變形、失穩(wěn)等。地震動(dòng)所引起的崩、滑即屬這一類(lèi)。 所以，如何區(qū)別上述可導(dǎo)致環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題的三種原因及它們之間的相互關(guān)系，是邊坡的設(shè)計(jì)與支護(hù)工程首先必須答復(fù)的問(wèn)題，而這些問(wèn)題又將因坡體類(lèi)型不同而不同。 （1） 邊坡的設(shè)計(jì)與支護(hù)基本要素 (一)

33、巖質(zhì)邊坡華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所 地形要素誘發(fā)新的地質(zhì)問(wèn)題，首先是由于對(duì)原有地形的改造，特別是在山區(qū)。要使改造后的地形仍然處于穩(wěn)定狀態(tài)，人工邊坡的設(shè)計(jì)參比坡形就是該部位的自然穩(wěn)態(tài)坡形。 地層巖性要素-從巖石類(lèi)型可以推斷邊坡的變形、失穩(wěn)型式。1）結(jié)晶巖寬厚風(fēng)化層(殼)沿沖溝兩側(cè)岸坡的局部性崩塌，南方多成“崩崗”地形。2）石灰?guī)r除了含夾層順向坡可以發(fā)生滑移性失穩(wěn)外，多呈現(xiàn)為崩塌或被溶隙切割而形成的分割塊體的傾倒、傾滑以及空間撓曲、壓裂等。3）砂、泥巖交互層主要表現(xiàn)為泥巖風(fēng)化、侵蝕而導(dǎo)致上覆砂巖座落(滑)，故多呈臺(tái)階型地形。4）泥巖基本上是風(fēng)化剝蝕、水土流失或泥石流；當(dāng)其被

34、深大沖溝切割時(shí)，兩沖溝間巖體風(fēng)化、松弛后有可能發(fā)生較大體積巖體滑移。5）膨潤(rùn)土蒙脫石等親水礦物必然成為坡體變形、失穩(wěn)控制層，在地層產(chǎn)狀近水平的地區(qū)也是如此。 地質(zhì)構(gòu)造要素1）地層產(chǎn)狀近水平坡體的變形、失穩(wěn)主控界面是平行江河、溝谷的垂直裂隙同層面的組合，變形體的規(guī)模取決于側(cè)向（垂直江河、溝谷）界面的間距。當(dāng)下伏親水礦物層或易風(fēng)化層時(shí)，變形、失穩(wěn)規(guī)?？蛇_(dá)幾百萬(wàn)甚至幾千萬(wàn)立方米，重慶市和萬(wàn)縣市即是如此。2）順向坡當(dāng)?shù)貙訉用鎯A向江河時(shí)，順層（面）的變形、失穩(wěn)是基本型式，而變形、失穩(wěn)規(guī)模的控制參數(shù)是層問(wèn)摩擦角（f）同巖層傾斜角(as)二者的關(guān)系，即變形、失穩(wěn)條件是： as f。3）反向坡當(dāng)?shù)貙觾A向山體時(shí)

35、，坡作的變形、失穩(wěn)控制界面是反傾向（即傾向江河）裂隙同層面的組合。在低剛度砂、泥巖交互層中呈現(xiàn)為墜潰型失穩(wěn)。4）斜切坡坡體的變形、失穩(wěn)型式及規(guī)模取決于走向裂隙與傾向裂隙產(chǎn)狀同層面產(chǎn)狀之間的相互關(guān)系，在高剛度巖體中呈現(xiàn)為局部性崩塌，在低剛度巖體中可形成一定規(guī)模的崩滑或墜潰。華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所(二) 土質(zhì)邊坡 華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所1）沖洪積層變形、失穩(wěn)控制層是層間粉細(xì)砂（即易液化層）、淤泥以及膨潤(rùn)土；當(dāng)邊坡切穿地下水面時(shí)，地下水滲出部位往往是邊坡失穩(wěn)的起跳部位。2）傾斜面上的崩坡積層這類(lèi)層位需要特別謹(jǐn)慎，基巖面往往是地下水循環(huán)帶，一旦揭

36、露地下水必將導(dǎo)致大面積變形、失穩(wěn)。3）崩滑體崩滑體首先必須論證其今后的演化趨勢(shì)，分別論證淺層失穩(wěn)與整體性失穩(wěn)的條件。在對(duì)崩滑體的整體穩(wěn)態(tài)進(jìn)行充分論證之后，具體研究建筑物位置或公路線(xiàn)路。不同于沖洪積層，崩滑體多疏松、架空，故邊坡工程必須考慮上體的固結(jié)問(wèn)題。崩滑體要按物質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分區(qū)并利用以碎塊石為主體的區(qū)域，回避以泥土為主體的部位，因?yàn)楸阑w的后期改造主要地出現(xiàn)在這類(lèi)部位。4）地表地下水除了地震和大藥量爆破等不合理的人類(lèi)活動(dòng)干擾外，影響邊坡和崩滑體穩(wěn)定的第一因素是水，故對(duì)地表水和地下水的研究進(jìn)而建立滲流場(chǎng)模型，是邊坡工程和崩滑體治理工程的第一任務(wù)。 具體地，要明確以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：1 地下水同

37、大氣降雨、洪水之間的相互關(guān)系；2 地下水的補(bǔ)給、賦存、運(yùn)移及排泄；3 坡體的滲透系數(shù)分區(qū)；4 靜、動(dòng)水壓力形成條件及量級(jí)；5 地下水的化學(xué)成分。 據(jù)此，具體進(jìn)行地表、地下水排水型式及系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所 疏干坡體或崩滑體，固然是我們所期望的最終目標(biāo)，但實(shí)際上不可能做到。我們所能做到的就是：坡體或崩滑體的地下水位要保持在一個(gè)水平，在這個(gè)水平下，該坡體或崩滑體的穩(wěn)態(tài)能得以保證。必須強(qiáng)調(diào)的是：不要改變變形主控界面（如原主滑帶或?qū)娱g軟弱夾層）處于季節(jié)性干、濕交替環(huán)境中。要保證：要么使其處于干燥或天然含水量狀態(tài)，要么使其處于飽和狀態(tài)（但必須論證飽水條件下坡體或崩

38、滑體的抗滑安全余度）。 (2) 邊坡的支護(hù) 華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所 邊坡的支護(hù)基本上是以下三個(gè)方面考慮：1）對(duì)坡體上已經(jīng)出現(xiàn)的松動(dòng)帶的處理。實(shí)際上所有人工邊坡都注意到了這個(gè)問(wèn)題。故多采用掛網(wǎng)噴漿、錨固、清除等多種手段進(jìn)行治理。 2）不使人工邊坡導(dǎo)致坡體出現(xiàn)新的松動(dòng)域。這個(gè)問(wèn)題主要出現(xiàn)在深挖而且涉及初始地應(yīng)力場(chǎng)邊坡中。在這類(lèi)場(chǎng)合，首先要進(jìn)行地應(yīng)力場(chǎng)研究，然后進(jìn)行彈塑性有限元分析，大體評(píng)估可能的應(yīng)力松弛帶及其規(guī)模并用變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行反分析。同有限元分析結(jié)果相比較，依次修正分析模型，最后推斷可能的變形量量級(jí)與應(yīng)力松弛帶的規(guī)模，以作為錨固設(shè)計(jì)依據(jù)。在這一分析中，還要進(jìn)行獨(dú)立

39、運(yùn)動(dòng)塊體的判斷甚至離散元分析，以確定局部補(bǔ)強(qiáng)方案。 3）不使人工邊坡改變坡體初始滲流場(chǎng)。該個(gè)問(wèn)題的難度較大，特別是地下水排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要是由于初始滲流場(chǎng)情況不明了。巖體滲流場(chǎng)模型的建立依據(jù)主要是斷層、劈理帶、裂隙密集帶以及松動(dòng)、風(fēng)化帶等集水構(gòu)造或部位的空間展布格局，然后進(jìn)行水文地質(zhì)鉆探與試驗(yàn)，以獲取必要的滲流場(chǎng)參數(shù)。故治理措施基本上是地表排水，人工邊坡要及時(shí)掛網(wǎng)噴漿進(jìn)行保護(hù)。3土質(zhì)邊坡的抗滑措施華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所 土坡增加穩(wěn)定的常用兩種方法是：利用一種外來(lái)施加的力系抵消或平衡下滑力；增加土體的內(nèi)在強(qiáng)度以致斜坡在沒(méi)有外來(lái)力系的幫助下保持穩(wěn)定。 在設(shè)計(jì)研究期間，兩

40、種方法都應(yīng)予以考慮，以保證最好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。類(lèi)似的方法也被用來(lái)整治施工期或施工后發(fā)生的滑坡。 增加潛在的或現(xiàn)有的滑坡的抗力的很多方法都是適用的。盡管這些方法的內(nèi)容可以是很廣泛的，但可以把它們概括為兩個(gè)基本原則：在滑坡的趾部施加抗滑力；增加滑動(dòng)帶土體的強(qiáng)度。 下面介紹三種方法（扶壁或填土反壓、樁系統(tǒng)和錨固系統(tǒng)）主要是在滑動(dòng)體趾部施加抗力，而其余的方法(地下排水、化學(xué)處理、電滲排水和焙燒處理)是增加破壞帶土體強(qiáng)度的主要方法。 （一）施加外力(1) 扶壁或填土反壓法 華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所 穩(wěn)定斜坡的扶壁或填土反壓設(shè)計(jì)包括一個(gè)基本原則，那就是提供足夠的自重或在不穩(wěn)定體的

41、趾部附近人為地增強(qiáng)約束以防止坡體移動(dòng)。根據(jù)未支擋前的斜坡幾何形狀和可利用的土的抗剪強(qiáng)度作的穩(wěn)定分析預(yù)示出導(dǎo)致坍滑的各種力和土體中存在的抵抗移動(dòng)的各種力。扶壁則在斜坡的趾部附近提供一個(gè)附加抵抗分力以保證足夠的抗破壞安全系數(shù)。 作為設(shè)計(jì)的穩(wěn)定體的任何抗滑結(jié)構(gòu)的效能體現(xiàn)在該結(jié)構(gòu)物對(duì)下述三種情況的抗衡作用：傾覆；沿基底面或基底以下的滑動(dòng)；內(nèi)部剪切作用。在抗傾覆分析中，把扶壁視為承重結(jié)構(gòu)并對(duì)力系進(jìn)行解析，以保證合力的適當(dāng)位置。在基底面或基底以下的潛在滑動(dòng)分析中，在設(shè)計(jì)和施工階段都必需注意，確保扶壁具有足夠的基礎(chǔ)深度和保證扶壁置于其上的土層的規(guī)定質(zhì)量?？紤]內(nèi)部剪切作用時(shí)，要求設(shè)計(jì)者必需驗(yàn)算扶壁或填土反壓結(jié)

42、構(gòu)內(nèi)不同高度處橫斷面的尺寸，保證抗滑結(jié)構(gòu)不致受內(nèi)部剪切而破壞。(2) 支承樁法 華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所 加筋土是由回填土和土工織物、土工格柵按一定的設(shè)計(jì)組成的材料，能形成一個(gè)足夠支承和約束大負(fù)荷的塊體。加筋土擋墻的側(cè)面通常是垂直的，且填料被充填在織物或素混凝土板的后面。加筋上在公路建設(shè)中正獲得更多的用途，特別是用作扶壁式的擋土結(jié)構(gòu)。和扶壁一樣，加筋土是一種設(shè)置于穩(wěn)定基礎(chǔ)上的重力式結(jié)構(gòu)，并且這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)必須能抵抗各種斜坡推動(dòng)力，即能抗傾覆、抗內(nèi)部剪切和抗基底面或低于基底面的滑動(dòng)。 通常采用的扶壁或支承結(jié)構(gòu)的其他類(lèi)型包括木材擋土墻；木的、金屬的和混凝土的框架；毛石的和

43、污工的擋土墻、鋼筋混凝土擋土墻及不同型式的錨桿擋墻。 在城市地區(qū)減緩斜坡或填土反壓都不適于解決路塹邊坡的穩(wěn)定問(wèn)題。由于用地的限制和已有的結(jié)構(gòu)物的存在，要求更緊密地注意擬定的穩(wěn)定方案所帶來(lái)的可以接受的危險(xiǎn)。一種實(shí)用的方法是用大直徑的樁群作為預(yù)挖支承。需詳細(xì)地預(yù)示出導(dǎo)致移動(dòng)的力系，而抵消土體移動(dòng)所必需的附加力由緊密排布的垂直樁墻來(lái)提供?，F(xiàn)澆樁群可以設(shè)計(jì)成懸臂式或帶錨桿的錨系式。兩者中任一方式都要求樁的橫斷面能抵抗土體在開(kāi)挖過(guò)程中的全部土推力。 (3) 錨固法 在很多情況下，大的滑體移動(dòng)往往在樁尖以下土體中發(fā)展成破裂面，所以，這種樁的所有設(shè)計(jì)方案都應(yīng)該用實(shí)際的土參數(shù)慎重進(jìn)行。甚至是最小的滑體，這些力

44、也是較大的，因而，為防止土體滑動(dòng)并充分發(fā)揮樁的效能，必須使它具有足夠的橫斷面和錨固深度。 華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所 錨固系統(tǒng)是一種類(lèi)型錨系墻，這種墻的許多變換形式的設(shè)計(jì)是有用的。這種墻的設(shè)計(jì)都是利用拉桿系統(tǒng)傳遞荷載到滑體后面良好抗力區(qū)域，并使其承受作用在墻上的回填土壓力這一基本原則的。拉桿包括先張拉或后張拉的鋼束、拉桿或者是鋼絲和某些形式的錨固樁或能發(fā)揮足夠被動(dòng)土壓力的其他方法。 （二）增加滑體滑面本身強(qiáng)度(1) 地下排水法 華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所 滑體的最有效處理措施之一是通過(guò)地下排水來(lái)增加土體的抗剪強(qiáng)度，即提高土體的c、f值，同時(shí)也可增

45、加破壞面上的有效垂直應(yīng)力，使總的抗滑能力提高。破壞面上的有效垂直應(yīng)力。(2) 化學(xué)處理法 該項(xiàng)技術(shù)包括用濃縮的化學(xué)溶液處理沿潛在滑動(dòng)面的粘土礦物。用于離子交換的實(shí)際化學(xué)溶液是由被處理土的粘土礦物和滑動(dòng)土體中的主要地下水狀況來(lái)確定的。為了借助于離子交換使粘土的性質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)變化，粘土礦物中的一些陽(yáng)離子被注入的化學(xué)溶液中的不同陽(yáng)離子置換出來(lái)。 在飽和粘土中，陽(yáng)離子通過(guò)土結(jié)構(gòu)的遷移速度比水滲透的速度似乎快得多。陽(yáng)離子置換可能導(dǎo)致土的剪切強(qiáng)度增到200300。雖然用各種方法處理的大多數(shù)粘土的剪切帶初始強(qiáng)度是較低的，但是，強(qiáng)度相對(duì)的較小增加通常就足以使滑體穩(wěn)定。華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研

46、究 所 其他化學(xué)處理法有石灰或石灰土混合法、水泥砂漿和含鉀溶液漿。試圖增加土的抗剪強(qiáng)度最常用的化學(xué)處理主要是石灰。 水泥灌漿法在某公路工程中得到應(yīng)用，一段90m臺(tái)階形公路路塹開(kāi)始向前滑動(dòng)，并威脅公路和公路邊坡下大的供水水庫(kù)。經(jīng)調(diào)查分析表明道路基礎(chǔ)區(qū)域由較厚的破碎塊石、巖錐碎屑組成。在沿巖石空隙大的滑動(dòng)面處設(shè)置了觀測(cè)儀器，將大量的水泥漿灌注到該層的空隙中和周?chē)鷧^(qū)域，增加了斜坡基礎(chǔ)的抗剪強(qiáng)度。雖然大量的漿液費(fèi)用很高，但斜坡確實(shí)被穩(wěn)定住了。 (3) 高壓噴射注漿法 華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所 利用鉆機(jī)將帶有噴嘴的注漿管鉆進(jìn)滑體滑動(dòng)面的預(yù)定位置后，以高壓設(shè)備使?jié){液或水以20MP

47、a左右的高壓流從噴嘴中噴射出來(lái)，沖擊破壞土體。當(dāng)能量大、速度快和呈脈動(dòng)狀的噴射流的動(dòng)壓超過(guò)滑體土體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時(shí)，土粒便從土體剝落下來(lái)，在噴射流的沖擊力、離心力和重力等作用下與漿液攪拌混合，并按一定的漿土比例和質(zhì)量大小有規(guī)律的重新排列。漿液凝固后，便在土中形成一個(gè)固結(jié)體。固結(jié)體的形狀和噴射流移動(dòng)方向有關(guān)。一般分為旋轉(zhuǎn)噴射（簡(jiǎn)稱(chēng)旋噴，主要用在地基加固）及定向噴射（定噴）。后者是噴嘴一面噴射一面提升，噴射方向固定不變，固結(jié)體形如壁狀，特別適合于加固滑坡體，它不僅具有加固質(zhì)量好、可靠性高、止水防滲、防止砂土液化、降低土中含水量和減少支擋結(jié)構(gòu)上的滑體壓力等特點(diǎn)，而且還具有不影響鄰近建筑物、不對(duì)周?chē)h(huán)境產(chǎn)

48、生危害、不影響滑體上的建筑物、道路交通和節(jié)省鋼材等特點(diǎn)。 (4) 電滲法 華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所 電滲法可在現(xiàn)場(chǎng)有效地增加土體抗剪強(qiáng)度。這種方法雖然費(fèi)用昂貴，但它能夠引起孔隙水在預(yù)先埋置的電極之間遷移，孔隙水的損失又可引起土壤固結(jié)并增加土的抗剪強(qiáng)度。 國(guó)外一個(gè)開(kāi)挖約45m深和面積約24mX12m的基坑以便設(shè)置橋基支撐的公路工程，四周邊坡主要是飽和的稍均勻的粉砂土位于2.5:1的斜坡上。在開(kāi)挖邊坡時(shí)發(fā)生了滑坡。在考慮凍結(jié)、化學(xué)灌注、放緩邊坡和擋墻等比較方案之后，選擇了電滲作為最經(jīng)濟(jì)的方案。在三個(gè)月的時(shí)間里降低地下水位以保證施工的順利進(jìn)行，開(kāi)挖邊坡變陡到1:1，最后，成

49、功地完成了這一工程。(5) 焙燒法 焙燒法的各種應(yīng)用在早期被應(yīng)用到公路滑坡和不穩(wěn)定鐵路路基的支撐工程中。 （三）綜合治理法 華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所 在大多數(shù)的應(yīng)用中，是上述各種方法的綜合應(yīng)用。扶壁填土可與地下排水系統(tǒng)結(jié)合使用，增加抗滑力并使排水系統(tǒng)變得更有效，因此斜坡的穩(wěn)定性隨時(shí)間而增加。從豎井中抽水可在施工期間保持路塹穩(wěn)定；而平孔排水?？勺鳛殚L(zhǎng)期措施，同時(shí)替代豎井抽水。如在平孔施工時(shí)，從兩個(gè)豎井中抽水，以減少水壓。為了保證重建路堤的完整性又鋪設(shè)了數(shù)條護(hù)道，而水平排水孔仍繼續(xù)減少土體中水的壓力。這種整治法的長(zhǎng)期效應(yīng)要求水平排水孔在結(jié)構(gòu)物的使用期間起到應(yīng)有的作用。在其

50、他邊坡工程中，各種不同的化學(xué)灌漿方法結(jié)合使用以增加事先確定的滑動(dòng)帶的強(qiáng)度，用以穩(wěn)定緩慢移動(dòng)的滑坡。 各種方法綜合應(yīng)用中不管是在設(shè)計(jì)和施工階段都代表了細(xì)致考慮和應(yīng)用工程原則以達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理的解決辦法的研究。在土工工程中，設(shè)計(jì)和實(shí)際施工多少總有點(diǎn)不一致，這是因?yàn)樵谑┕て陂g，土體強(qiáng)度、地下水位和斜坡形態(tài)的各種綜合作用在設(shè)計(jì)階段不可能被充分考慮，因此仍可能發(fā)生斜坡破壞。 4巖質(zhì)邊坡的抗滑措施 華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所 土和巖質(zhì)的基本特征和性能的不同，因而巖質(zhì)邊坡設(shè)計(jì)完全不同于土質(zhì)斜坡。巖石和土不同，土是一種相對(duì)勻質(zhì)的、由非膠結(jié)顆粒組成的連續(xù)介質(zhì)；巖體則是不勻質(zhì)的和主要由不連續(xù)面

51、分隔的分離巖塊組成的非連續(xù)介質(zhì)。堅(jiān)硬巖體內(nèi)空間幾何形態(tài)和土與巖石組分的聯(lián)結(jié)性質(zhì)是完全不同的。土的破壞發(fā)生在土體內(nèi)部而且破裂面的方向和土的性質(zhì)變化無(wú)關(guān)。然而，堅(jiān)硬巖體中的破裂面則沿預(yù)先存在的不連續(xù)面并不完全貫穿完整的巖體，除非巖體的巖性是很軟的。因?yàn)閹r體的強(qiáng)度和變形性質(zhì)是各向異性的，故巖體的抗剪強(qiáng)度很大程度上取決于不連續(xù)面的存在。 巖質(zhì)邊坡設(shè)計(jì)包含工程問(wèn)題和地質(zhì)問(wèn)題，除此之外，還要將評(píng)價(jià)和判斷技巧與以前實(shí)例中的知識(shí)結(jié)合起來(lái)。這些因素包括構(gòu)造地質(zhì)、區(qū)域地形、排水條件、水文地質(zhì)、大地構(gòu)造史和其他增加或降低斜坡穩(wěn)定性的環(huán)境特征。一、巖質(zhì)邊坡設(shè)計(jì)中的重要因素（一）結(jié)構(gòu)面的不連續(xù)性 華 中 科 技 大 學(xué)

52、 巖 土 工 程 研 究 所 巖質(zhì)斜坡的穩(wěn)定性很大程度上取決于巖體內(nèi)破壞面和不連續(xù)面的存在和性質(zhì)。最主要的是，巖體的主要物理力學(xué)性質(zhì)是隨這些破壞面的狀態(tài)、形狀和空間分布而變化的。巖質(zhì)邊坡設(shè)計(jì)的基本原則是以下述幾方面為基礎(chǔ)的： （l）節(jié)理和其他不連續(xù)面的體系；（2）這些體系與可能的破壞面的相互關(guān)系；（3）節(jié)理的強(qiáng)度參數(shù)，包括節(jié)理面和各種節(jié)理充填物性質(zhì)；（4）節(jié)理中的水壓力。 巖質(zhì)斜坡的穩(wěn)定性主要是通過(guò)分析巖體中的結(jié)構(gòu)不連續(xù)面來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)的，而不是以完整巖石本身的強(qiáng)度來(lái)評(píng)價(jià)。當(dāng)結(jié)構(gòu)的不連續(xù)面影響到沿這些特征面的抗剪粘聚力和摩擦力時(shí)，應(yīng)該觀察沿不連續(xù)面的剪切破壞情況。對(duì)于結(jié)構(gòu)不連續(xù)面和巖質(zhì)斜坡的方向和

53、傾角及任何可以影響潛在破壞面的各種因素的關(guān)系必須給予特別的注意。 結(jié)構(gòu)不連續(xù)面的主要性質(zhì)及所需的定性和定量評(píng)價(jià)如下： 華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所 1空間方位或狀態(tài)是最重要的性質(zhì)。如果節(jié)理的方位能促使斜坡破壞的話(huà)，那么其他性質(zhì)的影響通常是不重要的，必須仔細(xì)考慮那些使斜坡失穩(wěn)的傾斜的不連續(xù)面。當(dāng)不連續(xù)面的走向接近于斜坡的走向時(shí)，其潛在的不穩(wěn)定性會(huì)成比例地增加。 2巖體的連續(xù)性或規(guī)模評(píng)價(jià)巖體的連續(xù)性或規(guī)模特征是最困難的。含有一個(gè)或多個(gè)不連續(xù)面的破壞面上的強(qiáng)度損失是隨不連續(xù)面的規(guī)模而變化的。一組特殊的節(jié)理組的平均連續(xù)性部分地表示出巖體材料和不連續(xù)面分別對(duì)巖體力學(xué)性質(zhì)的影響程度；

54、此外，平均連續(xù)性影響含有這些特征的可能破壞的大小。3充填物充填物的三個(gè)最重要的特征是厚度、類(lèi)型和硬度。如果充填物有足夠的厚度，那么不連續(xù)巖面將互不接觸，其強(qiáng)度性質(zhì)將是充填物的性質(zhì)。 4間距不連續(xù)面的間距部分地表示完整巖體和不連續(xù)面各自對(duì)巖體力學(xué)性質(zhì)的影響程度。如果間距很小，巖體就軟弱。較大的節(jié)理頻度增加膨脹(擴(kuò)容)的可能性。華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所5粗糙面存在有二種：第一種粗糙面(波紋)不可能被剪斷，但它影響沿不連續(xù)面的剪切位移特征并能有效地改變斜坡破壞時(shí)的移動(dòng)方向。不連續(xù)面上的起伏和波紋降低該面的有效視傾角。第二種粗糙面(不平整面)是較次要的，在移動(dòng)期間可能被剪斷，

55、這些面使沿不連續(xù)面的摩擦強(qiáng)度明顯增加。6先期的剪切位移不連續(xù)巖面上的剪切位移將破壞粗糙面上的凸凹不平，因此，剪切強(qiáng)度從最初的峰值強(qiáng)度降低到接近殘余強(qiáng)度。7巖石種類(lèi)不同種類(lèi)的巖石及其蝕變后的生成物，由于它們的成因和成分不一樣，有著不同的軟弱性和強(qiáng)度。因此，不同種類(lèi)的巖石和充填物的性質(zhì)變化很大。每種巖石的特征都明顯地影響摩擦角、粗糙特性和不連續(xù)面的硬度。8巖石的硬度與無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度之間有著一定的關(guān)系。硬度增加，抗剪強(qiáng)度相應(yīng)增加。在沿不連續(xù)面剪切破壞期間，充填物和第二種粗糙面被剪斷，不連續(xù)面的剪切強(qiáng)度是充填物的強(qiáng)度和組成粗糙面的巖石的強(qiáng)度的函數(shù)9成因不連續(xù)面的成因?qū)⒂绊懰鼈冊(cè)谛逼轮械墓こ桃饬x。（二）

56、地下水 華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所 節(jié)理中的地下水與起其他所有因素相比，可能是造成巖體滑動(dòng)更主要的原因。因此，必須詳盡了解水文地質(zhì)特征及其影響，而了解水壓力的分布及影響的諸因素則是最基本的、必須充分考慮結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和層位對(duì)水的流動(dòng)、滲透性、補(bǔ)給量和蓄水能力等因素的控制性影響。同時(shí)也要考慮自然環(huán)境因素，如氣候條件的變化，這種情況會(huì)引起補(bǔ)給量的周期增高或降低以及地下水狀況的其他變化。 斜坡中的水能通過(guò)以下幾個(gè)途徑影響斜坡的穩(wěn)定性：1）通過(guò)物理和化學(xué)作用影響節(jié)理充填物中的孔隙水及其壓力，從而改變充填物質(zhì)的強(qiáng)度指標(biāo)。2）節(jié)理面作用的靜水壓力減少了作用在它上面的有效正應(yīng)力，從而降低

57、了沿潛在破壞面上的抗剪強(qiáng)度。3）由于水對(duì)顆粒間的抗剪強(qiáng)度的影響，引起抗壓強(qiáng)度的降低。（三）巖性、風(fēng)化作用和侵蝕作用 華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所 一般來(lái)講，斜坡是由不同地質(zhì)成因的巖石綜合組成的。這種巖層可以是層序不一的沉積巖，也可以被火成巖體侵入，也可以部分地遭受變質(zhì)作用。巖體代表幾種巖石單元的總和，其力學(xué)性能是整個(gè)巖體的力學(xué)性能，這與單個(gè)巖石單元本身的性能是大不相同的。其中產(chǎn)生不連續(xù)面的巖體或主巖直接影響不連續(xù)面的強(qiáng)度特征，特別是在沒(méi)有節(jié)理充填物的情況下，不連續(xù)巖面以二種方式影響節(jié)理的強(qiáng)度：其一，影響組成節(jié)理物質(zhì)的摩擦性質(zhì)；其二，影響節(jié)理面起伏不平的原始強(qiáng)度。 風(fēng)化作用

58、可對(duì)巖石的變形性質(zhì)產(chǎn)生不利影響并降低其極限承載能力和其他強(qiáng)度性質(zhì)。風(fēng)化作用的影響，在通常情況下只能定性地予以評(píng)價(jià)，但對(duì)于充分了解的斜坡分析應(yīng)該做到定量評(píng)價(jià)。水分也能引起巖石的變化，含水量的增加可造成蒙脫土中高的膨脹壓力。這種高的膨脹壓力和低強(qiáng)度可導(dǎo)致巖石崩落，在某些情況下能導(dǎo)致巖體滑動(dòng)。地下水位的變化也能影響含有易溶礦物的巖石，如巖鹽、石膏等，許多斜坡的破壞都與低強(qiáng)度的石膏、滑石、綠泥石和其他在斷層帶中形成的層間礦物有關(guān)。（四）氣候條件 華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所 日溫差變化、降雨、降雪和凍融等情況既可單獨(dú)地又可綜合地造成明顯的斜坡穩(wěn)定問(wèn)題。 由于季節(jié)性降雨、突然的暴雨

59、和坡面上的冰引起地下水位的變化。由于開(kāi)挖面的形成，高滲透區(qū)將緊靠此坡面，但此區(qū)域的范圍尚難確定。如果斜坡坡腳的巖體承受接近于破壞荷載的話(huà)，那么附加的水壓力就足以引起斜坡的破壞。 在春融和夏季暴雨期間地下水位升高，故斜坡的破壞是最多的。某些破壞則是由于斜坡面上形成的冰凍促使節(jié)理中形成水壓而引起的。 凍結(jié)作用直接地或間接地引起巖崩。當(dāng)水凍結(jié)時(shí)，體積約增加9，在受限制空間內(nèi)凍結(jié)時(shí)會(huì)產(chǎn)生極大的壓力。在那些向下延伸有限的狹長(zhǎng)或不規(guī)則的充水裂縫和節(jié)理中，由于表面部分水的初始凍結(jié)可以變成本質(zhì)上的封閉體系。在這種情況下，冰的膨脹和巖石的低壓縮性可以產(chǎn)生破壞力，如果溫度繼續(xù)下降，巖石能承受更大的壓力的話(huà)，這種破

60、壞力在-22oC時(shí)可高達(dá)200MPa。這種程度的凍結(jié)溫度在溫帶區(qū)并不少見(jiàn)。（五）斜坡在平面和剖面上的幾何形態(tài) 華 中 科 技 大 學(xué) 巖 土 工 程 研 究 所 現(xiàn)行的大多數(shù)斜坡穩(wěn)定理論把斜坡視為二維的(即把無(wú)限長(zhǎng)的斜坡的一個(gè)單位長(zhǎng)視為平面應(yīng)變課題)，并認(rèn)為斜坡的頂部和趾部的平面半徑是無(wú)限大的。然而后一種情況在實(shí)踐中是不會(huì)遇到的，平面呈凹形的斜坡比凸形的斜坡更穩(wěn)定。 在山區(qū)地形、公路或鐵路挖方邊坡常常是凸形的，因此多傾向于不穩(wěn)定。相反，在露天礦中的邊坡通常是凹形故較穩(wěn)定。 在斜坡中，水平切向應(yīng)力可能是壓性的，也可能是張性的，這將取決于斜坡的幾何形態(tài)。切向斜坡的水平應(yīng)力在凹形斜坡中是有利的，因?yàn)?/p>