邊坡穩(wěn)定性案例分析報(bào)告

1、邊坡穩(wěn)定性分析方法綜述及案例研究摘要：本文首先介紹實(shí)際工程中邊坡穩(wěn)定性分析及處治技術(shù)研究的意義，其次介 紹邊坡破壞的形式及影響因素，并系統(tǒng)地介紹邊坡穩(wěn)定性分析的三大類(lèi)方法及其 原理。最后結(jié)合工程實(shí)際案例，采用赤平投影方法和FLAC3D軟件數(shù)值模擬對(duì)案例 中涉及的邊坡進(jìn)行了穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，并提出合理的加固措施。關(guān)鍵詞：邊坡穩(wěn)定性，穩(wěn)定性分析方法，赤平投影法，數(shù)值模擬，邊坡加固ABSTRACT: This article firstly introduces the meaning of slope stability analysis in practical projects and study

2、on treatment technology, then demonstrates the forms of slope failure and the influence factors. The article also introduces the three main methods on slope stability analysis and their theories systematically. In the end, according to a practical project, stereographic projection and numerical simu

3、lation through FLAC3D software are employed to conduct estimation of stability of a slope involved in the project, and thus the reasonable reinforcement measures.Key Words: slope stability analysis, stability analysis methods, stereographic projection, numerical simulation, slope reinforcement1引言邊坡是

4、指地殼表面一切具有側(cè)向臨空面的地質(zhì)體，是坡面、坡頂及其下部一 定深度坡體的總稱(chēng)。坡面與坡頂面下部至坡腳高程的巖體稱(chēng)為坡體。邊坡工程的穩(wěn)定性分析歷來(lái)是工程界和學(xué)術(shù)界極為關(guān)注的研究課題，而邊坡 穩(wěn)定性分析和評(píng)價(jià)一直是邊坡工程的核心問(wèn)題。邊坡穩(wěn)定分析涉及到水利水電工 程、鐵道工程、公路工程、礦山工程等諸多工程領(lǐng)域，能否正確評(píng)價(jià)邊坡的穩(wěn)定 性并處治加固不穩(wěn)定邊坡常常是此類(lèi)工程成敗的關(guān)鍵，也是確保工程安全和降低 建設(shè)費(fèi)用的重要環(huán)節(jié)。目前研究邊坡穩(wěn)定性的方法主要有三大類(lèi)1，即定性類(lèi)方法、定量類(lèi)方法和非 確定性方法。定性類(lèi)方法主要有過(guò)程機(jī)制分析法和工程地質(zhì)類(lèi)比法，定量類(lèi)方法 主要有剛體極限平衡法和有限元等數(shù)

5、值方法，非確定分析方法較多，主要為可靠 度法及與計(jì)算智能相結(jié)合的智能分析方法等新方法。本文在介紹三大類(lèi)邊坡穩(wěn)定性分析方法的同時(shí)，結(jié)合具體工程案例，對(duì)案例 涉及到的邊坡采用赤平投影法和FLAC3D軟件進(jìn)行了穩(wěn)定性分析及數(shù)值模擬，最后 對(duì)比并給出了該邊坡的最佳加固方案。2邊坡變形破壞基本原理2.1邊坡應(yīng)力場(chǎng)的基本特征邊坡成坡過(guò)程中，臨空面周?chē)膸r體發(fā)生卸荷回彈，引起應(yīng)力重分布和應(yīng)力 集中等效應(yīng)。根據(jù)一些線(xiàn)彈性有限元計(jì)算成果，邊坡成坡后，巖體的應(yīng)力狀態(tài)較 前發(fā)生了以下幾個(gè)主要方面的變化2。 由于應(yīng)力重分布，邊坡周?chē)鲬?yīng)力跡線(xiàn)發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)。無(wú)論是在重力場(chǎng)條 件下，還是在以水平應(yīng)力為主的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)條件下

6、，其總的特征表現(xiàn)為越靠近臨 空面，最大主應(yīng)力越接近平行于臨空面，最小主應(yīng)力則與之近于正交。由于應(yīng)力分異的結(jié)果，在臨空面附近造成應(yīng)力集中帶。但坡腳區(qū)和坡緣（邊 坡面與坡頂面的交線(xiàn)）區(qū)情況有所不同。坡腳附近最大主應(yīng)力（相當(dāng)于臨空面的 切向應(yīng)力）顯著增高，且越近表面越高；最小主應(yīng)力（相當(dāng)于徑向應(yīng)力）顯著降 低，于表面處降為零，甚至轉(zhuǎn)為拉應(yīng)力。因而，這一帶是邊坡中應(yīng)力差或最大剪 應(yīng)力最高的部位，形成一最大剪應(yīng)力增高帶，通常是邊坡中最容易發(fā)生變形和破 壞的部位，往往因此而產(chǎn)生與坡面或坡底面平行的壓制拉裂面。坡緣附近，在一 定條件下，坡面的徑向應(yīng)力和坡頂面的切向應(yīng)力可轉(zhuǎn)為拉應(yīng)力，形成一張力帶。因而，這些部

7、位的巖體容易被拉裂形成與坡面近于平行的拉裂面。（3）與主應(yīng)力跡線(xiàn)偏轉(zhuǎn)相聯(lián)系，坡體內(nèi)最大剪應(yīng)力跡線(xiàn)由原先的直線(xiàn)變?yōu)榻?圓弧線(xiàn)，弧的下凹面朝著臨空方向。（4）坡面處由于徑向壓力實(shí)際等于零，所以實(shí)際上處于單向應(yīng)力狀態(tài)（不考慮 邊坡走向方向的七時(shí)），向內(nèi)漸變?yōu)閮上蚧蛉颍紤]七時(shí)）狀態(tài)。2.2邊坡巖體變形破壞基本形式邊坡形成過(guò)程中，由于應(yīng)力狀態(tài)的上述變化，邊坡巖土體將發(fā)生不同方式、 不同規(guī)模和不同程度的變形，并在一定條件下發(fā)展為破壞。斜坡破壞的基本類(lèi)型 按運(yùn)動(dòng)方式劃分為崩落（塌）、傾倒、滑動(dòng)（落）、側(cè)向擴(kuò)離和流動(dòng)等5種基本類(lèi) 型，還可組合成多種復(fù)合類(lèi)型，如滑坡-泥石流。2.3影響邊坡穩(wěn)定性的因素2.

8、3.1巖土性質(zhì)巖土的成因類(lèi)型、組成的礦物成分、巖土結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度等是決定邊坡穩(wěn)定性的 重要因素。由堅(jiān)硬（密實(shí)）、礦物穩(wěn)定、抗風(fēng)化性好、強(qiáng)度較高的巖土構(gòu)成的邊坡， 其穩(wěn)定性一般較好；反之就較差。2.3.2巖體結(jié)構(gòu)巖體包括結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體。巖體中結(jié)構(gòu)面的存在，降低了巖體的整體強(qiáng)度， 增大了巖體的變形性能，加強(qiáng)了巖體的流變力學(xué)特性和其他時(shí)間效應(yīng)，并且加深 了巖體的不均勻性、各向異性和非連續(xù)性等性質(zhì)。大量的巖質(zhì)邊坡工程事故表明， 不穩(wěn)定巖體往往是沿著一個(gè)結(jié)構(gòu)面或多個(gè)結(jié)構(gòu)面的組合邊界產(chǎn)生剪切滑移、張裂 破裂和錯(cuò)動(dòng)變形等而造成邊坡巖體的失穩(wěn)。2.3.3水文地質(zhì)條件水文地質(zhì)條件包括地下水的賦存、補(bǔ)給、徑流、排泄條

9、件。由于巖土體的力 學(xué)性質(zhì)受水的影響很大，地下水富集程度的提高一方面增大坡體下滑力；另一方 面降低軟弱夾層和結(jié)構(gòu)面的抗剪程度，引起孔隙水壓力上升，降低滑動(dòng)面的有效 正應(yīng)力，導(dǎo)致滑動(dòng)面的抗滑力減小。此外，地下水的滲流將對(duì)巖土體產(chǎn)生動(dòng)水力、 水位的升高將產(chǎn)生浮托力、地表水對(duì)岸坡的侵蝕使其失去側(cè)向或底部支撐等，這 些都對(duì)邊坡的穩(wěn)定不利。2.3.4地震作用地震對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響極大，地震往往伴隨有大量的邊坡失穩(wěn)。地震作用 導(dǎo)致邊坡穩(wěn)定性降低主要是由于地震作用產(chǎn)生水平地震附加力，當(dāng)水平地震附加 力的作用方向不利時(shí)，邊坡的下滑力增大，滑動(dòng)面的抗滑力減小。另外，在地震 作用下，巖土中的孔隙水壓力增加和巖土體

10、強(qiáng)度降低，也對(duì)斜坡的穩(wěn)定不利。 2.3.5地貌因素不利形態(tài)和規(guī)模的邊坡往往在坡頂產(chǎn)生張應(yīng)力，并導(dǎo)致坡頂出現(xiàn)張裂縫；在 坡腳產(chǎn)生強(qiáng)烈的剪應(yīng)力，出現(xiàn)剪切破壞帶，這些作用極大地降低了邊坡的穩(wěn)定性。 平面上呈凹形的邊坡較呈凸形的穩(wěn)定。2.3.6風(fēng)化作用風(fēng)化作用使巖土的抗剪強(qiáng)度降低，裂隙增加、擴(kuò)大，影響斜坡的形狀和坡度; 并且透水性增加，使地面水易于浸入，改變地下水的動(dòng)態(tài)等。邊坡沿裂隙風(fēng)化時(shí)， 可使巖土體脫落或沿邊坡崩塌、堆積和滑移等。2.3.7人類(lèi)工程活動(dòng)的影響隨著人類(lèi)工程活動(dòng)規(guī)模的日益擴(kuò)大，人類(lèi)工程活動(dòng)對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響越來(lái) 越顯著，不當(dāng)?shù)娜祟?lèi)工程活動(dòng)引起的邊坡失穩(wěn)事故頻頻發(fā)生，使得人們不得不重 視

11、人類(lèi)工程活動(dòng)對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響。例如，不當(dāng)?shù)南髌峦蛊履_結(jié)構(gòu)面或軟弱夾層的覆蓋層變薄或切穿，減小 坡體滑動(dòng)面的抗滑力，從而邊坡的穩(wěn)定性降低；坡頂加載既增加了坡體下滑力， 又加大了坡頂張應(yīng)力和坡腳剪應(yīng)力的集中程度，使邊坡巖土體破壞，降低強(qiáng)度； 對(duì)于地下開(kāi)挖，當(dāng)?shù)叵虏删蚬こ唐叫杏谶吰伦呦?，開(kāi)挖活動(dòng)往往切割邊坡的鎖固 段，降低了邊坡穩(wěn)定性，甚至使其失穩(wěn)，如果地下開(kāi)挖埋深較大，失穩(wěn)往往是整 體性的。3邊坡穩(wěn)定性分析的定性類(lèi)方法邊坡穩(wěn)定性的定性類(lèi)方法主要有過(guò)程機(jī)制分析法和工程地質(zhì)類(lèi)比法。3.1過(guò)程機(jī)制分析法過(guò)程機(jī)制分析法應(yīng)用邊坡變形、破壞的基本規(guī)律，通過(guò)追溯邊坡演變的全過(guò) 程，對(duì)邊坡穩(wěn)定性發(fā)展的總趨勢(shì)

12、和區(qū)域性特征作出評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)。過(guò)程機(jī)制分析法主要包括：（1）根據(jù)階段性規(guī)律預(yù)測(cè)邊坡所處演變階段和發(fā)展 趨勢(shì)， 根據(jù)周期性規(guī)律判定促進(jìn)邊坡演變的主導(dǎo)因素，（3）根據(jù)區(qū)域性規(guī)律闡 明邊坡穩(wěn)定性分區(qū)特征。3.1.1階段性規(guī)律邊坡可能具有的變形形式和破壞方式與斜坡外形特征、地質(zhì)結(jié)構(gòu)以及所處環(huán) 境之間是密切相關(guān)的。對(duì)于一個(gè)具一定外形和結(jié)構(gòu)特征的斜坡，可以應(yīng)用赤平投 影方法綜合分析坡體中起控制作用的結(jié)構(gòu)面或軟弱帶的空間組合狀況，即可大致 確定斜坡的類(lèi)型和可能的變形機(jī)制及破壞方式4 5 60通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，查明某一具體斜坡已有的變形跡象，闡明其形成演變機(jī)制， 即可參照各類(lèi)變形模式演變圖式和階段劃分的地質(zhì)依據(jù)，確

13、定邊坡所處演變階段。 分析中應(yīng)特別注意變形模式的轉(zhuǎn)化標(biāo)志。對(duì)于一些重要的邊坡，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，查明邊坡類(lèi)型和變形機(jī)制模式，建立 相應(yīng)的力學(xué)和數(shù)學(xué)模型，采用物理和數(shù)值再現(xiàn)模擬，將模擬成果與實(shí)際調(diào)查情況 進(jìn)行對(duì)照，則可對(duì)邊坡目前的演變階段和發(fā)展趨勢(shì)作出評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)。3.1.2周期性規(guī)律促進(jìn)斜坡變形破壞的各種因素，在地質(zhì)歷史進(jìn)程中都有其各自的周期性變化 規(guī)律。例如河流由侵蝕變?yōu)橛俜e、由淤積再轉(zhuǎn)為侵蝕；地震的周期性出現(xiàn)以及氣 象、水文動(dòng)態(tài)的季節(jié)性變化和多年變化等。因而斜坡演變也會(huì)具有周期性變化規(guī) 律，并受到主導(dǎo)因素的周期性變化規(guī)律所制約。追溯斜坡演變過(guò)程中的周期性規(guī) 律，可以判定不同時(shí)期促進(jìn)斜坡演變的主導(dǎo)

14、因素。3.1.3區(qū)域性規(guī)律在地質(zhì)條件、地貌條件以及氣候條件相似地區(qū)，斜坡演變規(guī)律會(huì)有相似性。 斜坡演變的區(qū)域性規(guī)律，實(shí)際上決定于動(dòng)力環(huán)境的形成和演變特征。在進(jìn)行區(qū)域 評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)注意環(huán)境動(dòng)力因素的演變對(duì)斜坡演變的影響。以近期地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)為 例，可以表現(xiàn)在地區(qū)近期的升降特征、地區(qū)構(gòu)造最大主壓應(yīng)力方向及其變化、活 斷層斷面特征及活動(dòng)方式。3.2工程地質(zhì)類(lèi)比法工程地質(zhì)類(lèi)比法是指把所要研究的邊坡與已取得勘察資料、建筑經(jīng)驗(yàn)地質(zhì)條 件類(lèi)似的邊坡進(jìn)行對(duì)照，并作出工程地質(zhì)評(píng)價(jià)的方法。主要是對(duì)已有邊坡的巖性、 結(jié)構(gòu)、自然環(huán)境、變形主導(dǎo)因素和發(fā)育階段等作全面分析，并與擬建邊坡作出相 似性的比較，評(píng)價(jià)擬建邊坡的穩(wěn)定性

15、和發(fā)展趨勢(shì)。例如：從失穩(wěn)邊坡與穩(wěn)定邊坡 在地貌上不同的特征來(lái)判斷邊坡的演變和穩(wěn)定性；從邊坡的結(jié)構(gòu)和作用等因素的 組合來(lái)判斷邊坡穩(wěn)定性的變化趨向等。3.2.1邊坡穩(wěn)定條件形態(tài)對(duì)比法穩(wěn)定邊坡形成要素一般有如下規(guī)律性，對(duì)于待分析的邊坡可與之相比較并初 步判斷該邊坡是否穩(wěn)定。自然邊坡的外形受地質(zhì)構(gòu)造、巖性、氣候條件、地下水賦存狀況等因素影 響。因重力作用，通常穩(wěn)定的高邊坡比穩(wěn)定的低邊坡平緩。影響邊坡的重力、巖性、巖體結(jié)構(gòu)、氣候條件等因素相同時(shí)，人工邊坡較 自然邊坡可維持較陡的坡度。研究表明，對(duì)于同一種邊坡的穩(wěn)定自然邊坡高度H和坡面投影長(zhǎng)度L存在 冪函數(shù)關(guān)系：=aLb(3-1)參數(shù)a、b的取值與邊坡巖性

16、有關(guān)。在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中，該冪函數(shù)關(guān)系擬合為直 線(xiàn)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，不同類(lèi)型邊坡所繪制的各直線(xiàn)大約會(huì)聚于點(diǎn)(H，L)二 (3050m,22800m)。3.2.2邊坡失穩(wěn)條件對(duì)比法通過(guò)對(duì)擬建邊坡進(jìn)行長(zhǎng)期觀測(cè)和與鄰近同類(lèi)邊坡的相似性對(duì)比，結(jié)合邊坡出 現(xiàn)的不利于穩(wěn)定的地質(zhì)條件，確定其對(duì)邊坡穩(wěn)定影響的程度，作出穩(wěn)定性判斷。不利的地質(zhì)條件主要如下： 邊坡及其鄰近地段滑坡、崩塌、陷穴等不良地質(zhì)現(xiàn)象；巖質(zhì)邊坡中的泥巖、頁(yè)巖等易風(fēng)化、軟化巖層或軟硬交互的不利巖層組合；土質(zhì)邊坡中網(wǎng)狀裂隙發(fā)育，有軟弱夾層，或邊坡體由膨脹巖土層組成；邊坡存在外傾結(jié)構(gòu)面；地層滲透性差異大，地下水在弱透水層或基巖面上積聚流動(dòng)，斷層及裂隙 中有承

17、壓水露出；坡上有漏水，水流沖刷坡腳或因河水位急劇升降引起岸坡內(nèi)動(dòng)水壓力的強(qiáng) 烈作用； 邊坡處于強(qiáng)震區(qū)或鄰近地段采用大爆破施工。3.3定性類(lèi)方法小結(jié)定性類(lèi)方法建立在對(duì)斜坡變形、破壞的基本規(guī)律之上，并可結(jié)合大量已有邊 坡的工程經(jīng)驗(yàn)，相對(duì)于定量類(lèi)方法及非確定性方法而言具有簡(jiǎn)單、方便的特點(diǎn)。然而定性類(lèi)方法也有明顯缺點(diǎn)。定性類(lèi)方法考慮因素有限，得到的關(guān)于邊坡 是否穩(wěn)定的結(jié)論也相對(duì)模糊。尤其不能精確考慮滑帶土的黏聚力、內(nèi)摩擦角、巖 土體容重、地下水動(dòng)態(tài)以及人類(lèi)工程活動(dòng)等重要影響因素。事實(shí)上，受客觀條件 和人類(lèi)認(rèn)識(shí)自然能力的限制，上述因素還具有取值的不確定性和時(shí)間上的不穩(wěn)定 性。因此，定性類(lèi)方法可以作為邊坡

18、穩(wěn)定性分析的初步判定方法，尚需結(jié)合定量 類(lèi)方法或非確定性方法來(lái)綜合判定得出結(jié)論。4邊坡穩(wěn)定性分析的定量類(lèi)方法邊坡穩(wěn)定性分析的定量類(lèi)方法主要有剛體極限平衡法和有限元法等數(shù)值方 法。這些方法都以一個(gè)邊坡穩(wěn)定系數(shù)K作為邊坡穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)13 4.1邊坡穩(wěn)定系數(shù)的定義工程界廣泛使用穩(wěn)定系數(shù)來(lái)進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，穩(wěn)定系數(shù)大于1,則邊坡穩(wěn) 定；小于1則邊坡不穩(wěn)定；等于1時(shí)則說(shuō)明邊坡處于臨界狀態(tài)。由于穩(wěn)定性計(jì)算 中包含若干不確定性，為保證設(shè)計(jì)的邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，應(yīng)使計(jì)算的穩(wěn)定系數(shù)大 于1,且具有一定的安全儲(chǔ)備，即設(shè)計(jì)的穩(wěn)定系數(shù)應(yīng)大于規(guī)范規(guī)定的設(shè)計(jì)(允許) 安全系數(shù)。目前邊坡穩(wěn)定系數(shù)的定義分為三種：抗滑力和滑動(dòng)

19、力的比值定義法、強(qiáng)度折 減系數(shù)定義法和超載系數(shù)定義法。4.1.1抗滑力和滑動(dòng)力的比值定義法穩(wěn)定系數(shù)定義為滑坡體中滑動(dòng)面上的抗滑力與滑動(dòng)力之比：K=R(4-1)S式中：R坡體巖土提供的廣義抗滑力，如抗剪強(qiáng)度、抗滑力、抗滑力矩等；S坡體巖土的廣義滑動(dòng)力，如剪應(yīng)力、下滑力、滑動(dòng)力矩等。根據(jù)沿滑裂面剪應(yīng)力的計(jì)算方法，穩(wěn)定系數(shù)的定義有如下三種：(1)基于應(yīng)力水平的定義法當(dāng)滑動(dòng)面上一點(diǎn)的大小有效主應(yīng)力差為G-b)，以此為直徑作莫爾圓，圓心13保持不變，作一個(gè)與摩爾-庫(kù)倫強(qiáng)度包絡(luò)線(xiàn)相切的應(yīng)力圓(破壞應(yīng)力圓)，相應(yīng)的應(yīng)力圓直徑記為Gb：)，則整個(gè)滑面的穩(wěn)定系數(shù)定義為：j dlK=j1P13 f3 dl-cT3

20、 f(4-2)基于剪應(yīng)力的定義法設(shè)c ，E為材料的黏聚力和內(nèi)摩擦角T和C是滑動(dòng)面上的剪應(yīng)力和正應(yīng)力， ntan 甲)dl(4-3)(4-4)則整個(gè)滑面的穩(wěn)定系數(shù)定義為： j (c + bK=j T dl基于應(yīng)力水平加權(quán)強(qiáng)度的定義法該法采用的穩(wěn)定系數(shù)表達(dá)式如下：j (c + b tan 甲)dlK= nj bib (c + b tan p)dl (b - b)n13 f式中各符號(hào)意義同上。4.1.2強(qiáng)度折減系數(shù)定義法巖土坡沿某一滑裂面的穩(wěn)定系數(shù)K定義為：將巖土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)降低為 c / K，tan/ K，當(dāng)沿著此滑裂面的巖土體處處達(dá)到極限平衡時(shí)對(duì)應(yīng)的折減系 數(shù)K即為穩(wěn)定系數(shù)(也稱(chēng)為材料強(qiáng)度儲(chǔ)

21、備系數(shù))7。84.1.3超載系數(shù)定義法超載法是在假定邊坡巖體強(qiáng)度參數(shù)不變的前提下，逐級(jí)增加荷載，把邊坡臨 界失穩(wěn)相應(yīng)荷載與邊坡正常工作荷載之比定義為穩(wěn)定系數(shù)。超載法通過(guò)不斷增加荷載，直至邊坡達(dá)到破壞，相應(yīng)的破壞荷載Pf與坡頂建 筑物的實(shí)際荷載P0的比值即為穩(wěn)定系數(shù)：K= f(4-5)P04.2剛體極限平衡法4.2.1剛體極限平衡法概述剛體極限平衡法是將邊坡穩(wěn)定問(wèn)題當(dāng)作剛體平衡問(wèn)題來(lái)研究，它具有以下基 本假定：（1）視巖土體為剛體，即只考慮破壞面上的極限平衡狀態(tài)，不考慮巖土體變形；（2）遵循庫(kù)侖判據(jù)，破壞面上強(qiáng)度由c、中控制；（3）應(yīng)力集中，即滑體中應(yīng)力以正應(yīng)力和剪應(yīng)力方式集中作用于滑面上；（4

22、）針對(duì)平面穩(wěn)定問(wèn)題，即邊坡走向與或滑動(dòng)面走向的夾角在20。以?xún)?nèi)。在穩(wěn)定性分析中，對(duì)于僅有單一滑面的簡(jiǎn)單邊坡，根據(jù)基本假設(shè)完全可以確 定穩(wěn)定性分析中所出現(xiàn)的未知數(shù)。但在復(fù)雜狀態(tài)下，亦即邊坡體被分割成幾何形 態(tài)比較復(fù)雜的巖土塊，這時(shí)只憑剛體極限平衡法中的基本假定已無(wú)法確定數(shù)目較 多的未知數(shù)。須在基本假設(shè)之外再增添若干補(bǔ)充假定，例如巖土塊間接觸面上作 用力的方向、作用力的位置等。由于分析的觀點(diǎn)不同，采用補(bǔ)充假定的方式也不 同，因此剛體極限平衡法派生出各種不同類(lèi)型的解法。剛體極限平衡法的關(guān)鍵在于確定邊坡巖土體的強(qiáng)度指標(biāo)、邊坡滑動(dòng)面的形狀 及其位置、穩(wěn)定系數(shù)。4.2.2剛體極限平衡法的基本方法剛體極限平

23、衡法中最基本的方法為瑞典條分法。瑞典條分法的剪切面假定為 圓弧，計(jì)算中不考慮分條間的作用力，因此穩(wěn)定系數(shù)可以根據(jù)繞圓心的抵抗力矩 與滑動(dòng)力矩的比值來(lái)確定，且每個(gè)分條底部的反力可以直接由該分條上的荷載算 出。由于瑞典條分法假定簡(jiǎn)單，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況出入較大，因此有許多改進(jìn) 的條分法，例如考慮分條間推力方向的傳遞系數(shù)法。圖1:傳遞系數(shù)法示意圖傳遞系數(shù)法有兩個(gè)基本假定： 每個(gè)分條范圍內(nèi)的滑動(dòng)面為一直線(xiàn)段，整個(gè) 滑體是沿折線(xiàn)滑動(dòng)； 分條間的反力平行于該分條的滑動(dòng)面，且作用點(diǎn)在分隔面 的中央。傳遞系數(shù)法通過(guò)計(jì)算各分條在重力、滑動(dòng)面上的孔隙水壓力、水平作用 力、滑動(dòng)面上的摩擦力、黏聚力，以及從上一條分傳

24、遞過(guò)來(lái)的推力，得到對(duì)下一 條分的推力作用E.（如圖1所示）。計(jì)算過(guò)程中，各分條的條間推力乘以一個(gè)大 于1.0的系數(shù)K向下傳遞。計(jì)算出的最后一塊的塊間推力E =0時(shí)的系數(shù)K即為邊 坡的實(shí)際安全系數(shù)。此外，改進(jìn)的瑞典條分法還有簡(jiǎn)布法、力多邊形法、薩爾瑪法等。對(duì)于空間 雙滑動(dòng)面情形，還有楔形滑動(dòng)巖體沿雙滑動(dòng)面交線(xiàn)滑動(dòng)的穩(wěn)定性分析。其他常用 剛體極限平衡法介紹如表1所示9 10。11表1：常用剛體極限平衡法分析方法假設(shè)條件力學(xué)分析適用范圍畢肖普法近似圓弧滑面；不考慮條 間垂向作用力整體力矩平衡；條間垂向作 用力為零近似圓弧滑面滑坡；適 于復(fù)合滑面滑坡簡(jiǎn)布法條間作用力作用點(diǎn)位置 在離滑面1/3處考慮條間

25、作用力；分塊力矩 平衡、分塊力平衡垂直條分滑體；適于復(fù) 合滑面滑坡薩爾瑪法滑體內(nèi)部發(fā)生剪切；滑體 上作用有臨界水平加速 度整體力平衡；除平面和圓弧 滑面外，滑塊必先破裂成相 互錯(cuò)動(dòng)的塊體才能滑動(dòng)不必垂直條分滑體；適 于任意形狀滑面滑坡楔形體法滑面受結(jié)構(gòu)控制形成空 間楔形體滑動(dòng)整體力平衡巖質(zhì)楔形體滑坡平面直線(xiàn)法滑坡為平面滑動(dòng)；滑體作 剛體運(yùn)動(dòng)各分塊力平衡平面滑動(dòng)滑坡斯賓塞法條間作用力位置在離滑 動(dòng)面1/3高度處力平衡（水平、垂直）；坐 標(biāo)原點(diǎn)力矩平衡任何形狀滑面的滑坡； 垂直條分滑體4.3邊坡穩(wěn)定性數(shù)值分析方法剛體極限平衡法未考慮巖土體內(nèi)部的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，無(wú)法分析邊坡破壞的發(fā) 生和發(fā)展過(guò)程，無(wú)法

26、考慮變形對(duì)邊坡穩(wěn)定的影響，無(wú)法考慮巖土體與支擋結(jié)構(gòu)的 共同作用及其變性協(xié)調(diào)。因此，當(dāng)邊坡破壞機(jī)制復(fù)雜或邊坡分析方法需要考慮應(yīng) 力變形時(shí)，宜結(jié)合數(shù)值分析法進(jìn)行分析。數(shù)值分析方法能夠考慮巖土應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，比極限平衡法更為精確合理，而且 能夠考慮巖土體與支擋結(jié)構(gòu)的共同作用及其變形協(xié)調(diào)。目前，基于數(shù)值分析的邊坡穩(wěn)定性分析方法主要包括有限單元法（Fem）、快速 拉格朗日法（FLAC法）、離散元法（DEM）等12。4.3.1有限元法（FEM）有限單元法在邊坡巖土體的穩(wěn)定性分析中得到最早應(yīng)用（1967年），也是目前 最廣泛使用的一種數(shù)值分析方法。有限元法的優(yōu)點(diǎn)是部分地考慮了邊坡巖體的非 均質(zhì)和不連續(xù)性，可以

27、給出巖體的應(yīng)力、應(yīng)變大小與分布，避免了極限平衡分析 法中將滑體視為剛體而過(guò)于簡(jiǎn)化的缺點(diǎn)，能使人們近似地從應(yīng)力應(yīng)變?nèi)シ治鲞吰?的變形破壞機(jī)制，分析最先、最容易發(fā)生屈服破壞的部位和需要首先進(jìn)行加固的 部位等。但是它還不能很好地求解大變形和位移不連續(xù)等問(wèn)題，對(duì)于無(wú)限域、應(yīng) 力集中問(wèn)題等的求解還不理想。目前國(guó)際上使用較多的有限元分析軟件 ABAQUS能進(jìn)行有效應(yīng)力和孔壓的計(jì) 算，具有強(qiáng)大的接觸面處理功，具備處理填土或開(kāi)挖等巖土工程中的特定問(wèn)題的 能力，能提供不同計(jì)算時(shí)刻的應(yīng)力矢量圖和位移矢量圖以便于各種定性分析 131415?？焖倮窭嗜辗ǎ‵LAC）由于有限元和邊界元都有小變形的假設(shè)，而國(guó)內(nèi)現(xiàn)用的離

28、散元程序一般都假 定離散塊體為剛體不計(jì)其本身的變形。近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的快速拉格朗日法（FLAC） 則是在較好地吸取上述方法的優(yōu)點(diǎn)和克服其缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上形成的一種新型的數(shù)值 分析方法。FLAC首先由Cundall在20世紀(jì)80年代提出并將其程序化、實(shí)用化。FLAC基 本原理類(lèi)同于離散單元法，但它卻能像有限元那樣適用于多種材料模式與邊界條 件的非規(guī)則區(qū)域的連續(xù)問(wèn)題求解；在求解過(guò)程中，F(xiàn)LAC又采用了離散元的動(dòng)態(tài)松 弛法，不需求解大型聯(lián)立方程組（剛度矩陣），便于在微機(jī)上實(shí)現(xiàn)。另一方面，同 以往的差分分析相比，F(xiàn)LAC在以下幾方面作了較大改進(jìn)和發(fā)展：它不但能處理一 般的大變形問(wèn)題，而且能模擬巖體沿某一弱面

29、產(chǎn)生的滑動(dòng)變形。FLAC還能針對(duì)不 同材料特性，使用相應(yīng)的本構(gòu)方程來(lái)比較真實(shí)地反映實(shí)際材料的動(dòng)態(tài)行為。FLAC 的缺點(diǎn)是計(jì)算邊界、單元網(wǎng)格的劃分帶有很大的隨意性。4.3.3離散元法（DEM）離散元法是由Cundall P A（1971年）首先提出并應(yīng)用于巖土體穩(wěn)定性分析的 一種數(shù)值分析方法。它是一種動(dòng)態(tài)的數(shù)值分析方法，可以用來(lái)模擬邊坡巖體的非 均質(zhì)、不連續(xù)和大變形，因而也就成為目前較為流行的一種巖土體穩(wěn)定性分析數(shù) 值方法。該方法在進(jìn)行計(jì)算時(shí)，首先將邊坡巖體劃分為若干剛性塊體（目前已可以 考慮塊體的彈性變形），以牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律為基礎(chǔ)，結(jié)合不同本構(gòu)關(guān)系，考慮 塊體受力后的運(yùn)動(dòng)及由此導(dǎo)致的受力狀態(tài)

30、和塊體運(yùn)動(dòng)隨時(shí)間的變化。它允許塊體 間發(fā)生平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)，甚至脫離母體下落，結(jié)合CAD技術(shù)可以在計(jì)算機(jī)上形象地反 映出邊坡巖體中的應(yīng)力場(chǎng)、位移及速度等力學(xué)參量的全程變化。該方法對(duì)塊狀結(jié) 構(gòu)、層狀破裂或一般碎裂結(jié)構(gòu)巖體比較適合。4.4定量類(lèi)方法小結(jié)定量類(lèi)方法在一定程度上克服了定性類(lèi)方法的缺點(diǎn)，故目前在工程界中被廣 泛運(yùn)用。傳統(tǒng)的剛體極限平衡法雖然概念簡(jiǎn)單，計(jì)算量相對(duì)較小，但由于其未考 慮巖土體內(nèi)部的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，無(wú)法考慮變形對(duì)邊坡穩(wěn)定的影響等原因，在工程 界中受到一定質(zhì)疑。因此，當(dāng)邊坡破壞機(jī)制復(fù)雜或邊坡分析方法需要考慮應(yīng)力變 形時(shí)，宜結(jié)合數(shù)值分析法進(jìn)行分析。5邊坡穩(wěn)定性分析的非確定性方法非確定性分析

31、方法主要是指可靠度法及與計(jì)算智能相結(jié)合的智能分析方法等 新方法。非確定性方法較多，本文只簡(jiǎn)要介紹幾類(lèi)。5.1基于隨機(jī)模擬的邊坡穩(wěn)定分析法隨機(jī)模擬2是一種通過(guò)對(duì)隨機(jī)變量的隨機(jī)模擬和統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)，來(lái)解決數(shù)學(xué)物理問(wèn) 題和工程技術(shù)問(wèn)題近似解的方法。該方法的優(yōu)點(diǎn)是觀念簡(jiǎn)單，不需要連續(xù)性、可 微性等嚴(yán)格限制；缺點(diǎn)是計(jì)算量大，計(jì)算精度一般不很高，而且是概率意義下的 精度。在邊坡穩(wěn)定性分析中，最危險(xiǎn)滑動(dòng)面唯一地存在于某一確定的可行域內(nèi)，其 抗滑穩(wěn)定系數(shù)為K ，為了將可行域Q內(nèi)該滑動(dòng)面準(zhǔn)確搜索出來(lái)，可在域Q內(nèi)生成 若干某種形狀的滑動(dòng)面，同時(shí)計(jì)算響應(yīng)的K.。若取隨機(jī)變量口，當(dāng)某一隨機(jī)投擲 的滑動(dòng)面S的穩(wěn)定系數(shù)K K

32、時(shí)，取.、為0,否則取為1,即 TOC o 1-5 h z iSi_ |1K KS（滑動(dòng)面投擲失?。?-1）SiS在滑動(dòng)面投擲量足夠大時(shí)，關(guān)于n次投擲試驗(yàn)中，共m次投擲成功，則K 為 斜坡穩(wěn)定性系數(shù)準(zhǔn)確值的概率為：SP= IT n (5-2)響應(yīng)為K 的滑動(dòng)面即為最危險(xiǎn)滑動(dòng)面。1-具體的最危險(xiǎn)滑動(dòng)面隨機(jī)搜索過(guò)程可概括為：在可行域Q內(nèi)隨機(jī)生成并投擲一定數(shù)量的滑動(dòng)面；按剩余推力法計(jì)算每滑動(dòng)面對(duì)應(yīng)的K值；K 為K 的近似值，并計(jì)算P ：視K 對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)面為最可能的滑S1m1nSf maxS1m1n動(dòng)面位置和形狀，視P 為此種計(jì)算條件下對(duì)該斜坡破壞概率值。值得注意的是，所投擲的滑動(dòng)面是由陡、緩兩組優(yōu)

33、勢(shì)節(jié)理面構(gòu)成，其跡長(zhǎng)和 計(jì)算剖面上的視傾角概率分布形式，可由巖體結(jié)構(gòu)面概率網(wǎng)絡(luò)模型取得。投擲量 的確定是以隨投擲量n增加而K不再顯著減少為準(zhǔn)則，并在投擲過(guò)程中依據(jù)工程S1精度要求及機(jī)時(shí)耗費(fèi)情況而定。5.2基于可靠度理論的邊坡穩(wěn)定分析法基于可靠度理論的滑坡穩(wěn)定性計(jì)算能克服客觀存在的土性參數(shù)的空間離散 性、時(shí)間變異性1以利用可靠度理論中的概率矩點(diǎn)估計(jì)法對(duì)斜坡穩(wěn)定系數(shù)、可靠 度和破壞概率進(jìn)行計(jì)算和分析。5.2.1可靠度理論的基本原理滑坡可靠性分析方法的理論依據(jù)是概率統(tǒng)計(jì)原理，認(rèn)為影響邊坡穩(wěn)定的各種 因素是服從一定概率分布(一般認(rèn)為是正態(tài)分布)的隨機(jī)變量，因此穩(wěn)定系數(shù)也 是服從特定分布的隨機(jī)變量。通過(guò)

34、對(duì)各種因素概率分布及它們與安全系數(shù)的關(guān)系， 得出安全系數(shù)的分布形式，進(jìn)而確定邊坡穩(wěn)定的可靠度及破壞概率。狀態(tài)函數(shù)假設(shè)狀態(tài)函數(shù)Z = G(X)，若Z 0，則邊坡處于可靠狀態(tài)，若Z 0則邊坡 處于破壞狀態(tài)。X= (x ,x , ,x )為基本隨機(jī)變量，表示坡體內(nèi)某一點(diǎn)的穩(wěn)定狀 態(tài)的控制因素，具有一定的分布，如正態(tài)分布等；x,x, ,x表示影響斜坡穩(wěn)定12n的變量，如容重、粘聚力、內(nèi)摩擦角、地下水壓力，外部荷載等。隨著位置不同， 各變量也不同，都是具有一定分布的隨機(jī)變量。破壞概率破壞概率玲用來(lái)表征斜坡破壞的可能性，其數(shù)值的大小即斜坡破壞的概率。如 用R表示坡體內(nèi)總抗滑力，S表示總滑動(dòng)力，則(5-3)

35、Pf=P (R-S) 0 )c.可靠度指標(biāo)令狀態(tài)函數(shù)Z= G（X） = R-S ,設(shè)z的概率密度函數(shù)為g（X）,則破壞概率Pf為: P =P （R-S） F ,最終獲得邊坡整體安全系 數(shù)F。該文獻(xiàn)通過(guò)算例得出結(jié)論：當(dāng)條塊界面與邊坡整體安全系數(shù)相等時(shí)，邊坡 S抗剪能力發(fā)揮最大；推力線(xiàn)在合理范圍內(nèi)的具體位置對(duì)安全系數(shù)的影響不大。文獻(xiàn)18 認(rèn)為邊坡穩(wěn)定性受多種因素控制，每種因素的權(quán)重存在不確定性，且 邊坡是否穩(wěn)定的概念也是相對(duì)模糊的。故應(yīng)采用模糊集合論的方法來(lái)分析判斷斜 坡穩(wěn)定性，使定性描述轉(zhuǎn)變?yōu)槎坑?jì)算。文獻(xiàn)19 從可靠度理論出發(fā)，認(rèn)為土的空間不確定性能影響斜坡的安全系數(shù)FS 和失效概率P。該文獻(xiàn)

36、提出了用雙馬爾科夫鏈模型來(lái)模擬實(shí)際斜坡土的空間不確 定性，其中3兩個(gè)一維馬爾科夫鏈模型分別模擬水平方向和豎直方向的土的種類(lèi) 變化。文獻(xiàn)首先從實(shí)際項(xiàng)目的鑿洞數(shù)據(jù)獲得了土層在一定范圍類(lèi)的分布情況，估 計(jì)出相應(yīng)的水平向和豎直向土層種類(lèi)轉(zhuǎn)換概率矩陣，完成了雙馬爾科夫鏈土層轉(zhuǎn) 換概率模型；之后采用ABAQUS軟件采用有限元強(qiáng)度折減法對(duì)邊坡失穩(wěn)情況進(jìn)行了500次模擬，得到了收斂的安全系數(shù)F和失效概率P。5.4非確定性方法小結(jié) S相對(duì)于確定性方法而言，非確定性方法的理論及方法更加合理，例如可以考 慮參數(shù)的時(shí)空變異性，使用了概率意義上的安全系數(shù)、可靠指標(biāo)等標(biāo)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。但 目前非確定性方法還不成熟，各種方法的可行

37、性以及所得的結(jié)果正確性往往需要 與確定性方法的結(jié)果相比較來(lái)驗(yàn)證，而且難以避免龐大的計(jì)算量。因此，目前非 確定性方法能處理的問(wèn)題較少，還有待繼續(xù)研究和推廣。6工程案例6.1工程概況根據(jù)規(guī)劃，某擬建建筑采用框架結(jié)構(gòu)、樁基礎(chǔ)，工程為多層結(jié)構(gòu)，擬建場(chǎng)地 四周均形成基坑邊坡，邊坡高度3.408.40m。擬建場(chǎng)地內(nèi)原有建筑物已經(jīng)拆除， 擬建場(chǎng)地北側(cè)緊挨道路，東側(cè)緊挨已建公寓樓，南側(cè)緊挨圖書(shū)館和教學(xué)樓，西側(cè) 緊挨已建女生公寓。6.2場(chǎng)地工程地質(zhì)條件6.2.1 地形地貌擬建場(chǎng)地北西側(cè)高南東側(cè)低，場(chǎng)地原始地形均已改變，整體地形較平緩，場(chǎng) 地內(nèi)最高點(diǎn)位于北西側(cè)，高程251.04m,最低點(diǎn)位于場(chǎng)地南東側(cè)，高程為24

38、0.00m, 相對(duì)高差11.04m。場(chǎng)地總體屬構(gòu)造剝蝕丘陵地貌。6.2.2氣象、水文擬建場(chǎng)地屬亞熱帶溫濕氣候，冬暖春早，雨量充沛。多年平均氣溫為1618C, 根據(jù)最低氣溫-5.3C，極端最高氣溫43.5C。多年平均降雨量1167mm，歷年最大 降雨量1544.8mm，最低839mm。年平均降雨日143.4天，降雨多集中在59月， 占每年平均降雨量的三分之二，7月降雨最高（224mm）,日最大降雨量150mm。年 平均濕度79%,年蒸發(fā)量1138mm。根據(jù)地表地質(zhì)調(diào)查，擬建場(chǎng)地距離嘉陵江約2Km。場(chǎng)地及鄰近未見(jiàn)大面積地表 水體。6.2.3地質(zhì)構(gòu)造擬建場(chǎng)地位處觀音峽沖斷背斜東翼，巖層產(chǎn)狀101Z7

39、。巖層呈單斜產(chǎn)出， 場(chǎng)內(nèi)及鄰近未發(fā)現(xiàn)斷層通過(guò)，地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單。根據(jù)鉆探揭示和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查擬建場(chǎng)地巖層為砂巖，局部夾有薄層破碎砂巖，巖 層面結(jié)合很差，屬軟弱結(jié)構(gòu)面。根據(jù)調(diào)查，巖體中發(fā)育三組裂隙：275N6070。，裂面平直，張開(kāi)，碎屑充填，間距1.003.00m,延伸 長(zhǎng)5.0010.00m，裂隙面結(jié)合程度很差，屬軟弱結(jié)構(gòu)面；100N40，裂面較平直，張開(kāi)，局部泥質(zhì)充填，間距約1.002.70m, 延伸長(zhǎng)2.006.00m,裂隙面結(jié)合程度很差，屬軟弱結(jié)構(gòu)面；35838N4974,裂面平直，張開(kāi)，泥質(zhì)充填，間距約2.004.00m, 延伸長(zhǎng)3.005.00m,裂隙面結(jié)合程度很差，屬軟弱結(jié)構(gòu)面。6.2.4

40、地層巖性據(jù)地面調(diào)查，擬建場(chǎng)地大部被第四系全新統(tǒng)人工雜填土和素填土(Q4ml)覆 蓋，下覆基巖為侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組(J2s)砂巖。現(xiàn)由新到老分述：第四系全新統(tǒng)(Q4)雜填土(Q4ml):雜色，主要由建筑垃圾及少量粉質(zhì)粘土、砂巖碎石組成， 其中碎石含量約占28%，粒徑一般540mm，分布不均，松散，稍濕，為新近堆填， 為拆遷老建筑整平而成。層厚0.403.80m (ZK8),場(chǎng)地分布于拆遷范圍內(nèi)。素填土(Q4ml):雜色，主要由粉質(zhì)粘土和少量砂巖碎石組成，其中碎石含 量約占25%,粒徑一般530mm，分布不均，稍密，稍濕，堆填時(shí)間10年以上，主 要為修建建筑及道路整平堆積。層厚0.401.10m

41、 (ZK1),場(chǎng)地邊緣及周?chē)植紡V 泛。不整合砂巖：黃色，灰色，中粒結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，主要礦物成分為長(zhǎng)石、石 英，云母次之，鈣質(zhì)膠結(jié)。本次勘察揭露最大鉛直厚度22.42m(ZK16)。場(chǎng)地內(nèi)分 布廣泛。6.2.5基巖面及基巖風(fēng)化帶特征據(jù)鉆探獲取巖芯的實(shí)際情況，場(chǎng)地內(nèi)基巖埋深0.403.80m,基巖面坡度角2 7。據(jù)鉆取巖芯的硬度和完整性劃分強(qiáng)、中風(fēng)化帶：強(qiáng)風(fēng)化帶：巖芯較破碎，呈碎塊狀，短柱狀，局部夾少量薄餅狀，質(zhì)軟，錘 擊聲嘶啞，錘擊易碎。厚0.402.50m (ZK1)。中等風(fēng)化帶：巖芯較完整，主要呈短柱狀，柱狀，局部夾少量薄餅狀，巖芯 節(jié)長(zhǎng)一般530cm，質(zhì)較硬，砂巖錘擊聲清脆，錘擊難碎

42、。本次揭露最大鉛直厚度 21.32m (ZK16)。6.2.6水文地質(zhì)條件及地下水和環(huán)境土腐蝕性評(píng)價(jià)場(chǎng)地總體北西高，南東低，場(chǎng)地內(nèi)及其附近為市區(qū)，地表及地下排水系統(tǒng)較 完善，且表層一般為砼塊，雨季場(chǎng)地地表水一般向地下管道徑流、排泄。地下水 類(lèi)型主要為第四系松散孔隙水及基巖裂隙水。地下水主要接受大氣降水的補(bǔ)給。 勘察中選擇了 ZK12鉆孔將孔內(nèi)水提干，經(jīng)過(guò)24小時(shí)觀測(cè)，孔內(nèi)基本無(wú)水。綜合 分析，勘察場(chǎng)地地下水貧乏。地下車(chē)庫(kù)不需要進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)。經(jīng)對(duì)周?chē)h(huán)境進(jìn)行調(diào)查，場(chǎng)地內(nèi)無(wú)污染源的情況綜合分析判斷，擬建場(chǎng)地環(huán) 境類(lèi)別為II類(lèi)，擬建場(chǎng)地內(nèi)的地下水和土對(duì)砼有微腐蝕，對(duì)砼中鋼筋具有微腐蝕 性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具

43、有微腐蝕性。綜上所述，場(chǎng)地水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單。6.2.7不良地質(zhì)現(xiàn)象據(jù)地面地質(zhì)調(diào)查及據(jù)鉆探揭示表明，場(chǎng)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)滑坡、崩塌、泥石流等不良 地質(zhì)作用。6.3計(jì)算工況與剖面選取6.3.1計(jì)算工況的選取根據(jù)場(chǎng)地勘察報(bào)告中的水文地質(zhì)條件，場(chǎng)地內(nèi)及其附近為市區(qū)，地表及地下 排水系統(tǒng)較完善，且表層一般為砼塊，雨季場(chǎng)地地表水一般向地下管道徑流、排 泄。地下水類(lèi)型主要為第四系松散孔隙水及基巖裂隙水。地下水主要接受大氣降 水的補(bǔ)給?？辈熘羞x擇了 ZK12鉆孔將孔內(nèi)水提干，經(jīng)過(guò)24小時(shí)觀測(cè)，孔內(nèi)基本 無(wú)水。綜合分析，勘察場(chǎng)地地下水貧乏。鑒于此，本文在分析該邊坡穩(wěn)定性時(shí)采 用天然狀態(tài)的工況。6.3.2邊坡剖面的選取邊坡

44、工程的受力狀態(tài)問(wèn)題本來(lái)屬于空間三維問(wèn)題，但把它看成二維問(wèn)題進(jìn)行 分析也能得到令人滿(mǎn)意的結(jié)果，所以為了簡(jiǎn)化分析過(guò)程，巖土工程界普遍采用二 維分析方法20 21本文所研究的邊坡穩(wěn)定性問(wèn)題也將采用二維分析方法。本次工 程案例選擇場(chǎng)地內(nèi)的EH段9-9截面處的邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析，邊坡的工程地質(zhì) 平面圖及工程地質(zhì)剖面圖分別如圖2和圖3所示。1W-將25U. 2Q廠_ 一圖2：工程地質(zhì)平面圖圖3：工程地質(zhì)剖面圖6.3.3巖土參數(shù)選取由勘察報(bào)告可知，擬建場(chǎng)地素填土和雜填土場(chǎng)地分布廣泛，層厚?。?.40 3.80m），總體素填土密實(shí)程度為稍密，雜填土呈松散狀態(tài)。根據(jù)臨近場(chǎng)地，結(jié)合重慶經(jīng)驗(yàn)，填土天然重度取19.5

45、0KN/m3，飽和重度取 19.80KN/m3,壓實(shí)填地（壓實(shí)系數(shù)：0.90）基承載力建議取100KPa;強(qiáng)風(fēng)化基巖（砂 巖）的巖體基本質(zhì)量等級(jí)為V類(lèi)，地基承載力特征值取350KPa;中風(fēng)化基巖（砂巖） 的重度取25.00KN/m3,天然、飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值分別為30.73MPa和 24.25MPa，地基承載力特征值按建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50007-2011 ） 5.2.6 計(jì)算公式確定為8.49MPa。砂巖飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為24.25MPa，中等風(fēng)化砂巖為較軟巖。聲波測(cè) 井結(jié)果表明，中等風(fēng)化砂巖巖體較完整，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為IV。巖土體性質(zhì)指標(biāo)參數(shù)根據(jù)勘察報(bào)告提供的建議值（見(jiàn)

46、表2）進(jìn)行選取。參考建 筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范表4.3.1中的結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值，對(duì)于表2中未 列出的強(qiáng)風(fēng)化砂巖和壓實(shí)素填土的粘聚力和內(nèi)摩擦角，考慮適當(dāng)取較低值，分別 取為 20Kpa（0.02Mpa）和 20。表2：巖土體性質(zhì)指標(biāo)參數(shù)建議值項(xiàng)目巖土名稱(chēng)1抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(Mpa)抗剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值巖土水平抗力系數(shù)及土體水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)地基承載力特征值(Kpa)變形模量標(biāo)準(zhǔn)值(Mpa)彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值(Mpa)粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(Kpa)邊坡坡率允許值(不受外傾結(jié)構(gòu)面控制及坡頂無(wú)建筑物時(shí))基底摩擦系數(shù)日粘聚力c(Mpa)內(nèi)摩擦角e( )中風(fēng)化砂巖0.742.1233.05200MN/m3*8490

47、37804690760*h8m1:0.75*0.50強(qiáng)風(fēng)化砂巖60MN/m3*350*250*h8m1:1.00*0.35壓實(shí)素 填土8MN/m4*50*h8m1:1.17*0.25*備注：*為經(jīng)驗(yàn)值。7邊坡穩(wěn)定性分析本文分別采用赤平投影法和FLAC3D數(shù)值模擬法對(duì)所選取的邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性定 性分析和定量分析。7.1赤平投影法根據(jù)場(chǎng)地地質(zhì)構(gòu)造，采用理正巖土軟件5.6中的“巖質(zhì)邊坡分析”中的“赤 平極射投影法”對(duì)邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性定性分析。根據(jù)場(chǎng)地工程地質(zhì)資料，采用上半球投影方式，邊坡高度H取8.400m，巖體 容重取25kN/m3 (采用中風(fēng)化基巖的力學(xué)參數(shù))，水容重取0.00 kN/m3 (不考慮

48、地 下水)。坡頂面傾向355，傾角0；邊坡面上傾向355，傾角90；考慮勘察報(bào)告中的兩組外傾結(jié)構(gòu)面平面A傾向275，傾角65 ；平面B 傾角18，傾角60 (不考慮內(nèi)傾軟弱結(jié)構(gòu)面100Z40。的影響)。平面A和平 面B的粘聚力和內(nèi)摩擦角取為巖土層在邊坡高度范圍內(nèi)的加權(quán)平均值，分別為 1565kPa 和 30 。計(jì)算結(jié)果如圖4所示：圖4：平面赤平投影計(jì)算結(jié)果計(jì)算結(jié)果表明該邊坡穩(wěn)定類(lèi)型為可能滑動(dòng)?？梢钥吹?，外傾結(jié)構(gòu)面A的走向 與邊坡面的走向近乎垂直，對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響不大；而結(jié)構(gòu)面B的走向與邊坡面 的走向相差23，且傾角為60，小于坡角為90，所以結(jié)構(gòu)面B為不穩(wěn)定滑動(dòng) 面。7.2 FLAC3D數(shù)值模

49、擬法本文采用FLAC3D軟件分析邊坡的穩(wěn)定性，采用了強(qiáng)度折減法。邊坡穩(wěn)定數(shù)值 模擬的主要步驟有：1.建立模型、2.加載和求解、3.后處理（查看結(jié)果）。模型建 立是整個(gè)計(jì)算過(guò)程最關(guān)鍵的一步，模型合理與否將直接影響最后的計(jì)算結(jié)果，模 型邊界的大小直接影響到應(yīng)力-應(yīng)變分布。利用FLAC3D軟件計(jì)算邊坡的穩(wěn)定系數(shù) 是采用強(qiáng)度折減法。正如4.1.2部分所提到，強(qiáng)度折減法的穩(wěn)定系數(shù)K定義為： 將巖土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)降低為c / K,tan里 / K，當(dāng)沿著此滑裂面的巖土體處處 達(dá)到極限平衡時(shí)對(duì)應(yīng)的折減系數(shù)K即為穩(wěn)定系數(shù)。數(shù)值模擬的過(guò)程中，邊坡失穩(wěn)判據(jù)主要有迭代計(jì)算不收斂、塑性區(qū)貫通、特 征部位位移產(chǎn)生突變

50、等。在模擬過(guò)程中需結(jié)合失穩(wěn)判據(jù)進(jìn)行邊坡失穩(wěn)的判定。 7.2.1計(jì)算模型的建立在建模過(guò)程中，對(duì)邊坡模型做了兩點(diǎn)簡(jiǎn)化：1.邊坡剖面邊界簡(jiǎn)化為直線(xiàn)段； 2.沒(méi)有考慮巖性裂隙的影響（在模型中設(shè)置了三層均質(zhì)巖土層）。本模型根據(jù)圖3-1工程地質(zhì)剖面圖建立，共有3種性質(zhì)的巖土體，分別為素 填土、強(qiáng)風(fēng)化砂巖和中等風(fēng)化砂巖。巖土體重度、粘聚力和內(nèi)摩擦角等材料、力 學(xué)參數(shù)采用本文6.3.3部分的數(shù)據(jù)。本邊坡模型的模擬輪廓如圖5所示，其中 a=b=12m， h=10m。abh圖5：邊坡模擬輪廓根據(jù)圖5，模型建立如圖6所示:ZGroupGroup Slot: AnyFLAC 3D 5.002012 Itasca Co

51、nsulting Group, Inc.圖6：邊坡模型建立7.2.2模擬結(jié)果及數(shù)據(jù)分析模擬結(jié)果如下，包括剪應(yīng)力云圖（圖7）、剪切應(yīng)變?cè)茍D（圖8）和邊坡位移 云圖（圖9）。FLAC3D 5.002012 Itasca Consulting Group, Inc.Contour of ZZ-StressCalculated by: Volumetric Averaging I-1.3233E+03-2.5000E+04-5.0000E+04-7.5000E+04-1.0000E+05-1.2500E+05-1.5000E+05-1.7500E+05-2.0000E+05-2.2500E+05-2.

52、5000E+05-2.7500E+05-3.0000E+05-3.2500E+05.-3.5000E+05I -3.7500E+05I -3.7599E+05圖6：剪應(yīng)力云圖FLAC 3D 5.002012 Itasca Consulting Group, Inc.ZGroupGroup Slot: AnyContour of ZZ-Strain IncrementCalculated by: Volumetric AveragingI 1.9323E-011.0000E-01，0.0000E+001 -1.0000E-01-2.0000E-01-3.0000E-01-4.0000E-01 -

53、5.0000E-01-6.0000E-01，-7.0000E-01-8.0000E-01-9.0000E-01i CiCinn匚u-cn圖7：剪切應(yīng)變?cè)茍DFLAC 3D 5.002012 Itasca Consulting Group, Inc.Contour Of DisplacementI 5.7471 E-02I 5.5000E-021 5.0000E-024.5000E-024.0000E-023.5000E-023.0000E-022.5000E-022.0000E-021.5000E-02.1.0000E-02I 5.0000E-03| 0.0000E+00Factor of Sa

54、fetyValue = 0.14圖8：邊坡位移云圖根據(jù)剪應(yīng)力云圖（圖6）,可以發(fā)現(xiàn)三個(gè)巖土層的剪應(yīng)力均為負(fù)值，且剪應(yīng)力 相對(duì)較大的區(qū)域形成了類(lèi)似圓弧狀。該剪應(yīng)力云圖說(shuō)明該邊坡有向左滑動(dòng)的趨勢(shì)， 剪應(yīng)力集中在邊坡表面的素填土層和強(qiáng)風(fēng)化砂巖層，以及坡腳處一定深度范圍內(nèi) 的中等風(fēng)化砂巖層內(nèi)。但是中等風(fēng)化砂巖層的抗剪強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于素填土層和強(qiáng)風(fēng) 化砂巖層，因此可以估計(jì)邊坡的塑性區(qū)只出現(xiàn)在素填土層和強(qiáng)風(fēng)化砂巖層范圍內(nèi)。根據(jù)剪切應(yīng)變?cè)茍D（圖7），可以發(fā)現(xiàn)很大范圍內(nèi)的中等風(fēng)化砂巖層沒(méi)有剪切 應(yīng)變或只有很小的剪切應(yīng)變（紅色和橙色部分），而處于邊坡一半高度位置處及附 近的巖土層則產(chǎn)生較大的剪切應(yīng)變，從而可以預(yù)測(cè)該

55、邊坡會(huì)產(chǎn)生滑坡，且滑坡面 形狀大約呈直線(xiàn)特征而非圓弧狀或其他曲線(xiàn)形狀。同時(shí)也可以看到，雖然坡腳處 一定深度范圍內(nèi)的中等風(fēng)化砂巖層內(nèi)雖然也存在較高水平的剪應(yīng)力，但是由于中 等風(fēng)化砂巖層抗剪強(qiáng)度高，因此只產(chǎn)生了少量剪切應(yīng)變，而未產(chǎn)生塑性區(qū)。根據(jù)邊坡位移云圖（圖8），可以發(fā)現(xiàn)該邊坡的確在表面的素填土層和強(qiáng)風(fēng)化 砂巖層范圍內(nèi)產(chǎn)生了較大的位移（以紅色到綠色范圍的巖土體為主），并且呈現(xiàn)直 線(xiàn)滑移的特征，而下部的中風(fēng)化基巖則未產(chǎn)生位移。計(jì)算得到的穩(wěn)定系數(shù)K僅為 0.14，說(shuō)明該邊坡極不穩(wěn)定，在實(shí)際施工過(guò)程中不可能在不采取加固措施的情況 開(kāi)挖得到該邊坡。綜上所述，本次采用FLAC3D軟件進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析的數(shù)

56、值模擬過(guò)程基本能 反映實(shí)際情況，并且說(shuō)明邊坡需要采取加固措施。7.2本邊坡的穩(wěn)定性分析小結(jié)本文對(duì)實(shí)際案例所涉及的邊坡采用了定性分析和定量分析相結(jié)合的方式。根 據(jù)赤平投影分析和FLAC3D軟件數(shù)值模擬的結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)該邊坡可能存在不穩(wěn)定 滑動(dòng)面，可能產(chǎn)生滑動(dòng)（勘察報(bào)告未明確指出能形成不穩(wěn)定滑動(dòng)面B的裂隙組的位 置），且邊坡需要支護(hù)，尤其是在邊坡的素填土層和強(qiáng)等風(fēng)化砂巖層范圍內(nèi)?？紤] 到施工質(zhì)量和安全性的問(wèn)題，有必要對(duì)該邊坡進(jìn)行加固處理。8邊坡加固措施如果邊坡穩(wěn)定性分析結(jié)果表明邊坡的安全系數(shù)達(dá)不到規(guī)定的要求，則需采取 各種加固措施提高邊坡的可靠度。目前可邊坡加固措歸納起來(lái)主要有如下幾類(lèi)： 減載措施

57、：壓坡措施等：排水與截水措施；混凝土抗剪結(jié)構(gòu)措施；支 擋措施；錨固措施1囪8.1常用邊坡加固措施簡(jiǎn)介8.1.1減載措施減載措施包括削頭減載和削坡減載。削頭減載是將邊坡上部一定范圍內(nèi)覆蓋 層或巖體削掉，以降低邊坡總高度；削坡減載是將邊坡的坡度放緩。兩種減載措 施的作用都是減少邊坡可能發(fā)生滑動(dòng)破壞的下滑力。一般來(lái)講，削坡措施常常受 到建筑物布置上的制約，邊坡不能放得太緩或根本不能放緩，而削頭措施較少受 到制約。8.1.2壓坡措施壓坡措施就是在邊坡滑體的趾部附近人為地增強(qiáng)約束（用土、石或其它材料） 以防止坡體滑動(dòng)。一般來(lái)講用于壓坡的材料采用開(kāi)挖的廢棄料，該措施的使用也 往往受到場(chǎng)地的限制。在場(chǎng)地允許

58、的前提下邊坡工程中對(duì)大型古滑坡的處理可采 用該措施。8.1.3排水和截水措施排水措施可分為坡內(nèi)排水措施和表面排水措施。坡內(nèi)排水措施包括在邊坡內(nèi) 設(shè)置的排水平硐、排水豎井，或在排水平硐和排水豎井內(nèi)打的排水孔，以及在邊 坡表面上打的排水孔。坡內(nèi)排水措旌可降低坡內(nèi)的地下水位，減小作用在邊坡滑 體上的水荷載。該種措施的排水效果取決于不連續(xù)面的規(guī)模、滲透性能、輸水能 力和方位。一般來(lái)講，坡內(nèi)排水措施是一種較有效的邊坡處理措施。表面排水措 施包括在坡頂和坡面上修的截水溝。表面排水措施可將坡頂和坡面上的來(lái)水集中 排泄，減小裂隙水壓力對(duì)邊坡穩(wěn)定的不利影響。表面排水措施是巖質(zhì)高邊坡加固 處理中一種快捷、經(jīng)濟(jì)和有

59、效的措施。8.1.4混凝土抗剪結(jié)構(gòu)措施混凝土抗剪結(jié)構(gòu)措施包括在巖（土）體內(nèi)打抗滑樁、抗剪硐或塞等，是一種被 動(dòng)加固。在邊坡滑體滑面位置比較明確的情況下，可采用混凝土抗剪結(jié)構(gòu)措施。 抗滑樁和抗剪碉或塞的使用條件不盡相同：邊坡滑體的規(guī)模不大時(shí)可采用抗滑樁， 一般來(lái)講斷面尺寸不大，提供的阻滑力有限；邊坡滑體的規(guī)模較大、深層滑動(dòng)的 情況，可采用抗剪硐或塞將滑面截?cái)?，為滑體提供抗剪力，根據(jù)需要抗剪硐可以 做得很大。從施工質(zhì)量方面講，由于抗滑樁為垂直開(kāi)挖，可保證混凝土和周?chē)鷰r 體緊密結(jié)合。而抗剪硐或塞一般由水平洞室回填混凝土形成，洞頂混凝土的回填 質(zhì)量不易保證。根據(jù)已建工程的經(jīng)驗(yàn)，混凝土抗剪結(jié)構(gòu)均存在配筋

60、量大、鋼筋間 距較密的情況，如何保證混凝土振搗的密實(shí)度是施工中應(yīng)注意的問(wèn)題。8.1.5支擋措施邊坡工程中的支擋措施以抗滑擋墻（包括抗滑擋墻與錨桿才目結(jié)合的方式）為 主。按結(jié)構(gòu)形式分，抗滑擋墻分為重力式擋土墻（包括衡重式擋土墻）、懸臂式擋 土墻、扶壁式擋土墻、錨定板擋土墻、樁板式擋土墻、錨桿擋土墻和土釘墻等。圖9: ,重力式擋土墻示意圖抗滑擋墻不但能適當(dāng)提高滑坡的整體安全性，更可有效防止坡腳的局部崩坍， 避免不斷惡化邊坡條件。但對(duì)于大型滑坡，抗滑擋墻由于受到工程量及高度的限 制，滑坡體的安全系數(shù)往往提高不大。對(duì)于建筑場(chǎng)地空間過(guò)于狹小，不便采用普通重力式或懸臂式擋墻來(lái)講，可以 采用擋墻與錨桿相結(jié)合