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文檔簡介
1、滑坡勘察、設計中常見的幾個問題,一、勘察目的及任務,目的 為滑坡災害防治提供地質依據 任務 1、查明滑坡形成的地質環(huán)境條件; 2、查明滑坡的厚度、物質組成、結構特性、空間分布特征,地下水類型及其富水程度和空間分布特征; 3、查明滑坡的形成機制及引發(fā)因素、變形破壞現狀和危害程度; 4、為防治施工提供詳細的工程地質與水文地質資料和巖土體的物理力學性質參數; 5、計算并綜合評價其穩(wěn)定性及其演化發(fā)展趨勢; 6、對防治工程提出地質建議。 地質條件 計算參數 計算模型,一、勘察的特點 二、勘察方法選擇原則 三、計算參數的確定 四、穩(wěn)定性系數 五、荷載,一、滑坡勘察的特點,滑坡勘察不同于一般建筑的巖土工程勘
2、察,其特點主要有以下幾個方面: 1、重視地質環(huán)境條件的調查,并從條件中尋找滑坡的形成演化過程和主要作用因素; 2、充分認識滑坡的地質結構,從其結構出發(fā)研究其穩(wěn)定性; 3、重視變形原因的分析,并與外界引發(fā)因素相聯(lián)系,研究主要引發(fā)因素的作用特點與強度(靈敏度); 4、穩(wěn)定性評價和防治工程設計參數具不唯一性,常表現為較強的離散性,應根據滑坡的個體特點與作用因素綜合確定,進行多狀態(tài)的模擬計算; 5、目前尚未研究出具有普適性的穩(wěn)定性計算方法,現有的方法都有較多的假定條件; 6、勘察階段結束不等于勘察工作結束,后續(xù)的工作如監(jiān)測或施工開挖常常補充修改勘察階段的認識,甚至完全改變以前的結論; 7、勘察方法的選
3、擇是強調查應用經驗與技巧,尋求以最少的工作量和最低的投資,獲得最佳的勘察效果; 8、勘察工作量確定的最基本原則是能夠查明滑坡體的形態(tài)結構特征和變形破壞的作用因素,滿足穩(wěn)定性評價對有關參數的需求,而不拘于一般的勘察規(guī)程。,二、勘察方法選擇原則,基本原則:以較低的勘察工作投入,取得較多的有用資料。 1、針對性:根據現場踏勘和前人資料,初步確定其性質,有針對性地選用適宜的勘探方法; 2、力求以最簡單的方法去解決最復雜的問題,避免刻意追求新奇的技術; 3、簡便高效。盡可能使用操作簡便,易于搬遷,在地形地質和氣象等方面環(huán)境適應性強的設備; 4、經濟合理。在能夠滿足勘察質量要求的前提下,盡可能降低勘探工作
4、量。,a、布置勘探剖面應在對滑坡調查的基礎上,結合宏觀變形跡象,有針對性地布置,縱剖面應與滑坡主滑方向一致。 b、在準備設置工程措施部位應盡可能地布置勘探工作。 c、鉆探工作應遵照相關規(guī)范,鉆孔深度適中。 d、應針對不同的勘探對象選擇合適的勘探手段和方法。,三、計算參數的確定,滑坡的物質組成: 滑動巖土體 滑床巖土體 滑動面(滑動帶)軟弱結構面 目的 求巖土體和作為滑帶的軟弱結構面的物理力學性質(包括變形與強度參數)。 意義 為穩(wěn)定性計算和治理設計提供參數。 理論導向 經驗判斷 測試基礎 合理反算,(一)、C、的關系,滑動面抗剪強度表達式 =tg+C 當滑帶土處于飽水狀態(tài) C=0 =tg 從公
5、式可以看出: 1、抗剪強度是隨作用于滑動面上的法向應力的增大而增大; 2、內聚力為一常數; 3、內摩擦角為一變量。 滑體厚度的大小影響滑動面的抗剪強度。當滑體厚度增大時,內摩擦角的作用增大;當滑體厚度減小時,內聚力的作用增大。有關文獻將滑體(上覆巖土體)厚度為4米作為一個界線。,(1)滑體厚度小于4米時,其抗剪強度主要由內聚力控制; (2)滑體厚度大于4米時,其抗剪強度主要由內摩擦角控制。 為方便計算,通過抗剪強度相等原則,采用一個定值的綜合內摩擦角0代替內摩擦角和內聚力。稱似摩擦角或綜合摩擦角。 建筑邊坡工程技術規(guī)范(GB503302002) o=arctg(tg+2c/rhcos) 鐵路路
6、基支擋結構設計規(guī)范 0=arctg(tg+2c/rh) 注意: 1、當內聚力越大時,計算出的側向巖土壓力“失真”越嚴重; 2、當正應力增大,計算的側向巖土壓力偏小,則不安全; 3、當正應力減小,計算的側向巖土壓力偏大,偏于安全。,建筑邊坡工程技術規(guī)范中規(guī)定:由于邊坡巖土體的不均一性等,一般情況下,等效內摩擦角的計算邊坡高度不宜超過15m,不得超過25m。 規(guī)范公式中存在的問題: 抗剪強度相等原則 =tg+CL =tgo 則:tgo=tg+CL/ 式中:正應力=Gcos G=rha/2 a=cosL G=rhLcos/2 =rhLcos2/2 tgo=tg+C/rhcos2/2 =tg+2C/r
7、hcos2 因0cos1 coscos2 規(guī)范推薦公式計算的o小于推導公式計算的o。有一安全儲備。,(二)、試驗法,室內試驗 原位試驗 試驗法最大的不足是由于滑帶土的不均勻性導致試驗結果離散性太大。盡管目前對取樣部位及取樣方法進行了規(guī)定,且試驗盡可能模擬各部位滑坡的受力特征,但仍然難以達到滿意的效果。,(三)、參數反演法,反演或稱反分析是通過恢復已破壞斜坡的原始狀態(tài)或滑動后滑坡狀態(tài),在分析其破壞機理的基礎上,建立極限平衡方程,然后反求滑動面的C、值。 1、明確反映變形破壞機制; 2、計算步驟盡可能簡化,抓住主要問題,提高適宜性, 3、易于校核; 4、不刻意追求新穎和復雜化。 在進行反演分析時應
8、特別注意以下幾點: 1、應盡可能地模擬滑坡蠕滑時的邊界條件,尤其是地下水位,如果難以做到,則可取勘探時雨季最高地下水位; 2、選擇分析剖面與主滑剖面一致; 3、用作反演分析的理論方法,應與設計用的穩(wěn)定性及推力計算方法一致。,巖土工程勘察規(guī)范(GB500212001)、公路工程地質勘測規(guī)范(JTJ064-98)、鐵路工程不良地質勘察規(guī)程(TB10027-2001)、滑坡防治工程勘查規(guī)范(DZ/T0218-2006)等規(guī)范規(guī)程中對反演法均作了相應的規(guī)定。但在具體計算過程中需注意以下幾個方面: 1、無論是采用恢復已破壞斜坡的原始狀態(tài)或滑動后滑坡狀態(tài),首先必須明確滑坡的穩(wěn)定狀態(tài),并取相應的穩(wěn)定系數。各
9、種規(guī)范規(guī)程中按滑坡的賦存活動狀態(tài)(正在滑動、暫時穩(wěn)定、穩(wěn)定)給出了一個相應的區(qū)間值,但在取值過程中需考慮滑坡的危害程度,危害程度大取小值,危害程度小取大值。 2、除主滑剖面外需取與主滑剖面平行的不少于一條的計算剖面。 3、假定C值計算值、或假定值計算C值,須注意兩值的對應性,計算中相鄰假定值不能過大。,在反演分析中,滑坡幾何參數確定后,穩(wěn)定性系數可根據滑坡穩(wěn)定狀態(tài),給定一個值,那么公式中的變量只有C、。我們可以用兩個或兩個以上的剖面建立2元一次或高階方程組,聯(lián)立求解方程式可以較為精確地反算出滑帶土的抗剪強度參數。,(四)經驗法(類比法),各類規(guī)范、規(guī)程、手冊都給出了較多的經驗數據,在應用過程中
10、要注意滑帶土的相似性和不同性。 硬性結構面:主要由結構面的幾何形態(tài)、膠結情況及充填厚度所決定。 1、結構面起伏較大且較粗糙,內摩擦角較大; 2、結構面如為鈣質、鐵質、硅質膠結,內聚力較大; 3、隨著結構面充填物厚度的增大,結構面抗剪強度由充填物的抗剪強度來控制。 滑帶土的抗剪強度還與土的礦物成份及粒徑有關。如組成土的礦物成份中高嶺土、伊利石、蒙脫石含量較高,則土的內聚力較大,粒徑大,內聚力小。,建筑邊坡工程技術規(guī)范、工程巖體分級標準、巖土工程手冊等都給出了一些經驗公式和數據。其中巖土工程手冊中給出了抗剪強度指標與斜坡坡度之間的一個統(tǒng)計資料:,滑坡計算參數,包括滑坡巖土和滑動面(滑帶)的物理力學
11、性質參數.在以上研究的基礎上滑坡計算參數確定的基本思路如圖:,四、穩(wěn)定性系數,滑坡穩(wěn)定性研究的主要任務是進行滑體穩(wěn)定性計算,評價目前和穩(wěn)定狀態(tài)和可能的變形發(fā)展趨勢,它是在確定了地質模型和物理破壞模式以后,給出合理的數學概化模型。 滑坡穩(wěn)定性系數:是判斷滑坡穩(wěn)定程度的一個量化值。 滑坡穩(wěn)定性的計算方法大致可分為三類,一是極限平衡法,二是數值法,三是概率法。 極限平衡分析法是一種定量方法,也是工程上使用最多、最成熟的方法。目前國內有關規(guī)范、規(guī)程采用最多的一種計算方法。 極限平衡假設:當坡體的強度指標降低Fs倍后,坡體內存在一達到極限平衡狀態(tài)的滑面,滑體處于臨界狀態(tài)。 條塊剛性假設:對滑體進行剖分后
12、,各條塊為剛性塊體,只發(fā)生整體運動而不產生條塊內部的變形。,同樣的力學破壞模式,同樣的力學參數,采用不同的計算方法,穩(wěn)定性系數計算結果可相差30%。 同種計算方法,同樣的力學參數,同樣的力學破壞模式,剖分方法的不同,計算結果相差很大。不同影響因素狀態(tài)下差值也不同。其差值最大可達20%。坡面或滑面越陡,剖分方法的影響越大。 在以下位置應設置滑坡體條塊垂直分界面: 1、滑動面傾角變化點; 2、滑動面物理力學參數變化點; 3、滑動面與地下水位線相交點; 4、地面線與河流或水體設計水位線的交點; 5、滑坡體重度突變位置; 6、滑坡推力零界位置。,規(guī)范、規(guī)程中采用的計算方法: 1、滑動面為單一滑面或圓弧
13、形:瑞典條分法或畢肖普(Bishop)法。 瑞典條分法是將滑動面以上的土體分成n個垂直分條,對作用于各土條上的力進行力或力矩平衡分析。該方法是忽略土條之間和相互作用力的影響。 畢肖普法是假定滑動面是以o為圓心,R為半徑的圓弧,從中任取一土條i為分離體,其分離體的作用力為: 土條重引起的法向反力和切向力,并分別作用于底面中心處。根據靜力平衡條件或極限平衡條件各土條力對圓心進行力矩平衡分析。忽略條間切向力。 2、滑動面為平面(巖質)滑動時采用平面極限平衡法。 3、滑動面為折線時采用傳遞系數法(不平衡推力)。 上述計算方法中,瑞典條分法偏于過分安全,畢肖普法和傳遞系數法誤差較小。,(一)傳遞系數法顯
14、示解公式,傳遞系數法是采用投影法建立的一個力的平衡方程。 巖土工程勘察規(guī)范、建筑邊坡工程技術規(guī)范、滑坡防治工程勘察規(guī)范中采用的是顯示解:,(一)傳遞系數法顯示解公式,分子:各條塊抗滑力之和 分母:各條塊下滑力之和。 1、公式是按逐塊投影法進行推導,其數學邏輯是正確的。按公式可理解為:滑體各條塊下滑力傳遞至最末條塊之剩余下滑力和最末條塊下滑力之和與滑體各條塊抗滑力傳遞至最末條塊之剩余抗滑力和最末條塊抗滑力之和的絕對值之比。但忽略了各條塊之下滑力和抗滑力在傳遞過程中的相互作用關系。 在某一平行于條塊分界面的豎直分界面位置,若滿足條件:剩余下滑力0、靠滑坡前緣一側條塊下滑力0,則該豎直分界面靠滑坡后
15、緣一側各條塊的下滑力和抗滑力均不再向下傳遞。,(一)傳遞系數法顯示解公式,2、動水壓力對滑體的穩(wěn)定性是不利的。在動水壓力計算公式中,當第i計算條塊底面傾角為負值(向下)且絕對值大于第i計算條塊地下水位面傾角時,所產生的動水壓力方向指向上為一抗滑力,這違背了動水壓力性質。,(二)傳遞系數法隱式解,隱式解中是對滑體下滑力進行折減,經多交迭代使滑體未條塊剩余下滑力等于零時的系數(Fs)即為滑坡穩(wěn)定性系數。 傳遞系數法顯式解和隱式解有如下關系: 1、當穩(wěn)定性系數小于1.0時,穩(wěn)定性系數的顯式解小于隱式解; 2、當穩(wěn)定性系數等于1.0時,穩(wěn)定性系數的顯式解等于隱式解; 3、當穩(wěn)定性系數大于1.0時,穩(wěn)定
16、性系數的顯式解大于隱式解。,五、荷載,作用于滑坡體上的荷載有如下幾種: a、滑坡體自重; b、滑坡體上的地面荷載:建(構)筑物產生的附加荷載,汽車、行人等產生的動荷載; c、地下水產生的荷載:靜水壓力、動水壓力等; d、地震荷載; e、江(河、庫)水位變化產生的荷載。 荷載組合是根據滑體變形過程中作用于滑體上的荷載按最不利條件進行組合。各類規(guī)范、規(guī)程中有不同的組合方法: 建設行業(yè):可分為永久荷載、可變荷載、偶然荷載。分別進行荷載組合,相應的荷載選取不同的荷載分項系數。,五、荷載,地質、公路、鐵路、水利行業(yè):根據滑坡變形過程及其發(fā)展趨勢進行荷載組合(工況)。 在穩(wěn)定性計算中一定要分析滑坡的運動特
17、征和動力特征,在影響因素分析中要分別進行誘發(fā)因素和激發(fā)因素進行分析。,六、勘察報告編制,1、可不進行勘察等級劃分,但要進行勘察階段劃分,并根據滑坡規(guī)模、危害程度、治理難度進行滑坡分級。 2、地質環(huán)境部份(概述),對與滑坡有關的進行重點描述。 3、滑坡基本特征部份 (1)滑坡邊界、規(guī)模、形態(tài)特征:分析滑坡體的類型、邊界范圍及分布高程、面積、體積及其平面、空間型態(tài),并分析其變形破壞特性和可能造成的危害。 (2)滑體特征:分析滑體的成因類型、物質成分及結構、形態(tài)參數、巖土力學性質和指標、厚度及分區(qū),地下水活動狀態(tài)及巖土滲透特征。 (3)滑床特征:滑床基巖巖性及結構,巖石力學和滲透性指標、地質構造,風
18、化程度等。 (4)滑移帶特征:滑移帶的物理組成、力學特性與結構、微結構特征,分布形態(tài),埋深、厚度及分段。 應對滑體、滑動面、滑帶土、滑床物質組成進行描述。 4、對試驗方法應加以說明。 5、在剖面圖、鉆孔柱狀圖、山地工程展示圖必須標注取樣位置。,滑坡防治工程設計,滑坡防治工程應與社會經濟發(fā)展和環(huán)境質量改善規(guī)劃相適應,與環(huán)境保護、土地利用相結合。 滑坡防治應以及早治理,一次根治,不留后患為原則。 動態(tài)設計為滑坡防治工程設計的基本方法。 一份設計由三部份組成 一、計算書 二、施工圖圖冊 三、工程預算書,一、計算書,計算書是整個設計的核心。是設計的理論計算及校核的依據。它應該由以下幾部份組成: 1、滑
19、坡概況 2、設計依據及采用的規(guī)范、規(guī)程 3、設計參數 4、工程措施 5、計算,設計參數,設計參數一般采用專項滑坡勘察報告中建議的設計參數。由于對同一滑坡的看法不同,可能存在認識上的分歧。在對滑坡物理力學參數取值上有不同的認識。如果對勘察報告中提供的參數進行修正,那么在此部分需加以說明和論述。最終確定設計參數。,工程設計中安全系數的討論,滑坡穩(wěn)定性安全系數:根據滑坡危害對象的重要性,危害程度的大小,治理失敗后補救工程的難易度面而規(guī)定的一種安全指標。 滑坡防治工程設計都要符合規(guī)范中規(guī)定的安全系數,不同的安全系數定義對穩(wěn)定安全系數的數值與滑坡推力值都是不同的。但滑坡工程與結構工程不同,增大荷載并不一
20、定能充分體現增大安全系數。隨著荷載的增大,下滑力增大,但抗滑力也會增大。目前采用的安全系數主要有三種: 1、強度儲備安全系數:通過降低巖土體強度來體現; 2、超載儲備安全系數:通過增大荷載來體現; 3、下滑力超載儲備安全系數:通過增大下滑力來體現。,強度儲備安全系數,滑坡的發(fā)生常常是由于外界因素引起巖土體強度降低面導致巖土體滑坡,在計算過程中只降低抗滑力,而不改變下滑力是比較符合工程實際情況,也是工程界廣泛承認的一種方法。如簡化畢肖普法,傳遞系數法的隱式解等。,超載儲備安全系數,主要表現在支護結構設計中的荷載分項系數。如抗滑樁結構的承載力設計時:,下滑力超載儲備安全系數,改進傳遞系數法: 基于
21、以下六個假設: 1、將滑坡穩(wěn)定性問題視為平面應變問題; 2、滑動力以平行于滑動面的剪應力和垂直滑動面的正應力集中作用于滑動面上; 3、視滑坡體為理想剛塑材料,認為整個加荷過程中,滑坡體不會發(fā)生任何變形,一旦沿滑動面剪切應力達到其剪切強度,則滑坡體即開始沿滑動面產生剪切變形; 4、滑動面的破壞服從Mohr-Coulomb破壞準則,即滑動面強度主要受粘聚力及摩擦力控制; 5、條塊間的作用力合力(剩余下滑力)方向與滑動面傾角一致,剩余下滑力為負值時則傳遞的剩余下滑力為零; 6、沿整個滑動面滿足靜力平衡條件,但不滿足力矩平衡條件。,改進的傳遞系數法依據、原理正確,物理意義明確,計算結果穩(wěn)定、可靠。其滿
22、足條塊剩余下滑力的合力小于零的條件,即條塊之間不允許出現拉應力,不論條塊剩余下滑力是否小于零,其計算出的穩(wěn)定性系數均與不平衡推力法相等,計算的滑坡推力滿足設計要求,克服了傳統(tǒng)的傳遞系數法方法的不足。,強度折減安全系數與下滑力超載安全系數,滑坡推力的標準值:,式中:E滑坡推力 T巖土體下滑力 R巖土體抗滑力 由強度折減安全系數Fs得到的滑坡推力為: E1=T-R/Fs 由下滑力超載安全系數Fs得到的滑坡推力為: E2=FsT-R,E2=Fs(T-R/Fs)=FsE1,可見,采用下滑力超載安全系數的滑坡推力值為強度折減安全系數的滑坡推力值的Fs倍。這也就是為什么采用改進傳遞系數法計算滑坡推力時Fs值增加不大而推力增加很大的原因。,錨固角的優(yōu)化,常見的邊坡破壞類型有平面破壞、楔體破壞、圓弧破壞及復合破壞。 1、按規(guī)范、規(guī)程取值:錨孔傾角宜采用100-350; 2、,假定已知滑動面傾角為,坡面線傾角為,錨索與水平面的夾角為,錨索與滑動面的夾角為,錨固端簡化為A點,則預應力錨索加固受力示意圖如下:,由圖中易得:=+ 錨索抗滑力F為:,由上式可知,錨固抗滑力主要由錨固力T沿滑動面的切向分力T和法向分力Tn在滑動面上產生的摩擦力提供。T主要由注漿體與錨索或與巖土體孔壁間的粘結強度值決定,是滿足預錨設計要求的核心參
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