土质边坡范文（精选9篇）
土质边坡 第1篇
边坡防护工程指对在构筑物场地周边开挖或填筑所形成的人工边坡和可能影响构筑物安全稳定的自然边坡所采取的支挡、加固、放坡等防护措施。土质边坡防护的常用方法为:支挡法——挡土墙(抗滑桩)、锚固法——锚杆(索)、坡率法。边坡防护设计往往根据现场条件选用其中2种～3种方法组合应用。在用地条件限制,难以放坡的坡段,通常采用支挡法、锚固法或坡率法+锚固法防护;在用地条件许可时,通过控制边坡高度和坡度,无需对边坡整体进行加固自身稳定的人工边坡设计方法即为坡率法。
2 支挡法——挡土墙
支挡法的优点在于节约土地;不足之处在于支挡高度有限,结构工程量大,造价高。
根据04J008图集中路肩墙,查算挡土墙体积,选择悬臂式钢筋混凝土挡土墙、俯斜式浆砌石挡土墙、仰斜式浆砌石挡土墙与1∶1坡率法作造价对比,其2 m～8 m路肩墙(或边坡坡面)的每延米造价估算如图1所示。由图1可见,悬臂式钢筋混凝土挡土墙、俯斜式浆砌石挡土墙虽然几乎无放坡占地,但造价最贵,达到500元/延米～5 000元/延米;仰斜式浆砌石挡土墙临空面按1∶0.25坡率,造价略低,为400元/延米～3 700元/延米;而坡率法
仅为100元/延米～900元/延米,为支挡法的1/3～1/5。
3 坡率法+锚固法
如放坡空间不充足时,需采用坡率+锚索(杆)+格构梁的组合措施防护。通常采用1∶0.5～1∶0.75坡率,以大大减轻锚固结构的侧向土压力,但坡面安全系数不足,需结合锚索(杆)+格构梁加固防护。锚索采用多束高强度(1 300 MPa～1 800 MPa)、低松弛钢绞线,长度20 m～30 m,锚固力250 kN～300 kN,对整个坡面起到主要的锚固作用;而锚杆则相对较短,采用螺纹钢筋(Φ20～Φ32),长度6 m～15 m,对边坡的面层起到固定作用;格构梁为现浇钢筋混凝土,格构断面高度可为300 mm～400 mm,宽度可为200 mm～300 mm。组合法的优点在于,综合利用了坡率法降低挡土结构压力和锚索(杆)对坡面的锚固作用,有效控制边坡占地和土方开挖量;不足之处在于施工技术要求高,工程造价高。此外,由于新填方边坡对锚杆附加拉力过大,高度较大的填方边坡不宜采用锚固方案。
4 坡率法
4.1 坡率确定
土体具有复杂性、离散性和易变性,影响土质边坡稳定的因素众多的特点,土质边坡设计仍处于半经验半理论的阶段,其坡率允许值可根据经验,按工程类比的原则并结合已有稳定边坡坡率值分析确定。当无经验,且土质均匀良好、地下水贫乏、无不良地质现象和地质环境条件时,可根据土体类别、状态和坡高范围,参照边坡规范确定。坡高小(<5 m)、状态密实、坚硬的坡率大,多在1∶0.5～1∶1;坡高大(5 m～10 m),状态中密、硬塑的坡率稍小,多在1∶1～1∶1.5之间。在坡高范围内,不同的岩土层,可采用不同的坡率放坡。例如开挖边坡常常遇到的土层序列为:坡积—残积—全风化—土状强风化层,适用上缓下陡的坡率。具体土层坡率需根据岩土工程勘察报告划分的不同土层,选择可靠性和适用性好的土体物理力学参数(主要是土的抗剪强度指标c,φ和土的重度γ值)分析计算确定。
4.2 坡面防护及截排水措施
常用坡面防护措施包括:植草、三维植被网、浆砌石骨架植物、水泥混凝土空心块(正方形或六边形)植物、挂网喷射混凝土等护坡类型。具体坡面防护形式可根据坡率查用07MR403图集。
截排水措施包括:在边坡坡顶、坡面、坡脚和水平台阶处设置排水系统,防止坡面雨水汇集后,对下部边坡坡面的冲刷侵蚀;同时在坡顶外围设截水沟,避免边坡结构以上大面积坡面来水对边坡防护结构的破坏。
4.3 填土边坡
填土边坡的土质为人工回填土,固结程度差。由于填土边坡土质比开挖边坡土质差,即使是同一场地的挖填坡坡率也应当有所不同,即填坡坡率应当缓于挖坡坡率。实际应用中,在控制好填坡土料、压实度的基础上,填坡坡率一般不超过1∶1.5,通常在1∶1.5～1∶2之间。
4.4 高边坡
工程建设中经常遇到高度超过15 m的土质高边坡,高边坡防护一般不能直接引用坡率参考数值,需进行专项设计。土质高边坡需分级放坡,不同级之间马道宽度不小于2 m,根据土质情况,确定各级边坡坡率,并对整体稳定性进行验算。
土质边坡可采用简化毕肖普(Simplified Bishop)法进行抗滑稳定计算。圆弧滑动分析时将滑动土体分成施工竖向土条,计算每个土条滑动面上的抗滑力和滑动力,并分别累加起来,其比值即为边坡稳定性安全系数。在圆弧滑动计算中,圆弧面为假定,因此,需要试算多个可能的滑动面,相应于最小稳定安全系数Kmin的滑动面才是最危险的滑动面,Kmin值必须满足规范规定的数值。利用理正深基坑和岩土计算软件的边坡稳定分析的模块,可以自动搜索最危险滑裂面。用理正岩土软件分别以8 m,16 m,24 m土质边坡不同坡率条件下Kmin计算为例,结果如图2所示。计算条件为:粉质黏土γ=18.5 kN/m3,ϕ=24°,c=17 kPa,坡率1∶n(n范围为0.5～2.0),采用Bishop法做圆弧稳定分析,地震烈度8度,不计地下水,坡顶平台荷载10 kPa,马道宽2 m。
上述计算过程显示,边坡稳定安全分析搜索计算工作量很大,难以用手算完成。计算结果显示,相同坡率下,坡高由8 m加高到16 m,安全系数降低0.2～0.3,加高到24 m后,安全系数进一步下降0.1～0.14。即同坡率下,存在坡高越大,安全系数越小的现象,如1∶1的坡率对一般边坡(<8 m)是安全的,但对超高边坡(>15 m)则是不安全的。因此,超高边坡需要专项设计,通过计算确定安全的坡率。
4.5 生态景观
边坡工程经常邻近构筑物,且水平和垂直尺度大,给人的视角大,即看上去很显眼,需将生态景观措施融入到边坡防护中。边坡的生态景观性指注重坡面结构整体的美观,在坡面防护中引入抗逆性强、景观性好的坡面植被。草坡的生态景观性最接近自然坡,因此,在边坡高度小于8 m,坡率缓于1∶1的情况下,尽量采用植草、三维植被网护坡。对于高度较大,坡率稍陡的坡面防护,可选择浆砌石骨架、钢筋混凝土空心块等形式分割坡面,骨架以简单的几何线条为宜,如六边形、人字形等,中间空隙植草。
4.6 监测
为保证边坡防护安全施工和使用,应进行边坡监测。监测内容包括坡体及结构水平位移、垂直位移、测斜、锚杆拉力、地下水等。监测点布置原则为典型坡面布置2个～3个监测断面,每个监测断面上的表面位移测点不宜少于3个,其他监测项目的测点不宜少于1个。地质条件复杂的边坡宜增设监测断面或测点。监测时间为施工期间及工程竣工后边坡稳定为止,且不小于两年。
5 结语
在边坡防护的基本方法中,支挡法虽然节约了用地,但支挡成本高,支挡高度受限;锚固法通常需要在坡率法的基础上结合实施,存在施工难度大,工程造价高的问题;坡率法相对安全稳定性高、耐久性好、施工简单、造价经济、生态美观、可用于高边坡防护等,因此,在用地许可的情况下,宜优先采用。坡率法设计时,根据规范初选坡率,结合土质参数验算边坡整体稳定性;在边坡稳定安全系数满足规范要求的前提下,选择适用的坡面防护形式,植生种类;完善坡顶截水,坡面排水措施,才能设计出兼具安全经济、生态景观的边坡。
摘要：在对比支挡法、锚固法、坡率法边坡防护方法的基础上,就坡率法中挖填坡不同坡率选择、坡面防护、截排水、生态景观设计过程进行了探讨,指出坡率法安全稳定性高,耐久性好,优点众多,进行边坡防护设计时,在用地条件许可情况下,宜优先采用。
关键词：坡率法,边坡,防护
参考文献
[1]GB 50330-2002,建筑边坡工程技术规范[S].
[2]SL 386-2007,水利水电工程边坡设计规范[S].
[3]04J008,国家建筑标准设计图集挡土墙[S].
[4]陈道远.锚杆格构梁在土质边坡支护工程中的应用[J].四川建材,2008(5):3.
[5]07MR403,国家建筑标准设计图集城市道路———护坡[S].
土质边坡 第2篇
[摘要]通过调查分析某土质边坡工程地质特点，阐明其稳定性影响要点。
[关键词]土质边坡 稳定性影响要点
[中图分类号] U213.1+3 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-7-292-2
1工程概况
该边坡为修建房屋、景观道路开挖形成的人工边坡。边坡总长度约150m，坡高一般3～24m；总体1～2级放坡；人工边坡坡度较陡，一般60～85°；除局部坡脚采用挡土墙或围墙防护外，大部分坡体尚未采取工程支护措施。目前该人工边坡局部已发生数处崩滑失稳现象；崩滑点位于坡体中、上部，植被不太发育，规模均较小。虽然，该人工边坡失稳尚未造成人员伤亡和较大经济财产损失，但该坡体开挖坡度较陡，若不及时治理较易引发进一步的崩塌或滑坡。
2工程地质条件
2.1岩土分层及其特征
岩土层按其地质年代和成因类型自上而下可划分为坡积层（Qdl）、残积层（Qel）和基岩（Z）三部分，基岩为震旦系片麻岩。各岩土层的分布和特征分述如下：
2.1.1坡积层（Qdl，层号“1”）
土性为粉质粘土，呈灰黄、浅红等色，稍湿，硬塑状为主，土质较均匀，粘性一般，局部含砾砂。厚度为1.2～4.9m，平均2.63m。
2.1.2残积层（Qel，层号“2”）
该层由片麻岩风化残积而成，土性主要为砂质粘性土，呈褐黄、褐紫、灰褐、灰白等色，稍湿，硬塑状，粘性一般，遇水可软化崩解，含较多石英颗粒。厚度为2.1～3.1m，平均2.47m。
2.1.3基岩（Z，层号“3”）
按岩石的风化程度可划分为全风化、强风化和中风化三个风化岩层，各岩层的分布及特征描述如下：
（1）全风化片麻岩（3-1层）：呈灰白、灰褐、褐黄、褐红等色，岩石风化强烈，呈坚硬土状，土芯手捻具砂感，含较多石英颗粒，岩芯遇水易软化崩解。层厚2.4～5.2m，平均4.32m。
（2）强风化片麻岩（3-2层）：呈褐黄、灰白、灰褐等色，岩石风化强烈，呈半岩半土状、土夹碎块状，手折易断，遇水易软化崩解，碎岩块易击碎。厚度3.1～19.7m，平均13.51m。
（3）中风化片麻岩（3-3层）：呈灰、灰褐、褐黄等色，变余结构，块状构造，裂隙较发育，岩芯呈短柱、块状，敲击声稍哑。揭露厚度为1.0～3.5m，平均2.44m。
2.2坡体地下水性质
本场地8个钻孔在钻孔深度范围内均为干孔。通过对地质环境条件及附近坡脚地下水出露特征等因素分析，预计边坡稳定地下水位多数低于人工边坡坡脚，地下水主要汇集于附近沟谷谷底一带，由此表明勘查坡体的旱季静止地下水位埋深较大，在坡脚埋深一般约3～5m，坡顶埋深可达30m。
区内边坡地下水位的变化与地下水的赋存形式及排泄、补给方式关系密切，由于大气降水是地下水的主要补给来源，而每年的4～9月为本区的雨季，大气降水丰沛，故这期间水位将明显抬升，而在冬季因降水减少地下水位随之下降。根据区域水文地质资料分析，勘查区地下水位动态变化相对较大，稳定水位年变幅一般为2～4m。
2.3不良地质条件
主要不良工程地质条件为孤石局部发育。该区孤石发育于坡体中，而边坡坡度较陡，且距离坡脚民居、道路较近，对坡脚建筑和人员的潜在威胁较大。特别是台风暴雨期间，在雨水冲刷作用下，孤石周围土体会发生塑性变形或失稳，从而形成崩滑隐患或导致发生孤石滚落现象，直接威胁坡脚建筑和人员生命安全。另一方面，孤石发育于边坡中，加大了坡体自重，增加了坡体发生崩滑失稳的可能。
3边坡地质灾害成因分析
该边坡地质灾害的成因分析如下：
3.1坡形因素
该边坡主要为一～二级放坡，除边坡中段一级坡脚采用浆砌块石挡墙和围墙防护外，其余大部分坡面多未采取工程措施防护；而开挖坡度较陡，一般60～80°，不利于坡体稳定。
3.2岩土体的水理性能
构成坡体的岩土体主要为坡残积土、全～强风化片麻岩，总体属土质边坡，这些岩土体的水理性能较差，遇水易软化崩解，对高陡边坡的稳定性不利。另外，边坡的主要岩土体虽然具有强度较高、压缩性较小的特点，但同时具有孔隙率较大、粘性较差和遇水容易软化崩解的特性。这种类型的人工边坡在旱季期间稳定性通常较好，但雨季期间，坡体由于长时间受水浸润将造成重度增大、抗剪强度降低，从而降低边坡的稳定性，因此，坡体岩土体水理性能较差是本区边坡失稳的主要内因。
3.3孤石
该边坡局部发育孤石。孤石的危害主要表现为坡面岩土体中若夹有孤石，则会造成边坡体自重加大，孤石在自重力作用下容易发生滚落，由此导致边坡出现失稳现象。此外，孤石与周围土体的接触界面有利于地表水和地下水的渗透作用，同样不利于坡体的稳定。
3.4气象因素
勘查区雨季长，雨量充沛，降雨集中，多年平均降水量1774mm，年最大降雨量为2864.7mm。故雨季连续暴雨将是边坡失稳的主要触发因素。
3.5水文地质条件
本区为低丘陵区，有利于地下水的排泄，但因大气降水集中，因此造成地下水的动态变化较大，主要表现为旱季丘顶无水（埋深较大），潜水面位于坡脚附近，雨季潜水面则明显抬升。潜水面的抬升将明显改变边坡土体的应力状态。地下水位线以下土体的孔隙水压力增加，从而降低其有效应力，而地下水位线以上的土体则不受水的影响。随着有效应力的减小，一方面因作用于潜在破坏面上的法向应力降低而导致其抗剪强度降低，另一方面也会使土体本身的强度降低。此外，雨季期间降水入渗量增加，地下水径流增强，土体残留结构面中的细小颗粒流失量加大，从而降低土体抗剪强度，诱发边坡失稳。
4边坡稳定性计算
该边坡总体属土质边坡，根据坡体条件，选用刚体极限平衡法中瑞典条分法和Bishop法来计算边坡的稳定性。计算参数见表1，计算结果见表2。
根据计算结果，勘查边坡3―3’、4―4’剖面所属坡段属于欠稳定，需重点加固防护；1―1’、2―2’剖面所属坡段属于稳定状态，可进行一般防护。
5地质灾害防治方案
根据该边坡地质灾害的形成机制，有关防治方案的可考虑以下几种：
（1）方案一：采用“削坡+挡土墙+截排水”；
（2）方案二：采用“锚杆（索）+格构梁+截排水”。
方案一适合于稳定性好的坡段，其目的主要是防治边坡表层出现小型崩塌，其中对于坡高较大、坡度较陡的坡段，应分级放坡，挡墙可采用钢筋混凝土剪力墙；对于坡高较小的地段，可采用浆砌块石挡墙或片石骨架护面。方案二是针对边坡稳定性为欠稳定的坡段，防治目的是边坡潜在出现较大范围滑坡。
参考文献
土质边坡 第3篇
关键词:土质边坡;渐进性破坏;数值模拟;物理相似模拟试验
边坡的破坏是一个渐进的过程,这个概念早在20世纪60年代,Skempton在研究超固结粘土边坡的稳定性时就提出了。他认为,土体的强度并非在整个滑裂面上同时发挥作用,而是当土中某一点的剪应力增加到超过土的强度时,该点发生剪切破坏。由于这种剪切破坏逐渐传递,使得渐进破坏面逐渐扩大,最后当滑动推力上升到超过滑裂面的抗剪强度时便发生坡体的整体滑动。所以,滑坡是一个土体随时间而缓慢变形并最终突然崩塌的过程。
对于一定的坡型和坡体材料,其坡脚的塑性区范围是一定的。而一旦出现局部塑性破坏区,该区域的承载能力会明显下降,坡体应力场会出现重新调整,并导致新的塑性破坏区的产生。新的塑性破坏区在形成过程中,释放残余能量,该残余能量将向塑性破坏区周围的弹性区扩展,使之受到其影响,而受到影响最大的是其临近区域。这些区域的某些范围可能由于叠加到相邻塑性破坏区所释放的能量,而超过其弹性强度,从而进入塑性破坏区。这样在不断的能量释放、转移、调整过程中,塑性破坏区范围不断扩大,破坏面不断延伸,释放的能量不断减小,当到达一定程度,弹性区在叠加了残余能量以后,所受到的应力仍然小于材料的弹性强度,则塑性破坏区不再扩展,破坏面不再扩大。但是该叠加应力若大于材料的弹性强度,则塑性区继续扩展,直至破坏面形成。本项研究基于渐进破坏理论,采用有限元数值计算分析方法,对土质边坡的渐进破坏过程进行模拟,并通过室内的物理相似模拟试验对其进行验证。
一、土质边坡渐进破坏分析程序设计
1.有限元建模
本程序采用有限元建模FORTRAN90编写程序。由一个主程序和30个子程序所构成。程序编写时,把主要部分划分成几个子块,每一子块完成一项工作,并将可能用得比较多的程序段,用一个个小的子程序编写出来,便于多次调用。主程序主要用于控制运算路径和进程,各个子程序分块编写,分级调用。这种模块化的结构体系便于程序的编写、修改、调试,是化繁为简的行之有效的方法。
程序编写根据有限元建模的一般步骤进行,将网格自动生成、单元刚度矩阵、整体刚度矩阵、荷载列向量、解方程出位移等编写成子程序,在主程序MAIN中顺次调用。经过程序的一次运算后,可以得到边坡模型中各单元形心应力及处理后的绕节点平均应力。
2.FORTRAN程序实现渐进破坏过程
上述一次程序运算完毕,求出边坡的弹性应力场,计算出节点位移、单元及节点应力。然后根据德鲁克-普拉格强度准则求出系统的超过强度条件的最不安全单元,标记下来,对该单元进行处理,将其强度降低,并将其过量应力按照弹塑性力学的原理分配到该单元节点上。对破坏单元进行处理通常是将弹性模量E降低,一般降低为原弹性模量的 左右。修改好破坏单元的参数后,一个新的模型诞生。该模型中,与前次破坏单元相关的节点获得了破坏单元卸载的过量载荷,使得这些单元较其他单元更有可能称为下一破坏单元。也就是说,与破坏单元相邻的单元是下一级破坏单元产生的区域,这与很多理论研究和实验结果都是一致的。
处理后的单元与其他单元一起进入程序第二次运算,得到新的破坏单元,对新的破坏单元给予同样的强度折减处理,再运算,如此循环,直至破坏单元的数量不再增加,说明破坏面延伸至此终止,程序运行结束。
这样,在载荷不变的情况下,坡体从第一批屈服破坏单元开始出现,直至最终滑动面生成,清晰的体现了渐进的思想。屈服破坏区域逐渐扩大,破坏单元逐渐增多,破坏滑动面逐渐“生成”,渐进的过程一目了然。
3.程序运算结果
经过本程序计算后,破坏单元呈“渐进”方式出现,即破坏单元数目越来越多,破坏区域越来越大。将破坏单元渐进出现的区域及次序用图1展示。图1中,标有数字的单元就是破坏单元,数字1、2、3表示的是单元破坏的次序。图中所示破坏单元构成的是一个破坏区域,而不是理论上所说的破坏面,这是因为程序计算所取精度的关系。
二、物理相似模拟试验
1.试验设计
根据边坡实际尺寸和模型架装置尺寸,选择模型边坡顶部宽度为0.4米,坡高0.65米,坡体底面宽度取1.05米,模型厚度为0.25米。
填筑模型所用材料全部采用现场采集的砂土,进行破碎、筛分处理后,分层填装。根据路基填筑施工中采用的分层高度,并考虑模型填筑的方便,模型填筑的分层高度取5cm。整个边坡模型高度为0.65m,共分13层进行填装。在每次分层填筑后,于适当位置放置自制观测元件,直至整个模型填筑完毕。自制测点交错布置,呈梅花桩形式排列,共布置8层24个测点。
模型填筑完成时,用相机记录各个自制测点的位置。模型填筑完毕一天后,进行加载。荷载施加完毕后待模型稳定时,每间隔一段时间再用直尺测一次位移变化,并用相机记录下此刻的测点位置,从而得到各测点的位移变化量。
2.试验结果分析
在模型填筑完毕,荷载加上去不多时,可以很清楚的发现,测点位置发生了改变。随着荷载施加,自制测点的位移开始发生比较大的变化,并在坡脚附近出现第一道裂纹。一旦裂纹出现,坡体的强度必然发生比较大的变化,可以看到,坡体里面的测点发生了很明显的位移变化。随着荷载施加,裂纹开始开展,慢慢“长成”为一条裂缝,见图2与图3。
可以看到,在裂缝的上下测点位移的变化情况有了很大的不同,裂缝以上的部分,测点位移发生了相当大的变化,可以看到,从第一幅到第三幅,位移变化有5cm之多,且对照三幅图斜坡面上竖向裂缝的位置,说明坡体沿着裂缝开始下滑了。而裂缝以下部分的测点位移基本没有什么变化,这也从一定程度上说明该试验坡体的破坏不是整体的坍塌过程,而是裂缝局部发展扩大的渐进过程。
需要说明的是,由于土质拌合均匀程度、夯实均匀程度以及实验条件等一些问题,使得裂缝不像理论值那样规整,但裂缝的形状已能在一定程度上说明问题。通过试验记录下来的数据与用相机拍摄的图片,证明了试验结果与本文数值模拟的结果一致,坡体在自重和外载作用下发生的渐进破坏是从坡脚开始,并逐渐发展形成最终的滑动面。
三、結语
边坡破坏不是瞬时发生的整体破坏,而是从坡体局部出现裂缝,并一步步“生长”,形成滑动面的渐进破坏过程。
经过自己编写程序的运算,可以追踪到边坡破坏单元渐进出现的过程,从而证明边坡破坏渐进理论的正确性。
地下水位对土质边坡的影响研究 第4篇
关键词：土质边坡,地下水,Geo-slope,最小安全系数
边坡的失稳一般是指土方边坡在一定范围内整体沿某一滑动面向下或向外移动而丧失其稳定性。天然存在的边坡一旦失稳,将引起不良后果,其后果通常还是灾难性的。由于工程活动出现的填土新边坡,发生事故的几率更高,其祸害更大。崩塌、塌方、滑坡、泥石流,都是因为边坡失稳而造成的严重地质灾害,通常摧毁村镇和大批农田,堵塞水陆交通,历史上血的教训不胜枚举。
边坡失稳的影响因素很多,大致可以分为内在原因和外在原因两大方面。内在原因主要有:边坡地质构造、地形地貌、水文地质结构等;外在原因主要有:气候条件、降雨冲刷、地下水位变化、风化作用、地震、人工扰动等。但是如果对大量边坡失稳的原因进行分析就会发现,地下水是其失稳的主要条件。因此,地下水对边坡稳定性的影响研究有很大的现实意义[1]。
1 地下水对土质边坡的影响研究
1.1 地下水对砂土边坡的影响
当雨水降落在边坡表面时,由于砂土的孔隙大,渗透性强,水会沿着砂土中孔隙向下渗透。在水的作用下砂粒间的摩擦角ϕ将减小,内摩擦力也将减小。当边坡的排水通道不通畅或者存在隔水层时,水将进一步充满土坡孔隙,从而产生较大的孔隙水压力。孔隙水压力会对砂粒产生浮托力,一方面减轻了砂粒的重力作用;另一方面减弱了砂粒之间的相互作用,降低了砂土的有效应力,从而使整个土坡的抗剪强度下降。此外,还有土中含水量的增加会加大边坡土的下滑力。两者的综合作用使得边坡的强度和稳定性急剧下降,当下滑力超过土的抗剪强度时,边坡则发生失稳破坏。
1.2 地下水对粘土边坡的影响
在通常稳定情况下,粘土边坡呈硬塑、可塑状态,地表有裂隙存在。粘土颗粒之间粘聚力较大,整个土体的抗剪强度较大,压缩性较低,土坡稳定性好。在雨水的作用下,水顺着裂隙流入土坡内部,粘土颗粒间的孔隙水含量逐渐增大。孔隙水的增多减小了土的粘聚力,当土坡中孔隙水多到一定程度时,土体由硬塑变为软塑、流塑状态,土体的抗剪强度迅速减小。由于水含量增加再加上土体自重,土坡的自重大于抗剪强度时,边坡发生滑动。
1.3 地下水对粉土边坡的影响
地下水对粉土边坡的影响是介于粘土和砂土之间的。粉质粘土具有一定的透水性,在水的作用下内摩擦角减小,但由于内聚力的存在使它不会象砂土那样很快发生滑坡,随着孔隙水含量的增加土体抗剪强度降低,当某一个薄弱面所承受的应力大于土层抗剪强度时,土体发生滑动破坏。
2 地下水位变化对土质边坡的影响研究
地下水上升对边坡的稳定是不利的。若边坡坡面透水性较差或者存在隔水层时,会产生静水压力,方向与坡面正交。当边坡滑动面(软弱结构面)的倾角小于坡角时,坡面静水压力传到滑动面上的切向分量为抗滑力,对边坡稳定有利。当滑动面倾角大于坡角时,则切向分量为下滑力,不利于边坡的稳定[2]。
当地下水位下降时,由于渗流力的存在,加大了土坡的下滑力,同时地下水流速的加大,促使土的潜蚀作用,这些因素对边坡的破坏起促进作用。另外,由于水位下降,土颗粒的粘聚力增大,边坡的重度有所增大,所以抗滑力也有所增加,但是由于水对坡面的压力撤消,使边坡的结合面放松,这样抗滑力的增加就有限。综合几方面,地下水位的下降还是会降低边坡稳定性的。
3 Geo-slope软件计算不同水位对边坡的影响
Geo-slope是Geo-slope International Ltd.出品的岩土商用软件,在世界范围内应用十分广泛。下面通过水位这单一因素的变化时边坡的极限平衡分析,解析地下水位、滑动面位置以及安全系数的大致关系。
如图1所示边坡问题,边坡土质分为三层,上层粉质粘土2 m厚,密度为18.8 kN/m3,粘聚力12 kPa,内摩擦角21°;中层粉质粘土3 m厚,密度为18.2 kN/m3,粘聚力5.8 kPa,内摩擦角23°;下层粘土5 m厚,密度为19.2 kN/m3,粘聚力8.5 kPa,内摩擦角18°,开挖深度10 m,基岩位于开挖面下4 m处。
由于Geo-slope在每一次的计算中不能自由调节水位,所以将水位作为边界条件加以变化,分别计算。将滑动面的范围规定在上部距离坡肩4 m处,下部为距离坡脚2 m处。水位从10 m变化到13 m,随着坡头水位的增高,其浸润线也会随之增高。
在计算时主要采用的Bishop条分法,水位变化时边坡所对应的最小安全系数也直接反映在结果图片中,如图1～图4所示。
通过观察图1～图4可发现,随着地下水位的上升,滑动面不断向外移动,而且其最小安全系数也伴随减小(见表1),其下降幅度也越来越大。当地下水位已经超过坡脚时,滑动面会越过坡顶,形成坡面和坡脚失稳,发生局部的坡脚破坏(见图4)。
土质边坡失稳的原因在前面已经提到了一部分,此外还有一些也值得工程建设者注意。例如水对土体的化学效应对滑坡也起到了相当大的作用。孔隙水在边坡内部充分与土体中的矿物颗粒和晶体接触,发生化学反应,使其生成了一些新的矿物质,而其中的某些物质具有很强的分散性,逐渐降低了土体的强度。
在天然的状况下,土坡经历降雨—干燥—降雨这样的气候,一次次的水位变化将引起土体颗粒和晶体的膨胀内力变化,这种应力是不均匀的,随着次数的加多,土体中的部分矿物颗粒将分散破裂,内聚力明显下降。
通过Geo-slope的演示,边坡稳定性降低的过程很鲜明地呈现在面前,对于理解其破坏过程有很好的促进作用。
4 边坡治水
在实际的工程实践中,边坡治理涉及到很多方面的内容,地下水可以湿化坡体,降低土体强度,润化滑面,促使和加剧坡体滑动,故有“十滑九水” 之说,所以治坡先要治水,排水工程是整治滑坡病害中一项极其重要的内容。排水工程包括地表排水和地下排水。地表排水主要有:地表截水沟、夯实、植被、锚喷、灌浆等方法;地下排水主要有:盲沟、截水渗沟、地下隧洞、钻孔排水、集水井、立体排水等方法和工艺[3]。
任何排水措施的施工及其方案的确定,必须搞清楚地下水补给、径流和排泄条件,否则,不能收到预期效果。应使其尽量做到排泄地表水和疏导地下水,以减少引起滑动块体的重量,增加组成斜坡物质的强度。同时,还应该考虑排水系统的完整性和总体性。
5 结语
地下水是边坡失稳的主要条件之一,地下水可以湿化坡体,降低土体强度,润化滑面,促使和加剧坡体滑动。通过Geo-slope的计算,地下水位的提高对于边坡的稳定有着极为不利的影响。随着水位的增高,滑面会逐渐向外移动,当水位超过坡脚时,滑面会越过坡顶,破坏坡面和坡脚。边坡的治理过程中,以防为主,水的治理应首当其冲。
参考文献
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土质边坡 第5篇
在钻孔灌注桩、地下连续墙施工过程中,由于泥浆的比重大于水,泥浆自重产生的压力既可以用来固壁又可起到润滑、冷却设备作用。因此泥浆常常起着有利于孔壁、槽壁稳定的作用,但是在土质边坡顶部开槽时,泥浆压力却对滑动体起着推动、助滑的作用,此时对边坡稳定起着不利作用。本文就坡顶搅拌桩连续墙围护快速施工形成沟槽和无沟槽的土质边坡进行对比分析,研究坡顶由于施工搅拌桩连续墙对土质边坡的稳定影响。
1土质边坡稳定分析
1.1 均质土坡分析
对于饱和黏性土均质土坡,如图1所示,根据黏性土坡整体圆弧滑动公式计算[1],可得稳定安全系数:
其中,W1为滑弧范围内滑动体重量;D1为滑动体重心对滑弧中心O的力臂;τf为土体的抗剪强度;
如果坡顶存在施工荷载,施工荷载对滑弧中心O产生的力矩为Wp,则式(1)可以写成:
对于饱和黏性土来说,在不排水条件下,φu=0,即φu等于零分析法,因此τf就等于cu,采用φu等于零分析法,则式(1),式(2)就可分别写为:
如果L=11.7 m,H=4.0 m,R=7.5 m,假设饱和黏性土的c=10 kPa,φ=13°,cu=23 kPa,γ=17.9 kN/m3,通过计算可得D1=1.89 m,w=679.5 kN,滑弧
1.2 顶部开槽均质土坡分析
对于顶部开槽饱和黏性土均质土坡,如图2所示,泥浆槽深为h,则泥浆对槽壁产生的水平压力为:
其中,P为泥浆对槽壁产生的水平压力;μ为泥浆压力折减系数;γ泥为泥浆的比重;h为泥浆槽到滑弧的深度。
根据稳定计算公式,稳定安全系数为抗滑力矩除以滑动力矩,则稳定安全系数可写为:
如果坡顶存在施工荷载,施工荷载对滑弧中心O产生的力矩为Wp,则式(6)可以写成:
假设滑裂面和饱和黏性土的物理力学同前面不变,d1=0.7 m,d2=1.5 m,泥浆比重γ泥=13.0 kN/m3,通过计算可得D1=0.88 m,w=438.4 kN,滑弧
通过前面计算对比,在存在边坡的区域,如果在边坡附近开槽会增加边坡的不稳定性,在开泥浆槽的情况下边坡的稳定安全系数会减小近1/3,而这种问题恰恰是设计和施工过程中最容易忽略的问题,很可能会诱发边坡稳定性事故。
2案例分析
本工程位于上海松江地区,拟建物区域位于人工填筑的岛屿之上,四周环绕开挖人工湖,人工岛填筑主要由黏性土填筑,其中素填土回填年限约5年～6年,新填土是由于景观需要的后填土,回填年限半年左右,岛中间填土厚度大(3 m～4 m),四周厚度较小(2.0 m),所有填土均未进行分层碾压密实,仅仅是施工机械行走碾压而已。填土后因建筑需开挖7 m深左右的基坑,根据岛上情况采用水泥土搅拌桩进行支护,搅拌桩为格栅状内外侧封闭墙体,靠近河渠侧搅拌桩重力墙厚度为4.20 m。最外侧填土底部距河道边缘河堤为6.0 m～8.0 m,采用双轴搅拌机施工,搅拌桩连续墙宽0.7 m,外侧距填土边缘约为1.5 m。由于本工程施工面积较大,场地搅拌桩施工和其他用水造成地下水位较高,施工速度较快,形成较长的一段水泥土泥浆槽,施工期间由于水泥土搅拌后呈流塑状态,在靠近河渠段施工期间发生滑坡,滑坡处裂缝宽约10 cm～25 cm,裂缝下50 cm可明显见到积水,滑坡范围和滑裂线大致见图3,滑裂线两边错位30 cm～60 cm,沿搅拌桩快速施工形成沟槽的外侧开裂错动,滑坡体浆砌石河堤挤裂推到人工湖中。
场地剖面及顶部水泥土泥浆槽的剖面见图4,图5,根据勘察报告素填土粉质黏土十字板剪切强度为30.7 kPa,淤泥质粉质黏土顶部附近十字板剪切强度为18.3 kPa,取素填土的十字板剪切强度为10 kPa,新近填土的十字板剪切强度为10 kPa,施工均布荷载P=7 kPa。取搅拌水泥土泥浆的容重为18 kN/m3,泥浆压力折减系数μ=0.75。
根据前面推导方法进行稳定计算,采用圆弧滑动法分析,稳定计算公式可写为:
由式(8)计算可得稳定安全系数为1.464。
顶部开槽的边坡稳定计算公式为:
由式(9)计算可得稳定安全系数为1.168<1.20,不满足规范规定要求[2,3],因此在施工过程中可能会失稳产生滑坡。
3结语
1)土质边坡顶部开设泥浆槽等会增加边坡的不稳定性,设计施工中容易忽略应引起重视。
2)在边坡顶部进行泥浆槽等施工时应选择合理的施工顺序和施工工艺,控制施工速度,避免不稳定现象发生。
3)在斜坡附近施工时应进行稳定验算,防止由于施工荷载、地下水位等原因造成地基失稳。
摘要：通过对饱和均质土坡顶部开槽与否进行圆弧滑动法对比分析,得出坡顶由于开设泥浆槽会降低土坡稳定性,并对一工程事故进行了验证分析,提出在边坡顶部施工可能造成泥浆槽情况时应选择合理的施工顺序和施工工艺,控制施工速度,避免不稳定现象发生。
关键词：土坡,开槽,圆弧滑动法,稳定分析
参考文献
[1]钱家欢,殷宗泽.土工原理与计算[M].北京:中国水利水电出版社,1996.
[2]GB 50330-2002,边坡工程规范[S].
[3]GB 50286-98,堤防工程设计规范[S].
高速公路土质边坡开挖稳定性分析 第6篇
1 工程概况
娄底至益阳高速公路第一合同段位于湖南省中部, 以剥蚀型构造地貌为主, 主要表现为丘岗、丘陵和低山形态, 线路区内地形起伏不大, 山坡坡度一般15°~35°, 冲沟发育, 冲沟走向多呈东西向, 冲沟及沟谷断面呈“V”字型。根据勘察野外地质调查及钻探结果, 勘察场地覆盖层主要以残坡积成因的粉质黏土、碎石及块石及洪积成因的漂石等为主, 下伏基岩主要为第三系砾岩、石炭系的灰岩、泥灰岩、砂岩及石英砂岩, 泥盆系砂岩等。
2 计算模型及土体材料参数
分析模型:
本文的模拟对象为K6+045处边坡, 取其最危险断面为研究对象, 对其进行开挖过程稳定性分析、降雨影响下边坡稳定性分析以及加固措施的优化设计。根据路基横断面设计图可知, 边坡开挖的最大深度为37.80m, 分三级对边坡进行开挖, 第三级按照1:1坡度进行放坡开挖, 开挖深度13.80m;第二级边坡按照1:1坡度进行放坡开挖, 开挖深度为12.00m;第一级边坡按照1:1坡度进行开挖, 开挖深度为12.00m。每开挖一级设置2.00m宽的平台, 并在平台上设置截水沟。根据设计图纸, 本文拟定的模拟模型尺寸为:模型宽120.00m, 高70.00m。模型的坐标系采用直角坐标系, XOY平面取为基坑的典型剖面, 在基坑剖面内, 南北方向为X方向, Y轴为铅垂方向。并且X轴正向指向正北方向, Y轴正向指向正上方, 坐标原点取在模型底面的左下方。边坡模拟断面如图1所示。
本文对边坡开挖过程及相关的稳定性分析的数值模拟采用相应边坡土体实测的地层数据进行分析, 结合上文的内容, 最终确定的计算分析采用的各土层参数见表1。
3 开挖边坡稳定性及应力应变分析
3.1 自然边坡稳定性分析
为了使后文稳定性计算结果更加具有可比性, 对开挖前自然边坡稳定性进行分析, 分析结果如表2所示。由表可知, 在Ordinary、Bishop、Janbu以及Morgenstern-Price四种方法的计算条件下, 自然状态边坡的安全系数值均大于1.35, 由此可知, 开挖前自然边坡是处于稳定状态。图2为自然边坡最危险滑裂面 (Bishop) 。
3.2 边坡开挖过程稳定性分析
表3为拟定分步开挖条件下, 边坡安全系数值在Ordinary、Bishop、Janbu以及Morgenstern-Price四种方法的计算条件下的变化情况, 图3、4、5分别列出在Bishop法计算条件下, 边坡开挖过程最危险滑动面情况。由表与图可知, 边坡在开挖过程中, 其安全系数值先增长后降低, 第一步开挖安全系数出现较小幅度增长, 随后其降低幅度随着开挖进行逐渐增大, 在四种计算方法条件下均呈现出一样的变化趋势。以Bishop法为例, 第一步开挖增长幅度为2%, 随后开挖其安全系数降低的比例分别为15%、31.4%。开挖完成后边坡的安全系数值均处于约等于1, 处于临界状态, 同时也不满足规范要求的最低值 (≥1.25) 。由此可知, 边坡在开挖完成之后若不采取必要的加固措施, 仍有发生失稳的可能。因此, 为了提高开挖完成后边坡的稳定性, 保证边坡在公路施工与运营期间的安全, 需要拟定相应的加固方案对其进行加固。
4 结论
本文选取K6+045处边坡最危险剖面为模拟对象, 运用数值模拟分析软件Slope, 建立相应地计算模型对该边坡自然状态下以及开挖阶段的过程稳定性进行分析。所得的结论如下:
4.1对该边坡的工程概况及工程地质条件进行介绍, 在以往工程经验及现有资料的基础上选择相应地典型剖面, 建立几何模型, 确定其计算参数。
S4.2在Ordinary、Bishop、Janbu以及Morgenstern-Price四种方法的计算条件下, 自然状态边坡的安全系数值均大于1.35, 边坡处于稳定状态。边坡分步开挖过程中其安全系数值先出现小幅增长后逐渐降低, 其降低幅度随开挖的进行逐渐增大, 开挖完成后边坡的安全系数值基本处于规范要求的临界状态, 若不采取相应的加固措施, 边坡有发生失稳的可能。
参考文献
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土质边坡 第7篇
桂林至三江高速公路K104+700-K104+920高边坡位于大新县下雷镇陇益村, 设计公路采用整体式路基以路堑方式从山坡坡腰穿过, 挖方范围在K104+700~K104+920之间, 长约220m, 中线最大挖深约17.2m (K104+760) , 左右侧均需切坡, 以右侧为主, 路基设计高程在382.9~390.917m之间。由现场监测结果表明, 边坡在施工开挖和支护过程中基本保持稳定, 但为了进一步了解其变形机理, 选定该工点进行分析。
2 数值模型
边坡最大高度为45米, 分为五级进行开挖, 边坡各级台阶统一采用1:1进行放坡, 每一级边坡高度为10米, 台阶宽度为3米, 边坡每级采用3排锚杆 (锚索) 进行支护, 锚杆采取与边坡坡面垂直进行布置, 锚杆的布设孔径为150mm, 边坡坡面采用400cm×400cm的钢筋混凝土网格梁进行布置, 同时为了保证边坡建成后的美观与在降雨条件下的稳定性, 在网格梁内设置生态防护措施, 在网格梁内进行植草与设置拱形截水骨架, 如图1所示。进行数值分析时, 选取K104+920断面为分析断面, 建立二维计算分析模型。
利用极限平衡计算软件Slide5.0进行分析, 模型中可以体现边坡岩土体土层分布, 锚杆设置长度、形式等如图2所示, 所选取的参数为工地试验室与设计院提供数据共同确定, 极限平衡方法所需的相关岩土体物理力学参数如表1所示。
图3为算例K104+700-K104+920边坡典型断面, Slide计算软件对于边坡表面拱形框架梁的模拟不能进行, 但可将其作为安全储备进行考虑。
模型中包括粉质粘土与强风化灰岩岩土体材料, 边坡支护结构为8米长锚杆, 锚杆倾角与水平面的夹角为45°, 锚杆直径为130mm, 并根据相关规范 (混凝土支护设计规范GB50086-2001) 要求, 锚杆与混凝土砂浆之间的连接强度取800k Pa。边坡岩土体物理力学参数按照表1选取。
3 计算结果分析
图4-图6为边坡开挖及时支护时的潜在滑移面位置及安全系数。图4-图5分别为开挖一级、三级、五级时刻并进行及时支护的的潜在滑移面示意图。从图可知, 各个开挖时刻的边坡的潜在滑移面位置大致位于锚杆能到达的范围以内, 表明锚杆起到了锚固表层岩土体的作用。并且图4表明开挖一级时, 边坡支护与否对边坡的安全系数大小与潜在滑移面的位置无关, 这是由于开挖一级时只对边坡顶部产生了一定影响, 并且是对边坡整体稳定性是有利的, 因此在进行一级边坡支护后, 其安全系数大小与潜在滑移面位置与支护前是保持不变的。图7为安全系数变化规律, 表明边坡安全系数为先升高后减低, 但随着支护措施的加固, 边坡安全系数又不断增大。
4 结论
本文运用极限平衡理论分析了边坡开挖过程中有支护条件下的安全系数变化规律。研究结果表明:采用无支护的开挖方式将引起边坡安全系数随着开挖的进行逐渐降低, 在开挖完成后边坡安全系数明显低于规范要求的最低值。采用边开挖边支护的形式则能在各个开挖阶段都满足安全系数值大于规范要求值。因此, 建议边坡的施工和支护过程中尽可能的采取边开挖边支护的形式进行处理。
摘要：为分析桂林至三江高速公路K104+700-K104+920高边坡在开挖过程中的稳定性, 采用极限平衡理论分析计算了该边坡开挖过中滑动面与安全系数的变化规律。分析结果表明:采用无支护的开挖方式将引起边坡安全系数随着开挖的进行逐渐降低, 在开挖完成后边坡安全系数明显低于规范要求的最低值。采用边开挖边支护的形式则能在各个开挖阶段都满足安全系数值大于规范要求值。因此, 建议边坡的施工和支护过程中尽可能的采取边开挖边支护的形式进行处理。
关键词：极限平衡理论,边坡稳定性
参考文献
[1]潘家铮.建筑物的抗滑稳定和滑坡分析[M].北京:水利出版社, 1980.
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高土质边坡的稳定性分析研究与治理 第8篇
危险边坡位于南京市栖霞油库内,边坡坡面上部为原始山体,坡顶为原始树林,零星生长有小灌木和多簇杂草,坡面裸露,坡下为中石化栖霞油库八个2万m3原油罐组和多条输出输进管道。危险边坡为人工开挖形成的土质边坡,坡长约130 m,坡高约48 m,坡角约45度,局部70度,场地东南侧有一滑坡痕迹,为20世纪80年代滑坡。
边坡主体坡面走向为近N-S方向,坡面较平整,应用边坡结构图内容与工程地质图件,切取最为典型的3个计算剖面进行二维边坡稳定极限分析,边坡平面图见图1。目前边坡稳定性分析有多种方法[1,2,3,4,5],各种方法各具特点。该边坡稳定性分析计算采用斜条分法和垂直条分法[6,7],根据规范和地区经验提出处理措施。
1 工程地质条件
1.1 地形地貌
场地地形总体呈中高、东西低,地貌单元属长江二级阶地。坡顶呈浑圆状,地势较为陡峻,坡顶没有建筑物,坡下部为人工劈山形成平场,建有原油罐组、输油管道和消防设施[8]。
1.2 地质构成
根据野外勘探、室内土工试验成果,在勘察深度范围内揭示的地层自上而下为:
0A层(Qml),素填土黄褐或杂色,主要为粉质黏土,夹少量砖石,局部层底夹软塑状灰土,密实度和均匀性差,为新近堆填;
1A层(Q4dl),粉质黏土褐黄色,含氧化铁及少量铁锰质,夹少量灰白色高岭土条纹。该层为坡积物,为原滑坡或崩落产物(J1#探井处为老滑坡滑动体)。可塑,中压缩性;
2B层(Q3al),粉质黏土褐黄色,含氧化铁,土质均匀。可塑～硬塑,中压缩性;
2C层(Q3al),粉质黏土褐黄色,含氧化铁、铁锰质结核,夹少量灰白色高岭土条纹。硬塑,坚硬,中压缩性;
3层(Qel),含卵砾粉质黏土棕黄～棕褐色,由基岩风化残积而成,含少量基岩风化碎屑。坚硬,局部硬塑,中压缩性;
4A层(K),强风化角砾岩灰白～棕褐色,标贯击数大于50击,岩芯呈碎块状,敲击易碎,岩体破碎,遇水易软化,属极软岩,岩体基本质量等级为Ⅴ级;
4B层(K),中风化角砾岩棕褐～棕红色,局部灰白色,局部为泥岩,取芯率约70%,岩芯较完整,呈短柱状,遇水易软化,属软岩,岩体基本质量等级为Ⅴ级。
各地基土层由于受地形地貌及基岩面起伏的控制,层厚及层位埋深的差异较大,局部地段基岩面坡度较大。地基土物理力学性质见表1。
1.3 水文地质特征
本场地地下水类型为孔隙潜水,主要赋存于0A层、1A层及其他覆盖土层中,具有季节性。根据室内渗透试验,场地内主要土层透水性见表2。
1.4 人为工程活动的影响
边坡一带人为活动影响十分强烈,主要表现为人工建筑、修路等活动,其中边坡即为人工削坡形成,坡前为人工削坡挖土形成的的空场地,场地上建设有原油罐组、管道和消防泡沫间等。
综上所述,边坡多为人工地形,属土质边坡,地势陡峭,坡面植被差,土层起伏大,边坡水文地质环境条件差,人为活动强烈,因此边坡处的地质环境条件属复杂。
2 边皮稳定性分析
依据《建筑边坡工程技术规范》(GB 50330—2002),本边坡属于一级边坡工程[9],为了对该边坡进行有针对性的治理,在现有坡面上测取了三条典型断面(具体位置图1)以分析其稳定性。结合本工程边坡的特点,边坡为土质边坡,破坏形式主要表现为整体滑动破坏。计算采用垂直条分与斜条分两种边坡稳定分析的方法。
2.1 边坡稳定分析斜条分法
2.1.1 计算工况
本项目计算工况见表3。
2.1.2 计算采用的岩体物理力学参数
依据本次边坡工程地质勘察结果,综合边坡土体物理力学性质试验结果,本项目进行边坡稳定分析采用的计算参数见表4。
2.1.3 边坡安全等级
根据边坡的规模及工程重要性,该边坡工程为一级边坡工程。按圆弧滑动法计算结果,边坡稳定安全系数为1.30。
2.1.4 边坡稳定性斜条分分析结果
采用能量法斜条分边坡稳定分析程序,对3个断面分别进行计算并自动搜索出临界滑动面,得到不同工况下每一断面的稳定系数F如表5～表6所示。计算得到的边坡稳定系数阐述如下。
(1)天然状态边坡整体稳定性
天然现状排水状态下边坡体的稳定性计算,采用的孔隙水压力系数为0.05,滑裂面由程序自动搜索最危险滑裂面。现状排水条件下边坡三个断面的稳定系数如表5,最大值为北侧1—1断面的1.173,最小值为中部2—2断面1.098。说明边坡在天然状态下大部分处于基本稳定状态(图2～图4)。对比安全系数要求,边坡稳定性均不能满足安全系数1.30的要求。
在计算中,为了了解二级平台以上边坡的稳定性,专门进行了二级平台以上边坡稳定分析,计算结果见表6。从表6可以看出,二级平台以上边坡稳定性均能满足安全要求(大于1.30),计算图见图5～图7。潜在滑动面最大水平深度24 m(3—3剖面)。
(2)暴雨状态边坡整体稳定性
暴雨状态下边坡的稳定性计算,依据目前边坡实际入渗情况,考虑土的渗透特征,采用的孔隙水压力系数为0.15,滑裂面由程序自动搜索最危险滑裂面(图8～图10)。3个断面的稳定系数如表7,最大值为北侧1—1断面的1.094,最小值为中部2—2剖面的1.026。说明边坡在暴雨状态下处于极限状态,不能满足安全运行要求(小于安全系数1.15)。
2.2 边坡圆弧滑动稳定分析垂直条分法
本项目计算中,还采用经典条分法对边坡整体稳定性进行分析。整体稳定性分析采用瑞典法和毕肖普法同时计算。
2.2.1 计算参数及断面选取
本次计算仍选取三个断面计算,断面编号分别为1—1、2—2和3—3。但完全不考虑地下水的作用,计算断面及计算参数同表4。
2.2.2 计算结果分析
计算采用河海大学殷宗泽教授开发的土坡稳定分析程序SLP98计算,该程序已为大量边坡稳定性评价使用,特别适用于均质土坡的稳定性评价。各断面的边坡稳定安全系数,结果见表8。
从表8可以看出,除3—3断面的稳定系数接近1.30外,1—1断面与2—2断面的稳定系数均小于1.20,不满足天然状态下安全系数1.30的要求,因此,需要对边坡进行加固。计算获得的对应于计算剖面的圆弧中心点坐标见表9。
2.3 边坡稳定分析结论与加固建议
根据上述边坡稳定分析结果可知,无论采用基于塑性力学上下限定理的能量法边坡斜条分法,还是采用经典极限平衡法的圆弧瑞典条分法及毕肖普法,计算结果均表明,尽管目前的边坡稳定系数大于1.0,边坡处于基本稳定状态,但该边坡的稳定性不能满足安全运行规范规定的1.30的要求,需要对边坡进行加固。潜在滑动面的极限水平深度在24 m。鉴于潜在滑动面较深,建议采用锚筋桩+坡面混凝土格构梁的方法(方案1)或消坡减载+坡面防护的方法(方案2)进行永久加固,并在坡顶设置截水沟,以保证边坡的长久稳定性。
2.4 边坡设计方案稳定性分析计算与评价
针对设计两套方案,采用能量法斜条分边坡稳定分析程序,对两个方案分别进行稳定性计算并自动搜索出临界滑动面,得到不同工况下每一方案的稳定系数F如表10所示,边坡稳定计算图见图11～图14。计算表明,两个方案在天然状态下的稳定系数均大于1.30,而暴雨共况下的稳定系数均在1.15以上,表明两个方案均达到稳定要求。
3 结论
本边坡工程为一级边坡工程。经计算边坡的稳定性不能满足安全运行规范规定的1.30的要求,需要对边坡进行治理。
边坡治理采用锚筋桩+坡面混凝土格构梁的方法。具体为采用二级放坡,第一级放坡度为1∶0.75,第二级坡度为1∶1,坡面均采用格构梁锚杆支护。锚杆长度11～24 m,孔径130 mm,水平与垂直间距为3 m,锚杆之间采用400 mm×400 mm钢筋混凝土梁构造链接,锚杆端部与梁钢筋焊接。格构内植草覆绿,不布置排水孔。
通过综合治理,经过两年多的运营和雨季考验,以及边坡监测,治理后的边坡是稳定的、安全的,证明边坡稳定性计算的正确性。
参考文献
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[8]化学工业岩土工程有限公司.中石化南京公司栖霞油库边坡治理工程岩土工程勘察报告,2009
土质边坡 第9篇
锚喷技术[1]在均质土中的应用相当广泛, 例如隧道深基坑的支护, 公路边坡防护工程等, 并相应取得了很好的结果, 积累了丰富的工程经验。类土质[2,3,4]是近十来年才发现的, 具有岩石和土的共同特性。对其研究起步较晚, 理论方面还处于初期阶段。结合具体工程, 将成熟的锚喷技术与类土质研究完美结合将成为解决这类问题的关键, 也将成为类土质研究的可贵资源, 对今后的类似工程具有指导意义。
1 工程实例
1.1 工程地质概况
某县拟建的国税大楼, 在其基坑开挖的过程中形成该边坡。该边坡处于拟建工程北面, 且失稳趋势严重。边坡坡比为1:0.1~1:0.2, 几乎与水平面垂直, 坡顶处有民房, 民房距坡顶线约0.5m~1.0m, 边坡最大高度达到6m~7m。该地区春夏季节雨量丰富, 坡面积水冲刷边坡现象严重, 现场平面如图一所示。
现场勘测具体土质情况如表一所示。场地的自然标高为0.00m, 地下水位埋深为-4.00m。
1.2 边坡的破坏分析
(1) 该边坡属于类土质边坡。上部是粘土, 中下部是强风化硅质泥岩, 坡内存在软弱夹层, 开挖后由于坡率设计不合理, 将产生沿软弱面的滑动破坏。
(2) 泥岩在干燥状态下比较硬, 强度高, 但一经浸水强度就会很快降低, 土体松散致使边坡失稳而发生破坏。
2 锚喷支护边坡的加固机理
2.1 锚杆的受力分析
边坡为类土质边坡, 破坏模式沿软弱滑动面破坏。按照瑞典条分计算边坡安全系数为:
式 (1) 中, c, Φ—岩土体粘聚力和内摩擦角;L—滑坡面的长度;Wi—第i条块的自重;αi—第i条块滑动面倾角。
当施加锚固力后 (见图二) 安全系数变为:
式 (2) 中, T为施加在边坡上的锚固力;θ为锚杆与滑动面法线的夹角。
由上述分析可推出边坡要满足安全系数, 则所需施加锚固力为:
2.2 锚杆的设计
(1) 锚杆 (见图三) 采用25mm, 杆长为6m;
(2) 最小理论安装角设计:
施加的最小锚固角[5]θ由 (3) 式得, 求出:θ=arctan{[Fs]/tanφ}。
3 加固支护方案
据该边坡破坏的特点, 采用加固为主的治理方案[6,7,8], 具体方案见图四 (以DE段为例) 。
4 锚杆加固施工工艺
4.1 施工工艺
为确保施工质量, 以达到加固边坡的安全可靠, 在施工前制订了详细的施工工艺。其施工工艺流程为:对边坡进行加固前的处理→钻机施工锚孔→安置锚钢筋→向锚孔内注浆→挂网→喷射砼→设置坡脚排水沟。
4.2 施工中的一些重点工作
(1) 前期处理。由于杂填土部分含有大量的腐殖质和有机质, 如不将它们清除势必会严重影响加固效果, 故采用小型器具或人工运用铲子将其全部清除, 用符合回填土质回填至原来标高下0.15m, 喷射混凝土150mm护顶。将原来的坡面进行削坡处理为两个坡段, 上坡为1∶0.5, 下坡为1∶0.1。
(2) 钻孔。锚杆钻孔不得扰动周围地层, 钻孔前根据设计要求和地层条件, 定出孔位, 做出标记, 保证锚杆水平, 垂直方向的孔距误差不应大于100mm。钻头直径不应小于78mm (不应小于设计直径的3mm) 。钻孔轴线的偏斜率不应小于120mm (锚杆长度的2%) 。锚杆钻孔深度不应小于设计长度 (6000mm) , 也不宜大于设计长度 (500mm) 。钻孔须连续进行, 以防止塌孔和埋钻的事故发生。
(3) 锚钢筋的安置。成孔后要应用高压风将锚杆孔清洗干净及时安置有定位支架的成型锚杆钢筋, 钢筋支架可采用20mm宽的扁铁焊接而成, 支架在钢筋的间距为2m, 安装时在钢筋的顶端应设置通孔装置, 以确保钢筋居中, 安置过程中不得中断, 也不得将钢筋强行击入。
(4) 注浆。是保证土钉锚与周围土体紧密结合的关键步骤。注浆管应同锚杆钢筋一起安置在孔底0.5m~1m处, 孔口设置止浆塞, 开动注浆泵待孔口流出浆液时, 将注浆管缓缓匀速撤出, 至孔口止浆塞时, 要使注浆压力达到0.4MPa~0.6MPa, 然后用注浆塞堵上孔口, 保证锚孔注满。注浆用水泥浆的水灰比控制在0.45~0.50, 并加入适宜的外加剂, 用以促进早凝和控制泌水。注浆过程中要有专人观察边坡及平台溢浆情况, 作好注浆记录, 加强观察, 保证边坡稳定安全。
(5) 喷射砼面层施工。钢筋网间距为150mm×150mm, 直径10.0mm, 混凝土强度等级C25, 喷射厚度150mm。在喷射砼面层之前, 面层的钢筋应牢固固定在边壁上, 并应有足够的保护层, 钢筋网片可用插入土中的钢筋固定, 在砼喷射下应不出现振动。喷射砼的射距宜在0.5m~1.0m的范围内, 并从底部逐渐向上部喷射。在钢筋网的后方出现塌方等现象时, 应去除浮土后用水泥、砂浆和石块筑砌填实或直接喷射砼, 不得使用编织袋、淤泥等充填。
(6) 防水工程措施。坡脚设置600mm×600mm的浆砌石排水沟。
4.3 加固效果
锚杆周围的土体的极限剪切应力值理论值可由公式Nt=La·π·D·fmg·φ确定。其中, La为锚固长度, D为锚杆钻孔直径, fmg为锚固段灌浆体与底层见粘结强度标准值, φ为锚固段长度对粘结强度的影响系数。采用空液压千斤顶超过理论值20%加载对现场的锚杆进行抗拔试验, 验收实验符合相关规范, 数量为三根, 均达到要求。
5 结束语
在对类土质边坡进行加固前必须对其岩土体的特性进行详细的研究, 重视对水的调查和治理, 根据周围的环境, 结合加固边坡对策的适用条件, 选择合适的处理方案。通过本工程应用实践证明, 若土质类型符合锚喷处理条件, 采用锚喷技术对类土质边坡加固是一个很好的治理对策。
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