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邊坡穩(wěn)定性的影響因素 邊坡在形成的過(guò)程中,其內(nèi)部原有的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生了變化,引起了應(yīng)力集中和應(yīng)力重分布等。為適應(yīng)這種應(yīng)力狀態(tài)的變化,邊坡出現(xiàn)了不同形式和不同規(guī)模的變形與破壞,這是推動(dòng)邊坡演變的內(nèi)在原因;各種自然條件和人類的工程活動(dòng)等也使邊坡的內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了相應(yīng)的變化,這些條件是推動(dòng)邊坡演變的外部因素。1.1.1 地質(zhì)構(gòu)造
地質(zhì)構(gòu)造因素主要是指邊坡地段的褶皺形態(tài)、巖層產(chǎn)狀、斷層和節(jié)理裂隙的發(fā)育程度以及新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)等。通常在區(qū)域構(gòu)造復(fù)雜、褶皺強(qiáng)烈、斷層眾多、巖體裂隙發(fā)育、新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)比較活躍的地區(qū),往往巖體破碎、溝谷深切,較大規(guī)模的崩塌、滑坡極易發(fā)生。1.1.2 氣候因素
極端的氣候條件和全球氣候變化構(gòu)成滑坡發(fā)生的主要觸發(fā)和誘發(fā)條件,中國(guó)南方天氣系統(tǒng)主要受印度洋暖濕氣流的控制,夏季多局部強(qiáng)降雨過(guò)程;而我國(guó)的西北地區(qū),主要受季風(fēng)氣候影響。
1.1.3 地下水
處于水下的透水邊坡將承受水的浮托力的作用,使坡體的有效重力減輕;水流沖刷巖坡,可使坡腳出現(xiàn)臨空面,上部巖體失去支撐,導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。1.1.4 邊坡形態(tài)
邊坡形態(tài)通常指邊坡的高度、坡度、平面形狀及周邊的臨空條件等。一般來(lái)說(shuō),坡高越大,坡度越陡,對(duì)穩(wěn)定性越不利。1.1.5人類活動(dòng)
據(jù)統(tǒng)計(jì),50%以上的滑坡事件與人類活動(dòng)有著直接或間接的關(guān)系。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,自20世紀(jì)中期以來(lái),人類活動(dòng)的力量日益劇增,并表現(xiàn)出逐漸取代自然營(yíng)力。在土木、水利、交通、礦山等大型土工活動(dòng)中,由于開挖斜坡、填土、棄土和堆積礦渣等,使邊坡中的土體內(nèi)部應(yīng)力發(fā)生變化,或由于開挖使土體的抗剪強(qiáng)度降低,或因填土增加荷重而增大滑動(dòng)力等,有些地方出現(xiàn)了缺乏論證的修路、開礦和不合理的切坡、用水及亂砍濫伐植被的現(xiàn)象、對(duì)自然環(huán)境的改變或破壞等,都成為滑坡事件頻頻發(fā)生的主要因素。
1.2邊坡變形破壞的類型
邊坡的破壞形式很多,如崩塌、滑坡、塌滑、傾倒、剝落及潰屈等,其
中崩塌與滑坡是邊坡破壞的主要形式。不同的行業(yè)有不同的劃分,但基本上分為3大類: 1.崩塌 這種破壞是邊坡的表層巖體喪失穩(wěn)定的結(jié)果,表現(xiàn)為坡面表層巖體突然脫離母體,迅速下落并堆積與坡角,有時(shí)還伴隨著巖體的翻滾和破碎。2.傾倒 這種破壞是因?yàn)檫吰聝?nèi)部存在一組傾角很陡的結(jié)構(gòu)面,將邊坡巖體切割成許多平行塊體,而臨近坡面的陡立塊體緩慢地向坡體彎曲和倒塌。
3.滑坡 這種破壞是在較大范圍內(nèi)邊坡沿某一特定的滑面發(fā)生的滑移。2.1路基邊坡失穩(wěn)破壞面形狀
1.如果材料是均質(zhì)的,破壞斷面將是一個(gè)大圓??; 2.如果一個(gè)大滑弧不可能在土坡里形成,譬如在一個(gè)深度比長(zhǎng)度小得多的無(wú)限長(zhǎng)邊坡里,最危險(xiǎn)的破壞面則是一個(gè)平行于邊坡額平面。
3.有時(shí),也可能出現(xiàn)平面、圓柱面和其他不規(guī)則破壞面組合。1.1路基邊坡變形與破壞機(jī)理
1.邊坡的變形與破壞,決定于坡體內(nèi)的應(yīng)力分布和巖體的強(qiáng)度特征。影響巖坡應(yīng)力分布的因素是多方面的,主要是原始應(yīng)力狀態(tài)、坡體和巖體結(jié)構(gòu)特征等。
2.邊坡成坡后,在其原始地質(zhì)環(huán)境受到破壞后,坡體狀態(tài)便做相應(yīng)調(diào)整。在新的應(yīng)力重力分布條件下,坡體將產(chǎn)生不同程度的變形與破壞。首先是變形,然后逐步發(fā)展為破壞。巖坡變形與破壞的演變過(guò)程是相當(dāng)復(fù)雜的,可以是漫長(zhǎng)的,也可以是短暫的。影響其變形與破壞的條件和因素亦十分復(fù)雜,主要取決于坡體本身特征與抵抗變形及破壞的能力。
3.邊坡的變形破壞可分變形與破壞兩種形式,前者屬于變形的范圍,以坡體內(nèi)未出現(xiàn)貫通性的破壞面為特點(diǎn);后者是在坡體中已形成貫通性的破壞面,且以加速度發(fā)生位移。變形與破壞是一個(gè)發(fā)展的連續(xù)過(guò)程,期間存在著量與質(zhì)的轉(zhuǎn)化關(guān)系。4.巖坡的變形可劃分為松動(dòng)和蠕動(dòng)。2.2邊坡穩(wěn)定性分析方法分類: 1.定性分析法
(1)歷史分析法 歷史分析法是根據(jù)邊坡的地質(zhì)條件和邊坡變形破壞的基本規(guī)律,追溯邊坡演變的全過(guò)程,預(yù)測(cè)邊坡穩(wěn)定性發(fā)展的總趨勢(shì)和邊坡變形破壞方式,同時(shí)對(duì)已發(fā)生過(guò)滑坡的邊坡判斷能否復(fù)活或轉(zhuǎn)化。
(2)工程地質(zhì)類類比法 工程地質(zhì)類比發(fā)實(shí)質(zhì)是把已有的自然邊坡或人工邊坡的研究設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用到條件相似的新邊坡的研究和人工邊坡的研究設(shè)計(jì)中去。
(3)圖解法 圖解法主要包括2個(gè)方面,一是用一定的關(guān)系曲線和諾謨圖來(lái)表證邊坡有關(guān)差數(shù)間的定量關(guān)系,二是利用圖解求邊坡變形破壞的邊界條件,分析軟弱結(jié)構(gòu)面的組合條件,分析滑體等形態(tài)、滑動(dòng)方向,評(píng)價(jià)邊坡的穩(wěn)定程度。(4)邊坡穩(wěn)定分析設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)法 邊坡穩(wěn)定分析設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)法就是進(jìn)行邊坡工程穩(wěn)定性分析與設(shè)計(jì)的智能化計(jì)算機(jī)程序。(5)SMR方法 SMR方法是綜合考慮邊坡工程中不斷連續(xù)面產(chǎn)狀坡面間組合關(guān)系,以及邊坡的開挖方式等
2.定量分析法
定量分析法主要包括確定性數(shù)學(xué)模型分析法、非確定性數(shù)學(xué)模型分析法及確定性與非確定性數(shù)學(xué)模型結(jié)合分析法。(1)確定性數(shù)學(xué)模型分析法
確定性數(shù)學(xué)模型分析法主要包括極限平衡法、應(yīng)力應(yīng)變分析法兩類(2)非確定性數(shù)學(xué)模型分析法
非確定性數(shù)學(xué)模型分析法主要包括系統(tǒng)分析平衡法、概率分析法、灰色系統(tǒng)理論分析法、模糊綜合分析法人工智能法和凈化遺傳算法等。(3)確定性與非確定性數(shù)學(xué)模型結(jié)合分析法
現(xiàn)階段主要有概率分析方法與有限元法或邊界元法的結(jié)合而形成的隨機(jī)有限元法或隨機(jī)邊界法等。
2.4路基邊坡防護(hù)理論與設(shè)計(jì)技術(shù)
1.路基邊坡的防護(hù)一般遵循以下幾點(diǎn):(1)因地制宜,綜合治理(2)預(yù)防為主,防治結(jié)合
(3)對(duì)于主要隱患和地下害源(如軟弱基地和有害的地下水源等),宜先治患
后筑路;對(duì)于某些附屬措施,如坡面防護(hù)或路基用地范圍以外的防護(hù)與加固措施,按其輕重緩急,分期實(shí)施,逐步完善。
(4)各級(jí)公路應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂?、水文、地形、地質(zhì)條件及筑路材料分布情況,采取工程防護(hù)和植物防護(hù)相綜合的綜合措施,防治路基病態(tài),保證路基穩(wěn)定,并與周圍環(huán)境景觀相協(xié)調(diào)。
(5)路基坡面防護(hù)工程應(yīng)在穩(wěn)定的邊坡上設(shè)置,防護(hù)類型的選擇應(yīng)綜合考慮工 程地質(zhì)、水文地質(zhì)、邊坡高度、環(huán)境條件、施工條件和工期等因素的影響,6)路基支檔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足在各種設(shè)計(jì)荷載組合下支檔結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定、堅(jiān)固和 耐久。
(7)在地下水較為發(fā)育路段應(yīng)注意路基邊坡防護(hù)與底下排水措施的綜合設(shè)計(jì) 8)路基施工過(guò)程中應(yīng)注意邊坡臨時(shí)防護(hù)措施。(9)各項(xiàng)工程技術(shù)措施,應(yīng)講究實(shí)效和經(jīng)濟(jì)效益1.2
2.坡面防護(hù)
(1)植物防護(hù) 路基邊坡的植物防護(hù),包括植草、鋪草皮和種樹,主要適用于較緩的土質(zhì)或嚴(yán)重分化的巖質(zhì)邊坡
(2)封閉防護(hù) 所謂封閉防護(hù)即圬工防護(hù),是指采用礦質(zhì)材(如水泥砂漿、石灰三合土水泥混凝土等),或采用其他當(dāng)?shù)夭牧希ㄈ鐬r青、紙筋等混合材料),將坡面巖石裂隙、縫穴或分化層面,予以堵塞或封閉,以防分化進(jìn)一步加劇。常用的方法有灌漿、勾縫、噴漿及抹面等。
(3)砌石防護(hù) 干砌和漿砌片石坡面防護(hù),是公路填方邊坡常用的防護(hù)措施,常用于路沿河堤浸水部位坡面的防護(hù)。土質(zhì)路墊邊坡下部的局部,亦可砌石作為框格(棱形或拱形),以提高邊坡的牢固程度和美觀。邊坡工程穩(wěn)定性分析方法
3.沖刷防護(hù)
(1)直接防護(hù) 直接是指對(duì)河岸或路基邊坡所采取的直接加固措施抵抗水流的沖刷和淘刷的作用,其特點(diǎn)是盡可能不干擾或很少干擾原來(lái)的水流性質(zhì),因而對(duì)防護(hù)地段的上下游及河對(duì)岸影響輕微。
(2)間接防護(hù) 采用導(dǎo)流或阻流的方法,改變水流性質(zhì),或者迫使主流流向偏離被防護(hù)的路段,亦可減小流速,緩和水流對(duì)被防護(hù)路段的作用,改變河槽中沖刷和淤積的部位,以及必要時(shí)改變河道等,均屬間接防護(hù)。其特點(diǎn)是間接防護(hù)建筑物侵占一部分河川斷面,因而不同程度上壓縮和紊亂原來(lái)的水流,使得當(dāng)沖部位受到特別強(qiáng)烈的沖刷和淘刷作用,因此這些部位應(yīng)有比較堅(jiān)固加固措施。
邊坡加固的方法多種多樣,下面總結(jié)了幾種常用方法及其內(nèi)容: 1.混凝土抗滑結(jié)構(gòu)加固(1)混凝土抗滑樁
抗滑樁是穿過(guò)滑坡體深入穩(wěn)定土層或巖層的柱形構(gòu)件,用以支擋滑體的滑動(dòng)力,一般設(shè)置于滑坡的前緣附近,起穩(wěn)定邊坡的作用,用于正在活動(dòng)的淺層和中層滑坡效果較好。①通過(guò)地質(zhì)調(diào)查,掌握滑坡的原因、性質(zhì)、范圍及厚度,分析其所處狀態(tài)及發(fā)展趨勢(shì)。②計(jì)算滑坡推力及在樁身的分布形式。③根據(jù)地形、地質(zhì)情況及施工條件等確定樁的位置及布置范圍。④根據(jù)滑坡推力的大小、地形及地層性質(zhì),擬定樁長(zhǎng)、錨固深度、樁截面尺寸及樁間距。為了能使抗滑樁更有效的防止滑坡,在設(shè)置時(shí)應(yīng)將樁身全長(zhǎng)的1/3~1/4埋置于滑坡面以下的完整基巖或穩(wěn)定土層中,并灌漿使樁和周圍巖土體構(gòu)成整體,并設(shè)置于滑體前緣部分.使其能承受相當(dāng)大的壓力。(2)混凝土沉井
沉井是一種混凝土框架結(jié)構(gòu),施工中一般可分成數(shù)節(jié)進(jìn)行,其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是根據(jù)沉井的場(chǎng)地布置、受力狀態(tài)及基坑的施工條件等因素決定。在高邊坡工程中,沉井具有抗滑樁的作用和擋土墻的作用。(3)混凝土擋墻
混凝土擋墻是借助自身的重量以支擋滑體的下滑力的一種有效防止滑坡的常用方法,并可與排水等措施聯(lián)合使用。它能有效地從局部改變滑坡體的受力平衡,阻止滑坡體變形的延展,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,能快速起到穩(wěn)定滑坡作用等優(yōu)點(diǎn)。在設(shè)計(jì)混凝土擋墻時(shí)。應(yīng)根據(jù)最低滑動(dòng)面的形狀和位置來(lái)設(shè)計(jì)擋墻基礎(chǔ)的砌置深度,并在墻后設(shè)置泄水孔,使其不僅能削弱作用于擋墻上的靜水壓力,還能防止墻后積水浸泡基礎(chǔ)而造成的擋墻滑移。2.錨桿加固
錨固技術(shù)是將一種受拉桿件的一端固定在邊坡或地基的巖層或土層中,這種受拉桿件的固定端稱為錨固端(或錨固段),另一端與工程建筑物聯(lián)結(jié),可以承受由于土壓力、水壓力或風(fēng)力所施加于建筑物的推力,利用地層的錨固力以維持建筑物的穩(wěn)定。
錨固按結(jié)構(gòu)形式可分為抗滑樁、錨洞、噴錨支護(hù)及預(yù)應(yīng)力錨固(錨索)4類:
(1)錨固洞 錨固洞加固,是治理邊坡穩(wěn)定的一種有效措施。在錨固洞加固的過(guò)程中應(yīng)遵循由內(nèi)向外、自上而下、循序漸進(jìn)、逐層加固等原則,同一搞成結(jié)構(gòu)面的錨固洞應(yīng)跳洞開挖施工,避免不利結(jié)構(gòu)面上已有抗滑力的削弱,從而影響邊坡的穩(wěn)定。
(2)噴混凝土護(hù)坡 噴混凝土護(hù)坡是一種生產(chǎn)效率高,施工速度快,不用模板,并把混凝土運(yùn)輸、澆筑、搗固結(jié)合在一起,實(shí)現(xiàn)機(jī)械化連續(xù)施工的新型混凝土施工工藝。因其是依靠一定的沖擊速度噴射而成的,因而其作為臨時(shí)支撐比木結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高,比鋼結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)。作為永久支護(hù)時(shí),比現(xiàn)澆混凝土襯砌的早期強(qiáng)度高。配合使用錨桿??梢詼p少洞室開挖量,減薄襯砌厚度,節(jié)約水泥用量。特別是噴混凝土施工時(shí),可以不用模板,不立拱架,加大了洞內(nèi)的有效空間,施工時(shí)能緊跟開挖面進(jìn)行噴射,減少巖石暴露風(fēng)化的時(shí)間,及時(shí)控制圍巖的變形。(3)預(yù)應(yīng)力錨固 預(yù)應(yīng)力錨索加固是通過(guò)錨固在坡體深部穩(wěn)定巖體上的錨索將力傳給混凝土框架,由框架對(duì)不穩(wěn)定坡體施加一個(gè)預(yù)應(yīng)力,將不穩(wěn)定松散巖體擠壓,是巖體間的正壓力和摩阻力大大提高,增大抗滑力,限制不穩(wěn)定液體的發(fā)育,從而起到加固邊坡、穩(wěn)定坡體的作用。采用預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行邊坡加固,其優(yōu)點(diǎn)有:在高邊坡或隧洞洞口明挖中采用,可增加邊坡穩(wěn)定。從而減少開挖量,也為提前進(jìn)洞創(chuàng)造條件;可在水庫(kù)正常運(yùn)行條件下用于混凝土壩體或壩基加固;用于修補(bǔ)混凝土裂縫或缺陷,可將集中荷載分散到較大范圍內(nèi);加固洞室。改善洞室的受力條件等。這些優(yōu)點(diǎn)使其在高邊坡加固中得到廣泛應(yīng)用。蒙特卡洛模擬法,