高边坡的勘察和设计(王恭先)

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1、高边坡的勘察和设计王 恭 先中铁西北科学研究院2003年11月主 要 内 容一、高边坡问题的提出二、高边坡的种类和变形类型三、高边坡的勘察和稳定性评价四、高边坡的设计一、高边坡问题的提出（一）高边坡的界定何为高边坡（二）高边坡的变形、破坏及其造成的损失（三）高边坡的特征（一）高边坡的界定一般认为边坡高度大于20m的土质边坡，或高度大 于30m的岩质边坡。（二）高边坡的变形、破坏及其造成的损失高边坡早已存在，也曾造成过变形和损失。近年来 ，高边坡数量越来越多，高度越来越高。变形量大，增 加投资、延误工期、造成灾害。举例：云南澜沧江小湾电站边坡高达500m 云南元江磨黑高速公路K259高110m的

2、砂泥岩高边坡深圳汕头高速公路K101滑坡推倒桩板墙深圳汕头高速公路K102滑坡，抗滑桩与明洞处理花费8000余万元同江三亚高速公路闽北八尺门互通区设在2个古滑坡上，治理费 5000余万元云南元江磨黑高速公路三菁公隧道进口高边坡发生滑坡，高130m ，推倒中隔墙山西长治晋城高速公路K31砂泥岩顺层滑坡，体积达25万m3北京珠海高速公路粤北段K108高边坡滑坡，三次变更设计，治 理费用2000余万元重庆万州梁平高速公路K42砂泥岩顺层滑坡西安秦岭某试验基地花岗岩高边坡滑坡花岗岩中长100多m、宽80cm的张裂缝(三)高边坡的特征1、高边坡是将地质体的一部分改造成人为工程设施，因此其稳定性取决 于自

3、然山坡的稳定状况(稳定、不稳定、极限平衡)、地质条件(地层岩性、地 质构造、坡体结构、岩体结构、水文地质条件、风化程度等)和人为改造的程 度(开挖深度、坡形、坡率等)。 2、由不同的地层、岩性、风化程度的岩土体构成的自然山坡，受地质构 造影响程度不同，水文地质条件不同，在自然营力作用下形成了各种形态的 斜坡，如直线坡、凸形坡、凹形坡、阶梯状坡，且具有不同的稳定状态，这 是在漫长的地质历史时期形成的，是动态的、变化的。自然斜坡是人工边坡 的基础。 3、人工边坡是对自然斜坡的改造，它也有直线坡、凸形坡、凹形坡，更 多的是阶梯状边坡。人工边坡改变了自然山坡的应力状态和地下水的渗流条 件，而且是在短短

4、几个月内改造完成的。自然山坡的应力调整有一个过程， 强度低的软弱岩层调整较快，常在施工期就发生变形；强度高的坚硬岩层调 整较慢，或可自身稳定，或在13年后发生变形。只有当人工边坡顺应自然 ，对其改变不大时，才可保持稳定，否则就会发生失稳，甚至引起自然山坡 的破坏。 4、自然山坡和人工边坡都处在各种自然营力的作用之下，如阳光照射、 降雨冲刷和下渗、风化和地震等。但人工边坡所造成的自然状态的改变使这 种作用更强烈，如开挖暴露风化加剧、破坏植被地表水容易下渗、坡体松弛 、爆破震动等都使边坡更容易发生变形。 5、自然条件千差万别，所以高边坡设计也变得十分复杂，每个工点都需 单独分析和计算，这也许就是目

5、前高边坡设计尚无规范可循的原因。二、高边坡的种类和变形类型（一）高边坡的种类（二）高边坡的变形类型（三）高边坡变形的条件和原因分析分 类类 指 标标边边 坡 类类 型1、按工程类别类别 分1、道路边边坡：堑堑坡、堤坡、洞口边边坡等 2、水利边边坡：坝坝肩边边坡、渠道边边坡等 3、露天矿边矿边 坡：采场边场边 坡、弃碴场边碴场边 坡等 4、城建边边坡：堑堑坡与深基坑边边坡等2、按使用年限分1、临时边临时边 坡 2、短期边边坡（30年以内） 3、永久边边坡（30年）3、按边边坡岩土构成 分1、土质边质边 坡 2、类类土质边质边 坡（全风风化呈砂土状） 3、岩质边质边 坡 4、二元结结构边边坡4、按

6、边边坡岩体结结构 分1、类类均质质土结结构边边坡 2、近水平层层状结结构边边坡 3、顺倾层顺倾层 状结结构边边坡 4、反倾层倾层 状结结构边边坡 5、斜交层层状结结构边边坡 6、碎裂状结结构边边坡 7、块块状结结构边边坡（一）高边坡的种类高边坡分类表（二）高边坡的变形类型1、按变形性质分 （1）坡面冲刷 ；（2）表层溜坍；（3）危岩、落石、崩塌；（4 ）坍塌；（5）滑坡；（6）倾倒；（7）错落。 2、按变形深度分 （1）坡面变形（深12m）； （2）边坡变形（深1.2基本稳稳 定边边坡边边坡的坡形坡率符合岩土体的强度条件，无倾倾向临临空面 的不利结结构面，少有地下水，整体和局部均稳稳定，但坡

7、面有冲沟、剥落、落石等。1.11.2欠稳稳定 边边 坡边边坡整体稳稳定，但局部坡陡于岩土稳稳定角，或受地下水 影响岩土强度降低，或有不利结结构面倾倾向临临空面，有局 部坍、滑变变形。1.01.1不稳稳定 边边 坡边边坡坡形坡率不符合岩土强度条件，或在古老滑体上开 挖、堆载载引起古老滑坡复活，或有发发育的不利结结构面倾倾 向临临空面，岩体破碎，地下水发发育，开挖后会产产生整体 失稳稳。1.02、高边坡的稳定性评价方法人们们早已熟悉用力学平衡计计算法评评价边边坡的稳稳定性，它可以得出稳稳定系数的定量数据， 而且可算出需要加固工程承受力的大小。但是对对于复杂杂的高边边坡稳稳定性计计算，由于计计算的边

8、边 界条件（范围围）和破坏面岩土参数难难以准确判定、试验试验 和选选取，使计计算结结果的可信度降低。 作者认为应认为应 以工程地质质分析对对比法为为基础辅础辅 以力学计计算两者结结合较为较为 合理，前者为为后者提供 变变形类类型、范围围和边边界条件，后者则则可得出稳稳定系数和作用力大小，为设计为设计 提供依据。工程地质质分析对对比法从以下几方面分析对对比：a、从自然极限稳稳定坡的坡形坡率坡高与人工边边坡的平均坡率和坡高对对比中评评价其稳稳定性 ；b、从自然山坡已发发生的变变形类类型和规规模推断人工边边坡可能发发生的变变形类类型和规规模；c、从坡体结结构分析人工边边坡可能发发生的变变形类类型及产

9、产生的部位（整体或局部）；d、从作用因素及其变变化幅度分析，主要是开挖引起坡体松弛、地表水下渗、岩土（特别别 是软软弱带带）强度降低分析可能发发生的变变形类类型及规规模；e、从已发发生的变变形分析其发发生机制并反演出破坏时时的岩土强度参数。力学计计算法力学计算法有多种，只有选择与调查确定的破坏类型及模式相一致的计算方法才能得出正 确的结果。其破坏范围主要是松弛范围，除顺层滑坡外，可用有限元计算开挖后边坡的应力场和位移场来确定。 对土质边坡和类土质边坡可用传统的圆弧形破坏面进行计算，但沿土层界面滑动者不一定 是圆弧。岩质边坡，即使是强风化岩体，其破坏也要沿不利结构面组合，因此多为折线形，用推力传

10、递法比较符合实际。其选用的计算参数C、值也应根据地质情况不同而分段选取。 四、高边坡的设计 （一）高边坡设计的特点1、高边坡设计以翔实的地质资料为基础。2、高边坡设计是预测性设计。3、高边坡设计是风险性设计。4、高边坡设计应是动态设计。5、高边坡设计对施工工艺提出严格要求。 （二）高边坡设计的原则1、高边坡根据其使用年限和保护对象的重要性，应是安全可靠的 。2、高度40m以下的边坡原则上以放稳定坡率为主，大于40m的边 坡，放缓边坡可能增加大量弃方、破坏大量植被、增大征地量，于环保 不利，应采取较陡的坡率增加支挡加固工程以减小边坡高度。3、由于坡脚应力和地下水集中，加固工程应贯彻“固脚强腰”的

11、原 则，“固脚”即加强坡脚1、2或3级边坡的支撑力，“强腰”则是防止高边 坡的局部失稳。既要保整体稳定，也要保局部稳定。4、高边坡设计应有完善的地表和地下排水系统，减少水对边坡稳 定的影响。5、高边坡设计应充分考虑环境保护，美化环境。（三）高边坡的设计方法高边坡设计目前尚无统一的方法，一般采用三种方法相结合：1、工程地质比拟法从自然稳定坡的调查中寻找可供比拟的坡形、坡率和坡高 。2、力学计算法选择符合坡体结构和破坏模式的计算方法对设计的坡形进行稳 定性计算，调整坡形或增加支挡工程以达到合理的设计。既保整体稳定，又保局部稳定 。3、经验对比法以类似地质条件下稳定的人工边坡作参考设计新的边坡。4、

12、坡形坡率的设计：一般采用台阶状坡形。每级台阶的高度：810m。台阶（卸荷平台）宽度：一般23m；高度大于30m的边坡，在中部留46m的宽 平台。坡率：土质边坡：1:11:1.5（黄土边坡除外）；类土质边坡：1:11:1.5；强风化岩边坡：1:0.751:1；弱风化岩边坡：1:0.51:0.75；微风化岩边坡：1:0.3l:0.5。对岩层顺倾地段的高边坡，当岩层倾角大于40时，可采用顺层面刷方。但当倾角 较缓时，不宜顺层刷方，那样会增大边坡高度，破坏植被，增大征地和弃方，于环境保 护不利，还可能留下不稳定隐患。5、加固工程的设计：对计算评价不稳定和欠稳定的边坡必须设置一定的加固工程 措施，常用者

13、有挡土墙、抗滑桩、预应力锚索抗滑桩、预应力锚索框架（地梁、墩）， 锚杆框架（地梁）等，可根据边坡的具体情况单独或组合使用。6、排水系统设计：（1）地面排水系统；（2）地下排水。以下用一些图片实例作一说明。 坡脚桩板墙坡脚锚索抗滑桩，中部锚索框架坡脚锚索抗滑桩，以上锚索地梁坡脚锚索桩，以上锚索地梁路下锚索抗滑桩，路上锚索框架锚索框架与地梁结合锚索框架锚索框架与锚索桩结合两排抗滑桩与锚杆框架结合锚杆框架锚索墩六棱砖植草防护泄水洞截水仰斜孔排水主动网防落石被动拦石网秦岭某花岗岩 高边坡平面图秦岭某花岗岩高边坡立面图秦岭某花岗岩高边坡断面图秦岭某花岗岩高边坡抗滑桩结构图秦岭某花岗岩高边坡框架结构图秦岭某花岗岩高边坡锚索结构图谢谢！