《边坡工程处治技术Word》由会员分享，可在线阅读，更多相关《边坡工程处治技术Word（401页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第1章绪论1.1概述1.1.1边坡失稳与滑坡边坡是自然或人工形成的斜坡，是人类工程活动中最基本的地质环境之一，也是工程建设中最常见的工程形式。作为全球性三大地质灾害(地震、洪水、崩塌滑坡泥石流)之一的边坡失稳塌滑严重危及到国家财产和人们的生命安全。随着我国基础建设的大力发展，在矿山、水利、交通等部门都涉及到大量的边坡问题，因此对边坡的正确认识，合理地设计、适当的治理，把边坡失稳造成的灾害降低到最低限度，是岩土工程界的学者和工程设计人员必须考虑的问题。边坡是否稳定受多种因数的影响，主要有：(1)岩土性质的影响，包括岩土的坚硬程度、抗风化能力、抗软化能力、强度、组成、透水性等；(2)岩层的构造与结
2、构的影响，表现在节理裂隙的发育程度及其分布规律、结构面的胶结情况、软弱面和破碎带的分布与边坡的关系、下伏岩土界面的形态以及坡向坡角等；(3)水文地质条件的影响，包括地下水的埋藏条件、地下水的流动及动态变化等；(4)地貌因数，如边坡的高度、坡度和形态等；(5)风化作用的影响，主要体现为风化作用将减弱岩土的强度，改变地下水的动态；(6)气候作用的影响，气候引起岩土风化速度、风化厚度以及岩石风化后的机械、化学变化，同时引起地下水(降水)作用的变化；(7)地震作用除了使岩土体增加下滑力外，还常常引起孔隙水压力的增加和岩土体的强度的降低；另外人类活动的开挖、填筑和堆载等人为因数同样可能造成边坡的失稳。
3、一个边坡的失稳往往是多种因素的共同作用的结果，我们通常将导致边坡失稳的这些因素归结为两大类。一是外界力的作用破坏了岩土体原来的应力平衡状态，如路堑或基坑开挖、路堤填筑或边坡顶面上作用外荷载，以及岩土体内水的渗流力、地震力的作用等，改变原有应力平衡状态，使边坡坍塌；另一是边坡岩土体的抗剪强度由于受外界各种因素的影响而降低，促使边坡失稳破坏，如气候等自然条件使岩土时干时湿、收缩膨胀、冻结融化等，水的渗入、软化效应、地震引起砂土液化等均将造成强度降低。边坡在自然与人为因素作用下的破坏形式主要表现为滑坡、滑塌、崩塌和剥落。滑坡(slides)是斜坡部分岩土体在重力作用下，沿一定的软弱面，缓慢地整体向下
4、移动，具有蠕动变形、滑动破坏和渐趋稳定三个阶段，有时也具有高速急剧移动现象。滑塌(slipslumps)是因开挖、填筑、堆载引起斜坡的滑动或塌落，一般较突然，粘性土类边坡有时也会出现一个变形发展过程。崩塌(fallslumps)是整个岩土体块脱离母体，突然从较陡的斜坡上崩落、翻转、跳跃、堆落在坡脚，规模巨大的称为山崩，规模较小的称为塌方。剥落(falls)是斜坡岩土长期遭受风化、侵蚀，在冲刷和重力作用下，岩(土)屑(块)不断沿斜坡滚落堆积在坡脚。边坡失稳破坏产生的滑坡、滑动、沉陷、泥石流、岩崩，这些在表面上看似斜坡岩土体运动的不同表现形式，但随时都有可能带来严重的破坏，甚至是灾难。如美国的布法
5、罗的煤矿废物泥浆挡坝的倒塌造成125人的死亡；1963年北意大利的Vaiont水库左岸滑坡，使得25 000万立方米的滑体以28ms的速度下滑到水库，形成250多米高的涌浪，造成下游2 500多人丧生；1980年我国湖北运安盐池河磷矿发生山崩，100万立方米的岩体崩落，摧毁了矿务局和坑道的全部建筑物，造成280人死亡；l989年7月10日，华莹市溪口镇因崩塌形成的滑坡、泥石流造成222人死亡。l994年宜宾市兴文县久庆镇，因建设切坡脚，诱发滑坡，导致楼房倒塌，赶集村民一次死亡48人，伤40人。l995年10月，330国道青田县茅洋村路段边坡崩塌，途经此地至金华大客车被埋，车内37人全部身亡，车
6、辆报废。1998年美姑县乐约乡特大滑坡，导致l50余人失踪；l999年，古蔺县滑坡、泥石流灾害死亡41人。2001年5月1日重庆市武隆县县城江北西段发生山体滑坡，造成一栋9层居民楼房跨塌、死亡79人，阻断了319国道新干道，几辆停靠和正在通过的汽车也被掩埋在滑体中。世界上每年由于人工边坡或自然边坡失稳造成的经济损失数以亿记，如1978年Schuster收集的资料显示，在美国仅加州由于边坡失稳造成的损失每年可达33亿美元，除此之外，在美国平均每年至少有25人死于这种灾害；l984年在英国的Carsington大坝滑动，使耗资近1500万英镑的主堤几乎完全破坏。在我国，据不完全统计,1998年以来
7、福建省先后发生的崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等21300多起，涉及40多个县(市、区)，造成300余人死亡，伤500余人，毁房500余间，经济损失高达10多亿元；四川省近l0 年来，每年地质灾害造成的损失达数亿元，死亡人数在300人左右；三峡库区的最新统计表明，1982年以来库区两岸发生滑坡、崩塌、泥石流70多处，规模较大的40多处，死亡400人，直接经济损失数千万。云南省的公路边坡灾害调查数据显示，19901999年，云南公路边坡发生大、中型崩塌、滑坡、泥石流135144次，造成l 000余座桥梁被毁，经济损失达l68亿余元，并对全省2 220km公路的运营构成严重威胁。边坡的治理费用在工程
8、建设中也是极其昂贵的，根据1986年E.N.Brohead的统计，用于边坡治理的费用约占地质和自然灾害的2550左右。如在英国的北Kent海岸滑坡处治中，平均每公里混凝土挡墙耗资高达l 500万英镑；在伦敦南部的一个仅2 500m2的小型滑坡处理中，勘察滑动面耗资2万英镑，而建造上边坡抗滑桩、挡土墙及排水系统花去l5万英镑，如果加上下边坡，费用将翻倍。在我国，随着大型工程建设的增多，用于边坡处治的费用在不断增大，如三峡库区仅用于一期的边坡处治国家投资高达40亿元人民币；特别是在我国西部高速公路建设中，用于边坡处治的费用占总费用3050。因此对边坡进行合理地设计和有效治理将直接影响到国家对基础建
9、设的投资以及安全运营。1.1.2边坡形态与分类在实际工程中，为满足不同工程用途的需要，边坡设计形态多种多样，边坡的分类通常有以下几种：(1)按照边坡的成因可分为天然边坡和人工边坡。天然边坡是自然形成的山坡和江河湖海的岸坡。(2)按照构成边坡坡体的岩土性质可分为粘性土类边坡、碎石类边坡、黄土类边坡和岩石类边坡。(3)按照边坡的稳定性程度可分为稳定性边坡、基本稳定边坡、欠稳定边坡和不稳定边坡。这种分类方法一般根据边坡的稳定性系数的大小进行划分，但无严格的规定。(4)按照边坡的高度分类，边坡高度大于l5m称为高边坡，小于l5m称为一般边坡。(5)根据边坡的断面形式可分为直立式边坡、倾斜式边坡和台阶形
10、边坡，如图l.1所示。根据这三种形式可构成复合形式的边坡，如图l.2所示。边坡横断面外形和各部位名称如图1.3所示。(6)根据使用年限分为临时性边坡和永久性边坡。临时性边坡是指工作年限不超过两年的边坡；永久性边坡是指工作年限超过两年的边坡。除了上述分类方法外，边坡还可以根据支护结构形式进行分类。在实际工程中，由于设计或施工不当，或因地质条件的特殊复杂性难以预计，边坡中一部分坡体相对于另一部份坡体产生相对位移以至丧失原有稳定性，从而形成滑坡，其滑动形式可用图l.4表示。牵引式滑坡主要是由于边坡开挖卸载，坡体内部应力释放，原有平衡状态被打破，在坡顶后缘一定位置处产生拉裂缝，随着边坡开挖深度的增加，
11、裂缝逐渐向后发展，滑动面位置相应由浅部向深部发展。推移式滑坡主要是由于整个路堤(或堤坝、土堤等)向下滑动，推动坡体变形或破坏，坡顶出现明显的下沉，并出现拉裂缝，形成台阶；坡脚附近的地面有较大的侧向位移并向上隆起。而整体式滑坡则是由于坡体开挖或填筑，破坏了整个古滑坡体的平衡状态，致使整个古滑坡体复活，在整个坡面上均出现大小不同的拉裂缝，坡脚产生明显的向上隆起。边坡的安全等级的划分是根据边坡破坏后造成的损失的严重性、边坡的类型及坡高等因素确定的，它是边坡工程设计和施工中根据不同的地质环境条件及工程具体情况加以区别对待的重要标准。根据建筑边坡支护技术规范，边坡的安全等级划分为三级，如表1.1所示。
12、1.1.3边坡稳定性研究的发展边坡研究的基础理论是建立在土力学和岩石力学之上的，所以土力学和岩石力学的成就与发展决定了对边坡研究的完善程度。二次世界大战前后，边坡问题的研究尚属土力学的研究范畴，边坡稳定性分析方法主要借鉴土力学的研究成果，例如l916年由Prantle提出，Fellenius和Taylor(1922)发展的圆弧滑动法、1955年的Bishop条分法、l954年的Janbu条分法和20世纪70年代的王复来分析方法等形成极限平衡理论，是建立在刚塑性体模型基础上的破坏理论，是古典土力学解决土质边坡稳定性的核心。而现代土力学致力于土体真实破坏过程的理论研究，它的建立可能要运用到损伤力学
13、、细观力学和分形理论等现代力学分支，最后要完成对边坡破坏过程的数学模拟。岩石边坡的研究依赖于岩石力学的发展，早期人们将简单均质弹性、弹塑性理论为基础的半经验半理论边坡分析方法用于岩质边坡的稳定性研究，但其计算结果与工程实际有较大差异。在20世纪60年代初期，随着大型工程的建设，所形成的边坡规模加大，地质条件也变得极其复杂，特别是l963年意大利Vaiont水库左岸的滑坡等一系列水电工程事故的发生后，促使人们对岩石力学进行深入的研究，岩石边坡稳定性研究也向前迈进了一大步，人们清楚的认识到在边坡稳定性分析中，必须将地质分析与力学机制分析紧密结合起来，从而形成了60年代初期的刚体极限平衡法，以及结构
14、面的力学特性对岩体滑动的影响研究。1967年人们第一次尝试用有限元研究边坡的稳定性问题，给定量评价边坡的稳定性创造条件，并使其逐步过渡到数值方法，从而使边坡稳定性研究进入模式机制和作用过程研究成为可能，同时以概率论为基础的可靠度方法也被引入边坡稳定性研究中。同一时期，我国在边坡工程稳定性研究方面也取得了丰硕的成果，如岩体结构理论及相应的边坡岩体稳定性分析的岩体工程地质力学方法等。20世纪80年代后，由于计算技术的发展及岩体力学性质研究的进展，各种复杂的数值计算方法广泛地应用于边坡研究。l983年孙玉科对盐池河山崩变形机制作了平面有限元分析；1989年陈宗基对抚顺露天矿边坡按照l9、24、34的
15、坡角以及坡角为l9并有深部开采的不同模式进行有限元分析；l991年Jons对英国威尔士煤田边坡稳定性与采矿沉陷性状的相关性进行了有限元分析，并用模型实验进行验证。1971年Cundall提出了非连续介质的离散元，用于模拟边坡的渐进破坏，l991年Toshihisa运用该方法分析了日本305国道的岩石边坡的破坏过程。l986年Flac的出现，为边坡分析提供了一种极其有效的方法，它不但可以处理大变形问题，而且可以模拟某一软弱面的滑动变形，能真实反映实际材料的动态行为，并可考虑锚杆、挡土墙、抗滑桩等支护结构与围岩的相互作用，被公认为是岩土力学数值模拟行之有效的方法；1988年Brady运用它对矿山倾
16、斜采场的加固方案进行了模拟，1993年Billaux对6m高冲填体进行了模拟，l995年王永嘉将Flac引入国内，先后在水电、隧洞、边坡中广泛使用。进入20世纪90年代，边坡问题的研究将传统的边坡工程地质学、现代岩土力学和现代数学力学相结合，形成了所谓的现代边坡工程学；各种现代科学的新技术，如系统工程论、数量理论、信息理论、模糊数学、灰色理论、现代概率统计理论、耗散论、协同学、突变理论、混池理论、分形理论等不断用于边坡问题研究中，从而给边坡的稳定性研究提供了新理论、新方法。综上所述，不难发现，目前边坡稳定性研究已有了相当的水平与规模。边坡作为一个系统工程，其发展过程可表述为5个阶段，即借助于古典土力学的稳定性分析阶段、50年代偏重于稳定性描述与分析的地质历史分析阶段、60年代考虑时效过程的稳定性分析阶段、80年代后期以数值模拟、模型试验为主的半定量分析阶段和90年
