《边坡稳定及参数选取》由会员分享，可在线阅读，更多相关《边坡稳定及参数选取（19页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第四章 堤防边坡失稳的除险加固汛期堤防边坡失稳包括临水坡的滑坡和崩岸与背水坡的滑坡，这些险情严重地威胁着堤防的安全，必 须对其进行彻底的有效的治理。堤防边坡失稳的原因是多方面的，在除险加固前必须对引起失稳的原因进行仔细地分析判断，找出 原因，有针对性的采用相应的除险加固措施。加固工作必须以堤防工程设计规范为依据，精心设计和 施工。加固后堤防必须达到设计标准。本章就边坡失稳除险加固的有关技术问题做一系统的介绍，主要内 容包括边坡失稳的成因与分类，滑坡的安全复核，边坡除险加固技术和崩岸除险加固技术。第一节 边坡失稳的成因与类型一、边坡失稳的成因堤防建成后，在运用中可能会遇到各种各样的情况，如汛期河
2、湖水位涨、 落、冲刷；台风季节风浪的袭击；暴雨时的浸水以及生物洞等等均会使堤防边坡 失稳。现分述如下：1. 渗流原因在汛期，当河水位上涨到一定高度时，且持续时间又较长，堤身（在浸 润线以下部分）将呈浸水的饱和状态，土体完全饱和后，抗剪强度降低，堤身的 自重增加，相应的下滑力增大。另外，渗流产生的渗透力，进一步增加了滑动体 的滑动力。综上所述，在渗流作用下堤身滑动体重量增加，抗剪强度降低和渗透 力增加等均是导致滑坡产生的重要原因。（二）水流冲刷浸袭原因水流冲刷浸袭岸坡主要发生在临水坡。如在河流凹岸部分，往往主流逼岸。受环流冲刷特别是急流顶冲的作用，岸坡淘 刷通常较为严重。一旦岸脚防护设施抵抗不住
3、水流的冲刷力，护脚将被破坏，使 岸脚的坡度逐渐变陡，直至失去平衡引起岸坡失稳破坏，即为通常所说的崩岸险 情。这种破坏多发生在河道弯曲河势复杂的凹岸堤段。在汛期的涨水过程中或枯 水期都有发生。另外，当水位退至滩地地面高程以下并且堤身内渗水又不能及时排出时，将产生 反向渗透力。再加上浸水饱和堤身自重增加和强度降低，往往会发生坍塌。如不 及时处理，坍塌会逐步向堤防坡脚逼近，直到坡脚，引起岸坡失稳滑坡。这种滑 坡均发生在临水坡。（三）堤防地基问题引起的滑坡 堤防地基主要有两个问题，其一是地基的天然强度不够，其二是当截水设施失效 时，由于大量渗水形成管涌而引起的堤防坍塌破坏。本节只介绍第一个问题，第 二
4、个问题详见第三章。造成堤防地基强度不够的原因是：堤防设计时选用的计算强度指标与实际强度 不符。出现这种情况的原因有：没有进行堤防地基的土质调查，凭经验做堤；钻 探过于简单，没有探查到堤防地基中软弱夹层或者探查深度不够等等。在软粘 土地基上筑堤，由于施工速率过快，使其地基强度降低。据大量工程经验，由于 筑堤（填土）速度过快，使地基强度降低的幅度可达1020%左右。由上述可 明显看出，由于地基问题而引起的岸坡滑动通常是深层滑坡，破坏一般均发生在 施工期或竣工时。（四）其它原因堤身的填筑质量未达设计要求；新、老堤界面处理不当；暴雨时，雨水沿堤身裂 缝渗入堤身内部，使堤身强度降低以及在堤脚下挖塘等人为
5、因素，均有可能引起 滑坡。上述各项原因，其中任何一种或二种原因，甚至多种原因组合都能引起堤防滑坡。部位，比如滑动面深入地图41 浅层滑动示意 下58m深的滑动，如图42所示。(2)按滑动的危害程度可分为危害性轻滑动(沿堤纵向超过100m长的浅层滑动)。这种滑 动影响范围大，处理也比 较困难。这种滑动危害性 大，必须及时处理，否则会酿成大祸。(3)按滑动发生的位置可分成以下三种：即临水面滑坡，多发生在高水位的退水期或在出现了崩岸、坍塌险情的堤段；背水面滑坡，多发生在汛期高水位堤坡稳定或出现渗流破坏险情堤段；崩岸，多发生在汛中涨水期，枯水期也时有发生，位于临水坡前滩地坡 度较陡的堤段。第二节 堤坡
6、稳定的安全复核一、堤坡稳定安全复核 的内容堤防在汛期出现了滑 坡，汛后必须对滑坡进行必要 的处理。在处理之前，必须合 理地确定处理的范围，包括平 面尺寸和深度。-一-一-一一一一 一一一一一-一-一一 一 一 一 一-一一一图43 目测滑坡的平面分布示意图堤防发生滑坡后，从地 表可以目测到滑坡顶部出现的 裂缝及其长度和宽度、陡坎等。 沿着顶部裂缝，经仔细观察和 简单探摸可以找出裂缝的走向 及沿伸的范围，在滑坡的底部 可以发现地面隆起。严重时， 在隆起部位的顶部会发现裂 缝。这样，经目测可大致划定 滑坡体在平面上的分布范围。 参见图 43。只凭目测滑坡平面位 置分布还不能判定滑动体的立 体分布，
7、即不能确定滑动的深 度。确定滑动体的滑动深度， 实质上就是要确定滑动面的位 置，确定滑动面的位置有以下 二种办法：探测法探测法的理论依据是：滑动面实际上是一个具有一定厚度的滑动带。滑 坡产生后，滑动带区域内土体已被完全扰动破坏。被扰动破坏后的土体强度大大 低於未扰动土体的天然强度。完全扰动后土体的强度一般只有天然强度的一半， 甚至更低。由此用钻探或原位测试的方法，及时测出滑动带土体的强度就能很方 便的判断滑动带所处的位置。目前用钻探方法探测滑动面位置，大多采用现场测 定十字板强度的方法，可参见图 44。Q.g 6.2 O-l 0 o. 3 il-Cl.LCi 抗號強度(kg/ cm2 )图 4
8、4 十字板试验等探测滑动面位置稳定分析的方法一般情况下用探摸法是比较方便的， 但有时因条件限制一时还不能实现用探摸法 摸清滑动带的位置。那么，进行必要的稳定分 析也能大致判定滑动面的位置，具体做法是： 在现场找出滑动体的上缘及滑动体下出口，滑 动体的上缘就是滑坡顶部裂缝处或堤顶塌陷的陡坎处。滑动体的下出口就是堤脚的隆起的最高点（顶部）。这二点就是滑动面的上下两图 45 复式滑动面形状示意图点，这两点间滑动面形状可能有两种。一种是圆弧形，另一种是复式滑动面，参见图 45。圆弧形滑动面一般发生在均质土中。复式滑动面发生在土体中较薄的软 弱层，如未处理好新、老堤的新老堤界面处。这样通过少量的试算即可
9、找出通过 上、下二点的滑动面位置。滑动面所包围的土体即为滑动体。在做堤坡稳定安全复核时，应对堤身、堤基的土质情况（强度、容重、 土性等）及堤体浸润面做些调查和测试，以便较准确地确定计算指标。另外，对 计算的外界条件（即发生滑坡的外界条件）要详细的调查了解分析，如滑坡时河 流湖泊中的水位、降雨情况、活荷载等。综上所述，堤坡稳定的安全复核是滑坡除险加固的必要的准备工作，也 是除险加固方案的安全合理选择的基础。二、堤坡稳定安全复核的基本依据堤坡稳定的安全复核应按堤防工程设计规范中规定的抗滑稳定计算 进行，现摘要介绍如下：（一）计算强度的选择做堤防抗滑稳定分析时，土的抗剪强度指标可采用三轴抗剪强度，直
10、剪 强度。应根据堤防的工作状态和采用的计算方法选用不同的强度指标，详见表4 1。表41 土的抗剪强度试验方法和强度指标堤的工作状态计算方法使用仪器试验方法强度指标施工期总应力法直剪仪快剪C,U U三轴仪不排水剪稳定渗流期有效应力法直剪仪慢剪C，三轴仪固结排水剪水位降落时总应力法直剪仪固结快剪C，c uc u三轴仪固结排水剪当堤基为饱和软粘土，并以较快的速度填筑堤身时，可采用快剪或不排水 的现场十字板强度指标。（二）计算荷载的组合1.正常情况下稳定计算的荷载组合：(1) 设计洪水位，核算背水坡稳定性；(2) 高水位骤降，核算临水坡稳定性；(3) 施工期(包括竣工时)背水坡和临水坡稳定性。2.地震
11、情况下稳定计算的荷载组合： 在一般洪水位时，遭遇地震，核算背水坡和临水坡的稳定性。 另外，在暴雨下应根据填土的渗透性和堤坡防护措施，核算暴雨或连续 长期降雨时堤防边坡的稳定性。三、堤坡稳定安全复核的方法(一)圆弧滑动法1.规范规定的圆弧滑动法土堤堤坡稳定计算由于选用的土体抗剪强度不同，分为总应力法和有效应力法，其计算公式如下：(1)总应力法 1).施工期抗滑稳定安全系数按下式计算：2)水位降落期抗滑稳定安全系数可按下式计算：（2）有效应力法稳定渗流期抗滑稳定安全系数可按下式计算：2式中：b为条块宽度（m） ; w 为条块重量；w=w +w +r zb12 w（KN）; w为在堤坡外水位1以上的
12、条块实重（KN）； w为在堤坡外水位以下的条w密度（t/m3）；C , C，C ，uucu，C ，为土的cu抗剪强度指标（KN/rw,度），详见表4一1。以上三式计算示意图如图46。式（41）、（42）和（43）式计算的安全系数K,是在假定圆弧后得出的， 因此，随便假定一个圆弧算出的K值并不是最小值，换句话说，该圆弧不是最危 险的,一般情况,必须通过试算多个不同的圆弧,从中找出最小值,对于计算不 十分熟练者来说，计算工作量将是比较大的，由于计算机的普遍应用，并有成熟的计算软件可供使用，可大大的减少人工计算工作量，为圆弧滑动分析提供了极 大的方便。2“=”圆弧滑动法大多数堤防工程采用人力挑土填筑
13、，堤身的质量难以保证。针对这一实 际情况，南京水利科学研究院在6年代开发了 “=”圆弧滑动法计算图表， 为工程技术人员进行圆弧滑动法计算提供了一定方便，在一时难以进行电算的情 况下，还有一定的使用价值（本法适用于深层滑动稳定分析）。现介绍如下：d）“=”圆弧滑动法的基本假定：图4 一7“= ”圆弧滑动稳定分析简图1）软粘土地基强度随 着深度的增加成正比例增加。这一 假设基本符合正常固结沉积软粘 土的强度随深度增加而增大的规 律。这也是沉积软粘土的一个重要 特征。2）堤防（堤身）做为 滑动体，圆弧通过地基土时，地基 土的抗力做为阻滑力，两者相比即 为堤防的稳定性安全系数。（2）“= ”圆弧滑动稳
14、定分 析计算方法的计算（如图47所 示）。通过图48,图49,及图4一10。可很方便地的进行计图48 k/ t g关系图4.0-0图4_9 k/ t 0e关系图LiOiX：吕 IHXl du DU 附口300HOD8D1工aom100帥一!Juin图4一10 k/ txf关系图0其计算的具体步骤如下：1）确定下列资料a. 堤身容重r （低水位下用浮容重，高水位上用湿容重，浸润线与低水 位间部分用饱和容重），堤身的几何形状（高度h,边坡1: m,堤的顶宽和底宽）；b. 地基土的强度沿深度的变化线，用轻便型十字板剪力仪测定，如图4 一7所示，求出t和K值以及算出k/ t之比值。002）计算分析（参见图4一7）a.绘出作用地基上的荷载图，取其底面任意点A,即ABCD为滑动体，并 按下式计算出f和W值。（f为A点距ABCD滑动体重心的水平距离，W为滑动A AAA体ABCD的总重量）。f=x2+l(x+l/3)/(2x+l)A(4-4)w =(hx+hl/2)r(4-5)A取出的滑动体是任意形状时，f与W的计算式的求法如下：参见图4 11。AA图4-11滑动体为任意形状求F、w示意图aa(4-7)f=(EFiXi)/EFi(4-6)怦 YjFjb. 用k/T和f值从图4 10查出X值，以W =Xt算出W 值。0A极0极c. 按下式计算安全系数K oAK
