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1、Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.第五章 无支护开挖设计与施工无支护开挖(又称自立边坡)是指土质较好、具备自立和放坡条件，不需另设围护结构便可开挖的基坑边坡。边坡是指临空面为倾斜坡面的土体。由于地质作用自然形成的边坡，如山坡、岸坡等称为天然边坡；由人工开挖、填土方形成的边坡，如建筑基坑、渠道、土堤、土坝及路堤等土工建筑物的边坡，通常称为人工边坡。本章主要讨论人工边坡在基坑工程中的应用，边坡的稳定是放坡开挖设计中必须首先考虑的问题。由于边坡的的坡面倾倾斜，在在土体自自重或其其它外力力作用下下，
2、近坡坡面的部部分土体体有向下下滑动的的趋势。坡坡面局部部土体下下滑称为为边坡失失稳或叫叫滑坡破破坏。边边坡坡度度设计过过陡，不不安全，极极易丧失失稳定；而边坡坡过于平平缓、又又过于保保守，会会大大增增加土方方工程量量，加大大占地面面积，很很不经济济。土坡坡稳定分分析计算算是放坡坡开挖时时如何解解决好安安全与经经济这对对矛盾的的关键内内容。土坡滑裂面面的形式式多种多多样。对对于粘性性土坡，多多产生圆圆柱形滑滑裂面；无粘性性土坡失失稳，多多为平面面滑动；不均匀匀的成层层土坡，地地基中有有软弱层层，易产产生复合合滑动面面，土坡坡稳定分分析时应应针对不不同的土土质假定定滑裂面面形状进进行。土坡失稳的的
3、根本原原因在于于土体内内剪应力力大于抗抗剪强度度。促使使剪应力力增加的的原因很很多，如如土坡过过陡、自自重应力力过大、水水的渗入入增加自自重、渗渗透水流流的渗透透力过大大、坡面面及坡顶顶超载过过大，打打桩、爆爆破及地地震等动动荷作用用，均会会增加剪剪应力；而造成成土的抗抗剪强度度降低的的原因为为：冻胀胀、超静静水压力力增长过过快过大大、振动动液化、浸浸水土的的结构崩崩解等等等。影响响土坡稳稳定性的的因素很很多，进进行稳定定分析时时，只能能抓主要要因素，作作必要的的假定。土坡稳定分分析的理理论基础础是极限限平衡理理论，计计算方法法有许多多种。较较复杂的的精确解解法，如如散体极极限平衡衡理论的的解
4、析法法、有限限单元法法等；较较简单的的普遍采采用的方方法是假假定滑动动面的静静力分析析法，如如平面滑滑动法、瑞瑞典圆弧弧法、条条分法、摩摩擦圆法法、对数数螺线法法、毕肖肖普公式式及泰勒勒图表等等，各种种方法的的详细分分析可参参阅基础础工程手手册。本章主要就就放坡开开挖及对对土坡加加固的一一些措施施进行分分析讨论论。第一节 动动坡类型型在基坑工程程设计与与施工中中，支护护形式的的选择应应遵循建建筑基坑坑工程技技术规范范(YYB92258-97)的有关关规定或或参阅本本书前几几章介绍绍的内容容。常用用的边坡坡类型如如图5-1。当当选择放放坡开挖挖时，对对边坡类类型的选选择还应应考虑如如下因素素：1
5、当场地地为一般般粘性土土、粉土土，基坑坑周围具具有放坡坡开挖堆堆放土料料和机具具的条件件，地下下水位较较低，放放坡开挖挖又不会会对相邻邻建筑物物产生影影响可可采用局局部或全全深度的的基坑放放坡开挖挖方法。当当周边条条件允许许时，也也可不放放坡或不不分级放放坡开挖挖。2基坑周周边为密密实的碎碎石土、粘粘性土、风风化岩石石以及其其他良好好土质，基基坑土体体有直立立开挖条条件且基基坑较浅浅时，可可不放坡坡竖直开开挖。有有地面堆堆载且基基坑较深深时，也也可对周周边土体体进行加加固或部部分放坡坡开挖。3当基坑坑不具备备全深度度或分级级放坡开开挖时，上上段可自自然放坡坡或对坡坡面进行行保护处处理，以以防水
6、渗渗入或风风化碎石石土的剥剥落。保保护处理理的方法法有水泥泥抹面；铺塑料料布或土土工布；挂网喷喷水泥浆浆，喷射射混凝土土护面以以及浆砌砌片石等等。基坑坑周围地地面也应应采用抹抹砂浆、设设排水沟沟等地面面防护措措施，防防止雨水水渗入。下下段的土土体加固固常用土土钉墙、螺螺旋锚、喷喷锚，在在坡脚处处堆砌草草袋、土土工织物物砂土袋袋或砌筑筑砖石墙墙体等加加固方法法。4在基坑坑深度范范围内有有软弱土土层或基基坑较深深，为降降低支护护结构的的高度以以减少作作用在桩桩墙背后后的土压压力，场场地条件件也允许许时，上上段可挖挖土卸载载、放坡坡并对坡坡面进行行加固保保护；场场地狭窄窄时上段段也可竖竖直挖112m
7、m并砌筑筑砖墙围围护。下下段设置置桩、墙墙支护结结构。5基坑周周围的坡坡面防护护是很重重要的，首首先应当当在距坑坑周边的的地面向向外有一一定的坡坡度，防防止地面面水或雨雨水流入入坑内，并并有截水水沟排走走。同时时坡面应应有水泥泥砂浆抹抹面，宽宽约15220mm。墙后后土体有有开裂裂裂缝时，应应用水泥泥浆或粘粘性土填填封，防防止地面面水流入入。第二节 自自立边坡坡实际工程中中，由于于基坑开开挖形成成的土坡坡，其破破坏时滑滑动面常常是很不不规则的的，它与与许多因因素有关关，其中中主要取取决于土土坡材料料的均匀匀性。为为确保基基坑工程程的稳定定性与安安全，自自立边坡坡的放坡坡应根据据建筑筑基坑工工程
8、技术术规范(YB992588-977)中有有关岩土土边坡的的坡度和和坡高允允许值设设计，如如表5-1和表表5-22。士坡坡滑动破破坏面可可分为平平面破坏坏面和圆圆弧破坏坏面，最最危险的的破坏面面则为圆圆柱状。因因为对单单位质量量材料来来说，圆圆弧表面面积最小小，而表表面积同同抗滑力力有关系系，单位位质量则则与滑动动力相联联系。如如果一个个大圆弧弧不可能能在土坡坡里形成成，比如如在一个个深度长长度小得得多的无无限长土土坡里，最最危险的的破坏面面则是一一个平行行于土坡坡的平面面。如果果有一些些软弱层层存在，最最危险的的破坏面面将沿着着一系列列通过这这些软弱弱层的平平面。有有时也可可能出现现平面、圆
9、圆柱面和和其它不不规则破破坏面的的组合(如图55-2)。一、破坏形形式1平面破破坏图55-3为为一顺着着山坡填填筑的路路基，它它沿底平平面破坏坏。破坏坏面为平平面的原原因是未未对原山山坡作适适当的修修整，而而且底部部存在软软弱土层层。根据摩尔一一库仑理理论，破破坏面上上的抗滑滑力由式式(5-1)确确定r-C+aatgrrp (5一11)式中中r-抗剪强强度或抗抗滑应力力；应当注意，cc和P是是破坏面面上土的的抗剪强强度参数数。在长长度为LL的单宽宽破坏面面上，抗抗滑力=cL+Wcoosattg1990。其其中，彤彤是破坏坏面以上上土的质质量，00t是天天然坡角角，Wccosaa是垂直直于破坏坏
10、面的重重力分量量。滑动动力为顺顺着破坏坏面的重重力分量量，其值值为Wssinaa。安全全系数是是抗滑力力和滑动动力的比比值，即即如果破坏面面由两个个或更多多的平面面组成，情情况就变变得比较较复杂，但但仍可按按平面滑滑面问题题处理。2圆柱破破坏面为了找出圆圆柱破坏坏面的最最小安全全系数，必必须进行行大量滑滑弧计算算，以便便确定最最危险的的一个。图图5-44表示众众多滑弧弧中的一一个。滑滑动土体体被分为为行条，第第1的质质量为，破坏坏面的长长度为厶厶，倾斜斜角为00i，正正应力为为M。安安全系数数为抗滑滑力与滑滑动力的的比值。根根据摩尔尔库仑仑理论，土土条的抗抗滑动是是以，ii+Nfft9。应应当
11、注意意，除非非做某些些简化，f取决于土条两侧面的力，并且是超静定的。滑动力等于WisinOi，是重力沿破坏面的分量，滑动力与土条两边的力无关，因为土条一边有一个力，相邻边便有一个大小相等方向相反的力与之相抵消。安全系数由下式确定破坏面为圆圆弧时，安安全系数数可以定定义为两两个力矩矩之比。无无论用力力或力矩矩都一样样，因为为后者只只是对方方程(55-3)的分子子和分母母同乘以以一个相相同的力力臂-圆弧的的半径而而已。在在费伦纽纽斯法(即瑞典典条分法法或原始始条分法法)中，假假设土条条两边的的力平行行于土条条底部的的破坏面面，因此此，它们们对垂直直于破坏坏面的力力没有作作用，或或将式(5-4)代代
12、入式(5-33)可得得二、稳定分分析土坡稳定分分析方法法很多，根根据要满满足的平平衡方程程数目，这这些方法法主要包包括费伦伦纽斯法法，简化化毕肖甫甫法，对对数螺旋旋法，贾贾布法，摩摩根斯顿顿法和普普赖斯法法，以及及斯潘塞塞法等。这这些方法法的基本本概念是是相同的的，不同同点在于于条块间间力的假假定。随着计算机机广泛地地在工程程中的应应用，有有限单元元法等数数值方法法被广泛泛地在岩岩土工程程界应用用，数值值计算方方法可以以考虑弹弹性模量量和泊松松比表示示的土的的变形特特性，可可求出破破坏面的的法向力力和剪应应力，因因而是一一种较好好的方法法，但需需要较多多的参数数。在上上述所有有稳定分分析方法法
13、中，土土的抗剪剪强度、边边坡的荷荷载以及及需要的的安全系系数都假假设是已已知的。实实际上这这些参数数都存在在着很大大的离散散性。最最近将概概率方法法引入岩岩土工程程界，提提供了有有关破坏坏的概率率，因此此，边坡坡稳定分分析的概概率方法法正在得得到进一一步的发发展。下下面对传传统的较较常用的的几种稳稳定分析析方法简简要介绍绍。1无粘性性土坡稳稳定分析析由无粘性土土如砂、卵卵砾石以以及风化化砾石等等组成的的土坡，其其滑动面面近似于于平面，常常用直线线滑动法法分析其其稳定性性。(1)均质质的无粘粘性土颗颗粒间无无粘聚力力，对全全干或全全部淹没没的土坡坡来说，只只要坡面面上的土土粒能够够保持稳稳定，那
14、那末，整整个土坡坡将是稳稳定的。图图5-55(a)为一均均质无粘粘性土坡坡，坡角角为p。现现从坡面面上任取取一小块块土体来来分析其其稳定条条件。设设土块的的重量为为，它在在坡面方方向下滑滑力丁=Wsiinfll；阻止止该土块块下滑的的力是小小块土体体与坡面面间的摩摩擦力乃乃。为了保证土土坡稳定定，设计计均质无无粘性土土简单土土坡时，必必须使稳稳定安全全系数FF，大于于1，FF，的取取值可参参照有关关规范。由式(5-6b)可见，对对于均质质无粘性性土坡，只只要坡角角p小于于土的内内摩擦角角9，无无论坡的的高度为为多少，土土坡总是是稳定的的。F=1时。tt坡处于于极限平平衡状态态，此时时的坡角角9
15、就等等于无粘粘性土的的内摩擦擦角妒；并说明明此时无无粘性土土坡的滑滑动面为为一平面面，这与与观测资资料是吻吻合的。(2)当土土坡中有有渗流通通过时，如如图5-5(bb)，沿沿渗流出出逸方向向产生渗渗透力jj=177。此时时，坡面面的小土土块(其其体积为为y)除除受其自自重作用用外，还还受到渗渗透力的的作用，增增大了该该土块的的滑动力力，同时时减少了了抗滑力力。因此此，有渗渗流作用用的无粘粘性土坡坡的稳定定安全系系数为式中y7-土体体的浮重重度；y。-水水的重度度。其它符号如如图5-5(bb)所示示。当渗流方向向为顺坡坡面流出出时，曰曰一卢，此此时水力力坡降按按水力学学原理ii=siinfll。将00及1值值代入式式(5-7)，得得由式(5-8)可可见，在在渗流情情况下，无无粘性土土土坡的的稳定性性要比无无渗流情情况下的的差，其其安全系系数约降降低12。这这就是说说，无渗渗流时，土土坡是稳稳定的；有渗流流作用时时，坡度度就必须须变缓，即即坡角才能保持稳稳定。2粘性土土坡的稳稳定分析析粘性土坡的的稳定分分析方法法主要有有瑞典圆圆弧法和和泰勒图图表法(或泰勒勒曲线法法)、条条分法(太沙基基公式和和毕肖甫甫公式)，各种种方法的的详细分分析可参参阅有关关手册。下下面主要要就泰勒勒图表法法作一简简单介绍绍。由于瑞典圆圆弧
