边坡工程处治技术01++建筑边坡稳定性分析与治理技术综述

建筑边坡稳定性分析与治理技术主讲人：讲师电话：***********Email：*****@126.com中国地质大学(武汉)工程学院绪论•§1.1概述•§1.2边坡的要素及分类•§1.3边坡设计的基本资料及勘探方法•§1.4边坡治理的常用措施•§1.5边坡工程设计的基本原则•§1.6边坡治理设计基本程序•§1.7工程设计应具备的知识建筑边坡buildingslope在建（构）筑物场地或其周边，由于建(构)筑物和市政工程开挖或填筑施工所形成的人工边坡和对建(构)筑物安全或稳定有影响的自然边坡。规范中简称“边坡”永久性边坡使用年限超过2年的边坡。临时性边坡使用年限少于2年的边坡。锚杆（索）将拉力传至稳定岩土层的构件。当采用钢绞线或高强钢丝束作杆体材料时，也称锚索。锚杆挡墙支护由锚杆（索）、立柱和面板组成的支护。锚喷支护由锚杆和喷射混凝土面板组成的支护。逆作法自上而下分阶开挖与支护的一种施工方法。土层锚杆锚固于土层中的锚杆。岩石锚杆锚固于岩层内的锚杆。§1.1概述•边坡的破坏形式：滑坡：斜坡上的岩土体在重力作用下，沿一定的潜在滑面或带产生的以水平位移为主的现象。崩塌：指陡峭斜坡上的岩体或土体在重力作用下，突然脱离母体，发生崩落、滚动的现象或过程。根据崩塌岩石性质，分为岩崩、土崩。•高度：高边坡（高度大于15m）与一般边坡（高度小于15m）•断面形式：直立边坡、仰斜边坡与台阶边坡•使用年限：永久边坡与临时边坡•边坡形态要素：•坡底•坡高•坡面•坡角•坡顶•坡肩§1.2边坡的要素及分类•滑坡要素平、剖面示意图1.滑坡体；2.滑坡周界；3.滑坡壁；4.滑动面；5.滑坡床；6.滑坡剪出口；7.滑坡舌与滑坡鼓丘；8.滑坡台阶；9.滑坡后缘；10.滑坡前缘；11.滑坡洼地（滑坡湖）；12.拉张裂缝；13.剪切裂缝；14.羽状裂缝；15.鼓胀裂缝；16.扇形裂缝；17.牵引性裂缝；18.主滑线w1DD’w2L179381157102111631813917715121410滑坡的特征图1-5滑坡的平面形态1.簸箕形；2.舌形；3.椭圆形；4.长椅形；5.倒梨形；6.牛角形；7.平行四边形；8.菱形；9.树叶形；10.叠瓦形；11.复合形边坡形态与分类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。(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。序号分类指标类型1按滑体物质组成土质滑坡岩质滑坡2按滑体受力状态牵引式（后退式）滑坡推动式滑坡3按滑坡发生时代古滑坡（全新世以前的）老滑坡（全新世以来发生，现未活动）新滑坡（正在活动）4按主滑面与层面的关系顺层滑坡切层滑坡5按滑坡的规模小型滑坡（10万立方米）中型滑坡（10万~50万立方米）大型滑坡（50万~100万立方米）特大型（巨型）滑坡（＞100万立方米）•1序号分类指标类别6按滑体含水状态一般滑坡塑性滑坡塑流性滑坡7按滑体的厚度浅层滑坡（厚度H6M）中层滑坡(6MH20M)厚层滑坡(20MH50M)巨厚层滑坡(H50M)8按滑面出口的位置坡体滑坡坡基滑坡9按滑坡滑动速度缓慢滑坡间歇性滑坡崩塌性滑坡高速滑坡序号分类指标类型10按滑体物质粘性土滑坡黄土滑坡堆积土滑坡堆填土滑坡岩石滑坡破碎岩石滑坡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，在坡顶后缘一定位臵处产生拉裂缝，随着边坡开挖深度的增加，裂缝逐渐向后发展，滑动面位臵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。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。abcde滑坡纵断面特征典型滑坡纵断面示意图a.圆弧形；b.平面形；c.折线形；e.软岩挤出形土质边坡的失稳模式•平面滑动•圆弧面滑动•陕西省泾河南岸黄土高速公路滑坡（滑坎高54米，滑距约230米）云南膨胀土滑坡陕西膨胀土滑坡岩质边坡的失稳模式•平面和弧面滑动;•楔体滑动;•倾倒破坏；千将坪滑坡平班水电站进场所公路滑坡云荞水库趾板边坡滑坡洪家渡水电站进场公路滑坡平面滑坡漫湾“三洞”滑坡漫湾左坝肩滑坡天荒坪大溪滑坡弧面滑坡楔体滑动三峡船闸边坡锦屏库区坡面交线楔体倾倒滑动•同三高速公路福建八尺门互通3#滑坡全貌•徽杭高速公路竹岭隧道西洞口左侧滑坡•徽杭高速公路ZK62左侧高边坡千枚岩顺节理面大型楔形体失稳•YK76开挖高边坡诱发大型滑坡•章坑岭隧道进口滑坡•K49+700～+900滑坡变形•K62～K64坡面坍塌•两龙高速公路部分变形照片山西省长治～晋城高速公路K31左侧路堑施工诱发大型（约20万m3）基岩滑坡下滑银武高速公路固原至沿川子段K174＋775～K175+240段左侧滑坡地层为第三系渐新统清水营组泥岩、砂岩，胶结较差，泥质胶结，结构较疏松，岩体风化强烈，软弱，强度较低。多组与路线走向平行的构造面，倾向临空，倾角18～20°，开挖后产生沿构造面的滑动变形破坏。采取了坡脚反压，上部减重，在二级边坡上设置抗滑桩、坡脚设置仰斜排水孔等处理措施，稳定了滑坡。影响边坡失稳的因素可分为内因和外因。其作用效果可归结为两类：（1）外力作用破坏岩土体的应力平衡；（2）受外界各种因素的影响而使抗剪强度参数降低。表作用于滑坡的因素（一）•1作用因素对滑坡的作用自然因素风化作用降低岩土体的强度降雨（雪）增大滑体重量和下滑力；减少滑带土强度和抗滑力；灌入裂缝产生静水压力；提高地下水位地下水变化增加滑带土孔隙水压力减小抗滑力；增大动水压力和下滑力；潜蚀或溶蚀滑带减小抗滑力河流冲刷增大斜坡高度和坡脚陡度和应力；减小抗滑支撑力地震增大下滑力；减小抗滑力；滑带土液化崩塌加载增大坡体重量和下滑力；增大地表水下渗作用因素对滑坡的作用人为因素开挖坡脚增大坡脚应力，减小抗滑力坡上加载增大坡体重量和下滑力；增大地表水下渗水库水位升降增大动水压力和下滑力，浸泡抗滑地段减小抗滑力；提高地下水位和滑带土孔隙压力;减小抗滑力灌溉水下渗增大滑体重量和下滑力，提高地下水位，增加滑带土孔隙压力，减小抗滑力采空塌陷增大下滑力；滑带松弛、地表水下渗，减小抗滑力爆破振动增大下滑力；破坏滑带，减小抗滑力破坏植被增大地表水下渗和下滑力，减小抗滑力表作用于滑坡的因素（二）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。由于坡脚开挖防护不当，引发了上部边坡的开裂，出现滑坡迹象后没有引起重视，随后发展为牵引式破坏。边（滑）坡稳定性分析方法稳定性分析方法瑞典圆弧法Janbu条分法Bishop条分法物理模拟方法数学方法工程地质类比法刚体极限平衡法数值分析方法斯宾塞法摩根斯坦＊普赖斯法沙尔玛法法传递系数法有限单元法(FEM)离散单元法(DEM)、块体理论和不连续变形分析(DDA)边界元法快速拉格朗日法(FLAC)流形元法边坡的安全等级划分•§1.3边坡设计的基本资料及勘探方法一、设计基本资料1.工程地质勘察报告包括边坡的地层结构、各地层的产状、构造、岩层的完整及破碎程度、风化程度等，覆盖层厚度及变化等，可能破裂面的位置、形态及潜在变化等。2.水文资料不同季节的地表地下水位设计标准年内最大降雨量3.地震资料4.岩土体调查试验报告5.相关工程资料6.同类边坡工程的经验资料7.边坡工程环境资料二、常用设计参数1.土体物理力学指标天然容重、饱和容重、浮容重土的孔隙率水力坡度粘聚力与内摩擦角2.岩石物理力学指标容重与干容重孔隙性岩石的吸水率抗压强度与抗拉强度岩石的抗剪强度指标岩石的变形指标3.岩体的物理力学指标•§1.3边坡工程的地质勘探一、边坡勘察中的地质测绘主要任务是在图上反映出边坡的工程地质条件。二、边坡工程地质勘察手段钻探探井探槽物探三、边坡工程地质试验粘性土：天然容重，天然含水量，可塑性、压缩性及抗剪强度；砂土：颗粒分析、天然容重、天然含水量及自然休止角；碎石土：颗粒分析、天然容重、天然含水量及自然休止角；岩石：在天然与饱和状态下的无侧限抗压强度。四、边坡变形观测地表巡查监测点与网五、边坡滑动面的地质勘察主要目的是查明滑动面的位置、形态、力学性质，各滑动面的物理力学性质，滑坡的成因、稳定程度，并预测其发展趋势。•§1.4边坡治理的常用措施•一、放缓边坡•二、支挡（抗滑桩与挡土墙）•三、加固（注浆、锚杆、锚索）•四、防护（植物防护、工程防护）•五、排水（地表排水与地下排水）注：（1）除以上内容外，其他相关内容也很重要，但设计过程相对简单，在此不予论述；（2）满足以上要求，同时达到构造要求。边（滑）防治工程设计关键内容挡土墙抗滑桩锚杆（索）格构梁抗滑移和抗倾覆验算地基强度验算截面强度验算内力计算（弯矩和剪力）纵筋配置（弯矩）箍筋配置（剪力）单锚锚固力计算确定锚杆（索）直径锚固段长度计算单宽剩余下滑力和土压力计算§1.4.1边坡处治的常用措施1)放缓边坡放缓边坡是边坡处治的常用措施之一，通常为首选措施。它的优点是施工简便、经济、安全可靠。边坡失稳破坏通常是由于边坡过高、坡度太陡所致。通过削坡，削掉一部份边坡不稳定岩土体，使边坡坡度放缓，稳定性提高。2)支挡支挡(挡墙、抗滑桩等)是边坡处治的基本措施。对于不稳定的边坡岩土体，使用支挡结构(挡墙、抗滑桩等)对其进行支挡，是一种较为可靠的处治手段。它的优点是可从根本上解决边坡的稳定性问题，达到根治的目的。抗滑桩工作原理示意图滑坡推力侧向阻力滑动面抗滑桩Hyxmm1A2Ayx0l2l0x刚性桩受力分析AEpE2lB锚固段a）b）弹性桩计算图式y0y0Q0M2lx滑面01234567891011121314151617180200040006000800010000弯矩（kN*m）桩长（m）0123456789101112131415161718-1800-1300-800-300200700120017002200剪力（kN）桩长（m）滑坡抗滑桩弯矩、剪力图桩孔定位与锁口梁浇筑锁口梁施工桩孔开挖桩孔开挖与护壁施工钢筋制安——电渣压力焊施工钢筋制安钢筋制安混凝土搅拌站孔内下入的串筒混凝土灌注3)加固(1)注浆加固当边坡坡体较破碎、节理裂隙较发育时，可采用压力注浆这一手段，对边坡坡体进行加固。灌浆液在压力的作用下，通过钻孔壁周围切割的节理裂隙向四周渗透，对破碎边坡岩土体起到胶结作用，形成整体；此外，砂浆柱对破碎边坡岩土体起到螺栓连接作用，达到提高坡体整体性及稳定性的目的。注浆加固可对边坡进行深层加固。(2)锚杆加固当边坡坡体破碎，或边坡地层软弱时，可打入一定数量的锚杆，对边坡进行加固。锚杆加固边坡的机理相当于螺栓的作用。锚杆加固为一种中浅层加固手段。(3)土钉加固对于软质岩石边坡或土质边坡，可向坡体内打入足够数量的土钉，对边坡起到加固作用。土钉加固边坡的机理类似于群锚的作用。与锚杆相比，土钉加固具有“短”而“密”的特点，是一种浅层边坡加固技术。(4)预应力锚索加固当边坡较高、坡体可能的潜在破裂面位置较深时，预应力锚索不失为一种较好的深层加固手段。目前，在高边坡的加固工程中，正逐渐发展成为一种趋势，被越来越多的人接受。在高边坡加固工程中，与其他加固措施相比，预应力锚索具有：①受力可靠；②作用力可均匀分布于需加固的边坡上，对地形、地质条件