边坡稳定分析与设计

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1、边坡工程的稳定分析与设计华中科技大学岩土工程研究所讲座内容一、坡体地形地质环境二、坡体形变－渗流场三、边坡工程勘察要点四、边坡工程的设计与加固五、边坡工程的锚杆设计六、预应力锚索设计与施工华中科技大学岩土工程研究所一、坡体地形地质环境1．地形地貌华中科技大学岩土工程研究所地形是制约岸坡稳态的第一控制要素。岸坡变形的第一个起因是地形的改造，而变形易发部位是地形坡度陡变部位，变形域规模则取决于岸坡的高度。2．区域构造与地震地质环境在边坡工程中，区域构造环境问题可涉及四级构造单元及其后续各级构造。这个问题并没有怎么引起工程师们的注意，特别是土木工程师。当我们看到有些部位集中分布多个崩滑体

2、时，第一个要想到的是区域构造环境和地震地质环境。区域构造环境的分析要点是自老至新构造应力场的转化，包括主应力的偏转(移)、压(剪)应力场向张(剪)应力场的转化、初始应力释放环境、蠕(流)变环境以及对渗流场和风化作用的制约作用(优势面)等。3．边坡地质构造边坡地质构造是判断独立变形、运动单元的根本依据。具体要点如下：华中科技大学岩土工程研究所<2>坡体结构控制岸坡的稳态或变形的地质构造效应有以下两层意思：（1）刚度效应坡体的整体刚度取决于节理裂隙的发育程度(当然还有风化程度)；（2）变形、失稳类型取决于各类地质结构面产状同坡面产状之间的相互关系。其中刚度效应的表象是取决于刚度的变形差

3、异，总体上表现为沉陷伴随应力相对集中域。如果应力相对集中域里不存在软弱夹层等低刚度层位，一般不会形成一定规模的崩滑事件。其效应可分以下五种：节理裂隙序次，至少要进行以下三个序次的统计分析：第一序次—周边完整基岩的节理裂隙和劈理；第二序次—破碎岩体各独立块体的节理裂隙和劈理，含微构造、显微构造系列；第三序次—新近出现的变形裂隙（缝）。1）顺向坡。构造界面倾向坡外。在众多地质界面中，层面是第一控制界面，而坡体的变形、失稳型式是：华中科技大学岩土工程研究所—随着层面倾斜角的加大，顺层滑移就更趋明显，但当倾斜角不小于70度时，坡体的变形、失稳将转化为倾倒、崩塌型；—顺层滑移的必备条件

4、是控制界面上覆岩体在坡脚处临空、被反倾向裂隙切断或挠曲（皱）。不同于其他类型滑坡，顺向坡上残留的滑体不多见或即使残留但规模不大而且多处于非稳态或正在变形。2）由陡倾转缓倾顺向坡。自坡体向坡外方向，地层倾角由陡变缓，陡倾部位是主滑体，缓倾部位对主滑体构成阻滑体，其阻滑作用将取决于缓倾段的面积。在顺向坡中，横向复精皱（轴线垂直江河流向）是最易变形的部位，特别是当层间分布有煤线或碳质页岩时；而纵向复把皱（轴线平行江河流向）则决定治理方针甚至提示诸如抗滑桩的设置部位。所以，对于顺向坡，微构造研究也是主要的研究内容。3）逆向坡。逆向坡的稳态取决于岩体的总体刚度，而变形、失稳控制界面是反倾向裂

5、隙。华中科技大学岩土工程研究所当坡体为石灰岩或石英长石砂岩等高刚度岩体时，岸坡的变形、失稳是局部性的且规模不大，但以易风化碎屑岩为主体的岸坡，岸坡的变形、失稳规模大，甚至也会出现滑移型失稳，但基本上是坠溃型，反倾向裂隙的风化追踪会构成坡体变形、失稳主控界面，进而出现以滑移为主要形式伴有崩塌、旋转等复杂的失稳事件。4）斜切坡。斜切坡往往形成高、陡稳态坡形，变形、失稳基本上是局部性崩塌，除非存在几乎平行坡面且倾向坡外的断层或一组倾向裂隙（裂隙走向垂直地层走向）。5）水平层状结构岸坡。地层产状几乎水平或微倾坡外或微倾山体。这类岸坡的变形首先是取决于刚度的铅直方向压缩。在这类岸坡的变形、失

6、稳形式中需要指出的特例是：当分布有富含蒙脱石的泥岩和易风化长石砂岩时，上覆层位的变形、失稳规模可达到几百万立方米甚至几千万立方米。<3>节理裂隙层次同坡体结构之间的相互关系华中科技大学岩土工程研究所物质结构水平结构顺倾向结构1顺倾向结构2垂直结构反倾向结构红层张裂谷华中科技大学岩土工程研究所张裂槽倾滑倾倒错落顺向坡坠溃4．地层岩性华中科技大学岩土工程研究所<1>火成岩岸坡在微、新状态下为均匀介质，其不均匀程度及刚度将随风化程度与节理裂隙发育程度而变化，岸坡的变形、失稳主要是风化带的崩(剥)落和水沙流，极少有大规模滑坡发生。火山灰堆积体类似沉积岩特别是松散堆积体。当深挖高边坡涉及微新

7、岩体时，地应力场的调整效应是一个很重要的方面。地层岩性的岸坡变形、失稳效应最终反映在各层的刚度与抗剪强度。如果坡体各组成层位的刚度比值大于1／3，该坡体可作为准均质体考虑；若刚度比值不大于1／3，变形第一控制层位是刚度比值最小的那一层位。分析塑性域扩展趋势时，各层抗剪强度值都有影响，但控制层位仍然是刚度最小的那个层位。<2>沉积岩岸坡（1）以碳酸盐岩为主体的岸坡这类岸坡的变形主控层位是泥、页岩夹层，变形表象是因刚度相差悬殊而出现的变形差异，崩塌、倾倒和滑移等多种形式变