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1、1概述1.1边坡的危害：由于地质条件复杂，加之人类改造自然规模愈来愈大，设计施工方法不当，高边坡开 挖后发生变形和造成灾害的事故频繁发生。这既增加工程投资，又延误 止期，还给运营 安全留下隐患。边坡失稳与破坏的形式很多，从地质上分，主要有坍塌、崩塌、落石、滑 塌、错落、倾倒等。但其中数量最多、危害最严重的是边坡滑塌的破坏形式。从工程治理角度分，通常把边坡破坏分成两种：一种是边坡滑塌；另一种是危岩 崩塌与失稳，它包含着多种地质破坏形式。边坡不仅在失稳破坏阶段造成重大灾害，而 且，有时在变形阶段也会造成重大损大。因为边坡变形会引发附近建筑物破裂与倒塌， 导致建筑物不能正常使用或破坏。1.2边坡的防
2、治边坡防治主要从两方面着手：一方面进行边坡工程治理，切断滑坡灾害的发 生；另 一方面进行边坡与滑坡的监测，形成边坡工程的预报系统，减少边坡滑塌造成的灾害损 失。1.3边坡的类型于特征边坡类型按不同的分类指标可有多种分类：(1) 按构成边坡的物质种类分： 土质边坡整个边坡均由土体构成，按土体种类又可分为粘性土边坡、黄土边坡、 膨胀土边坡、堆积土边坡、填土边坡等。 岩质边坡 整个边坡均由岩体构成，按岩体的强度又可分为硬岩边坡、软岩 边坡和 风化岩边坡等，按岩体结构分为整体状(巨块状)边坡、块状边坡、层状边坡、碎 裂状边坡、散体状边坡。 岩土混合边坡 边坡下部为岩层，上部为土层，即所谓的二元结构的边
3、坡(2) 按边坡的高度分: 一般边坡岩质边坡总高度在30m以下，土质边坡总高度在1520m以下。 高边坡岩质边坡总高度大于30m 土质边坡总高度大于1520m。实践证明，容易 发生变形破坏和滑坡的边坡多为高边坡，因此高边坡是研究与防治的重点。（3）按边坡的工程类别分： 路堑边坡路堤边坡； 水坝边坡，渠道边坡，坝肩边坡，库岸边坡； 露天矿边坡，弃磴场边坡； 建筑边坡，基坑边坡；（4）按坡体结构特征分： 类均质土边坡边坡由均质土体构成； 近水平层状边坡由近水平层状岩土体构成的边坡； 顺倾层状边坡由倾向临空面（开挖面）的顺倾岩土层构成的边坡； 反倾层状边坡-岩土层面倾向边坡山体内； 块状岩体边坡由厚
4、层块状岩体构成的边坡； 碎裂状岩体边坡-边坡由碎裂状岩体构成，或为断层破碎带，或为节理密集带； 散体状边坡边坡由破碎块石、砂构成，如强风化层。不同坡体结构的岩土形 成的边坡其稳定性是不同的。尤其是含有软弱层和不利结构面的坡体，常常出现边坡失稳滑塌。1.4边坡的破坏形式边坡广义的破坏形式有崩塌、坍塌、滑塌、倾倒、错落、落石等形式。崩塌，是陡坡上的巨大岩体或土体在重力和其他外力作用下，突然向下崩落的现 象。崩塌过程中岩体（或土体）猛烈地翻滚、跳跃、互相撞击，最后堆于坡脚。原岩体 （或土体）结构遭到严承破坏。坍塌，是土层、堆积层或风化破碎岩层斜坡，由丁上壤中水和裂隙水的作用、河流 冲刷或人工开挖坡陡
5、于岩体自身强度所能保持的坡度而产生逐层塌落的变形现象。这是一 种非常普遍的现象，一直塌到岩土体自身的稳定角时方可自行稳 定。膨胀土斜坡由于土 体不断受到胀缩交替作用，强度大幅度降低，甚至坡度1 ：5的坡体也会产生坍塌。滑塌，是斜坡的岩体或土体，在重力和其他外力作用下，沿坡体内新形成的滑面整 体向下以水平滑移为主的现象。它与坡体滑坡十分类似，滑坡是沿坡体内一定的软弱面 (或带)整体向下滑动。倾倒，是陡倾的岩体L1I土卸荷回弹和其他外力作用，绕其底部某点向临空方向倾倒 的现象，它可以转化为崩塌或滑塌，也可以停止在倾倒变形阶段。错落，是被陡倾的构造面与后部完整岩体分开的较破碎宕体，因坡脚受冲刷或人工
6、 开挖和震动影响，下伏软弱层不足以承受上部岩体压力而被压缩，引起坡体以垂直下错 为主的变形现象。落石，是指破碎已节理裂隙发育硬质岩斜坡，软、硬岩泛层和断层破碎影响带岩块 逐渐松动、坠落现象，以及大型危岩倒塌、坠落，统称危崖落石。2边坡勘察根据规范的基本要求及各种边坡的不同特点讨论边坡勘察的具体要求和做 法，包括以 下主要内容：(1) 边坡勘察工作大纲；(2 )边坡调查测绘；(3)边坡勘探；(4 )边坡动态监测；(5 )边坡的岩土试验；(6) 边坡的稳定,性分析；(7) 边坡勘察报告的内容。2.1边坡勘察工作大纲承接一段边坡的勘察任务后，在收集已有资料的基础上经过现场踏勘，应编制出边坡勘察工作大
7、纲，指导整个勘察工作其内容包括：(1) 任务来源、目的及技术要求；(2) 边坡地段的地理位置、社会经济概况和交通情况(3) 勘察采用的技术方案、主要技术手段和勘察工作量(4) 人员组成；(5) 主要仪器和机具设备；(6) 勘察进度安排和工作流程；(7) 勘察报告的主要内容和附件(8) 经费概算。2.2边坡调查测绘边坡的调查测绘是边坡勘察中最基本、最主要的工作，它将从宏观上、整体上掌 握边坡所在地段的地层岩性、坡体结构和构造格局；判断边坡是否可能发生整体失稳还是 局部变形，以及变形的类型、机制和规模大小；并提出勘探线，点的布设位置、数量和深 度，以及是否需要进行动态监测等。一般调查以下内容:(1
8、)自然山坡形态特征和稳定状况的调查；(2)地层岩性的调查测绘；(3)构造结构面的调查测绘；(4)地下水的调查；(5)坡体结构的调查；(6)已有边坡变形的调查测绘。2.3边坡勘探在地面调查测绘后尚不易查明的情况，如地层埋藏情况，风化界线、埋藏构 造、 软弱面和潜在滑动面的形状和理深，地下水的含水层、隔水层等，需通过勘探子以查明。 一般勘探采用地球物理勘探，坑、槽、洞探和钻探相结台的综合勘 探方法，并应优先考虑 采用速度快、花钱少的物探和坑、槽探，以减少钻探数。2.4边坡动态监测当拟建边坡高度较大，边坡顶部附近有重要建(构)筑物，或边坡已经发生变 形时，则应在勘察中布设监测点、线或网进行动态监测。
9、2.5边坡的岩土实验为了进行边坡的稳定性计算和加固工程的设计，必须在勘察中对构成边坡的岩土取 样并进行物理力学试验。取样应包括构成边坡的所有地层，特别是对边坡稳定起控制作 用的软弱地层。一般情况下对尚未变形的边坡应取原状非扰动样，对已经变形或滑动的边 坡可取原状样和部分扰动样以满足不同状态下稳定性检算的需要。2.6边坡的稳定性分析边坡的稳定性分析常用两种方法，即工程地质综合分析法和力学平衡计算法。工程 地质综合分析法是最基础的方法，它根据边坡体的岩土体构成、分布、性质、地质构 造、水文地质条件、以及天然和人为作用因素的影响，与已有边坡的对比等分析边坡的 整体和局部稳定程度，可能发生的变形破坏类
10、型(滑动、崩塌、坍塌等)、部位、破坏面 的形态等。为力学计算提供边界条件。3作用在边坡支护结构上的荷载3.1 土压力挡土墙要承受挡土墙后的土体、地下水、墙后地面建筑物及其他形式荷载对墙背产 生的侧向压力，称之为土压力。土压力分为以下三类：(1) 静止土压力当挡土墙具有足够的截面，并且建立在坚实的地基上(例如岩基)，墙在墙后 填土的 推力作用下，不产生任何移动或转动时，墙后土体没有破坏，处在弹性平衡状态，这 时作用于墙背上的土压力称为静止土压力。(2) 主动土压力如果墙基可以变形，墙在土压力作用下产生向着离开填土方向的移动或绕墙根的转 动时，墙后土体因侧面所受限制的放松而有下滑趋势。为阻止其下滑
11、，土内潜在滑动面 上剪应力增加，从而使作用在墙背上的土压力减小。当墙的移动或转动达到某一数量 时，滑动面上的剪应力等于土的抗剪强度，墙后土体达到主动极限平衡状态，产生一 般为曲线形的滑动面，这时作用在墙上的土推力达到最小值，称为上动土压力。（3）被动土压力当挡土墙在外力作用下向着填土方向移动或转动时，墙后土体受到挤压，有上滑趋 势。为阻止其上滑，土内剪应力反向增加，使得作用在墙背上的土压力加大。直到墙的 移动量足够大时，滑动面下的剪应力又等于抗剪强度，墙后土体达到被动极限平衡状 态，土体发生向下滑动，滑动面为曲面，这时作用在墙上的土抗力达到最大值，称为 被动土压力。3.2岩石压力规范中将岩质边
12、坡按其破坏形式分为滑移型与崩塌型，大多数边坡属于滑移 型破 坏。滑移型破坏又分为有外倾结构面（硬性结构面与软弱结构面）与无外倾结构面的 情况（均质岩体、破碎岩体与只有内倾结构面的岩体）。有外倾结构面宕体，其破坏 特征是沿结构面发生单面滑动或双面滑动无外倾结构面岩体中均质岩体只有极软岩才有可 能滑塌，裂隙很多的破碎岩体包括碎裂岩、强风化岩与散体状岩体与土类似，也可视作 均质岩体。岩石压力的计算方式有两种：理论计算方法和经验计算方法。在进行岩质边坡支护 设计时，通常要同时应用理论计算法和经验计算法来计算作用在支护结构土的侧向岩石压 力，并取两者中的较大值。通过大量的实践经验得出，根据理论计算法和经
13、验计算法设计的工程量与实际工程 统计工程量比较接近，而差异则体现在边坡岩体状况较好时能减少工程造价，边坡岩体 状况较差时能降低工程风险。3.3水压力众所周知，地球表面的土和水密不可分，因此在研究岩土时就要考虑水的作用。有 效应力原理是岩土界普遍应用的理论，成为水作用下各类岩土问题的理论 基础。有效应 力原理认为：饱和土体中任何一点的总应力由有效应力和孔隙水压力共同承担。从力学最 基本的常识知道，所谓“应力”，本身就是一个无法直接测量的人为规定的量。有效 应力不能直接量测到，只能通过总应力和孔隙水压力推算得出。从理论上讲，边坡中的孔隙水压力应该用有限元渗流分析或画流网的方法来 确定、但 是这样做
14、比较复杂，不便于工程应用，因此工程中通常采用一些简化方法来计算孔隙水 压力。常用的方法有孔隙压力比法、代替法、静水压力法和渗透力法。4 土质边坡稳定性分析方法土质边坡是指具有倾斜坡面的土体。由丁上坡表面倾斜，在土体自重及结构 物的作 用下，整个土体都有从高处向低处滑动的趋势。如果土体内某一个面上的下滑力超过抗 滑力或者面上每点的剪应力达到抗剪强度，若无支挡就可能发生滑坡。土坡稳定分析的 方法都是基于岩土塑性理论，因为岩土边坡的变形与发展都处于塑性阶段，直至坡体失 稳破坏。边坡失稳在力学上主要是一个强度问题，这时计算上可简化为一个静力平衡问 题和一个岩土屈服条件，其解可满足工程的要求。传统的边坡
15、稳定分析方法都属于这种 情况，常用的方法有一极限平衡法、滑移线场法、极限分析法等。4.1极限平衡法极限平衡法足当前国内外应用最广的边坡稳定分析方法。它是传统边坡稳定分析方 法的代表。极限平衡法是在已知滑移面上对边坡进行静力平衡计算，从而求出边坡稳定 安全系数。可见极限平衡法必须事先知道滑移面的位置与形状。对于均质土体可以通过 经验或者优化的方法获得滑移面，因而十分适用于土质边坡。4.2滑移线场法滑移线场法严格满足塑性理论。但假定土体为理想塑性体，并将土体分为塑性区与 刚性区。塑性区满足静力平衡条件和莫尔库仑准则，二者结合得一组偏微分方程、采用 特征线法求解。然而，严格滑移线场解是十分有限的，因
16、而这种方法在实际应用中并不广 泛。可以应用数值方法求取滑移线场的数值解，但这也只能用于稍微复杂的间题，对 于复杂的问题滑移线场法常常无效而且滑移线场法也只能用于均质的土体。4.3极限分析法极限分析法是运用塑性力学中的上、下限定理求解边坡稳定问题。上限法也 称能量 法，通常需要假设一个滑裂面，并将土体分成若干块，土体视作刚塑性体，然后构筑一 个协调位移场。为此需要假设滑裂面为对数螺线或直线，然后根据虚功原理求解滑体处 于极限状态时的极限荷载或稳定安全系数。极限分析下限法的理论基础是下限定理，它 在计算过程中需要构造一个合适的静力许可的应力分布，在通常情况下可用应力柱法或者 应力不连续法等来求得问
17、题的下限解，其解偏于 安全，可以实用。但只有极少数情况下 可以获得下限解。目前，已将其扩展为上限有限元法与下限有限元法，不需假定滑面， 从而扩大了应用范围。显然这种方法也只适用于土体。5有限元在边坡工程中的应用目前，有限元边坡稳定分析主要包括以下三种方法：(1) 对边坡做有限元分析，对计算范围内各单元或者积分点的应力进行强度判断， 凡其应力状态达到拉破坏或者剪破坏判别标准的部位称为破坏区，根据破坏区的分布位 置和范围大小可以对边坡的稳定性做出评价，对边坡的治理、施工 方法提供依据。Dun can对80年代以前的有限元方法在边坡和堤坝稳定分析中的应用研究进 行了详 细的归纳总结，大部分研究都属于
18、此类方法。它的不足之处是只能给出各个部位的强度 校验结果，不能反映出土坡整体稳定性的安全系数，是定性的方法。(2) 有限元强度折减法，Zienkiewicz在文章的算例中用有限元法分析了一个均质 边坡的稳定14，把粘聚力和内摩擦角切的正切值同时除以一个强度折减系数SRF使边坡 刚好达到破坏状态，发现此时的强度折减系数与极限平衡法计算得到的安全系数非常接 近。本质上，这与极限平衡方法的原理是相同的，均采用对边坡材料强度进行同比折 减，使滑面上点达到Mohr Coulomb破坏准则。它们的主要区别是极限平衡法采用条 分法进行受力分析，而Zienkiewicz则采用力学分析能力比较强的有限元法进行分
19、析， 使受力分析结果更为准确。但是在Zienkiewicz提出这种方法的时候并没有受到足够的重 视，因为强度折减需要花费大量的机时，而当时计算机技术并不能满足这个要求。随 着计算机和数值方法的发展，该方法近年来成为有限元边坡稳定分析的热点。郑颖人等 将强度折减法应用于均质土坡和岩质边坡的稳定分析，对影响因素和计算精度进行了分 析，得出用摩尔一库仑等面积圆屈服准则求得的稳定安全系数与传统的spencer法的 误差在5%左右的结论。目前主要的问题是没有一个合理的判断标准来确定边坡是否失 稳，而且一些学者质疑对内聚力和摩擦角的同比折减不符合实际，对于非均质土坡不同 材料土体的强度参数同比折减也是欠妥
20、的。(3) 基于滑面上应力的有限元分析法。首先进行有限元计算，得到边坡的应力 场，插值得到给定的某种形式滑面上应力状态，按照给定的安全系数计算公式求出安全 系数，最后用优化方法搜索全局最小安全系数。这类方法计算滑面上应力的方法是相同 的，即在滑面上给定的点所处的单元内进行插值，不同方法的主要差别在于滑面形状的 假定以及相应的优化方法上。该类方法的实质是优化搜索问题，主要有圆弧滑面和非圆 弧滑面。6边坡工程设计边坡工程设计的内容包括确定边坡坡率(坡度)与形状，以及排水工程、防护 加固工 程与景观绿化工程等没计内容。其中边坡加固防护工程设计包括：设置重力挡墙、扶壁式挡墙、锚杆档墙、岩石锚喷支护、格
21、构锚固、加筋陡坡和加筋土挡墙等支 挡加固结构。以及采取植被防护、骨架植被防护、垢工防护与石笼防护等防护工程近 年来。土钉墙、注浆加固等技术也在边坡加固工程中得到了推广应用。6.1重力式挡土墙挡土墙是一种能够抵抗侧向土压力，用来支撑天然边坡或人工边坡，保持土体稳定 的建筑物，它被广泛用于公路、铁路、水利及建筑等其他土建工程。挡土墙按照墙的位置、材料、结构形式可划分为以下种类型；按照修筑挡土墙的材料 可分为：石砌挡土墙'砖砌挡土墙、混凝土挡土墙等类型。 按照挡土墙的结构形式可分为：重力式、衡重式、半重力式、衡重式多用石 砌，半重力式用混凝土浇筑。 按照修筑挡土墙的材料可分为：石砌挡土墙、砖
22、砌挡土墙、混凝土挡土墙等类 型。重力式和衡重式挡土墙的特点是构造简单，断面尺寸较大，墙身较重，墙背侧向 土压力主要由墙身重力来平衡。由于墙身重，故对地基承载力要求亦较高。半重力式与重 力式相似，但似因其整体强度较高，故墙身断面和自重力相对较小。重力式挡土墙一般由墙身、基础、排水设施和伸缩缝等几部分构成。6.2悬臂式和扶壁式挡土墙悬臂式和扶壁式挡土墙的结构性是依靠墙身自重力和踵板上方填土的重力来保证， 而且墙趾也显著地增大了抗倾覆稳定性，并大大减小了基底应力。它们的主要特点是构 造简单，施工方便。墙身断面较小，自身质量轻，可以较好地发挥材料的强度性能。能 适应承载力较低的地基。但是需耗用一定数量
23、的钢材和水泥，特别是墙高较大时，钢材 用量急剧增加，影响其经济性能。因此，它们适用于缺乏石料与地基承载力较低的填方地 段及地震地区。由于端踵板的施工条件，一般用于填方路段作路肩墙或路堤墙使用。且墙 高6m以内采用悬臂式，6m以上则采用扶壁式。对于扶壁式挡墙而言，其墙高也不宜超 过15m °6.3格构锚固边坡高而陡哨，浅层土体难以在坡面固定，存在严重的浅层稳定f生问题。般在坡面 现浇钢筋混凝格构（框架）或者将预制好的钢筋混凝土构件铺设在坡面以形成格构（框 架），格构（框架）的节点处视情况可用锚杆或预应力锚索来固定。这种预应力锚固格构（框架）既有加固浅层岩土体，又有加固深层岩体的作用。对于那些浅层稳定性较好的坡 体，可不用格构而只用地梁，即将横梁取消。6.4加筋土挡墙加筋土是在土中加入拉筋（或称筋带）的一种复合土。在土中加人拉筋可以提高土 体中的强度，增加土体的稳定性。加筋土挡墙是利用水平、相间、成层地布 置在填料中的 拉筋与填料之间的摩擦力来稳定土体的。面板的作用是为了防止拉筋间填土从侧面被挤出并使结构其有一定形状，美化结构的外观造型。近年来加筋土技术广泛应用于土木工程，其优越性愈来愈明显，归纳起来有如下特 占：八、 加筋土最大的特点是可以做成很高的垂直填土边坡， 加筋土结构是柔性结构，能适应地基较大的变形， 施工简便， 抗地震， 造型美观，投资省。