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1、边 坡 工 程,2007年4月,一、边坡工程概述 二、高切坡工程 三、路堤边坡 四、边坡稳定性分析方法 五、边坡工程防护技术及加固处理方法 六、边坡工程设计理论的未来发展方向,第一部分 边坡工程概述,1、边坡的分类 2、影响边坡稳定的因素 3、边坡工程研究的意义,1、边坡形态与分类 （1）成因 自然边坡和人工边坡 （2）岩性 岩质边坡（由岩石构成，又分为顺层边 坡、切层边坡和逆向坡） 土质边坡 （3）坡高 超高边坡 ：岩质边坡坡高大于30m，土质边坡坡高大于15m,高边坡 ：岩质边坡坡高1530m，土质边坡 坡高1015m 中高边坡：岩质边坡坡高815m，土质边坡 坡高510m 低边坡：岩质边
2、坡坡高小于8m，土质边坡坡高小于5m （4）坡度 缓坡：坡度小于15 中等坡：坡度1530 陡坡：坡度3060 急坡：坡度大于60至垂直,倒坡：坡度大于90 （5）安全性 稳定坡：稳定条件好；不稳定坡：稳定条件差或已发生局部破坏，须处理才能稳定；已失稳坡：已发生明显的破坏 2、影响边坡稳定的因素 2.1、边坡形态：坡高与坡角 公路边坡的坡高与坡角对于边坡的安全性有很大影响。坡高越低，坡角越缓，边坡越稳定；而公路边坡越高、越陡，因受重力作用和临空倾斜的影响，边坡易变形和失稳。,2.2、岩石类型 不同岩石类型的力学性质和变形习性存在很大差别。则由它们组成的边坡安全性亦不一样。一般来说，坚硬岩石可以
3、构成高边坡，整体安全性较好，不易发生大规模滑坡灾害；而软弱岩石不易形成高边坡，即使能形成高边坡，其安全性也较差，泥岩、页岩、砂岩等层状构造岩体，容易产生顺层滑动。 2.3、风化程度 风化程度是影响边坡变形与失稳的又一因素。 根据野外观察和室内试验的结果，影响风化速度的因素主要有如下两个：,(1)边坡坡向与地层倾向：边坡坡向与地层倾向不同，其风化的速度亦不一样，当边坡坡向与地层倾向相同时，大气降雨趋于顺地层层面流失，雨水下渗量少，因此边坡整体风化程度偏低；反之，边坡整体风化程度较高。 (2)岩性：风化速度受岩性控制。不同岩石的风化速度不同，它们的风化程度亦不一样。加上其它各种因素的相互影响和共同
4、作用，边坡变形破坏明显增加，说明岩石风化速度对边坡安全性的影响较显著。尤其是软质岩类岩石边坡与硬质岩类岩石边坡相比，发生边坡变形破坏的可能性较大，速度较快，即岩石以软岩为主的边坡，边坡比较容易失稳；反之，边坡的安全性较好。,2.4、岩层产状 岩层产状与边坡的空间几何关系对于边坡的安全性影响也十分显著：当岩层倾向与边坡坡向相反时，边坡相对较为稳定;当岩层倾向与边坡坡向一致或接近一致时，边坡安全性较差，一般不稳定，岩体易顺层垮塌和滑动，岩层层面构成了控制垮塌和滑坡的主要结构面（图1），此时若地层倾角较大，岩性较坚硬时，边坡不稳定的破坏方式多表现为大块崩落和垮塌，当岩性松软时，边坡不稳定的破坏方式则
5、多表现为小块散落；若地层倾角较缓，岩石力学性质较弱时，边坡多易发生整体滑坡，对公路工程造成极大的危害，工程治理难度大。,图1 顺层边坡示意图,当边坡的岩层倾向与边坡坡向相反或接近相反时(此时岩层走向与边坡走向一致或近于一致)，虽然局部受节理切割影响易造成零星垮落，但边坡的整体安全性较好，不易发生大规模的滑坡(图2),图2 切层边坡示意图,另外当边坡的岩层倾向与边坡坡向斜交时，边坡的安全性介于上述两种情况之间。边坡以岩层倾向与边坡坡向相同为主，故边坡容易失稳。岩层倾向与边坡坡向一致，边坡安全性差，岩层倾向与边坡坡向相反，边坡安全性好。 2.5、地质构造 2.5.1节理 节理是各种岩体中发育频度最
6、高的一种地质构造，特别是当多组节理频繁交错时，岩体往往被切割的支离破碎，岩体工程地质节理的类型按成因可分为三种：岩浆岩中的原生节理、地表的风化节理和岩体中的构造节理。公路沿线的发育的节理主要为构造节理、风化节理。,风化节理分布在岩体浅部，一般对边坡的整体安全性直接影响较小，但易造成岩体的风化破碎、散落和大气降水的大量入渗。风化节理受地形和原有结构面的控制，分布上往往呈不连续状或透镜体状，延续性差，一般为泥质充填，对边坡有一定危害。 构造节理是地壳应力释放的直接结果， 现场调查显示，当边坡中有发育好、延伸长、切割深的大型构造节理时，边坡的安全性不好。节理产状与边坡的几何关系对边坡安全性的影响比较
7、复杂。,当节理倾向与边坡坡向一致时，若节理倾角 较大，边坡岩体容易顺节理面崩塌或塌滑；若节理倾角较小，节理沿平剖面延伸较长时，则极易产生大型滑坡灾害，从而造成边坡整体失稳。当节理倾向与边坡坡向正好相反时，节理对边坡整体安全性的影响骤然降低。节理倾向与边坡坡向一致且节理倾角较大，岩体易顺节理面塌滑。 2.5.2断层 断裂构造对边坡的安全性影响较大，特别是断层倾向与坡向一致或小角度相交时，极易发生顺层滑坡。,2.6、水文地质条件 水文地质条件对公路边坡安全性的影响很大，主要表现为降水量、降雨强度、地下水入渗量、地下水运动方式和地表水等对边坡安全性的影响。历时长的小降雨能有效的提高地下水入渗量，增加
8、边坡的负荷，促使边坡岩层进一步风化以及降低岩体的抗剪强度；而历时短的强降雨往往是各类滑坡、泥石流和岩石崩塌发生的诱导因素。降雨后，雨水顺坡面松散的风化层迅速下渗到下伏基岩接触面附近，部分地下水继续下渗进入基岩层间裂隙中，容易引发边坡滑动。大气降水是崩塌滑坡产生的重要诱发因素。,水对边坡岩体安全性的影响程度与组成边坡岩体的岩性有关，硬质岩由于它的力学性质较强，故岩体完整性比较好，水一般沿着岩层面流动，主要是通过减少岩层间的摩擦系数和内粘聚力来破坏边坡的安全性.而对于软弱岩体，由于岩体的力学性质较差，当岩体受水侵蚀时，岩体容易软化，岩体力学性质迅速降低，故在降雨时软弱岩体边坡的安全性较差。 地下水
9、对边坡的破坏机理： 失稳破坏边坡岩土体内地下水的破坏作用表现在三个方而：降低滑面的正应力，减小摩阻力，进而降低了滑坡体抗滑力；动水压力沿边坡临空面产生的分量增大了坡体下滑力；,孔隙水压力产生的“水楔作用”推动了坡体上裂隙的扩展进程。进而破坏岩体，使边坡发生渐进性破坏。破坏边坡滑塌体后缘及其以上岩土体泄水不畅，或者边坡顶部岩土体发育有张裂隙时，由于地表水的入渗使地下水位急剧上升，坡体内孔隙水压力快速增加，这在边坡变形过程中起着十分重要的作用。 2.7、植被 植被类型和植被覆盖率对于边坡的安全性具有一定影响。坡面植被覆盖率越高，特别是植被类型是以根系发育较深的乔木为主时，越有利于表层风化层土壤的固
10、定，越有效地抑制了坡面泥石流的发生，这样的自然边坡工程安全性较好;,反之，若坡面植被覆盖率越低，植被类型又是以根系发育较浅的草本或灌木为主时，松软的表土层在降雨时越易发生坡面泥石流，公路边坡的工程安全性越差。直接裸露的边坡相对有植被覆盖的边坡安全性要差。 2.8、地震 2.9、其它人为因素 如边坡堆载加荷、坡脚开挖等。坡顶荷载增 加下滑力，使边坡安全性降低。 3、公路边坡工程研究的意义 公路路基边坡包括填方路堤边坡和挖方路堑边坡。是公路的重要组成部分。,随着我国公路建设的飞速发展，高等级公路数量日益增多，并且逐步向山区延伸，跨越不同的地质地貌单元，将不可避免地出现大量的高填路堤和深挖路堑。一方
11、面引起岩土体移动、变形、增加边坡的不稳定性。诱发边坡失稳；另一方面，由于植被和表土损失，易引起坡面土壤侵蚀，水土流失，山体坍滑，河流阻塞，水污染等人为灾害。据典型调查分析，长江中下游由于公路建设每年新增加水土流失5 000万吨以上，同时在营运期间因边坡坍塌、滑移，不仅带来交通中断，维护困难，投资增加，也使汽车运行速度下降到设计速度的70%90%。严重影响公路的运行效率。,第二部分 高切坡工程 1、公路高切坡分类 公路高切坡(High-cutting slope along Highway)是指在公路工程活动中形成的高度大于15m(岩质)或10m(土质)并易于失稳致灾的陡高边坡 。高切坡自形成之
12、日起，在重力、风化、地震力和其它地质营力作用下，不断地发生变化，应力重新分布，并随着高切坡的演变，坡内岩土体发生不同形式的变形与位移。坡体在自重、水、震动力及其它因素作用下，常常失稳而发生滑坡或崩塌，并可进一步造成地质灾害。,高切坡未防护或简单护面,典型公路高切坡,当前对高切坡的分类没有一个统一的标准，依据岩性可分为土质高切坡、岩质高切坡以及土石混合高切坡；依据坡度不同可分为平缓边坡(15)、陡坡边坡(1535)、急坡边坡(3555)及悬坡(5590)，还有依据高度、变形破坏形式、甚至依据变形发育阶段等进行划分。重庆交通大学的陈洪凯教授根据岩体结构面的控制性及现场易识性原则把公路高切坡分成三大
13、类九小类：土体高切坡(散体型高切坡、破碎型高切坡)；岩体高切坡(顺层型高切坡、反倾型高切坡、顺层切割型高切坡、反倾切割型高切坡、块体砌筑型高切坡)和岩土复合型高切坡(顺层岩土复合型高切坡、切层岩土复合型高切坡)。,2、公路高切坡变形与破坏 公路高切坡的安全状态在空间上可分为整体稳定性和局部稳定性，在时间上可分为短期稳定性和长期稳定性，其稳定性并将不是一成不变。高切坡破坏是变形的继续，失稳是破坏的发展。高切坡的变形主要表现为卸荷回弹、蠕变及表层变形三种方式。 1)卸荷回弹：卸荷作用可引起卸荷面附近岩体内部应力重分布，造成局部应力集中效应，并且在卸荷回弹变形过程中，还会因差异回弹而在岩体中形成一个
14、被约束的残余应力体系，使岩体产生不同程度变形。高切坡开挖是产生卸荷回弹的主要原因，这种变形往往具有迅速、短时间内很快发展至破坏的特点。,2)蠕变：是在坡体应力(以自重应力为主)长期作用下发生的一种缓慢而持续的变形，这种变形包含某些局部破裂，并产生一些新的表生破裂面。坡体随蠕变的发展而不断松弛，高切坡发生滑动、崩塌破坏前，都可能经历过蠕变。 3)表层变形：是指高切坡表部土层或强风化岩层出现自然破裂解体而剥落的现象，影响范围不深，一般数厘米至数十厘米。在重庆地区某些硬质粘土由于湿效应可引起表层剥落，泥岩由于风化作用等也有剥落现象。经剥落后的高切坡将表层剥落物质消除后，剥落又继续向深部逐层发展。,高
15、切坡的破坏形式很多，如崩塌、滑坡、倾倒、剥落、泥石流等，其中滑坡是高切坡破坏的主要形式，并且破坏性最大。 3、公路高切坡破坏影响因素 高切坡的稳定受自然营力和人工活动的影响，其影响因素是多方面的，各因素的影响程度也是很复杂，主要有如下几个方面： 1)岩体结构因素 ：在岩体强度及稳定性分析中，结构面被认为是特别重要的因素，结构面强度比岩体本身的强度低很多。由于软弱结构面的存在，岩体的整体强度大大降低，这增大了岩体的变形性能和流变性质以及加深了岩体的不均匀性、各向异性和非连续性等。,大量的边坡工程失稳证明，一个或多个结构面组合边界的剪切滑移、张拉破裂和错动变形是造成边坡岩体失稳的主要原因。从公路高
16、切坡稳定性考虑，应特别研究岩体结构面的成因类型、规模、连续性及间距、起伏度及粗糙度、表面结合状态及充填物、产状及其与高切坡临空面的关系等。 2)结构面的抗剪强度：结构面的抗剪强度是影响和计算边坡稳定的重要参数。对它的测定和选用应仔细研究，并考虑其与潜在破坏条件相协调。,3)地下水：水对高切坡岩体的稳定性的影响不仅是多方面的，而且是非常活跃的，大多数高切坡岩体的破坏和滑动都与水的活动有关。水作为自然界极其常见的流体，常常影响岩石的变形过程，在很多情况下会加速甚至诱发岩石的变形与破坏。 水在岩石的作用与岩石的结构特征有很大关系，主要表现在两个方面，一是水的物理化学作用，其往往改变岩石的物质成分或结
17、构，二是水的力学效应，这两种作用往往相互耦合，对岩石的受力过程产生复杂的影响。,4)爆破震动：公路高切坡岩体在爆破震动的瞬时冲击作用下，由于爆破冲击波向四周扩散，当压缩波到达边坡自由面后，开始产生拉伸波，使岩体受到拉伸作用，可使原裂隙张开、扩展或产生新的裂隙，使岩体产生变形和破坏。 5)其它因素：高切坡的几何形状、后期的风化作用等因素。 4、高切坡破坏模式分类 41土体高切坡 (1)散体型高切坡,散体型高切坡由残积物、坡积物等第四纪松散物质组成，均匀介质，粒径变化较大，吸水性及渗透性强。由于路堑的开挖，破坏了坡面的均衡，使坡面浅层土体较为松散，此种高切坡在降雨等因素作用下易形成坡面径流、发生表
18、层冲蚀，当坡度较缓时，以片蚀为主，坡度较陡时以沟蚀为主；此种高切坡易发的另一主要破坏模式是大规模整体滑动破坏，滑动面通常为圆弧形，这是因为土体力学参数(C、)由于地下水等原因降低或不合理的开挖等因素的诱发下，从而导致坡体内应力超过滑面的抗剪强度。,(2)破碎型高切坡 破碎型高切坡由强风化及四组以上岩体结构面切割的破碎岩体构成，近似均匀介质，无明显控制性结构面，渗流特性较显著。此类高切坡类似散体高切坡，破坏通常为圆弧形滑动破坏，但其中有部分高切坡，虽强风化但其原有的岩体结构面仍对其破坏形式影响较大，其破坏以平面滑动、崩塌形式为主。,4.2岩体高切坡 (1)顺层型高切坡 顺层型高切坡发育典型的一组
19、岩体结构面，为岩层层面，走向与边坡走向之间的交角090，倾向临空，倾角090。结构面渗流显著。此种高切坡的破坏模式依据层理面的间距、走向、倾角等不同而各异。在层面走向与高切坡走向夹角30时，高切坡稳定性较好，走向与高切坡走向夹角30时易发生破坏(两走向相互平行时对高切坡的稳定性最为不利),(2)反倾型高切坡 反倾型高切坡发育典型的一组岩体结构面，为岩层层面，走向与边坡走向之间的交角090，倾向山体，裂隙水渗流较显著。 在层面走向与高切坡走向夹角30时，高切坡稳定性较好，结构面走向与坡面走向夹角30时易发生破坏,(3)顺层切割型高切坡 顺层切割型高切坡发育两组典型的岩体结构面，其一为层面，其二为
20、卸荷结构面。岩层走向与边坡走向之间的交角090，倾向临空，倾角090；卸荷结构面与边坡走向近于平行，倾向临空，倾角大于45。裂隙网络渗流显著。两组结构面相互切割。,(4)反倾切割型高切坡 反倾切割型高切坡发育两组典型的岩体结构面，其一为层面，其二为卸荷结构面。岩层走向与坡面走向之间的交角090，倾向山体；卸荷结构面与边坡走向近于平行，倾向临空，倾角大于45。裂隙网络渗流显著。两组结构面相互切割。,(5)块体砌筑型高切坡 此种高切坡发育三组典型的岩体结构面，其一为岩层层面，另两组为卸荷结构面。岩层走向与边坡走向交角090，倾向山体或临空，倾角045；卸荷结构面与边坡走向近于平行，倾向临空，倾角大
21、于45。裂隙网络渗流显著。三组结构面交割，易发生楔形体破坏。,4.3岩土复合型高切坡 (1)顺层岩土复合型高切坡 顺层岩土复合型高切坡上部为第四纪松散物质或破碎岩体，均匀介质，下部为岩体。岩层走向与边坡走向之间的交角090，倾向临空，倾角070。岩土界面富水性强。,(2)切层岩土复合型高切坡 切层岩土复合型高切坡上部为第四纪松散物质或破碎岩体，均匀介质，下部为岩体。岩层走向与坡面走向之间的交角090，倾向山体，基岩顶面临空，倾角070。岩土界面富水性强。,第三部分 路堤边坡 在一些已建成的山区高等级公路中，高填方路基的沉降和大边坡变形引起公路病害，影响了道路的正常使用。高填方路基一般占地范围较
22、宽，压实不易均匀；支挡构造物体积大，施工时间长，造价高。基于山区高等级公路建设过程中存在的上述问题，寻找一些既减少占地和拆迁，又能减少圬工体积、降低造价的轻型支挡结构十分必要。,公路高路堤的支挡形式 1、 重力式挡土墙 重力式挡土墙是各国较早采用的一种刚性挡土结构。其断面尺寸通常较大，主要依靠墙身的自重来保证墙体的稳定性以抵抗墙后土体的侧向土压力作用引起的墙身滑移和倾覆。我国多用浆砌片(块)石砌筑，在缺乏石料地区可用混凝土，当地基承载力低时，可在墙底设钢筋混凝土板，以减薄墙身。由于重力式挡土墙 依靠自身重量维持平衡，墙身截面大，圬工数量较大，因此对地基承载力要求高，不适于在软弱地基上修建。,目
23、前国外多以钢筋混凝土材料为主，采用工厂预制成块体，并辅助以特殊杆件现场拼装成为墙体，因而极大的提高了施工速度，且造型美观同时具有明显的经济效益。但当墙体过高，耗材过多，因此墙体高度一般在6m以下。由于它便于就地取材，施工简便，经济效果好，所以在公路工程中得到广泛的使用。 2、薄壁式挡土墙 薄壁式挡土墙是由钢筋混凝土材料构成的轻型挡土墙，包含悬臂式和扶壁式两种型式。它是依靠墙身的重量及底板以上的填土(含表面超载)的重量来维持其平衡。悬臂式挡土墙由立臂、墙趾板、墙踵板组成;扶壁式挡土墙由板面、墙脚趾板、墙踵板、扶壁组成。所设的墙趾板增大了抗倾覆稳定性，减小了基底应力。,其主要特点是厚度小，自重轻，
24、可充分发挥钢筋混凝土材料的强度性能，挡土高度可以很高，而且经济指标也比较好，墙身高度在6m以内多采用悬臂式，6m以上采用扶壁式。其适用于填方路段，多应用于承载力较低的地基上或有抗震要求的地区。近年来，悬臂式、扶壁式挡土墙在国内已开始大量应用。 3、锚杆挡土墙 锚杆挡土墙是由钢筋混凝土面板及锚杆组成的支挡结构物，由肋柱、挡土板、锚杆组成。锚杆技术是一种把受拉杆件埋入稳定地层从而对结构物进行加固的技术，按其锚固机理可分为粘结型、摩擦型、端头锚固型和混合型等。,锚杆挡土墙靠锚固在稳定土层中的锚杆所提供的拉力来保证挡土墙的稳定，其通过锚杆的锚固作用充分调用和提高了岩土的自身强度和自稳能力，大大减轻了结
25、构物的自重，起到了节约工程材料、确保施工安全与工程稳定的作用，有着显著的经济效益和社会效益。锚杆挡土墙应用范围多为存在有稳定的岩石地层的地区，对于土层锚固则要求土层有较高稳定性，可作为山边的支挡结构物，适用于挡土墙高大于12m的结构。在墙较高时，它可以自上而下分级施工，避免坑壁及填土的坍塌。目前我国常见的锚杆式挡土墙有两种主要型式:柱板式和板壁式。,柱板式挡土墙是锚杆连接在肋柱上，肋柱间加挡土板;而板壁式是由钢筋混凝土面板和锚杆组成。其在我国己得到广泛应用，在国外应用很早而且广泛。然而由于锚杆的锚固作用受到很多因素影响，加之，我国在此方面的设计，施工经验还比较少。到目前为止，我国尚未有完善的分
26、析方法及有关的规范。但随着我国钻孔机具的改进，对各种因素的试验、研究，特别是它本身具有的优点，一定会使其在我国得到迅速发展。,4、锚定板式挡土墙 锚定板式挡土墙是我国铁道部门首创的一种新型的支挡结构形式，发展于70年代初期，目前也在公路支挡工程中得到应用。锚定板挡土墙是一种适用于填方路段的轻型支挡结构，该结构由墙面系、钢拉杆、锚定板和填土共同组成，钢拉杆的一端与工程构造物联结，另一端埋置于路基中，承受由土压力所产生的拉力。 锚定板技术可视为锚杆技术的一个衍变型式，其抗拔力来源于锚定板前填土的被动土压力，因此对墙后填料及埋设锚定板后的土方压实要求较高，且在填土压实时，钢拉杆易弯曲，产生次应力。,
27、锚定板挡土墙中构件多为预制构件，现场安装，但施工中面板、肋柱安装较严格，接缝较多容易导致大气降水入渗而影响墙后填料的稳定性。设计单级墙高一般为6m左右，多级挡土墙应采用阶梯形进行布置。锚定板挡土墙主要有两种类型:肋柱式和壁板式两种。肋柱式锚定板挡土墙的墙面系由肋柱和挡土板组成。一般为双层拉杆，锚定板的面积较大，拉杆较长，挡土墙变形较小。壁板式锚定板挡土墙系由钢筋混凝土面板做成。外观美观、整齐，施工简便，多用于城市交通支档结构物工程。,5、加筋土挡土墙 加筋土挡土墙技术发展于60年代，是一种在土中加入高模量筋材的复合材料的土体加固技术。其由墙面板、拉筋及填土组成。1965年首次应用加筋土理论在法
28、国修建了第一座加筋土挡土墙。其工作原理是依靠填料与拉筋之间的摩擦力来平衡墙面所承受的水平土压力，并以拉筋、填料的复合结构抵抗拉筋尾部填料所产生的土压力，从而保证挡土墙的稳定。加筋土挡土墙一般为条带式挡土墙，多应用于地形平坦且有充足布筋空间的填方路段，在公路支挡结构中应用较多，但对于八度以上地区和具有强烈腐蚀环境中不宜使用，对于浸水条件下应慎重应用。,加筋土式挡土墙优点是墙体可以做得很高。它对地基承载力要求低，适合于在软弱地基上建造。加筋土挡土墙施工简便，且可保证质量，施工速度快，造价低，有例可证明减少污工90%以上，节省投资20% 65，少占地，外形也美观。该技术发展迅速，现己被许多国家所采用
29、。 、加筋土边坡 以往公路高路堤地段，多采用坝式路堤，但这种结构边坡很缓，填方量大，施工范围广，压实不均匀，工后沉降也难控制，更重要的是在雨季边坡容易坍滑，严重影响行车安全。,如果采用加筋路堤，即在堤身每隔一定厚度铺设一层土工积物，则可以减小路堤断面，降低工程造价。随着土工加筋技术的兴起，高路堤越来越多采用加筋技术。 6.1、加筋土工作原理 加筋路堤是在路堤或地基的适当位置铺设具有抗拉能力的土工合成材料而组成的土工结构。作为一种新型的土工合成材料，土工格栅具有高强度、低延伸率和高稳定性等特点而被广泛应用于加筋路堤结构中。而且由于格栅的加筋效应极大提高了路堤的强度和稳定性。然而，目前有关格栅加筋
30、路堤的作用机理及具体效果的研究尚不多见。,加筋的原理大致可归纳为两大类:摩擦加筋原理和准粘聚力原理(或似粘聚力原理)。摩擦加筋原理认为： 土的水平推力被筋土之间的摩擦力所克服，微元体保持稳定，反之则不能保持稳定。该原理在加筋土挡墙中广泛应用，但有不足之处，在于它忽略了筋带在力的作用下的变形，也未考虑土是非连续介质、具有各向异性的特点.而准粘聚力原理认为：加筋土结构可看作是各向异性的复合材料，加筋土的强度与土的抗剪强度、土和拉筋间的摩擦系数、拉筋的抗拉强度、拉筋数量等有关，即认为加筋的作用是增大了侧向约束力，从而提高了土体的抗压强度和抗剪强度。,基于对不同加筋情况下路堤边坡结构的室内模型试验，比
31、较分析可以得出如下结论: (1)与不加筋边坡相比，土工格栅加筋路堤边坡大大提高边坡的稳定性和承载能力。 (2)加筋边坡的结构性能与土工格栅的抗拉强度、加筋层数密切相关，土工格栅加筋边坡的沉降和侧向位移随土工格栅的抗拉强度增加、加筋层数增多及边坡变缓而相应的变小。 (3)有限元模拟的边坡沉降结果与试验值吻合较好;而有限元模拟的侧向位移比试验值所得结果要小，这可能是由于在有限元计算中边界条件的设定与试验实际情况的差异所引起。,6.2、加筋土边坡的稳定性分析 加筋土边坡的稳定性分析包括局部稳定性分析和整体稳定性分析，其中局部稳定性分析包括3个方面:加筋带的断裂破坏、加筋带的拔出破坏、加筋带的过分拉长
32、。（侧向过量变形） 对破坏模式预测工作，因尚难以找到切实反映复杂的筋土界面实际工作状态的本构关系而存在一定的困难，边坡稳定性研究的成果可分为两大类，一类认为边坡失稳与否的界限是突变的。另一类则认为边坡是否失稳的界限是渐变的或模糊的。,在过去的20多年里，研究人员探究加筋土坡的行为与稳定性的思路主要有两种：一种是将加筋土看成由土与筋材两种不同性质的材料组成，二者通过界面相互影响与作用；另一种是把加筋土看成宏观上均匀的复合材料(这种复合材料一般是各向异性的)，研究方法主要有试验研究、数值计算及近似分析。试验研究方面，Porbaha等曾对均匀加筋土坡的临界高度进行过离心机模型试验。同时，有许多学者用
33、有限元等数值方法对加筋土坡进行了研究，数值方法的难点主要在于对筋材以及筋土界面的处理上。,6.2.1有限元分析 目前加筋土的有限元分析模式有两类:一类是将土体和筋材分别考虑，一般对土体采用现有的本构模型，而将筋材视为一维杆单元，从而采用不同的模型参数来计算;另一类是把加筋土作为复合材料，通过试验或工程类比法等得到复合土的强度参数。 有限元法既考虑了材料的应变特性，又服从了材料的破坏准则。对加筋土体的有限元模拟来说，一般采用现有的土的本构关系再补充加筋材料本身和土与加筋材料相互作用的应力应变关系后就可以按常规的有限元方法进行计算。,计算中，土体单元可用三角形或四边形单元，为模拟加筋材料及其与土相
34、互作用需补充两种单元即模拟加筋材料的线性单元和模拟加筋材料与土相互作用的弹簧单元。有限元法无疑是计算加筋土体稳定的一种较精确的方法。问题是对无加筋土体的数学模型就必须有若干参数需要通过试验测定，在加筋土中.需要测定的参数就更多了.因此计算结果不一定就能很好地反映实际情况。 6.2.2 极限平衡法 在历届国际土工织物会议上，多倾向采用极限平衡法进行加筋土体的稳定性分析。,极限平衡法的最大缺点就是在计算中不能考虑加筋带的变形（也就是土体的变形）。笔者认为，尽管极限平衡法不能直接考虑加筋带的变形影响，但是，可以在极限平衡方法中通过调整土体的抗剪强度指标C和来间接反映加筋带变形的影响。其理论依据是：一
35、方面，加筋带不仅能承受来自土体的压力，而且可反过来给土体施加压力，使加筋土体处于三向应力状态，从而改善土体的受力性能，使土体的强度得以提高；另一方面，加筋带可加固土层中的软弱面，从而阻止土体强度的削弱。,6.3加筋土边坡的沉降分析 加筋能够有效地提高边坡的稳定性多年来已在工程界取得了共识。但对于加筋能否减少加筋土体的沉降，工程界尚存在两种不同的观点:一种是认为加筋能有效地减少地基的沉降量；另一种是认为加筋对减少沉降不明显.这两种观点都有其实测数据或有限元计算结果支持，而且目前尚无取得一致意见的迹象。 有学者在研究后认为:在垂自荷载作用下，尽管加筋带受到的是土体的压力作用，但实际上加筋带表现出拉
36、力，,这是由于在垂直荷载作用下，加筋土体产生沉降，发生侧向位移，但由于加筋材料和土体间存在摩擦力，迫使加筋带发挥抗拉作用加筋带的抗拉作用约束着土体的侧向位移，加筋带的抗拉作用越大，则产生的侧向约束力也就越大，并迫使土体中的垂直应力重分布，改变加筋体系的应力场，使土体的竖向变形减少。其次，由于加筋层的扩散作用，均化了填土荷载的压力，从而可以减少不均匀沉降。因此，只要充分发挥加筋材料的抗拉作用，就能有效地减少加筋土体的不均匀沉降和总沉降量。,6.4 、加筋土边坡研究存在的问题 6.4.1、设计理论存在的问题 有限元法目前在常规设计中应用较少，其主要原因是计算中需要几种关于土体、筋材和它们二者之间相
37、互作用的本构关系和相应参数等不易准确确定，以及按算得的应力场和应变场如何去判定土体的整体稳定还缺少公认的可行方法。 用圆弧法分析时，先由未加筋土坡寻找确定最危险滑弧圆心与圆弧；加筋后，即按该已定圆弧估算加筋边坡的安全系数。事实上，加筋后，土坡的最危险滑弧圆心与圆弧可能随筋材布置方案而改变。,迄今为止，圆弧滑动法仍是目前应用最多的方法。加筋土边坡设计计算一般需考虑两种可能产生的破坏形式:外部破坏和内部破坏。目前对于良好地基上的结构整体稳定计算分歧不大，而对其内部的潜在破坏面，尤其是土工合成材料加筋土陡边坡的破坏面尚有不同的看法。 6.4.2设计参数的不确定性 传统的加筋边坡稳定性分析方法是一种定
38、值分析方法，以安全系数作为边坡工程稳定性评价指标。然而安全系数只是一种由确定的方法得到的一个定值。,事实上，这种分析方法所涉及的基本变量，建立的数学模型，预测结果的方法都带有某种不确定性，这些不确定性主要表现在以下几的方面: 土体是一种非均质的各向异性，各点间的性质往往有较大的差异，由于试验样品不足等其它各种因素的影响，其变化程度也表现出随机性，同样筋材的力学性能由于各生产厂家的生产工艺技术对筋材的各种控制指标的不确定，因而也造成筋材力学性能的不确定性。,在加筋边坡分析中，参数的确定也是靠多次试验所测定的数据进行样品采集并进行统计估计得到。样本和样本容量不同，估计的参数也不同。 传统的加筋边坡
39、分析是以安全系数来描述其安全程度。加筋边坡的安全系数是许多岩土和筋材参数的函数，既然这些参数具有不确定性，那么把安全系数作为确定值来判断加筋边坡工程的安全程度显然是不够合理。,加筋边坡稳定性的定值分析中，物理力学模型的建立，是以对大量实际工程的长期分析和观察为依据，由于工程状况的复杂性和人们分析判断能力的局限性，造成模型与原型之间的差异，必然导致结果的不确定性。同时，为了使量化计算能够实现，人们不得不对复杂的边坡破坏机理、模式及其环境条件等作某些简化和假设，给出一些确切的函数关系，以此作为一切计算、分析和评价的基础。实际上，在简化和假设的过程中，已经引入了不确定性，计算模型因而也不完全精确。,
40、近年来的理论研究和工程应用表明：土本身的力学性能复杂多变，再加上加筋材料的特殊性，它具有明显的蠕变性和时温效应，埋在土体中的应力应变关系迥异于无侧限条件下的性状，此外还需要考虑筋材与土界面的相互作用等，而它与土的相互作用机理到目前为止还未完全弄清楚。加筋土理论体系还存在着许多问题有待解决。,第四部分 边坡稳定性分析方法 从现有资料来看，边坡稳定分析方法在不断发展，由定性逐步走向定量。定性方法主要包括自然历史分析法、工程类比法及图解法。定性分析方法主要是通过工程地质助察.对影响边坡稳定性的主要因素、可能的变形破坏方式及失稳的力学机制、己变形地质体的成因及其演化史等进行分析.给出被评价边坡一个稳定
41、性状况及其可能发展趋势的定性说明和解释。定量计算方法根据不同边坡类型，稳定分析目的及精度要求对应不同的方法，主要包括刚体极限平衡分析法及数值分析方法。,1、定性评价 定性评价方法有工程地质类比法、变形迹象判断法、坡率允许值法和极射赤平投影法四种。 1. 1工程地质类比法 在将边坡与己知稳定性的类似边坡进行对比的基础上，根据类似边坡的稳定性分析该边坡的稳定性。该方法既适用于既有边坡，也适用于拟建边坡。采用该方法时，要求类似边坡与所研究的边坡在坡高、坡形和内部地质特征（主要是岩体完整性、结构面产状、结构面结合程度、岩石坚硬程度和地下水活动情况)上有较强的可比性，应注意二者在空间形态和坡顶荷载等方面
42、的差异。,1. 2变形迹象判断法 根据已经出现的边坡变形破坏迹象判断边坡的稳定性。该方法适用于判断既有边坡在现有不利工况下的稳定性，由于岩石脆性较大，破坏前征兆不特别突显，对完整性较好的岩质边坡应慎用。边坡无明显变形时，可判断该边坡在现有不利工况下稳定或基本稳定；边坡变形明显时，可判断该边坡在现有不利工况下基本稳定或欠稳定;边坡变形强烈时可判断该边坡在现有不利工况下欠稳定或不稳定。,1. 3坡率允许值法 通过将边坡坡率与相应坡率允许值进行比较判断边坡的稳定性。该方法适用于无贯通性较好的外倾结构面、坡顶近于水平、坡面近于平面的边坡。当坡率明显小于相应坡率允许值时，可判断该边坡稳定;当坡率等于或略
43、小于相应坡率允许值时，可判断该边坡基本稳定;当坡率略大于相应坡率允许值时，可判断该边坡欠稳定;当坡率明显大于相应坡率允许值时，可判断该边坡不稳定。,1. 4极射赤平投影法 通过借助极射赤平投影图分析结构面之间及结构而与坡面之间的组合关系判断边坡的抗滑稳定性。该方法要用于岩质边坡中局部块体的稳定性分析，也可用于稳定性完全取决于结构面、岩体完整性较好、岩石强度较高的边坡救体稳定性分析。当无外倾结构面（或结构而组合交线)时，可判断该边坡稳定;当有外倾结构面（或结构面组合交线）但其倾角大于坡角时，可判断该边坡稳定或基本稳定;当有外倾结构面（或结构面组合交线)且其倾角小于坡角时，如结构面倾角小于其内摩擦
44、角，可判断该边坡基本稳定或欠稳定，如结构面倾角大于其内摩擦角，可判断该边坡欠稳定或不稳定。分析时应考虑结构面的贯通程度和结合程度、侧向切割情祝。,从现有资料来看，边坡稳定分析方法在不断发展，由定性逐步走向定量。定性分析方法主要是通过工程地质勘察，对影响边坡稳定性的主要因素、可能的变形破坏方式及失稳的力学机制、己变形地质体的成因及其演化史等进行分析.给出被评价边坡一个稳定性状况及其可能发展趋势的定性说明和解释。定量计算方法根据不同边坡类型，稳定分析目的及精度要求对应不同的方法，主要包括刚体极限平衡分析法及数值分析方法。,2、定量分析方法 2.1极限平衡法 极限平衡法是边坡稳定分析中最常用的方法。
45、它是通过分析在临近破坏状况下，土体外力与内部强度所提供抗力之间的平衡，计算土体在自身和外荷作用下的土坡稳定性程度。通常以边坡稳定系数表示。(解析法和条分法）,2.1.1 解析法 土质边坡的滑动面一般为曲线，但在某些情况下可假设为直线。如计算库仑土压力时，岩质边坡的滑动面一般为直线或折线。这种情况下常可用解析法求边坡稳定系数或安全系数。因而解析法是一种有效的实用方法。对于常见的单阶竖直边坡.己有许多计算公式。郑颖人等推导了单阶斜坡与多阶斜坡的解析式。,2.1.2条分法 条分法有多种计算方法，因为条分法都需要做假设，由于假设不同而形成不同方法。非严格条分法中要假定条间力的作用方向，即角才能求得稳定
46、系数。严格条分法既要保证整体平衡，又要保证条块的力矩平衡，因而多了一个平衡方程，但同时也多了一个未知数，即条间力作用点的位置，所以仍要作出假设。假设条间力作用点位置的方法就是Janbu法;假设条间力的作用方向是Morgenstern-Price法。假设角为常数是Spencer法。对于非严格条分法只要假定值，问题就变成静定。当=时是瑞典园弧法(其值与Fellenius法相同)，当= 0时为简化Bishop法，即考虑条间的水平力，由于水平力起主要作用。因而简化Bishop法有较高计算精度，且计算方便。,极限平衡法对滑坡的边界条件大大地进行了简化，计算中选用的各种参数往往是确定的或线性变化的。由于没
47、有考虑土体本身的应力应变关系和实际工作状态。对复杂现象进行这样的简单处理方法，在具体的工程实例中虽然也起到了一定的作用，然而并不是客观实际的真实反映。实际上，不仅滑坡体的各种计算参数是不确定的和随机的而且边坡系统本身就是一个不平衡、不稳定、充满复杂性的复杂系统其与外界环境有着不断的物质、能量、信息的交换。为了更真实地反映实际工程体的力学行为，人们进行了各种尝试。首先，在数值计算方法上以计算机技术为基础，发展了一系列的新方法。,2.2、边坡稳定数值分析方法,2.2.1、有限单元法(简称FEM法) 有限单元法(简称FEM法)部分地考虑了边坡岩体非均质和不连续性，可以给出岩土体的应力、应变大小和分布
48、，能近似地从岩土体的本构关系去分析边坡的变形破坏机制，分析最先和最容易发生屈服破坏的部位和需要首先进行加固部位等。有限元法还可以进一步考虑层状介质边坡体的流变效应、渗流效应、孔隙水压力与土体颗粒之间的相互作用、滑动面上的压、剪应力随时间的增减变化过程、塑性屈服过程、加工硬化与膨胀软化过程等力学性态，但对于大变形求解、岩体中不连续面、无限域和应力集中等问题的求解还不理想。,2.2.2、 离散单元法(简称DFM法) 离散单元法(简称DFM法)1970年由Cundall首次提出，是将所研究的区域划分成一个个分离的多边形块体单元.块与块之间没有变形协调的约束.但需满足平衡方程。块体的运动不是自由的.它
49、会遇到邻接块体的阻力。本构方程可以是线性的.也可以是非线性的。这种方法用于解决非连续介质大变形问题.分析被结构面切割的岩质边坡的变形和破坏过程是非常实用的。,2.2.3、块体系统连续变形分析方法(简称DDA) 块体系统连续变形分析方法(简称DDA)是基于岩体介质非连续性发展起来的一种崭新的数值分析方法。DDA法可以模拟出岩石块体的移动、转动、张开、闭合等全部过程。据此.可以判定出岩体的破坏程度、破坏范围，从而对岩体的整体和局部的稳定性作出正确的评价。当然，DDA方法在岩体参数的选取、计算时步的大小、边坡渗流及解决大变形问题等方而有一定的局限性，但它作为一种新型的岩土数值计算方法，有着广阔的应用前景。,2.2.4 快速拉格朗日法 FLAC是Fast Lagrangian Analysis of Code的缩写，可译为连续介质快速拉格朗日分析。它由美国I-TASCA咨询集团于1986年研制推出。FLAC是一种显式有限差分程序，它提供了各向同性和横观各向同性材料线弹性模型、Mohr一Coulomb和Drucker -Prager 模型、应变软化和双屈服模型以及修正的Cam一clay模型等