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在水电、交通、采矿等诸多的领域,边坡工程都是整体工程不可分割的部分,为保证工程运行安全及节约经费,广大学者对边坡的演化规律、边坡稳定性及滑坡预测预报等进行了广泛研究。
然而,随着人类工程活动的规模扩大及经济建设的急剧发展,边坡工程中普遍出现了高陡边坡稳定性及大型灾害性滑坡预测问题。
因此,广大工程地质和岩石力学工作者对此问题进行了长期不懈的探索研究,取得了很大的进展;
从初期的工程地质类比法、历史成因分析法等定性研究发展到极限平衡法、数值分析法等定量分析法,进而发展到系统分析法、可靠度方法灰色系统方法等不确定性方法,同时辅以物理模拟方法,并且诞生了工程地质力学理论、岩(土)体结构控制论等,这些无疑为边坡工程及滑坡预报研究奠定了坚实的基础,为人类工程建设做出了重大贡献。
在工程中常要遇到岩坡稳定的问题,例如在引水隧洞的进出口部位的边坡、溢洪道开挖的边坡、渠道的边坡以及公路、铁路、采矿工程等等都会遇到岩坡稳定的问题。
如果岩坡由于力过大和强度过低,则它可以处于不稳定的状态,一部分岩体向下或向外坍滑,这一种现象叫做滑坡。
滑坡造成危害很大,为此在施工前,必须做好稳定分析工作。
岩坡不同于一般土质边坡,其特点是岩体结构复杂、断层、节理、裂隙互相切割,块体极不规则,因此岩坡稳定有其独特的性质。
它同岩体的结构、块体密度和强度、边坡坡度、高度、岩坡表面和顶部所受荷载,边坡的渗水性能,地下水位的高低等有关。
岩体内的结构面,尤其是软弱结构面的的存在,常常是岩坡不稳定的主要因素。
大部分岩坡在丧失稳定性时的滑动面可能有三种。
一种是沿着岩体软弱岩层滑动;
另一种是沿着岩体中的结构面滑动;
此外,当这两种软弱面不存在时,也可能在岩体中滑动,但主要的是前面两种情况较多。
在进行岩坡分析时,应当特别注意结构面和软弱层的影响。
软弱岩层主要是粘土页岩、凝灰岩、泥灰岩、云母片岩、滑石片岩以及含有岩盐或石膏成分
的岩层。
这类岩层遇水浸泡后易软化,强度大大地降低,形成软弱层。
在坚硬的岩层中(如石英岩、砂岩等等)应当查明有无这类软弱夹层存在。
结构面包括沉积作用的层面、假整合面、不整合面;
火成岩侵入结构面以及冷缩结构面;
变质作用的片理,构造作用的断裂结构面等等。
岩质边坡稳定分析时,应当研究岩体中应力场和各种结构面的组合关系。
岩坡的滑动就是在应力作用下岩体破坏了平衡而沿着某种面(很可能是结构面)产生的。
岩体的应力是由岩体重量、渗透压力、地质构造应力以及外界因素,如地震惯性力、风力、温度应力等所形成的边坡剪应力,这种剪应力超过结构面的抗剪强度就促使岩体沿着结构面滑动。
有时沿某一结构面滑动,有时沿着多种结构面所组合的滑动面滑动。
结构面中如夹有粘土或其它泥质充填物,则就成为软弱结构面。
地质构造作用形成的断裂和节理在地壳表层是最多的,这种结构面往往都夹有粘土或泥质充填物,遇水浸泡后,结构面中的软弱充填物就容易软化,强度大大地降低,促使岩坡沿着它发生滑动。
因此,岩坡分析中,对结构面,特别是软弱结构面的类型、性质、组合形式、分布特征以有及由各种软弱面切割后的块体形等进行仔细分析是必要的。
岩坡的破坏类型从形态上来看可分为岩崩和岩滑两种。
岩崩一般发生在边坡过陡的岩坡中,这时大块的岩体与岩坡分离而向前倾倒,如图1-1所示,或者坡顶岩体因某种原因脱落而在坡脚下堆积,它经常产生于坡顶裂隙发育的地方。
其起因或由于风化等原因减弱了节理面的凝聚力,或由于雨水进入裂隙产生水压力所致,或者也可能由于气温变化、冻融松动岩石的结果;
其它如植物根造成膨胀压力、地震、雷击等都可造成岩崩现象。
岩滑是指一部分岩体沿着岩体较深处某种面的滑动。
岩滑可分为平面滑动、楔形滑动以及旋转滑动。
平面滑动是一部分岩体在重力作用下沿着某一软面(层面、断层、裂隙)的滑动,滑动面的倾角必大于该平面的内摩擦角。
平面滑动不仅滑体克服了底部的阻力,而且也克服了两侧的阻力。
在软岩中(例如页岩),如底部倾角远陡于内摩擦角,则岩石本身的破坏即可解除侧边约束,从而产生平面滑动。
而在硬岩中,如果不连续面横切坡顶,边坡上岩石两侧分离,则也能发生平面滑动。
楔形滑动是岩体沿两组(或两组以上)的软弱面滑
动的现象。
在挖方工程中,如果两个不连续面的交线出露,则楔形岩体失去下部支撑作用而滑动。
旋转滑动的滑动面通常呈弧形状,这种滑动一般产生于非成层的均质岩体中。
岩坡的滑动过程一般可分为三个阶段。
初期是蠕动变形阶段,这一阶段中坡面和坡顶出现拉张裂缝并逐渐加长和加宽,滑坡前缘有时出现挤出现象,地下水位发生变化,有时会发出响声。
第二阶段是滑动破坏阶段,此时滑坡后缘迅速下陷,岩体以极大的速度向下滑动,此一阶段往往造成极大的危害。
最后是逐渐稳定阶段,这一阶段中,疏松的滑体逐渐压密,滑体上的草木逐渐生长,地下水渗出由浑变清等。
影响边坡稳定性的因素影响边坡稳定性的因素主要有内在因素和外部因素两方面,内在因素包括组成边坡的地貌特征、岩土体的性质、地质构造、岩土体结构、岩体初始应力等。
外部因素包括水的作用、地震、岩体风化程度、工程荷载条件及人为因素。
内在因素对边坡的稳定性起控制作用,外部因素起诱发破坏作用。
岩性对边坡的稳定及其边坡的坡高和坡角起重要的控制作用。
坚硬完整的块状或厚层状岩石如花岗岩、石灰岩、砾岩等可以形成数百米的陡坡,如长江三峡峡谷。
而在淤泥或淤泥质软土地段,由于淤泥的塑性流动,几乎难以开挖渠道,边坡随挖随塌,难以成形。
黄土边坡在干旱时,可以直立陡峻,但一经水浸土的强度大减,变形急剧,滑动速度快,规模和动能巨大,破坏力强且有崩塌性。
松散地层边坡的坡度较缓。
不同的岩层组成的边坡,其变形破坏也有所不同,在黄土地区,边坡的变形破坏形式以滑坡为主;
在花岗岩、厚层石灰岩、沙岩地区则以崩塌为主;
在片岩、板岩、千枚岩地区则往往产生表层挠曲和倾倒等蠕动变形。
在碎屑岩及松散土层地区,则产生碎屑流或泥石流等。
在区域构造比较复杂,褶皱比较强烈,新构造运动比较活动的地区,边坡稳定性差。
断层带岩石破碎,风化严重,又是地下水最丰富和活动的地区极易发生滑坡。
岩层或结构的产状对边坡稳定也有很大影响,水平岩层的边坡稳定性较好,但存在陡倾的节理裂隙,则易形成崩塌和剥落。
同向缓倾的岩质边坡(结构面倾向和边坡坡面倾向一致,倾角小于坡角)的稳定性比反向倾斜的差,这种情况最易产生顺层滑坡。
结构面或岩层倾角愈陡,稳定性愈差。
如岩层倾角小于10°
~15°
的边坡,除沿软弱夹层可能产生塑性流动外,一般是稳定的;
大于25°
的边坡,通常是不稳定的;
倾角在15°
~25°
的边坡,则根据层面的抗剪强度等因素而定。
同向陡倾层状结构的边坡,一般稳定性较好,但由薄层或软硬岩互层的岩石组成,则可能因蠕变而产生挠曲弯折或倾倒。
反向倾斜层状结构的边坡通常较稳定,但垂直层面或片理面的走向节理发育且顺山坡倾斜,则亦易产生切层滑坡。
地表水和地下水是影响边坡稳定性的重要因素。
不少滑坡的典型实例都与水的作用有关或者水是滑坡的触发因素,处于水下的透水边坡将承受水的浮托力的作用,而不透水的边坡,将承受静水压力;
充水的张开裂隙将承受裂隙水静水压力的作用;
地下水的渗流,将对边坡岩土体产生动水压力。
水对边坡岩体还产生软化或泥化作用,使岩土体的抗剪强度大为降低;
地表水的冲刷,地下水的溶蚀和潜蚀也直接对边坡产生破坏作用。
不同结构类型的边坡,有其自身特有的水动力模型。
静水压力:
作用于边坡的静水压力主要包括两种情况:
其
一是当边坡被水库淹没时,库水对边坡面所产生的静水压力;
其
二是当裂隙岩石边坡的张裂隙充水时,裂隙中的水压力。
由于地下水出口节理裂隙敞开情况不同,也影响裂隙水压力的大小,因而影响边坡的稳定。
浮托力:
处于水下的透水边坡,承受浮托力的作用,使坡体的有效重量减轻,这对边坡的稳定不利。
边坡支护安全设计工程论文不少水库周围松散堆积层边坡,在水库蓄水时发生变形,浮托力的影响是原因之一。
对处于极限稳定状态,依靠坡脚岩体重量保持暂时稳定的边坡,坡脚被水淹没后,浮托力对边坡稳定的影响就更加显著。
动水压力是地下水在流动过程中所施加于岩土体颗粒上的力。
动水压力的方向和水流方向平行,在近似计算中,多假定与地下水面或滑面平行,如果动水压力方向和滑体滑动方向不一致,则应分解为垂直和平行于滑面的两个分量参与稳定计算。
在边坡稳定的实际计算中,由于渗流方向不是定值,且水力梯度不易精确确定,一般则作简化假定,以采用不同的滑体块体密度将动水压力的影响计入。
即在地下水位以下
静水位以上有渗流活动的滑体,计算下滑力时,采用饱和块体密度;
计算抗滑力时,采用浮块体密度。
工程荷载:
在水利水电工程中,工程荷载的作用影响边坡的稳定性。
地震作用:
地震对边坡稳定性的影响表现为累积和触发(诱发)等两方面效应。
触发效应可有多种表现形式。
在强震区,地震触发的崩塌、滑坡往往与断裂活动相联系。
高陡的陡倾层状边坡,震动可促进陡倾结构面(裂缝)的扩展,并引起陡立岩层的晃动。
它不仅可引发裂缝中的空隙水压力(尤其是在暴雨期)激增而导致破坏,也可因晃动造成岩层根部岩体破碎而失稳。
碎裂状或碎块状边坡,强烈的震动(包括人工爆破)甚至可使之整体溃散,发展为滑塌式滑坡。
结构疏松的饱和砂土受震液化或敏感粘土受震变形,也可导致上覆土体产生滑坡。
海底斜坡失稳,不少也与地震造成饱水固结土体的液化有关,这也是为什么在十分平缓的海底斜坡中会产生滑坡的重要原因之一。
边坡支护的安全施工对整项工程具有重要的意义和作用。
做好边坡支护的安全施工工作显得尤为重要。
因此,需要采取积极有效的施工措施,才能保证整项工程的顺利开展和完成。
积极做好边坡支护的安全施工工作,可以增强地基持力层的承载力,增强工程安全施工的系数,增强周边建(构)筑物的安全性和稳定性。
缩短施工工期,降低工程处理费用,减少成本,获得更大经济效益等。
安全就是效益,质量就是生命。
保障安全施工,切实提高工程质量,对增强企业的经济实力和市场竞争力,具有重要的意义和作用。
边坡的治理应根据工程措施的技术可能性和必要性、工程措施的经济合理性、工程措施的社会环境特征与效应,并考虑工程的重要性及社会效应来制定具体的整治方案。
防治原则应以防为主,及时治理。
常用的防治措施可归纳为:
消除和减轻地表水和地下水的危害;
防止地表水入浸滑坡体。
可采取填塞裂缝和消除地表积水洼地、用排水天沟截水或在滑坡体上设置不透水的排水明沟或暗沟,以及种植蒸腾量大的树木等措施。
对地下水丰富的滑坡体可在滑体周界5m以外设截水沟和排水隧洞,或在滑体内设支撑盲沟和排水孔、排水廊道等。
改变边坡岩土体的力
学强度。
提高边坡的抗滑力、减小滑动力以改善边坡岩土体的力学强度。
对于潜在的大规模岩石滑坡,应当加强观察,确定它们的特性和估计它们的危险性。
潜在的岩石滑坡,一方面可用仪器来监视;
另一方面可通过边坡的表面现象来判断分析,例如,树木斜生,弧立的岩石开始滚动或滑动,坡脚局部失稳等等都是可能发生滑坡的预兆。
(1)用混凝土填塞岩石断裂部分岩体内的断裂面往往就是潜在的滑动面。
用混凝土填塞断裂部分就消除了滑动的可能。
在填塞混凝土以前,应当将断裂部分的泥质冲洗干净,这样,混凝土与岩石可以良好地结合。
有时还应当将断裂部分加宽,再进行填塞。
这样既清除了断裂面表面部分的风化岩石或软弱岩石,又使灌注工作容易进行。
(2)锚栓或预应力锚索加固在不安全岩石边坡的工程地质测绘中,经常发现岩体的深部岩石较坚固,不受风化的影响,足以支持不稳定的和某种危险状况的表层岩石。
在这种情况下采用锚栓或预应力锚索进行岩石锚固,很为有利。
一般采用抗拉强度很高的钢杆来锚固岩石,其道理是很明显的。
钢质构件既可以是剪切螺栓的形式,垂直用于潜在剪切面,也可以用作预拉锚栓加固不稳定岩石。
过去锚栓的防锈存在严重的问题,但是目前已经取得了重大的进展。
(3)用混凝土挡墙或支墩加固在山区修建大坝、水电站、铁路和公路而进行开挖时,天然或人工的边坡,经常需要防护,以免岩石坍滑。
在很多情况下,不能用额外的开挖放缓边坡来防止岩石的滑动,而应当采用混凝土挡墙或支墩,这样比较经济。
在道路工程中为了使路堤边坡稳定,减少路堤的水损坏,常采用的路堤防护型式有:
植物防护、框格防护等等。
公路边坡沿公路分布的范围广,对自然环境的破坏范围大,如果在防护的同时,能够注意保护环境和创造环境,采用适当的绿化防护方法来进行,则会使公路具有安全、舒适、美观、与环境相协调等特点,也将会产生可观的经济效益、社会效益和生态效益。
边坡设计应遵循“安全绿色、水土保持、恢复自然、环保之路”的设计原则。
对公路边坡进行防护,必须考虑以下问题:
a)边坡稳定:
保护路基边坡表面免受雨水冲刷,减缓温差与温度变化的影响,防止和延缓软岩土表面的风化、破碎、剥蚀演变过程,从而保护路基的整体稳定性。
b)环境保护:
使工程对环境的扰乱程度减少到最小,并谋求人工构造物与自然环境相协调。
c)综合效应:
综合防光,防眩,防烟,诱导司机视线,改善景观等目的进行边坡绿化防护,充分发挥防护工程的综合效益。
植物防护如图1-2,是利用植被对边坡的覆盖作用、植物根系对边坡的加固作用,保护路基边坡消弱大气降水与地表径流的冲刷。
采用植物防护,增加植被面积,减少地表径流,可从根本上减少路堤的水损坏。
植物覆盖对于地表径流和水土冲刷有极大的减缓作用。
枝叶繁茂的树冠能够截留一部分降水,庞大的根系能够更好地稳定地表土层。
植被的根系能与土层密切地结合,根系与根系之间的盘根交错,使地表层土壤形成不同深度的、牢固的稳定层,从而有效地稳定土层,稳固沟坡,防止边坡的冲刷和塌陷。
适用条件:
边坡稳定、坡面冲刷轻微的路堤或路堑边坡,一般要求边坡坡度不陡于1:
1,边坡坡面水径流.不超过0.6m/s,长期浸水边坡不适用。
种植方式:
根据施工方法不同,有以下几种方式:
种子撒播法;
喷播法客土喷播法:
点穴、挖沟法;
铺草皮;
植树;
客土喷播技术是一种改善边坡植生环境,促进植物生长,从而在普通条件下无法绿化或绿化效果差的边坡上实现立体绿化、恢复自然植被的新技术。
客土喷播法具有广泛的适应性,土质或岩质边坡都适用。
高等级公路边坡上严禁种乔木。
框格防护的骨架大多采用混凝土、浆砌块(片)石等材料,在边坡上形成骨架,能有效地防止路基边坡在坡面的水冲刷下形成冲沟,同时,提高边坡表面地表粗度,减缓了水流速度。
边坡的冲刷一般只是在框格内的局部范围,采用框格防护与植物防护相结合,能够有效减弱框格内的局部冲刷。
框格形状根据人们的想象做出各式各样的造型,如斜45°
框格,六角形混凝土预制块防护,浆砌片石拱形防护,浆砌片石或预制块做成的麦穗型等。
框格护坡适用于条风化较严重的岩质边坡和坡面稳定的较高土质边坡。
框格形式选择框格护坡可选用菱形框
格、六边形框格、主从式框格等。
框格内植草,通常采用借土喷播法或植草皮等方法如图1-3。
框格形式主要有正方形、菱形、拱形、主肋加斜向横肋或波浪形横肋以及几种几何图形组合等形式,框格及横肋宽0.4~0.6m,主肋宽一般1m左右,框格间距
2.5~
3.5m。
应根据情况设置固定桩或锚固筋固定。
工程防护抹面与捶面适用条件:
对各种易于风化的软岩层(如泥质砂岩、页岩、千枚岩、泥质板岩等)边坡,当岩层风化不甚严重时;
所防护的边坡,本身必须是稳定的,但其坡面形状、陡度及平顺性不受限制;
所防护的边坡,必须是干燥、无地下水的岩质边坡。
灌浆适用于石质坚硬、不易风化、岩层内部节理发育,但裂缝宽度较小的岩质路堑边坡。
勾缝适用于石质较坚硬、不易风化、张开节理不甚发育,且节理缝较大较深的岩石路堑边坡上。
水泥土护坡适用条件:
适用于粉土、粉砂、粉质粘土、粘土等填方边坡。
易受洪水浸淹的路基填方边坡。
可用于盐渍土地区。
护面墙适用条件:
多用于易风化的云母岩、绿泥片岩、千枚岩及其它风化严重的软质岩层和较破碎的岩石地段,以防止继续风化;
所防护的边坡本身必须是稳固的;
护面墙有实体护面墙、孔窗式护面墙、拱式护面墙和肋式护面墙。
实体护面墙适用于一般土质及碎石边坡;
空窗式护面墙用于边坡缓于1:
0.75,孔窗内可采用捶面(坡面干燥时)或干砌片石;
拱式护面墙用于边坡下部岩层较完整,而需要防护上部边坡者或通过个别软弱地段时,边坡岩层较完整且坡度较陡时采用肋式护面墙。
。
喷浆或喷射混凝土防护:
适用条件:
适用于岩性较差、强度较底、易风化或坚硬岩层风化破碎、节理发育、其表层风化剥落的岩质边坡;
当岩质边坡因风化剥落和节理切割而导致大面积碎落,以及局部小型坍塌、落石时,可采用局部加固处理后,进行大面积喷浆(喷射混凝土)。
对于上部岩层风化破碎下部岩边坡支护安全设计工程论文层坚硬完整的高大路堑边坡;
不能承受山体压力,边坡须是稳定的。
喷锚防护适用条件:
凡易于喷
浆(喷射混凝土)防护的岩质边坡,当岩层风化破碎严重、节理发育,在破碎岩层较厚的情况下,如果继续风化,将导致坠石或小型崩塌,从而影响整个边坡的稳定性。
它具有较高的强度,较好的抗裂性能,能使坡面内一定深度内的破碎岩层得以加强,并能承受少量的破碎体所产生的侧压力。
土钉墙是一种较新式的结构物,它主要由“钉”(即锚杆)、混凝土面板(挂网喷射混凝土)、锚板组成。
作用机理通过规则排列的锚杆(“钉”)、面板、锚板将边坡一定范围内的土体进行原位加固,形成一种复合结构式的墙——土钉墙,墙后土压力由土钉墙承担。
适用条件主要适用于风化破碎较严重的岩石边坡,也可用于粉土、砾石和砂土边坡。
承受土压力一般,其最大优点是从上往下逐层开挖土石方并及时对边坡进行封闭加固,能有效减少边坡因开挖临空而带来的英里释放,使边坡保持原来的稳定结构,避免坍塌。
预应力锚索梁预应力锚索梁是最近几年发展起来的一种新型加固措施。
结构分为锚索和锚梁两部分。
作用机理把破碎松散岩层组合连接成整体,并锚固在地层深部稳固的岩体上,通过施加预应力,使锚索长度范围内的软弱岩体(层)挤压密实,提高岩层层面间的正压力和摩阻力,阻止开裂松散岩体位移,从而达到加固边坡的目的。
这种方法的最大特点是:
可保持既有坡面状态下深入坡体内部进行大范围加固;
预先主动对边坡松散岩层施加正压力,起到挤密锁固作用;
同时,锚索孔高压注浆,浆液充填裂隙和孔隙,又可提高破碎岩体的强度和整体性;
结构简单、工期短、造价低廉。
适用条件裂隙和断层发育、防缓边坡工作量巨大的高陡边坡。
做好边坡支护的安全施工工作显得尤为重要。
因此,需要采取积极有效的施工措施,才能保证整项工程的顺利开展和完成。
积极做好边坡支护的安全施工工作,可以增强地基持力层的承载力,增强工程安全施工的系数,增强周边建(构)筑物的安全性和稳定性。
缩短施工工期,降低工程处理费用,减少成本,获得更大经济效益等。
安全就是效益,质量就是生命。
保障安全施工,切实提高工程质量,对增强企业的经济实力和市场竞争力,具有重要的意义和作用。
参考文献[1]薛志勇高层建筑基坑支护施工措施浅析
[J]中国商业,201X[2]石世雄,王平某工程深基坑边坡支护设计与施工[J]黄石理工学院学报,201X[3]涂兵雄,刘春晓,李红燕边坡稳定分析方法讨论[J]山西建筑,201X
篇二:
实习报告基坑支护土木建筑学院学生实习报告实习类型:
毕
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