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边坡稳定与参数选取
第四章防范边坡失稳的除险加固
汛期防范边坡失稳包括临水坡的滑坡和崩岸与背水坡的滑坡,
这些险情严重地威胁着防范的安全,
必
须对其进行圆满的有效的治理。
防范边坡失稳的原因是多方面的,在除险加固前必定对引起失稳的原因进行仔细地剖析判断,原因,有针对性的采用相应的除险加固措施。
加固工作必定以《防范工程设计规》为依照,精心设计和施工。
加固后防范必定达到设计标准。
本章就边坡失稳除险加固的有关技术问题做一系统的介绍,主要容包括边坡失稳的成因与分类,滑坡的安全复核,边坡除险加固技术和崩岸除险加固技术。
找出
第一节边坡失稳的成因与种类
一、边坡失稳的成因
防范建成后,在运用中可能会遇到各样各样的情况,如汛期河湖水位涨、落、冲刷;台风季节风波的侵袭;暴雨时的浸水以及生物洞等等均会使防范边坡失稳。
现分述以下:
1.渗流原因
在汛期,当河水位上涨到必定高度时,且连续时间又较长,堤身(在浸润线以下部分)将呈浸水的饱和状态,土体圆满饱和后,抗剪强度降低,堤身的自重增加,相应的下滑力增大。
其他,渗流产生的浸透力,进一步增加了滑动体的滑动力。
综上所述,在渗流作用下堤身滑动体重量增加,抗剪强度降低和浸透力增加等均是以致滑坡产生的重要原因。
(二)水流冲刷浸袭原因
水流冲刷浸袭岸坡主要发生在临水坡。
如在河流凹岸部分,经常主流逼岸。
受环流冲刷特别是急流顶冲的作用,岸坡淘刷平时较为严重。
一旦岸脚防范设施抵抗不住水流的冲刷力,护脚将被破坏,使岸脚的坡度逐渐变陡,直至失去平衡引起岸坡失稳破坏,即为平时所说的崩岸险
情。
这种破坏多发生在河流波折河势复杂的凹岸堤段。
在汛期的涨水过程中或枯水期都有发生。
其他,当水位退至滩地地面高程以下并且堤身渗水又不能够及时排出时,将产生反向浸透力。
再加上浸水饱和堤身自重增加和强度降低,经常会发生坍塌。
如不及时办理,坍塌会逐渐向防范坡脚逼近,直到坡脚,引起岸坡失稳滑坡。
这种滑坡均发生在临水坡。
(三)防范地基问题引起的滑坡
防范地基主要有两个问题,其一是地基的天然强度不够,其二是当截水设施无效时,由于大量渗水形成管涌而引起的防范坍塌破坏。
本节只介绍第一个问题,第二个问题详见第三章。
造成防范地基强度不够的原因是:
①防范设计时采用的计算强度指标与实质强度
不符。
出现这种情况的原因有:
没有进行防范地基的土质检查,凭经验做堤;钻
探过于简单,没有探查到防范地基中纤弱夹层也许探查深度不够等等。
②在软粘
土地基上筑堤,由于施工速率过快,使其地基强度降低。
据大量工程经验,由于
筑堤(填土)速度过快,使地基强度降低的幅度可达10~20%左右。
由上述可
明显看出,由于地基问题而引起的岸坡滑动平时是深层滑坡,破坏一般均发生在
施工期或竣工时。
(四)其他原因
堤身的填筑质量未达设计要求;新、老堤界面办理不当;暴雨时,雨水沿堤身裂
缝浸透堤身部,使堤身强度降低以及在堤脚下挖塘等人为因素,均有可能引起滑坡。
上述各项原因,其中任何一种或二种原因,甚至多种原因组合都能引起防范滑坡。
二、边坡失稳的种类
(1)按边坡失稳滑动的形式可分为浅层滑动与深层滑动,这里指的浅层滑动是指滑动体只限制於堤身或略带小部分堤基,如图4-1所示。
而深层滑动是指滑动体已深入堤基相当深的部位,比方滑动面深入地
图4-1浅层滑动表示
下5~8m深的滑动,如图
4-2所示。
(2)按滑动的危害程度可分为危害性略微的局部滑动,这种滑动主若是一些浅层滑动,它对堤的危害只限制于堤身的一部分,办理比较简单。
另一种滑动为危害极
大的整体滑动,这种滑动
主若是指那些深层滑动
图4-2深层滑动表示
也许一些大围的浅层滑
动(沿堤纵向高出100m
长的浅层滑动)。
这种滑
动影响围大,办理也比较
困难。
这种滑动危害性
大,必定及时办理,否则
会酿成大祸。
(3)按滑动发生
的地址可分成以下三种:
即临水面滑坡,多发生在高水位的退水期或在出现了崩岸、坍塌险情的堤段;背水面滑坡,多发生在汛期高水位堤坡牢固或出现渗流破坏险情堤段;崩岸,多发生在汛中涨水期,枯水期也时有发
生,位于临水坡前滩地坡
度较陡的堤段。
第二节堤坡牢固的安全复核
一、堤坡牢固安全复核
的容
防范在汛期出现了滑
坡,汛后必定对滑坡进行必要
的办理。
在办理从前,必定合
理地确定办理的围,包括平面
尺寸和深度。
防范发生滑坡后,从地
表能够目测到滑坡顶部出现的
裂缝及其长度和宽度、陡坎等。
沿着顶部裂缝,经仔细观察和图4-3目测滑坡的平面分布表示图简单探摸能够找出裂缝的走向
及沿伸的围,在滑坡的底部可
以发现地面隆起。
严重时,在
隆起部位的顶部会发现裂缝。
这样,经目测可大体划定滑坡
体在平面上的分布围。
拜会图
4-3。
只凭目测滑坡平面位
置分布还不能够判断滑动体的立
体分布,即不能够确定滑动的深
度。
确定滑动体的滑动深度,
实质上就是要确定滑动面的位
置,确定滑动面的地址有以下
二种方法:
①探测法
探测法的理论依照是:
滑动面实际上是一个拥有必定厚度的滑动带。
滑坡产生后,滑动带地域土体已被圆满扰动破坏。
被扰动破坏后的土体强度大大低於未扰动土体的天然强度。
圆满扰动后土体的强度一般只有天然强度的一半,甚至更低。
由此用钻探或原位测试的方法,及时测出滑动带土体的强度就能很方便的判断滑动带所处的地址。
目前用钻探方法探测滑动面地址,大多采用现场测定十字板强度的方法,可拜会图4-4。
图4-4十字板试验等探测滑动面地址
②牢固剖析的方法
一般情况下用探摸法是比较方便的,
但有时因条件限制一时还不能够实现用探摸法
摸清滑动带的地址。
那么,进行必要的牢固分
析也能大体判断滑动面的地址,详细做法是:
在现场找出滑动体的上缘及滑动体下出口,
滑
动体的上缘就是滑坡顶部裂缝处或堤顶塌陷
的陡坎处。
滑动体的下出口就是堤脚的隆起的
最高点(顶部)。
这二点就是滑动面的上下两
图4-5
复式滑动面形状表示图
点,这两点间滑动面形状可能有两种。
一种是
圆弧形,另一种是复式滑动面,拜会图4-5。
圆弧形滑动面一般发生在均质土中。
复式滑动面发生在土体中较薄的纤弱层,如未办理好新、老堤的新老堤界面处。
这样经过少量的试算即可找出经过上、下二点的滑动面地址。
滑动面所包围的土体即为滑动体。
在做堤坡牢固安全复核时,对付堤身、堤基的土质情况(强度、容重、
土性等)及堤体浸润面做些检查和测试,以便较正确地确定计算指标。
其他,对
计算的外界条件(即发生滑坡的外界条件)要详细的检查认识剖析,如滑坡时河
流湖泊中的水位、降雨情况、活荷载等。
综上所述,堤坡牢固的安全复核是滑坡除险加固的必要的准备工作,也是除险加固方案的安全合理选择的基础。
二、堤坡牢固安全复核的基本依照
堤坡牢固的安全复核应按《防范工程设计规》中规定的抗滑牢固计算进行,现大纲介绍以下:
(一)计算强度的选择
做防范抗滑牢固剖析时,土的抗剪强度指标可采用三轴抗剪强度,直剪
强度。
应依照防范的工作状态和采用的计算方法采用不一样样的强度指标,详见表4
—1。
表4—1土的抗剪强度试验方法和强度指标
堤的工作状态
计算方法
使用仪器
试验方法
施工期
总应力法
直剪仪
快剪
三轴仪
不排水剪
牢固渗流期
有效应力法
直剪仪
慢剪
三轴仪
固结排水剪
水位降落时
总应力法
直剪仪
固结快剪
三轴仪
固结排水剪
强度指标
Cu,u
C','
Ccu,cu
当堤基为饱和软粘土,并以较快的速度填筑堤身时,可采用快剪或不排水的现场十字板强度指标。
(二)计算荷载的组合
1.正常情况下牢固计算的荷载组合:
(1)设计洪水位,核算背水坡牢固性;
(2)高水位骤降,核算临水坡牢固性;
(3)施工期(包括竣工时)背水坡和临水坡牢固性。
2.地震情况下牢固计算的荷载组合:
在一般洪水位时,遇到地震,核算背水坡和临水坡的牢固性。
其他,在暴雨下应依照填土的浸透性和堤坡防范措施,核算暴雨或连续长远降雨时防范边坡的牢固性。
三、堤坡牢固安全复核的方法
(一)圆弧滑动法
1.规规定的圆弧滑动法
土堤堤坡牢固计算由于采用的土体抗剪强度不一样样,分为总应力法和有效应
力法,其计算公式以下:
(1)总应力法
1).施工期抗滑牢固安全系数按下式计算:
2)水位降落期抗滑牢固安全系数可按下式计算:
(2)有效应力法
牢固渗流期抗滑牢固安全系数可按下式计算:
式中:
b为条块宽度(m);w
为条块重量;w=w1+w2+rwzb
(KN);w1为在堤坡外水位以上的条块实重(KN);w2
为在堤坡外水位以下的条
块浮重(KN);z为堤坡外
水位高出条块底面中点的
距离(m);u为牢固渗流
期堤身或堤基中的孔隙压
力(KPa)ui为水位降落前
堤身的孔隙压力(KPa);
为条块的重力线与经过此
条块底面中点的半径之间图4—6圆弧滑动计算表示图的夹角(度);rw为水的密
度(t/m3);Cu,Cu,Ccu,
cu,C,为土的抗剪强
2
度指标(KN/m,度),详
见表4—1。
以上三式计算
表示图如图4—6。
式(4-1)、(4-2)和(4—3)式计算的安全系数K,是在假设圆弧后得出的,因此,任意假设一个圆弧算出的K值其实不是最小值,换句话说,该圆弧不是最危险的,一般情况,必定经过试算多个不一样样的圆弧,从中找出最小值,对于计算不
十分熟练者来说,计算工作量将是比较大的,由于计算机的宽泛应用,并有成熟
的计算软件可供使用,可大大的减少人工计算工作量,为圆弧滑动剖析供应了极
大的方便。
2.“=0”圆弧滑动法
大多数防范工程采用人力挑土填筑,堤身的质量难以保证。
针对这一实
际情况,水利科学研究院在60年代开发了“Φ=0”圆弧滑动法计算图表,为工
程技术人员进行圆弧滑动法计算供应了必定方便,在一时难以进行电算的情况
下,还有必定的使用价值(本法适用于深层滑动牢固剖析)。
现介绍以下:
(1)“=0”圆弧滑动法的基
本假设:
1)软粘土地基强度随
着深度的增加成正比率增加。
这一
假设基本切合正常固结聚集软粘
土的强度随深度增加而增大的规
律。
这也是聚集软粘土的一个重要
特色。
2)防范(堤身)做为
滑动体,圆弧经过地基土时,地基
土的抗力做为阻滑力,两者比较即
为防范的牢固性安全系数。
(2)“Φ=0”圆弧滑动牢固分图4-7“Φ=0”圆弧滑动牢固剖析简图
析计算方法的计算(如图4-7所
示)。
经过图4-8,图4-9,
及图4-10。
可很方便地的进行计
算。
图4-8k/τ0~g关系图
图4-9k/τ0~θ关系图
图4-10k/τ0~x~f关系图
其计算的详细步骤以下:
1)确定以下资料
a.堤身容重r(低水位下用浮容重,高水位上用湿容重,浸润线与低水
位间部分用饱和容重),堤身的几何形状(高度h,边坡1:
m,堤的顶宽和底宽);
b.地基土的强度沿深度的变化线,用轻盈型十字板剪力仪测定,如图4
-7所示,求出τ0和K值以及算出k/τ0之比值。
2)计算剖析(拜会图4-7)
a.绘出作用地基上的荷载图,取其底面任意点A,即ABCD为滑动体,并按下式计算出fA和WA值。
(fA为A点距ABCD滑动体重心的水平距离,WA为滑动体ABCD的总重量)。
fA=[x2+l(x+l/3)]/(2x+l)(4-4)
wA=(hx+hl/2)r
(4-5)
取出的滑动体是任意形状时,fA与WA的计算式的求法以下:
拜会图4-11。
图4-11滑动体为任意形状求Fa、wa表示图
fA=(∑FiXi)/∑Fi
(4-6)
wA=∑γiFi
(4-7)
b.用k/τ0和fA值从图4-10查出X值,以W极=Xτ0算出W极值。
c.按下式计算安全系数KA。
K=w
w
(4-8)
A
A极
A实
KA即为任取A点所得的牢固安全系数。
d.在A点左边或右边相隔0.5~1.5m再取一点,重复步骤Ⅰ.Ⅱ.Ⅲ.算出
相应的安全系数(如取A点右边一点算出的安全系数已小于A点的安全系数,则不需在左边取点计算)。
e.重复步骤Ⅳ,直至求出最小安全系数Kmin时相应的f值和k/τ0值,从
图4-8和图4-9上查出相应的θ和g,即可绘出最危险的圆弧地址。
(3)算例
某防范,坝身容重γ3,坝身几何形状及地基强度的变化曲线(轻
便型十字板强度)如图4-12所示
图4-12某工程“Φ=0”剖析计算成就图
1)求最小安全系数
a.取堤中心点做第一次计算,即图4-12所示,计算堤中心A点的fA及
WA:
b.用k/τ0=0.1513(1/m)和fA=5.88m从图4-10上查出X=104.8,算出WA极=104.8×。
c.安全系数KA=
d.在A点右边相隔1.5m取点①,按上述步骤算出安全系数K1=1.258,
(因K1 e.为求最小安全系数,在①点右边相隔1.0m取②点,算出K2=1.28,固 F2 为K2=1.28(K1>K2 2)绘出最危险滑动面 从相应于K2的f2=,k/τ0~=0.1513(1/m),从图4-8和图4 -9,查出g=8.4m,θ=54.5°,以此二值绘出最危险滑动面如图4-12所示。 (二)复式滑动面法 如前述,滑坡的滑动面一般是圆弧形,利用圆弧滑动法能够得出较理想 的结果,但实践中发现,滑动面其实不用然是圆弧形,而是由圆弧~直线相结合形 成的复合形滑动面。 出现这种情况的原因是,堤身或地基中存在着比较明显的软 弱夹层,滑动面很简单在这些纤弱层中形成,如防范中新、老堤接触面,堤基表 面的淤泥层等,为能较好的反响这一实质滑动情况,在《防范工程设计规》中规 定,宜采用改良圆弧法,即复式滑动面法,其计算剖析简图如图4-5所示。 复 式滑动面的计算式以下: K=(P+S)/Pa (4-9) n 式中: S=Wtg+CL;W为土体BBCC的有效重量(KN);C,为纤弱土层的 2 凝聚力(KN/m)及磨擦角(度);Pa为滑动力(KN);Pn为抗滑力(KN)。 复式滑动面同圆弧滑动面计算相同,必定经过试算才能求得最小安全系 数。 四、确定实质滑动面地址的详细做法 一般情况下,均质防范,地基没有明显的纤弱层,堤基表面的耕土杂草、浮泥,新老堤接触面等均进行了除去与办理,那么,滑动面大多呈圆弧形滑动面。 因此,本节只介绍利用圆弧滑动面法,确定实质滑动面地址的步骤。 1.滑动面的上口与下口的确定。 当滑坡发生后,滑动面最顶 部将出现明显的裂缝或陡 坎,(土体上下错开),这 就是滑动面上口,而滑动面 最低部将隆起,在隆起体的 顶部将会出现较明显的裂图4-13实质滑动面计算表示图缝,一般仔细观察可目测到, 这裂缝或隆起体最顶部就是 滑动面的下口。 2.经过试算确定滑动面的地址 找到了滑动面的上 口和下口后,即可用试算法 确定滑动面的地址,详细做 法以下: 拜会图4-13。 如图4-13所示,A为滑动面上口,B为滑动面下口,即A、B为滑动面上的已知二点。 换句话说,滑动面必定经过A、B二点。 经过直线AB的中点E做垂线OE。 今后,在OE线上任选一点Oi,以Oi为圆心,OiA(或OiB)做半径,此圆即为经过AB的一个圆弧滑动面,计算该滑动面的牢固安全系数Ki,今后, 在OE线上距Oi必定距离,比方1m或2m等再找一点Oi下,同上步骤计算出Ki下,直至算出Ki上>Ki 此滑动面所包围的土体即是该 滑坡的滑动体。 滑动面最低点即为滑弧的最大深度。 五、安全系数的采用 (GB50286-98)《防范工程设计规》对土堤的抗滑牢固安全系数做了明确 的规定,现摘录以下: 表4-2土堤抗滑牢固安全系数 防范工程的级别 1 2 3 4 5 安全系设计条件 数地震条件
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- 稳定 参数 选取