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1.1边坡稳定性的影响因素①地质构造。地质构造因素主要是指边坡地段的褶皱形态、岩层产状、断层和节理裂隙的发育程度以及新构造运动的特点等。通常在区域构造复杂、褶皱强烈、断层众多、岩体裂隙发育、新构造运动比较活跃的地区,往往岩体破碎、沟谷深切,较大规模的崩塌、滑坡极易发生。②岩体结构。不同结构的岩体,物理力学性质差别很大,边坡变形破坏的性质也不同。③风化作用。边坡岩体,长期暴露在地表,受到水文、气象变化的影响,逐渐产生物理和化学风化作用,出现各种不良现象。当边坡岩体遭受风化作用后,边坡的稳定性大大降低。④地下水。处于水下的透水边坡将承受水的浮托力的作用,使坡体的有效重力减轻;水流冲刷岩坡,可使坡脚出现临空面,上部岩体失去支撑,导致边坡失稳。⑤边坡形态。边坡形态通常指边坡的高度、坡度、平面形状及周边的临空条件等。一般来说,坡高越大,坡度越陡,对稳定性越不利。⑥其他作用。此外,人类的工程作用、气象条件、植被生长状况等因素也会影响边坡的稳定性。
1.2边坡工程稳定性分析方法
1.2.1边坡极限平衡法。极限平衡法是根据边坡上的滑体或滑体分块的力学平衡原理(即静力平衡原理)分析边坡各种破坏模式下的受力状态,以及利用边坡滑体上的抗滑力和下滑力之间的关系来评价边坡的稳定性。极限平衡法是边坡稳定分析计算的主要方法,也是工程实践中应用最多的一种方法。
1.2.2边坡可靠性分析法。边坡工程是以岩土体为工程材料,以岩土体天然结构为工程结构,或以堆置物为工程材料,以人工控制结构为工程结构的特殊构筑物。这些构筑物都程度不同地存在组成和结构上的不均匀性,天然边坡尤为突出,因为构成边坡的地质体经受长期的多循环的地质作用,而且作用强度不一,且又错综复杂,致使它们的工程地质性质差异很大。现阶段边坡可靠度分析的常用方法有蒙特卡洛模拟法,可靠指标法,统计矩法以及随机有限元法。
2边坡工程处治技术
2.1抗滑桩技术边坡处置工程中的抗滑桩是通过桩身将上部承受的坡体推力传给桩下部的侧向土体或岩体,依靠桩下部的侧向阻力来承担边坡的下推力,从而使得边坡保持平衡或稳定。抗滑桩与一般桩基类似,但主要承受的是水平荷载。钢筋混凝土桩是目前边坡处治工程广泛采用的桩材,桩断面刚度大,抗弯能力高,施工方式多样,其缺点是混凝土抗拉能力有限。抗滑桩施工最常用的方法是就地灌注桩,机械钻孔速度快,桩径可大可小,适用于各种地质条件;但对地形较陡的边坡工程,机械进入和架设困难较大。钻孔时的水对边坡的稳定也有影响。人工成孔的特点是方便、简单、经济,但速度慢,劳动强度高,遇不良地层(如流沙)时处理相当困难。另外,桩径较小时人工作业面困难。
2.2注浆加固技术注浆加固技术是用液压或气压把能凝固的浆液注入物体的裂缝或孔隙,以改变注浆对象的物理力学性质,从而满足各类土木建筑工程的需要;注浆加固技术的成败与工程问题、地质问题、注浆材料和压浆技术等直接相关,如果忽略其中的任何一个环节,都可能造成注浆工程的失败。工程问题、地质特征是灌浆取得成功的前提,注浆材料和压浆技术是注浆加固技术的关键。
2.3加筋边坡和加筋挡土墙技术加筋土是一种在土中加入加筋材料而形成的复合土。在土中加入加筋材料可以提高土的强度,增强土体的稳定性。因此,凡在土中加入加筋材料而使整个土工系统的力学性能得到改善和提高的土工加固方法均称为土工加筋技术,形成的结构亦称为加筋土结构。和传统支挡结构相比,加筋边坡和加筋挡土墙的特点有:结构新颖、造型美观、技术简单、施工方便、要求较低、节省材料、施工速度快、工期短、造价低廉、效益明显、适应性强、应用广泛等。由于加筋边坡和加筋挡土墙的这些优点,目前其已从公路路堤、路肩发展到应用于其他各种支挡结构和边坡防护。目前已用于处理公路边坡、市政建设、护岸工程、铁道工程路基边坡、工民建配套的支挡及边坡工程、防洪堤、林区工程、工业尾矿坝、渣场、料场、货场等;甚至还用于危险品或危险建筑的围堰设施等。
2.4锚固技术岩土锚固技术是把一种受拉杆件埋入地层中,以提高岩土自身的强度和自稳能力的一门工程技术。由于这种技术大大减轻结构物的自重,节约了工程材料并确保工程的安全和稳定,具有显著的社会效益和经济效益,因而目前在工程中得到极其广泛的应用。锚杆在边坡加固中通常与其他只当结构联合使用,例如以下几种情况:①锚杆与钢筋混凝土桩联合使用,构成钢筋混凝土排桩式锚杆挡墙。排桩可以是钻孔桩、挖孔桩或预置桩;锚杆可以是预应力或非预应力锚杆,预应力锚杆材料多采用钢绞线(预应力锚索)、四级精轧螺纹钢(预应力锚杆)。锚杆的数量根据边坡的高度及推力荷载可采用桩顶单锚点作法和桩身多锚点作法。②锚杆与钢筋混凝土格架联合使用形成钢筋混凝土格架式锚杆挡墙。锚杆锚点设在格架节点上,锚杆可以是预应力锚杆(索)或非预应力锚杆(索)。这种支挡结构主要用于高陡岩石边坡或直立岩石切坡,以阻止岩石边坡因卸荷而失稳。③锚杆与钢筋混凝土板肋联合使用形成钢筋混凝土板肋式锚杆挡墙,这种结构主要用于直立开挖的Ⅲ,Ⅳ类岩石边坡或土质边坡支护,一般采用自上而下的逆作法施工。④锚杆与钢筋混凝土板肋、锚定板联合使用形成锚定板挡墙。这种结构主要用于填方形成的直立土质边坡。
2.5预应力锚索加固技术用高强度、低松驰型钢绞线预应力锚索对滑坡体或崩落体施加一定的预应力,提高它们的刚度,使预应力锚索作用范围的岩石相应挤压,滑动面或岩石裂隙面上摩擦力增大,加强它们的自承能力,可有效地限制岩体的部份变形和位移。
2.6排水工程的设计地表排水工程的设计要求:①填平坑洼、夯实裂缝。坡面产生坑洼和裂缝,往往是滑坡的先兆,也是导致严重滑坡的主要原因。大气降雨、地表水就会汇集在坑洼处或沿着裂缝渗入土层,使土的抗剪强度降低,造成坡体滑动。因此,对坑洼和裂缝应仔细查找,认真夯填。②合理确定截水沟的平面位置。截水沟的平面布置,应尽量顺直,并垂直于径流方向。如遇到山坡有凹地或小沟时,应将凹地填平或与外侧挡土墙相连,内侧与水沟联结,避免水沟内的水流越出或渗入截水沟沟底,导致水沟破坏。应该结合边坡的区域地貌、地形特点,充分利用自然沟谷,在边坡体内外修筑截水沟、平台截水沟、集水沟、排水沟、边沟、急流槽等,形成树杈状、网状排水系统,以迅速引走坡面雨水。
3结语
论文对常用边坡工程的处治措施进行了初步探讨,指出了常用边坡工程处治措施的适用性,然而随着工程建设规模的不断增大,边坡高度增高,复杂性增大,对边坡处治技术的要求也越来越高。可以预见,随着科学技术的发展,边坡处治技术将得到进一步的发展,并逐步趋于完善。
参考文献:
[1]彭小云,张婷,秦龙.高陡边坡稳定性的影响因素分析[J].高陡边坡稳定性的影响因素分析.2002.
[2]赵明阶,何光春等.边坡工程处治技术[M].北京:人民交通出版社.2003.
[3]郭长庆,梁勇旗等.公路边坡处治技术.北京:中国建筑出版社.2007.5.
1.1边坡稳定性的影响因素①地质构造。地质构造因素主要是指边坡地段的褶皱形态、岩层产状、断层和节理裂隙的发育程度以及新构造运动的特点等。通常在区域构造复杂、褶皱强烈、断层众多、岩体裂隙发育、新构造运动比较活跃的地区,往往岩体破碎、沟谷深切,较大规模的崩塌、滑坡极易发生。②岩体结构。不同结构的岩体,物理力学性质差别很大,边坡变形破坏的性质也不同。③风化作用。边坡岩体,长期暴露在地表,受到水文、气象变化的影响,逐渐产生物理和化学风化作用,出现各种不良现象。当边坡岩体遭受风化作用后,边坡的稳定性大大降低。④地下水。处于水下的透水边坡将承受水的浮托力的作用,使坡体的有效重力减轻;水流冲刷岩坡,可使坡脚出现临空面,上部岩体失去支撑,导致边坡失稳。⑤边坡形态。边坡形态通常指边坡的高度、坡度、平面形状及周边的临空条件等。一般来说,坡高越大,坡度越陡,对稳定性越不利。⑥其他作用。此外,人类的工程作用、气象条件、植被生长状况等因素也会影响边坡的稳定性。
1.2边坡工程稳定性分析方法
1.2.1边坡极限平衡法。极限平衡法是根据边坡上的滑体或滑体分块的力学平衡原理(即静力平衡原理)分析边坡各种破坏模式下的受力状态,以及利用边坡滑体上的抗滑力和下滑力之间的关系来评价边坡的稳定性。极限平衡法是边坡稳定分析计算的主要方法,也是工程实践中应用最多的一种方法。
1.2.2边坡可靠性分析法。边坡工程是以岩土体为工程材料,以岩土体天然结构为工程结构,或以堆置物为工程材料,以人工控制结构为工程结构的特殊构筑物。这些构筑物都程度不同地存在组成和结构上的不均匀性,天然边坡尤为突出,因为构成边坡的地质体经受长期的多循环的地质作用,而且作用强度不一,且又错综复杂,致使它们的工程地质性质差异很大。现阶段边坡可靠度分析的常用方法有蒙特卡洛模拟法,可靠指标法,统计矩法以及随机有限元法。
2边坡工程处治技术
2.1抗滑桩技术边坡处置工程中的抗滑桩是通过桩身将上部承受的坡体推力传给桩下部的侧向土体或岩体,依靠桩下部的侧向阻力来承担边坡的下推力,从而使得边坡保持平衡或稳定。抗滑桩与一般桩基类似,但主要承受的是水平荷载。钢筋混凝土桩是目前边坡处治工程广泛采用的桩材,桩断面刚度大,抗弯能力高,施工方式多样,其缺点是混凝土抗拉能力有限。抗滑桩施工最常用的方法是就地灌注桩,机械钻孔速度快,桩径可大可小,适用于各种地质条件;但对地形较陡的边坡工程,机械进入和架设困难较大。钻孔时的水对边坡的稳定也有影响。人工成孔的特点是方便、简单、经济,但速度慢,劳动强度高,遇不良地层(如流沙)时处理相当困难。另外,桩径较小时人工作业面困难。
2.2注浆加固技术注浆加固技术是用液压或气压把能凝固的浆液注入物体的裂缝或孔隙,以改变注浆对象的物理力学性质,从而满足各类土木建筑工程的需要;注浆加固技术的成败与工程问题、地质问题、注浆材料和压浆技术等直接相关,如果忽略其中的任何一个环节,都可能造成注浆工程的失败。工程问题、地质特征是灌浆取得成功的前提,注浆材料和压浆技术是注浆加固技术的关键。
2.3加筋边坡和加筋挡土墙技术加筋土是一种在土中加入加筋材料而形成的复合土。在土中加入加筋材料可以提高土的强度,增强土体的稳定性。因此,凡在土中加入加筋材料而使整个土工系统的力学性能得到改善和提高的土工加固方法均称为土工加筋技术,形成的结构亦称为加筋土结构。和传统支挡结构相比,加筋边坡和加筋挡土墙的特点有:结构新颖、造型美观、技术简单、施工方便、要求较低、节省材料、施工速度快、工期短、造价低廉、效益明显、适应性强、应用广泛等。由于加筋边坡和加筋挡土墙的这些优点,目前其已从公路路堤、路肩发展到应用于其他各种支挡结构和边坡防护。目前已用于处理公路边坡、市政建设、护岸工程、铁道工程路基边坡、工民建配套的支挡及边坡工程、防洪堤、林区工程、工业尾矿坝、渣场、料场、货场等;甚至还用于危险品或危险建筑的围堰设施等。
2.4锚固技术岩土锚固技术是把一种受拉杆件埋入地层中,以提高岩土自身的强度和自稳能力的一门工程技术。由于这种技术大大减轻结构物的自重,节约了工程材料并确保工程的安全和稳定,具有显著的社会效益和经济效益,因而目前在工程中得到极其广泛的应用。锚杆在边坡加固中通常与其他只当结构联合使用,例如以下几种情况:①锚杆与钢筋混凝土桩联合使用,构成钢筋混凝土排桩式锚杆挡墙。排桩可以是钻孔桩、挖孔桩或预置桩;锚杆可以是预应力或非预应力锚杆,预应力锚杆材料多采用钢绞线(预应力锚索)、四级精轧螺纹钢(预应力锚杆)。锚杆的数量根据边坡的高度及推力荷载可采用桩顶单锚点作法和桩身多锚点作法。②锚杆与钢筋混凝土格架联合使用形成钢筋混凝土格架式锚杆挡墙。锚杆锚点设在格架节点上,锚杆可以是预应力锚杆(索)或非预应力锚杆(索)。这种支挡结构主要用于高陡岩石边坡或直立岩石切坡,以阻止岩石边坡因卸荷而失稳。③锚杆与钢筋混凝土板肋联合使用形成钢筋混凝土板肋式锚杆挡墙,这种结构主要用于直立开挖的Ⅲ,Ⅳ类岩石边坡或土质边坡支护,一般采用自上而下的逆作法施工。④锚杆与钢筋混凝土板肋、锚定板联合使用形成锚定板挡墙。这种结构主要用于填方形成的直立土质边坡。
2.5预应力锚索加固技术用高强度、低松驰型钢绞线预应力锚索对滑坡体或崩落体施加一定的预应力,提高它们的刚度,使预应力锚索作用范围的岩石相应挤压,滑动面或岩石裂隙面上摩擦力增大,加强它们的自承能力,可有效地限制岩体的部份变形和位移。
2.6排水工程的设计地表排水工程的设计要求:①填平坑洼、夯实裂缝。坡面产生坑洼和裂缝,往往是滑坡的先兆,也是导致严重滑坡的主要原因。大气降雨、地表水就会汇集在坑洼处或沿着裂缝渗入土层,使土的抗剪强度降低,造成坡体滑动。因此,对坑洼和裂缝应仔细查找,认真夯填。②合理确定截水沟的平面位置。截水沟的平面布置,应尽量顺直,并垂直于径流方向。如遇到山坡有凹地或小沟时,应将凹地填平或与外侧挡土墙相连,内侧与水沟联结,避免水沟内的水流越出或渗入截水沟沟底,导致水沟破坏。应该结合边坡的区域地貌、地形特点,充分利用自然沟谷,在边坡体内外修筑截水沟、平台截水沟、集水沟、排水沟、边沟、急流槽等,形成树杈状、网状排水系统,以迅速引走坡面雨水。
3结语
论文对常用边坡工程的处治措施进行了初步探讨,指出了常用边坡工程处治措施的适用性,然而随着工程建设规模的不断增大,边坡高度增高,复杂性增大,对边坡处治技术的要求也越来越高。可以预见,随着科学技术的发展,边坡处治技术将得到进一步的发展,并逐步趋于完善。
参考文献:
[1]彭小云,张婷,秦龙.高陡边坡稳定性的影响因素分析[J].高陡边坡稳定性的影响因素分析.2002.
[2]赵明阶,何光春等.边坡工程处治技术[M].北京:人民交通出版社.2003.
[3]郭长庆,梁勇旗等.公路边坡处治技术.北京:中国建筑出版社.2007.5.
关键词:高边坡抗滑结构锚固减载排水治理水利水电工程
边坡稳定问题是水利水利和水电工程中经常遇到的问题。边坡的稳定性直接决定着工程修建的可行性,影响着工程的建设投资和安全运行。
我国曾有几十个水利水电工程在施工施工中发生过边坡失稳问题,如天生桥二级水电站厂区高边坡、漫湾水电站左岸坝肩高边坡、安康水电站坝区两岸高边坡、龙羊峡水电站下游虎山坡边坡等等。为治理这些边坡不但耗去了大量的资金,还拖延了工期,成为我国水利水电工程施工中一个比较严峻的问题,有的边坡工程甚至已经成为制约工程进度和成败的关键。我国正在建设和即将建设的一批大型骨干水电站,如三峡、龙滩、李家峡、小湾、拉西瓦、锦屏等工程都存在着严重的高边坡稳定问题。其中三峡工程库区中存在10几处近亿立方米的滑坡体,拉西瓦水电站下游左岸存在着高达700m的巨型潜在不稳定山体,龙滩水电站左岸存在总方量1000万m3倾倒蠕变体等。这些工程的规模和所包含的技术难度都是空前的。因此,加快水利水电边坡工程的科研步伐,开发出一套现代化的边坡工程勘测、设计、施工、监测技术,已经成为水利水电科研攻关的重大课题。
高边坡的地质构造往往比较复杂,影响滑坡的因素也很多,因此,我国广大水电科技人员在与滑坡灾害作斗争的过程中,不断总结经验教训,积极开展科技攻关,总结出了一整套水电高边坡工程勘测、设计和施工新技术,成功地治理了天生桥二级、漫湾、李家峡、三峡、小浪底等工程的高边坡问题。本文仅就水利水电工程岩质高边坡的加固与整治措施作一简要介绍。
一、混凝土抗滑结构结构的应用
1.1混凝土抗滑桩
我国在50年代曾在少量工程中试用混凝土抗滑桩技术。从60年代开始,该项技术得到了推广,并从理论上得到了完善和提高。到80年代,高边坡中的抗滑桩应用技术已达到了一定的水平。
抗滑桩由于能有效而经济地治理滑坡,尤其是滑动面倾角较缓时,其效果更好,因此在边坡治理工程中得到了广泛采用。如:天生桥二级水电站于1986年10月确定厂房下山包坝址后,11月开始在厂房西坡进行大规模的开挖,加上开挖爆破和施工生活用水的影响,诱发了面积约4万m2、厚度约25~40m、总滑动量约140万m3的大型滑坡体。初期滑动速度平均每日2mm,到次年2月底每日位移达9mm。如继续开挖而不采取任何工程处理措施,预计雨季到来时将会发生大规模的滑坡,为此,采取了抗滑桩等一整套治理措施。
抗滑桩分成两排布置在厂房滑坡体上,在584m高程上设置1排,在597m高程平台上设置1排,桩中心距6m,桩深为25~39m,其中心深入基岩的锚固深度为总深度的1/4,断面尺寸为3m×4m,设置15kg/m轻型钢轨作为受力筋,回填200号混凝土,每根抗滑桩的抗剪强度为12840kN,17根全部建成后,可以承受滑坡体总滑动推力218280kN。
第一批抗滑桩从1987年3月上旬开工,5月下旬开始浇筑,6月1日结束。第二批抗滑桩施工是在1987~1988年枯水期内完成的。
抗滑桩开挖深度达3~4m后,在井壁喷30~40cm厚的混凝土。对岩体较好的井壁采用打锚杆、喷锚挂网的方法进行支护,喷混凝土厚度10~15cm。对局部塌方部位增设钢支撑。抗滑桩开挖到设计要求深度后,进行钢筋绑扎和钢轨吊装。
混凝土浇筑采用水下混凝土的配合比,由拌和楼拌和,混凝土罐车运输直接入仓,每小时浇筑厚度控制在1.5m内,特别是在滑动面上下4m部位,还需下井进行机械振捣。在浇到离井口5~7m时,要求分层振捣。每个井口设两个溜斗,溜管长度为10~14m,管径25cm。
抗滑桩的建成,对桩后坡体起到了有效的阻滑作用。
天生桥二级水电站厂房高边坡采用打抗滑桩、减载、预应力锚杆、锚索、排水、护坡等综合治理措施后,坡体的监测成果表明:下山包滑坡体一直处于稳定状态,而且有一定的安全储备。
安康水电站坝址区两岸边坡属于稳定性极差的易滑地层,由于对两岸进行了大规模的开挖施工,所形成的开挖边坡最大高度达200余m,单坡段一般高度在30~40m。大量的开挖造成边坡岩体的应力释放,断面暴露,再加上雨水的侵入,破坏了边坡的稳定,致使边坡开挖过程中发生十几处大小不等的工程滑坡,严重地影响了工程的施工,成为电站建设中的重大技术难题。
采用抗滑桩是稳定安康溢洪道边坡的主要手段,在263m高程平台上共设置了9根直径1m的钢筋混凝土抗滑桩,每根桩都贯穿几个棱体,最深的达35m,桩顶嵌入溢洪道渠底板内。为了不干扰平台外侧基坑的施工,桩身用大孔径钻机钻成,孔壁完整,进度较快,两个月就全部完成。这9根抗滑桩按两种工作状态考虑:在溢洪道未形成时,抗滑桩按弹性基础上的悬臂梁考虑,不考虑桩外侧滑面上部岩体的抗力;在溢洪道建成后抗滑桩桩顶嵌入溢洪道底板,此时按滑坡的下滑力考虑。
抗滑桩混凝土标号为R28250号,钢筋为φ40Ⅱ级钢。抗滑桩于1982年1月施工,3月完成后,基坑继续下挖,边坡上各棱体的基脚相继暴露。同年11月,在Fb75与F22断层构成的棱体下面坡根爆破开挖后,发现在263m高程平台上沿Fb75、F22断层及7号抗滑桩外侧近南北向出现小裂缝,且裂缝不断扩大,21天后7号抗滑桩外侧的Fb75~F22棱体下滑,依靠7号抗滑桩的支挡,桩内侧山体得以保存。
1.2混凝土沉井
沉井是一种混凝土框架结构,施工中一般可分成数节进行。在滑坡工程中既起抗滑桩的作用,有时也具备挡土墙的作用。
天生桥二级水电站首部枢纽左坝肩下游边坡,在二期工程坝基开挖浇筑过程中,曾于1986年6月和1988年2月两次出现沿覆盖层和部分岩基的顺层滑动。滑坡体长80m,宽45m,高差35m,最大深度9m,方量约2万m3。
为了避免1988年汛后左导墙和护坦基础开挖过程中滑体再度复活,确保基坑的安全施工,对左岸边坡的整体进行稳定分析后,决定在坡脚实施沉井抗滑为主和坡面保护、排水为辅的综合治理措施。
沉井结构设计根据沉井的受力状态、基坑的施工条件和沉井的场地布置等因素决定,沉井结构平面呈“田”字形,井壁和横隔墙的厚度主要由满足下沉重量而定。井壁上部厚80cm,下部厚90cm;横隔墙厚度为50cm,隔墙底高于刃脚踏面1.5m,便于操作人员在井底自由通行。沉井深11m,分成4、3、4m高的3节。
沉井施工包括平整场地、沉井制作、沉井下沉、填心4个阶段。
下沉采用人工开挖方式,由人力除渣,简易设备运输,下沉过程中需控制防偏问题,做到及时纠正。合理的开挖顺序是:先开挖中间,后开挖四边;先开挖短边,后开挖长边。沉井就位后清洗基面,设置φ25锚杆(锚杆间距为2m,深3.5m),再浇筑150号混凝土封底,最后用100号毛石混凝土填心。
沉井工程建成至今,已经受了多年的运行考验。目前,首部边坡是稳定的,沉井在边坡稳定中的作用是明显的。
1.3混凝土框架和喷混凝土护坡
混凝土框架对滑坡体表层坡体起保护作用并增强坡体的整体性,防止地表水渗入和坡体的风化。框架护坡具有结构物轻,材料用量省,施工方便,适用面广,便于排水,以及可与其他措施结合使用的特点。
天生桥二级水电站下山包滑坡治理采用混凝土护面框架,框架分两种型式。滑面附近框架,其节点设长锚杆穿过滑面,为一设置在弹性基础上节点受集中力的框架系统;距滑面较远的坡面框架,节点设短锚杆,与强风化坡面在一定范围内形成整体。
下山包滑坡北段强风化坡面框架采用50×50cm、节点中心2m的方形框架,节点处设置两种类型锚杆:在550~560m高程间坡面,滑面以上节点垂直于坡面设置φ36及φ32、长12m砂浆锚杆,在565~580m高程间坡面则设垂直于坡面的φ28、长6m的砂浆锚杆,相应地框架配筋为8φ20和4φ20。框架要求在坡面挖30cm深,50cm宽的槽,部分嵌入坡面内,表层填土并掺入耕植上,形成草本植被的永久护坡。
在岩性较好的部位可采用锚杆和喷混凝土保护坡面。
1.4混凝土挡墙
混凝土挡墙是治坡工程中最常用的一种方法,它能有效地从局部改变滑坡体的受力平衡,阻止滑坡体变形的延展。
在1986年6月,天生桥二级水电站工程下山包厂址未定之前,由于连降大雨(其降雨量达91.2mm),550m高程夹泥层上面的岩体滑动10余cm,584m高程平台上出现3条裂缝,其中最长一条55m长,2.2cm宽,下错2cm。为此采取了在550m高程浇筑50余m长的混凝土挡墙和打锚杆等措施。
天生桥二级水电站厂房高边坡坡顶设置了混凝土挡土墙,以防止古滑坡体的复活,部分坡面采用浆砌块石护面加固,坡脚680m高程设置混凝土防护墙。
在漫湾水电站边坡工程中也采取了浇混凝土挡墙及浆砌石挡墙、混凝土防掏槽等措施,综合治理边坡工程。
1.5锚固洞
在漫湾水电站边坡工程中,采用各种不同断面的锚固洞64个,形成较大的抗剪力。在左岸边坡滑坡以前,已完成2m×2m断面小锚固洞18个,每个洞可承受剪力9000kN。此外,还利用地质探洞回填等增加一部分剪力。由于锚固洞具有一定的倾斜度,防止了混凝土与洞壁结合不实的可能性,同时采取洞桩组合结构的受力条件远较传统悬臂结构合理,可望提供较大的抗力。
二、锚固技术的应用
采用预应力锚索进行边坡加固,具有不破坏岩体,施工灵活,速度快,干扰小,受力可靠,且为主动受力等优点,加上坡面岩体抗压强度高,因此,在天生桥二级、漫湾、铜街子、三峡、李家峡等工程的边坡治理中都得到大量应用。
在漫湾水电站边坡工程中,采用了1000kN级锚索1371根、1600kN级锚索20根、3000kN级锚索859根、6000kN级锚索21根,均为胶结式内锚头的预应力锚索,采取后张法施工。预应力锚索由锚索体、内锚头、外锚头三部分组成。内锚头用纯水泥浆或砂浆作胶结材料,其长度1000kN级为5~6m,3000kN级为8~10m,6000kN级为10~13m;外锚头为钢筋混凝土结构,与基岩接触面的压应力控制在2.0MPa以内。
为提高锚索受力的均匀性,漫湾工程施工单位设计了一种小型千斤顶,采用“分组单根张拉”的方法,如3000kN锚索19根钢绞线,每组拉3根,7次张拉完;6000kN锚索37根,10次张拉完,既简化操作程序,又提高锚索受力均匀性。锚索在补偿张拉时可以用大千斤顶整体张拉(如3000kN锚索),也可继续用分组单根张拉方法(如6000kN锚索),都不会影响锚索受力的均匀性。
在小浪底工程中大规模采用的无粘结锚索具有明显的优点,其大部分钢绞线都得到防腐油剂和护套的双重保护,并且可以重复张拉。由于在施工时内锚头和钢铰线周围的水泥浆材是一次灌入的,浆材凝固后再张拉,因此减少了一道工序,提高了工效,但其价格相对较高。
在高边坡施工过程中为保证开挖与锚固同步施工,必须缩短锚索施工时间,及早对岩体施加预应力,以达到加快工程进度,确保边坡稳定的目的。为此,结合八五科技攻关,在李家峡水电站高边坡开挖过程中,成功将1000kN级预应力锚索快速锚固技术应用于工程中。室内和现场试验表明,采用N-1注浆体和Y-1型混凝土配合比可以满足1000kN级预应力锚索各项设计技术指标,而施加预应力的时间由常规的14~28d缩短到3~5d。该项成果对及时加固高边坡蠕变和松弛的岩体具有重要的现实意义,充分体现了“快速、经济、安全”的原则。
三峡永久船闸主体段高边坡工程规模之大、技术难度之高均为国内外边坡工程所罕见,其加固过程中,采取了喷混凝土、挂网锚杆、系统锚杆、打排水孔、设置排水洞、采用3000kN级预应力锚索等综合治理措施,其中,3000kN对穿锚束1924束,在国内尚属首例。系统设计3000kN级预应力对穿锚束1229束,孔深22.1~56.4m,主要分布在南北坡直立墙和中隔墩闸首及上下相邻段。南北坡直立墙布置两排,水平排距10~20m,孔距3~5m,第一排距墙顶8~10m,第二排距底板高20m左右,均于两侧山体排水洞对穿。中隔墩闸首布置3排,排距10m,孔距3.5~6.4m,第一排距墙顶10m。此外,动态设计3000kN级预应力对穿锚束695束,孔深16~66m,主要布置在中隔墩闸室和竖井部位。对穿锚束分为无粘结和有粘结两种型式,其结构主要由锚束束体和内外锚头组成。由于锚索采取对拉锚索的形式,将内锚头放在山体内的排水廊道中,因此,内锚头不再是灌浆锚固端,而是置于廊道内的墩头锚或双向施加张拉的预应力锚。这类加固方式将排水和锚固结合起来,减少了约占锚索长度1/3~1/4的内锚固段,是一种理想的加固形式。
预应力锚杆也是常见的一种加固形式,如天生桥二级水电站厂房高边坡工程中实施了减载、排水、抗滑桩等技术后,滑坡位移速度虽有明显减小,可未能完全停止。为了确保雨季在滑坡体前方的施工安全,稳定抗滑桩到滑坡体前缘的约20~40m长,10余万m3的滑坡体,决定在565m高程马道上设置300kN预应力锚杆。锚杆分两排,孔距2m、孔径90mm,孔与水平成60°夹角,用36的钢筋,共实施了152根预应力锚杆,保证了工程的安全。
三、减载、排水等措施的应用
3.1减载、压坡
在有条件的情况下,减载压坡应是优先考虑的加固措施。如天生桥二级水电站厂房高边坡稳定分析结果表明,滑坡体后缘受倾向SE的陡倾岩层影响,将向S(24°~71°)E方向滑动。该方向与滑坡前缘滑移方向有近20°~60°的夹角,将部分下滑力传至滑坡体前缘及治坡建筑物上,对滑坡整体的稳定不利,因此能有效控制后坡滑移也就能减缓整体滑坡。
在滑坡体后缘覆盖层最厚的部位,在保证施工道路布置的前提下,尽量在后缘减载。第一次减载14万余m3,至610m高程,第一次减载后,滑动速度明显降低。紧接着再减载12万余m3,至600m高程。两次减载共26万余m3,滑坡抗滑稳定安全系数提高约10%。
乌江渡水电站库区左岸岸坡距大坝约400m,有一石灰岩高悬陡坡构成的小黄崖不稳定岩体。滑坡下部软弱的页岩被库水淹没,地表上部见有多条陡倾角孔缝状张开裂隙,最大的水平延伸长度达200m,纵深切割190m。4年多的变形观测结果表明,裂隙顶部最大累计沉陷量达171.1mm,最大累计水平位移量达56.0mm,估计可能滑动的体积约50~100万m3。为保证大坝的安全,对小黄崖不稳定岩体先后进行了两次有控制的洞室大爆破,共爆破石方20.8万m3。从处理后的变形资料可以看出,已达到了削头、压脚、提高岩体稳定性的目的。
3.2排水、截水
地表水渗入滑坡体内,既增加滑坡体的重量,增加滑动力,又降低了滑动面上岩层的内摩擦力,对滑坡体的稳定是不利的。对于滑坡体以外的山坡上的地表水,采取层层修建拦水沟、排水沟的方法排水。在坡体范围内的地表水,对开裂的地方用黄土封堵,低洼积水地方用废碴填平,顺地表水集中的地方设排水沟排走地表水。如天生桥二级水电站厂房边坡工程治理中总共修建拦水沟、排水沟近10km。地下水的排除采取在滑坡体的后缘开挖总长384m的两条排水洞(距滑动面以下5~10m),并相联通,形成一个∪形环,在排水洞内再设排水孔,把滑动体内地下水引入排水洞。
一、土木工程中的边坡支护技术
土木工程中的边坡支护技术比较多,例举比较常见的边坡支护技术。如:《”锚杆支护,其在边坡支护中较为常见,利用水泥土墙做为辅助支护,有利于边坡的侧向稳定,锚杆支护在土木工程中,适用于高度低于6米的基坑,提供足够的支护力;(2)开槽施工,先根据边坡支护的情况,在基坑周围开挖内槽,利用内部支撑的方式,形成边坡的挡体,支挡土木工程边坡内的土体结构,由此保障边坡的稳定度;(3)土钉支护,此类边坡支护方式的稳定性较高,但是其对土木工程的环境有要求,只能适用在特性土质内,而且土质内的水位不能太高,在边坡基坑低于12米的工程内较为常见;(4)逆作拱墙,结合土木工程基坑的实际情况,设计拱墙支护,通过拱墙提供支护的能力,一般边坡支护中的逆作拱墙分为全封和局部两种,需根据边坡支护的需求确定拱墙类型。
二、土木工程中边坡支护技术的应用
土木工程中边坡支护技术的应用主要分为三项,支撑土木工程的边坡施工,对其做如下分析:
1、边坡支护方案
根据土木工程的需求,制定边坡支护的方案,保障其在土木工程中的顺利施工。以某土木工程为例,分析边坡支护技术的方案川。第一该工程采取土钉支护的方式,根据方案要求,在土钉支护的过程中,要保障支护的强度达到工程标准,方案中规定了土钉的深度,要求施工人员严格按照深度执行支护;第二标记成孔的位置和编号,便于边坡支护时识别;第三设计拉拔试验,检查土钉打入的效果,此部分需交由第三方完成,确保土钉具备充足的强度;第四规定注桨的比例,规范外加剂的用量,该工程方案中规定采用重力灌注的情况,适当情况下可以采取补桨处理。
2、基坑开挖
基坑开挖是土木工程边坡支护的重要环节,因为基坑开挖的过程中,导致土层或地质结构出现破坏,增加开挖的难度,尤其是在开挖后期,很容易出现变形、位移,所以基坑开挖中需要遵循分区原则,确保分区基坑平衡开挖后,才能进行下一分区的基坑作业izl。例如:某土木工程在基坑开挖中,开槽后立即进行支撑,支撑完成后紧接着进行开挖,而且还要遵循分区的原则,避免超过基坑原本的设计量,该工程基坑开挖到距离支护边坡约8米的时候,进行分段开挖,以25米为分段的标准,为提高基坑开挖的速度,该工程在分段基坑内选择了跳挖的方式。
3、地质监测
地质监测应用在边坡支护的整个过程中,主要是排除土木工程施工中的地质影响,保障土地工程处于稳定的状态,以免发生变形。边坡支护中的地质监测,稳定土木工程的施工环境,规避地质环境引发的风险,尤其是基坑施工部分,更是要强化地质监测,根据地质监测的数据,安排边坡支护的施工。边坡支护施工技术中的地质监测,起到良好的监控作用,施工人员观察测点的地质变化,对施工方案提出改进意见,以此来提升边坡支护的水平,促使其更加适应土木工程的环境。地质监测中能够约束边坡支护技术的应用,及时发现土木工程地质条件的临界值,准确控制边坡支护,以免土木工程的边坡结构受到地质影响。
三、土木工程中边坡支护技术的质量控制
1.1岩土工程的不确定性
由于长期地质作用的影响,使得岩土层的结构本身具备高度的不均匀性、不稳定性和各向异性,属于物理学中的非线性问题,这些都导致岩土工程的施工存在较大的不确定性。例如,实验室给出的岩土判断标准没有统一的、规范的知识判定体系,在加上岩土在不同受力作用下的呈现形式不同,这就导致施工人员所知的岩土评估标准同施工现场的岩土情况有着较大的区别从而造成施工过程中不确定性。
1.2影响边坡岩土工程不确定性的因素
目前,在边坡岩土工程施工中,影响工程不确定性的因素主要包括三个方面,具体表现为:
(1)人为方面。
通常情况下,建设单位在开工前,需要先进行多个施工方案的设计,而后选择其中最为合适的一个进行施工。而在决策过程中,决策人员的思维方式、知识水平、专业素养、职业道德以及价值观、工作经验等因素,都会对方案选择造成极大的影响。尤其是在平衡方案的力学质量和经济价值方面,容易选择出截然不同的方案,造成岩土工程施工的不确定性。
(2)参数方面。
在边坡岩土工程中,岩土参数是工程施工的主要力学指标,但由于岩土层受到时间和空间等客观因素的影响,容易出现时间变异性和空间变异性,使得不同阶段、不同区域中参数的差异性,造成勘察结果同实际施工时参数的不统一,从而影响到岩土工程的实际施工进度和质量。例如,在进行岩土勘察时,由于土样保存方式、时间等的影响,使得岩土体出现空间变异性,虽然大部分勘察人员在最后编制报告结果时会利用相应的统计方法将岩土离散性和空间变异性的影响降低到最小,但得出的岩土参数仍然只能算理论参考值,而不是一个准确的数据。
(3)模型方面。
在进行边坡岩土工程的前期评价分析时,会构建多个模型进行施工场地岩土体的模拟,以便设计人员了解和掌握实际岩土体的相关特征。而后模型的不唯一性,也导致不同模型之间存在程度不一的差异性,导致对岩土工程的分析和设计也随之出现诸多的不确定性,影响到实际的施工质量和安全。
2边坡岩土工程不确定性的解决对策
针对当前边坡岩土工程中存在的不确定性问题,在今后的设计施工中,建设单位可以通过采取以下几个方面的措施尽可能的消除岩土不确定性对施工造成的影响。具体措施包括:
2.1优化经验设计质量
在边坡岩土工程的设计过程中,设计人员的实践经验具有较为重要的影响作用,这主要是因为岩土工程当中的许多因素不能通过当前的科技设备进行明确、充分的分析和确定,只能通过设计人员的经验根据勘察结果进行较为客观的判断和预测。因此,在实际边坡岩土工程的设计过程中,必须要重视设计人员的经验作用,并组织多名实践经验丰富的设计人员共同完成施工设计,通过人员间的相互协作、相互补充加强经验设计方案的质量优化,从而尽量消除人为造成的设计不确定性。
2.2选择恰当的计算方法进行模型构建
边坡岩土工程的模型构建在性能、结构等方面的要求复杂,涉及领域较多,因此,在进行实际构建时必须加强对数值计算方法的合理选择,充分分析和考虑不同计算方法的优缺点,结合岩土模型的实际需要,决定单用或联用这些计算方法,从而最大限度降低因计算方法造成的参数不确定性。目前,在边坡岩土模式构建过程中,常用的数值计算方法包括有:通用条分法、有限差分法、有限单元法、离散元法、边界元法、极限分析法、流形元法、半解析法、滑移线法、非连续变形分析法以及拉格朗日元法等。
2.3提高安全系数设计
安全系数一直都是边坡岩土工程设计中的重要指标之一,也是对岩土参数以及模型计算造成的不确定性问题的有效处理对策之一。但由于受到数据统计、技术水平、人员水平以及实际环境等方面的限制,导致在实际施工操作中会出现一定的安全偏差。因此,设计人员在进行边坡岩土工程设计时,必须要充分、全面的汇总和统计相应的资料信息,并对施工过程中可能遇到了的安全情况进行充分、综合的考虑,从而有效提高安全设计的质量和水平。
2.4加强动态设计施工
由于岩土体受时间变异性和空间变异性的影响,在性质、结构、受力等方面均是一个随时变化的状态,因此,在进行模型构建和实际施工时,可以采用当前新兴起的动态设计施工方法,提高边坡岩土工程在设计、施工过程中的弹性,并预留出足够的空间以方便实时修改,增强工程设计施工过程中的应变能力以及对突发状况的处理能力,在施工过程中根据实际岩土体状态随时调整施工设计方案,从而将施工现场与设计图纸完美结合,增强施工设计的实效性和可行性。同时,建设单位还必须加强对施工现场的监督管理,制定明确、规范的动态施工标准和制度要求,以防止出现对设计图纸随意更改的问题。
2.5加强先进科技的运用
在边坡岩土工程的设计施工过程中,建设单位要加大对其的科技投入,积极引进行业内先进的设备和技术,不断提高在岩土勘察、设计、施工等阶段的科学性、准确度和安全性,强化数字化、信息化、智能化等计算机技术在边坡岩土工程中的运用,从而尽量消除边坡岩土工程中不确定性问题的影响因素,提高岩土工程设计施工的安全性和可靠性。
3结语
1.1混凝土抗滑结构的应用
1.1.1混凝土抗滑桩
所谓的抗滑桩就是指穿过滑坡体并且深入到稳定土层或者是岩层的一种柱形构件,其作用是支挡滑体的滑动力,其设置的位置一般为滑坡的前端附近,这样可以稳定边坡,将其使用在正在活动的浅层以及中层的滑坡可以发挥出较好的效果。为了使得抗滑桩防止滑坡的效果更加有效,在进行设置时应该把抗滑桩身长的三分之一至四分之一埋在滑坡面下面的完整基岩或者是稳定的土层之中,并且使用灌浆的方法使得桩以及其周围的岩土体成为一个整体,并且将其设置在滑体的前端,使其可以承受较大的压力。
1.1.2混凝土沉井
所谓的沉井就是指混凝土的一种框架结构,在其施工中一般可以分为几节来进行,而其结构的设计是依照沉井的场地布置以及受力的状态还有基坑的施工条件等多种因素共同决定的。在高边坡的工程施工中,沉井不仅具有抗滑桩的作用还具有挡土墙的作用。沉井施工包含有很多方面,如:平整场地、沉井制作以及沉井下沉和封底等,在这之中沉井施工的难点就是沉井下沉以及封底。作为沉井施工中的关键工序的沉井下沉,其质量的好坏将对工程的质量以及进度起着直接的影响,在进行沉井下沉时,应该尽可能的将土体作用在沉井外壁的摩擦阻力减少;并且应该在混凝土的强度达到百分之百是才可以开始进行挖土下沉工作;在进行下沉的过程中还需要对防偏问题进行控制,并且将及时纠偏的措施给做好。
1.1.3混凝土挡墙
混凝土挡墙是一种能够有效地防止滑坡的常用方法,其主要是凭借自身的重量来支撑滑体的下滑力,它可以与排水等一系列措施联合起来使用。它可以有效地将滑体的受力平衡从局部来进行改变,从而在一定程度上阻止滑坡体的变形延展,其具有很多的优点,诸如:结构简单、可以快速的起到稳定滑坡的作用等等。在对混凝土挡墙进行设计时,应该依照最低滑动面的形状以及位置来对挡墙基础的砌置深度进行设计,并且还要在墙后面设置相应的排水孔,使其不仅可以在挡墙上的静水压力上起到消弱的作用,还可以将墙后因积水对基础进行侵泡而导致的挡墙滑移给有效地防止。
1.2锚固技术的应用
所谓的锚固技术就是指把一种受拉杆件的一端在边坡或者地基的岩层或者是土层中固定下来,在这里受拉杆件的固定端就叫做锚固端或者是锚固段,而与工程建筑物相联结的一端,能够承受土压力、水压力以及风力对建筑物所施加的推力,使用地层的锚固里将建筑物的稳定得以维持。按其结构形式可以将锚固分为4类,这4类分别是:抗滑桩、锚洞以及喷锚支护还有预应力锚固。
1.2.1锚固洞
对锚固洞进行加固处理是对边坡的稳定进行治理的一种较为有效地措施。在进行锚固洞加固的过程之中,应该遵循一定的原则,这些原则就是:由内向外、由上到下以及循序渐进和逐层加固等等,在同一高度的结构面的锚固洞应该跳洞来进行相应的开挖施工,从而使得不利结构面上已经有的抗滑力避免得到削弱,进而对边坡的稳定造成影响。
1.2.2喷混凝土护坡
喷混凝土护坡是一种新型的混凝土施工工艺,其具有很多的优点,诸如:生产效率高、施工速度快以及可以把混凝土的运输以及浇注和捣固这三个过程结合到一起等等。因为其形成依靠一定的冲击速度,所以将其作为临时的支撑比木结构具有强度高的优点,比钢结构具有经济的优点。而将其作为永久支护时,它较之于现浇混凝土衬砌的早期其强度更高。将其与锚杆的使用相配合,能够将洞室的开挖量减少,将衬砌的厚度减薄,还可以节约水泥的用量。尤其是在进行喷混凝土施工的时候,可以不使用模板,不设立拱架,这样就可以在一定程度上将洞内的有效空间给加大,对其进行施工的时间可以紧跟开挖面来进行喷射,从而将岩石暴露风化的时间减少,对围岩的变形进行及时的控制。
1.2.3预应力锚固
所谓的预应力锚索加固就是指通过锚固在坡体的深部对岩石上的锚索进行稳定,并且把力传递到混凝土的框架上,再由框架施加一个预应力给不稳定的坡体,挤压不稳定松散的岩体,大大提高岩体将的正压力以及摩擦阻力,从而将抗滑力给加大,使得不稳定的液体发育受到一定的限制,从而达到加固边坡以及稳定坡体的效果。
1.3减载、排水等措施的应用
1.3.1减栽反压
在高边坡的加固与治理中减载反压的应用较为广泛。减载的主要目的就是将坡体的下滑力降低,但又时候仅仅减载并不能够将阻滑的作用充分发挥出来,最好是将其余反压措施结合起来,这样不仅可以将其下滑力降低,还可以将其抗滑力增加,这个措施在上陡下缓的滑坡上其效果更佳。
1.3.2表里排水
这里的水包括地表水以及地下水。排除地表水主要是对流入边坡的地表水流利用拦截以及修沟等方法进行排除,以减少地表水降低滑动力,增强高边坡的抗滑力以及稳定性。而排除地下水的方法依照地下水的深浅分为两种,分别为:浅层以及深层地下水排水工程。将地下水个排除掉,可以最大程度的将边坡岩体的地下水位降低,将深水压力减小,使边坡的稳定条件得到改善,从而将边坡的稳定性不断地提高。
2结束语
【关键词】堆积体;边坡;稳定性分析;研究现状
0.引言
我国是一个地质灾害十分频繁的国家,尤其是我国西南地区,不仅地质灾害数量多,而且灾种全。其中崩塌、滑坡、泥石流等浅层表生地质灾害异常突出,分布有大量的由滑坡堆积、崩塌堆积、残积层、冰溃堆积、坡积物等组成的松散堆积体斜坡[1]。与此同时,西南地区一系列大型乃至巨型正在建设或规划中的水电站相继开工建设,在复杂地质环境和大规模工程活动、水库蓄水及暴雨等复杂条件下,可能会有大量的水库库岸堆积体边坡发生变形甚至失稳破坏。
水库库岸堆积体边坡失稳的代价是巨大的。斜坡或边坡作为一种人类不可回避的地学环境与工程形式,总是伴随着人类的工程活动,人类为了安全始终关注着边坡的稳定性。一百多年来,人们对边坡变形过程、失稳形式、失稳机制、稳定评价及滑坡预测预报等进行了广泛的研究,借助数学、力学和计算科学理论与方法,试图对边坡的稳定、演化及滑坡的预测预报进行研究,并应用到工程实践中。
1.土坡稳定性分析理论研究现状
1.1边坡稳定性分析现状
边坡失稳作为普遍存在的工程问题受到国内外学者的重视。对此课题的研究,国内外都经历了从实践积累到理论归纳,再实践,再归纳,并逐步总结提高的过程。十九世纪末二十世纪初,随着发达国家的大规模土木工程建设,大量边坡工程问题、特别是滑坡问题随之产生,并造成了很大损失,人们开始应用材料力学和近代土力学的理论对边坡问题进行半经验、半理论的研究。上世纪五十年代,我国学者引进了前苏联的工程地质分析的体系,继承和发展了地质历史分析法,着重研究边坡的工程地质背景和边坡类型的划分,以此进行边坡的工程地质类比分析,在滑坡的分析和研究中取得了一定的成果。
1.2边坡稳定研究方法现状
研究边坡稳定的方法主要有:“地质历史分析”方法、极限平衡法、概率分析法、极限分析法、数值计算分析方法、物理模拟法、非线性方法等。现将主要边坡稳定性评价方法列述如下:
(1)“地质历史分析”方法:五十年代,我国许多工程地质工作者在滑坡研究中采用了苏联的“地质历史分析”方法[4],但该方法偏重于定性描述和分析。
(2)极限平衡法:极限平衡法是一种定量方法,也是工程中使用最多、最成熟的方法,其理论基础为极限平衡理论。它通过分析在临界破坏状态下,土体外力与内部强度所提供的抗力之间的平衡计算土体在自身和外荷作用下的稳定程度。同时,根据假设不同而形成不同方法,具有不同的适用范围。
(3)极限分析法:岩土工程极限分析是典型的塑性极限分析问题。塑性极限分析对象包括塑性区Gussmnna.P提出了运动单元法,以莫尔一库仑岩土介质为研究对象,采用离散技术与现代数值手段,通过运动分析、静力分析和求多变量目标函数值的优化分析,有效地分析了地基极限承载、挡土墙极限土压力及斜坡稳定性问题。
(4)数值计算分析方法:数值计算方法上,随着计算机的普及和发展,出现了一批以弹性力学、结构力学为基础的数值计算方法:FDM(有限差分法)、FEM(有限单元法)、DEM(离散单元法)、DDA(不连续变形分析)、FLAC(快速拉格朗日插值)、NNM(流形元方法)等。
(5)非确定性分析方法:该方法的评价基础是工程地质类比法、滑坡静态规律的认识以及预测科学的一般原理。随着概率论、数理统计、信息理论、模糊数学等方法用于滑坡预测,目前已形成了多种预测模型。其预测成果可相互对比、检验,使预测成果更具合理性、科学性。目前常用的非确定性定量分析方法主要有以下几种[7]:①经验方法;②数理统计方法;③信息模型法;④模糊数学评判法;⑤灰色系统方法;⑥模式识别方法;⑦非线性模型预测法;⑧人工智能法。
其中,数值计算分析方法又可以分为如下几种:
①有限单元法(FEM):该方法是目前应用最广泛的数值分析方法。它能够考虑滑坡体的非均质性、不连续性等特征,考虑岩体的应力应变特征,避免将坡体视为刚体,能够切实地以应力、应变为变量分析边坡的变形破坏机制,对了解滑坡的应力分布、应变发展很有利。其不足之处是:数据准备工作量大,而且原始数据易出错,不能保证整个区域内某些物理量的连续性;对解决无限性问题、应力集中等问题精度较差。
②边界单元法(BEM):该方法只需对已知区域的边界进行极限离散化,具有输入数据少的特点。其计算精度较高,在处理无限域方面有明显的优势。其不足之处为:一般边界元法得到的线性方程组的关系矩阵是满的不对称矩阵,不能采用有限元中成熟的求解稀疏对称矩阵的解法。另外,边界元法在处理材料的非线性严重不均匀的滑坡问题方面,远不如有限元法。
③快速拉格朗日分析法(FLAC):为了克服有限元等数值分析法不能求解岩土大变形问题的缺陷,人们根据显式有限差分原理,提出了FLAC数值分析方法。该方法较有限元方法能更好地考虑岩土体的不连续性和大变形特征,求解速度较快。其缺点是同有限单元法一样,计算边界单元网格的划分带有很大的随意性。
④离散单元法(DEM):该方法可以直接反映岩体变化的应力场、位移场以及速度场等各个参量的变化,也可以模拟边坡失稳的全过程。另外,该方法特别适合块裂介质的大变形及破坏问题的分析,但所需计算时步非常小,阻尼系数也难以确定。
⑤块体理论(BT):该方法是以构造地质和简单的力学平衡计算为基础,利用拓朴学和群论提出的一种评价三维不连续岩体稳定性的方法。随着关键块体类型的确定,块体理论能够找出具有潜在危险的关键块体的临空面位置及分布。
除以上几种方法外,近几年还出现了如无界元(IDEM),不连续变形分析(DDA)等方法。此外,由于工程实践的需要,出现了多种数值方法的算法,使滑坡稳定分析数值方法化的趋势更加明显。但数值分析方法也存在着不足:由于地质条件的复杂性及认识的局限性,往往使计由于计算参数的选取是以某种简化为基础的,与实际存在一定误差,继而影响了计算结果的精度[5,6,7,8,9,10]。
1.3边坡参数选取研究现状
边坡的静力稳定研究中,计算采用参数的准确程度会对边坡稳定的评价结果产生重大的影响,因此,本节对边坡物理力学参数选取的研究现状进行论述。
当前国内外岩体力学参数选取研究的总趋势是有经验、半经验、精度较低的数值计算方法向考虑多种因素影响,计算过程复杂、精度较高代表性较强的数值中计算分析法发展。尤其是计算机的使用,使这一领域的研究加快。岩体力学参数选取常用的方法有点群中心法、优定斜率法、最小二乘法、随机一模糊法等。点群中心法由于人为因素影响过多,目前已不常采用,国内对于岩体力学参数的研究主要是从岩体力学参数本身所包含的随机性和模糊性出发,应用随机理论和模糊数学的方法,对试验所得的数据进行分析以获得更为逼近岩体力学实际参数的“真值”[11]。
1.3.1水库库岸堆积体边坡塌岸范围预测方法研究现状
水库蓄水运行过程中,库岸所处的地质环境将发生改变,自然平衡条件遭到破坏,引起岸坡变形失稳,库岸线也逐渐后退,直至达到新的平衡状态为止,这一过程称为库岸再造。库岸再造是一个十分复杂的动力地质过程,受岸坡物质组成、结构特征、形态及水流等多因素控制,塌岸过程复杂,尚无法精确地通过数学计算式来表达。
1.3.2地震作用下边坡稳定性分析研究现状
地震边坡稳定性研究是边坡稳定性研究的重要方面,是岩土工程和地震工程中关心的重要问题之一。刘红帅等认为,从地震作用下是否考虑边坡岩体参数的不确定性的观点来看,岩土边坡地震稳定分析方法可分为确定性方法和概率分析方法两大类;从边坡稳定性计算中对地震动作用的不同处理方式来看,岩土边坡地震稳定性分析方法宜分为拟静力法、滑块分析法、数值模拟法和试验法四大类[5,10,12-18]。
2.结束语
目前,我国的大部分已建、正在兴建和规划中的水利水电工程都在该地区。水利工程中库岸边坡的滑动范围和稳定性问题是大坝安全、社会效益和水利工程经济效益考虑的重要因素之一。同时,西南地区地壳活动频繁,地震震级高、强度大,大量库岸边坡都是重力崩塌堆积体。西南堆积体边坡,考虑地震作用下修正塌岸预测方法中图解法,并将其用于预测边坡滑动范围;与实际情况对比进行反分析,藉此评价堆积体边坡震后滑动范围图解法反分析在工程上的适用性。
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关键词:边坡,稳定,接近度
0.引言
关于边坡动力稳定性的研究, 国外自1950 年Terzaghi 首次将拟静力法应用到地震边坡稳定性分析中[1],先后提出了简化预测永久变形的方法、边坡稳定性分析的概率法,到2000 年,Tahtamoni W.提出边坡的概率三维稳定性分析模型[2]。我国的边坡动力稳定性分析比较晚。免费论文参考网。王思敬提出的边坡块体滑动动力学方法[3];翟阳等采用单一频率的振动对土坝边坡进行了振动台试验[4],并分析了振动条件下边坡对土坝抗滑稳定性的影响,给出了边坡与破坏加速度的关系式。张平等对岩石边坡的平面滑动进行了简化模型的系列振动台动力试验,并提出了边坡动力残余位移的累积计算公式[5]。
1.破坏接近度
屈服的出现是以塑性应变的发生为标志的;而破坏则抽象为材料进入无限塑性的状态,因此,理想塑性的初始屈服面就是破坏面,而硬化材料从初始屈服其经过后继屈服阶段才能达到破坏,软化材料则到残余强度处才为破坏。从这个层面上讲,塑性力学实质上是分析材料的变形力学行为的学科,那么,如果要在此理论框架内分析岩体工程结构破坏的问题,则需要建立与工程这个层面上的极限状态和破坏相对应的评价方法。
符号约定:应力分量σ ij和应变分量ε ij 均取拉正压负,i, j =1, 2, 3,且主应力σ1 ≥σ2≥σ3。如不作特别说明,凡遇到上述变量,均按此符号规定取值。
在应力空间内,当以应力分量作为变量时,则屈服面为六维应力空间内的超曲面。若以主应力分量表示时,则为主应力空间内一个曲面,称为屈服曲面。免费论文参考网。
图1 莫库准则
初始屈服面或后继屈服面将应力空间分成两个部分,应力点在屈服面内属弹性状态,此时屈服函数F (σij) < 0;在屈服面上,材料开始屈服,F (σij) = 0 。免费论文参考网。本文在分析主应空间内,初始屈服面与未屈服应力点的相互关系分析的基础上提出了屈服接近度(YAI:yield approach index)的新概念,可广义的表述为:描述一点的现时状态与相对最安全状态的参量的比,YAI 属于[0, 1]。相对于某一强度理论则可以定义为:空间应力状态下的一点沿最不利应力路径到屈服面的距离与相应的最稳定参考点在相同罗德角方向上沿最不利应力路径到屈服面的距离之比。
以Mohr-Coulomb准则为例,如图6.11所示,P代表某一应力状态,与之对应的最稳定参考点即P所在π平面与等倾线的交点A0点。P沿着最不利路径到屈服面的距离就是P点到屈服面的垂直距离|PS1|,A0点在相同罗德角方向上沿最不利应力路径到屈服面的距离即是|A0S1|,又因为图中ΔA0A1S2与ΔPS1A1的相似关系,P点的屈服接近度YAI如下式1所示:
2.边坡算例
图2 边坡计算模型
建立如图2所示的边坡算例,模型计算域为80×40的区域,边坡高度20米,x方向宽度20米。岩体弹模10 Gpa,泊松比0.33,模型右边界下边界设置滑动支座,自重为2600kg/m3,重力加速度方向沿y轴向下,大小为9.8m/s2。左边界施加有1.5MPa均布力。
图3 计算结果图
用ansys软件进行网格剖分后,导入FLAC中计算,利用fish语言编制计算程序,,计算出每一点所对应的破坏接近度数值,计算结果如图3所示,图中说明边坡下方存在最不安全区域,最接近破坏,这与通常情况下边坡的破坏形式是吻合的。
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【关键词】公路边坡,边坡失稳,原因分析,对策探讨
中图分类号: U416.1+4 文献标识码: A 文章编号:
一、前言
随着公路等级的不断提高,公路边坡失稳现象日益受到重视。为了在公路交通建设中应用可持续发展战略,在保障公路畅通的同时,应灵活采用不同的边坡失稳防护形式,延长公路的使用寿命,恢复因修建公路破坏的生态平衡,对公路边坡失稳加强认识、正确治理,把边坡失稳造成的危害降低到最低限度。
二、公路边坡失稳的因素分析
1.公路建设的土石方工程阶段是破坏原地貌植被、弃土、弃石的集中时期,工程用土范围内原地表植被所具有的水土保持功能迅速降低或丧失,并为水土流失发生、发展提供了大量易冲蚀的松散堆积物。路基边坡开挖、填筑使原有地表植被被破坏.形成大面积坡面.表土层抗蚀能力减弱.水土流失加剧.从而导致边坡失稳的机率增大。
2.水是导致路基边坡失稳破坏的重要因素。在公路日常养护管理工作中,必须充分重视路基排水工作。特别是砂性土路堤,如果水分渗入路基土体使路堤过湿.过大的含水量将严重降低其内摩擦力.降低路基强度.一旦遭遇雨水冲刷或渗透,极易形成水毁。对于粘性土来说也是如此.过大的含水量也会大大降低其粘聚力和内摩擦力,形成边坡病害。此外,如平时没有对排水设施进行定期的检查和维修.定时进行清理和疏通:汛期没有进行巡查,及时排除堵塞,保持水流的通畅:遇到小规模的滑坡没有及时进行处理等,都有可能造成大规模的边坡失稳。
3.设计中对滑坡路段岩士f生质认识不足,设计边坡率过陡。施工中未根据实际情况采取相应措施,堑坡仍按原设计坡率开挖,边坡过高过陡,难以保证自身稳定。边坡开挖后,未及时进行防护,长时间暴露在大气中,致使风化、冲刷严重。
三、加强公路边坡失稳的治理技术分析
1.植物防护措施
植物防护以成活的植物作为路基防护的材料,通过植物的叶、茎和根系与被保护土体的共同作用,在拟保护的路基部位,形成有生命的保护层;是一种积极、有生命的防护措施。采用铺草皮、种草形式,利用植被对边坡的覆盖作用、植物根系对边坡的加固作用,保护路基边坡免受降水和地表径流的冲刷。植物防护应根据当地土质、含水量等因素,选用易于成活、便于养护、经济的植物类种。植物覆盖对地表径流和水土冲刷有极大减缓作用。植被根系能与土层密切结合,盘根错节,使地表层土壤形成不同深度牢固的稳定层,从而有效地稳定土层,阻挡冲刷和坍塌。
2.挡土墙与抗滑桩
挡土墙是一种能够抵抗侧向土压力,防止墙后土体坍塌和增加其稳定性的建筑物。在公路工程中,可用以支撑路堤或路堑边坡、隧道洞口、防止水流冲刷路基,同时也常被用于处理路基边坡滑坡崩坍等路基病害。
抗滑桩是整个边坡治理过程中最为常见,也是最为有效,最为经济的边坡治理工程构筑方法之一。在笔者多年的公路施工和养护经验过程中发现,抗滑桩多是依靠锚固在边坡滑床上的桩型构筑物,在特定的情况下,当受到外力的时候,桩前土会对滑坡下滑力产生抗力,如此,可以很大程度的阻止整个滑坡的下滑。由于其操作简单,施工方便,经济合理,因而在边坡治理过程中得到了广泛的应用。
3.做好排水工作
(一)地表排水
边沟: 设置在挖方路基的路肩外测,用以汇集和排除路基范围内和流向路堆的少量地面水。排水沟: 用以引出路基附近低洼处积水的人工沟渠。跌水与急流槽: 设置于需要排水、高差较大而距离较短或坡度陡峻的地段。跌水的作用主要是降低流速和消减水的能量。急流槽多用于涵洞的进出水口,或在特殊情况下,截水沟流向边沟的地段。
(二)地下排水
渗沟: 渗沟对排水路基边坡下渗水、裂隙水具有显著效果,也可降低路基两侧的地下水位。支撑式渗沟: 支撑式渗沟主要设计在路基边坡体裂隙水发育明显,且出现多个渗出点,往以带状、面状发育的坡面,由于其水富丰、分布分散,通过设置“Y”型支撑式渗沟,可有效收集边坡一定范围的渗水,并及时排出,对保证边坡稳定、保持边坡体强度具有一定作用,从而保证边坡稳定。倾斜式排水管: 在多雨地区,往往边坡水在一定的深度内大范围分布,若不及时排水,长期储存在路基边坡体内,影响边坡体的岩、土强度,不利于边坡稳定,该情况下,可通过设置深层的带孔排水管,必要式可采用上下交错布设,可有克服支撑渗沟深度不足的缺点,将深层水排水。大孔径排水管( 沟) : 该种情况多用于泉眼式渗水,在多雨地区,部分泉眼雨季水量较大,采用倾斜式排水孔很难及时排除水流,往往造成边坡明显的冲刷。这种情况下采用加大孔径的混凝土排水管( 沟) 具有较为明显效果。
4.做好边坡的施工设计工作
在进行边坡防治过程中,如果遇到一些性质十分复杂的很大规模的滑坡,一般情况下,要尽力的避开,或者是绕道。如果无法避开时候,要在综合考虑滑坡规模,治理费用等多方面的因素的基础上,做出科学合理的设计,优化设计方案。
如果是一些滑坡速度相对而言比较缓慢的滑坡,要坚持从全局出发,做出全面的防治规划,要对每期工程的治理效果都做出观测,针对其中存在的不足和缺陷采取有效的治理改进措施。针对一些滑动速度迅猛的滑坡,要启动紧急治理方案,进行迅速有效的治理。如果是一些中小型的滑坡,在治理过程中,无需避开或者是绕道,一般而言,要结合滑坡的具体情况和工程施工的方案设计,对路线位置稍微的做出合理的调整,如此,可以达到施工治理简单,经济方便的目的。
整治滑坡之前,一般应先做好临时排水系统,以减缓滑坡的发展,然后针对引起滑坡滑动的主要因素,采取相应的措施三,公路边坡治理技术根据自身几年的公路工程设计、配合施工经验来看,通过单一的防治措施很难达到预期效果。公路深路堑边坡的理治一般通过加强锚固、设置支挡、加强坡面排水等方面进行治理设计,可以得到效果的效果。
一般来说重点做坡脚加固,强化腰部即边坡中部的岩体变化处,明显地质构造面等加固措施; 同时,防止坡面地表水冲刷路基边坡,渗入边坡土体,使边坡体 C、Φ 值降低,加大土体自重,增加下滑力; 再者,若地坡体有地下水、裂隙水渗出也将对边坡稳定产生一定景影响。
四、结束语
伴随着我国交通的迅速发展,覆盖全国的交通运输网络正逐渐形成,公路工程施工规模逐渐扩大,所面临的工程施工地质地貌等自然条件也更为复杂,在公路工程施工过程中,各种类型的公路边坡失稳现象都逐渐出现,加强对边坡稳定性的定量定性分析,加强边坡失稳的预防治理工作,已经是整个公路建设施工,养护中的重要环节,在整个交通网络建设中得到了更多的关注。因而,在进行公路工程施工管理过程中,要不断完善边坡稳定性分析方式,探究边坡防治的有效措施,通过分析各种类型的边坡失稳产生的原因,采取有效的处理措施,不断采用先进技术和机械设备,预防边坡失稳现象的出现,提高边坡的治理水平,保证整个公路建设的质量,促进我国公路建设的健康快速发展。
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[关键词] 边坡工程,影响因素,分析方法,加固边坡
[中图分类号] U418.5 [文献标识码] A
我国的高速公路发展迅速,交通、水利、矿山等相关部门都会涉及很多边坡问题,特别是山区的边坡,由于各种地质环境的影响,处于山区地段的边坡稳定性直接影响着山区老百姓的人身安全,滑坡灾害严重危及到国家基础建设,所以对边坡的稳定性研究十分必要。
在各种外在环境作用下,不同岩质边坡在发生变形破坏时其变形破坏机理和破坏模式各异,当进行工程建设时,如果对于填料的工程特性、工程边坡的变形规律及施工工艺、现场堆载等认识不足,极易导致发生滑坡等事故。
1 边坡的破坏类型及影响因素
边坡分为人工边坡和自然边坡。由于受设计和施工以及其他因素的影响,边坡土体会出现失稳破坏现象,具体可分为:
1.1 边坡崩塌。崩塌往往发生在地形陡峭的山坡或高陡的路堑边坡上。
1.2 边坡滑坡。滑坡一般是缓慢地、长期地往下滑动,位移速度在突变阶段显著增大,滑动过程可以是几年、几十年甚至更长。
1.3 边坡流动。流动往往缓慢地沿坡面或地面沟谷方向呈流体移动。
边坡的稳定性受很多因素的影响,根据各种因素影响的大小和特点,可分为内部因素和外部因素两类:内部因素――边坡土体的材料构成和物理力学指标,以及边坡的地形地貌和岩石的矿物组成,边坡岩土体中的地质结构面和边坡的形状等。外部因素――边坡外在所受的雨水、地震、构造应力、植被和风化作用的影响和人为因素等。
2 边坡的稳定性分析方法
2.1 极限平衡分析法。极限平衡分析法主要是对边坡稳定性进行定量评价,不考虑土体自身的变形,只对滑动面上的受力情况进行研究分析,对于滑坡体内部的应力状态不进行研究。目前常用的极限平衡分析法有:瑞典法、毕肖普法和简布法等。
2.2 数值分析法。数值模拟方法在稳定性评价得到了广泛应用,这种方法可以求解黏弹性、黏塑性等问题,且计算较快速,准确性较高。
随着数值分析方法的不断发展,采用离散单元法就能反映接触面的滑移、倾翻等大位移,且能计算土体的内部变形与应力分布情况,而且这种方法应该范围很广,任何岩体都适合。
2.3 极限分析法。该法建立在土体材料为理想刚塑性体、微小变形及材料遵守相关联流动法则的3个基本假定上,利用连续介质中的虚功原理可证明两个极限分析定理即下限定理和上限定理。
3 有限元强度折减法边坡稳定性分析
用有限元强度折减法进行稳定性分析是指将材料的强度参数除以一个折减系数,然后将新的参数作为材料参数进行计算,通过不断增大或减小折减系数来反复计算其稳定性,当计算收敛时则坡体发生失稳破坏,与此同时此折减系数就是稳定性安全系数,分析方程为:
c =c/F(1)
tanφ =tanφ/F (2)
式中:c,φ为材料的强度参数;c ,φ 为新的强度参数;F为折减系数。
在本质上强度折减法与传统的计算方法是一致的,坡体进入塑性临界状态。如下图,在参数折减前土体的实际强度包线与摩尔应力圆相离,坡体不会发生剪切破坏。当调大折减系数后,强度包线逐渐向摩尔应力圆靠拢,增大系数到强度包线将与摩尔应力圆相切,此时相应的折减系数为边坡的安全系数。因此,通过不断的折减强度参数,分析边坡从稳定到破坏的演变过程,这样便可找出边坡的薄弱部位,为边坡加固提供了依据。
4 边坡的监测防护问题
4.1 边坡受雨水入浸后,安全系数小于1,已处于不稳定状态,为确保边坡的安全稳定,必须采取有效的治理措施;受雨水浸泡的边坡坡脚,土体黏聚力急剧下降,土体失稳,易形成崩塌体;边坡坡角失稳后,引起其上部土体的沉降。边坡受影响程度不同沉降量也不同,受浸泡边坡上部的沉降量最大,向另一侧逐渐减小;边坡最大不均匀沉降发生在受雨水浸泡的中间区域,此处将受拉伸而产生裂缝。
4.2 边坡的稳定性与变形问题是一个复杂的工程问题,单纯的理论不能满足计算分析与评价的要求,应该采用计算理论结合现场观测数据的综合评价方法,清楚认识边坡填筑体的变形破坏过程、稳定程度和破坏发展情况。
5 总结
本文在对边坡进行稳定性分析和讨论的基础上,介绍了边坡的破坏形式和影响因素,概述了边坡的稳定性分析方法、分析了降雨对边坡稳定性的影响,最后对边坡的防护加固问题进行了探讨。
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【关键词】爆破震动 评价方法 临界震动速度
【Abstract】In this paper, base on ChongQing hub 《the urban area of rock cuttings and shallow buried tunnel safety controlling blasting technology》research group has got a large number of monitoring data and the field experience, based on the blasting excavation in large-scale urban construction are summarized in the foundation of the buildings and structures in urban areas and the slope stability of the impact and evaluation method of slope stability are discussed several characteristics and applicable scope of safety standards evaluation methods, put forward the suitable for urban complex environment judgment method of slope stability, slope rock particle vibration velocity critical criterion and its calculation method.
【Key words】Blasting vibration Evaluation method The critical vibration velocity
为保证建(构)筑物的安全,需将爆破震动强度控制在一临界值内。若超过此临界值,就引起建(构)筑物的破坏,这个爆破震动强度临界值称为爆破振动判据。由于建筑物的多样性和地震波波形的千变万化,要定出一个统一的判据是不可能的。
在评价爆破震动对建(构)筑物的危害时,不仅应用位移、速度、加速度作为破坏判据,还应考虑爆破震动持续时间对建(构)筑物的累积破坏作用,振动频率与建(构)筑物固有频率之间的关系等。
1爆破震动评价方法
1.1 速度判别法
点速度可将地震波所携带的能量与所产生的动应力相联系起来,而且质点震速测试较为简便,所以质点震速作为爆破地震效应的衡量指标应用最广泛,生产实践中一定程度上也表明爆破震动速度大小对边坡稳定影响程度是显著的[13]。应用萨道夫斯基公式[14]:
求得震动加速度 后,查表1,便得出对应的地震烈度,据此判别爆破震动对建筑物基础边坡稳定性的影响。有了振动加速度 后,可以以加速度反应时程形式代入式( )中计算爆破对建筑物基础边坡岩石的附加动力影响,再用极限平衡方程来检验安全性。
1.3动应力分析法
式中: 为纵波作用产生的正应力; 为横彼作用产生的剪应力; 为纵波引起的质点震动速度,m/s; 为横波引起的质点震动速度,m/s; 为岩体密度,kg/m3; 为纵波传播速度, ; 为横波传播速度, ;E为动弹性模量; 为泊松比。
根据重庆枢纽爆破施工区边坡稳定性计算选用岩体强度指标参数:岩体密度 =2.14 t/m3,动弹性模量E=0.07~0.09 105kg/cm2,泊松比 =0.34。再根据实测的数据,可计算出研究点因爆破震动所产生的动应力的大小。因为岩体的抗拉强度最低,当不考虑边坡岩体原有应力作用时,可直接采用求得的应力与岩体的抗拉强度Rt进行比较,如果 ≥Rt,则岩石会因爆破震动而破裂;如果 ≤Rt,则爆破震动不会引起边坡岩石破裂。
1.4 等效静荷载法
用Qf与由安全震动临界速度计算出的最大单段药量Q比较验算,当两者接近时,需要减小最大单段药量Q,避免使被保护建(构)筑物因与爆破地震波发生共振而破坏。对于岩石,其自振频率为10~15Hz[4],对于边坡易破坏的薄弱部位距爆源的距离和自振频率代入8式可求出不可取的单发炸药用量范围值,因此对于边坡的开挖爆破就需要避开这一段爆破振动频率。
边坡在施工期间的开挖破坏主要来自于边坡开挖爆破和边坡开挖后围岩的卸载,后者影响程度和范围较小;前者又分为了爆源近区和远区或直接破碎区和爆破震动影响区,对于边坡稳定性主要讨论爆破远区或爆破震动的影响。
2边坡岩石质点临界振动速度的理论计算式
通过理论研究和振动监测数据的反演分析,可确定出岩质边坡的爆破振动安全标准。根据影响边坡失稳的影响因素知:要使边坡失稳,外力(爆破)的合力大于或等于边坡岩石失稳的合力 。对于单位岩石来说,爆破动力加速度可由力学知识知: ,从而可以建立平衡方程 ,对于这个方程中的f,c, ,可以通过地质资料或现场实验获取。 是通过监测数据进行傅立叶频谱分析,选出贡献最大的值(求法见周余奎硕士论文的2.4.3节)。根据理论计算可求得岩石出现破坏时的临界振动速度:
3 结语
本文通过对爆破振动对边坡的影响作用方式分析入手,通过实验对爆破震动的观测资料分析,了解到建筑物的受震破坏不但取决于震动的幅值,而且还与震动频率和持续时间有关。因此一个较合理的安全判据方法是把震动幅值、频谱、和持续时间都纳入定量烈度工程指标中去。因此本文讨论了爆破安全判据制定的方法,并提出了边坡岩石质点临界震动速度的计算式: ,供在以后类似的工程实践中作借鉴。还需要进一步做的工作是,随着计算机技术的发展和广泛应用,爆破地震效应的研究还需用地震工程科学的动力分析方法,将爆破地震进行波谱分析,计算反应谱,并采用动力学振型分解的组合方法分析结构的抗震性能。利用结构动力学的分析方法,分析建筑物结构在爆破地震波作用下的动力反应,计算结构的应力和应变,使爆破地震效应与结构的动力特性和破坏机理结合起来,这才能为分析各种类型的建筑结构的安全标准提供一种科学的方法,对爆破工程的实践才有巨大的指导意义。
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关键词:生态防护植被选择边坡防护
中图分类号: U213.1+3 文献标识码: A 文章编号:
高速公路边坡包括路堑边坡和路基边坡,因对公路本身的安全性能和周围环境产生重要的影响,其生态恢复和景观的营造,成为高速公路建设中的重要内容,边坡工程防护和生态防护成为近年来研究的热点,越来越受到重视。边坡的防护、绿化与美化是高速公路建设的重要内容。单纯的工程防护既增加成本,又破坏道路景观。因此,边坡的生态防护及景观重建成为高速公路建设中的一项重要内容。
传统防护的弊端
1.1 生态景观效果差
缺乏植物覆盖的边坡一方面不利于固土护坡,破坏路基,还造成对周边地区的不利影响。另一方面,也不利于改善高速公路的景观效果,大量的岩石和混凝土不仅视觉效果差,且不利于净化环境,与高速公路快捷、舒适的特点不相协调,在一定程度上给高速公路的行车带来不安全因素。
1.2 安全稳定性差
一般情况下,高速公路设计中,由于种种原因,路基边坡开挖和防护的设计比较简单。这类设计主要缺点是,设计笼统、针对性差、防护措施简单,对通车后出现的边坡坍塌事故一般通过后续养护来处理。而高速公路作为交通运输干道,交通量大,行车速度快,路基边坡一旦出现事故,对交通运输和人民生命财产的安全影响很大。
1.3 大量工程措施使成本增高
过去,高速公路边坡防护大量采用浆砌片石等防护方式,这些防护形式大量使用石料和劳力,破坏了自然环境,造价也较高,并且随着时间的推移其防护效果逐渐降低,无自我更新能力,必须经常维护,施工难度大,对行车环境和景观环境影响也很大。
边坡生态防护方法
单纯的植被护坡方法
单纯的植被护坡方案一般造价较低,工艺简单,在条件允许的情况下,是绿化设计的首选方案。
播撒草种
最简单经济的植被护坡形式应是直接人工撒播草种,但其要求边坡坡率舒缓,覆盖土壤肥沃湿润,必须在适宜季节施工,并且从播种到成坪需要1~2个月的时间。苛刻的条件使人工撒播这种植被防护形式在高速公路建设中已很少使用。
铺设草皮
铺设草皮可以“瞬时成坪”,减弱坡面径流溅蚀,迅速发挥护坡功能,除寒冷的冬季外,其它季节都可以施工。铺设草皮各地区均可应用,也可用于强风化岩质边坡,多用于路堤边坡。坡率一般不超过1∶1. 0,局部可不陡于1∶0. 75,坡高一般不超过10 m。对于急需植被封闭坡面的边坡,采用铺设草皮是首选方法。
液压喷播植草
液压喷播植草喷射出的是含有草种的悬浊液,草种被纸浆等悬浊液包裹,还有保水剂和其它各种营养元素,能不断地供给草种发芽时所必须的养分和水分,粘合剂又能通过喷射时的压力,使草种紧紧地粘附于土壤表面,形成比较稳定的坪床面,降水时不能形成冲刷表土的径流。
挂网固定植被护坡的方法
挂网固定植被护坡主要由固定物、网(底布)和基材3部分组成。固定物(常见的有锚杆或U形钉)的作用是将网固定于坡面上,并对坡面的浅层稳定起到一定的作用;网(底布)的作用是使基材混合物依附于边坡坡面;基材提供植物生长的环境。
三维土工网垫植草
三维土工网垫是一种三维柔性材料,铺在坡面上,由于空腔的作用,能防止土坡面被雨水冲刷和维持其稳定,降低雨滴的冲击能量,阻挡坡面雨水的流失,避免径流的形成,从而有效地抵御雨水的冲刷。
土工格室植草护坡
土工格室生态护坡是土工格室与植草相结合而形成的一种新型护坡形式,由于土工格室对流水起到缓解消能作用,可促使其携带物沉淀在格室中,有效避免了草籽及幼苗被雨水冲走流失,大大提高植草覆盖率。植物根系可增加土壤透水性能,一旦遇到雨水可迅速渗透,植被的覆盖可使坡面减少雨水的直接冲击,缓冲雨水流速。
厚层基材喷射植被护坡
厚层基材喷射植被护坡(一般称为客土喷播)是目前解决岩石质边坡植草绿化最常用的技术,是采用混凝土喷射机把基材与植物种子的混合物按照设计厚度均匀喷射到需要防护的工程坡面上的植被防护技术。
结语
理念是灵魂,管理是关键,设计是核心,施工是保证。要树立保护、回归、融入、享受自然的理念,树立与动植物为伴、地球大家园的理念。另一方面,建设业主要加强管理,采取措施,加大投入,加大环保专业的参与和发言权,做到环保与安全、质量同等重要,取得实效。只要各参建单位和相关部门通力协作真抓实干,将高速公路项目建设环境当做家园来保护和建设,就能够将高速公路建设成为环境友好的、和谐的、可持续发展的工程。
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关键词:预应力锚索,测试,分析
1 工程简介
某高速公路互通区A、C匝道AK1+140-186、CK0+000-252右侧路堑高边坡防护工程是“山坡深挖路堑边坡防治技术研究”课题的一个实体工程。该工程为深挖路堑,中心最大挖深25米,堑坡最大高度大于60米。原设计在按9米高对边坡进行分级,每级设2米宽平台。在施工过程中由于该段边坡岩体内裂隙发育及地表水下渗等原因,AK1+140-180段及CK0+150附近出现坍塌,边坡分级平台部分被破坏,CK0+000-040段范围内第四级边坡出现纵向拉裂,缝宽最大达10cm。科研所根据现场情况,采用增设排水系统、加强工程防护(预应力锚索、系统锚杆、结合挂网喷砼)的综合处治措施。主要工程数量详见表1。
表1 主要工程数量表
论文摘要:在边坡治理工程中,由于国家建设部和重庆市目前都没有针对“动态设计法、信a.施工法’,的明确规定,因此出现主管部门监份管理依据不充分,勘察、设计、监理、施工单位无幸可循的现象。本文根据多年的工作经脸,提出重庆市边坡工程变更设计管理办法的设想,希望起到规范参建各方的行为,使各工作环节有序,工程质圣、进度、安全有保津,投资有控制的目的。
重庆是座山城,工程建设中有大里的边坡需要治理。重庆市建委对边坡工程历来都十分重视,对勘察、设计、施工图审查、监理、施工以及招投标等工作,先后出台了一系列政策和法规,从执行情况看,反映良好,对提高边坡工程质f起到了关键性作用。
目前边坡工程普遍采用“动态设计法、信息施工法,在(建筑边坡工程技术规范)中以强制性条文的方式执行,与一般建设工程的工作程序有很大的区别。其中设计的主要依据—地质结论、岩土物理力学参数都需要在施工监测和试验中加以验证、调整,其显著特点是:由于地质环境复杂性,工程勘察、边坡试验提供的设计参数不可能全面准确地反映工程地质实际情况,只能在工程实施过程中来加以验证、调整,从而修正治理方案。不可避免地产生勘察、设计、施工组织和工艺变更。这要求参建各方密切配合,才能有效地保证边坡工程的质t、进度和安全。实践证明,它是最切合边坡工程实际的勘察设计、施工方法。然而在实施过程中,我们发现无论是建设部还是重庆市目前都没有针对‘,动态设计法、信息施工法,的明确规定。一旦出现变更情况,各级建设主管部门监督管理依据不充分,责任不清,而勘察、设计、监理、施工单位也无章可循。
一方面,在日常工作中我们有时会遇到业主、勘察、设计与施工单位各方为质里事故资任相互推语的问题。多数情况下,变更设计是由于地质环境变化造成的,非勘察设计的资任。变更设计后一般要突破原概算,产生包括工程投资、勘察、设计、审查等费用由谁支付,以及支付的程序等问题。因此需相关配套的政策法规来规范各方的责任,协调参建各方责、权、利,是重庆市建委鱼待解决的问题之一。
另一方面,虽然重庆市绝大多数勘察设计单位都积极配合施工,解决施工中遇到的问题,但经常是变更勘察设计文件交付业主后,业主不知道这些变更需要哪一级审查,特别是边坡工程,变更设计较频繁,如果无论大小都交与建委审查,既不合适也不必要;一律由原施工图审查单位审查,对于涉及安全、规划等问题的重大变更,原施工图审查单位审查似乎也不合适。因此应结合重庆市边坡工程的特点,制定“边坡工程变更设计管理办法明确边坡工程治理过程中变更设计的种类、审批程序。作者根据多年的工作经争,对如何加强边坡工程施工过程中的变更设计管理,规范、协调各参建单位的行为,确保边坡工程质f}提出一点浅见,希望能起到抛砖引玉的作用。
目前国内有关工程变更设计方面有系统文件的,有铁道部的《铁路基本建设变更设计管理办法),交通部的(公路工程设计变更管理办法)等,地方有常州市建设局的(市政工程施工图设计文件变更管理暂行办法》。前两个文件有明显的行业特点,专业性强,不能完全适应重庆市的建筑边坡工程行业管理。常州市建设局的(市政工程施工图设计文件变更管理暂行办法》与重庆市的边坡工程变更设计管理具有可比性。建设部的(建设工程勘察设计管理条例》(2000.9.25)第28条,(建设工程监理规范)(6B50319-2000 2001.5.1)第6.2.1条对原则性的问题作了相关规定,应当作为f庆市编制有关文件的依据;(江苏省建设工程勘察设计管理办法》(2000.3.31)第28条和第30条可以作为参考。
重庆市的边坡工程变更设计管理办法应当涵盖以下内容:
(1)勘察设计、施工变更分类:一般分为重大变更、较大变更和一般变更。
(2)审批权限:明确各类变更的审批权限。建议对于涉及规划、方案、投资和控制性结构有重大影响的变更,属于重大变更,应由业主报原审批部门审批;对较大变更,建议由原施工图审变单位审查并报建委备案后实施;一般变更由建设单位负资组织审查后实施。
(3)变更的工作程序:问题的提出—确认—勘察设计变更—报批(报审)—变更实施。一般根据施工反馈的信息,由施工单位、业主或试验单位提出问题(变更原因)、总监理工程师组织专业监理工程师审查同惫后交业主,由业主委托变更单位完成变更设计。变更设计原则上由原工程勘察、设计单位完成,经原工程设计单位书面同惫,建设单位也可以委托其他具有相应资质的工程勘察设计单位出具变更文件。出具变更文件的单位对修改的设计文件承担相应资任。变更设计文件送交业主,业主根据变更的类型,组织有关部门对变更设计文件进行审查,根据审变惫见修改变更设计,施工单位实施变更。常州市的(市政工程施工图设计文件变更管理暂行办法》值得很好借鉴。
(4)变更的资任:应执行(建设工程勘察设计管理条例》(2000.9.25)第28条的有关规定。勘察、设计文件不符合工程建设强制性标准、合同约定的质t要求的以及由于勘察设计方案原因造成的变更,应当由原勘察、设计单位进行补充、修改,费用应有原勘察设计单位负资,造成工程质问题的,按国家有关规定赔偿经济损失;如果是施工单位没有按照有关施工规范、设计要求的规定造成的变更,应由施工单位承担;监理单位违反(建设工程监理规范》(6850319-20002001.5.1)造成的变更,由监理单位承担;除以上原因,由于地质、环境、规划等原因或业主要求的变更应由业主负资。
【关键词】边坡稳定;防护技术;公路;边坡破坏
1.引言
当前我国正加大基础建设的力度,以响应国民经济的快速发展。公路等级越来越高,一些公路所处的地形也更加复杂。公路边坡防护工程难度加大,其解决边坡的稳定问题具有实际的工程安全可靠度意义和经济性价值。一直以来,路基边坡的综合防护是公路建设的薄弱环节,其造成的安全隐患和经济损失也一般是不可小觑的[1]。
2.边坡稳定理论
2.1 边坡稳定理论的发展
边坡稳定分析最早出现于十八世纪,当法国某军队修建土质工事时对其边坡的稳定进行了稳定性分析[2]。之后一百年后,人们大量的修建运河、铁路以及大土坝,使人们逐渐意识到这些构筑物的边坡稳定研究的必要性。随着这项与研究的发展,边坡稳定问题成为岩土工程的经典问题之一。早期的理论研究建立在与实际有一定出入的条件基础之上,为半理论半经验性质,分析的方法并不完善。研究的成果与实际结果有较大出入。
边坡稳定研究另一个比较有里程碑意义的是1950年土力学专家太沙基发表了题为《滑坡机理》的论文。该论文对滑坡产生的过程、起因以及判定方法进行了论述,为之后边坡稳定的研究奠定了基础。到了20世纪60年代,一些大型大坝、岩体失稳事故的发生,更加促使了边坡稳定研究的发展。这时的理论研究逐渐采用弹塑性理论,使研究成果更加接近实际。
2.2 边坡稳定分析方法
如今边坡稳定问题分析方法较多。最常用的是极限平衡分析法和有限元法。极限平衡法将滑动带上土体竖向划分为若干土条,列出这些土条的静力平衡方程,从而计算出边坡安全系数。极限平衡法较容易理解掌握,但得到的安全系数不够准确,与实际监测结果有一定差异。有限元法计算结果较为真实,且不必事先假定滑动体形状位置,缺点是不能直接得到安全系数,工程应用不方便。
3.边坡的破坏形式
边坡破坏常发生于岩土软弱处和强风化段。某公路边坡破坏实例如图1所示。为保证行车安全,应注意检查边坡的变化,及时进行加强防护。通常其破坏形式如下几种[3]:
(1)滑坡:岩土在重力作用下无支撑力整体向下方滑动。通常发生于河流、雨水冲刷后以及人为切割较多坡脚后。当坡体顶部超载后也易发生此现象。滑坡根据力学特征可分为牵引式和推移式。牵引式滑坡起因是下部先滑动,导致上部土体失去支撑作用继而变形滑动,发生速度较为缓慢。推移式滑坡则是上部土体受到挤压后向下移动,并挤压下面的土体,常见于上部堆载的情况。
(2)崩塌:陡坡上岩层本身不稳定,容易在外界的扰动下发生突然的脆性破坏。崩塌发生速度极快,无明显的滑动面。虽然剥落的岩体总体积一般并不大,但其发生突然,若路面有行人车辆,则很难避开。
(3)剥落:岩土表面在风化作用下与母体脱离。
图1 边坡破坏实例
4.边坡失稳的防护措施
边坡稳定防护措施可分为浅层的防护与深层加固治理以及二者的综合治理方法。
4.1 浅层防护措施
(1)坡面防护。坡面防护主要方法有种植植被,抹面,捶面等。当边坡较为稳定,表面只轻微冲刷,且土质环境适宜草类生长,可采用种植草体方法防止土坡表面的冲刷。当坡面易风化或冲刷严重时,可用材料抹面形成整体性较好的表面。
以某公路工程为例,其表层土为膨胀土则其开挖后原本稳定的土层现在表层,土体所受到的扰动较大,较容易发生失稳问题。此时应特别注意对坡面的加固防护。该项目表层采用混凝土骨架,主要为方格和拱形护坡并结合使用植被护坡[4]。
(2)地面排水。
从造成土坡失稳的原因分析中可知水对土坡失稳的重要影响,因此必须将表层水及时排出,防止地面水变成地下水,减少水对土坡的扰动。地面排水主要有以下几类,在挖方路基的路肩外侧;挖方路基上方适当位置以对流向路基的水流截流;用以引出低洼积水的排水沟等。
(3)冲刷防护。用以防止边坡的被冲刷以及受大气影响,多采用护面墙。护面墙的坡度应满足整体的稳定要求。
4.2 深层防护措施
(1)排除地下水。不仅应对地表水及时排除,对地下水更应注意其水位变化,并及时制定应对措施。深层地下水的排除方式有:渗沟排水、集水井排水、平沟排水及渗水隧洞排水。
(2)岩土锚固技术。采用拉杆将土坡锚固在稳定的岩层上,充分利用稳定岩层的作用力,提高土坡整体的稳定性。该方法在几乎不增加结构自重的基础上确保了岩土的稳定,减轻了下部土体基础的作用力,更加确保了结构安全性。该方法经济性安全性明显,故在岩土工程中广泛应用。
(3)土钉支护。该方法经济可靠施工方便,在工程中推广迅速。土钉与周围土体充分接触,形成组合体。当土体变形滑落时,土钉受到粘结力受拉,约束了土体的进一步滑动。
4.3 边坡浅层、深层结合的防护措施
(1)挡土墙。挡土墙可分为重力式挡土墙和轻型挡土墙、悬臂式挡土墙、扶壁式挡土墙等。在公路边坡支护中重力式挡土墙应用较多,其依靠自身重力抵抗侧向土压力,防止墙身后土体的失稳滑动。该方法应用于夹杂大孤石的残积土边坡常不成功。因为此类边坡蠕动变形大。应采用土钉挂土工格栅后再在表层种植植被。
(2)抗滑桩。抗滑桩使用桩穿过滑坡面直接锚固在稳定岩层一定深度范围内,可以抵抗一定的滑坡作用力,阻止滑坡体的滑动状态,增加边坡安全系数。抗滑桩可以有效的解决一些难度较大的工程,因此该发展较为迅速。抗滑桩桩位布置灵活,可设置在抗滑效果最有利的位置。使用抗滑桩需要注意的是使用寿命。几年之后抗滑桩经常会出现推移甚至倾倒事故。理论上是由于土压力理论的缺陷,没有考虑土体的蠕动的物理现象。现在可加固土体自身加强结构的整体性以提高土坡稳定性。
另外公路路线的选择直接关系到边坡的稳定性。合理的公路平纵面设计可以减少大填大挖,减少对山体的破坏。避免高填深挖,在丘陵地区尽量按地形顺其自然的设置边坡。对山路路线不宜过度追求平直。要充分利用地形,恰当使用人工构造物如锚杆、喷射砼、加筋挡土墙等,减少对环境的影响。
边坡的稳定性验算应采用适宜的方法和合理的参数。应充分考虑各计算参数的随机性和模型的不确定因素[5]。另外应从法制上保证公路建设的顺利进行,建立健全法律体系,采用强制手段保证公路建设的可持续发展,全面提高公路的建设质量。
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