边坡工程

陈文昭

目录

  • 1 边(滑)坡工程概论
    • 1.1 课程简述
    • 1.2 边(滑)坡的概念及类型
    • 1.3 边坡的变形破坏
    • 1.4 边坡的安全等级的划分
    • 1.5 边(滑)坡工程设计基本原则
    • 1.6 边坡工程设计的一般规定
    • 1.7 边坡工程常用处理措施
    • 1.8 边坡工程的地质勘探
    • 1.9 边坡工程施工
    • 1.10 边坡工程质量检验、监测及验收
    • 1.11 边坡工程设计
  • 2 边(滑)坡工程安全性分析评价
    • 2.1 边(滑)坡稳定性分析概述
    • 2.2 单平面滑动边坡稳定性分析
    • 2.3 条分法
    • 2.4 瑞典条分法
    • 2.5 Bishop条分法
    • 2.6 不平衡推力传递法
    • 2.7 Janbu条分法
    • 2.8 最危险滑裂面的确定方法
    • 2.9 土坡稳定分析中的图解法简介
  • 3 支挡结构荷载计算
    • 3.1 边坡支护结构上的侧向岩土压力计算
    • 3.2 滑坡推力计算
  • 4 坡率法与削坡减载设计
    • 4.1 概述
    • 4.2 坡率法的设计
    • 4.3 削坡减载的设计
  • 5 挡土墙设计与计算
    • 5.1 概述
    • 5.2 挡土墙分类及适用范围
    • 5.3 重力式挡土墙的设计
    • 5.4 悬臂式挡土墙的设计
    • 5.5 扶壁式挡土墙的设计
  • 6 抗滑桩的设计与施工
    • 6.1 概述
    • 6.2 抗滑桩设计荷载的确定
    • 6.3 抗滑桩内力分析与变形计算
    • 6.4 抗滑桩结构承载力设计
    • 6.5 抗滑桩的设计
    • 6.6 施工注意事项
  • 7 锚杆(索)设计与施工
    • 7.1 概述
    • 7.2 锚杆(索)的设计与计算
    • 7.3 锚杆(索)的构造设计
    • 7.4 锚杆(索)的施工
    • 7.5 锚杆(索)的试验与检测
  • 8 锚杆(索)挡墙支护
    • 8.1 概述
    • 8.2 锚杆(索)挡土墙设计荷载及内力计算
    • 8.3 土质边坡的静力平衡法和等值梁法
    • 8.4 锚杆挡墙肋柱和挡土板的结构设计
    • 8.5 锚杆挡墙构造设计
  • 9 排水工程设计与施工
    • 9.1 概述
    • 9.2 地表排水设计
    • 9.3 地下排水设计
  • 10 边坡工程读书报告及课程设计
    • 10.1 边坡工程读书报告写作安排
    • 10.2 边坡工程课程设计任务书
边坡的变形破坏



边坡经常会遇到坡体的稳定问题。
作为全球性三大地质灾害(地震、洪水、崩塌滑坡泥石流)之一的边坡失稳滑塌严重危及到国家财产和人民的生民安全。
我国边坡地质灾害分布广泛,活动强烈,危害严重。
边坡变形破坏对人类工程、经济活动和生命财产的危害较大,它是工程地质学的主要课题之一,也是环境地质学和灾害地质学研究的重要内容。
随着我国基础建设的大力发展,在矿山、水利、交通等部门都涉及到大量的边坡问题。


1、边坡的破坏形式

边坡广义的破坏形式:崩塌、坍塌、滑坡、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:是上层、堆积层或风化破碎岩层斜坡,由于土壤水和裂隙水的作用、河流冲刷或人工开挖坡陡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帐缩交替作用,强度大幅度降低,甚至坡度1:5的坡体也会产生坍塌。


滑坡:斜坡上的岩土体,沿着贯通的剪切破坏面(带),产生的整体向下滑动的现象。与崩塌相比,滑坡在运动过程中基本保持了岩土的完整性,且在较平缓的斜坡中仍可发生。
倾倒:是陡倾的岩体山于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坡,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岩体,因坡脚受冲刷或人工开挖和震动影响,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:是指破碎且节理裂隙发育硬质岩斜坡,软、硬岩互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。


黄土滑坡


错落


小湾电站左坝肩边坡高500m,6#山头发生10万m3崩塌


2、滑   坡
   

斜坡上的岩土体,沿着贯通的剪切破坏面(带),产生的整体向下滑动的现象。

1)、滑坡形态要素

①-后缘环状拉裂缝;②-滑坡后壁;③-横向裂缝及滑坡台阶;④-滑坡舌及隆张裂隙;⑤-滑坡侧壁及羽状裂隙;⑥-滑坡体;⑦-滑坡床;⑧-滑动面(带)


(2)、滑坡分类 
 

目的:就在于对滑坡作用的各种环境和现象特征以及产生滑坡的各种因素进行概括,以便正确反映滑坡作用的某些规律。
  滑坡的分类方案:很多,各方案所侧重的分类原则不同。有的根据滑动面与层面的关系,有的根据滑坡的动力学特征,有的根据规模、深浅,有的根据岩土类型,有的根据斜坡结构,还有根据滑动面形状甚至根据滑坡时代等等。
   这些分类方案各有优缺点,至今仍沿用。
   滑坡分类有待进一步探讨。


几种主要的滑坡分类:

①按滑动面与层面关系的分类 :应用很广,是较早的一种分类。分均质滑坡(无层滑坡)、顺层滑坡和切层滑坡三类


②按滑动力学性质分类
 

主要按决定于始滑位置(滑坡源)所引起的力学特征进行分类。这种分类,对滑坡的防治有很大意义。
  一般根据始滑部位不同而分为牵引式,推动式、平移式和混合式
推动式滑坡:由于斜坡上部张开裂缝发育或因堆积重物和在坡上部进行建筑等,引起上部失稳始滑而推动下部滑动。如湖北省秭归县境内土凤岩-马家坝滑坡


平移式滑坡:滑动面一般较平缓,始滑部位分布于滑动面的许多点,这些点同时滑移,然后逐渐发展连接起来。如包头矿务局的白灰厂滑坡
牵引式滑坡:首先是在斜坡下部发生滑动,然而,逐渐向上扩展,引起由下而上的滑动,这主要是由于斜坡底部受河流冲刷或人工开挖而造成的。如四川省云阳镇大桥沟
混合式滑坡:始滑部位上、下结合,共同作用。混合式滑坡比较常见。


③按滑坡发生时代

古滑坡(全新世以前的)
老滑坡(全新世以来发生,现未活动)
新滑坡(正在活动)

④按滑坡的规模

小型滑坡(10万立方米)
中型滑坡(10万-50万立方米)
大型滑坡(50万-100万立方米)
特大型(巨型)滑坡(>100万立方米)

⑤按滑坡滑动速度

缓慢滑坡
间歇性滑坡
崩塌性滑坡
高速滑坡


(3)滑坡的危害

中断交通运输
破坏矿山开采
危害工厂安全生产
破坏水利水电建设
破坏文物古迹
破坏城镇环境
摧毁村庄农田
造成其他次生灾害


秭归滑坡
       2003年7月13日零时20分发生于湖北省秭归县沙镇溪镇千将坪村,巨大的山体整体下滑,将宽阔的青干河拦腰砸断,掀起20多米高的巨浪。短短五分钟时间里,80多栋农舍和4家企业厂房化为废墟,滑坡土方量2400多万立方米,死亡和失踪群众达24人 。
        滑坡发生前已监到裂缝扩展,组织了村民撤离。


贵州印江岩口滑坡堵江成坝-形成堰塞湖


二郎山隧道西引道滑坡张裂缝

海石湾煤矿上工业广场滑坡


思考:灾害损失是惨重的!!!
 为什么会发生???
 除了天灾(自然原因),是否还有人为作孽(有意或无意)的成份?

人们在灾害面前能做什么???
除了逃跑、哀号,难道就无能为力了吗?

作为土木工程技术人员,你该做些什么,你能做些什么???
是该研究→了解→掌握→预防、治理,还是漠视、甚至助纣为虐?
如何研究、如何预防、治理?

3、边坡稳定破坏的影响因素

主要有(八个方面) :
 (1)岩土性质的影响:包括岩土的坚硬程度、抗风化能力、抗软化能力、强度、组成、透水性等;
 (2)岩层的构造与结构的影响:表现在节理裂隙的发育程度及其分布规律、结构面的胶结情况、软弱面和破碎带的分布与边坡的关系、下伏岩土界面的形态以及坡向坡角等;
 (3)水文地质条件的影响:包括地下水的埋藏条件、地下水的流动及动态变化等;
 (4)地貌因素:如边坡的高度、坡度和形态等;
 (5)风化作用的影响:主要体现为风化作用将减弱岩土的强度,改变地下水的动态;
 (6)气候作用的影响:气候引起岩土风化速度、风化厚度以及岩石风化后的机械、化学变化,同时引起地下水(降水)作用的变化;
 (7)地震作用:除了使岩土体增加下滑力外,还常常引起孔隙水压力的增加和岩土体的强度的降低;
 (8)人为因素:人类活动的开挖、填筑和堆载等人为因素同样可能造成边坡的失稳。

4、典型边坡灾害事故

边坡失稳破坏产生的滑坡、滑动、沉陷、泥石流、岩崩为全球性三大地质灾害(地震、洪水、崩塌滑坡泥石流) 之一,随时都有可能带来严重的破坏,甚至是灾难。
如:美国的布法罗的煤矿废物泥浆挡坝的倒塌造成125人的死亡;
  1963年北意大利的Vaiont水库左岸滑坡,使得25000万立方米的滑体以28m/s的速度下滑到水库,形成250多米高的涌浪,造成下游2 500多人丧生;
  1980年我国湖北运安盐池河磷矿发生山崩,100万立方米的岩体崩落,摧毁了矿务局和坑道的全部建筑物,造成280人死亡;2001年5月1日重庆市武隆县县城江北西段发生山体滑坡,造成一栋9层居民楼房跨塌、死亡79人,阻断了319国道新干道,几辆停靠和正在通过的汽车也被掩埋在滑体中。 

                            中国近二十年来滑坡灾害实例

滑坡名称

发生地点

发生时间

灾害情况

铁西滑坡

成昆线铁西车站

1980年

滑坡体积200万m3,中断交通40天,治理费2300万元

洒勒山滑坡

甘肃省东乡县

1983年3月7日

滑坡体积5000 m3,摧毁4个村庄,227人死亡

鸡抓子滑坡

四川省云阳县

1982年7月18日

滑坡体积1300万m3,100万M3滑入长江,造成急流险滩,治理费8500万元

新滩滑坡

湖北省秭归县

1985年6月12日

滑坡体积3000万m3,摧毁新滩镇,侵占长江航道1/3,因提前预报无伤亡

韩城电厂滑坡

陕西省韩城市

1985年3月

滑坡体积500万m3,破坏厂房设施,一二期治理费5000余万元

天水锻压机床厂滑坡

甘肃省天水市

1990年8月21日

滑坡体积60万m3,摧坏6个车间,7人死亡,损失2000多万元

头寨沟滑坡

云南省昭通县

1992年

滑坡体积400万m3,变成碎屑流冲出4KM,摧毁1个村庄

K190滑坡

宝成线K190

1992年5月

滑坡体积30万m3 ,中断运输35天,砸坏明洞,改线花费8500万元

黄茨滑坡

甘肃省永靖县

1995年1月30日

滑坡体积600万m3 ,摧毁71户民房,因提前预报无伤亡

岩口滑坡

贵州省印江县

1996年9月18日

滑坡体积260万m3 ,堵断印江淹没上游一村镇,威胁下游印江县城安全

八渡车站滑坡

南昆线八渡

1997年7月

滑坡体积500万m3 ,威胁车站安全,治理费9000万元



世界上每年由于人工边坡或自然边坡失稳造成的经济损失数以亿记,如:
  美国:1978年Schuster收集的资料显示,在美国仅加州由于边坡失稳造成的损失每年可达33亿美元,除此之外,在美国平均每年至少有25人死于这种灾害;
  英国:l984年在英国的Carsington大坝滑动,使耗资近1500万英镑的主堤几乎完全破坏。
 
我国:
  福建省:据不完全统计,1998年以来福建省先后发生的崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等21300多起,涉及40多个县(市、区),造成300余人死亡,伤500余人,毁房500余间,经济损失高达10多亿元;
  四川省近l0 年来,每年地质灾害造成的损失达数亿元,死亡人数在300人左右;三峡库区的最新统计表明,1982年以来库区两岸发生滑坡、崩塌、泥石流70多处,规模较大的40多处,死亡400人,直接经济损失数千万。
  云南省:云南省的公路边坡灾害调查数据显示,1990~1999年,云南公路边坡发生大、中型崩塌、滑坡、泥石流135~144次,造成l 000余座桥梁被毁,经济损失达l68亿余元,并对全省2 220km公路的运营构成严重威胁。

边坡的治理费用在工程建设中也是极其昂贵的,根据1986年E.N.Brohead的统计,用于边坡治理的费用约占地质和自然灾害的25%~50%左右。
  如:在英国的北Kent海岸滑坡处治中,平均每公里混凝土挡墙耗资高达l500万英镑;在伦敦南部的一个仅2 500m2的小型滑坡处理中,勘察滑动面耗资2万英镑,而建造上边坡抗滑桩、挡土墙及排水系统花去l5万英镑,如果加上下边坡,费用将翻倍。
  在我国,随着大型工程建设的增多,用于边坡处治的费用在不断增大,如三峡库区仅用于一期的边坡处治国家投资高达40亿元人民币;特别是在我国西部高速公路建设中,用于边坡处治的费用占总费用30%~50%。
  因此:对边坡进行合理地设计和有效治理将直接影响到国家对基础建设的投资以及安全运营。