高边坡的勘察和设计(王恭先).ppt

高边坡的勘察和设计王王 恭恭 先先中铁西北科学研究院2003年11月主 要 内 容 一、高边坡问题的提出 二、高边坡的种类和变形类型 三、高边坡的勘察和稳定性评价 四、高边坡的设计一、高边坡问题的提出 （一）高边坡的界定（一）高边坡的界定何为高边坡何为高边坡 （二）高边坡的变形、破坏及其造成的损失（二）高边坡的变形、破坏及其造成的损失 （三）高边坡的特征（三）高边坡的特征 （一）高边坡的界定（一）高边坡的界定 一般认为边坡高度大于20m的土质边坡，或高度大于30m的岩质边坡。（二）高边坡的变形、破坏及其造成的损失（二）高边坡的变形、破坏及其造成的损失 高边坡早已存在，也曾造成过变形和损失。近年来，高边坡数量越来越多，高度越来越高。变形量大，增加投资、延误工期、造成灾害。举例：举例：云南澜沧江小湾电站边坡高达云南澜沧江小湾电站边坡高达500m500m 云南元江磨黑高速公路云南元江磨黑高速公路K259K259高高110m110m的砂泥岩高边坡的砂泥岩高边坡深圳汕头高速公路深圳汕头高速公路K101滑坡推倒桩板墙滑坡推倒桩板墙深圳汕头高速公路深圳汕头高速公路K102滑坡，抗滑桩与明洞处理花费滑坡，抗滑桩与明洞处理花费8000余万元余万元同江同江三亚高速公路闽北八尺门互通区设在三亚高速公路闽北八尺门互通区设在2个古滑坡上，治理费个古滑坡上，治理费5000余万元余万元云云南南元元江江磨磨黑黑高高速速公公路路三三菁菁公公隧隧道道进进口口高高边边坡坡发发生生滑滑坡坡，高高130m，推倒中隔墙，推倒中隔墙山西长治晋城高速公路山西长治晋城高速公路K31K31砂泥岩顺层滑坡，体积达砂泥岩顺层滑坡，体积达2525万万m m3 3北北京京珠珠海海高高速速公公路路粤粤北北段段K108高高边边坡坡滑滑坡坡，三三次次变变更更设设计计，治治理费用理费用20002000余万元余万元重庆万州梁平高速公路重庆万州梁平高速公路K42K42砂泥岩顺层滑坡砂泥岩顺层滑坡西安秦岭某试验基地花岗岩高边坡滑坡西安秦岭某试验基地花岗岩高边坡滑坡花岗岩中长花岗岩中长100多多m、宽、宽80cm的张裂缝的张裂缝(三)高边坡的特征 1 1、高高边边坡坡是是将将地地质质体体的的一一部部分分改改造造成成人人为为工工程程设设施施，因因此此其其稳稳定定性性取取决决于于自自然然山山坡坡的的稳稳定定状状况况(稳稳定定、不不稳稳定定、极极限限平平衡衡)、地地质质条条件件(地地层层岩岩性性、地地质质构构造造、坡坡体体结结构构、岩岩体体结结构构、水水文文地地质质条条件件、风风化化程程度度等等)和和人人为为改改造造的的程程度度(开挖深度、坡形、坡率等开挖深度、坡形、坡率等)。2 2、由由不不同同的的地地层层、岩岩性性、风风化化程程度度的的岩岩土土体体构构成成的的自自然然山山坡坡，受受地地质质构构造造影影响响程程度度不不同同，水水文文地地质质条条件件不不同同，在在自自然然营营力力作作用用下下形形成成了了各各种种形形态态的的斜斜坡坡，如如直直线线坡坡、凸凸形形坡坡、凹凹形形坡坡、阶阶梯梯状状坡坡，且且具具有有不不同同的的稳稳定定状状态态，这这是是在在漫漫长长的的地地质质历历史史时时期期形形成成的的，是是动动态态的的、变变化化的的。自自然然斜斜坡坡是是人人工工边边坡坡的基础。的基础。3 3、人人工工边边坡坡是是对对自自然然斜斜坡坡的的改改造造，它它也也有有直直线线坡坡、凸凸形形坡坡、凹凹形形坡坡，更更多多的的是是阶阶梯梯状状边边坡坡。人人工工边边坡坡改改变变了了自自然然山山坡坡的的应应力力状状态态和和地地下下水水的的渗渗流流条条件件，而而且且是是在在短短短短几几个个月月内内改改造造完完成成的的。自自然然山山坡坡的的应应力力调调整整有有一一个个过过程程，强强度度低低的的软软弱弱岩岩层层调调整整较较快快，常常在在施施工工期期就就发发生生变变形形；强强度度高高的的坚坚硬硬岩岩层层调调整整较较慢慢，或或可可自自身身稳稳定定，或或在在1 13 3年年后后发发生生变变形形。只只有有当当人人工工边边坡坡顺顺应应自自然然，对对其其改改变变不不大大时时，才才可可保保持持稳稳定定，否否则则就就会会发发生生失失稳稳，甚甚至至引引起起自自然然山山坡坡的的破坏。破坏。4 4、自自然然山山坡坡和和人人工工边边坡坡都都处处在在各各种种自自然然营营力力的的作作用用之之下下，如如阳阳光光照照射射、降降雨雨冲冲刷刷和和下下渗渗、风风化化和和地地震震等等。但但人人工工边边坡坡所所造造成成的的自自然然状状态态的的改改变变使使这这种种作作用用更更强强烈烈，如如开开挖挖暴暴露露风风化化加加剧剧、破破坏坏植植被被地地表表水水容容易易下下渗渗、坡坡体体松松弛弛、爆破震动等都使边坡更容易发生变形。爆破震动等都使边坡更容易发生变形。5 5、自自然然条条件件千千差差万万别别，所所以以高高边边坡坡设设计计也也变变得得十十分分复复杂杂，每每个个工工点点都都需需单独分析和计算，这也许就是目前高边坡设计尚无规范可循的原因。单独分析和计算，这也许就是目前高边坡设计尚无规范可循的原因。二、高边坡的种类和变形类型（一）高边坡的种类（一）高边坡的种类（二）高边坡的变形类型（二）高边坡的变形类型（三）高边坡变形的条件和原因分析（三）高边坡变形的条件和原因分析分分 类类 指指 标标边边 坡坡 类类 型型1、按工程、按工程类别类别分分1、道路、道路边边坡：坡：堑堑坡、堤坡、洞口坡、堤坡、洞口边边坡等坡等2、水利、水利边边坡：坡：坝坝肩肩边边坡、渠道坡、渠道边边坡等坡等3、露天、露天矿边矿边坡：采坡：采场边场边坡、弃坡、弃碴场边碴场边坡等坡等4、城建、城建边边坡：坡：堑堑坡与深基坑坡与深基坑边边坡等坡等2、按使用年限分、按使用年限分1、临时边临时边坡坡2、短期、短期边边坡（坡（30年以内）年以内）3、永久、永久边边坡（坡（30年）年）3、按、按边边坡岩土构成坡岩土构成分分1、土、土质边质边坡坡2、类类土土质边质边坡（全坡（全风风化呈砂土状）化呈砂土状）3、岩、岩质边质边坡坡4、二元、二元结结构构边边坡坡4、按、按边边坡岩体坡岩体结结构构分分1、类类均均质质土土结结构构边边坡坡2、近水平、近水平层层状状结结构构边边坡坡3、顺倾层顺倾层状状结结构构边边坡坡4、反、反倾层倾层状状结结构构边边坡坡5、斜交、斜交层层状状结结构构边边坡坡6、碎裂状、碎裂状结结构构边边坡坡7、块块状状结结构构边边坡坡（一）高边坡的种类（一）高边坡的种类高边坡分类表高边坡分类表（二）高边坡的变形类型1、按变形性质分、按变形性质分（1）坡面冲刷；（2）表层溜坍；（3）危岩、落石、崩塌；（4）坍塌；（5）滑坡；（6）倾倒；（7）错落。2、按变形深度分、按变形深度分（1）坡面变形（深12m）；（2）边坡变形（深1.2基本稳基本稳定边坡定边坡边坡的坡形坡率符合岩土体的强度条件，无倾向临空面边坡的坡形坡率符合岩土体的强度条件，无倾向临空面的不利结构面，少有地下水，整体和局部均稳定，但坡的不利结构面，少有地下水，整体和局部均稳定，但坡面有冲沟、剥落、落石等。面有冲沟、剥落、落石等。1.11.2欠稳定欠稳定边边 坡坡边坡整体稳定，但局部坡陡于岩土稳定角，或受地下水边坡整体稳定，但局部坡陡于岩土稳定角，或受地下水影响岩土强度降低，或有不利结构面倾向临空面，有局影响岩土强度降低，或有不利结构面倾向临空面，有局部坍、滑变形。部坍、滑变形。1.01.1不稳定不稳定边边 坡坡边坡坡形坡率不符合岩土强度条件，或在古老滑体上开边坡坡形坡率不符合岩土强度条件，或在古老滑体上开挖、堆载引起古老滑坡复活，或有发育的不利结构面倾挖、堆载引起古老滑坡复活，或有发育的不利结构面倾向临空面，岩体破碎，地下水发育，开挖后会产生整体向临空面，岩体破碎，地下水发育，开挖后会产生整体失稳。失稳。1.0 2、高边坡的稳定性评价方法 人人们们早早已已熟熟悉悉用用力力学学平平衡衡计计算算法法评评价价边边坡坡的的稳稳定定性性，它它可可以以得得出出稳稳定定系系数数的的定定量量数数据据，而而且且可可算算出出需需要要加加固固工工程程承承受受力力的的大大小小。但但是是对对于于复复杂杂的的高高边边坡坡稳稳定定性性计计算算，由由于于计计算算的的边边界界条条件件（范范围围）和和破破坏坏面面岩岩土土参参数数难难以以准准确确判判定定、试试验验和和选选取取，使使计计算算结结果果的的可可信信度度降降低低。作作者者认认为为应应以以工工程程地地质质分分析析对对比比法法为为基基础础辅辅以以力力学学计计算算两两者者结结合合较较为为合合理理，前前者者为为后后者者提提供供变变形形类类型型、范范围围和和边边界条件，后者界条件，后者则则可得出可得出稳稳定系数和作用力大小，定系数和作用力大小，为设计为设计提供依据。提供依据。工程地工程地质质分析分析对对比法从以下几方面分析比法从以下几方面分析对对比：比：a、从自然极限从自然极限稳稳定坡的坡形坡率坡高与人工定坡的坡形坡率坡高与人工边边坡的平均坡率和坡高坡的平均坡率和坡高对对比中比中评评价其价其稳稳定性；定性；b、从自然山坡已从自然山坡已发发生的生的变变形形类类型和型和规规模推断人工模推断人工边边坡可能坡可能发发生的生的变变形形类类型和型和规规模；模；c、从坡体从坡体结结构分析人工构分析人工边边坡可能坡可能发发生的生的变变形形类类型及型及产产生的部位（整体或局部）；生的部位（整体或局部）；d、从从作作用用因因素素及及其其变变化化幅幅度度分分析析，主主要要是是开开挖挖引引起起坡坡体体松松弛弛、地地表表水水下下渗渗、岩岩土土（特特别别是是软软弱弱带带）强强度降低分析可能度降低分析可能发发生的生的变变形形类类型及型及规规模；模；e、从已从已发发生的生的变变形分析其形分析其发发生机制并反演出破坏生机制并反演出破坏时时的岩土的岩土强强度参数。度参数。力学力学计计算法算法 力力学学计计算算法法有有多多种种，只只有有选选择择与与调调查查确确定定的的破破坏坏类类型型及及模模式式相相一一致致的的计计算算方方法法才才能能得得出出正正确确的的结结果果。其其破破坏坏范范围围主主要要是是松松弛弛范范围围，除除顺顺层层滑滑坡坡外外，可可用用有有限限元元计计算算开开挖挖后后边边坡坡的的应应力力场场和位移场来确定。和位移场来确定。对对土土质质边边坡坡和和类类土土质质边边坡坡可可用用传传统统的的圆圆弧弧形形破破坏坏面面进进行行计计算算，但但沿沿土土层层界界面面滑滑动动者者不不一一定定是是圆圆弧弧。岩岩质质边边坡坡，即即使使是是强强风风化化岩岩体体，其其破破坏坏也也要要沿沿不不利利结结构构面面组组合合，因因此此多多为为折折线线形形，用用推力传递法比较符合实际。其选用的计算参数推力传递法比较符合实际。其选用的计算参数C、值也应根据地质情况不同而分段选取。值也应根据地质情况不同而分段选取。四、高边坡的设计（一）高边坡设计的特点（一）高边坡设计的特点 1、高边坡设计以翔实的地质资料为基础。、高边坡设计以翔实的地质资料为基础。2、高边坡设计是预测性设计。、高边坡设计是预测性设计。3、高边坡设计是风险性设计。、高边坡设计是风险性设计。4、高边坡设计应是动态设计。、高边坡设计应是动态设计。5、高边坡设计对施工工艺提出严格要求。、高边坡设计对施工工艺提出严格要求。（二）高边坡设计的原则（二）高边坡设计的原则 1、高边坡根据其使用年限和保护对象的重要性，应是安全可靠的。、高边坡根据其使用年限和保护对象的重要性，应是安全可靠的。2、高高度度40m以以下下的的边边坡坡原原则则上上以以放放稳稳定定坡坡率率为为主主，大大于于40m的的边边坡坡，放放缓缓边边坡坡可可能能增增加加大大量量弃弃方方、破破坏坏大大量量植植被被、增增大大征征地地量量，于于环环保保不利，应采取较陡的坡率增加支挡加固工程以减小边坡高度。不利，应采取较陡的坡率增加支挡加固工程以减小边坡高度。3、由由于于坡坡脚脚应应力力和和地地下下水水集集中中，加加固固工工程程应应贯贯彻彻“固固脚脚强强腰腰”的的原原则则，“固固脚脚”即即加加强强坡坡脚脚1、2或或3级级边边坡坡的的支支撑撑力力，“强强腰腰”则则是是防防止高边坡的局部失稳。既要保整体稳定，也要保局部稳定。止高边坡的局部失稳。既要保整体稳定，也要保局部稳定。4、高高边边坡坡设设计计应应有有完完善善的的地地表表和和地地下下排排水水系系统统，减减少少水水对对边边坡坡稳稳定的影响。定的影响。5、高边坡设计应充分考虑环境保护，美化环境。、高边坡设计应充分考虑环境保护，美化环境。（三）高边坡的设计方法 高边坡设计目前尚无统一的方法，一般采用三种方法相结合高边坡设计目前尚无统一的方法，一般采用三种方法相结合：1、工程地质比拟法、工程地质比拟法从自然稳定坡的调查中寻找可供比拟的坡形、坡率和坡高。从自然稳定坡的调查中寻找可供比拟的坡形、坡率和坡高。2、力力学学计计算算法法选选择择符符合合坡坡体体结结构构和和破破坏坏模模式式的的计计算算方方法法对对设设计计的的坡坡形形进进行行稳稳定性计算，调整坡形或增加支挡工程以达到合理的设计。既保整体稳定，又保局部稳定。定性计算，调整坡形或增加支挡工程以达到合理的设计。既保整体稳定，又保局部稳定。3、经验对比法、经验对比法以类似地质条件下稳定的人工边坡作参考设计新的边坡。以类似地质条件下稳定的人工边坡作参考设计新的边坡。4、坡形坡率的设计：、坡形坡率的设计：一般采用台阶状坡形。一般采用台阶状坡形。每级台阶的每级台阶的高度高度：810m。台台阶阶（卸卸荷荷平平台台）宽宽度度：一一般般23m；高高度度大大于于30m的的边边坡坡，在在中中部部留留46m的的宽宽平台。平台。坡率坡率：土质边坡：土质边坡：1:11:1.5（黄土边坡除外）；类土质边坡：（黄土边坡除外）；类土质边坡：1:11:1.5；强风化岩边坡：强风化岩边坡：1:0.751:1；弱风化岩边坡：；弱风化岩边坡：1:0.51:0.75；微风化岩边坡：微风化岩边坡：1:0.3l:0.5。对对岩岩层层顺顺倾倾地地段段的的高高边边坡坡，当当岩岩层层倾倾角角大大于于40时时，可可采采用用顺顺层层面面刷刷方方。但但当当倾倾角角较较缓缓时时，不不宜宜顺顺层层刷刷方方，那那样样会会增增大大边边坡坡高高度度，破破坏坏植植被被，增增大大征征地地和和弃弃方方，于于环环境境保保护不利，还可能留下不稳定隐患。护不利，还可能留下不稳定隐患。5、加加固固工工程程的的设设计计：对对计计算算评评价价不不稳稳定定和和欠欠稳稳定定的的边边坡坡必必须须设设置置一一定定的的加加固固工工程程措措施施，常常用用者者有有挡挡土土墙墙、抗抗滑滑桩桩、预预应应力力锚锚索索抗抗滑滑桩桩、预预应应力力锚锚索索框框架架（地地梁梁、墩墩），锚杆框架（地梁）等，可根据边坡的具体情况单独或组合使用。锚杆框架（地梁）等，可根据边坡的具体情况单独或组合使用。6、排水系统设计：、排水系统设计：（1）地面排水系统；（）地面排水系统；（2）地下排水。）地下排水。以下用一些图片实例作一说明。以下用一些图片实例作一说明。坡脚桩板墙坡脚桩板墙坡脚锚索抗滑桩，中部锚索框架坡脚锚索抗滑桩，中部锚索框架坡脚锚索抗滑桩，以上锚索地梁坡脚锚索抗滑桩，以上锚索地梁坡脚锚索桩，以上锚索地梁坡脚锚索桩，以上锚索地梁路下锚索抗滑桩，路上锚索框架路下锚索抗滑桩，路上锚索框架锚索框架与地梁结合锚索框架与地梁结合锚索框架锚索框架锚索框架与锚索桩结合锚索框架与锚索桩结合两排抗滑桩与锚杆框架结合两排抗滑桩与锚杆框架结合锚杆框架锚杆框架锚索墩锚索墩六棱砖植草防护六棱砖植草防护泄水洞截水泄水洞截水仰斜孔排水仰斜孔排水主动网防落石主动网防落石被动拦石网被动拦石网秦岭某花岗岩秦岭某花岗岩高边坡平面图高边坡平面图秦岭某花岗岩高边坡立面图秦岭某花岗岩高边坡立面图秦岭某花岗岩高边坡断面图秦岭某花岗岩高边坡断面图秦岭某花岗岩高边坡抗滑桩结构图秦岭某花岗岩高边坡抗滑桩结构图秦岭某花岗岩高边坡框架结构图秦岭某花岗岩高边坡框架结构图秦岭某花岗岩高边坡锚索结构图秦岭某花岗岩高边坡锚索结构图谢谢！