不确定性边坡岩土工程十篇

不确定性边坡岩土工程 篇1

边坡岩土工程涉及到3个主要对象, 分别是土体、土工结构、周边环境, 这三者无论是在施工过程中还是在施工结束后, 都始终处于相互影响、相互作用的状态。在边坡岩土工程中, 很多因素都只能加以预估而无法准确把握, 例如我们可以通过土层取样来对岩土的各项参数进行测定, 但却无法获得参数的真值;我们可以通过地质勘查对岩土结构及周边地区的地质情况有一个大体的认识, 但是却无法完全掌握;我们也可以对边坡的变形情况进行观察, 但是所得到的结果与实际情况之间往往存在着不小的差异。

将不确定性的概念具体到边坡岩土工程中, 就是指那些设计过程中必须加以考虑却始终无法确定的工程相关因素。目前, 国内很多机构和单位在进行岩土工程建设时仍在使用传统的“地质勘查→设计分析→实际施工”流程, 这种静态的设计施工方法并不能对施工过程中产生的突发情况作出快速反应, 不确定性所带来的损害由此可见一斑。为此, 国内不少设计人员对传统方法提出了质疑, 并形成了新的解决方案, 本文在总结前人成果的基础上, 结合自身实践经验, 对边坡岩土工程不确定性及对策进行分析与研究。

1 岩土工程不确定性的主要因素

1.1 岩土模型

作为原型的替代物, 模型是其主要特征的理想化反映。但是在边坡岩土分析过程中, 模型并不是唯一的, 这也是模型不确定性产生的原因。在岩土工程中所使用分析模型的复杂度和实用性与人的分析能力与认知水平呈正比关系, 就目前的实际情况来看, 更多的考虑坡体结构的性能和特点是边坡岩土工程设计发展的必然趋势, 由此可见, 在未来的工作中, 所使用的模型将会变得更加复杂。另外, 模型选择结束后, 数值计算方法的选取也非常重要, 可用方法包括极限分析法、边界元法、有限单元法、非连续变形分析法等, 每一种方法都有自己独特的适用范围和优缺点, 既可以联合使用, 又可以单独使用。一般来说, 设计人员在实际工作中都会选择与工程所在地岩土类型相似的经典岩土体计算模型及数值计算方法。

1.2 岩土物理学指标

岩土物理学指标也就是我们常说的岩土参数, 由于这些参数会随着时空的变化而发生较大幅度的变化, 具有显著的时间和空间变异性, 因而其不确定性也就非常容易被理解。虽然在实际工作中, 工作人员会通过严格密封、缩短土样存放时间等措施降低外界因素所带来的不良影响, 但是岩土体的空间变异性却无法避免或控制, 只有通过统计方法对这种空间离散和变异性进行处理。在岩土工程中, 空间变异性是一种特有现象, 虽然可以对其进行描述, 但是却无法对其实质性地减少, 因此, 最终形成的参数也只能是理论计算的结果, 而非其真值。

1.3 人为因素

在工作人员为岩土工程设计的若干个比较方案中, 最终会敲定一个方案予以实施, 所以从本质上说这是一个人为决定的过程。从经济角度来看, 不同方案所需经费各有不同;从工程的角度来看, 不同方案的可靠性以及潜在破坏性也存在着不小的差异。受价值观念和思维方式差异的影响, 在同一个工程中, 不同决策者可能会选择不同的方案加以实施, 其依据可能是科学判断, 也可能只是依赖于以往的经验或直觉。

2 边坡岩土工程不确定性的应对策略

2.1 以往工作中的应对策略

2.1.1 安全系数

安全系数这一概念在很久之前就被引入了岩土工程设计工作中, 可以有效消除部分岩土计算模型不确定因素或岩土参数所造成的影响, 不过在这一过程中, 安全系数的选择就成为了关键性问题。以两种岩土计算模型为例, 即便是它们选择的安全系数相同, 最终得出的安全程度也会出现偏差, 增加了工程设计者对其进行有效把握的难度。

2.1.2 经验设计

在岩土工程的发展过程中, 曾经有一段时间完全依靠经验开展工作, 即便是到了今天, 工程经验在岩土工程设计中仍然占有着重要地位。在岩土工程中, 很多因素并不能采用科技手段予以确定, 无法对其进行科学、准确的分析, 工作人员只能根据所掌握的材料和工程特点形成相应的解决方案。因此, 从某种意义上来讲, 丰富的实践经验能够在一定程度上消除岩土计算模型不确定性因素和岩土参数所带来的不利影响。

2.1.3 二者存在的不足之处

上文所述的两种岩土不确定因素的方式虽然常用, 但是却存在着保守性、经验性、主观感受性的不良特征, 这也是当前边坡设计工作中普遍存在的一种现象, 主要表现为使用保守的安全系数;对岩土体力学参数进行保守估算;过分考虑其它危险因素等。在设计人员对岩土相关不确定性情况掌握较少时, 这种做法无疑是可取的, 但是, 我国工程建设水平已经开始向高标准的方向迈进, 如果仍固守传统, 势必无法满足时代发展的新需求。

根据目前的实际情况来看, 岩土工程已经开始考虑如社会意义、自然环境等工程建设之外的因素所造成的影响, 为了更加科学地进行分析决策, 应注意采用动态设计与施工这一新兴方式。

2.2 动态设计与施工

边坡岩土工程无论在力学分析还是在模型选择上都比较复杂, 并且分析工作的难度还会随着工程所在地的地质条件的复杂化而大幅上升。在工程正式进行施工后, 那些原本模糊不清的地质条件就会直观地展现在设计人员面前, 勘测失准甚至勘测遗漏现象都有可能出现, 如果仍然一味按照原有的设计图纸进行施工, 就容易造成无法弥补的严重后果。

采用动态设计与施工的目的就是让整个工程更具弹性, 留下足够的改变空间。而传统的“地质勘查→设计分析→实际施工”流程实际上属于一种静态的设计与施工, 并不能对突发情况做出积极有效的应对, 因此, 虽然这种方法仍然得到普遍使用, 但还是属于不够科学且存在明显缺陷的设计施工方式。受必须时刻面对各种新情况这一特质的影响, 边坡岩土工程在施工过程中必须要根据实际情况对原有的设计进行相应的调整, 以便以动态的方式对所遇到的问题做出及时有效的反应, 实现设计图纸与施工现场的完美结合。同时, 工作人员还应注意做好施工现场的监测操作, 以便根据所得出的现场安全性结果来决定是否需要对设计图纸进行修改。

在动态设计与施工的应用过程中, 工作人员首先要将设计依据与最新采集到的信息进行比较, 查看二者间是否存在较大误差。同时, 主要做好现场监测信息的整理和分析, 将其作为判断设计图纸合理性的重要依据。如果监测结果表明设计不合理, 或是设计依据信息与最新信息间存在较大差异, 都要对现有设计进行修改, 并在下一级坡施工时使用新的设计方案。若在本级坡施工过程中并未发现异常现象, 则继续采用该方案进行下一级坡的施工。如此周而复始, 直至完成全部的施工任务。需要注意的是, 即便是在施工全部结束后, 继续进行监测作业仍然可以发挥评价施工效果的作用。

3 结语

通过文章的介绍, 我们可以看出, 动态设计与施工方法在未来的边坡岩土工程中拥有非常广泛的应用前景。从根本上来看, 设计方案的合理性与施工作业能否适应当地的地质条件变化之间有着密切的联系, 只有在施工过程中构建完善的信息搜集和整理系统, 并根据最新得到的勘测结果对设计方案中的相关参数和岩土力学模型进行不断的修正, 才能使设计与施工实际紧密的结合在一起, 实现动态设计与施工, 更加安全、高效的完成施工任务, 最大程度的消除不确定因素所带来的安全隐患。

参考文献

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[2]郎晓兵.边坡工程进行岩土工程勘察的探讨[J].技术与市场, 2011 (6) :147-147.

[3]刘信才.公路岩土工程建设中存在问题分析[J].民营科技, 2010 (4) :282-282, 281.

不确定性边坡岩土工程 篇2

在各类工程项目建设中, 由于建筑主体结构自身的重量, 再加之受到外力作用, 在其共同作用下, 岩土边坡的稳定性会受到较大的影响。这就需要对岩土边坡的变化情况进行有效控制, 避免其对建筑的安全性和可靠性带来不利影响。当构造物建设在岩土边坡上面时, 实体表面的平稳性会受到较大的影响, 由于构造物处于倾斜状态, 这样在其使用年限不断延长的情况下下, 避免不了会出现的滑动趋势, 一旦这种滑动力超出主体结构的承担范围, 则会导致滑坡事故的发生。所以在一些岩土边坡所占比例较大的区域进行工程项目建设时, 需要合理分析边坡的稳定性, 选择科学的分析方法, 并将其在工程项目整体建设工作中进行有效地应用。而且在全面对岩土边坡稳定性进行分析的基础上, 工程技术人员能够制定有效地防范措施, 从而有效地降低或是避免滑坡等自然灾害的发生。

1 岩土边坡稳定性的主要影响因素

1.1 内部因素

1.1.1 边坡岩土体的类型和性质

岩土体边坡的稳定性会受到边坡岩土体类型和性质差异的影响, 不同的边坡岩土体类型和性质, 其内部所能够承载的作用力也会有所差异, 这样对边坡所带来的破坏形式也会具有较大的不同。

1.1.2 边坡的地质构造

岩土边坡稳定性受到地质构造所带来的影响是多方面的, 其表现形式也具有多样化的特点, 如构造面的发育程度、形状、规模、连通性、内部填充物成分和程序等都会对岩土边坡的稳定性带来不同的影响, 即使同一地质构造下其所对岩土边坡稳定性带来的影响也会存在一定的差异, 受边坡倾斜度影响较大。

1.1.3 边坡的总体形态

边坡的总体形式是分析岩土边坡稳定性的内在因素, 其对岩土边坡稳定性的影响具有直接性。特别是当坡顶的张力或是应力过大时, 所形成的总体形态不利, 从而导致坡顶局部或大部分产生裂缝现象, 给建筑物的质量和安全带来严重的隐患。

1.2 外部因素

1.2.1 气候条件

当外部出现降水、气温和湿度变化时都会影响到岩土边坡的稳定性, 而这其中以降水对岩土边坡稳定性带来的影响较大。在气候条件变化的影响, 岩土边破会发生不同的物理和力学反应, 从而导致边坡岩土体内部剪应力发生变化, 对其整体稳定性和可靠性带来较大的影响。

1.2.2 震动作用

震动作用对岩土边坡稳定性所带来的影响主要表现为地震, 地震作为地质性灾害其会对岩土边坡稳定性带来严重的影响。在地震力作用下, 岩土边坡会出现急剧加大的下滑力, 从而导致边坡结构发生变化或是受到不同程度的破坏, 使边坡出现大小不一的裂痕, 一些原有的裂缝会进一步加大, 并进而影响到构造物主体结构的安全。

2 岩土边坡稳定性的常用分析方法

岩土边坡稳定性分析方法是当前岩土工程项目建设的重要依据, 也是当前岩土行业研究的重点课题, 通过对岩土工程边坡稳定性分析方法的研究, 可以有效地提高构造物整体的安全性、可靠性和经济性。当前国内外工程建设行业在岩土工程项目建设中总结出了较多种在的岩土边坡稳定性的分析方法, 但还没有形成系统的体系, 因此, 文中对一些较为常用的岩土边破分析方法进行简要的分析, 以便为岩土边坡稳定性的研究提供必要的参考。

2.1 界面元分析法

界面元分析法作为当前岩土边破稳定性分析中应用范围最广泛的一种方法, 其主要是通过对岩土边破的累积单元进行变形, 使其成为一个完整的界面, 通过对各种地质信息和数据进行采集, 将其构建成为什界面应力元模型, 以便于在非均匀、不连续及各向异性问题的分析上进行适用。由于界面元分析法应用时间较长, 技术上相对较为成熟, 其已形成一套较为系统和完整的理论, 对于复杂边坡岩土体的稳定性具有极其重要的意义。而且在相关专家的不断研究过程中, 将工程力学机理与界面元分析法有效地结合在一起, 能够对岩体稳定薄弱部位、危险滑面、潜在滑面及抗滑稳定安全系数进行评判。

2.2 有限元分析法

有限元分析法是最早应用于岩土边坡稳定性分析的方法之一, 也是最具代表性的数值分析方法。应用有限元分析方法, 可以有效解决岩土边坡弹塑性、弹性、粘塑性、粘弹塑性等方面的数值计算问题。有效元分析法在岩土边坡稳定性分析中的应用, 其优点主要表现为:计算公式科学、结果精确、连续性强等。与极限平衡分析法相比, 有限元分析法可以通过对岩土边坡应力及应变规律的分析, 全面掌握岩土边坡的变形与破坏机制。

2.3 地质分析法

由于内部和外部因素会对岩土边坡的稳定性带来较大的影响, 因此地质分析法针对内部因素出发, 对岩土边坡发育的地质环境及各种基本规律进行分析, 从而对影响岩土边坡稳定性的内部因素和外部因素进行了解, 准确预判岩土边坡的总体发展及可能出现的破坏情况。

2.4 随机分析法

随机分析法始创于上世纪70年代, 美国和加拿大的地质研究机构将概率统计理论首次应用于岩土边坡稳定性的分析中。随机分析法的基本原理为:由于岩土边坡稳定性的影响因素是表现在诸多方面的, 所以可以认为其具有一定的随机性, 而且多表现为具有一定概率的随机变量 (一般包括:岩土边坡的几何尺寸, 如边坡边界尺寸、内部结构面等;边坡岩体材料总体性能, 如泊松比、弹性模量等;边坡外部荷载, 如重力场、地震力、渗流场等) , 因此, 在岩土边坡稳定性的分析中, 工程技术人员可以将实际考察获取的各种有可能影响其稳定性的因素分解为多个样本, 利用概率统计原理进行分析, 在求出其概率分布和特征参数的基础上, 应用较为先进的可靠性分析方法进行求解, 最终得出岩土边坡的破坏概率。从理论上讲, 随机分析法是较为合理的, 但是由于受到各类外界因素的影响, 随机因素的表现形式多样, 所以如果不能对其进行系统的研究, 难以确定各种影响因素的准确概率。

3 结束语

当前工程项目建设开始向复杂化的方向发展, 而且内外部因素所带来的影响也在不断加大。因此, 在岩土边坡稳定性分析过程中需要采取多种方法有效结合的方式, 遵循具体的分析流程, 确保分析结果的科学性和可靠性。特别是在现代电子计算机技术快速发展的新形势下, 可以尝试应用电子信息及网路技术来对岩土边坡的稳定性进行分析, 从而形成一套完整的智能化和规范化的评价系统, 确保岩土边坡稳定性和可靠性的提升, 有效的保障岩土边坡上构造物的安全性。

参考文献

[1]李靖, 周欣华, 刘功伟, 等.岩土边坡稳定性图解法[J].岩土工程学报, 2002 (4) :122-123.

[2]陈强.岩土边坡稳定性研究与分析及综合治理[J].湖南大学学报, 2005 (7) :59-60.

[3]夏元友, 朱瑞赓.岩土边坡稳定性分析专家系统研制[J].中国地质灾害学, 2006 (11) :44-45.

[4]夏元友, 李梅, 赵广良.岩土边坡稳定性评价方法研究及发展趋势[J].岩石力学与工程学报, 2002 (7) :16-17.

边坡工程稳定性及防治对策 篇3

一、 边坡工程稳定性分析

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。

2、边坡工程稳定性分析方法。

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。

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。

二、边坡工程防治技术

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、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。

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。

边坡工程稳定性探讨论文 篇4

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

不确定性边坡岩土工程 篇5

关键词：岩质高边坡,稳定性分析,有限差分,应力,位移

0前言

随着社会经济的快速增长, 城市的高速发展, 对空间的利用率要求也越来越高, 高边坡工程也越来越常见, 规模也越来越大。传统研究的方法主要是静力平衡法, 它简化了工程的地质条件和地质体的内部作用, 所以很难模拟出高边坡变形和破坏的过程, 无法更合理的判断高边坡稳定性的复杂状况, 从而对灾害不能做出提前预警。随着计算机技术的快速发展, 有限差分的数值分析在边坡的稳定性分析和评价中得到了广泛的应用, 它较好的模拟地质材料在达到强度极限或者屈服极限时发生的破坏或者塑性流动的力学特征, 分析各种因素对岩土体应力及变形的影响, 了解地质体在不同物理状态下的应力-应变关系和变形的发展规律[1,2,3,4,5,6]。

1 岩土工程地质背景

1.1 高边坡特征

岩质边坡开挖走向约140°~150°, 边坡开挖到±0.00后, 边坡长约138.0 m, 坡高21.2 m (见图1) 。

1.2 岩土工程地质环境

场地处于南北向贵阳向斜东翼, 主要受NE向及SW向两组断裂构造的控制, 该场地即为受该两组断裂构造分割而成的断块。岩层呈单斜产出, 总体上倾向南, 岩层倾角变化不大, 山体处于自然稳定状态。岩体中有断层、节理、软弱夹层存在。边坡勘探深度范围内地层结构由新到老为:第四系全新统杂填土 (Qpd) ;石炭系摆佐组 (Cb) ;浅灰、灰白色厚层~块状细晶白云岩偶夹灰、黄色泥岩、页岩。岩层产状:176°∠26°, 节理裂隙发育, 节理面有铁质浸染现象, 岩体破碎。

2 模拟过程及结果

2.1 力学模型的建立

参照GB50330-2002《建筑边坡工程技术规范》及行业标准JTG D30-2004《公路路基设计规范》、JTJ004-89《公路工程抗震设计规范》中有关规定, 结合有关工程经验, 边坡按1∶0.25开挖。从上往下分两级放坡开挖, 每级10 m, 马道宽2.50 m。

采用有限差分软件FLAC3D进行数值模拟, 模拟岩土体在自重应力作用下, 高边坡开挖后应力场和位移场的变化特征。计算中考虑了弹性和弹塑性两种力学模型, 采用增量理论计算求解, 弹塑性力学模型中屈服准则采用Mohr-Columb准则。为了简化计算, 采用一次性开挖, 简化的高边坡计算模型。

2.2 应力场分析

2.2.1 天然状态下稳定性模拟 (见图2~3)

由图2~3可以看出, 在天然状态下, 应力主要集中在岩体的内部, 随着深度增加而增大, 整体稳定性较好。

2.2.2 开挖后稳定性模拟 (见图4~5)

从图4~5可以看出, 开挖后整个坡体发生了应力重分布。

1) 边坡周围主应力方向发生明显偏转。在坡脚和马道处最大主应力明显增大, 向坡体内逐渐恢复初始状态。

2) 在临空面附近出现应力集中带, 但坡脚和坡缘的情况有所不同。在坡脚附近的最大主应力明显增大, 且越靠近表面越大, 而最小主应力变化不明显。在坡缘附近, 坡面的径向应力和坡顶的切向应力可转化拉应力, 形成一张力带。

3) 坡面处由于最小主应力实际为零, 所以模型处于单向应力状态 (不考虑σ2时) 或者向内渐变为两向或者三向 (考虑σ2时) 应力状态。

2.3 位移场分析

边坡开挖后稳定性模拟 (见图6) 。

以工程建立的模型, 天然自重应力条件下, 位移方向是垂直向下, 开挖未支护的边坡岩体向临空方向位移, 且普遍出现卸荷回弹位移, 最大位移量为2.11 m, 坡脚及马道处最大。边坡处于不稳定状态, 破坏机制为滑移-压致拉裂, 需要进行支护。

2.4 边坡支护的数值模拟

边坡的整体稳定, 但由于外动力地质作用和卸荷作用使岩层中产生很多竖向节理, 这些竖向节理和岩层的水平结构面将岩体切割成块体, 被切割的块体在临空面形成危岩体, 容易发生小规模的垮塌及碎落。横纵交错的节理贯通容易形成滑动面, 从而严重影响了边坡的整体稳定性[6]。

对开挖坡面采用喷射混凝土及预应力锚索格构梁进行加固支护, 见图7。

边坡支护后x方向的位移, 见图8。

从图8可以看出, 边坡开挖后进行支护, 无向外滑移的趋势, 坡体的位移明显得到控制。

3 结论

通过对比天然状态下的边坡和开挖边坡的稳定性分析, 得到以下结论:

1) 发现边坡的破坏方式是滑移-压致拉裂。

2) 从位移场的分析来看, x方向位移比较明显, 位移区分层明显。

3) 从应力场分析, 边坡开挖后的应力发生重分布, 坡脚处最大主应力发生明显偏转并出现应力集中现象, 最小主应力变化不明显。经过数值分析方法优选的支护设计方案, 控制了边坡的开挖后的位移, 满足GB50330-2002《建筑边坡工程技术规范》。

参考文献

[1]孙纵军, 迟延智, 李乃元, 刘晓彬.FLAC应用于岩质高边坡的稳定性分析[J].岩土力学, 2006, 28 (S2) .

[2]徐俊.高边坡开挖与支护过程的数值模拟[D].武汉:华中科技大学, 2006.

[3]孙书伟, 林杭, 任连伟.FLAC3D在岩土工程中的应用[M].北京:中国水利水电出版社, 2011.4.

[4]郑玉元, 覃仁辉.公路工程滑坡的形成机理及其稳定性分析-以贵开线K4_450_K4_780为例[J].贵州地质, 2003, 20 (4) .

[5]丁浪.边坡稳定分析和抗滑桩优化设计[D].合肥:合肥工业大学, 2010.

[6]余蓓, 郑玉元, 戚德印.岩质高边坡稳定性的有限元分析[J].郑州轻工业学院学报:自然科学版, 2011, 26 (2) :94.

边坡危岩体稳定性评价 篇6

对于岩质边坡危岩体的稳定性评价，方法较多，如地质分析法、块体理论、刚体极限平衡法、数值计算等，本文主要采用地质特征结合稳定性系数来确定危岩体的稳定性。

1 危岩体的分布特征

图1是某铁路线的岩质边坡，研究区内浅表部边坡的稳定性较差，深部边坡的整体稳定性好，危岩体主要分布在边坡浅表部位，边坡危岩体W4所在位置见图1。

2 危岩体的地质过程机制稳定性定性分析

危岩体的地质过程机制稳定性定性分析主要是根据危岩体的岩性、结构面组合、可能破坏模式、变形破坏的主要影响因素综合考虑的，其分析结果比较可靠。如表1所示是危岩体W4的地质过程机制稳定性分析表。

3 基于极限平衡理论的稳定性评价

1)计算工况。

据国家地震局GB 18306-2001中国地震动峰值区划图年图A1，勘察区地震动峰值加速度0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35 s，地震烈度为6度区。由于汶川地震的特殊性及铁路工程的重要性，在做稳定性计算时，应该将抗震设防标准提高，按照地震动峰值加速度0.1g，地震烈度7度进行设防。另外，该地区降雨集中，且单次降雨量大。因此，稳定性计算时应考虑三种计算工况:a．天然工况;b．天然+暴雨工况;c．天然+暴雨+地震工况。

2)危岩体稳定性计算模型与公式。

根据前面分析可知，危岩体破坏失稳形式为错落式，现根据破坏模式来选择稳定性计算公式。

错落式危岩体后缘主控结构面陡倾，且当连通程度较高时，危岩体在自重等作用下沿陡倾主控结构面继续卸荷，与母岩之间连接的岩桥被剪断，从而与母岩分离而整体错落失稳。这类危岩体的计算模型如图2所示，稳定性系数K为:

其中，G为危岩体的重量，k N;P为危岩体承受的水平地震力，k N，取水平地震系数为ζ，则地震力为P=Gζ;H为危岩体的高度，m;h为岩桥高度，通过实地量测，岩桥高度为0.5 m;e为结构面充水深度，以危岩体高度的1/3进行估算，结构面充水深度为1.25 m;α为结构面的倾角，(°);c为结构面和岩桥的等效粘聚力，k Pa;φ为结构面和岩桥的等效内摩擦角，(°);c0为结构面粘聚力，k Pa;φ0为结构面内摩擦角，(°);c1为岩桥的粘聚力，k Pa;φ1为岩桥的内摩擦角，(°)，有:

其中，Q为滑面内静水压力，k N;γw为水的重度，k N/m3，有:

3)计算参数选取。

崩塌的底滑面力学参数的选取主要依靠三种途径，然后综合考虑获得:a．地区经验;b．参考规范结构面抗剪强度标准值;c．反演计算。反算时假定各松动块体在天然状态下处于极限平衡状态。本次参数选取是按《岩土工程勘察规范》中的建议取值，并且是参考地区临近工程参数综合取值的(见表2)。

4)评价标准。

错落式危岩体的稳定性评价见表3。

5)稳定性计算与评价。

边坡危岩体的稳定性计算结果及评价见表4。

4 结语

由于岩质边坡的地质结构、结构面抗剪强度指标获取十分困难，无法真正进行稳定性的定量计算，即仅用稳定系数来判别岩石块体的稳定状态是不全面的。危岩体处于一定的地质环境当中，且危岩体的地质特征决定了危岩体所处的稳定状态，因此，采用地质特征结合稳定性系数来确定危岩体的稳定性分类是合适的。

参考文献

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[2]赵允辉.危岩崩塌地质灾害调查评价与防治[J].中国地质灾害与防治学报,2004(3):40-43.

[3]铁道第二勘察设计院,成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室.渝利线重点边坡危岩体勘察报告(初步报告)[R].2009.

山区路基边坡稳定性浅谈 篇7

我国许多高填深挖路基边坡的稳定问题日渐突出, 特别是山区高等级公路的边坡稳定问题尤其突出。倘若设计或施工不当, 在适当的诱因下, 常常会发生大规模的边坡失稳现象, 这将对公路运输造成严重威胁。早期建成多数高等级公路, 通车后路基边坡因稳定性问题发生滑塌, 造成了较大的经济损失。因此有必要对路基的稳定性进行系统地研究。

2影响路基边坡稳定性的主要因素

根据工程实践的研究总结, 引起边坡失稳破坏的原因有很多, 可大致分为内因和外因两大类:内因包括路基边坡岩土力学性质的影响;外因包括地下水、外荷载、气候以及人类工程活动等。

2.1 内因

岩土的成因类型、矿物成分、岩土结构和强度等是决定边坡稳定性的重要因素。岩土的力学性质, 主要包括粘聚力、摩擦角、弹性模量和泊松比等, 是影响边坡工程稳定性的主要作用因素。岩土的粘聚力和摩擦角是控制岩土抗剪强度的重要指标, 直接控制边坡稳定性状及变形破坏行为。弹性模量对边坡的变形位移量大小有直接影响, 同时弹性模量值差异巨大的岩土材料之间存在变形不易协调的问题, 常成为变形发生发展的依附界面。泊松比的大小对竖向重力在坡体中引起的水平应力效应具有一定的影响。若填料中混入了种植土、腐殖土或泥沼土等劣质土, 或土中含有未经打碎的大土块或冻土块等;填石路堤石料规格不一、性质不匀或就地爆破堆积, 乱石中空隙很大。这样, 在一定时间内可能会产生局部的明显下沉。

2.2 外因

(1) 地下水。

降雨引起的地下水位升高和地下水渗流常导致交接面岩土抗剪强度的降低, 这就是所谓岩土强度的软化现象;另一方面, 由于地下水的存在, 在坡体产生的地下水浮力, 降低了破裂面上的有效法向应力, 即在总应力不变的情况下, 有效应力降低使滑体自重所产生的岩土抗滑摩阻力下降;最后, 水的渗入在坡体内产生较高的孔隙水压力和动水压力, 加大了坡体临空面下滑的能力。

(2) 外荷载。

影响边坡稳定的外荷载主要有汽车荷载、爆破荷载及地震荷载等。外荷载对边坡破坏的影响主要表现在以下两个方面:①外荷载的增大增加了坡体的下滑力, 加大了坡顶的张应力和坡脚的剪应力, 抗剪强度降低, 因而造成边坡稳定性降低;②促使坡体裂隙发展, 边坡岩土体因振动而松动, 同时引起孔隙水压力急剧增高, 使松动饱和砂土或敏感粘土震动液化而导致边坡破坏。

(3) 气候。

当气候炎热干燥, 使岩土产生龟裂, 雨季时, 降水深入地下, 使岩土软化, 岩土的抗剪强度降低, 当地表水下渗引起岩土体的饱和, 滑动面上的抗滑力减少而下滑。西南地区全年可以分为干湿两季, 每年的5月～10月为雨季, 持续时间长, 雨量集中, 由于雨水渗入岩土体, 使岩土体易发生滑坡。

(4) 人类工程活动。

引起填挖路基边坡破坏的原因是多方面的。除地质条件的复杂多变性、开挖填筑引起的受力情况的变化、环境条件的改变等客观因素外, 就目前的情况看, 导致填挖路基边坡破坏的主观原因之一是对边坡破坏机制认识不足和稳定性评价方法的不完善, 以至于在建设中出现盲目开挖, 采用不合理的稳定性分析方法、参数、边坡比例、处治方法等。同时没有要对高陡路基边坡进行施工过程中的实时勘测与稳定性评价、失稳预测与控制、采取适当的加固处治。

3路基边坡稳定的计算方法

3.1 定性分析方法

定性分析方法主要是通过工程地质勘察, 对影响边坡稳定的主要因素、可能的变形破坏方式及失稳的力学机制、已变形地质体的成因及其演化史等进行分析给出被评价边坡一个稳定状况及其可能发展的趋势的定性说明和解释。其优点是能够综合考虑边坡稳定性的多种影响因素, 快速对边坡的稳定状况和发展趋势做出评价。定性方法主要包括自然历史分析法、工程类比法及图表法。定性的分析方法是以大量的己有数据和工程经验为基础的, 它无法为具体的工程设计与施工提供量化的指导, 而只有定量的分析才可能成为边坡稳定性评价的重要指导依据。

3.2 定量分析方法

定量分析方法一般以一定的地质模型为基础, 并在此基础上建立合理的数学力学模型, 从而实现边坡稳定性的评价。定量计算方法根据不同边坡类型、稳定分析目的及精度要求对应不同的方法, 主要包括极限平衡分析法及数值分析法。

(1) 极限平衡分析方法。

极限平衡分析法把土条作为刚体, 没有考虑土体本身的应力-应变关系, 岩土体破坏是由于滑体沿滑动面发生滑动而造成的。假设滑动面己知, 其形状可以是硕士学位论文平面、圆弧面、对数螺旋面或其他不规则面, 通过考虑由滑动面形成的隔离体的静力平衡, 确定沿这一滑动面发生滑动时的破坏荷载。最小的破坏荷载就是要求的极限荷载, 与之对应的滑动面就是最危险的滑动面。

(2) 数值分析方法。

数值分析方法以土坡在失稳之前伴随的较大变形为依据, 将稳定和变形紧密地联系起来。并考虑到土的非线性本构关系, 然后求出每一计算单元的应力及应变, 根据不同的强度指标确定破坏区的位置及其扩展情况, 并设法将局部破坏和整体破坏联系起来。求得合适的临界滑裂面位置, 最后根据极限平衡法推求整体的安全系数。数值分析方法有两种发展趋势:一是有限元法的发展, 从平面有限元到三维有限元, 从弹性有限元到弹塑性有限元, 使有限元分析结果更能反映实际边坡;二是大量新型数值计算方法的应用, 如边界元法、离散元法、拉格朗日法等。

4山区路基边坡变形破坏机理及类型

山区陡坡上路基稳定性主要受山坡的坡度、控制性层面土层强度参数的影响、路基建设的开挖情况等。山区陡坡上路基变形破坏机理山区陡坡上路基变形破坏机理极其复杂, 它是陡坡上路基破坏失稳治理的依据。山区陡坡上路基变形破坏的原因除由于山区坡度较大以外, 路基填土压实度不足、路基下存在软弱土层、路基变形刚度差异过大、填筑物成分不均、地下水的动态变化等都可能导致山区陡坡上路基失稳破坏。山区陡坡路基的破坏类型主要包括:①基底为岩层或稳定山坡, 因山坡坡度大, 路堤整体沿与山坡接触的坡面产生滑动;②路基随同山坡面覆盖层沿倾斜基岩面滑动;③路基连同下卧软弱土层沿某一圆弧滑动面滑动;④路基连同其下的岩层沿某一弱岩层面滑动。

5山区公路边坡稳定处治技术

5.1 抗滑桩山区边坡治理

抗滑桩是一种整治边坡滑动, 提高边坡稳定性的挡土结构。它是将桩埋设于稳定地层中, 依靠桩与桩周岩上体的相互嵌制作用来承受土体的下滑力, 使变形体得到稳定。当滑坡较为严重, 采用排水、削坡等措施己不足以防治, 而有关条件适合时, 采用抗滑桩整治滑坡往往具有施工简单、速度快、工程量少和投资小的优点, 而且可以和重力式结构灵活地配合使用。因此作为一种有效的治理滑坡的工程措施, 抗滑桩在国内外的滑坡治理中得到了广泛的应用。它是在滑坡治理中应用得最多的工程结构物。

抗滑桩内力分析方法, 可大致分为两类:第一类是与传统的边坡稳定评价的极限平衡方法相配套的内力方法, 这类方法主要是进行平面分析, 一般把桩和边坡分开来考虑;第二类是与边坡稳定评价的边界元和有限元方法相配套的内力分析方法, 这类方法可以进行平面或三维的分析, 可以把土一桩一土作为一个相互作用的整体体系来考虑。

对于桩身外力的分布形式可由以下基本方程得出:

滑面以上桩身外力分布形式undefined由Ito塑性变形理论计算得到, 滑动面以下桩上的侧向反力则与桩的挠度成正比, 其中, undefined。式中:

H′:为桩顶到滑动面的长度;y1, y2:分别为桩在滑动面以上和以下的挠度;

Ep:为桩的弹性模量;Ip:为桩的惯性矩;Es:为土的变形模量。

这样只要根据桩顶的连接条件定出积分常数后, 就可得出抗滑桩弹性曲线方程的通解, 然后通过其连续微分, 分别得出桩的挠度、弯矩、和剪力。

5.2 注浆钢花管桩

注浆钢花管技术是通过注浆技术将水泥浆液渗透进边坡的岩土体中, 有效改善岩土体的物理力学性能指标, 提高边坡自身的抗滑能力。注浆后钢花管留在边坡内, 给边坡提供一定的锚固或阻滑作用。两种作用结合起来有效提高了边坡的安全稳定系数。注浆钢花管技术的施工技术步骤包括: (1) 钻孔 (2) 钢花管制作和安装 (3) 一次注浆; (4) 二次劈裂注浆。

5.3 仰斜式排水管以及急流槽

仰斜式排水管技术是通过在路基内部打入周身钻有渗水孔、有高强尼龙网包裹并与水平面成3%仰角的PVC排水管, 使路基中的水分渗入到排水管并流出。沿路线纵向安要求长度设置一座急流槽, 路缘石汇集的路面水通过急流槽直接导入水库中, 防治路面水在边坡漫流而渗入坡体。急流槽采用M7.5水泥砂浆砌筑, 片石强度不低于30 MPa;防滑平台水平间距2 m。

5.4 桩锚支护

桩锚支护不仅适用于边坡稳定加固处理, 还可用于深基坑支护, 码头、堤坝、桥梁、山体滑坡的支护, 具有广阔的应用前景。桩锚支护具有安全稳定性高, 施工界面美观及施工简便可行的特点。桩锚支护在边坡稳定加固方面取得了较好的效果。在桩上增设锚杆后, 明显减小了护坡桩的自由长度, 同时由于锚杆可承受较大的拉拔力, 从而减小了桩身和基础的荷载, 可大幅度减小桩的断面, 降低了边坡支护的造价。桩锚支护的施工步骤:测量定桩位→人工挖至设计深度 (挖孔时错开施工, 即不同时开挖相邻两个桩) →验孔→钢筋笼吊放就位→浇灌混凝土→振捣→成桩→剔凿桩头→挖土方至连梁底标高→锚杆放线定位→钻机就位→校正位置及角度→钻至设计深度→放置锚杆钢筋→压力注水泥浆→连梁、腰梁施工→安装锚具→张拉锁定。施工时应做好排水系统, 防止积水, 避免水软化地基的不利影响。基坑底设排水沟, 沟底坡度1%, 沟宽300 mm, 最浅处深度200 mm。边坡上采用PVC管做泄水管, 泄水管直径为1 000 mm, 外倾坡度为5%, 间距2m, 梅花状布置。墙后设滤水层及隔水层。

5.5 浆砌片石护坡、笼石

为保护坡面, 防止地面水对路基边坡的冲刷, 在边坡病害较严重路段采用浆砌片石护坡。护坡采用M7.5浆砌粗料石砌筑, 其下部直接砌筑在笼石表面。为保证路基土不随地下水的渗流而从边坡坡面流失, 坡后原有松土应按要求翻夯击实, 回填砂卵石并分层夯实。为保护坡脚不受水流淘刷, 在浆砌片石护坡坡脚放置笼石, 兼做护坡基础。编笼采用镀锌铁丝, 网孔为六角形, 孔径为10 cm。石笼基底应大致平整, 较小孤石应予清除。笼石安置做到位置正确, 搭叠衔接稳固、紧密, 保证其整体作用。笼石顶面高出水位20 cm。

6结语

造成山区路基边坡稳定性因素很多, 处理方法也各异。因此, 要根据具体情况采用相应的治理办法才能起到较好的效果。抗滑桩是一种整治边坡滑动, 提高边坡稳定性的挡土结构。它是将桩埋设于稳定地层中, 依靠桩与桩周岩上体的相互嵌制作用来承受土体的下滑力, 使变形体得到稳定。注浆钢花管技术, 可加固路基尤其是路基外侧的土体, 同时, 留在边坡中的钢花管起到一定的抗滑作用。仰斜排水管技术排出路基内的地下水和渗流水, 一方面使原来含水量很大的路基土含水量大幅度降低, 提高了路基强度, 另一方面排水管的加筋作用提高了路基稳定性。急流槽可将地面水集中输导到水库中, 防止水在边坡表面漫流而引起的冲刷和入渗。浆砌片石护坡和笼石可有效防止地表水和水库水对边坡冲刷, 从外部条件上保证了土坡的强度和稳定。山区边坡治理应采取相应的方法对路基边坡进行加固, 可从根本上解决公路边坡尤其是山区公路边坡的稳定问题。

参考文献

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[2]冯忠居.基础工程[M].北京:人民交通出版社, 2001.

[3]交通部第二勘察设计院.公路设计手册 (路基) [M].北京:人民交通出版社, 1996.

边坡稳定性分析策略的现状与展望 篇8

关键词：边坡稳定；稳定分析方法；定性分析；定量分析；综述

前 言

在水利工程建设中中，边坡失稳事件与地震、火山并称为世界性三大地质灾害（源）。因此，边坡稳定性分析受到了普遍的关注，并成为了研究的焦点。评定边坡稳定性有多种多样的数据理论与手段方法，但是优点和缺点都同时存在于这些方法中，因此评价分析边坡稳定性的重要之处在于合理地选择分析方法。为此，本文为了给评价方法选择提供借鉴，总体地描述了边坡稳定分析理论与手段，并进行分类。

1 定性分析法

定性分析法是主要是通过工程地质勘察结论，如地质与水文条件等，分析了解边坡体的形成、演化史等，以此分析去得到可能失稳破坏方式与力学机理，是工程实践中大多所使用的方法。

2 定量分析法

定量分析法是运用土力学、岩类力学及理论力学的理论数据，根据典型的数学物理式子与计算机技术来确定相关稳定安全系数，计算滑坡体内的应力变化，从而分析边坡稳定性定量分析可分为确定性分析法赫不确定分析法。

2.1 确定性分析法

（1）极限平衡法。极限平衡法是把滑体当成刚体研究滑体顺着滑动面的保持平稳的形态，计算比较简单，该方法是工程实践中应用最早，也是目前最普遍使用的一种定量分析方法。但是边坡体具有一定的繁琐性，计算时往往会出现计算结果和实际应该得到的结果不相同，这是由模型的建造与参数的选择所导致的。常用的极限平衡法有以下几种：

①瑞典条分法。该方法假定滑动面为圆弧，将条形快的根本重心向滑面划去分解并求出法向力，以此来算出圆弧面的平稳安全系数。这种方法并不需要条间的作用力，只能充当滑动体的力矩平稳的基础，产生的差异使得安全系数降低。

②Bishop条分法。该方法在瑞典条分法的基础上做了改进。假定条件力水平，即只考虑水平推力而不考虑事项剪切力。这种方法的安全系数比瑞典条分法的安全系数高很多，圆弧形滑裂面比较适合使用。

③极限平衡法的最近状况是Sarma法。边坡岩体一般情况下可以看成是一个完全的刚体运动，除此之外沿着理想状况下的平面或圆弧面滑动不是完整的刚体运动的理念，这样的话就得先打破裂开成很多块可以相对滑动的块状物体才能有滑动。这种方法可以依靠岩体真实所有的断处、条理和表面等形状面分成条块，并且分为条块在是根据坡体内的各类结构面的基础上，在条块是否能够保证垂直上不做任何要求及标准，也可做边坡分析在各种各样的形状滑动面上，。虽然所需较为接近实际但是我国在此方面上不是很熟练，也不是很有技巧，因此使得推向外面使用受到了很大的限制。

④斯宾塞法。假设作用在条块中的力及方向是完全一样的，并且也够力矩与力之间平衡的条件，不需要提前知道滑动的方向，解决了其他方法中仅合适对称问题的缺点，并且还可以得到各条块一部分的稳定性系数和隐藏的滑动方向，在滑面的几何特点的基础上。

⑤摩根斯坦普賴斯法。分析任意曲线形状使用摩根斯坦普赖斯法，首先假定存在理想滑坡体，依据微分方程得到法向应力和安全系数。但是它的缺点是收敛慢，要多次计算方能满足极限平衡条件。我国自行研究出的传递系数法可分析边坡稳定性，优势是计算简单但是精度偏低。计算机处理数据得到岩土体应力应变关系，模拟边坡的开挖、支护及地下水渗流使用数值分析法。此法应用广，可避免极限平衡分析法中的缺陷，并将多因素的干扰考虑进去。其缺陷是易受参数选取干扰；

（2）数值分析方法。该方法是岩土力学中最普遍使用的方法，只要有以下几种：

①边界元法。根据格林定理，易于求解无限域或半无限域问题，处理小变形均质连续介质；离散单元法是一种动态数值分析方法，适合变形分析。求解线性大位移与动力稳定问题经常用得到，但选取时步会干扰计算结果的准确度；快速拉格朗日分析法源于流体力学，是研究一流体质点在任一段时间内的运动轨迹、流速、加速度等特性。根据名称可知求解很快，可解决非线性大变形问题，太过随意的是计算边界与网格的划分；不连续变形分析法是一种新的离散型数值分析方法，具有有限元与离散单元法的部分优点。常将研究对象完全离散，不能恰当的解决连续与半连续问题。岩体种类多、性质杂，因此，耗费计算机内存及计算时间，计算的时步严重影响到计算结果。

②有限差分法。把求解域分成差分的网状格子，持续的求解域是使用有界限网格节点替代的，偏微分方程的导数是用差商来替代的，从而推论出差分方程组，包括离散点上有限制的不明数。该解即为微分方程的数值近似解。无界元法，有限元在计算时拿捏不准的计算界限及界限条件是主要解决的对象，可将其作为有限元法的推出。在部分形函数和位移插值函数的基础上，能够反射出无穷远的边界限制，大部分都是在动力及不连续问题的解答上得到很好的应用。

③数值流形元法。是一种新的数值分析方法，在最小位能原理与现代数学分析理论的基础的，运用有限连接将是否连续的运算一起到到数值流形中去，在拓扑流形和微分流形的前提下，吸取了一部分的优势在有限元与不连续变形分析法中，不连续体的大变动、块体触碰、大块体活动都能得到很好的计算，与此同时还能显现出应力应变联系及变化的展开过程。

2.2 不确定性分析法

（1）可靠度评价法。该法在岩土工程中应用广泛。它是将影响边坡稳定性的因素作为随机变量，用分布函数表达并求出其各自概率分布和特征参数，依据工程可靠性分析方法求解边坡岩体的破坏概率即可靠度，比用边坡稳定性安全系数客观，可定量地反映边坡的安全性，因此可将传统的边坡稳定性分析法与可靠度分析法相结合进行边坡稳定的可靠度分析，常用的几种方法蒙特卡洛法、模糊可靠度分析法等。

（2）灰色系统评价法。基于灰色关联度分析原理，通过数据处理建立描述灰色量的数学模型、定边坡各影响因素的影响程度，并利用叠加分析评估边坡的稳定性。但内在的力学理论不清楚，缺乏明确的定量描述。

（3）模糊评价法。该法是对边坡稳定性等级分类，基于专家评分或构造隶属函数来分析同级或不同级因素对边坡稳定性的影响程度，构建模糊评价矩阵并按最优原则判断边坡稳定性可分析多变量、多因素影响的边坡工程。但分析中权数的取值带有经验性、主观性，考虑影响要素不全。

（4）遗传法。是一种整局面查找的优良算法，它是在仿真自然界生物进化工程中的强者生存和弱者淘汰等规则的前提下拿出来的，使用了有用的评定函数评估不确定出现的种群，虽然计算的时间会有些长，但是应该在得到所需要的最优解之前，使用包括导向性的随机查找。

3 边坡稳定性研究趋势

由于边坡工程的复杂性，将传统的边坡稳定性分析法与现场监测手段相结合的应用研究是非常必要的。现场监测给予的是边坡系统的最新资料，也就是边坡稳定性研究的根本，与3S技术相结合，将成为新的开展方向。依托于计算机技术，形成智能评价体系，也未来边坡稳定性分析的新趋势。将不确定数学、非线性能量消耗理论、混沌理论，蝴蝶效应、传统算法等放入边坡稳定性分析中，还得在研究之后做结论。

4 结 语

具体问题需要具体的分析，在工程现实操作中，根据实际情况选择适当边坡稳定性分析法是边坡稳定性分析的关键。同时应持续加大在力学机理、数学模型、计算方法及智能评价系统上的研究力度，以此将有效、准确、经济地服务于现实边坡工程中得到实现。

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[2]张玉浩，张立宏.边坡稳定性分析方法及其研究进展[J].广西水利水电，2005（2）：13～16.

土钉长度对边坡稳定性影响研究 篇9

从极限平衡分析法推导的稳定性安全系数公式出发,提出了土钉计算最佳锚固长度,并对土钉长度进行了边坡稳定性影响研究,理论分析和数值计算结果表明,从稳定性安全系数的角度来看,个别算例不能证明土钉长度布置的上短下长方案与上长下短方案的“好”与“坏”.这与通常认为“土钉愈靠下力臂愈长,产生的滑动力矩愈大,故算得的`安全系数愈大”的结论不同,因此,用现有的极限平衡分析方法是不能进行优化设计的,只能对土钉布置较为合理的方案给出一个安全性评价.

作 者：刘志强 罗芸 LIU Zhiqiang LUO Yun 作者单位：刘志强,LIU Zhiqiang(武汉市公路工程咨询监理公司,湖北,武汉,430051)

罗芸,LUO Yun(中交第二航务工程勘察设计院有限公司,湖北,武汉,430071)

石川隧道边坡稳定性评价与控制 篇10

1石川隧道边坡监测与分析

石川隧道进口边坡地表下沉布置如图1所示。

根据监测数据, 至2008年9月23日, 石川隧道进口边坡P1, P2, P3, P4, P5, P6在竖直方向上都发生了沉降。P1点Z方向下降到了5 mm;P2点Z方向下降到了13 mm;P3点Z方向下降到了16 mm;P4点Z方向下降到了17 mm;P5点Z方向下降到了27 mm;P6点Z方向下降到了11 mm。其中P5点下沉最大, 累计达到27 mm, 总位移增大到了31.45 mm。P1, P2, P3, P4, P5, P6点均有下沉的趋势, 其中以P5点变化最大 (该点位于P3点后面1 m左右) , 水平方向各点均有所波动 (见图2) 。

2洞内裂缝观察与分析

石川隧道掌子面开挖到K15+628, 初支到K15+627, 目前只进行了上台阶部分的开挖。我方2008年8月23日对该边坡进行了裂缝调查, 从隧道进口方向看, 在隧道套拱左边位置出现一条长2 m左右, 宽大概3 mm的裂缝, 裂缝总体走向为竖向。由于隧道的开挖影响, 近期降雨影响, 仰坡的下滑力超过了土体抗剪强度的临界值, 且洞口段为超浅埋地段, 从地形地质条件以及现场调研的裂缝分布和监测数据分析, 石川隧道洞口段存在整体下沉情况, 左侧裂缝为潜在的滑移面。9月12日在洞内K45+582附近墙面上发现两条裂缝, 一条在左拱墙, 大概1 m长、缝宽约1 mm;一条在右侧拱墙上, 大概2 m长、缝宽约1 mm。隧道内, K45+582附近墙面上出现两条裂缝, 一条在左拱墙, 大概1 m长、缝宽约1 mm;一条在右侧拱墙上, 大概2 m长、缝宽约1 mm。裂缝产生在拱架的边上, 沿拱架延伸到拱脚, 裂缝断续相连, 拱架的拱脚外露, 在拱架下方附近存在一个用于排水的大水坑, 水坑积水较满, 深大概0.5 m。可以判定裂缝为隧道侧壁土压力对拱架产生挤压作用, 该处拱架拱脚外露, 拱脚处没有支撑, 使得侧墙补缝拱架产生位移, 由目前观察到的裂缝, 下部宽, 往上逐渐变小, 符合这个推断。水坑的水对于该处拱脚支撑的地面产生了软化作用, 使得该处的支撑力变小, 加上9月4日、5日降雨, 使得土压力加大, 裂缝扩大, 由此初步认为是挤压性质的裂缝。

3结语与建议

根据实际出现的情况, 建议:1) 边坡进行地表注浆;2) 洞口段拱架脚部要进行加固处理, 并保证拱架落底及时且稳定。实际施工过程中, 根据以上两条建议, 及时采取了工程措施, 边坡数据趋向收敛, 确保了隧道洞口边坡的稳定。

摘要：针对安徽G205国道改建工程石川隧道的边坡变形过大以及初期支护出现裂缝的情况进行了分析, 并及时提出了有针对性的建议, 从而保证了隧道洞口边坡的稳定, 确保了施工安全。

关键词：隧道,边坡,稳定性,监测,裂缝

参考文献

[1]陈祖煜.土质边坡稳定分析:原理.方法.程序[M].北京:中国水利水电出版社, 2003.

[2]步红军.某顺层边坡稳定性分析及治理工程设计[J].山西建筑, 2007, 33 (27) :102-103.