公路路基邊坡穩(wěn)定性分析

1、公路路基邊坡穩(wěn)定性分析1 目錄1 概況 . 3 1.1 邊坡工程發(fā)展研究的背景. 3 1.2 邊坡穩(wěn)定分析與防護(hù)的研究進(jìn)展. 3 121 確定性分析方法的發(fā)展. 4 1.2.2 傳統(tǒng)分析方法的不斷發(fā)展與完善. 4 1.2.3 邊坡變形破壞地質(zhì)力學(xué)模型的不斷補(bǔ)充和完善. 4 1.3 本論文的研究?jī)?nèi)容 . 4 2 邊坡穩(wěn)定性分析方法 . 5 3 影響邊坡失穩(wěn)的因素與病害的分析. 5 3.1 影響邊坡的穩(wěn)定性的因素. 5 3.2 邊坡滑動(dòng)破壞的主要原因分析. 6 3.2.1 地質(zhì)構(gòu)造 . 6 3.2.2 穩(wěn)定性 . 6 3.2.3 水文條件 . 6 3.3 邊坡病害及其防治措施. 7 3.3.1 崩

2、塌 . 7 3.32 滑坡 . 7 2 3.3.3 坡面沖刷 . 8 3.3.4 泥石流 . 8 3.3.5 排水措施 . 8 4 路基邊坡的綜合防護(hù) . 8 4.1 公路路基邊坡防護(hù)的要求. 8 4.2 公路路基邊坡防護(hù)形式及其特點(diǎn). 9 4.3 我國(guó)邊坡綜合設(shè)計(jì)的原則. 9 3 1 概況1.1 邊坡工程發(fā)展研究的背景路基邊坡包括填方路堤邊坡和挖方路塹邊坡，是公路的重要組成部分。路基邊坡，由于長(zhǎng)期以來(lái)是公路修筑中一個(gè)常見(jiàn)但研究程度低的課程。80年代中期以前，我國(guó)主要以低等級(jí)公路建設(shè)為主，深挖高填較少，公路建設(shè)投資不大，因而路基邊坡穩(wěn)定問(wèn)題較少，坡面工程不作為道路建設(shè)的主體工程，公路工程建設(shè)中

3、對(duì)邊坡的研究也因此不受重視。進(jìn)入 90 年代初期， 邊坡工程主要沿用低等級(jí)公路的邊坡工程技術(shù)或借鑒有關(guān)部門(mén)的經(jīng)驗(yàn)來(lái)實(shí)施建設(shè)，由于邊坡處治時(shí)缺乏綜合考慮，為工程埋下隱患。例如，早期建成通車的沈大高速公路，通車后，由于路基邊坡發(fā)生滑塌造成了較大的經(jīng)濟(jì)損失和不良的社會(huì)影響。90 年代后期，中國(guó)公路建設(shè)進(jìn)入了前所未有的高速發(fā)展階段，吸取前期公路建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，高等級(jí)公路路基邊坡的研究和對(duì)病害的綜合治理受到重視。各地又結(jié)合當(dāng)?shù)毓こ虒?shí)踐開(kāi)展了一系列公路路基邊坡病害治理和研究技術(shù)，路基邊坡工程理論與實(shí)踐取得了很大的進(jìn)展。高等級(jí)公路的建設(shè)，已從平原發(fā)展到山區(qū)，由于公路等級(jí)的提高，在路線設(shè)計(jì)中不可避免得要出現(xiàn)高

4、路堤和深路塹。由于填挖方的高邊技術(shù)處理問(wèn)題就顯得很突出，有時(shí)候邊坡問(wèn)題制約了我們公路建設(shè)的進(jìn)程、質(zhì)量和投資控制，也影響到今后公路的養(yǎng)護(hù)和環(huán)境保護(hù)。 “黃土高坡”不僅影響美化綠化，而且造成植被破壞水土流失，遺害子孫。1.2邊坡穩(wěn)定分析與防護(hù)的研究進(jìn)展4 邊坡穩(wěn)定性問(wèn)題涉及礦山工程、道橋工程、水利工程、建筑工程等諸多工程領(lǐng)域。巖體邊坡是一種自然地質(zhì)體，一半被多組斷層、節(jié)理、裂隙、軟弱帶切割，使邊坡存在削弱面。在邊坡角變化，地下水、地震力等外因作用下，使邊坡沿削弱面產(chǎn)生相對(duì)滑移而產(chǎn)生失穩(wěn)，邊坡穩(wěn)定性問(wèn)題一直是巖石力學(xué)的一個(gè)重要研究?jī)?nèi)容，隨著數(shù)學(xué)方法的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，邊坡穩(wěn)定性分析方法也取得了

5、一系列成就。邊坡穩(wěn)定性分析方法研究一直是邊坡穩(wěn)定性問(wèn)題的中藥研究?jī)?nèi)容，也是邊坡穩(wěn)定性研究的基礎(chǔ)，近幾年來(lái)，在該領(lǐng)域內(nèi)取得了很多新的進(jìn)展，其主要表現(xiàn)在：121 確定性分析方法的發(fā)展確定性分析方法是以安全系數(shù)為基礎(chǔ)，認(rèn)為邊坡所能承受的荷載值 （稱為抗力）與所受外力（荷載）之比大于某個(gè)值為安全。近幾年來(lái)，確定性方法的發(fā)展呈現(xiàn)如下趨勢(shì)：極限平衡理論進(jìn)一步完善；數(shù)值方法的廣泛應(yīng)用。1.2.2 傳統(tǒng)分析方法的不斷發(fā)展與完善根據(jù)地質(zhì)地貌等因素，定性評(píng)價(jià)邊坡穩(wěn)定性的方法。影響邊坡穩(wěn)定的因素十分復(fù)雜，用力學(xué)計(jì)算方法評(píng)價(jià)邊坡變形的穩(wěn)定性，是在對(duì)自然條件作某些簡(jiǎn)化的前提下進(jìn)行的， 計(jì)算結(jié)果只能作為前面評(píng)價(jià)邊坡穩(wěn)定的

6、參考。較合理的邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)步驟，應(yīng)當(dāng)全面考慮影響邊坡穩(wěn)定的自然因素，對(duì)其進(jìn)行定性評(píng)價(jià)，在此基礎(chǔ)上再作必要的力學(xué)計(jì)算，然后綜合考慮評(píng)價(jià)其穩(wěn)定性，這樣可以對(duì)邊坡的穩(wěn)定性問(wèn)題在單體上有一個(gè)把握。1.2.3 邊坡變形破壞地質(zhì)力學(xué)模型的不斷補(bǔ)充和完善典型邊坡地質(zhì)模型的建立對(duì)邊坡的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)及其失穩(wěn)形式分類是非常有意義的，因?yàn)檫吰碌刭|(zhì)模型是反映影響邊坡穩(wěn)定性狀態(tài)的各種地質(zhì)因素的綜合體現(xiàn)，而邊坡的變形破壞方式集中反映了地質(zhì)模型的主要特點(diǎn)。根據(jù)滑坡的地質(zhì)基礎(chǔ)，并考慮滑體及滑床形態(tài)，滑體的破壞方式等提出了滑體失穩(wěn)的9 種失穩(wěn)類型，即：楔形體滑坡、圓弧滑面滑坡，順層面滑動(dòng)的滑坡，傾倒變性滑坡，復(fù)合型滑面滑坡，岸

7、坡或斜坡開(kāi)裂變形，堆積層滑坡，崩塌碎屑流滑坡等。這些地質(zhì)模型的提出對(duì)邊坡的穩(wěn)定性的研究非常有益的1.3 本論文的研究?jī)?nèi)容據(jù)以上邊坡穩(wěn)定性分析的研究進(jìn)展及成果，本論文適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行了進(jìn)一步的研究分析，首先從邊坡穩(wěn)定性的分析方法著手，邊坡穩(wěn)定性分析方法有定性分析方法、定量分析方法、不確定性分析方法等，根據(jù)不同因素系5 統(tǒng)的闡述了不同方法的可靠性、優(yōu)越性和實(shí)用性。另外還介紹了邊坡華東破壞的原因與分析，根據(jù)自然條件、地質(zhì)構(gòu)造、穩(wěn)定性、水文條件等幾個(gè)因素逐條簡(jiǎn)述了邊坡華東破壞的原因以及防護(hù)的措施。 并且介紹了影響邊坡穩(wěn)定性的因素以及造成邊坡穩(wěn)定性失穩(wěn)的形式、種類等，最后綜合分析了路基邊坡穩(wěn)定性的病害和防護(hù)措

8、施，以及在我國(guó)邊坡綜合設(shè)計(jì)的原則。2 邊坡穩(wěn)定性分析方法2.1 定性分析方法定性分析方法主要是通過(guò)工程地質(zhì)勘察，分析邊坡穩(wěn)定性的主要影響因素，可能變形破壞方式及失穩(wěn)力學(xué)機(jī)制等，對(duì)已變形的地質(zhì)體的成因及演化史進(jìn)行分析，從而給出被評(píng)價(jià)邊坡的穩(wěn)定性狀況及其發(fā)展趨勢(shì)定性的解釋及說(shuō)明，常用的方法有3 種2.1.1 自然（成因）歷史分析法該方法主要是依據(jù)邊坡發(fā)育的地球環(huán)境、邊坡發(fā)育歷史中的各種破壞跡象及基本規(guī)律和穩(wěn)定性影響因素的分析，追溯邊坡演變的全過(guò)程，對(duì)邊坡的總狀況、趨勢(shì)和區(qū)域性特性作出了評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)，對(duì)已發(fā)生過(guò)滑動(dòng)的邊坡，判斷其能否復(fù)活或轉(zhuǎn)化，它主要用于天然斜坡的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。2.1.2 工程類比法該方

9、法利用已有的自然邊坡及人工邊坡的穩(wěn)定性狀況及影響因素、有關(guān)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn) ，把這些經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用到所需要研究的滑坡中去，它是目前應(yīng)用最多的定性分析方法。3 影響邊坡失穩(wěn)的因素與病害的分析3.1 影響邊坡的穩(wěn)定性的因素影響邊坡穩(wěn)定的主要因素有：a. 邊坡材料力學(xué)性。由彈性摸量，泊松比，摩擦角，粘結(jié)力，容重，抗剪強(qiáng)度等參數(shù)反映。b. 邊破幾何尺寸。邊破幾何尺寸包括邊破高度，坡面角和邊坡邊界尺寸以及坡面后方坡體的幾何形狀，即坡體的不連續(xù)面與開(kāi)挖面的坡度及方向之間的幾何關(guān)系，它將確定坡體的各個(gè)部分是否滑動(dòng)或塌落。c. 邊坡外部荷載。包括地震力，重力場(chǎng)，地質(zhì)構(gòu)造地應(yīng)力場(chǎng)等。影響公路路基邊坡穩(wěn)定的因素可歸結(jié)為：工程

10、地質(zhì)條件、水面條件、地面排水條件、地貌和氣候等，引起路基邊坡失穩(wěn)破壞的原因比較復(fù)雜，是多種因素共同作用的結(jié)果，我們?cè)谶M(jìn)行邊坡防護(hù)時(shí)，要綜合考慮各種因素，重點(diǎn)分析邊坡失穩(wěn)后產(chǎn)生破壞的形式，根據(jù)6 破壞程度，選用合理的防護(hù)方案。對(duì)于已建好公路影響邊坡的穩(wěn)定的主要因素是水，尤其是暴雨引起的地表水對(duì)邊坡的作用。若暴雨強(qiáng)度大，時(shí)間集中，覆蓋面積廣，對(duì)邊坡的破壞力就強(qiáng)。其對(duì)邊坡影響主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是集中的地表水流對(duì)坡面的沖刷，路基邊坡遭到的破壞程度按其規(guī)模和形態(tài)的不同，主要表現(xiàn)為，剝落，碎落與墜落；二是雨水深入土體后造成邊坡滑坍，塌坍與崩塌等破壞。因此我們?cè)谶x擇邊坡防護(hù)方案時(shí)應(yīng)盡量減少地表水對(duì)邊坡的

11、影響。3.2 邊坡滑動(dòng)破壞的主要原因分析從發(fā)生滑動(dòng)破壞的過(guò)程分析，變形破壞的主要內(nèi)在原因是邊坡下部存在向路基方向微傾的泥巖巖層，該泥巖巖層具有遇水膨脹的特性。通過(guò)對(duì)地質(zhì)鉆孔資料分析，初步確定邊坡滑塌的主要原因簡(jiǎn)述主要有以下幾個(gè)方面：3.2.1 地質(zhì)構(gòu)造根據(jù)鉆孔資料分析，邊坡自上而下主要由黃土狀粉性土厚度為510米，砂質(zhì)泥巖夾砂巖層呈黃灰色，厚度越4.2 米；褐灰色泥巖，較松軟；灰黃、黃褐色砂質(zhì)泥巖：含碳質(zhì)斑點(diǎn)，頂部見(jiàn)薄層砂巖，底部為0.3 米軟如破碎泥巖，厚度為4.3 米，夾砂礫巖層；泥質(zhì)膠結(jié)，半固結(jié)成巖，呈綠灰色、 黃色。 含礫卵石中。地層產(chǎn)狀 35520滑坡前緣視傾角約為11.3真視角為

12、19。在一號(hào)孔18.618.9 米有薄層含水層，其水位埋深約為10.7 米。由于邊坡下部存在路基方向微傾的泥巖夾層，該泥巖具有遇水膨脹的特性，且在水的清潤(rùn)下強(qiáng)度急劇降低。坡腳部位泥巖在持續(xù)降雨期間，受地表水滲入、清潤(rùn)、層間抗剪強(qiáng)度降低，在邊坡土體自重作用下發(fā)生剪切破壞，盡管對(duì)邊坡中上部巖土體進(jìn)行了加固處理，但坡腳喪失了支撐能力，仍然導(dǎo)致邊坡整個(gè)坡體的滑塌。3.2.2 穩(wěn)定性從發(fā)生破壞的過(guò)程分析，邊坡的穩(wěn)定系數(shù)不小于0.95 。發(fā)生破壞后，土體抗剪強(qiáng)度從原來(lái)的峰值強(qiáng)度進(jìn)一步降低為殘余強(qiáng)度 其值不到峰值強(qiáng)度的 50%。對(duì)高速公路路基工程，滑坡穩(wěn)定安全系數(shù)不小于1.2 。因此必須采取加固措施。3.2

13、.3 水文條件水對(duì)邊坡的穩(wěn)定性影響很大，是影響邊坡不穩(wěn)定的重要因素。施工現(xiàn)場(chǎng)每次降雨后，邊坡的變形破壞便加劇。巖體中大量的高嶺土都具有遇水7 軟化，使土的粘聚力下降，強(qiáng)度顯著下降。滲入坡體內(nèi)的水也使干燥狀態(tài)的結(jié)構(gòu)層軟化、潤(rùn)滑、也將降低巖土的抗剪強(qiáng)度。促使邊坡滑動(dòng)和倒塌。3.3 邊坡病害及其防治措施高等級(jí)公路的建設(shè)，已經(jīng)從平原發(fā)展到山區(qū)。由于公路的等級(jí)的提高，在路線設(shè)計(jì)中不可避免的要出現(xiàn)高路堤和高路塹，由此，填挖方的高邊坡技術(shù)處理問(wèn)題就顯得很突出。 有時(shí)侯邊坡問(wèn)題制約了我們公路建設(shè)的進(jìn)度，質(zhì)量和投資控制，也影響到今后公路的養(yǎng)護(hù)和環(huán)境保護(hù)，因此，公路邊坡問(wèn)題的重要性已是公路工程建設(shè)中重要的技術(shù)問(wèn)題

14、之一。為此，就一些邊坡處理的技術(shù)問(wèn)題也就是邊坡病害進(jìn)行探討。邊坡病害的分類和形成原因以及防治措施 . 3.3.1 崩塌公路路塹開(kāi)挖過(guò)深，邊坡過(guò)陡軟弱結(jié)構(gòu)面暴露，都會(huì)使邊坡上的巖體失去支撐，在水流沖刷或地震作用下引起崩塌。崩塌按形式機(jī)理可劃分為三類： a. 滑移式崩塌。這類崩塌的形成機(jī)理是崩塌首先沿已有的層面或其他結(jié)構(gòu)產(chǎn)生滑移。一旦崩塌體重心滑出坡外，這類崩塌就會(huì)發(fā)生。b. 傾倒式崩塌。其形成機(jī)理是巖體在失穩(wěn)時(shí)繞根部一點(diǎn)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)式傾倒。一旦巖體重心偏離至坡外，巖體就會(huì)突然性崩塌。此外，不穩(wěn)定巖體在強(qiáng)烈震動(dòng)下或者遇有長(zhǎng)時(shí)間大暴雨，容易失穩(wěn)產(chǎn)生傾倒式崩塌。c. 錯(cuò)斷式崩塌。 這類崩塌多為直立柱狀或板

15、狀巖體，在失穩(wěn)時(shí)不是發(fā)生傾倒，而是下部與穩(wěn)定巖體沒(méi)有完全斷開(kāi)的部分在自重作用下發(fā)生的最大剪應(yīng)力一旦大于巖石的容許抗剪強(qiáng)度，錯(cuò)斷式崩塌發(fā)生。崩塌的防治措施：a. 路基上方的危石應(yīng)該及時(shí)檢查清除，特別在雨季前要細(xì)致檢查。如果有危脅行車安全的路段，可根據(jù)地形和巖層情況， 采用嵌補(bǔ)，支頂?shù)姆椒ㄓ枰约庸獭?b. 在小型崩塌或落塌地段，應(yīng)盡量采取全部清除的辦法。如由于基巖破壞嚴(yán)重，崩塌落石的物質(zhì)來(lái)源豐富，宜修建落石平臺(tái)，落石槽等攔截結(jié)構(gòu)物。c. 由于存在軟弱結(jié)構(gòu)面而易引起崩塌的高邊坡，可根據(jù)情況采用支擋墻或支護(hù)墻等措施，以支撐邊坡，并防止軟弱結(jié)構(gòu)面的張開(kāi)或擴(kuò)大。d. 對(duì)邊坡坡腳因受河水沖刷而易形成崩塌者，

16、河岸要做防護(hù)工程。e. 在可能發(fā)生的崩塌地段，必須作好地面排水措施。3.3 2 滑坡滑坡是斜坡部分的巖土體在自然下移動(dòng)?？煞譃槿悾篴. 巖石順層滑坡。這類滑坡的滑動(dòng)面為巖體中比較軟弱的巖層面或軟弱的夾層面，上部巖體沿滑動(dòng)面順坡向下滑動(dòng)，巖層為二疊系巖夾炭質(zhì)頁(yè)巖。b. 花崗巖殘積層滑超級(jí)?；◢弾r邊坡風(fēng)化嚴(yán)重，加上降雨的強(qiáng)烈沖刷，坡面沖物的發(fā)育，8 花崗巖殘積層沿原花崗巖的構(gòu)造節(jié)理向下滑動(dòng)產(chǎn)生滑坡。c.砂頁(yè)炭殘坡積層滑坡。這類滑坡大多是砂巖，炭質(zhì)頁(yè)巖，凝灰?guī)r，板巖的殘坡積層。3.3.3 坡面沖刷花崗巖殘積層在高溫多雨的條件下，巖石風(fēng)化迅速，形成一定厚度的殘積層。殘積層顆粒組成以細(xì)砂，中砂，粗砂為

17、主，含少量粘土顆粒，從結(jié)構(gòu)上看是顆粒松散的砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，抗水性差。雨季大量坡面沖刷物沖向公路，堵塞排水溝，嚴(yán)重的淤泥路面，增加養(yǎng)路維修投資，坡面沖刷在進(jìn)一步發(fā)展可能導(dǎo)致邊破坍塌。3.3.4 泥石流形成類型 ：a 水流沖刷山坡滑落物質(zhì)而形成。這種形式中最嚴(yán)重的是大型滑坡堵斷溝道，水流直接由滑坡體上流過(guò)，形成強(qiáng)大的泥石流。b 由水流沖刷河床而形成。水流直接沖動(dòng)溝底泥沙而形成泥石流。當(dāng)河床表面有粗砂層，河谷中發(fā)生洪水時(shí)，將粗砂層沖走，下部細(xì)粒泥沙將發(fā)生潰決性沖刷，形成較大規(guī)模的泥石流 。c 由滑坡直接演變?yōu)槟嗍鳌?滑坡在調(diào)整滑動(dòng)過(guò)程中，土體被液化而形成泥石流。d 融凍泥流。指高山地區(qū)山坡由于融凍作用

18、而產(chǎn)生向下滑動(dòng)的液化土體。泥石流防治方法 ：a 對(duì)流泥流沙的山坡來(lái)說(shuō)， 應(yīng)大量進(jìn)行植樹(shù)造林， 鋪植草皮。 b 在泥石流形成地區(qū)的上側(cè)修筑截水溝，排水溝，把水引出去以減小或者消除洪水對(duì)邊坡的沖擊。c 在泥石流形成區(qū)， 采用平整山坡， 填實(shí)勾縫，修筑階梯，土埂和支擋墻等方法阻擋水土流失，防止滑坡發(fā)展。d對(duì)于小量的泥石流而言，可在路肩外緣修筑拉渣擋墻，并在每次雨后及時(shí)清除淤積的泥石，勿使擋墻失去作用等。在泥石流形成區(qū)，采用平整山坡，填實(shí)勾縫，修筑階梯，土埂和支擋墻等方法阻擋水土流失，防止滑坡發(fā)展。對(duì)于小量的泥石流而言，可在路肩外緣修筑拉渣擋墻，并在每次雨后及時(shí)清除淤積的泥石，勿使擋墻失去作用等。3.

19、3.5 排水措施水是滲透本邊坡滑動(dòng)變形的主要因素，一定要切實(shí)做好邊坡的防水排水工作，對(duì)滑體以外的地表水設(shè)截排水工程。在邊坡周界外側(cè)設(shè)排水溝，防止地表水滲入巖（土）體內(nèi)，引起不必要的滑塌破壞，在坡面上可用漿砌石或草皮護(hù)坡，可減少雨水滲入巖（土）體內(nèi)。4 路基邊坡的綜合防護(hù)4.1 公路路基邊坡防護(hù)的要求9 邊坡防護(hù)是防止邊坡病害，保證道路暢通的重要措施，高等級(jí)公路的設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)必須保證車輛在公路上安全、高速行駛，因此就要求公路路基邊坡坡度合理且坡面穩(wěn)定，不能出現(xiàn)整體性的邊坡失穩(wěn)的滑坡，以及局部軟弱塌方現(xiàn)象，這就要求邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)的可靠、合理、經(jīng)濟(jì)、美觀、便于施工。4.2 公路路基邊坡防護(hù)形式及其特點(diǎn)

20、邊坡防護(hù)形式應(yīng)根據(jù)公路等級(jí)，當(dāng)?shù)氐臍夂?、水文、地形、地質(zhì)條件及筑路材料情況分別確定，并與周圍景觀協(xié)調(diào)，達(dá)到防止路基病害、保證路基穩(wěn)定、改善環(huán)境景觀、保持生態(tài)平衡的目的，盡量采用經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行、安全可靠的防護(hù)方案，同時(shí)要有正確合理的施工方法和保證施工的安全可靠性，隨著高速公路及其他基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的飛速發(fā)展，大量的各種類型的坡面需要得到及時(shí)防護(hù)，一般將坡面防護(hù)技術(shù)分為三類：植物防護(hù)、工程防護(hù)和綜合防護(hù)，本文主要介紹綜合防護(hù)。4.2.1 噴混凝土植草噴混凝土植草也時(shí)類似于客土噴播的一項(xiàng)生態(tài)防護(hù)技術(shù)。對(duì)于邊坡穩(wěn)定性不足者，首先在坡面上打設(shè)錨桿并掛鍍鋅編制鐵絲網(wǎng)起到穩(wěn)定坡面的作用，然后將由豁土、谷殼、鋸末、水泥、復(fù)合肥以及草木種籽等通過(guò)一定配方拌合的混合物噴射在邊坡上，噴射厚度一般