土方邊坡計算

1、文章編號：1009-0193(2002)02-0097-05沿河防洪堤滑坡處理、基礎處理與穩(wěn)定性分析羅啟北1，鄒 爽1，羅世友2(1.貴州工業(yè)大學 土木建筑工程學院，貴州 貴陽 550003；2.貴州省水利機械化實業(yè)總公司，貴州貴陽 550002)摘 要：介紹沿河城區(qū)防洪堤0+4400+486段邊坡病害概況及產生原因，提出了邊坡排水、清刷滑體和防護加固相結合的綜合整治工程措施，并用條分法對該邊坡進行了穩(wěn)定驗算。為滿足防洪堤穩(wěn)定性要求，對滑坡段基礎采取了挖齒槽、打錨桿等措施，并對該基礎進行了穩(wěn)定性分析。關鍵詞：工程滑坡；工程措施；穩(wěn)定性分析；條分法中圖分類號：TV87 文獻標識碼：B 

2、1 工程概況沿河城區(qū)防洪堤（一期）工程位于烏江下游，是我省重點防洪工程，總長520 m，總投資2100萬元，建基面巖層出露的平均高程為289 m，堤頂標高312 m，堤最高達29 m，為省內目前同類工程之最。堤身為M10砂漿砌塊石，總方量7.8萬m3，土方開挖6萬m3，土方回填8萬m3.工程于1998年11月動工修建。 2 滑坡變形狀況及原因2.1 滑坡變形狀況從1999年4月4日開始，滑坡段開裂變形加劇，到4月8日，垂直位移達41 cm，水平位移21 cm.并于當晚發(fā)生深層滑動，座滑高度10-15 m，面積50×70 m2，方量20000 m3，在滑坡后緣形成6 m的壁。

3、造成房屋倒塌，基坑被埋。2.2 滑坡產生原因2.2.1 地質構造不良的地質基礎是產生滑坡的一個重要原因。該工程0+4400+486段邊坡是一個不均一的、結構較復雜的土質邊坡，穩(wěn)定性較差。且基巖為奧陶系泥質灰?guī)r，巖層傾向河床，傾斜度為3-9°，即傾向與坡面大致平行，這對邊坡穩(wěn)定更為不利。2.2.2 邊坡施工開挖邊坡施工開挖乃觸發(fā)該邊坡滑坡的直接誘因。因防洪堤的基坑開挖，該段開挖至基巖時，未及時設置有效的支擋和加固措施，使邊坡失去支撐，破壞了原平衡狀態(tài)，進而牽引坡體后部產生變形和滑坍。由此可見，地質環(huán)境及外界因素的共同作用，導致了該邊坡滑坡的產生和發(fā)展。 3 滑坡整治措施為了徹

4、底根治病害，便于重新開挖基坑，結合本段的工程地質特點，采取了排水、卸載（放緩邊坡）、支擋、坡面防護等相結合的處理方案。3.1 排水排水是邊坡坍滑整治的首要工作，本段從排引地表水及地下水兩方面采取了相應措施。為消除和減輕地表水的危害，在滑坡體邊界修排水溝，并在坡體上設置樹枝狀排水明溝，以攔截、引排地表水，減少對坡面的沖刷，同時提高滑面土體的抗剪強度。3.2 滑坡減載減載是解決邊坡穩(wěn)定的關鍵。由于該滑坡體經歷較大的滑動變形及破壞，表層滑體非常松散破碎。因此，按一定的坡率進行削坡。3.3 支擋3.3.1 臨時支擋為防止滑坡體的進一步發(fā)展，對滑坡壁后緣適當削減倒懸、陡立的坡面，然后在坡壁后緣加打150

5、根，長3 m的鋼管作為臨時支護。3.3.2 擋墻考慮到基礎要重新開挖，放樣確定出基坑位置，用進占法由0+440向0+486方向每次開挖5 m，用漿砌石及時回填至294.28 m高程，作為臨時擋墻，鎖住坡腳。 4 邊坡穩(wěn)定性驗算邊坡穩(wěn)定性驗算的方法按滑動面形式的不同，常用的有直線滑動面和圓弧滑動面兩種模型。直線滑動面邊坡穩(wěn)定性驗算的方法比較簡單。而圓弧滑動面的邊坡穩(wěn)定性驗算的方法較多且比較復雜。工程設計中較常用的有條分法和摩擦圓法，而經常用的是條分法。本文采用條分法進行分析。4.1 條分法首先需要在已知的土體邊坡的橫斷面圖上，用4.5H法作圖，設定一個或數個可能的滑動破壞面（圓弧型滑動

6、面）的幾何參數，再把圓弧滑動面上的土體垂直分為寬為b=0.1R（R為滑動圓弧半徑）的土條。在這些幾何參數的基礎上依次驗算每一土條的穩(wěn)定性，然后疊加得整個土體的穩(wěn)定性。按此方法，對一系列設定的滑動圓弧求出相應的穩(wěn)定性系數K值，然后繪圖得出最小的穩(wěn)定系數Kmin，以穩(wěn)定性系數Kmin值相對應的圓弧滑動面為最危險滑動面，作為判定所設計的邊坡是否穩(wěn)定的依據。邊坡穩(wěn)定性系數K值按下面公式計算：當土體由不同土質分層填筑時，各土條重應為該土條所包含的各土層重量的總和：Wi=(isi+2s2+nsn)式中：Wi每一土條的重量（kN）i每一土條的圓弧底邊中心徑向與垂線的夾角（°）i每一土條的濕容重（k

7、N/m3）ci每一土條的粘聚力（kN/m2）Li每一土條的圓弧長（m）Si每一土條的面積（m2）i每一土條的內摩檫角（°）此式不考慮土條兩側的推力，使計算的穩(wěn)定安全系數偏低（即偏安全）。4.2 穩(wěn)定系數的計算4.2.1 、c值的確定根據滑坡實際情況采用實驗與滑坡反算相結合的綜合方法，確定出c值為9.81 kN/m2，值為20°.4.2.2 穩(wěn)定系數K值的計算采用條分法，計算圖見圖1.如圖1，在MO延長線上任作一點O1，作為第一次試算的滑弧中心，通過坡角作相應滑弧。并將滑動土體ABC分成若干土條，并對土條進行編號。量出滑弧半徑R=38.8 m.土條寬度取為滑弧半徑的十分之一，

8、即：b=0.1R.量出各土條中心高hi，并列表計算（見表1）：量出滑弧中心角=109°，可用下面公式計算出滑弧長度：設該土坡為均質土坡，則（1）式變?yōu)椋簣D1 條分法計算圖土的容重為=17.66（kN/m3）.把各參數帶入（2）式（對于滑弧1），得：量出各土條中心高hi，并列表計算（見表1）：表1土條號數hisinaicosaihisinaihi cosai-62.10-0.60.800-1.261.680-55.94-0.50.866-2.975.144-49.24-0.40.916-3.6968.464-312.01-0.30.954-3.60311.458-214.33-0.20

9、.980-2.86614.043-116.23-0.10.995-1.62316.149017.7701017.77118.830.10.9951.88318.736219.540.20.9803.90519.149319.820.30.9545.94618.908419.640.40.9167.85617.990518.660.50.8669.33016.160616.140.60.8009.84613.128712.990.70.7159.0939.28888.390.80.6006.6885.03492.650.90.4362.391.155   40.91

10、9194.256 在MO延長線上重新假定滑弧中心O2、O3、O4、O5、O6、O7，重復以上計算，求出相應的穩(wěn)定安全系數K2、K3、K4、K5、K6、K7，繪圖找出最小安全系數Kmin=1.58>1.30.由此可見，經過處理后的邊坡是穩(wěn)定的。4.2.3 注意因計算過程中取b=0.1 R，但滑體兩端土條（即圖1中-6和9條）的寬度往往不會恰好等于b，所以計算中要將該土條的實際高度hi折算成假定寬度為b時的高度hi，折算后的bihi與實際土條面積bihi相等（bi為兩側端土條的實際寬度）。與此同時，對sini也須作相應的計算。 5 基礎處理04400486段邊坡座滑、土體

11、擾動，加之漿砌石臨時擋墻占去部分堤身基礎面積，為滿足防洪堤抗滑穩(wěn)定性要求，經研究決定修改原堤身標準斷面的基礎部分型式及基礎加固措施如下：（1）原標準斷面基礎部分修改成圖2所示型式，即原斷面高程293 m以下部分向外（河床方向）延伸3 m；（2）加寬3 m部分，基礎開挖3×1 m2的齒槽，用R100砼回填，見圖2；圖2 基礎斷面圖 圖3 齒槽斷面圖（3）巖層面傾向河床，對穩(wěn)定不利，因而在基巖面上鑿打寬2 m、深1 m的反傾鋸齒狀齒槽，以增大基巖面的粗糙度（如圖3）；（4）加密錨桿，用25，長3 m的鋼筋以1.5 m的間距呈梅花型布置，插入基巖2 m、外露1 m，共加密288根；（5）高

12、程290 m以下設計為R100砼埋塊石，以提高堤身與基巖的結合能力。 6 基礎抗滑穩(wěn)定性計算基巖為中厚層泥質灰?guī)r，微傾向河床，巖體堅固完整，無顯著的軟弱結構面。堤身如失穩(wěn)將沿堤身與基巖接觸面處產生，不考慮接觸面上的凝聚力，按表層滑動破壞，其抗滑穩(wěn)定性（以單位寬1 m計）有：Fs=f(v-u)/H （3）式中：Fs表層抗滑安全系數；f堤身與基巖接觸面的摩擦系數，取0.6；v由堤身傳至基巖面的總垂直荷載（kN）；u堤底揚壓力（kN）；H堤身所受的總水平荷載（kN）.總垂直荷載為基礎部分混凝土與漿砌石總重，為5×103 kN.由于基礎處于常水位以上，且設有排水孔，排水效果較好，堤

13、底揚壓力可忽略不計。烏江屬于山區(qū)性河流，陡漲陡降，洪水消退時，由于水壓作用，此時堤身受的水平推力最大，堤后回填土中地下水水位高程為301 m.為計算方便，堤身斷面簡化為如圖4所示。這時土壓力與水壓力總和為：式中：土的容重，18 kN/m3；土的浮容重，10.2 kN/m3；圖4 堤身斷面圖w水的容重，9.8 kN/m3； 土的內摩檫角，30°.先由（4）式，土壓力和水壓力的總和為：H=(1/2×18×112+18×11×14+12×10.2×142)×tg230°+12×9.8×142

14、=2.58×103 kN再由（3）式，有：Fs=0.6×(5×103-0)2.58×103=1.161.05參照SDJ 2178混凝土重力壩設計規(guī)范（試行）的規(guī)定，若不計接觸面的凝聚力，基本組合荷載作用下，抗滑穩(wěn)定安全系數大于1.05，基礎是安全的。 7 結 論沿河城區(qū)防洪堤工程04400486段產生滑坡后，根據其病害特征，采取了排水、清刷滑體和防護加固相結合的方法進行了綜合整治。經穩(wěn)定性驗算可知此措施是成功的、經濟的。滑坡治理后，使基坑開挖得以重新進行。為滿足防洪堤抗滑穩(wěn)定性要求，對基礎也進行了相應處理，由計算可知，處理后的基礎是穩(wěn)定的，說明

15、處理的技術措施是成功的。 參考文獻：1 崔冠英，潘品蒸.水利工程地質.北京：水利電力出版社，1986.2 錢家歡，殷宗澤.土工原理及計算M.北京：水利電力出版社，1996.3 劉伯瑩.高等級公路工程滑坡的治理J.公路，2000，（11）：1-7. Treatment of Landslide and Foundation and Analysis of Stabilityof YANHE Flood Pretection EmbanKment EngineeringLUO Qi-bei1, ZOU Shuang1，LUO Shi-you2(1.College of Civi

16、l Engineering, GUT, Guiyang 550003, China;2.Hydraulic Mechanising Industry Parent Company of Guizhou, Guiyang 550002, China)Abstract:This paper describes the general diseased conditions and causes of 0+4400+486 sloping part of the flood protection embankment in Yanhe city, proposes renovating measures such as slope drainage, slide mass stripping, protecting and reinforcing, and adopts the slice method to examine the stability of this slope. In order to ensure the sta