浙江大學(xué)畢業(yè)答辯

楠溪江流域公路邊坡破壞成因及防護(hù)研究

姓名及學(xué)號：張建澤Z0603500

指導(dǎo)老師：王金昌副教授研究背景隨著諸永公路的建成運營，打開了楠溪江流域?qū)ν忾_放的大通道，改善了楠溪江流域的投資硬環(huán)境，社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展緊緊依賴著公路基礎(chǔ)設(shè)施，因此楠溪江流域公路須滿足更高的安全通行要求。近年來楠溪江流域隨著農(nóng)村公路及“康莊工程”的實施，形成了大量的公路邊坡，邊坡地質(zhì)、水文地質(zhì)條件復(fù)雜。在臺風(fēng)雨季極易發(fā)生公路邊坡滑塌，臺風(fēng)季節(jié)楠溪江山區(qū)容易發(fā)生山體塌方，沿山公路邊坡往往也發(fā)生嚴(yán)重塌方，對交通的正常通行造成了極大的安全威脅。據(jù)公路部門初步統(tǒng)計，十二五安排楠溪江流域鄉(xiāng)道以上普通公路邊坡治理達(dá)262處，處治工程量巨大，費用龐大達(dá)5.6億元，主要針對在楠溪江流域山區(qū)公路。主要研究內(nèi)容從研究背景出發(fā)，分析楠溪江流域地質(zhì)情況和公路邊坡的特點。從楠溪江流域公路邊坡地質(zhì)特征，對具體公路工程邊坡滑坡成因進(jìn)行分析。介紹目前國內(nèi)外邊坡防治方法，針對具體經(jīng)典公路滑坡實例提出有效的防治方案，并進(jìn)行一定的經(jīng)驗總結(jié)。利用數(shù)值模擬方法對該類邊坡工程進(jìn)行數(shù)值分析，探討滑坡機(jī)理，并提出相關(guān)的治理措施及建議。

論文組成架構(gòu)緒論楠溪江流域地質(zhì)概況楠溪江流域公路邊坡滑坡成因分析楠溪江流域公路邊坡工程治理方案楠溪江流域公路邊坡數(shù)值模擬研究主要研究結(jié)論與展望緒論：

1國外邊坡技術(shù)沿革時間進(jìn)程19世紀(jì)20世紀(jì)20年代20世紀(jì)30～40年代20世紀(jì)50年代[20世紀(jì)60年代[20世紀(jì)70年代到20世紀(jì)末21世紀(jì)之后防治措施小型滑坡采取刷方減載反壓，對那些大、中型滑坡只能繞避歐美等國家就開始將巖土錨固技術(shù)應(yīng)用于礦山和水利建設(shè)中開始出現(xiàn)利用排水措施來治理滑坡，歐美和日本已經(jīng)開始應(yīng)用仰斜孔群排水措施治理滑坡開始逐漸利用支擋工程，多采用抗滑擋土墻和小直徑抗滑樁。國外開始出現(xiàn)利用大直徑抗滑樁來治理滑坡如預(yù)應(yīng)力錨桿抗滑樁，雙排抗滑樁等。人工挖孔鉆、鉆孔灌注樁、沖孔灌注樁等開始在邊坡支護(hù)中大量應(yīng)用邊坡植物防護(hù)、骨架植被護(hù)坡、圬工防護(hù)、石籠防護(hù)等支護(hù)措施。緒論：2國內(nèi)邊坡技術(shù)沿革時間進(jìn)程20世紀(jì)50年代之前20世紀(jì)50年代起20世紀(jì)60年代中期20世紀(jì)80年代至90年代21世紀(jì)之后防治措施小型邊坡基本不處理，大型邊坡一般做簡單處理。地表排水、截水盲溝，井點抽水等大截面挖孔鋼筋混凝土抗滑樁開始逐漸利用支擋工程，多采用抗滑擋土預(yù)應(yīng)力錨索加固及其與其他支護(hù)措施的結(jié)合應(yīng)用開始逐漸流行。墻和小直徑抗滑樁。虹吸排水，預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁等新型支護(hù)方式國際巖土學(xué)會滑坡治理措施

改變斜坡的幾何形態(tài)排水措施支擋結(jié)構(gòu)斜坡內(nèi)部加固公路邊坡防護(hù)形式坡面防護(hù)：主要作用是防止坡面沖刷、風(fēng)化，減少雨水入滲和增強(qiáng)坡面景觀效果。大致可分為植被護(hù)坡、骨架式植被護(hù)坡和封閉式護(hù)坡等三種類型。落石、崩塌防護(hù)：公路邊坡防護(hù)中比較常見的病害，分鍍鋅鐵絲網(wǎng)的植被護(hù)坡或骨架式生態(tài)護(hù)坡、混凝土框格骨架或主動及被動型柔性防護(hù)網(wǎng)技術(shù)?；路雷o(hù)：一方面，消除和減輕地表水和地下水的危害另一方面，改善邊坡巖土體的力學(xué)強(qiáng)度

，通過一定的工程技術(shù)措施，改善邊坡巖土體的力學(xué)強(qiáng)度，提高其抗滑力，減小滑動力。生態(tài)邊坡：一般坡率緩于1：0.5的巖石坡面和噴射混凝土坡面現(xiàn)在基本上都可以實現(xiàn)綠化的效果，如土工格植草法、藤蔓植物法、噴混植生法、厚層基材法、高次團(tuán)粒法等楠溪江流域圖楠溪江流域地質(zhì)概況地理：位于東經(jīng)120°19′34″～20°59′19″北緯28°01′08″～28°36′54″。面積：2698平方公里，山地占86.32%氣候：屬于亞熱季風(fēng)氣候，雨量充沛，降雨量主要集中在5～6月份的梅雨季節(jié)和7～9月份的臺風(fēng)暴雨期。地貌地形：地貌類型復(fù)雜,主要分山地、丘陵、平原3類，主要為山地丘陵。地勢整體表現(xiàn)為北高南低，自西北向東南傾斜地貌類型，南部與西南部為甌江、楠溪江沖積平原區(qū)，地勢平坦。地質(zhì)構(gòu)造：境內(nèi)大地構(gòu)造位于浙東南褶皺帶溫州—臨海坳陷區(qū)之東南部。由于境內(nèi)以火山巖系為主，火山巖極為堅硬，成層性不好，故褶皺構(gòu)造不明顯，而斷裂構(gòu)造則極為發(fā)育。楠溪江流域公路邊坡特點流域內(nèi)90%為地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)（如地質(zhì)復(fù)雜、巖體節(jié)理發(fā)育建路開挖主要來源高邊坡居多巖質(zhì)邊坡為主臺風(fēng)雨季高發(fā)滑塌強(qiáng)降水是外因，打破平衡41省道K103+400白雁線K7+161淡下線K19+333白雁線K7+600公路邊坡破壞照片3個典型高邊坡線路位置地質(zhì)特點破壞形式失穩(wěn)原因工程措施41省道K103+400右側(cè)表層覆蓋殘坡積土，植被發(fā)育，坡陡，裂隙發(fā)育，巖石完整性較好，風(fēng)化較弱，強(qiáng)風(fēng)化層1～2m，中等風(fēng)化層2～3m，頂部有少量殘坡積土層。坡體滑塌臺風(fēng)+暴雨上部適當(dāng)削坡+3.5米以上全坡面掛高強(qiáng)鋼絲格柵網(wǎng)（民房前增加預(yù)應(yīng)力錨桿加固）+新開挖坡面客土噴播+排水+路面整修+圍墻+小路重建

白雁線K7+161右側(cè)強(qiáng)～中微風(fēng)化巖，巖體沿順坡節(jié)理面崩（滑）塌，留有危巖。巖石風(fēng)化較弱，巖石較破碎，強(qiáng)風(fēng)化巖出露地表，覆蓋層薄。節(jié)理發(fā)育坡體崩塌暴雨影響清理危巖+局部（預(yù)應(yīng)力）錨桿加固+全坡面掛鋼絲繩網(wǎng)+路面保修+擋墻修復(fù)淡下線K19+350左側(cè)滑塌發(fā)后該路段邊坡依然不穩(wěn)定，節(jié)理發(fā)育，近直立陡坡，強(qiáng)中風(fēng)化巖質(zhì)坡體滑塌暴雨影響削坡+掛鋼絲繩網(wǎng)+預(yù)應(yīng)力錨桿加固+路面修復(fù)+路側(cè)護(hù)欄5邊坡錨桿加固數(shù)值分析建立模型：白雁線K7+161右側(cè)的高邊坡滑坡具有楠溪江流域沿線典型山區(qū)邊坡的特征，因此分析其滑坡成因及其治理措施有著重要意義。數(shù)值模型以白雁線K7+161右側(cè)的高邊坡為例，對其滑坡成因及其治理措施的有效性進(jìn)行數(shù)值模擬分析。模型概化為寬100米，高80米的邊坡。根據(jù)實際情況分別對開挖前后及錨桿加固工況下邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。根據(jù)楠溪江流域沿線的典型山區(qū)邊坡及其支護(hù)方式，模型分成三種情況進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性數(shù)值模擬分析，分別為開挖前、開挖后以及開挖后加錨桿支護(hù)的邊坡。坡體主要由殘坡積層、滑動體、滑動帶、弱風(fēng)化晶屑凝灰?guī)r、微風(fēng)化晶屑凝灰?guī)r組成。邊坡模型開挖前開挖后錨桿加固后在邊坡左側(cè)和右側(cè)施加固定X方向位移的邊界條件在邊坡底部施加固定X方向和Y方向位移的邊界條件，錨桿施加100KN的錨固力，錨桿入射角為20°，錨固長度為5m。楠溪江流域沿線山區(qū)邊坡的巖土體參數(shù)

重度泊松比內(nèi)摩擦角土體參數(shù)滑坡體滑動帶殘坡積層弱風(fēng)化晶屑凝灰?guī)r微風(fēng)化晶屑凝灰?guī)r（KN/m3）22.517.423.524.528.0彈性模量E（KN/m2）2.0e51.4e46.0e52.0e62.9e6泊松比u0.310.340.320.260.25粘聚力c（KPa）2231621315350內(nèi)摩擦角（°）3624324043結(jié)果分析1分別顯示了開挖前、開挖后，加固后坡體的水平位移變化。可以看出，開挖后，滑坡體的水平位移明顯增大。而施加錨桿加固后由于錨桿的錨固作用，將不穩(wěn)定的滑坡體錨固于較穩(wěn)定的土層，巖土體的抗滑力增加，相對位移減小，所以滑坡體的水平位移明顯減小。開挖前的坡體位移開挖后的坡體位移錨桿加固后的坡體位移結(jié)果分析2圖5.10、圖5-11、圖5-12分別顯示了開挖前、開挖后、加固后的坡體最大剪應(yīng)力變化。從圖5.11可以看出，開挖后最大剪應(yīng)力出現(xiàn)在坡腳處，達(dá)到2.2MPa，坡腳出現(xiàn)明顯的應(yīng)力集中。施加錨桿加固后（圖5.12），坡體內(nèi)的應(yīng)力有了很大的變化，土體的應(yīng)力水平出現(xiàn)了明顯的改善，坡體內(nèi)沒有出現(xiàn)明顯的應(yīng)力集中區(qū)，應(yīng)力分布較均勻，坡腳處的應(yīng)力降低為1.0MPa。原因主要是由于錨桿限制了圍巖的變形,從而提高了錨固體的總體抗剪強(qiáng)度,改善了圍巖的整體力學(xué)性能，由于錨桿的錨固作用,增強(qiáng)了巖土體的塑性特征,從而提高了巖體承受更大變形的能力,促使巖體由脆性向塑性轉(zhuǎn)化。加固后的坡體最大剪應(yīng)力開挖后的坡體最大剪應(yīng)力開挖前的坡體最大剪應(yīng)力結(jié)果分析3圖5.13、圖5-14、圖5.15分別顯示了開挖前、開挖后、加固后的坡體應(yīng)變變化。從圖中可以看出，滑動帶附近的應(yīng)變比較大，出現(xiàn)了拉應(yīng)變。由于開挖使坡腳處的應(yīng)力水平增大，出現(xiàn)應(yīng)力集中，所以滑坡帶的拉應(yīng)變有所增加（圖5.14）。施加錨桿加固后，由于錨桿的錨固作用，坡體的拉應(yīng)變有所減?。▓D5.15）。開挖后的坡體應(yīng)變開挖前的坡體應(yīng)變加固后的坡體應(yīng)變穩(wěn)定性分析結(jié)論采用基于有限元的極限平衡理論分析邊坡的穩(wěn)定性變化，得出開挖前、開挖后、加錨桿后的邊坡穩(wěn)定性系數(shù)分別為1.204，1.012和1.211。顯示坡腳的開挖會使邊坡穩(wěn)定性降低，不及時采取支護(hù)措施，坡體將失去穩(wěn)定。楠溪江流域的典型山區(qū)邊坡即由殘坡積層和弱微風(fēng)化層組成的類土質(zhì)邊坡采取錨桿加固措施是有效的。而開挖后若采取錨桿加固措施后，邊坡穩(wěn)定性有了明顯的提高。楠溪江流域公路建設(shè)時開挖坡腳土體會造成坡腳處應(yīng)力增大，剪應(yīng)變增加，從而有可能導(dǎo)致坡體失穩(wěn)。因此楠溪江流域沿線山區(qū)公路建設(shè)時應(yīng)盡量避免開挖坡腳，或者應(yīng)先進(jìn)行有效的坡體支護(hù)后再開挖。楠溪江流域山區(qū)公路邊坡防治措施主要采取預(yù)應(yīng)力錨桿加固再加上排水，清危，掛網(wǎng)等輔助措施的支護(hù)方式是有效的，可以明顯提高坡體穩(wěn)定性。從上述的數(shù)值模擬分析還可以發(fā)現(xiàn)，錨固措施可以有效的提高坡體穩(wěn)定性。結(jié)論與展望結(jié)論邊坡主要是由殘坡積層和弱微風(fēng)化層組成，揭露巖石多屬于典型的晶屑凝灰?guī)r，這類巖石受雨水浸泡后或低溫冰凍則易風(fēng)化、崩落，強(qiáng)度會顯著降低，坡體穩(wěn)定性較差，此類型占有很高比例。楠溪江流域公路的不良工程地質(zhì)體主要為高填深挖路段邊坡,主要是高邊坡。楠溪江流域公路沿線的類巖質(zhì)邊坡有其鮮明的特點，因此其邊坡的治理措施有著很多的相似之處。通過數(shù)值模擬分析和極限平衡穩(wěn)定性綜合分析后，得出預(yù)應(yīng)力錨桿加固是提高邊坡穩(wěn)定性的有效措施。楠溪江流域公路邊坡治理通常做法上部坡面卸載清理坡面穩(wěn)固整個坡面錨噴加固坡面排水安全防護(hù)網(wǎng)(如必要)邊坡復(fù)綠展望楠溪江流域沿線山區(qū)公路邊坡分析研究，但應(yīng)時間有限，有關(guān)邊坡穩(wěn)定可靠性分析及其綜合防護(hù)體系的研究還需深入進(jìn)行。1、本文進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性計算時，巖土體材料參數(shù)直接采用浙江地區(qū)有關(guān)晶屑凝灰?guī)r的一些文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，未能對遇水弱化后的材料參數(shù)進(jìn)行實驗研究，而且計算模型未考慮降雨入滲影響，對于南方多雨地區(qū)，特別是臺風(fēng)暴雨頻發(fā)的情況下