2_第二讲(边坡工程设计理论和方法)
边坡设计方法 ppt课件
对边坡的描述：岩性，风化程度，完整性，结 构面等
边坡所在位置的地质剖面：审查时一般要求将 支挡结构画在地质剖面图上，以便直观判断岩 层情况
边坡设计对地勘报告深度的要求
坡顶是否有建筑物，其层数，基础形式及结构 形式。是否有重要管线，如军事电缆，燃气管 道，高压铁塔等
边坡设计对地勘报告深度的要求
第二破裂面：当俯斜式重力式挡墙的墙背坡度较平缓 时，会出现不同于经典破裂面的第二破裂面。采用理 正岩土软件在计算衡重式挡墙的上墙时有时会出现这 个概念。俯墙临界面与铅直线的夹角可用下式计算：
εcr=45º-φ/2-(arcsin(sinβ/sinφ)-β)/2
边坡设计对地勘报告深度的要求
土压力的计算理论
郎肯土压力理论 基本假定： 1.墙背垂直 2.墙背光滑 3.填土表面水平
土压力的计算理论
用库仑土压力公式计算主动土压力，用郎肯土 压力公式计算被动土压力。
土压力的计算理论
主动土压力计算公式
其中
Ka=f(α,β,δ, ) 查表
主动土压力系数：与水平面夹角为α +δ
合力方向：
系显得更直观。
赤平极射投影简介
定义：赤平极射投影简称赤平投影，主要用来表示线、 面的方位，相互间的角距关系及其运动轨迹，把物体 三维空间的几何要素（线、面）反映在投影平面上进 行研究处理。
特点：方法简便、直观、是一种形象、综合的定量图 解。在工程地质上，用来表示优势结构面或某些重要 结构面的产状及其空间组合关系；在分析岩体稳定性 时，还可利用其来表示临空面、边坡面、工程作用力、 岩体阻抗力及岩体变形滑移方向等。
边坡工程课程设计
边坡工程课程设计引言边坡工程是土木工程中的重要分支，主要研究和解决由于山体、岩石、土壤等自然条件引起的边坡稳定问题。
边坡工程的设计涉及到地质、力学、水文等多个学科，对于保障工程安全和维护生态环境具有重要意义。
本文将讨论边坡工程的一些基本原理和设计方法，并结合实际案例进行分析，以期加深对边坡工程的理解。
一、边坡工程的背景和意义边坡工程是指对山体、岩石或土壤边坡进行稳定性评价和设计的工程。
其主要目的是保护人民生命财产安全，保障交通运输畅通，维护生态环境，促进地区经济发展。
在地震、暴雨等自然灾害频发的地区，边坡工程的重要性更加凸显。
二、边坡工程设计的基本原理2.1 地质条件分析地质条件是边坡工程设计的基础。
在进行设计之前，需要对边坡周围的地质条件进行详细的调查和分析，包括地质构造、岩层分布、断层及裂隙等情况。
通过地质条件分析，可以为边坡设计提供重要的依据。
2.2 材料力学参数确定边坡设计涉及到土壤或岩石等材料的力学性质参数，如内摩擦角、剪切强度等。
通过室内试验和现场勘察，可以确定这些参数，为后续的边坡稳定分析和设计提供重要数据。
2.3 边坡稳定性分析边坡工程的核心是对边坡的稳定性进行分析。
稳定性分析主要涉及到力学原理的应用，通过对边坡的受力和变形进行分析，判断边坡是否具有足够的稳定性。
常用的稳定性分析方法包括平衡法、极限平衡法和有限元法等。
2.4 边坡工程设计边坡工程设计是在稳定性分析的基础上，根据具体的要求和条件进行的。
设计的目标是使边坡满足稳定性要求，并在经济、技术、环境等方面达到最佳方案。
设计内容包括边坡的形状、坡度、加固措施等。
三、边坡工程设计方法3.1 案例研究：XX山边坡工程设计3.1.1 地质条件分析•地质构造复杂，存在多处断层和裂隙。
•岩层分布较为均匀，但存在软弱地层。
•存在较大的地下水位变化。
3.1.2 材料力学参数确定•进行岩石和土壤的取样，进行室内试验。
•确定岩石和土壤的内摩擦角、剪切强度等参数。
边坡工程pdf
边坡工程工程是指对自然边坡或人工边坡进行改造、加固和防护的工程。
随着我国经济的快速发展，基础设施建设规模不断扩大，边坡工程在土木工程领域的重要性日益凸显。
边坡工程涉及到地质、岩土、结构、材料等多个学科，具有较高的技术难度和风险。
本文将从边坡工程的稳定性分析、边坡工程的意义、边坡工程的设计和施工等方面进行详细阐述。
一、边坡工程稳定性分析边坡工程稳定性分析是边坡工程设计的基础，主要目的是预测边坡在荷载作用下的稳定性，并为边坡的加固和防护提供依据。
边坡稳定性分析的方法主要有以下几种：1. 工程地质分析法：该方法是早期研究边坡稳定性的一种主要方法，是工程技术人员在从事大量生产实践活动和资料调查基础上积累的经验。
通过对边坡所在地的地质条件、岩土性质、水文条件等进行综合分析，预测边坡的稳定性。
2. 极限平衡法：极限平衡法是一种基于静力学原理的边坡稳定性分析方法，主要通过求解边坡在荷载作用下达到极限平衡状态时的安全系数，来评价边坡的稳定性。
常用的极限平衡法有瑞典法、简布法、美国法等。
3. 数值分析法：数值分析法是一种基于数学和力学原理的边坡稳定性分析方法，主要通过建立边坡的数学模型，运用有限元、离散元等方法对边坡进行稳定性分析。
常用的数值分析法有FLAC、PLAXIS、3D-SLIDE等。
4. 可靠性分析法：可靠性分析法是一种基于概率论和统计学的边坡稳定性分析方法，主要通过对边坡稳定性指标的概率分布进行统计分析，来评价边坡的稳定性。
常用的可靠性分析法有JC法、蒙特卡洛法等。
二、边坡工程的意义边坡工程在土木工程领域具有重要意义，主要体现在以下几个方面：1. 保障工程安全：边坡工程是保障工程安全的基础。
边坡的稳定与否直接关系到工程的安全性。
通过对边坡进行稳定性分析、加固和防护，可以降低工程风险，确保工程安全。
2. 保护土地资源：边坡工程可以有效地保护土地资源。
通过对边坡进行改造和防护，可以减少边坡地质灾害对土地资源的破坏，提高土地资源的利用效率。
边坡工程基本理论及稳定性ppt课件
素
分布规律等）
（3）水文地质条件：（地下水的埋藏及动态变化）
（4）斜坡的外形：（边坡的高度、坡度、形态）
第2章 边坡处治基本理论及稳定性分析
（1）风化作用：使岩体内裂隙增多、扩大，透水性
增强，抗剪强度降低。
（2）降水或地下水的作用：持续的降雨或地下水
渗入土层中，使岩土中含水量增高，易溶盐溶解，
强度降低；还可使岩土的重度增加，滑动面的滑动力
增大；以及孔隙水压力的产生，使岩土体作用有动、
静水压力，促使土体失稳。故设计斜坡应针对这些原因，
外
采用相应的排水措施。
部
（2）振动的作用：如地震的反复作用下，砂土极易
因
发生液化；粘性土，振动时易使土的结构破坏，从而
素
降低土的抗剪强度；施工打桩或爆破，由于振动也可
使邻近土坡变形或失稳等。
（3）人为影响：由于人类不合理地开挖，特别是开挖
第2章 边坡处治基本理论及稳定性分析
受力条件分析
在工程使用期间，可能滑动岩体或其边界面上承受 的力的类型及大小、方向和合力的作用点统称为受 力条件。 边坡岩体上承受的力常见有：岩体重力、静水压力、 动水压力、建筑物作用力及震动力等等。 a.地震作用
水平地震作用：FEK=1G
第2章 边坡处治基本理论及稳定性分析
垮塌的重力式挡墙
垮塌的护坡挡墙
第2章 边坡处治基本理论及稳定性分析
滑动的趋势
条件
发生滑动
条件：滑动面上的滑动力超过了岩土体的抗滑动能力
评判参数：边坡稳定安全系数FS
f
：沿整个滑F移S 面 上f 的平均抗剪强度
：沿整个滑移面上的平均剪应力
FS ：边坡稳定安全系数
>1 稳定
边坡工程
1.4 边（滑）坡治理技术的发展
支挡工程的发展大体可分为三个阶段： 1）20世纪50年代以前，治理滑坡以地表和地 下排水工程为主，抗滑支挡工程主要是挡土墙。 2）20世纪60～70年代，在以应用排水工程和 抗滑挡土墙为主的同时，大力开发应用抗滑桩工程 以解决抗滑挡土墙施工中的困难。 3）20世纪80年代以来，在小直径抗滑桩应用 的同时，为治理大型滑坡，大直径挖孔抗滑桩开始 使用。
边坡工程
课程教学内容
第1章 第2 章 第3 章 第4 章 第5 章 第6章 第7 章 第8 章 第9章 边坡与边坡工程 边坡的类型及其破坏特征 边坡工程地质勘察 边坡稳定性评价 边坡稳定分析数值方法 边坡工程设计 边坡绿化 边坡工程施工与监测 工程实例
第1章 边坡与边坡工程
图1.9 三峡库区巴东县新城区某边坡治理前后对比图
边坡是自然或人工形成的斜坡，是人类工程活 动中最基本的地质环境之一，也是工程建设中最常 见的工程形式。 露天矿开挖形成的斜坡构成了采矿区的边界， 因此称为边坡；在铁路、公路建筑施工中，所形成 的路基斜坡称为路基边坡；开挖路堑所形成的斜坡 称为路堑边坡；在水利建设中开挖形成的斜坡也称 为边坡。 建筑边坡、水利水电工程边坡、基坑侧壁、自 然边坡、临时边坡、永久边坡、稳定边坡、失稳边 坡。
1.2 边坡工程
为满足工程需要而对自然边坡进行改造，称为 边坡工程。 边坡按成因可分为自然边坡与人工边坡。 人工边坡的几何参数根据工程建设的需要可以 人为控制。
边坡稳定问题是工程建设中经常遇到的问题。 边坡的失稳，轻则影响工程质量与施工进度，重则 造成人员伤亡与国民经济的重大损失。因此，不论 是土木工程还是水利水电工程，边坡的稳定问题经 常成为需要重点考虑的问题。 边坡的稳定分析是边坡设计的基础，稳定性分 析的前提是认识边坡，包括地质条件；岩土体室内 及室外试验；边坡的受力；力学分析。在稳定分析 的基础上，设计合适的的支护措施，进行边坡支护。
边坡工程02
(2.6)
计算时土条厚度均取单宽，即有，因此式(2.6)可写为
Fs
ci ihi
cos2 ui bi ihibi sini
secitgi
(2.7)
式(2.6)或式(2.7)就是瑞典法土坡稳定计算公式，它也
可以从第(3)条假定中直接导出。
hwi
§2.2.3渗流影响 当土坡内部有地下水渗流作用时，滑动土体中存在渗透压
(1)边坡体自身材料的物理力学性质
边坡体材料一般为土体、岩体、岩土及其他材料 混合堆积或混合填筑体(如工业废渣、废料等)，其本 身的物理力学性质对边坡的稳定性影响很大，如抗剪 强度(内摩擦角，凝聚力)、容重(包括天然容重和饱和 容重等)。
(2)边坡的形状和尺寸
这里指边坡的断面形状、边坡坡度、边坡总高度 等。一般来说，边坡越陡，边坡越容易失稳，坡度越 缓，边坡越稳定；高度越大，边坡越容易失稳，高度 越小，边坡越稳定。
条分法的基本假定如下： 把滑动土体竖向分为n个土条，在其中任取1条
记为i，如图2.1所示，在该土条上作用的已知力有： 土条本身重力Wi，水平作用力Qi(如地震产生的水 平惯性力等)，作用于土条两侧的孔隙水压力Ui及 Ui+1，作用于土条底部的孔隙水压力Udi。土条上 的力矢多边形如图2.2所示。当滑面形状确定后， 土条的有关几何尺寸也可确定，如底部坡角ai， 底弧长li，滑面上的土体强度，也已确定。要使整 个土体达到力的平衡，其未知力还有：每一土条 底部的有效法向反力，共n个；两相邻土条分界面 上的法向条间力Ei，共n-1个，切向条间力Xi，共 n-1个；两相邻土条间力Xi及Ei合力作用点位置Zi， 共n-1个；每一土条底部切力Ti及法向力Ni的合力 作用点位置ai，共n个。另外，滑体的安全系数Fs， l个。
《边坡稳定与支护》课程讲义PPT(知名大学)_权威资料_附图丰富_841页
（1-1）
式中 L—边坡坡顶塌滑区边缘至坡底边缘的水平投影距 离(m)；
H—边坡的高度(m)；
θ—边坡的破裂角(°)。对于土质边坡可取 45o + ϕ / 2 ，
ϕ 为土体的内摩擦角；对岩质边坡可按《建筑边坡
工程技术规范》(GB 50330-2002)第6.3.4条的规定 确定。
第一部分 边坡工程设计 第一讲 绪 论
2
一、边坡工程的概念
1、坡的概念 • 当岩土体外表面与水平面的夹角不为零时，所形成
外表面即为坡。 • 岩土体外表面与水平面的夹角小于10°时，坡面平
缓，对人类生活、生产影响较小，未引起人们的特 别注意。 • 当岩土体外表面与水平面的夹角在10°~30°之间 时，对人类生活、生产有一定影响，此时称为缓 坡。
(6) 地质构造(主要是小构造)的分布位置、产状、发育程 度、延伸长度、充填物、含水状况，及其与开挖面的 关系。
(7) 坡体结构类型：类均质体结构、近水平层状结构、顺 倾层状结构、反倾层状结构、碎裂状结构和块状结 构。
(8) 已开挖边坡的施工方法，包括施工季节、开挖顺序 (如分段跳槽、逆作法等)和开挖方式(如爆破等)。
等)资料； ⑧其他：1.相关气象资料；
2.涉水边坡或库岸，收集历史最高洪水位资料。 12
一、边坡工程勘察
3、边坡的地面调查包括以下一些内容
(1)边坡所在山坡的走向、坡向、坡高，各分段的坡形、 坡率、坡高；有无剥蚀平台；植被状况；河流、沟谷 发育程度、分布密度、切割深度、走向、沟形、沟岸 稳定状况；自然山坡上有无变形现象，其类型、规模 和产生的部位。
变化和主要含水层分布情况； ③查明岩体和软弱结构面中地下水情况； ④调查边坡周围山洪、冲沟和河流冲淤等情况。
教学-边坡工程(边坡稳定性评价分析概述)PPT课件
❖ 直至l954年简布(N.Janbu)提出了普遍条分法的基本原理; ❖ 1955年毕肖普(Bishop)明确了土坡稳定安全系数，使该方法
2.1 边坡稳定性分析评价方法概述(10/19)
❖ 各种方法的原理不同，作出的分析结果表示方式不一，各 有其优缺点；
❖ 不同的边坡稳定性分析方法又各具特点，有一定的适用条 件；
❖ 不同的边坡工程常常赋存于不同的工程地质环境中，有极 其复杂多变的特性，同时又有较强的隐蔽性。因而，在实 际工程中，应根据边坡工程的具体特点及使用目的，最好 能同时利用多种分析方法进行综合分析验证，力求得出一 个更加客观、可靠、合理的评价结果。
(2)数值分析方法
❖ 数值分析方法是目前岩土力学计算中使用最普遍的分析方法。 ❖ 3.2.1有限元(FEM)法 ❖ 3.2.2边界元(BEM)法 ❖ 3.2.3快速Lagrangian分析(FLAC)法 ❖ 3.2.4离散元(DEM)法 ❖ 3.2.5块体理论(BI）与不连续变形分析(DDA) ❖ 3.2.6无界元(TDEM）法
目前工程中常用的条分法有：Fellenius法（Ｗ.Fellenius， 1963）、Bishop法（Ａ.Ｗ.Bishop，1955）、Janbu法 （N.Janbu，1954，1973）。Morgestern-Price法、 （Morgestern-Price，1965）、Spencer法（Spencer，1973）、 Sarma法（Sarma，1979）、传递系数法等
❖ 块体极限平衡法是当前国内外应用最广的边坡稳定分析方法。 它是传统边坡稳定分析方法的代表。
❖ 块体极限平衡法首先假定滑移面已知、同时假定滑动体为刚 体，即忽略滑动体的变形对稳定性的影响，在以上假定条件 下对边坡进行静力平衡计算，从而求出边坡稳定系数.
边坡工程基本理论和技术问题(共213页,图文)
2010年7月5日渝 武高速公路右线 931KM草街路段，大 雨致使山体发生塌方， 滚落下来的山石阻断了 道路。 断道6天，所幸无人员 伤亡。
1 边坡垮塌实例与危害
1.3 建筑边坡垮塌
1 边坡垮塌实例与危害
1.4 崩塌落石灾害
319国道彭水段
1 边坡垮塌实例与危害
1.4 崩塌落石灾害
4 边坡稳定性分析方法
4.2 稳定性分析方法 圆弧法：均质土层。
4 边坡稳定性分析方法
4.2 稳定性分析方法
平面滑动法：顺层、岩土层界面滑动。
4 边坡稳定性分析方法
4.2 稳定性分析方法
折线滑动法：滑动面不规则的情形。
4.3 楔形体滑动
楔形体滑动的滑 动面由两个倾向 相反、且其交线 倾向与坡面倾向 相同、倾角小于 边坡角的软弱结 构面组成。
2）振动的作用 a.振动波对边坡岩体的破坏作用
3）不当挖填方的影响
4）风化作用
5）植被生长的影响
6）支护性能
4 边坡稳定性分析方法
4.1 稳定性的基本含义
稳定性系数=可供利用的抗滑力/滑动力
边坡稳定性分析方法
边坡稳定性分析方法
物理模拟方法
数学模拟方法
其他方法
极限分析法
极限平衡法
数值分析方法
边坡工程基本理论和技术问题
叶四桥 博士/教授 注册岩土工程师 2013年12月
汇报提纲
●1 边坡垮塌实例与危害 ●2 边坡概述 ●3 影响边坡稳定性的因素 ●4 边坡稳定性分析方法 ●5 边坡防治技术及关键问题 ●6 边坡工程监测
1 边坡垮塌实例与危害
1.1 施工期边坡垮塌
318国道巴东段
1 边坡垮塌实例与危害
边坡工程第2章--边坡的类型及其破坏特征课件
2.1 边坡分类 2.2 边坡地质结构 2.3 边坡的破坏特征
2.1 边坡分类
边坡的分类方法很多，常见的分类方法有按照 边坡的成因、介质材料、高度、用途、使用年限、 结构特征以及破坏模式等。
2.1.1 按边坡成因分类
边坡按成因可以分为自然边坡与人工边坡两种。 自然边坡分为： 剥蚀边坡 (构造型、丘陵型)、 侵蚀边坡、(岸蚀边坡、沟蚀边坡)、 塌滑边坡。 人工边坡又可分为： 挖方边坡 (由山体开挖形 成的边坡，如路堑边坡、露天矿边坡)、 填筑边坡 (填方经压实形成的边坡，如路堤边坡、渠堤边坡 等)
单一平面式结构面滑坡示意图 单一弧形结构面滑坡
双结构面楔形破坏滑坡 典型多结构面折面特征细分为三个破坏模式： 错落挤压 剪切式破坏模式、碎裂岩体压裂式破坏模式和类均 质岩体弧形破坏模式。
典型错落挤压剪切式滑坡断面图 1 、挤压剪切带； 2、错落构造面； 3、错落体； 4、完整岩 体； 5 、原地面线； 5＇、错落后的地面线； 6、岸坡堆积
边坡坍塌可划分为： 溜塌、堆塌、滑塌。
典型公路边坡溜塌现场
典型山体滑塌现场
典型公路边坡堆塌现场
表2.3 常见边坡破坏类型及特征
表2.3 常见边坡破坏类型及特征(续)
2.3.1 崩塌
崩塌是较陡斜坡上的岩土体在重力作用下突然 脱离母体崩落、滚动、堆积在坡脚(或沟谷)的地 质现象。产生在土体中者称土崩，产生在岩体中者 称岩崩。
崩塌的规模大小、物质组成、结构构造、活动 方式、运动途径、堆积情况、破坏能力等千差万别， 但其形成机理是有规律的，根据崩塌的破坏机理， 将崩塌划分为倾倒式崩塌、滑移式崩塌、鼓胀式崩 塌、拉裂式崩塌和错断式崩塌等五种破坏模式。
完全平面式顺层滑坡示意图
前缘剪出式顺层滑坡 示意图
边坡工程ppt课件
图1 顺层边坡示意图
10
当边坡的岩层倾向与边坡坡向相反或接近相反 时(此时岩层走向与边坡走向一致或近于一致)， 虽然局部受节理切割影响易造成零星垮落，但 边坡的整体安全性较好，不易发生大规模的滑 坡(图2)
图2 切层边坡示意图
11
另外当边坡的岩层倾向与边坡坡向斜交时，边坡的
安全性介于上述两种情况之间。边坡以岩层倾向与 边坡坡向相同为主，故边坡容易失稳。岩层倾向与 边坡坡向一致，边坡安全性差，岩层倾向与边坡坡 向相反，边坡安全性好。
(2)岩性：风化速度受岩性控制。不同岩石的风 化速度不同，它们的风化程度亦不一样。加上 其它各种因素的相互影响和共同作用，边坡变 形破坏明显增加，说明岩石风化速度对边坡安 全性的影响较显著。尤其是软质岩类岩石边坡 与硬质岩类岩石边坡相比，发生边坡变形破坏 的可能性较大，速度较快，即岩石以软岩为主 的边坡，边坡比较容易失稳；反之，边坡的安 全性较好。
边坡工程
1
一、边坡工程概述 二、高切坡工程 三、路堤边坡 四、边坡稳定性分析方法 五、边坡工程防护技术及加固处理方法 六、边坡工程设计理论的未来发展方向
2
第一部分 边坡工程概述 1、边坡的分类 2、影响边坡稳定的因素 3、边坡工程研究的意义
3
1、边坡形态与分类
（1）成因 自然边坡和人工边坡
（2）岩性 岩质边坡（由岩石构成，又分为顺层边
15
水对边坡岩体安全性的影响程度与组成边坡岩 体的岩性有关，硬质岩由于它的力学性质较强， 故岩体完整性比较好，水一般沿着岩层面流动， 主要是通过减少岩层间的摩擦系数和内粘聚力 来破坏边坡的安全性.而对于软弱岩体，由于岩 体的力学性质较差，当岩体受水侵蚀时，岩体 容易软化，岩体力学性质迅速降低，故在降雨 时软弱岩体边坡的安全性较差。
边坡工程 课程设计指导书
资料范本本资料为word版本，可以直接编辑和打印，感谢您的下载边坡工程课程设计指导书地点：__________________时间：__________________说明：本资料适用于约定双方经过谈判，协商而共同承认，共同遵守的责任与义务，仅供参考，文档可直接下载或修改，不需要的部分可直接删除，使用时请详细阅读内容《边坡工程》课程设计指导书叶四桥编重庆交通大学2015年2月一、课程设计的目的依据地质工程专业教学培养计划要求，本课程设计的目的在于巩固和加深《边坡工程》课程教学所学的知识，培养学生综合运用所学知识，解决实际工程问题的能力，以及工程思维、规范应用、绘图、编制报告和实际操作动手能力。
使学生掌握一般边坡支挡结构分析、计算、方案拟定、工程图绘制、工程量计算和施工组织设计等技能。
二、任务和要求本本课程设计取材于巫山-巫溪公路改扩建工程，选择了一段边坡路段，为岩质深路堑边坡。
为教学需要进行了适当的精简，要求学生在学完《边坡工程》课程后对该段边坡进行系统方案论证、比选和施工图设计。
因课时关系，对于该边坡学生可选择单侧边坡进行设计，支挡方案选择一种做至施工图设计深度。
设计成果及提交文件：1、最终设计报告及计算书。
2、边坡支挡设计方案平、立、剖面图。
3、排水、支挡结构设计图及必要的大样图。
三、设计基础资料1工程概况拟建路段位于重庆市巫溪县安子平，位于现有公路左侧约38m，起止里程为K96+530～K96+690，全长160m，设计路面净宽7.50m，设计为二级公路，线路呈‘∽’，设计纵坡3.5%～4.4%，比现有公路坡度小，地面高程为753.0m～767.50m，设计起止路面高程为745.40m～752.165m，最大挖方高20.586m，最小挖方高 5.63m。
2工程地质条件2.1地形地貌本区属构造剥蚀中低山斜坡、陡坡地带，地势总体南高北低，地面高程为753.0m～767.50m，斜坡坡向320˚～330˚，坡度30˚～35˚，局部达40˚，斜坡顶部较缓，呈阶梯状平台，上部较缓，现被垦为旱地，区内基岩出露零星，拟建区植被发育。
边坡研究中的新理论和新方法
边坡工程研究中的新理论和新方法1 引言随着我国现代化建设事业的迅速发展，各类高层建筑、水利水电设施、矿山、港口、高速公路、铁路和能源工程等大量工程项目开工建设。
在这些工程的建设过程或建成后的运营期内，不可避免地形成了大量的边坡工程。
而且，随着工程规模的加大、加深及场地的限制，经常需在复杂地质环境条件下，人为开挖各种各样的高陡边坡。
所有这些边坡工程的稳定状态，事关工程建设的成败与安全，会对整个工程的可行性、安全性及经济性等起着重要的制约作用，并在很大程度上影响着工程建设的投资及效益。
边坡失稳产生的滑坡现象已变成同地层和火山相并列的全球性三大地质灾害之一。
我国每年由此造成的损失达200亿元。
因此，进行边坡研究具有重大的现实意义。
边坡工程研究经过一个多世纪的发展，目前人们越来越认识到传统的地质历史分析法和极限平衡法存在着极大的局限性，边坡工程中广泛地存在着非连续、非线性、不确定性等，为了反映这些特性，解决工程问题，人们在边坡分析中采用了许多新方法和新理论。
2 边坡计算中的新方法边坡稳定性分析和评价是边坡研究的核心。
对于不同的破坏方式存在不同的滑动面形式，因此要采用不同的分析方法及计算公式来分析其稳定状态。
例如平面直线滑动的滑坡，可用平面直线法来计算；圆弧滑坡可选择FeUenius法和Bishop法来计算；复合破坏面滑坡可采用Janbu法、Morgensten—Price法、Spencer 法等来计算；对于折线型的滑坡可以采用传递系数法、Janbu法等来分析计算；对于楔形四面体岩石滑坡可以来用楔形体法采计算，对于受岩体结构面控制而产生的滑坡可选择Sarma法来计算；此外还可以来用Hovland法和Leshchinsky法等对滑坡进行三维极限平衡分析[1]。
这些方法都属于极限平衡法，极限平衡法是根据斜坡上的滑体或滑体分块的力学平衡原理(即静力平衡原理)分析斜坡各种破坏模式下的受力状态，以及斜坡体上的抗滑力和下滑力之间的关系来评价斜坡的稳定性。
边坡工程第二章
22第2章 边坡的变形与破坏边坡形成后，由于坡体的主应力分布，使岩体原始平衡状态遭到破坏。
在这种新的应力条件下，坡体将发生局部的或整体性的变形和破坏，以达到新的平衡。
从边坡形成时起，边坡即处在不断的变化过程中、通过变形发展为破坏。
边坡变形破坏的发展历史可以是漫长的(如自然边坡和发展演化过程)，或是短暂的(如人工边坡的形成)，其发生条件和影响因素却常常相当复杂。
尽管如此，边坡变形与破坏却始终决定于坡体本身所具有的应力特征和坡体抵抗变形破坏的能力，这两方面的相互关系和发展变化，是边坡发展演变的内在矛盾。
而坡体中由于应力分异所出现的应力集中带，又有较低抵抗变形能力的软弱面，当其在空间构成不利于稳定的组合时，则是以上矛盾发展变化的焦点。
此处常常发展成为坡体中变形与破坏的控制面，它是工作中研究的重点部位。
岩质边坡的变形与破坏可分作变形和破坏两种形式。
前者属于变形的范围，从坡体中未出现贯通性的破坏面为特点；而后者在坡体中已形成贯通性的破坏面，且以一定加速度发展位移。
§2.1 岩质边坡应力分布特征无论是天然斜坡，还是人工边坡，在形成过程中，岩体中地应力将发生重新分布，即相对于边坡形成之前出现所谓的二次应力状态。
由于边坡岩体中原有的应力平衡状态被打破，岩体为适应这种新的应力状态，将发生一定的变形与破坏，甚至酿成失稳而引起多种危害。
通常采用现场地应力量测、光弹实验及数值分析等方法研究边坡岩体中的地应力特征。
由有限元分析出来的边坡岩体中弹性应力的分布如图2-1所示。
假设岩体为连续介质材料，属于各向同性均质体，并且不考虑边坡形成的时间效应，即边坡形成时间短暂。
据此，可以归纳出边坡岩体中地应力分布的如下特征：图2-1 边坡主应力矢量图（据有限元计算结果绘制）23图2-3 泊桑比对边坡拉应力区分布的影响1) 在边坡形成过程中，主应力迹线发生了明显偏转，表现为接近于临空面，其最大主应力趋于平行临空面，而最小主应力则与临空面垂直相交，如图2-1所示；2) 在临空面附近（尤其是在坡脚处）出现应力集中现象。
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工程地质知识：边坡工程中的新理论及新方法
1．可靠度评价法边坡工程可靠性分析是近20年发展起来的评价边坡工程状态的新方法，它把边坡岩体性质，荷载，地下水，破坏模式，计算模型等作为不确定量，借鉴结构工程可靠性理论方法，结合边坡工程的具体情况，用可靠指标或破坏概率来评价边坡安全度。
常用一次二阶矩法（包括中心点法、验算点法）和蒙特-卡罗模拟法对边坡的可靠指标或失效概率进行估算，目前还处干研究和探索阶段。
2．模糊分级评判法影响边坡稳定性的诸因素往往具有一定的模糊不确定性。
采用模糊分级评判或模糊聚类方法对边坡的稳定性作出分级评判，其具体做法通常是先找出影响边坡稳定性的各个因素，并赋予它们不同的权值，然后根据最大隶属度原则来判定边坡的稳定性。
3．分形几何分析法分形几何自1982年形成以来，在岩石力学领域如矿物学、地质构造、岩石断裂、岩石破碎、岩石和土粒子的表面空隙率、地下水渗透、节理粗糙度等分支科学中，解决了许多过去难以解释和解决的问题。
分形几何已成为岩石力学研究中解决复杂性问题和工程实际问题的一个非常有用的工具和方法。
4．神经网络法该方法通过对已知边坡或滑坡样本的学习和识别，建立起边坡输入参数和稳定性结果之间的映射关系，从而对待识别边坡或滑坡作出稳定性预测，可同时进行定性和定量分析。
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层与下伏岩体基本相当，其工程特性主要 体现其上下二元接触特征。
2
二元结构边坡 二元结构边坡
Ø 陡倾接触 Ø 缓倾接触 Ø 破碎接触
复合结构边坡
Ø 复合结构边坡是指边坡坡体结构组成是由
上述三种基本坡体结构类型复合组成，体 现不同结构类型特点及其相互作用和影响。
路堑边坡工程分类表
路堑边坡工程 土质边坡 均质土边坡 二元结构边坡 破碎岩石边坡 岩质边坡 层状岩石边坡 节理岩石边坡
结构面产状确定法
Ø Ø
弱风化
镶嵌状
0.33～0.75
残积土层
1～1.25
碎块状强风化
破块状
0.50～1.0
坡积土层
1～1.5
砂土状强风化
砂土状
0.75～1.0
松散土层
1.25～1.75
岩体结构整体性较好时取较小值，岩体结构 较破碎时取较大值； 岩石较硬时取较小值，岩石较软时取较大值 。
结构面产状确定法，是基于设计坡体内的控制性 结构面或软弱面（带）产状设计边坡坡率的方法。 这种方法是由于结构面或软弱面（带）的抗剪强 度较低，将控制设计边坡的稳定性，设计刷方排 除其上覆不稳定岩土，在下伏坡体岩土能够保持 稳定的条件下，同时，其控制性结构面或软弱面 （带）与边坡走向大体一致且刷方数量不大的情 况下不失为一较好的坡率设计方法。例如，在顺 层岩石边坡中经常采用。
内涵可以从其物质组成、工程场地、研究 领域、破坏形态、结构特征、或各种综合 因素等方面进行划分和介定。
Ø
二元结构边坡
土质边坡
岩质边坡
1
土质边坡
Ø 土质边坡是指构成边坡主体为土类物质。 Ø 根据土类物质的均匀性程度的不同，可分
Ø
土质边坡
纯土质边坡 (均质或似均质) 类土质边坡 (非均质)
为均质土边坡和类土质边坡。
坡形设计原则
Ø 路堑边坡坡形设计包括边坡总体形态设计
勘察资料的基础上，结合交通道路线位规 划与工程要求，在确保边坡稳定与安全的 条件下设计路堑边坡工程的几何形态和边 坡坡率，以满足道路工程建设目的和要求。
和坡级平台设计。 Ø 总体形态设计原则 Ø 坡级平台设计原则
4
总体形态设计
Ø Ø
坡级平台设计
Ø 在设计边坡总体高度和总体坡率不变的情
Ø
数值分析计算法，或称稳定系数确定法。 是采用刚体极限平衡法或有限单元法等数值分析 方法，基于坡体岩土强度指标进行分析，计算设 计坡体的稳定系数，通过试算或优化确定边坡设 计坡率。 这种方法一般常在重点复杂的路堑边坡工程设计 中使用，具有相对精确的优点（对坡体由多层土 边坡的设计更有优势和必要性），但较为费时繁 杂，且对边坡勘察与试验资料要求较高。
-100
-200
Ø
-300
在近开挖坡面附近，存在一个岩体应力水平呈明显降低的 区域；在应力降低区内侧存在一个应力急剧升高的区域； 而且这个应力升高区与应力降低区的过渡是剧烈的；在应 力升高区内侧的大片区域，坡体应力状态的改变是比较小 的，基本与原岩应力水平相当。 我们可以将边坡应力场分为应力下降区、应力升高区和应 力基本不变区。 开挖完成后坡体的塑性区分布形态与应力降低区的范围是 基本一致的。塑性区范围（或塑性变形包络区）内岩土的 应变是比较明显的，而在距离开挖面较远区域，即相当于 应力基本不变区内的岩体的应变则是很小的。 从坡体变形的分布形态来看，可将坡体变形场划分为塑性 变形区，弹性变形区和基本不变区。
类土质边坡
坡残积土边坡 风化土边坡 崩滑流堆积土边坡
近水平层状岩石边坡 缓坡顺倾层状岩石边坡 等坡顺倾层状岩石边坡 陡坡顺倾层状岩石边坡 陡坡反倾层状岩石边坡 缓坡反倾层状岩石边坡
楔形体岩石边坡 弱面控制岩石边坡 断续节理岩石边坡 节理化岩石边坡
2.路堑边坡工程勘察技术要点
勘察目的和要求
Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø
勘察内容和方法
Ø 现场踏勘 Ø 地质调查 Ø 地质钻探 Ø 工程物探 Ø 岩土试验 Ø 监控量测 Ø 评估与计算
查明边坡工程场区的自然地理与环境背景条件 查明边坡工程场区的地形地貌条件 查明边坡工程场区的工程地质条件 查明边坡工程场区的水文地质条件 查明边坡工程场区的岩土力学性质与相关力学指标 查明边坡工程场区的古老病害与常见工见坡体病害 查明边坡工程与道路工程及其影响范围内的其它相 关工程或设施的关系与要求 评价坡体稳定条件与潜在发展趋势
-400
-500
松弛区的划分与确定
Ø Ø
∆σ 增减变化的范围是最具有特 征性的参考指标。 ∆σ 的负值区 从力学意义来说， 即为边坡开挖松弛区的范围， 相应 ∆σ 的正值区即为应力集聚 挤压区；二者之间的部分视为 过渡区域；其余区域视为原岩 应力不变区。 应力衰减塑性松弛区（含其包 络区）的物理意义明确，定位 较为简单，可以作为确定边坡 开挖松弛区范围的方法，并为 边坡稳定性分析和防护加固工 程设计提供有力的参考。
1
Sigma 1 kPa -800.00 -700.00 -600.00 -500.00 -400.00 -300.00 -200.00 -100.00 0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 σ1增 量 变 化 查 询 参 考 位 置
Ø Ø
400
300
200
100 D istance [m] 10 0 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 1
坡面的回弹变形、裂面的张开与扩展、岩 体或土体的松动等基本物理现象，以及新 裂隙的产生、塑性区的形成和边坡的局部 或整体破坏解体等演生破坏结果。
力学特征
Critical SRF: 1
∆σ 1变化规律
Ø
50.00
Ø
Ø
Sigm a One [kPa]
Ø
为了说明边坡开挖松弛区 的力学特性，基于一个典 型路堑边坡开挖的有限元 计算分析结果。 上图为开挖所引起的边坡 应力张量增量的最大主应 力分量云图，可简称为大 主应力增量 ∆σ 。 下图为近坡脚高程位置的 水平参考线上坡体岩土大 主应力增量变化。
7
物理现象
Ø 边坡开挖卸荷松弛的现象主要表现为边坡
Ø
工程意义
大量的工程实践及其相关理论研究和数值分析结 果表明：边坡的开挖破坏了岩土体原有的应力平 衡，并产生应力场的调整，从而导致坡体松弛带 的形成；在边坡开挖面附近一定深度范围内的岩 体因应力场的急剧调整而使坡体应力水平超出了 岩体材料的抵抗能力，产生变形甚至破坏，其区 内岩土体的物理力学特性产生弱化效应，并为风 化营力、地下水等外动力作用提供了通道，促进 了岩体的进一步变形与破坏。
平台宽度与稳定程度
坡率设计方法
Ø 工程地质类比法 Ø 风化破碎程度确定法 Ø 结构面产状确定法 Ø 图表公式确定法 Ø 数值分析计算法（稳定系数计算法）
5
工程地质类比法
Ø 工程地质类比法，或称工程经验确定法。 Ø 是基于与设计坡体工程地质条件或坡体地
风化破碎程度确定法
Ø 风化破碎程度确定法，即根据组成坡体地
况下，通过计算分析发现台阶边坡可以比 直线形边坡提高坡体的整体稳定性。 Ø 如果边坡高度较大，即路堑高边坡，需要 设计成多级台阶状。单级边坡高度一般设 计为8～12m，对于相对完整且强度较高的 地层可以设计15m一级甚至更高。
平台宽度
Ø 有关级间平台的宽度，一般设计为1～3m
平台宽度与稳定程度
Ø 研究发现，级间平台设计为1m时，其边坡
c c c γH α i γH α max γ H α i+1ຫໍສະໝຸດ c γHH max =
18.71 米
α max=
54.22 度
稳定性求解为应力分析法 采用拉格朗日二元线性插值 c>0,0< φ<90,0< α<90
主要内容
Ø 边坡开挖卸荷效应分析 Ø 变形破坏机理与典型失稳模式研究 Ø 边坡稳定性分析计算
Ø
Ø
对于边坡总体形态，原则上可以设计为直线形、 外凸形和内凹形。 对于均质土坡，内凹形边坡整体稳定性较好，外 凸形边坡整体稳定性相对较差，直线形边介于两 者之间。(总体形态与稳定程度) 由于路堑边坡坡体地层结构的力学性质体现自上 而下逐渐增高的特征，故边坡总体形态一般不设 计为内凹形，常设计外凸形边坡较为普遍。 对于相对高度较低的边坡，其总体形态大多设计 为直线形。
α i +1
0° p α i p 90°
粘聚力 C= 坡角 α=
(φ )α (φ )α
(φ )α max α i
i +1 i
α
均质土坡极限坡高与极限坡角计算器
10.00 kPa 极限坡高
45.00 度（设定） 内摩擦角 φ= 坡高 h=
30.00 度 极限坡角
10.00 米（设定）
岩土容重 γ=
20.00 kN/m^3
于燥少水状态取较小值，含水量较高时取较 大值； 砂性土取较小值，粘性土取较大值。
图表公式设计法
Ø
数值分析计算法
Ø Ø
Ø
Ø
图表公式设计法是基于设计边坡对象的坡体物质 组成、风化破碎程度、岩体结构特征、以及边坡 设计高度与坡度等边坡稳定性主要影响因素，以 图表或公式的形式指导边坡工程设计。 由于现有规范或手册建议取值区间较大或存在明 显差异，故仅具指导意义，其实用价值不大或适 用性不强。 图表公式设计法一般适用于边坡高度较小或安全 等级较低的边坡。
Ø
类土质边坡
Ø Ø Ø
岩质边坡
Ø 岩质边坡是指构成边坡主体由岩体组成。 Ø 基于岩体风化破碎程度和结构面特征，可
坡残积土边坡 风化土边坡 崩滑流堆积边坡
以分为岩石边坡、破碎岩石边坡和顺层岩 石边坡。