边坡稳定性影响因素及评价方法

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通出版社,2007. 5 ~ 24.
2011 年 第 7 期 ( 总第 209 期)
黑龙江交通科技 HEILONGJIANG JIAOTONG KEJI
No. 7,2011 ( Sum No. 209)
边坡稳定性影响因素及评价方法
王浩 ( 黑龙江省高速公路建设局)
摘 要:边坡稳定性问题是土木工程建设中十分重要的问题,系统分析了边坡失稳的外部和内部因素后,主
( 上接第 109 页)
续表 2
单价 /( 元 /m2)
序号
基层类型
备注
基础价格 固化剂成本 合计
4 6% 水泥稳定风化砂 22. 92
5
6% 水泥稳定砂砾
49. 86
6 6% 石灰 + 路特固稳定土 25. 45
7 6% 石灰 + 吉林中路稳定土 25. 45
8 6% 石灰 + ISS 稳定土 25. 45
收稿日期:2011 - 04 - 11
·110·
第7 期
王 浩: 边坡稳定性影响因素及评价方法
总第 209 期
也得到成功地应用。在国内,许多单位正在进行研制,并取 得了很多的成果。专家系统使得一般工程技术人员在解决 工程地质问题时能象有经验的专家给出比较正确的判断并 做出结论,因此,专家系统的应用为工程地质的发展提供了 一条新思路。 2. 2 定量评价方法
综合来看,固化剂的使用对基础价格都有一定幅度的提
Байду номын сангаас
高,在无砂石地区,对于交通量较低的农村公路,基层采用石 灰土( 水泥土) 基本上是可以满足要求的,如果强度方面稍 微欠缺,可以采取适当增加水泥或石灰的剂量来解决,既经 济又便于施工。因此,在农村公路中,与传统结构相比,固化 土总体上优势不明显。而在等级公路( 三级及以上) 的建设 之中,若能使用固化土替代常规的水泥稳定类结构,由于土 的储量丰富和来源的便捷性,固化土的经济优势便会充分发 挥出来,可以较大幅度地降低工程造价,为无砂石地区节省 资金,有效促进 地 方 基 础 设 施 的 建 设 步 伐,减 少 实 施 难 度。 因此,建议在高等级公路建设中积极探索固化土使用的可能 性,改善固化土的水稳定性和抗冻性能,以便取代常规的水 泥稳定砂砾或 碎 石 基 层,充 分 发 挥 固 化 土 的 经 济 和 社 会 效 益。
要介绍了影响边坡稳定性的因素,对目前边坡工程中常用的一些稳定性分析方法进行了系统的总结,对它们
各自的主要原理、特点及其优缺点进行了阐述,为实际工程的边坡稳定性计算提供了指导意义,为边破治理
提供依据。
关键词:边破稳定; 影响因素; 评价方法
中图分类号:U416. 1
文献标识码:C
文章编号:1008 - 3383( 2011) 07 - 0110 - 02
( 1) 极限平衡法 极限平衡法在工程中应用最为广泛,极限平衡法是通过 潜在滑体的受力分析,引入摩尔一库仑强度准则,根据滑体 的力( 力矩) 平衡,建立边坡安全系数表达式进行定量评价, 这种方法由于 安 全 系 数 的 直 观 性,至 今 仍 被 工 程 界 广 泛 应 用,目前我国边坡工程研究中根据工程实际 0i 入临界滑移 理论进行露天边坡的评价也属于此法。这种方法的关键在 于正确判断临界破坏面的位置和选定计算参数,这些都需要 依靠经验确定。 目前,刚体极 限 平 衡 方 法 已 经 从 二 维 发 展 到 目 前 的 三 维。有关边坡稳定三维极限平衡方法,已有众多文献介绍研 究成果。下面就几种常用的方法做介绍。 ( 2) 数值分析方法 主要是利用某种方法求出边坡的应力分布和变形情况, 研究岩体中应力和应变的变化过程,求得各点上的局部稳定 系数,由此判断边坡的稳定性。主要有以下几种: ①有限单元法( FEM) 该方法是目前应用最广泛的数值分析方法。其解题步 骤已经系统化,并形成了很多通用的计算机程序。其优点是 部分地考虑了边坡岩体的非均质、不连续介质特征,考虑了 岩体的应力应变特征,因而可以避免将坡体视为刚体、过于 简化边界条件的缺点,能够接近实际地从应力应变分析边坡 的变形破坏机制,对了解边坡的应力分布及应变位移变化很 有利。其不足之处是: 数据准备工作量大,原始数据易出错, 不能保证整个区域内某些物理量的连续性; 对解决无限性问 题、应力集中问题等其精度比较差。 ②边界单元法( BEM) 该方法只需对已知区的边界极限离散化,因此具有输入 数据少的特点。由于对边界极限离散,离散化的误差仅来源 于边界,区域内的有关物理量是用精确的解析公式计算的, 故边界元法的计算精度较高,在处理无限域方面有明显的优 势。其不足之处为: 一般边界元法得到的线性方程组的关系
矩阵是不对称矩阵,不便应用有限元中成熟的对稀疏对称矩 阵的系列解法。另外,边界元法在处理材料的非线性和严重 不均匀的边坡问题方面,远不如有限元法。
③离散元法( DEM) 是由 Cundall( 1971) 首先提出的。该方法利用中心差分 法解析动态松弛求解,为一种显式解法,不需要求解大型矩 阵,计算比较简便,其基本特征在于允许各个离散块体发生 平动、转动、甚至分离,弥补了有限元法或边界元法的介质连 续和小变形的限制。因此,该方法特别适合块裂介质的大变 形及破坏问题的分析。其缺点是计算时步需要很小,阻尼系 数难以确定等。 离散单元法可以直观地反映岩体变化的应力场、位移场 及速度场等各个参量的变化,可以模拟边坡失稳的全过程。 ④块体理论( BT) 是由 Goodman 和 Shi( 1985) 提出的,该方法利用拓扑学 和群论评价三维不连续岩体稳定性。其建立在构造地质和 简单的力学平衡计算的基础上。利用块体理论能够分析节 理系统和其它岩体不连续系统,找出沿规定临空面岩体的临 界块体。块体理论为三维分析方法,随着关键块体类型的确 定,能找出具有潜在危险的关键块体在临空面的位置及其分 布。块体理论不提供大变形下的解答,能较好地应用于选择 边坡开挖的方向和形状。 3 结束语 边坡稳定性影响因素比较复杂,且在实际工作中有时难 以明确判断,应加强对边坡失稳因素的勘察,分析并找到主 导原因。同时,应根据不同的实际情况选择合理的边坡稳定 评价方法,为合理的工程措施提供依据及理论指导。
0
22. 92
0
49. 86
10. 67 36. 12
4. 27 29. 72
8. 49 33. 94
宾县试验路依然是水泥稳定砂砾的单价最高,素土 + 固 化剂类型最低,水泥稳定风化砂次之,6% 石灰 + 固化剂稳定 土居中。一般情况下,在砂石料较为丰富的地区,土的来源 是非常有限的,若运距大幅增加,固化土在造价方面的优势 就会变为劣势,加上水泥稳定粒料在工程效果方面要优于固 化土,因此,在砂石料较为丰富的地区,固化土在技术和经济 两方面都不占优。 3结语
大气降雨是地下水的主要补给源。气候类型不同,大气 降雨量也不同,因此,在不同的地区由于大气降雨量不同,即 使其它条件相同,边坡的稳定性也不相同。暴雨或长期降雨 以及融雪过后,往往可以到边坡失稳增多的现象,这说明大 气降雨等对边坡的稳定性有很大影响。
( 5) 风化作用 风化作用使岩土的抗剪强度减弱。裂隙增加、扩大,影 响斜坡的形状和坡度; 透水性增加,使地面水易于浸入,改变 地下水的动态等,沿裂隙风化时,可使岩土体脱落或沿斜坡 崩塌、堆积、滑移等。 ( 6) 地貌因素 边坡的形态和规模等地貌因素对边坡稳定性的影响是 显而易见的,不 利 形 态 和 规 模 的 边 坡 往 往 在 坡 顶 产 生 张 应 力. 并引起坡顶出现张裂缝: 在坡脚产生强烈的剪应力,出现 剪切破坏带,这些作用极大地降低边坡的稳定性。边坡面与 地质构造面的不利组合会导致边坡结构面控制型失稳。 2 边坡稳定分析与评价 2. 1 定性分析方法 ( 1) 地质分析法( 历史成因分析法) 根据边坡的地形地貌形态、地质条件和边坡变形破坏的 基本规律,追溯边坡演变的全过程,预测边坡稳定性发展的 总趋势及其破坏方式,从而对边坡的稳定性做出评价,对已 发生过滑坡的边坡,则判断其能否复活或转化。 ( 2) 工程地质类比法 工程类比方法该方法实质上就是利用已有的自然边坡 或人工边坡的稳定性状况及其影响因素、有关设计等方面的 经验,并把这些经验应用到类似的所要研究边坡的稳定性分 析和设计中去的一种方法。 ( 3) 图解法 ①用一定的曲线和偌谟图来表征边坡有关参数之间的 定量关系,由此求出边坡稳定性系数,或已知稳定系数及其 它参数( c、r、结构面倾角、坡角、坡高) 仅一个未知的情况下, 求出稳定坡角或极限坡高。这是力学计算的简化。 ②利用图解求边坡变形破坏的边界条件,分析软弱结构 面的组合关系,分析滑体的形态、滑动方向,评价边坡的稳定 程度,为力学计算创造条件。常用的为赤平极射投影分析法 及实体比例投影法。 ( 4) 边坡稳定专家系统 工程地质领域最早研制出的专家系统是用于地质勘察 的专家系统 Propecter,由斯坦福大学于 70 年代中期完成的。 另外,MIT 在 80 年代中期研制的测井资料咨询的专家系统
参考文献: [1] 杨志刚,刘建刚,杜明亮. 边坡稳定性分析方法综述[J]. 西部
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1 影响边坡稳定性的因素 1. 1 内部因素
( 1) 岩土性质和类型 岩性对边坡的稳定及其边坡的坡高和坡角起重要的控 制作用。坚硬完整的块状或厚层状岩石如花岗岩、石灰岩、 砾岩等可以形成数百米的陡坡,如长江三峡峡谷。而在淤泥 或淤泥质软土地段,由于淤泥的塑性流动,几乎难以开挖渠 道,边坡随挖随塌,难以成形。黄土边坡在干旱时,可以直立 陡峻,但一经水浸土的强度大减,变形急剧,滑动速度快,规 模和动能巨大,破坏力强且有崩塌性。松散地层边坡的坡度 较缓。 ( 2) 地质构造和岩体结构的影响 表现为结构面的发育程度、规模、连通性、充填程度及充 填物成分和结构面的产生状态对边坡稳定性的影响。在评 价结构面对边坡稳定性的影响时,要特别注意结构面的产生 状态与边坡面的相互关系。在区域构造比较复杂,褶皱比较 强烈,新构造运动比较活动的地区,边坡稳定性差。反向倾 斜层状结构的边坡通常较稳定,但垂直层面或片理面的走向 节理发育且顺山坡倾斜,则亦易产生切层滑坡。 1. 2 外部因素 ( 1) 水的作用 地表水和地下水是影响边坡稳定性的重要因素。不少 滑坡的典型实例都与水的作用有关或者水是滑坡的触发因 素,处于水下的透水边坡将承受水的浮托力的作用,而不透 水的边坡,将承受静水压力; 充水的张开裂隙将承受裂隙水 静水压力的作用; 地下水的渗流,将对边坡岩土体产生动水 压力。水对边坡岩体还产生软化或泥化作用,使岩土体的抗 剪强度大为降低; 地表水的冲刷,地下水的溶蚀和潜蚀也直 接对边坡产生破坏作用。不同结构类型的边坡,有其自身特 有的水动力模型。 ( 2) 新构造运动 新构造运动往往引起边坡形态、产生状态及水文地质条 件发生改变而导致边坡失稳,强烈的新构造运动一地震对边 坡稳定性的影响极大,地震往往伴有大量的边坡失稳。 ( 3) 工程荷载 人类工程活动规模的日益扩大,它对边坡稳定性的影响 越来越显著,不当的人类工程活动引起的边坡失稳事故频繁 发生,使得人们不得不重视人类工程活动对边坡稳定性的影 响。对边坡稳定性产生显著影响的人类活动有: 削坡、坡顶 加载、地下开挖。 ( 4) 气候因素
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