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研究生考试试卷
学号 201111540 姓名梁路路
所在学院地质与环境学院学科、专业地质工程
考试科目边坡加固技术
考试日期 2012年1月
课程学时 54 开（闭）卷开卷题号分数阅卷人1
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总分
注意事项
1、考生必须遵守考场纪律。

2、答题必须写清楚题号。

3、字迹要清楚，保持卷面整洁。

4、试题随试卷一起交回（试题写在黑板上时，答题时应抄写题目）。

边坡格构加固的研究现状及其发展
摘要格构的主要作用是将边坡坡体的剩余下滑力或土压力、岩石压力分配给格构结点处的锚杆或锚索，然后通过锚索传递给稳定地层，从而使边坡坡体在由锚杆或锚索提供的锚固力的作用下处于稳定状态。

本文就边坡格构的加固研究现状及发展进行了详细的阐述。

关键词边坡格构加固研究现状发展
Abstrat: The main role of the lattice is the slope of the remaining decline in force or pressure of soil, the rock pressure distribution to the lattice node point at the anchor or anchor cable,and then through the cable passed to ground stabilization，So that the slope is in a stable state because of the role of the anchoring force provided by the anchor or anchor cable.Slope lattice reinforcement of Research and Development is in detail of article.
Key words: Slope Lattice Reinforcement Research Development
1 引言
格构]1[加固技术是利用浆砌块石、现浇钢筋混凝土或预制预应力混凝土进行边坡坡面防护，并利用锚杆或锚索]32[ 加以固定的一种边坡加固技术。

格构技术一般与公路环境美化相结合，利用框格护坡，同时在框格之内种植花草可以达到极其美观的效果。

这种技术山区高速公路中高陡边坡加固中被广泛采用，其护坡达到既美观又安全的良好效果。

近年来，随着国民经济的发展及交通、水利以及采矿等基础设施的建设，遇到的滑坡灾害问题日趋严重。

因而，滑坡治理方法的研究也备受关注。

预应力锚索格构梁结构作为一种新型的边坡抗滑支挡加固措施，近年来广泛应用于边坡工程的加固。

预应力锚索]4[格构梁结构能将锚索的锚固作用与混凝土格构梁的支挡作用有效地结合起来，既能加固深层岩土体，又能够结合坡面防护，防止浅层岩土体的风化和水土流失。

然而，目前对预应力锚索格构梁优化设计、边坡体内附加应力的分布规律以及加固后边坡安全分析方法研究甚少。

因此，加强预应力锚
索格构梁结构加固边坡方面的研究具有对工程实践重要的指导意义。

2 边坡加固研究背景
在高速公路、铁路以及水利、采矿等工程中，边坡是常见的构筑物形式。

边坡可分为天然边坡及人工边坡。

人工边坡又可分为填方边坡及挖方边坡。

填方边坡包括公路铁路工程的路基边坡以及水利工程中的堤坝等，而挖方边坡包括基础放坡开挖形成的边坡以及交通工程中的路堑边坡等。

由于边坡表面倾斜，在重力以及其他外力的作用下，较高的边坡岩土体具有较大的重力势能，具有从高处向低处滑动的趋势。

当岩土体内某一个面上的滑动力超过岩土体的抗滑力时，便会发生滑坡。

滑坡是一种危害极大的地质灾害，可导致交通中断，埋没城镇村庄，河道堵塞，对人类的生命财产安全以及生态环境带来严重的威胁。

中国是滑坡灾害十分严重的国家，特别是20世纪80年代以来，随着全球气候的变化(如厄尔尼诺现象)以及人类活动范围空间的扩展等原因，滑坡灾害呈逐年加重的趋势。

据统计，全国范围内绝大部分省份都出现过严重的滑坡灾署，至少400多个市、区、县、镇，1000多个村庄受到滑坡的危害。

近十多年来，滑坡造成的年均死亡人数已连续超过千人，造成的经济损失超过200多亿元。

2010年8月8日，陕西舟曲县发生特大泥石流灾害，造成1467人遇难，298人失踪。

因此，关于滑坡灾害防治问题的研究具有十分重大的意义。

3 边坡格构加固研究现状
3.1 边坡稳定分析
工程建设过程中，遇到边坡问题时，首先须分析判断边坡的稳定性。

目前，边坡的稳定分析主要包括定性分析和定量分析。

定性分析主要是通过工程地质勘查，对影响边坡稳定的因素、边坡的变形破坏方式及其力学机制的分析研究，并结合已有的边坡及工程经验进行综合对比分析，从而给出边坡的稳定性状态以及可能发展趋势的定性判断。

常用的方法有历史分析法、泰勒稳定系数法、工程类
比法以及图解法等。

定量分析方法包括极限平衡法、数值分析法等。

其中极限平衡法是工程中运用最早也是最普遍的一种方法。

提出了边坡稳定分析塑性力学的上下限解法。

Sarma采用假想的临界水平地震加速度作为衡量边坡安全程度的标准，可使计算工作大为简化。

国内提出的分析固定滑裂面的传递系数法也得到了广泛的应用。

对于岩质边坡，除了破碎的岩体边坡稳定分析方法与土质边坡相同外，岩质边坡一般可分为平面滑坡和空间滑坡，分析方法有传递系数法、极限平衡法、分块叠加法、水平投影法等。

数值分析法是目前岩土力学计算中使用比较普遍的分析方法。

主要有有限单元法、有限差分法、边界元法、离散元法、块体理论与不连续变形分析等。

其中基于有限单元程序的强度折减法在边坡工程中运用最为广泛。

国内外许多学者就最优化方法搜索边坡的最危险滑裂面开展了广泛的研究。

最优化方法是近代数学规划中一个十分活跃的领域，主要包括下列三类:枚举法、数值分析方法以及非数值分析方法。

其中数值分析方法包括了模式搜索法和牛顿法;非数值方法包括了模拟退火法、遗传算法、神经网络算法以及蚂蚁算法等。

对于圆弧形滑裂面的边坡，可确定滑裂面圆心及半径的范围，通过枚举法利用计算机搜索边坡最危险的滑裂面。

对于自由度较多的任意形状的滑裂面，周文通(1984)利用“鲍威尔法”[9]、闫中华(1983)利用“黄金分割法”探讨了圆弧一直线形最危险滑裂面搜索方法和牛顿法。

孙君实(1983)和Nguyen(1985)分别提出了用复形法和单形法搜索任意形状滑裂面和圆弧滑裂面的最小安全系数的方法。

Chen&Shao(1988)采用单形法和牛顿法搜索安全系数最小的任意形状滑裂面。

朱大勇(1997)根据最优控制理论提出了边坡临界滑动场的概念和模拟临界滑动场的数值方法。

陈庆中、高正中(2000)结合极限平衡理论、常微分方程的数值解法以及最优控制方法，提出了适用于边坡稳定的最优控制分析法。

随着对边坡变形、滑坡机理以及稳定分析等方面认识的加深，边坡稳定分析过程中所包含的不确定因素对分析结果的影响也越发突出。

因此，边坡的可靠度和风险分析已经成为工程师日益关注的课题。

Casagrande在1965年的太沙基讲座上做了题为“土工与地基工程中计算风险的作用”演讲。

Morgenstem将岩土工程中的不确定因素概括为三类:管理因素、模型因素及参数因素。

目前边坡的
可靠度和风险分析主要有蒙特卡洛法、一次二阶矩法和Rosenbleuth法等。

3.2 边坡加固技术
当边坡的安全系数达不到要求时，就需要通过工程措施提高边坡安全系数，以满足边坡安全运行的要求。

边坡的加固措施有放缓边坡、边坡排水工程、边坡岩土体加固、边坡坡面防护以及设置支挡结构等[16]。

放缓边坡是防止滑坡最常用措施之一，它的优点是施工简便、经济、安全可靠且效果明显。

边坡失稳破坏通常是由于边坡过高、坡度太陡导致的，因而可通过削掉边坡上部不稳定岩土体或在坡趾处堆载，使边坡坡度变缓，以提高边坡的稳定性。

由于降雨是引起滑坡的一个重要因素，雨水渗入边坡不仅会增加边坡岩土体重度，冲刷坡面，而且可能导致岩土体的力学性质降低，因而边坡的排水是一项重要且有效的措施。

边坡排水措施包括截水沟及坡内排水沟(洞)等。

截水沟能够有效防止边坡以外的水流进入坡体，冲刷坡面，影响边坡稳定性。

坡内排水沟(洞)能够将流入的降水排出坡体。

边坡岩土体]8[加固可分为压力注浆、锚杆、土钉以及预应力锚索等，对于填方边坡，还可通过加筋材或加筋挡土墙来提高边坡稳定性。

压力注浆可使灌浆液通过钻孔壁周围结构面向四周渗透，对破碎边坡岩土体起到胶结作用，形成整体。

此外，砂浆柱对破碎边坡岩土体起到销钉的作用，达到提高坡体整体性及稳定性的目的。

锚杆适合加固中浅层的破碎或地层软弱的边坡，锚杆的加固边坡的机理相当螺栓作用。

土钉是一种浅层边坡加固技术，通过向坡体内打入足够数量的土钉以加固边坡，提高其稳定性。

预应力锚索利用自身的锚固力，可用于加固高度较高或者潜在滑裂面位置较深的边坡。

边坡防护包括植物防护和工程防护。

植物防护是在边坡表面上栽种植被，通过植物的根系，起到固土、防止水土流失的一种防护措施。

工程防护包括砌体封闭防护、喷射素混凝土防护及挂网锚喷防护。

砌体防护适用于坡度较陡、坡面土体松散、自稳胜差的边坡，砌体可选用浆砌片石、浆砌块石、浆砌条石、浆砌预制块、浆砌混凝土空心砖等。

对于稳定性较好但易被风化的岩质边坡，可在边坡
表面喷射一层素混凝土，防止表层岩石风化、剥落，以达到稳定边坡的目的。

对于软质岩石边坡或者石质坚硬但较为破碎的岩质边坡，可采用挂网锚喷防护。

挂网锚喷防护是在边坡坡面上铺设钢筋网或土工塑料网等，并向坡体内打入锚杆(或锚钉)将网钩牢，然后向网上喷射一层素混凝土，可加固边坡表层及中浅层。

支挡结构包括抗滑桩、挡土墙及锚索格构梁]9[等。

抗滑桩埋置于稳定的岩土层中，通过桩身将上部承受的坡体推力传给桩下部的侧向岩土体，依靠桩下部的侧向阻力来承担边坡的下推力，而使边坡保持稳定。

随着预应力锚索]10[技术的发展，常将预应力锚索和抗滑桩相结合以增大抗滑桩的抗水平荷载能力，改善抗滑的受力性能。

挡土墙主要是利用墙底抗滑力来抵抗边坡体的下滑力，维持边坡稳定，可分为重力式挡土墙、锚杆式挡土墙、加筋土挡墙等。

预应力锚索格构梁体系是一种新型支挡结构形式，主要是将混凝土格构梁和预应力锚索相结合加固边坡的措施。

上世纪90年代，日本在现浇钢筋混凝土锚固护坡的基础上，开发了PC(Pre一StressingConerete)格构锚固工法和Q&S(Quiek&Strong)框架工法。

PC格构锚固工法是由预制预应力混凝土格构梁和预应力锚索组成。

Q&S框架工法是把预先在工厂加工组装好的矩形钢筋笼，按矩形或菱形布置于边坡上，然后在钢筋笼上喷射混凝土。

20世纪90年代以来，现浇式预应力锚索格构梁结构在我国得到了广泛的应用。

1994年，铁科院率先将这一结构应用于深圳市罗(芳)沙(头角)公路西岭山边坡的加固中。

随后在深圳市罗芳山庄边坡加固、黄贝岭坡体滑坡治理、三峡库区奉节县白帝水泥厂俱乐部一滨江大道滑坡体整治深圳老虎坳滑坡治理工程、国道107线清连一级公路上的边坡治理等边坡加固和滑坡治理中得到了应用。

预应力锚索格构梁]11[适用于浅层风化严重的岩层和堆积层厚度大的滑坡体。

目前，预应力锚索格构梁结构正广泛地应用于高边坡稳定、岸坡抗滑、挡墙和洞室加固、坝基和坝体稳定加固和抗震等方面，在工程实践中体现出明显的技术和经济方面的优越性。

随着我国交通、水利、采矿以及能源事业的发展，边坡病害问题渐显突出，预应力锚索格构梁在边坡的治理中发挥了越来越重要的作用。

因而，预应力锚索格构梁加固边坡相关的研究具有十分重要的意义。

3.3 边坡格构加固的研究现状及不足
3.3.1预应力锚索格构梁的加固机理
预应力锚索与格构梁]12[相结合加固坡体是一种新型支挡结构形式。

在预应力锚索工程中，锚索预应力一般集中在外锚头位置，并会在外锚头附近的浅层岩土形成较大的应力及压缩变形。

为了减小该区域的应力集中，改善坡体的受力状态，避免由于浅层局部岩土过大的压缩变形引起预应力的损失，通常将预应力锚索和格构梁结合起来加固边坡。

混凝土格构梁作为锚索与坡体的连接体，除了相当于锚索外锚头的作用外，格构梁还能够加强各锚索之间的作用联系，保证群锚在工作过程中的整体性，达到加固边坡的目的。

预应力锚索格构梁加固边坡的作用原理主要有两方面:一是预应力锚索格构梁将不稳定的坡体和深层的基岩连接成一体，同时在锚索的预应力作用下，潜在滑裂面上的岩土体受到附加正向压应力，滑裂面上岩土体的摩擦力增大，从而提高滑移面的抗剪强度，增大坡体滑阻力，使软弱面产生挤压结合，即所谓的“反压”技术，从而提高了边坡的稳定性。

二是混凝土格构梁在预应力锚索的预应力作用下，能够大范围地抑制边坡变形，且格构梁之间可设置植被防护、砌体防护或者喷硷防护，防止岩体风化及水土流失，形成一个由表及里的加固体系，从而达到防止边坡失稳的目的。

3.3.2预应力锚索格构梁研究的不足
目前，格构梁的内力、位移计算模型主要有Winkler弹性地基模型、双参数弹性地基模型以及弹性半空间地基模型等。

其中，Winkler弹性地基模型计算较为简单，但Winkler地基模型不能考虑地基中应力的扩散，导致格构梁的地基反力以及挠度比实际情况大。

弹性半空间地基模型能够考虑地基中应力的扩散，然而计算过程过于复杂，须用计算机编程求解，且计算精度有限。

预应力锚索格构梁加固边坡的设计过程中，预应力锚索格构梁的间距是一个重要的参数。

但国内外对于锚索格构梁间距的研究较少。

吕庆等提出了破碎岩质边坡在特定锚索预应力下的锚索间距的合理范围，未能考虑不同的地质情况及格构梁抗弯刚度情况下锚索格构梁的合理间距范围。

当前，国内外学者对于预应力锚索格构梁作用下边坡体内附加应力以及位移
的分布规律有了一定的研究。

刘雾等和卢国营利用弹性解得到了单根格构梁作用下边坡体内附加应力以及位移的表达式，而丁秀美等利用FLAC快速拉格朗日差分程序模拟了某预应力锚索格构梁加固的边坡，并得到了边坡体内的应力分布云图。

然而，单根格构梁作用下的边坡体内的附加应力及位移分布规律不足以揭示多根格构梁作用下边坡体内的附加应力及位移分布规律。

对于预应力锚索格构梁加固后边坡的安全系数，目前采用的方法是忽略格构梁的影响，将锚索的预应力当成是集中荷载，移到边坡滑裂面与锚索交点的位置。

这种做法显然与实际情况有较大的差别，所得到的安全系数也存在较大的误差。

4 格构加固边坡的发展
4.1 锚杆格构加固技术在边坡处治中的应用研究
随着我国高等级公路的迅猛发展, 在工程建设中涉及到比较多的高边坡问题, 如何对高边坡进行正确的认识分析、合理的设计、有效的处理, 是工程设计人员必须考虑的问题。

同时, 高边坡病害也成为困扰公路建设、设计、施工的难点问题之一。

因此, 迫切需要对此进行深入研究。

格构锚固结构是一种将格构梁护坡与锚固工程相结合形成的新型抗滑支挡结构, 它既能保证深层加固又可兼顾浅层护坡,很适合坡度较陡、节理发育、易受自然应力影响、导致大面积碎落以及局部小型崩塌、落石的岩质边坡。

锚杆+ 格构加固技术属于格构锚固结构的一种, 是一种发展中的加固技术, 目前在国内公路边坡防护应用不是很普遍。

但随着山区高等级公路的大量兴建, 该方法必将在公路的边坡和路堤防护中得到广泛应用。

4.2 格构梁与锚索]13[注浆复合结构在加固边坡工程中的应用研究
格构梁与锚杆(索)注浆复合结构通过注浆加固边坡裂隙岩体, 锚杆(索)锚于边坡深层岩体, 格构梁进行坡面防护。

通过该工程可以得到以下结论。

（1）采用弹性地基上的有限长梁计算坡面格构梁克服了采用“倒梁法”计算的不足, 提高了计算精度, 适合于快速计算。

复杂及重大工程应参考数值模拟
计算结果;
（2）注浆参数是通过现场注浆试验得出, 目前浆液在裂隙岩体中作用机理并不十分清楚, 注浆理论与工程实际存在差距, 应该加强注浆理论的研究;
（3）采用格构梁与锚杆(索)注浆联合加固裂隙岩质边坡, 可以对坡面及深层岩体进行加固, 是一种有效的滑坡治理手段, 可以为同类工程提供有益的参考。

4.3 锚杆格构梁在土质边坡支护工程中的应用
土质边坡的加固采用锚杆格构梁结构占用空间小 ,便于坡面绿化美化。

在坡体]15[土层含水量小，未出现坡面渗水的情况下，锚杆成孔采用无水成孔方法，可以减少对周围环境的污染和边坡变形。

为保证格构梁砼的强度和质量，格构梁混凝土宜采用现浇而慎用喷射混凝土方法，施工时要规划好混凝土的竖向运输方法和作业平台，这对施工难度和进度会产生直接的影响。

5 结论
本文介绍了边坡加固的研究现状和发展趋势，就格构加固进行详细的阐述，预应力锚索格构和锚杆格构都是新型的工程抗滑结构，因为它们具有受力合理，主动支撑，工程费用低，施工速度快，美化环境，对坡体扰动小等优点，而且在格构内直接回填种植土，也可以用土工网和局部喷射混凝土，对岩面封闭加强，在辅以耕植土种植植被，完成表层保护和环境美化。

因此格构加固在边坡治理中值得广泛应用和推广。

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