土方边坡计算

文章编号：1009-0193(2002)02-0097-05

沿河防洪堤滑坡处理、基础处理与稳定性分析

罗启北1，邹爽1，罗世友2

(1.贵州工业大学土木建筑工程学院，贵州贵阳550003；2.贵州省水利机械化实业总公司，

贵州贵阳550002)

摘要：介绍沿河城区防洪堤0+440——0+486段边坡病害概况及产生原因，提出了边坡排水、清刷滑体和防护加固相结合的综合整治工程措施，并用条分法对该边坡进行了稳定验算。为满足防洪堤稳定性要求，对滑坡段基础采取了挖齿槽、打锚杆等措施，并对该基础进行了稳定性分析。

关键词：工程滑坡；工程措施；稳定性分析；条分法

中图分类号：TV87 文献标识码：B

1 工程概况

沿河城区防洪堤（一期）工程位于乌江下游，是我省重点防洪工程，总长520 m，总投资2100万元，建基面岩层出露的平均高程为289 m，堤顶标高312 m，堤最高达29 m，为省内目前同类工程之最。堤身为M10砂浆砌块石，总方量7.8万m3，土方开挖6万m3，土方回填8万m3.工程于1998年11月动工修建。

2 滑坡变形状况及原因

2.1 滑坡变形状况

从1999年4月4日开始，滑坡段开裂变形加剧，到4月8日，垂直位移达41 cm，水平位移21 cm.并于当晚发生深层滑动，座滑高度10-15 m，面积50×70 m2，方量20000 m3，在滑坡后缘形成6 m的壁。造成房屋倒塌，基坑被埋。

2.2 滑坡产生原因

2.2.1 地质构造

不良的地质基础是产生滑坡的一个重要原因。该工程0+440—0+486段边坡是一个不均一的、结构较复杂的土质边坡，稳定性较差。且基岩为奥陶系泥质灰岩，岩层倾向河床，倾斜度为3-9°，即倾向与坡面大致平行，这对边坡稳定更为不利。

2.2.2 边坡施工开挖

边坡施工开挖乃触发该边坡滑坡的直接诱因。因防洪堤的基坑开挖，该段开挖至基岩时，未及时设置有效的支挡和加固措施，使边坡失去支撑，破坏了原平衡状态，进而牵引坡体后部产生变形和滑坍。

由此可见，地质环境及外界因素的共同作用，导致了该边坡滑坡的产生和发展。

3 滑坡整治措施

为了彻底根治病害，便于重新开挖基坑，结合本段的工程地质特点，采取了排水、卸载（放缓边坡）、支挡、坡面防护等相结合的处理方案。

3.1 排水

排水是边坡坍滑整治的首要工作，本段从排引地表水及地下水两方面采取了相应措施。为消除和减轻地表水的危害，在滑坡体边界修排水沟，并在坡体上设置树枝状排水明沟，以拦截、引排地表水，减少对坡面的冲刷，同时提高滑面土体的抗剪强度。 3.2 滑坡减载

减载是解决边坡稳定的关键。由于该滑坡体经历较大的滑动变形及破坏，表层滑体非常松散破碎。因此，按一定的坡率进行削坡。 3.3 支挡 3.3.1 临时支挡

为防止滑坡体的进一步发展，对滑坡壁后缘适当削减倒悬、陡立的坡面，然后在坡壁后缘加打150根，长3 m 的钢管作为临时支护。 3.3.2 挡墙

考虑到基础要重新开挖，放样确定出基坑位置，用进占法由0+440向0+486方向每次开挖5 m ，用浆砌石及时回填至294.28 m 高程，作为临时挡墙，锁住坡脚。

4 边坡稳定性验算

边坡稳定性验算的方法按滑动面形式的不同，常用的有直线滑动面和圆弧滑动面两种模型。直线滑动面边坡稳定性验算的方法比较简单。而圆弧滑动面的边坡稳定性验算的方法较多且比较复杂。工程设计中较常用的有条分法和摩擦圆法，而经常用的是条分法。本文采用条分法进行分析。 4.1 条分法

首先需要在已知的土体边坡的横断面图上，用4.5H 法作图，设定一个或数个可能的滑动破坏面（圆弧型滑动面）的几何参数，再把圆弧滑动面上的土体垂直分为宽为b=0.1R （R 为滑动圆弧半径）的土条。在这些几何参数的基础上依次验算每一土条的稳定性，然后叠加得整个土体的稳定性。按此方法，对一系列设定的滑动圆弧求出相应的稳定性系数K 值，然后绘图得出最小的稳定系数K min ，以稳定性系数K min 值相对应的圆弧滑动面为最危险滑动面，作为判定所设计的边坡是否稳定的依据。

边坡稳定性系数K 值按下面公式计算：

()

)

1(sin cos ∑∑+=

i

i

i

i i

i

i

a

W l c tg a W K φ

当土体由不同土质分层填筑时，各土条重应为该土条所包含的各土层重量的总和：

W i =∑(γi s i +γ2s 2+……+γn s n )

式中：Wi ——每一土条的重量（kN ）

αi ——每一土条的圆弧底边中心径向与垂线的夹角（°） γi ——每一土条的湿容重（kN/m 3） c i ——每一土条的粘聚力（kN/m 2） L i ——每一土条的圆弧长（m ） S i ——每一土条的面积（m 2）

φi ——每一土条的内摩檫角（°）

此式不考虑土条两侧的推力，使计算的稳定安全系数偏低（即偏安全）。 4.2 稳定系数的计算 4.2.1 φ、c 值的确定

根据滑坡实际情况采用实验与滑坡反算相结合的综合方法，确定出c 值为9.81 kN/m 2，φ值为20°.

4.2.2 稳定系数K 值的计算

采用条分法，计算图见图1.

如图1，在MO 延长线上任作一点O 1，作为第一次试算的滑弧中心，通过坡角作相应滑弧。并将滑动土体ABC 分成若干土条，并对土条进行编号。

量出滑弧半径R=38.8 m.

土条宽度取为滑弧半径的十分之一，即：b=0.1R. 量出各土条中心高h i ，并列表计算（见表1）：

量出滑弧中心角θ=109°，可用下面公式计算出滑弧长度：

m

R L 78.738.38109180180~=⨯⨯==πθπ

设该土坡为均质土坡，则（1）式变为：

)

2(sin cos ~

∑

∑+=

i

i i

i

a h b

a

h btg L c K γφ

γ

图1 条分法计算图

土的容重为γ=17.66（kN/m 3）.

把各参数带入（2）式（对于滑弧

1），得：