收稿日期:2005-09-29
作者简介:张瑞鹤(1966-),男,甘肃兰州人,高级工程师,董事长兼总经理,从事市政工程技术管理工作。
边坡稳定分析及其设计中的有关问题探讨
张瑞鹤
(兰州骏达市政工程设计咨询有限公司,甘肃兰州 730030)
摘 要:从工程角度出发对边坡稳定分析方法的实质及选用、强度参数的取值问题、雨水对边坡稳定的影响等进行了探讨,提出了公路边坡稳定与防护的措施。
关键词:土木工程;边坡稳定;强度参数;雨水;边坡防护
中图分类号:U 416.14 文献标识码:A 文章编号:1009-7716(2006)01-0122-04
0 前言
随着经济的发展、国家基础设施的大规模建设以及西部大开发战略的进一步深化,西部一大批公路、铁路和水利工程的重大项目相继动工兴建。这些工程中一个普遍遇到的问题就是边坡稳定的问题,这一问题是土木工程和岩土工程中的重要研究课题,在岩土工程或土木工程领域占据相当重要的地位。多年来,许多学者致力于这方面的研究,取得了丰富的研究成果,但是由于土质的复杂性、特殊性,边坡的稳定分析、参数选用,至今仍是一大技术难题,特别是一些特殊土质的边坡,如岩质边坡,尚没有实用的分析方法等。本文就边坡分析方法的选用、抗剪强度的参数取值问题以及边坡防护措施方面作些探讨。
1 边坡稳定分析方法
1.1 极限平衡法
极限平衡法是边坡稳定分析中最常用的方法。它是通过分析在临近破坏状况下,土体外力与内部强度所提供抗力之间的平衡,计算土体在自身和外
荷作用下的土坡稳定性程度,通常以边坡稳定系数表示:
F =
s
=c c =tg
tg 式中:s 抗剪强度
实际剪应力
c 、tg 土体实际的抗剪强度参数c 、tg 土体达到极限状态时的抗剪强度
参数
边坡中最小的稳定系数称为边坡稳定安全系数,它表示了该边坡的稳定程度。
边坡稳定分析的极限平衡法包括解析法和条分法,其中条分法研究应用最为广泛,由于条分法力学模型简单,可以对边坡进行定量的稳定性评价,成为边坡稳定分析理论中重要的内容,已被工程人员广泛地采用。极限平衡条分法是1916年瑞典人彼德森最早提出的。他假定土坡稳定问题是平面应变问题,并对圆弧形滑裂面以上的土体划分垂直条块,计算中不考虑土条间的作用力,定义安全系数为滑裂面上全部抗滑力矩与滑动力矩之比。之后,许多学者对条分法进行了改进[1]~[3]。其中,Bisho p(1955年)[1]重新定义安全系数为沿整个滑裂面的抗剪强度与实际产生剪应力的比值,使得物理意义更明确。经过长期工程实践,条分法已成为边坡稳定分析的主要方法之一。
条分法也存在一些问题,所作的人为假定的合理性直接影响到稳定分析的准确性。合理地确定临界滑裂面也是提高条分法准确性的关键。当滑动面形状任意时,确定临界滑动面的位置存在很大的困难。由于介质和状态方程的复杂性,滑动面位置决定的安全系数泛函不仅具有多重极值,有时还不连续。另外,该法完全不讨论岩体的应力应变关系,也
不研究边坡岩体的变位情况,但由于条分法抓住了问题的主要方面,所以若使用得当,分析结果可以与
实际符合得较好。再就是极限平衡条分法在边坡稳定分析的实际工程中积累的经验最为丰富,到目前为止,极限平衡条分法仍然是边坡稳定性分析的主要方法。
极限平衡条分法的基本要点是当坡体的抗剪参数(c 和tg )降低F s 倍以后,坡体内存在一达到极限平衡状态的滑面,滑体处于临界失稳状态。其中,F s 为坡体的安全系数,处于极限平衡状态的滑面满
足摩尔 库仑准则,即:
=c+ tg
对坡体进行极限平衡分析时,一般采用比较特殊的垂直条分方式,但Sarm a 法可以对更一般的任意条分方式进行分析。1.2 有限元法
由于建立在极限平衡理论基础上的各种计算土坡稳定的方法,无法考虑土体内部的应力 应变关系,无法分析稳定破坏的发生和发展过程,更无法考虑局部变形对土坡稳定的影响。同时实践又证明,稳定和变形有着十分密切的关系。一个土坡在发生整体破坏之前,往往伴随着相当大的垂直沉降和侧向变形,利用有限元法,考虑到土的非线形应力 应变关系,求得每个计算单元的应力及变形后,便可根据不同强度指标确定破坏区的位置及破坏范围的扩展情况;若设法将局部破坏与整体破坏联系起来,求得合适的临界滑动面位置,再根据力的平衡关系推得安全系数。这样就将稳定问题与应力分析结合起来。在有限元法稳定分析中,确定圆形临界面不是困难问题,通常采用对称地改变圆心和变化半径长度找到临界滑面。选用不同的初始点、搜索方法,都可以找到临界滑面。而对于寻找非圆形滑面的技术却比较复杂。
概括来讲,边坡稳定分析中应用最多的上述两种方法,无论采用哪种方法都需要分两步来进行[4]:
第1步,求抗滑安全系数的函数关系式:F =F{y (x )}
(1)第2步,确定最小安全系数F s F s =min F {y (x )}=F {y e (x )}
(2)
从意义上来分析,第1步是个力学过程,更确切地说是个岩土力学问题。在20世纪80年代以前边坡稳定分析的成果主要集中在定义抗滑安全系数的概念上,并且分析方法广泛采用极限平衡法。第2步是个数学问题,是个利用数字手段优化处理目标函数的过程,近年来边坡稳定分析的成果主要集中在这个方面。
在工程实际中,一般采用极限平衡条分法是完全可以满足工程需要的,对复杂、特殊岩体的边坡稳定问题应该采用有限元法进行分析。实际操作中可以采用我国港口工程规范《港口工程地基规范》(JT J 250 98)进行边坡稳定分析,该规范采用了较为先进的基于可靠度理论的设计方法:即以概率理论为基础的极限状态设计法,以分项系数表达式表
征的边坡稳定设计方法。应用起来实用、方便、可
靠,同时由于规范采用了考虑条间力的简化的Bish -op 法,计算的可靠度指标与实际更加接近。
2 边坡稳定分析的强度参数取值问题
边坡稳定分析中,计算参数选取的合理与否是关系到分析结果是否准确、可靠的关键。对西部大量存在的黄土地质尤为如此,大量的研究表明,在黄土边坡稳定计算中,由于计算方法不同引起的计算结果偏差与参数选取不当引起的偏差相比要小得多,因此正确地选取计算参数使计算结果符合实际,就成为边坡稳定分析设计中最关心的问题。而要正确地选取计算参数,必须准确把握各参数的来源及机理。
在边坡稳定设计中,往往需要确定滑面上的抗剪强度参数 ,c 值。 ,c 值一般可根据实验室内试验或现场原值试验获得。同时要有足够的试验组数,尽可能减小试验误差。1984年在加拿大举办的第四届国际滑坡学术会议上,许多学者提出了抗剪强度参数与粘性土基本性质之间的关系问题,即粘性土中粘粒含量及与之有关的塑性,是决定这类土的性质的重要因素。对粘性土,当粘粒含量小于30%,塑性指数低于35时,在剪切过程中,颗粒间不会发生定向排列,故其抗剪强度峰值与残余值接近,基本不显脆性性状。如图1曲线1。当粘粒含量大于30%,塑性指数高于35时,在剪切过程,颗粒会定向排列,而形成滑动镜面,致使剪切强度降低,因此峰值与残余值之间有较大的差值,如图1中曲线2。非粘性土质,当颗粒结合紧密时,其 ~ 曲线也表现为峰值与残余强度值有较大差异。对尚未滑动过的滑体,其滑面上的抗剪强度参数可取峰值。对古滑坡体,或多次滑动过的滑体,应取其残余强度值。
图1 粘性土的 ~ 关系曲线图
应该注意,试验不能完全模拟真实的自然条件,因此滑坡的反算分析法,是估算真实强度有价值的
方法。只有沿着不稳滑面的抗剪强度已接近残余值
时,边坡才变得不稳定。因此,对不稳定边坡的逆分析,推算滑面上的强度参数,为边坡的原位强度提供了下限值;相反,对天然边坡的类似分析,将得到接近上限值的强度参数。
3 雨水对边坡稳定的影响
水是产生边坡失稳的重要条件之一,崩塌、滑坡、泥石流等边坡失稳现象的发生和发展多受降水等因素的控制。有关资料统计显示,我国的边坡失稳大多与水有关。无论是少雨的西北地区,还是多雨的华南地区,从南到北,自东向西,绝大多数的崩塌、滑坡、泥石流发生在雨季。特别是在暴雨之后往往出现大量的滑坡、崩塌等边坡失稳现象,而且损失惨重。
3.1 雨水对不同土质和岩石边坡的影响
一般情况下,土质边坡可以分为砂土边坡、粉质土边坡、粘土边坡等。
砂土边坡:正常情况下砂土边坡表层土体呈干燥状态,砂土颗粒之间的粘聚力很少,边坡的稳定取决于土的内摩擦角,雨水增大了土颗粒之间的孔隙水,空隙水压力减小了土颗粒之间的内摩擦力,内摩擦角减小。孔隙水含量越高内摩擦角越小。因此,砂土边坡的稳定性是相对的。在实际工程,可以看到砂土边坡可能在短期内多次滑动,砂土边坡在滑动到一定程度后即达到稳定,当孔隙水含量继续增加,砂土边坡还会发生滑动,直到形成新的稳定状态。原状山体的粗颗粒砂土,土颗粒之间存在一定的机械咬合力,它对边坡的稳定十分有利,且不受孔隙水含量的影响。
粘土边坡:正常情况下的粘土边坡呈硬塑~可塑状态,粘土颗粒之间有较大的粘聚力,土体抗剪强度较大,粘土边坡具有很好的稳定性,在雨水的作用下,土颗粒间的孔隙水含量逐渐增大,孔隙水的增大减小了土的粘聚力,土中孔隙水含量增大到一定程度时土体由硬塑变为软塑~流塑状态,土体的抗剪强度迅速减小。当土体自重产生的滑移大于土的抗剪强度时,边坡产生滑动。事实上土中的孔隙水含量不能无限增大,而粘土也具有较好的隔水性,雨水只能作用于土层表面。因此粘土边坡一般具有较好的稳定性,但干裂的粘土边坡,由于裂缝受雨水冲刷作用会发生局部滑坡。
粉质土边坡:粉质土边坡的破坏是常见的边坡破坏,粉质土的下卧土层一般都是性质不同的土层,或存在粘性土隔水层或是透水砂层,下卧层为岩层
时可能发生大面积滑坡。粉质粘土具有一定的透水性,在雨水的作用下内摩擦角减小,但由于内聚力的存在使它不会象砂土那样很快发生滑坡,随着孔隙水含量的增加土体抗剪强度降低,当某一个薄弱面所承受的应力大于土层抗剪强度时,边坡发生滑移。一定的透水性使粉质粘土可能会使下卧隔水层表面土体抗剪强度降低很多,边坡发生较大范围的滑移,土体有较大的滑移距离,具有较大的破坏性。岩石边坡:对于岩石边坡稳定来说,起控制作用是的岩体结构面的强度。岩体结构面分为硬质结构面与软弱结构面。水的介入对于硬质结构面的强度并无影响,而软弱结构面遇水后,特别是在原来充填介质含水量很少,降雨后却显著加大时,充填的软弱物进一步软化,其抗剪强度则显著降低。如长江三峡流域龙羊峡虎山坡,底孔泄流以前由于该地区年降雨量甚少,山体处于干燥状态。在泄流雨雾长期作用下,含水量大幅度增加,致使岩体强度大幅度降低,从而导致边坡失稳。在强风化带和软弱岩层区,灾害性滑坡常常发生。
3.2 降雨时间对边坡的影响
降雨时间越长对边坡稳定破坏作用越大是显而易见的,降雨时间越长,雨水渗入地表层的厚度就越大,表层土的含水量也越大。雨水使表层土的自重加大,抗剪强度降低。当雨水对表层渗入的厚度达到一定程度时,均匀土体的表层土发生相对滑动。对存在下卧隔水层的土体来说,随着降雨时间的延长,雨水渗透到表层土与下卧隔水层之间,隔水层面上形成向下的排水梯度,地下水顺着隔水层流下,这时坡脚附近地表会有泉水冒出现象,还有一些细颗粒砂土随着泉水冒出。下卧层附近土体的密度降低,抗剪强度迅速降低,边坡发生大面积滑坡,暴雨可能在短时间内使砂土含水大量增加,土体不能迅速排除雨水,边坡发生滑移。
4 边坡的防护措施
4.1 公路路线设计中的边坡处理问题
总的来说,目前公路沿线景观上的 黄土高坡 偏多,滑坡、崩塌也时常发生。这些问题的产生,与公路平纵面设计是否恰当关系较大。为此必须特别注意以下几个问题:(1)山区公路应用足最低技术标准,宜弯则弯,宜坡则坡,不要片面追求路线平直,以减少大填大挖。(2)要充分利用地形,过去低级公路是 就地扒 ,高等级公路不行,应尽量减少破损山体。(3)要充分且恰当地利用人工构造物的作用。
例如某山区专用线,经过鸡爪地形,半填半挖路段较多,很多横断面是上下两个高边坡,植被破坏严重,流失的水土破坏了山下的农田。如果注意上支下挡,上面用锚杆挂土工塑料网喷射混凝土支护,下边用加筋土挡土墙,则对山体破损很少,造价也不一定高多少。一条公路设计不当,不仅给公路部门带来麻烦,而且破坏了环境,造成难以挽回的损失。
公路边坡设计过程中还有一个很重要的依据是工程地质条件。由于现实客观条件所限,在山区公路施工图设计时要得到较为确切的工程地质资料是困难的。因此,要做出合理的边坡设计也是困难的。只有在施工便道开通,必要的生活设施和钻探用水等得到解决时,才能进行较为详细的地质钻探和物探,获得较为确切的工程地质资料,做出正确的边坡施工设计图。
4.2 边坡防护工程措施
在平面布置及线路选线时,应尽量避绕崩塌地段,若无法避绕时,应根据滑坡范围、成因、性质及其发展变化的具体情况采取工程措施。可采用铲平斜坡、压力护坡、降低地下水位、预防侵蚀、电渗、干燥等方法,以及采取冻结、灌浆、岩石锚杆和锚桩、挡土墙、板桩挡土墙、坡脚挡土墙等措施。
(1)排水:在地表排水滑体以外的地表水应拦截引离,滑坡体上的地表水要注意防渗,并尽快汇集引出。采用渗沟、盲洞及平孔等工程措施,排除滑坡地下水。
(2)减重:为了增强稳定性,可在滑体上部采用减重的方法,以达到滑体的力学平衡。在一般情况下,滑坡减重只能减小滑体的下滑力,而不能根本解决滑体下滑和位置移动的问题。减重措施适用于滑动面不深、滑床上陡下缓、滑坡后壁式两侧岩层外露或土体稳定不可能再发展的滑坡,对于推动式滑坡或错落转变成的滑坡,效果更为显著。
(3)支挡工程:
a.抗滑土垛。可增加斜坡的稳定性,土垛一般可作整治滑坡的临时措施。
b.抗滑片石垛。是靠片石垛的重量来增加抗滑力的一种简易抗滑措施。可用片石干砌或竹笼、木笼堆成。
c.抗滑挡土墙。此种挡土墙的优点是山体破坏少,稳定滑坡收效快,但必须弄清滑坡的性质、滑体结构、滑面层位和层数、滑体的推力及基础地质情况,否则易使墙体变形而失效。抗滑挡土墙与一般挡土墙所承受土压力的大小、方向、分布和作用点不
相同,按滑坡坡力计算确定。
d.抗滑桩。抗滑桩一般适用于非塑体浅层和
中厚层滑坡前缘,重力式支挡建筑物圬工量过大时,具有位置灵活、可分散使用、省时省料、破坏滑体较少、便于施工、易于形成、并能立即产生抗滑作用等特点,在国内外整治滑坡的工程中,已逐步推广使用。
e.锚杆(锚索)。顺层滑坡的坡脚开挖路堑或半路堑后,会使牵引斜坡上部产生多级滑坍,可事先采用锚杆加固,不仅阻止斜坡岩层滑动,而且利于清理。锚杆设计时,必须考虑水分渗入对锚固作用的不利影响,如水对岩体的上浮力,裂隙间的静水压力、冻胀力,以及由于岩体抗剪强度降低等因素,安全系数应 1.5。锚杆表面涂上聚乙烯,然后用水泥砂浆封固钻孔。例如兰州市伏龙坪雨水出口整治工程中,排水系统原采用双道管径D800的PVC 管与明渠相接。由于边坡落差大(大于60m )、坡度陡(排水管道两侧平均自然坡度约60 )、汇水面积大、边坡土质具有湿陷性,因此受山顶下泻排水和龙宝山庄局部排水的影响,坡体塌方严重,排水设施被完全冲毁,形成自上而下的冲沟,同时坡顶建筑物及地面出现不同程度的裂缝和塌陷。整治措施除了采用跌水、跌水边墙(钢筋混凝土材料)、消力池外,重点对该工程边坡进行了锚杆支护加固,对左右两侧跌水边墙沿高程每4m 设置预应力锚索一孔,单根锚索长14m,锚固段长8m,锚索为三根高强钢绞线,直径15.24m m 。经过整治之后,该地段未再出现滑坡、塌陷现象,排水管道经过两个雨季运行考验,情况良好。
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filled into the mo lded sacks to be fo rmed by concrete pump so as to play the actio n o f side pr otectio n,botto m prot ection and ant-i seepag e etc.T he blocks wit h the same for m are made o f high perfo rmance and g reen concr ete.T hese blo cks ar e used for the hing ed hydraulic cushio n.An integr al is formed by a special co nnect ion betw een blocks to resist t he ero sion o f water flo w.An appropr iate displacement and defor matio n is allow ed betw een blocks so that this kind of paving mainte -nance sy stems has high adaptability for the to po g raphy.
Keywords:pr otectio n o f underw at er side slope,design and constructio n,molded sack concrete,hing ed hydraulic cushion
Talk about Contro l o f Co nstructio n Quality of M unicipal Eng ineering H ao H uimin ,L iang Bo(112)
……Abstract:IIn or der to r each the strict design standar d and high project qualit y r equirements of the municipal eng ineering it must pay attentio n and st rengthen the pr oject quality contro l problem in the site const ruct ion o f t he municipal eng ineer ing.T herefor e,the paper stat es the quality contr ol pr oblem in the site co nstr uction of the municipal eng ineer ing in the aspects such as f rom enhancing the quality sense of the w ho le staff and making the human as contro l co re,the quality co ntro l o f materials,members and fitt ings,t he contr ol o f const ruct ion method,the quality contr ol of const ruct ion machiner y and e -quipment,t he contr ol of env ir onmental factor et c.
Keywords:municipal eng ineer ing,const ruct ion,quality ,contr ol
Brief Talk about the w ho le Cour se M anagement of Project Co st of Infrastructur e Items L ou J ing ,L iu Cheng ,Zhu J ianshi et al.(115)
…………………
……………………………………………………………Abstract:IT he paper analy zes t he pr oblems ex isted in the building manag ement course of inf rastructure items and states the significance of the who le course management of the building co st of the infrastr uctur e.T he whole course manag ement is made fo r the building cost of the infrastructure items apply ing the manag ement theor y of the w hole course of the pro ject -i tem cost,i.e.the management t heo ry of the w hole life cycle cost.A t the same time,the paper analyzes the method for the co st manag ement fr om the early policy -making per iod of t he it em t o the implementation period o f the item.Keywords:building manag ement,infrastr ucture item,pro ject cost,t he w ho le cour se management
Brief Talk about Pr oject Chang e and Its Working Progr am Yang Ming long (120)
…………………………Abstract:IA ccording to t he clauses of F IDIC the pa per analy zes the meaning of the pr oject chang e and makes the classifica -t ion of the project change.A t the same t ime,t he paper puts for war d the principle to be follo wed,wo rking pr og ram and flo w chart.
Keywords:pr oject chang e,clauses of F IDIC,w or king prog ram
S TUDY ON SC IENC E &TECHNOLOGY
Analy sis of Side Slo pe Stability and Approach to Relative Problem s in Its Desig n
Zhang R uihe(122)
…Abstract:IF rom the pro ject ang le the pa per appr oaches to t he essence and selection of side st abilit y analysis method,the value pro blem of str eng th parameter s,the influence o f r ainfall o n side slo pe stabilit y et c.It also puts for war d the measures for the stability and protectio n of side slope of hig hw ay.
Keywords:civil eng ineering ,side slo pe stability,strength parameter ,r ainfa ll,pro tection of side slope
Analy sis and Control of Key Process of Emulsified Bitumen Slurry Seal Co at B ai Zhij ian,Zhu Zhaof ang ,Gong Fengg ang (126)
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………………………………………………………Abstract:IT hr ough summar izing a lo t o f pr act ice w or k of emulsified bitumen slur ry seal coat it found that although this technolog y has many adv antag es such as rapid co nstr uct ion,hig h densit y and stro ng adhesion etc.,but it is no t multipur -pose.It has its suitable co ndition and sco pe.T o ensur e the pr oject qua lity ,one has star t w ith the process contro l,espe -
边坡稳定性分析方法及其适用条件 摘要：边坡是一种自然地质体，在外力的作用下，边坡将沿其裂隙等一些不稳定结构面产生滑移，当土体内部某一面上的滑动力超过土体抗滑动的能力，将导致边坡的失稳。边坡稳定性分析是岩土工程的一个重要研究内容，并已经形成一个应用研究课题，本文对目前边坡稳定性分析中所采用的各种方法进行了归纳，并阐述了其适用条件。 关键词：边坡稳定性分析方法适用条件 正文： 一、工程地质类比法 工程地质类比法，又称工程地质比拟法，属于定性分析，其内容有历史分析法、因素类比法、类型比较法和边坡评比法等。该方法主要通过工程地质勘察，首先对工程地质条件进行分析，如对有关地层岩性、地质构造、地形地貌等因素进行综合调查和分类，对已有的边坡破坏现象进行广泛的调查研究，了解其成因、影响因素和发展规律等；并分析研究工程地质因素的相似性和差异性；然后结合所要研究的边坡进行对比，得出稳定性分析和评价。其优点是综合考虑各种影响边坡稳定的因素，迅速地对边坡稳定性及其发展趋势作出估计和预测；缺点是类比条件因地而异，经验性强，没有数量界限。 适用条件：在地质条件复杂地区，勘测工作初期缺乏资料时，都常使用工程地质类比法，对边坡稳定性进行分区并作出相应的定性评价，因此，需要有丰富实践经验的地质工作者，才能掌握好这种方法。
二、极限分析法 应用理想塑性体或刚塑性体处于极限状态的极小值原理和极大 值原理来求解理想塑性体的极限荷载的一种分析方法。它在土坡稳定分析时，假定土体为刚塑性体，且不必了解变形的全过程，当土体应力小于屈服应力时，它不产生变形，但达到屈服应力，即使应力不变，土体将产生无限制的变形，造成土坡失稳而发生破坏。其最大优点是考虑了材料应力—应变关系，以极限状态时自重和外荷载所做的功等于滑裂面上阻力所消耗的功为条件，结合塑性极限分析的上、下限定理求得边坡极限荷载与安全系数。 三、极限平衡法 该法将滑体作为刚体分析其沿滑动面的平衡状态,计算简单。但由于边坡体的复杂性,计算时模型的建立与参数的选取不可避免地使计算结果与实际结果不吻合。常用的方法有如下几种。 1瑞典条分法。基本假定:A边坡稳定为平面应变问题;B滑动面为圆弧;C计算圆弧面安全系数时,将条块重量向滑面法向分解来求法向力。该方法不考虑条间力的作用,仅能满足滑动体的力矩平衡条件,产生的误差使安全系数偏低。 优缺点：在不能给出应力作用下的结构图像的情况下，仍能对结构的稳定性给出较精确的结论，分析失稳边坡反算的强度参数与室内试验吻合度较好，使分析程序更加可信;但需要先知道滑动面的大致位置和形状，对于均质土坡可以通过搜索迭代确定其危险滑动面，但是对于岩质边坡，由于其结构和构造比较复杂，难以准确确定其滑动
西华大学上机实验报告 一、实验目的 通过上机实验，掌握一种工程实践中常用的坝坡（或边坡）稳定分析软件的应用方法。 二、实验内容或设计思想 根据指导老师提供的面板堆石坝或土石坝相关工程资料，应用理正边坡软件对坝坡进行稳定分析验证，并对实验结果进行分析。 三、实验环境与工具 实验平台：Windows 系统操作平台。 软件：理正。 四、实验过程或实验数据 1.工程名称：普定水库—混凝土面板堆石坝上游边坡稳定分析 2.坝型：混凝土面板堆石坝 3.坝体分区简述如下： 3.1 面板：由于面板取值相对较小，故在本次实验过程中不考虑其对工程稳定性的影响。 3.2 反滤层：位于心墙上下游两侧。每个反滤层区其坝顶宽度为23.5m，坝底宽度为23.5m。 3.3 过渡区：位于心墙反滤层上下游两侧。每个过渡区其坝顶宽度为20m，坝底宽度为7 4.5m。 3.4 上游堆石区：其坝顶宽为0m，坝底宽为636m，其相对密度为0.85，堆石骨料已经剔除特大石。 3.5 下游堆石区：其坝顶宽为32m，坝底宽为714m，其相对密度为0.85，堆石骨料已经剔除特大石。 3.6戗堤、排水棱体：由于其对工程的稳定性较小，故在本次实验过程中也不考虑其对工程稳定性的影响。 4.详细记录实验过程内容，以及操作过程中出现的问题及解决方法： 在给定的软件基础上，输入相关的参数，便可以快速地计算结果，对坝体的边坡稳定进行分析。 5.详细记录程序操作步骤、数据及过程： 5.1 根据老师给的具体工程图纸用CAD将坝体的轮廓图描绘出来，并分好区域，并保存 为.dfx的文件类型，最终生成如下图形：
5.2运行理正软件，并将上图导入软件中，其运行结果如下图：
第7章土坡稳定分析 一、填空题 1.无粘性土坡的稳定性仅取决于土坡，其值越小，土坡的稳定性越。 2.无粘性土坡进行稳定分析时，常假设滑动面为面，粘性土坡进行稳定分析时，常假设滑动面为面。 3.无粘性土坡的坡角越大，其稳定安全系数数值越，土的内摩擦角越大，其稳定安全系数数值越。 4.当土坡坡顶开裂时，在雨季会造成抗滑力矩，当土坡中有水渗流时，土坡稳定安全系数数值。 二、名词解释 1.自然休止角 2.简单土坡 三、简答题 1.举例说明影响土坡稳定的因素有哪些？ 2.位于稳定土坡坡顶上的建筑物，如何确定基础底面外边缘线至坡顶边缘线的水平距离？ 四、单项选择题 1.某粘性土的内摩擦角?=5?，坡角β与稳定因数（N s=γh cr/c）的关系如下： 定坡角β为： （A）20? （B）30? （C）40? （D）50? 您的选项（） 2.土坡高度为8 m，土的内摩擦角?=10?（ N s=9.2），C=25kPa，γ=18kN/m3的土坡，其稳定安全系数为： （A）0.7 （B） 1.4 （C） 1.5 （D） 1.6 您的选项（） 3.分析砂性土坡稳定时，假定滑动面为： （A）斜平面 （B）中点圆 （C）坡面圆 （D）坡脚圆 您的选项（） 4.若某砂土坡坡角为200，土的内摩擦角为300，该土坡的稳定安全系数为： （A） 1.59 （B） 1.50 （C） 1.20 （D） 1.48
您的选项（） 5.分析均质无粘性土坡稳定时，稳定安全系数K为： （A）K=抗滑力/滑动力 （B）K=滑动力/抗滑力 （C）K=抗滑力距/滑动力距 （D）K=滑动力距/抗滑力距 您的选项（） 6.分析粘性土坡稳定时，假定滑动面为： （A）斜平面 （B）水平面 （C）圆弧面 （D）曲面 您的选项（） 7. 由下列哪一种土构成的土坡进行稳定分析时需要采用条分法： （A）细砂土 （B）粗砂土 （C）碎石土 （D）粘性土 您的选项（） 8.影响无粘性土坡稳定性的主要因素为： （A）土坡高度 （B）土坡坡角 （C）土的重度 （D）土的粘聚力 您的选项（） 9.下列因素中，导致土坡失稳的因素是： （A）坡脚挖方 （B）动水力减小 （C）土的含水量降低 （D）土体抗剪强度提高 您的选项（） 10.地基的稳定性可采用圆弧滑动面法进行验算，规范GB50007规定： （A）M R / M S≥1.5 （B）M R / M S≤1.5 （C）M R / M S≥1.2 （D）M R / M S≤1.2 您的选项（）
第9章边坡稳定性分析 学习指导：本章介绍了边坡的破坏类型,即:岩崩和岩滑;着重介绍了边坡稳定性分析与评价基本方法,包括圆弧法岩坡稳定分析、平面滑动法岩坡稳定分析、双平面滑动岩坡稳定分析、力多边形法岩坡稳定分析及近代理论计算法；介绍了岩坡处理的措施。 重点：1边坡的变形与破坏类型； 2影响边坡稳定性的因素； 3边坡稳定性分析与评价. 9。1边坡的变形与破坏类型 9。1.1概述
随着社会进步及经济发展，越来越多地在工程活动中涉及边坡工程问题，通过长期的工程实践，工程地质工作者已对边坡工程形成了比较完善的理论体系,并通过理论对人类工程活动，进行有效地指导。近年来，随着环境保护意识的增加及国际减轻自然灾害十年来的开展，人类已认识到：边坡诞生不仅仅是其本身的历史发展，而是与人类活动密切相关；人类在进行生产建设的同时，必须顾及到边坡的环境效应，并且把人类的发展置于环境之中,因而相继开展了工程活动与地质环境相互作用研究领域，在这些领域中，边坡作为地质工程的分支之一，一直是人们研究的重点课题之一。 在水电、交通、采矿等诸多的领域，边坡工程都是整体工程不可分割的部分，为保证工程运行安全及节约经费，广大学者对边坡的演化规律、边坡稳定性及滑坡预测预报等进行了广泛研究。然而，随着人类工程活动的规模扩大及经济建设的急剧发展,边坡工程中普遍出现了高陡边坡稳定性及大型灾害性滑坡预测问题。在我国，目前的露天采矿的人工边
坡已高达300—500m，而水电工程中遇到的天然边坡高度已达500—1000米，其中涉及的工程地质问题极为复杂，特别是在西南山区，边坡的变形、破坏极为普遍,滑坡灾害已成为一种常见的危害人民生命财产安全及工程正常运营的地质灾害。
第四章 路基边坡稳定性设计 §4-1：边坡稳定性分析原理与方法 一、边坡稳定原理 1、假设条件 1)、在用力学边坡稳定性分析法进行边坡稳定性分析时，都按平面问题来处理； 2）、砂性土和砾石采用直线破裂面法 3）、粘性土采用圆弧破裂面法 2、假设条件 1）、不考虑滑动土体本身内应力的分布； 2）、认为平衡状态只在滑动面上达到，滑动土体整体下滑； 3）、极限滑动面位置通过试算确定 二、边坡稳定性分析的计算参数 1、土的计算参数 1）、路堑或天然边坡 2）、路堤边坡 2、边坡稳定性分析边坡的取值 边坡取值示意图 3、汽车荷载当量换算 当量土柱高h 0 BL NQ h γ=0 三、边坡稳定性分析方法 力学分析法和工程地质法 1、力学分析法 1）、数解法 2）|图解法或表解法 2、工程地质法 1）、直线法 a 、 使用范围 b 、直线法计算图 c 、 直线法计算公式 ω ?ωs i n c o s G cL tg G T F K +== I ）、砂性土路堑边坡
θαα?αc s c )(2)2(000m i n +++=f c t g f K ii ）、成层砂性土边坡 ∑∑+==n i I n i ni T F K 11 d 、K min 〉1.25 2）、圆弧法 a 、 圆弧法的基本原理与步骤 圆弧法计算公式 ∑∑∑==+-+==n i m i i i i i n i i i s r G G cL G f M M K 111sin sin cos ααα b 、确定K=f （O ）的关系曲线 c 、 确定圆心辅助线 I ）、4.5H 法一 Ii ）、4.5H 法二 Iii ）、360法一 Iiii ）、360法二 d 、稳定系数K 在[1.25~1.50]之间 3）、表解法 a 、 确定圆心辅助线 b 、确定滑动面 c 、 划分土条 d 、计算每个土条的受力情况 e 、 求整个滑动土体的稳定系数 B H c fA K γ+= §4-2：陡坡路堤稳定性 一、陡坡路堤 1、陡坡路堤可能滑动面示意图 2、下滑的原因 二、陡坡路堤边坡稳定性分析方法 1、直线法 直线滑动面示意图 直线滑动面计算公式 α ?αsin )(cos )(P Q cL tg P Q K +++=
第10卷 第10期 中 国 水 运 Vol.10 No.10 2010年 10月 China Water Transport October 2010 收稿日期：2010-06-11 作者简介：马玉岩（1987-），男，黑龙江绥化人，武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室水利水电工程施工与 管理专业硕士研究生，主要研究方向为岩土边坡工程研究以及结构设计。 两种边坡稳定性分析方法比较研究 马玉岩 （武汉大学 水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北 武汉 430072） 摘 要：以某水电工程岩质高边坡做为实例，将强度折减理论与FLAC3D 软件相结合，通过有限差分程序FLAC3D 软件来模拟分析其稳定性。并与极限平衡方法的分析结果对比，探索两种方法的差异性与结果的可靠性，为确定适合工程建设实际的岩质边坡稳定分析方法提出了有益的参考。 关键词：强度折减法；极限平衡法；边坡稳定性 中图分类号：P642.1 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2010）10-0197-03 一、引言 目前，国内在建和待建的大型水电工程大多坐落在西南、西北高山峡谷地区。我国的水电建设面临着一系列高边坡稳定问题。在现代岩土工程和科学技术的新成就的支持下，确定适合工程建设实际的岩质边坡稳定分析方法，是摆在水利水电工程技术人员面前的任务[1]。 目前工程实践中岩质边坡稳定性定量分析主要有三种方法：解析法（最常用的是极限平衡法）、数值方法和概率法。极限平衡法是最常用的解析法，它是在边坡滑动面确定的情况下，根据滑裂面上抗滑力和滑动力比值直接计算安全系数，此外，关键块理论也属于这样的确定性分析方法。数值方法则是借助计算机进行数值分析（例如有限元、快速拉格朗日分析法、离散元、块体元和DDA 等）从而确定边坡的位移场和应力场，再用超载法、强度折减法等使边坡处于极限状态，从而间接得到安全系数。这种方法同时可以考虑位移协调条件和岩体本构关系等。概率法是将概率统计理论被引用到边坡岩体的稳定性分析中来，它通过现场调查，以获得影响边坡稳性影响因素的多个样本，然后进行统计分析，求出它们各自的概率分布及其特征参数，再利用某种可靠性分析方法，来求解边坡岩体的破坏概率即可靠度[2]。 文中选用某水电工程岩质高边坡做为实例，采用强度折减法和极限平衡法对岩质高边坡的稳定性进行对比分析。 二、边坡工程地质条件 模型宽约为700m，高约为700m。 基岩以中粒结构的灰白色、微红色黑云二长花岗岩为主，并有辉绿岩脉（β）、花岗细晶岩脉、闪长岩脉等各类脉岩穿插发育于花岗岩中，尤以辉绿岩脉分布较多。建模过程中考虑了岩体中对边坡稳定影响较大的几个岩脉。 根据岩体风化特点，岸坡岩体由表向内可划分为全风化带、强风化带、弱风化带、微风化—新鲜岩体。岩体风化的水平、垂直分带性明显。 边坡内无地下水分布。 边坡剖面如图1 所示。 图1 边坡剖面 三、强度折减法 强度折减系数法的基本原理是将坡体强度参数凝聚力c 和内摩擦角f 值同时除以一个安全系数K，得到一组新的c k 、f k 值，然后作为新的资料参数输入，再进行试算，当计算不收敛时，对应的K 被称为坡体的最小稳定安全系数，此时坡体达到极限状态，发生剪切破坏，同时可得到坡体的破坏滑动面。 FLAC3D （Three Dimensional Fast Lagrangian Analysis of Continua）是美国Itasca Consulting Goup lnc 开发的三维快速拉格朗日分析程序。该程序能较好地模拟地质材料在达到强度极限或屈服极限时发生的破坏的力学行为，特别适用于分析渐进破坏和失稳。 文中利用FLAC3D，采用“二分法”[3]实现强度折减法，求解安全系数。 所建计算模型节点为29,646个，单元为24,005个。模型的边界条件：模型四周法向约束，底部固定约束，顶部自由，仅受重力作用。 研究表明，随着剪胀角的增大，安全系数也逐渐增大[4]。不过，Vermeer 和de Borst（1984年）研究证明，一般土体、岩石和混凝土的剪胀角要比它们的摩擦角小得多，且通常在0°～20°内变化[5]。因此，剪胀角对强度折减法计算
第七章 土坡稳定分析 第一节 概述 土坡就是具有倾斜坡面的土体（图7-l ）。由自然地质作用所形成的土坡称为天然土坡。由人工开挖或回填而形成的土坡则称为人工土坡。土体重量以及渗透力等在坡体内引起剪应力，如果剪应力大于土的抗剪强度，就要产生剪切破坏。如果靠坡面处剪切破坏的面积很大，则将产生一部分土体相对于另一部分土体滑动的现象，这一现象称为滑坡。 滑坡可分为半无限长滑坡和有限长滑坡。半无限长滑坡是指滑动坡面的长度比滑坡深度大很多，成大平板形状的滑动（图7-2a ），而有限长滑坡是指滑动面的长度与滑坡深度的尺度相当（图7-2b ）。粗粒土中的滑坡，一般为深度较浅而形状接近于平面或者由两个以上平面组成的折线形滑动面。粘性土中的滑坡深入坡体内，均质粘性土坡滑动面的形状为对数螺线曲面，在计算中通常以圆弧面代替（图7－3）。 土石坝是常见的大型人工土坡，它是近代坝工建筑中广泛应用的一种坝型。目前土石坝的坝高已达到300m 以上。 高土石坝的土石方量巨大，因此选择安全可靠而又经济合理的断面就是一个十分重要的问题。一座高100m 的土坝（图7－6），如果上、下游坝坡能从1：2.5减小到1：2.0，每一延米断面可节省土方量5000m 3。一公里坝长就可节省土方500万rn 3，这是一个巨大的工程量。然而能否节省取决于边坡是否能保持稳定。因此，土坝边坡稳定分析是土石坝设计中的一项重要的内容。 在边坡稳定分析中，目前工程实践中基本上都是采用极限平衡法。极限平衡法的一般步骤是先假定破坏是沿土体内某一确定的滑动面滑动，根据滑裂土体的静力平衡条件和摩尔-库伦破坏准则计算沿该滑裂面滑动的可能性，即安全系数的大小，然后系统地选取多个可能的滑动面，用同样方法计算稳定安全系数或破坏概率。安全系数最低或破坏概率最高的滑动面就是可能性最大的滑动面。 第二节 无粘性土坡的稳定分析 一、均质干坡和水下坡 均质干坡和水下坡指由一种土组成、完全在水位以上或完全在水位以下，没有渗透水流作用的无粘性土坡。这两种情况只要坡面上的土颗粒在重力作用下能够保持稳定，整个土坡就处于稳定状态。 从砂堆坡面上取一小块土体来分析它的稳定条件图（7－7a ）。设小土体的重量为W ，W 沿坡面的滑动力αsin W T =。垂直于坡面的正压力αcos W N =，正压力产生摩擦阻力，阻抗土体下滑，称抗滑力，其值为φαφtg W Ntg R ?==cos （库伦定理）。定义土体的稳定安全系数F s 为： 1)-(7 sin cos tga tg a W tg a W T R F s φφ=?===滑动力抗滑力 式中，φ—土的内摩擦角（0）； α—土的坡度角（0） 式（7－1）与土坡的高度无关，因此安全系数F s 代表整个边坡的安全度。 当Fs=1时，α=φ，α称为天然休止角，其值等于砂在松散状态时的内摩擦角。如是经过压密后的无粘性土，内摩擦角增大，稳定坡角也随之增大。 二、有渗透水流的均质土坡 挡水土堤内形成渗流场，如果浸润线在下游坡面逸出，这时在浸润线以下，下游坡内的土体除受重力作用外，还受渗透力的作用，因而会降低下游边坡的稳定性。先分析浸润线逸出点以下部分边坡的稳定性（图7－8）。如果水流的方向与水平面成夹角θ，则沿水流方向的渗透力i j w γ=。在坡面上取土体V 中的土骨架为隔离体，其有效重量为V 'γ。分析这块土骨架的稳定性，作用在土骨架上的总渗透力为iV jV J w γ==。沿坡内的全部滑动力，包括重力和渗透力，为 )cos(sin θαγαγ-+'=iV V T w 坡面的正压力为
边坡稳定性分析方法 1.1 概述 边坡稳定性分析是边坡工程研究的核心问题，一直是岩土工程研究的的一个热点问题。边坡稳定性分析方法经过近百年的发展，其原有的研究不断完善，同时新的理论和方法不断引入，特别是近代计算机技术和数值分析方法的飞速发展给其带来了质的提高。边坡稳定性研究进入了前所未有的阶段。 任何一个研究体系都是由简单到复杂，由宏观到微观，由整体到局部。对于边坡稳定性研究，在其基础理论的前提下，边坡稳定分析方法从二维扩展到三维，更符合工程的实际情况；由于一些新理论和新方法的出现，如可靠度理论和对边坡工程中不确定性的认识，边坡稳定分析方法由确定性分析向不确定性分析发展。同时，由于边坡工程的复杂性，边坡稳定评价不能依赖于单一方法，边坡的稳定性评价也由单一方法向综合评价分析发展。 1.2 边坡稳定性分析方法 边坡稳定性分析方法很多，归结起来可分为两类：即确定性方法和不确定性方法, 确定性方法是边坡稳定性研究的基本方法,它包括极限平衡分析法、极限分析法、数值分析法。不确定性方法主要有随机概率分析法等。 1.2.1 极限平衡分析法 极限平衡法是边坡稳定分析的传统方法，通过安全系数定量评价边坡的稳定性，由于安全系数的直观性，被工程界广泛应用。该法基于刚塑性理论，只注重土体破坏瞬间的变形机制，而不关心土体变形过程，只要求满足力和力矩的平衡、Mohr-Coulomb准则。其分析问题的基本思路：先根据经验和理论预设一个可能形状的滑动面，通过分析在临近破坏情况下，土体外力与内部强度所提供抗力之间的平衡，计算土体在自身荷载作用下的边坡稳定性过程。极限平衡法没有考虑土体本身的应力—应变关系，不能反映边坡变形破坏的过程，但由于其概念简单明了，且在计算方法上形成了大量的计算经验和计算模型，计算结果也已经达到了很高的精度。因此，该法目前仍为边坡稳定性分析最主要的分析方法。在工程实践中，可根据边坡破坏滑动面的形态来选择相应的极限平衡法。目前常用的极限平衡法有瑞典条分法、Bishop法、Janbu法、Spencer法、Sarma法Morgenstern-Price 法和不平衡推力法等。
边坡工程计算例题1. Consider the infinite slope shown in figure. (1) Determine the factor of safety against sliding along the soil-rock interface given H = 2.4m. H, will give a factor of safety, F, of 2 against sliding along (2) What height, s the soil-rock interface?． ??25?1k k1H Soil Rock Solution ⑴Equation is ?naCt?F?, s2???natna?r?H?cost?? Given ,,,r,HC We have 24?F1.s(2) Equation is C, ?H?nat2??n??cotsa?r?(F) s?nta??,,F,C,r Given s We have m11?1.H32??. 2. A cut is to be made in a soil that has,, and mkN/16.5?m?29kN/c?15?The side of the cut slope will make an angle of 45°with the horizontal. What FS, of 3?depth of the cut slope will have a factor of safety,S2?.If, and then Solution We are given 3FS?mkN/c?29??15C FSFS andshould both be equal to 3. We have?C c?FS c c d Or cc292mkN/??c??9.67d FSFS3SC Similarly, ?tan?FS??tan d??tan15tantan???tan?d3FSFS?s Or tan15???1?tan5.1?????d3?? ?into equation givesand Substituting the preceding values of c dd??????cos4csin45cos5.19.67sin?4dd m?H?7.1????? ???????5.1??1cos1?16.5cos45?????d 某滑坡的滑面为折线，其断面和力学参数如图和表所示，拟设计抗滑结构物，3.。，
边坡稳定性分析方法 目前，边坡稳定性的研究方法有很多，一般将其分为定性分析法、定量分析法与数值分析法等，其中，定性分析方法中主要有自然(成因)历史分析法、工程类比法、图解法等；定量分析方法中运用最为广泛的是极限平衡法；数值分析法中包括有限元法、离散元法、边界元法等；另外，随着各种新型理论的引入及对边坡认识的深入，不确定性分析方法也更多的运用到了边坡的稳定性研究当中，其中有代表性的研究方法有可靠性评价法、模糊理论评价法、灰色系统理论评价法、神经网络评价法、突变理论评价法及分形理论评价法等等。 由于不同的边坡工程所处具体情况的不同，使得目前对边坡进行稳定性分析、评价尚无统一的方法。众多方法的出现虽然可以使我们从不同侧面了解边坡的稳定性状况，但是这正也说明由于边坡岩体及其工程条件、环境的复杂性，不可能用简单的一种方法就把边坡的特性分析清楚，同时也没有任何一种方法可以解决所有的边坡稳定性评价问题。总的来说，目前进行边坡稳定性评价分析的方法很多，但是各自都有其一定的局限性，定性分析法：不论是类比法、自然历史分析法还是图解法，都是经验性的分析方法，没有实际的根据，所以人为因素影响较大，结论准确性差。极限平衡法：将滑体视为刚体来分析，边界条件过多的进行了简化，并加了许多假设条件，不能解决超静定问题。有限单元等数值分析法：虽然有限元计算方法具有不可比拟的优点，但所建立模型的可靠性、适用性以及分析当中所采用的各种参数的可靠性对边坡稳定性的最终判断有非常大的直接性影响；还有网格划分的不确定性、随意性大，只要能把上述问题解决好，该方法依然是目前对边坡稳定性进行数值分析中最有力的数值模拟工具。模糊理论法：该法当中不同指标的隶属函数、隶属度以及指标的权重值均难以准确确定，带有一定人为性、经验性的成分，且评价结果只能是定性的判断。神经网络法：网络不易收敛，容易陷入局部最小，计算和训练十分费时。由此可见，尽管目前边坡稳定性分析方法比较多，但由于边坡工程的复杂性，更合理的稳定性评价方法还有待进一步的探索、开发。 力学计算法和工程地质法是边坡稳定性分析和验算方法常用的两种方法。 1．力学计算法 (1)数解法 假定几个不同的滑动面，按力学平衡原理对每个滑动面进行计算，从中找出最危险滑动面，按此最危险滑动面的稳定程度来判断边坡的稳定性。此方法计算较精确，但计算繁琐。(2)图解或表解法 在图解和计算的基础上，经过分析研究，制定图表，供边坡稳定性验算时采用。以简化计算工作。 2．工程地质法 根据稳定的自然山坡或已有的人工边坡进行土类及其状态的分析研究，通过工程地质条件相对比，拟定出与边坡条件相类似的稳定值的参考数据，作为确定边坡值的依据。 一般土质边坡的设计常用力学计算法进行验算，用工程地质法进行校核；岩石或碎石土类边坡则主要采用工程地质法进行设计。 第一节力学计算法 一、力学计算法的基本假定 滑动土楔体是均质各向同性、滑动面通过坡脚、不考虑滑动土体内部的应力分布及各土条(指条分法)之间相互作用力的影响。
边坡稳定性分析方法 边坡稳定性问题涉及矿山工程、道桥工程、水利工程、建筑工程等诸多工程领域。岩土边坡是一种自然地质体，一般被多组断层、节理、裂隙、软弱带切割，使边坡存在削弱面，在边坡角变化、地下水、地震力、水库蓄水等外因作用下，使边坡沿削弱面产生相对滑移而产生失稳。 边坡稳定性分析过程一般步骤为：实际边坡→力学模型→数学模型→计算方法→结论[4]。其核心内容是力学模型、数学模型、计算方法的研究，即边坡稳定性分析方法的研究。边坡稳定分析方法研究一直是边坡稳定性问题的重要研究内容，也是边坡稳定研究的基础。 1 边坡稳定性研究发展状况 边坡稳定性的分析研究始于本世纪二十年代，最早是对土质边坡的稳定性进行分析和计算，直到60年代初，岩体边坡的稳定性分析研究才开始进行。早期对边坡稳定性的研究主要从两方面进行的：一是借用刚体极限平衡理论，根据三个静力平衡条件计算边坡极限平衡状态下的总稳定性。二是从边坡所处的地质条件及滑坡现象上对滑坡发生的环境及机制进行分析，但基本上都是单因素的。 50年代，我国许多工程地质工作者，在研究中采用前苏联的“地质历史分析”法，也是偏重于描述和定性分析。60年代初的意大利瓦依昂水库滑坡及我国一些水电工程及露天矿山遇到的大型滑坡和岩体失稳事件，使工程地质学家们认识到边坡是一个时效变形体，边坡的演变是一个时效过程或累进性破坏过程，每一类边坡都有其特定的时效变形形式或时效变形过程，这些过程所包含的力学机制只有用近代岩石力学理论才能解释，从而使边坡稳定性研究进入了模式机制研究或内部作用过程研究的新阶段。 进入80年代以来，边坡稳定研究进入了蓬勃发展的新时期。一方面随着计算理论和计算机科学的迅猛发展，数值模拟技术已广泛应用于边坡稳定性研究。边坡稳定性分析的研究也开始采用数值模拟手段定量或半定量地再现边坡变形破坏过程和内部机制作用过程，从岩石力学和数学计算的角度认识边坡变形破坏机制，认识边坡稳定性的发展变化。另一方面，现代科学理论方法，如系统方法、模糊数学、灰色理论、数量化理论及现代概率统计等新兴学科都被广泛的引入边坡稳定性的科学研究中，从而大大扩充了边坡工程的理论和研究方法，提高
坡工程结课论文—— 浅谈边坡稳定性及常用的处理方法 摘要：目前，边坡失稳的防治仍然是一项很艰巨的任务，对边坡的稳定性分析及处治技术进行深入研究具有重要的意义。论文首先从岩土体变形破坏的机理出发准确分析边坡破坏类型，再者简要分析了影响边坡失稳的因素，并介绍了边坡工程稳定性分析的一些常用方法。 关键词：边坡岩土体变形机理稳定性分析边坡处理措施 前言：我国是一个多地质灾害的国家，在众多的地质灾害中，边坡失稳灾害以其分布广危害大，而对国民经济和人民生命财产造成巨大的损失。因此，研究边坡变形破坏的过程，分析其失稳的主要影响因素，对正确评价边坡的稳定性、采取相应有效的边坡加固治理措施具有重要的现实意义。 1、岩土体变形破坏机理 深入理解破坏机理才能准确有效的理解工程中常用的边坡处理方法。岩土体变形破坏机理可分为岩质边坡和土质斜坡。岩质边坡破坏类型可分为： 1.1滑移—压致拉裂，即在平缓层体坡中河谷下切或边坡开挖引起的坡体沿平缓结构面向坡前临空方向产生的蠕变滑移。 1.2滑移—拉裂，在中缓外层状坡或顺坡向结构面较发育的块状斜坡中，斜坡岩体沿下扶软弱面向坡前滑移动。 1.3滑移—弯曲，由于前缘滑移面未临空，使下滑受阻，以致坡脚附近顺层梁承受压应力，使之弯曲变形。此外还会有，弯曲-拉裂和拉裂—剪出的情况。而岩土体变形特点可以归为张裂变形、滑移变形、蠕动变形等。从岩土体最终破坏方式上讲，不外乎崩和滑。高度饱和土坡有事会出现石流破坏。 2、边坡稳定性的影响因素 边坡在形成的过程中，其内部原有的应力状态发生了变化，引起了应力集中和应力重分布等。为适应这种应力状态的变化，边坡出现了不同形式和不同规模的变形与破坏，这是推动边坡演变的内在原因；各种自然条件和人类的工程活动等也使边坡的内部结构出现了相应的变化，这些条件是推动边坡演变的外部因素。 2.1地质构造：地质构造因素主要是指边坡地段的褶皱形态、岩层产状、断
文章编号:1001-831X(2004)02-0250-06 岩石边坡稳定性分析方法 贾东远1,2,阴 可1,李艳华3 (1.重庆大学土木工程学院,重庆 400045;2.秦皇岛市建筑设计院,河北秦皇岛 066001; 3.河北农经学院工业工程系,河北廊坊 065000) 摘 要:通过综述岩石边坡稳定性分析方法及其研究的一些新近展,并具体从极限平衡法、数值计算方法、流变分析、动力分析等方面进行详细论述,对岩石边坡稳定性分析中涉及到的岩体参数取值、计算模型、各种方法的优缺点等方面进行了探讨,最后提出对岩石边坡稳定性分析的建议。 关键词:岩石边坡;稳定性;极限平衡;数值计算 中图分类号:TU457 文献标识码:A 前言 岩石边坡稳定性分析一直是岩土工程中重要的研究内容。在我国基本建设中,特别是三峡工程及西部大开发,出现了许多岩石边坡工程,如三峡船闸高边坡、链子崖危岩体以及由于移民迁建用地、城市建设用地形成的边坡等等。在解决这些复杂的岩石边坡问题的过程中,大大促进了岩石边坡稳定性分析方法的发展。随着人们对岩石边坡认识的不断深入以及计算机技术的发展,岩石边坡稳定性分析方法近年来发展很快,取得了一系列研究成果,现分别对其中主要的研究方向和成果作简要介绍并分析各自特点和适用条件,为岩石边坡稳定性分析的工程应用和理论研究提供参考意见。 1 岩体参数及计算模型 极限平衡、数值计算等计算方法在岩石边坡稳定性分析中得到广泛应用,其中如何选择计算所需的工程岩体力学参数成为关键的问题。对于重大工程,可通过现场大型岩体原位试验取得岩体力学参数,但由于时间和资金限制,原位试验不可能大量进行,因而该方法仍有一定的局限性。另外,选取岩性特别均匀的试样几乎是不可能的,多数情况下,是用经验公式来确定岩体抗剪强度参数。但是,经验公式是以一定数量的室内和现场实验资料为依据,通过回归分析求出的,而未能把较多的地质描述引入其中。各个经验公式计算同一岩体的参数时,普遍存在因经验程度不同而确定出的抗剪强度相差较大。由于这些原因,许多文献提出了用其它方法来确定岩体的抗剪强度参数[1-4]。其中张全恒(1992)[1]讨论了确定岩体结构面抗剪强度参数常规方法存在的问题,提出了经验公式和实验相结合的试件法;何满潮(2001)[2]根据工程岩体的连续性理论,提出了根据室内完整岩块试验参数,结合野外工程岩体结构特点进行计算机数值模拟试验,从而确定工程岩体力学参数的方法;周维垣(1992)[3]提出确定节理岩体力学参数的计算机模拟试验法,该方法基于节理裂隙岩体的野外勘察资料,建立岩体损伤断裂模型,在计算机上模拟试验过程,获得所需数据;杨强等(2002)[4]在样本有限的情况下,采用可靠度理论,求出某保证率下的岩体抗剪强度值。 岩体作为复杂的地质体,其力学特性是多种因素共同作用的结果,如形成过程、地质环境和工程环境等。为了能将所有控制因素作为一个整体来考虑,而不仅局限于定量因素,许多文献利用人工 第24卷 第2期2004年6月 地 下 空 间 UNDERGROUND SPACE Vol.24 No.2 Jun.2004 收稿日期:2003-12-11(修改稿) 作者简介:贾东远(1975-),男,河北唐山人,硕士,主要从事岩土工程设计、检测方面的工作。
商丘毕冕文化传播有限公司创新性实验计划项目 项目名称：基坑边坡稳定性分析设计软件开发
一、项目组成员情况介绍（包括自身具备的知识、特长、兴趣，参加过的科技创新活 动等） 项目组成员跨专业跨学科分布，涉及知识面广。作为工程专业学生，已经 熟练掌握土力学的知识，以及边坡工程稳定性分析设计的方法，做了大量的练 习并且接触了多个实际工程案例。除此之外，团队成员在学习中也接触和学习 了计算机辅助设计，已经掌握了CAD制图以及CAD的二次开发编程语言autolisp，可以使用该语言进行二次开发，然后使用windows MFC将其封装成 为可以方便安装使用的可执行安装包。方便使用，高效便捷，创造较高的工程 效益和经济效益。 之前在指导老师的帮助下，申请了一个软件著作权登记证书。《室内土工实验 数据计算绘图软件》，是通过计算机编程的方法解决工程实验中的难题，取得 良好效果，获得河南省教育厅举办的教育信息化应用成果奖二等奖、河南省电 化教育馆优秀论文三等奖。 项目组成员思想积极活跃，参加国家级创新创业项目，结构模型设计比赛等。 项目组成员熟悉计算机图形学以及土木工程信息技术，具有较好的编程能力。二、项目研究背景 目前建筑物建设高度越来越高，在施工时往往需要开挖深基坑。基坑开挖时有 放坡开挖和支护开挖方式。无论是放坡开挖还是支护开挖，都需要事先对基坑 工程进行设计。在设计过程中需要做大量的计算工作，这些计算工作使用程序 软件计算替代工程师手算，会增加工作效率提高准确性。目前，项目团队已经 做了不少工作，已经申请了一项软件著作权《室内土工实验数据计算绘图软件》，可以计算出土体的力学参数。结合土体的性质，我们已经掌握了进行土 体边坡稳定性分析的计算方法和流程。现在需要通过写程序，把传统上手算流程，用程序进行计算和设计。尤其是在城市市区，开挖施工场地的局限，往往 需要对基坑边坡进行验证和支护，以免对邻近的周围其他建筑物造成不利影响。通过我们的这个项目，把之前繁芜复杂的验算和设计流程编制成计算机程序， 对边坡工程和基坑稳定的验证和设计变得轻松简单，实现更高的社会效益和经 济效益。 三、国内外的研究现状及研究意义
GeoStudio软件的边坡稳定性分析 在对滑坡体稳定性进行了详细的分折计算后，综合滑坡地质环境背景、滑坡特征以及滑坡形成条件，确定滑坡的各项参数，运用GeoStuddio软件对滑坡进行数值模拟，以验证数值计算结果的正确性。 标签：GeoStuddio；数值模拟；边坡变形；剪应力稳定系数 数值模拟运用的GeoStudio软件是由GeoStudio公司研发的一套专业、高效而且功能强大的适用于地质工程和地质环境模拟计算的仿真软件。GeoStudio是一套完整的地质工程模拟工具，包括了8个模块，各个模块作用不同，可以相互结合从而达到综合分析的效果。主要采用SLOPE/W模块和SIGMA/W模块对已知的边坡进行稳定性分析验证。 SLOPE/W程序是以极限平衡理论为基础来分析边坡稳定性的，其分析过程采用瑞典条分法、Janbu法、Bishop法、Morgenstern-Price法（M-P法）等原理，能够根据地质条件建立起边坡的模型，并对其稳定性加以分析。現今国内许多地区的边坡采用了此程序进行稳定性计算，并且都得到了不错的成果。本次模拟尝试对自然工况下的边坡进行建模分析，用以验证自然工况的稳定系数结果。 SIGMA/W程序是一款用于对岩土结构中的应力和变形进行有限元分析的专业软件。它具有全面的本构模型公式，使得这款软件不但可以对简单的岩土问题进行分析，也可以对高度复杂的岩土问题，如线性弹塑性、非线性弹塑性、非线性等进行分析，许多经典的土体模型可以使用户对各种土体或结构材料进行建模分析。 1 SLOPE/W模块模拟 根据勘察报告中给出的边坡的坡形特征和岩土体性质，建立工况1条件下边坡模型并进行模拟分析，其过程如下： （1）首先进入GeoStudio2007的SLOPE/W模块，拟选择Morgenstern-Price 法进行分析。 （2）在主界面上创建坐标网格，并将边坡的AutoCAD图件按照一定比例在坐标中绘制出来（图1）。 （3）将边坡中的坡体、滑动面、滑床分成三个区块，并将每一个区块的岩土性质（包括重度，黏聚力，内摩擦角）输入。 （4）输出分析结果进行检验，分析结果见图2。 根据分析结果可知：自然工况下边坡稳定性在1.4～1.6之间，故边坡稳定状
第一章 前言 一、路基概述 1、路基的基本形式 路基的组成 路基本体:该病害点为路堑，包括路肩、基床、边坡、基底。 排水设备：地面排水沟、侧沟、急流糟。 2、路基的组成 路基本体:该病害点为路堑，包括路肩、基床、边坡、基底。 排水设备：地面排水沟、侧沟、急流糟。 3、路基的性质特点 路基主要由松散的土具有足够的强度、具有足够的水温稳定性、具有足够的整体稳定性，公路土的分类和工程性质：砂土、砂性土、粉性土、粘性土、重粘土，路基干湿。类型和填土高度：路基干湿类型、路基最小填土高度，路基的变形和破坏： 路堤变形：沉陷、溜塌、滑坡、路堤下滑、坍散。 路堑变形：溜塌、滑坡、碎落和崩塌。 二、路基主要技术标准 路基主要技术标准： 总的来说，根据路基的性质为了控制路基的质量，路基主要技术标准保证路基有足够的坚固性、稳定性和耐久性，需要在设计、施工和养护维修方面制定反映路基质量的技术标准。这些技术标准体现为各种相应的技术规范（或规程）。涉及的内容包括路肩高程、路基面形状和宽度、基床、路堤、路堑、路基排水、路基防护和改建与增建第二线路基等。
达到路基标准需要考虑的因素： （1）路基结构的受力及变形要求主要考虑: 在列车荷载作用下, 路基表层最大动应力和动变形值, 在列车荷载作用下, 路基表层最大动应力和动变形值, 以及经地基处理后满足铁路路基平顺性要求的路基工后沉降值. 地基处理后满足铁路路基平顺性要求的路基工后沉降值. （2）路基结构形式及尺寸要求主要考虑: 路基表层,路基底层,路基本体, 路基表层,路基底层,路基本体,路肩等部分组成的路基断面形式.以及路基结构厚度,路基宽度,路肩宽度,边坡坡度等尺寸. 形式.以及路基结构厚度,路基宽度,路肩宽度,边坡坡度等尺寸. （3）路基填筑材料类型要求主要考虑:对路基不同结构部位填筑材料的要求,如级配碎石, 土及改良土等. 料的要求,如级配碎石,A, B ,C 组土及改良土等. （4）路基压实度要达到标准要求等。 路基边坡技术要求 路基边坡特性：不易风化的岩石基底或不稳固山坡上的路堤称陡坡路堤。陡坡路堤除保证边坡稳定外，还要分析路堤沿地面陡坡下滑的整体稳定性。陡坡路堤产生下滑的原因是地面横坡较陡、基底土层软弱、强度不均匀，以及地面水或地下水的共同作用，导致路堤下滑力增大，接触面或软弱面土体抗剪强度显著降低 边坡的稳定分析及设计原理：一般路基设计可套用典型横断面图，不必进行边坡论证和验算，然而对于高路堤、深路堑、陡坡路堤、浸水路堤以及不良地质地段的路基，是不能沿用一般路基设计方法的。对于这些路基，应进行个别分析、设计及验算，以确定安全可靠、经济合理的路基断面形式，或据以寻求相应的防护与加固措施。路基的稳定性，除施工质量等因素外，一般取决于边坡和地基的稳定性。填筑在陡坡上的路堤，还取决于路堤在陡坡上的滑动稳定性。地基的稳定，涉及到水文地质、地带类型、填土高度与经济因素。一般情况下，采用各种措施，以达到提高地基承载力的目的。
常用的边坡稳定性分析方法
第一节概述 (1) 一、无粘性土坡稳定分析 (1) 二、粘性土坡的稳定分析 (1) 三、边坡稳定分析的总应力法和有效应力法 (1) 四、土坡稳定分析讨论 (1) 第二节基本概念与基本原理 (1) 一、基本概念 (1) 二、基本规律与基本原理 (2) （一）土坡失稳原因分析 (2) （二）无粘性土坡稳定性分析 (3) （三）粘性土坡稳定性分析 (3) （四）边坡稳定分析的总应力法和有效应力法 (7) （五）土坡稳定分析的几个问题讨论 (8) 三、基本方法 (9) （一）确定最危险滑动面圆心的方法 (9) （二）复合滑动面土坡稳定分析方法 (9)
常用的边坡稳定性分析方法 土坡就是具有倾斜坡面的土体。土坡有天然土坡，也有人工土坡。天然土坡是由于地质作用自然形成的土坡，如山坡、江河的岸坡等；人工土坡是经过人工挖、填的土工建筑物，如基坑、渠道、土坝、路堤等的边坡。本章主要学习目前常用的边坡稳定分析方法，学习要点也是与土的抗剪强度有关的问题。 第一节概述 学习土坡的类型及常见的滑坡现象。 一、无粘性土坡稳定分析 学习两种情况下(全干或全淹没情况、有渗透情况)无粘性土坡稳定分析方法。要求掌握无粘性土坡稳定安全系数的定义及推导过程，坡面有顺坡渗流作用下与全干或全淹没情况相比无粘性土土坡的稳定安全系数有何联系。 二、粘性土坡的稳定分析 学习其整体圆弧法、瑞典条分法、毕肖甫法、普遍条分法、有限元法等方法在粘性土稳定分析中的应用。要求掌握圆弧法进行土坡稳定分析及几种特殊条件下土坡稳定分析计算。 三、边坡稳定分析的总应力法和有效应力法 学习稳定渗流期、施工期、地震期边坡稳定分析方法。 四、土坡稳定分析讨论 学习讨论三个问题：土坡稳定分析中计算方法问题、强度指标的选用问题和容许安全系数问题。 第二节基本概念与基本原理 一、基本概念 1．天然土坡(naturalsoilslope)：由长期自然地质营力作用形成的土坡，称为天然土坡。 2．人工土坡(artificialsoilslope)：人工挖方或填方形成的土坡，称为人工土