第一章绪论
1.1 引言
随着国民经济的发展，水利建设，交通运输和国防工程等建设工程中所遇到的岩质边坡稳定性问题也相应地增多。由于工程建设的需要，往往在一定程度上破坏或扰动原来较为稳定或岩体而形成新的人工边坡，诱发新的地质灾害。地质灾害已经成为制约我国经济及社会可持续发展的一个重大问题。
岩质边坡滑坡作为地质灾害中一个十分突出的问题，给国民经济建设的各个部门带来了严重的干扰和损失。1993年三峡库区巫溪县南门岩体崩滑造成200余人丧生。2000年彭水县山体滑坡造成70余人丧生。2004年12月11日，雨台温高速公路柳市附近突发大面积山体滑坡事故。滑坡的山体高约100m、宽约70m.甫台温高速公路70余米的路段完全被滑落的大石封死，致使温州大桥白鹭屿至乐成镇一段的高速公路双向车道全部瘫痪。地震作用诱发的边坡滑动和坍塌也是常见的灾害之一。特别是在山区和丘陵地带，地震诱发的滑坡往往分布广、数量多、危害大。
我国是一个多地震的国家，西部地区又是地中海一喜玛拉雅地震带经过的地方，是亚欧大陆最主要的地震带，也是我国地震活动最活跃的地区，因地震而导致的滑坡灾害非常严重。大量崩塌与滑动主要发生在多震的西部地区，而这些地区正是我国的水电能源和各种矿产资源的主要蕴藏地。随着国家西部大开发战略的实施，将加速对西部地区水电、矿产资源开发、及公路、铁路等基础设施建设，愈来愈多的工程(如水电、矿山、能源、核废料储存及溶质运移)都建设在岩体之上，几乎所有的土木工程建设都涉及到边坡的动力稳定问题。
在大多数岩体力学问题的研究中，都假定岩体在外力作用下是静止的，所以，考虑问题的角度也一般是从静力学角度出发，其结果与实际情况不尽相符，往往对结果作一些折减。通常，在许多实际情况中，荷载常具有动力特性，如上所述的地震滑坡灾害等，沿用静力学的原理和方法来求解这类问题，结构的动载特性无法反应出来，这显然是不合适的。例如，在地震作用和影响下，岩质边坡的稳定;隧洞围岩和衬砌结构的安全;筑造在岩层中的导弹发射竖井能否继续使用;修建大型水库以后是否存在诱发地震的可能性，以及在诱发地震一旦发生时，大坝
及库区岩质边坡的稳定等。在水利水电、露天采矿、能源及交通等工程领域岩质边坡出现得越来越多，这些岩质边坡往往是工程中的控制性项目，关系工程进度、经济效益，甚至工程成败。因此，安全可靠、经济合理地分析岩质边坡的稳定性并进行边坡设计，其意义就越发显得突出。岩质边坡稳定分析作为设计的基础，更是重中之重。
1.2 岩质边坡楔破坏定及边坡动力问题研究现状
楔体理论（Wedge Theory）是石根华博士与R.E.Goodman于1982年通过研究块体理论提出来的。1985年，石根华博士与R.E.Goodman教授合著了《块体理论及其在岩体工程中的应用》（Block Theory And Its Application To Rock Engineering）一书。块体理论自提出以来一直受到国内外科研人员与工程技术人员的重视。楔形体破坏在工程实践中经常发生。如高度为300m左右的大冶露天矿边坡，边坡岩体岩石坚硬，岩体结构基本上属于完整结构，稳定性理应较高，但由于受断层切割，局部形成了楔形块体，并出现破坏现象，三峡工程地下厂房尾水出口边坡在开挖过程中，设计人员先后确定了大量可能下滑的楔形岩块。这些由在片麻岩花岗岩内发育的几组节理组成的不稳定块体，楔体方量从几十方到几千方不等。
Mononobe H A等最早从变形体的角度研究了土质边坡的动力特征，并第一次提出了一维剪切楔法的模型，开创了剪切楔法分析边坡地震反应分析的先河(Mononobe et al.,1936)。然而，直到20年后，由于Karnataka和Ambraseys 的工作，这个模型的意义才被人们重新认识并得到工程界的认可。后来的很多学者对一维剪切楔法进行了改进，把剪切楔法推广到二维三维。进入20世纪80年代，通过参数研究来阐明诸如峡谷集合几何变形，材料不均匀性等因数的重要性，进而产生了几种改进分析模型。
一般认为，动力荷载对岩质边坡稳定性的影响主要是由于动荷载引起的惯性力和因循环退化引起的剪应力降低，导致边坡整体下滑力加大，降低了边坡的安全系数。因此将动荷载下边坡失稳分为：惯性失稳（Inenial Instability ）和衰减失稳（Weakelling Instability ) ，爆破造成边坡的失稳一般属于惯性失稳。目前边坡动力分析方法主要还是基于极限平衡理论和应力变形分析。惯性失稳常采用的分析方法有：拟静力法（Pseudostatic Analysis ) , Newmark 滑块
分析法( Newmark sliding Block Analysis ）、Makdisi seed 的简化分析法，地震边坡的概率分析方法及有限元方法。而衰减失稳常采用：流动破坏分析法（Flow Failur Analysis ）和变形破坏分析法(Deformation Failure Analysis)。王思敬( 1977 ）较早地研究岩质边坡动力特性问题，1987 年，王存玉在二滩拱坝动力模型试验中发现，岩石边坡对地震加速度不仅存在铅直向的放大作用，而且还存在水平向的放大作用。何蕴龙等人（1998 ）通过动力有限元法发现了“岩石边坡的地震动力系数并不随坡高增高而单调增大”，并且得出了“坡高约100m 时坡顶最大动力系数达到最大值，坡高超过100m动力系数反而有所降低。但总的来说，岩石边坡动力系数对坡高的变化是不敏感的，在工程常见的坡高范围内边坡动力系数的变化是不大的”的结论，并基于此提出了岩质边坡地震作用的近似算法。薛守义博士（1989 ）较为系统地分析和总结了前人对岩体边坡动力稳定性所做的零星工作后结合岩体结构思想，并指出了各种情况下所需选用的动力分析方法，将岩体边坡稳定性分析模型归纳为岩体地质模型、力学模型和几何模型三类，并在振动模型研究的基础上，分析了岩体振动的力学效应，发展推导了楔形体滑动机制下的地震滑动位移分析公式，并编制了相应计算程序，在振动单剪仪上，进行了小浪底原状泥化夹层的动力特性试验研究，取得了泥化夹层动特性比较可靠的直接资料。徐卫亚博士在其博士学位论文中采用振型迭加法对链子崖的动力时程响应也曾经进行过研究。另外，孙钧（l987 ）、孙进忠（2001 )、胡津贤（1989 ）等的著述中涉及到岩质边坡的动力响应的问题。
1.3 本文主要内容
研究针对岩土工程中的岩质边坡楔形破坏问题，并对边坡动力特性进行研究分析。主要内容有：
（1）对岩质边坡楔形破坏理论学习，并对边坡楔体稳定性进行分析，并做出评述。
（2）对特征岩质边坡楔体稳定性分析基本方法、影响岩质边坡楔体破坏稳定性的因素等方面进行理论学习及分析；在总结前人研究成果的基础上，对如何计算分析楔体的稳定性进行研究。
（3）通过对边坡岩体特征的分析和评价，建立边坡岩体整体模型，并结合国内外相关岩石（体）动力特性研究成果，研究边坡岩体的本构关系，进行岩质边
坡的动力分析计算。
（4）结合工程实例对边坡楔形破坏及边坡动力分析。
第二章研究区域边坡工程地质条件
2.1自然地理概况
研究区域位于贵州省黔东南州从江县，与广西壮族自治区接壤，东接广西三江侗族自治县，南邻广西融水苗族自治县和环江毛南族自治县，西连荔波、榕江两县，北靠黎平县，是重要的交通枢纽通道。
2.2区域地质环境概况
2.2.1气候、水文
贵州省从江县属亚热带季风温润湿热气候区，夏长冬短，冬温夏热，最高气温39.0℃，最低气温-6.0℃，多年平均气温18.4℃，多年平均降雨量1200～1500mm 之间，雨量丰富，全年湿润，无霜期300天以上。
地下水的赋存形式以上层滞水存在，其中以吸着水、毛细管水、孔隙水、裂隙水为主，水的补给源以稻田内的地表水和大气降水为主。
边坡前缘约45m处发育一条四季常流河，该河为都柳江，系珠江水系，流量及水位受季节性影响较大，丰水期时流量变大，最大洪水水位标高:160.30m；枯水期时流量变小，水位标高：152.30m；常年水位标高：154.80m。
2.2.2地形、地貌
研究区位于缓陡剥蚀的中低山地貌区，场区高程在173.00～283.00m，相对高差约110m，边坡后壁较陡，坡度角呈20°～40°倾斜，边坡前部为陡坡，坡度角呈45°～53°倾斜。实测边坡体后缘高程为283.70m，前缘高程173.30m，相对高差110.40m。
2.2.3地质构造与地震
本区在区域地质构造上属扬子准台地江南台隆（即江南古陆）北缘，主要由浅变质岩系组成，边缘分布震旦系和寒武系地层。由于地层经历多次构造运动，紧密线性褶皱及断裂构造发育，老构造经多次断裂活动的改造、复合已难以辨认，现以燕山期、加里东北区的构造最为显著。区内无大的断裂和构造经过，地层主要为上元古宇丹洲群拱洞组变质岩分布区，岩性主要为灰、灰绿、淡黄、褐黄色粉砂质板岩，局部夹浅灰色凝灰岩，粉砂质板岩，地层产状105°∠48°，岩体内节理裂隙密集发育，共发育有“X”型共轭节理，其中以产状为355°∠68°（密度为46条/m2）、205°∠79°（密度为54条/m2）、15°∠43°（密度为51条/m2）及270°∠48°（密度为31条/m2）最为发育，节理密度23条/m2，裂隙面被粘土、铁锰质氧化膜充填，前两组裂隙具张拉性质，后两组裂隙具卸荷性质。裂隙将岩体切割成碎裂状、散体状，使岩体强度大大降低，且裂隙面于岩层面构成水解粘土化作用中水介质运移通道。
表2.1 边坡场区节理裂隙统计表
经查阅贵州历史地震资料，本区最大地震震级为Ⅴ级，场区土体无地震液化的可能。取地震传递系数P=0.00g。
2.3边坡工程地质条件
2.3.1地质特征
该地区分布土体为第四系人工回填层、耕植土层和残坡积层，岩体为上元古宇丹洲群拱洞组（P t3g）粉砂质板岩，分述如下：
耕植土层（Q pd）为淡黄色耕植土层，见植物根茎。厚度0.10～0.40m。
回填土层（Q me）为杂色人工回填层，由碎块石、粘土及水泥凝结物，结构中密。厚度1.20～1.50m。
残坡积层（Q el+dl）为淡黄色碎块石土，碎块石成分强至弱风化粉砂质板岩，粒径：0.20～35.2cm，含量38～45%，结构稍密。控制厚度4.10～12.80m。
岩体（P t3g）场区岩体为上元古宇丹洲群拱洞组粉砂质板岩。
强风化层（P t3g），为灰绿、淡黄、褐黄色粉砂质板岩，原岩组织结构大部分被破坏，尚存残余层理结构，风化作用强烈，岩石破碎，整体性差，厚度变化大。结构中密至密实。
弱风化层（P t3g）为灰、深灰色薄至中层状粉砂质板岩，节理裂隙发育，裂隙面被粘土、铁锰氧化膜充填，风化作用强烈，岩体较破碎，整体性较差，岩芯呈碎块状、短柱状及少量长柱状。
2.3.2水文地质条件
（1）地下水类型
场区地下水以上层滞水类型存在，其中耕植土层和残坡积层以吸着水和孔隙水为主要形式赋存；人工回填层和岩层以孔隙水和裂隙水为主要形式赋存。（2）地下水的补给、径流、排泄条件
地下水的补给源以大气降水和稻田内地表水为主。因发生边坡，局部岩体破碎堵塞，排泄条件较差。
（3）地下水水质类型及特征
地下水水化类型为HCO3－Ca型，PH值7.50。
（4）地表水
边坡前舌约45m处发育一条四季常流江，该江为都柳江，流向由西向东，江流向与边坡走向近平行，该河随季节变化而变化，枯水期时水位下降，流量变小；丰水期时水位下降，流量变大。
2.3.3 边坡特征
（1）边坡形态
边坡由岩石和土层组成的，其安全等级为一级边坡，边坡坡向235°，坡度角呈45°～56°倾斜（平均53°），边坡纵长127.3m，平面呈梨状，上窄下宽，表面积14152m2，坡向与岩层倾向相反。
（2）变形破坏特征
该边坡于2008年6月15日雨季产生局部过微小变形，在边坡体中岩体后缘出现了不连续的拉张裂缝，造成部分排水沟及Ⅲ级以上的坡面防护垮塌变形破坏现象。
（3）发展趋势
边坡变形与大气降水有密切关系，降雨后边坡局部岩体变形明显，边坡处于不稳定状态，边坡变形速率与降雨量的大小有直接关系，降雨量越大，边坡变形局部岩体越明显，由此可判断该边坡体在雨季后会出现滑移的可能性极大。
第三章岩质边坡楔形破坏稳定性分析
3.1概述
在岩质边坡的失稳模式中，楔体破坏是最常见的一种类型，在边坡失稳模式中占有重要位置。楔体是由两条或两条以上的结构面对岩体切割而形成的，滑体同时沿着这两个面发生滑移，故其滑移方向必然是沿着该两个结构面的组合交线方向，且该交线的倾角必定缓于边坡坡角，并在坡面出露，由于滑体同时沿两个面滑动，其力学机理比较复杂。在边坡开挖过程中，边坡表面由于卸荷作用，掩体松弛，强度降低，加以坡面不平整，小块岩体极易具备临空条件，所以在开挖
边坡表面，经常会发生小块岩体以平面或楔体形式的剥落现象，其体积有几立方米至几百立方米不等。影响楔体稳定的因数有滑体自身重力、低滑面得抗剪强度参数、滑面上的外水平压力和外荷载等。
3.2楔体稳定的极限平衡分析法
3.2.1 坐标系和物理量定义
首先建立一个空间直角坐标系，设z 轴与重力方向相反，x 与y 分别为正东和正北方向。图（3.1）为一楔体稳定性分析的示意图。
某一结构面的地质产状（倾角ψ和倾向θ）与这一结构面内法线方向的方向导数（角以a 、β、γ表示）存在以下关系
cos sin sin
αψθ= （3.1） cos cos sin βψθ
= （3.2）
cos cos γψ
= （3.3）
对于图3.1所示的左、右底滑面，其交棱线的矢量为
l r J n n =? （3.4）
式中：l n 和r n 分别为左、右底滑面内法线。上式所代表的交棱线是向下的那个矢量，其单位向量为j ，与其方向相反的那个矢量为
r l J n n '=? （3.5）
这里，我们引入一个符号,a b m ，向量a 在向量b 上的投影可用该两向量的点积
a b ?来代表。定义为
,a b m a b =? （3.6）
图3.1 楔体稳定分析示意图
图3.2 作用在与交线j 垂直的剖面上的力
3.2.2楔体稳定分析的极限平衡分析方法
传统的极限平衡分析方法，假定楔体底滑动的剪切力平行于交棱线。
左、右滑面均为受压力情况的楔体稳定分析。为了计算楔体底滑动的剪切力，需要知道有效法向反力的数值，用l N 和r N 表示。此时我们引入一个假定，即作用于左、右两个平面上的剪切力均平行于交棱（见3.2）。这样，如果来考察一个与交棱线j 垂直的剖面，将作用在该楔体的力投影到这个平面上，可得到以下两个方程。
()(),,,,0l
l n r nl r r w nl v nl t nl N
U m N U m W m V m T ++++++= （3.7） ()(),,,,0r
r nl n r l l w n r v nl t n r N
U m N U m W m V m T ++++++= （3.8）
从中可解出r N 和r U ：
l l N qW rV sT U =++- （3.9） r r N xW yV zT U =++- （3.10）
对作用于楔体上力的符号作如下规定：
W —— 楔体重量，单位方向量为w ，
l N —— 平面A 上的有效法向反力，沿平面A 的内法线方向，单位向量为l n ； r N —— 平面B 上的有效法向反力，沿平面B 的内法线方向，单位向量为r n ； l U —— 平面A 上的水压力； r U —— 平面B 上的水压力；
V —— 拉裂缝的抗拉力和拉裂缝中水压力总和；单位向量为v ,
T ——外力，包括表面分布或集中荷载、地震力、锚固力以及拱推力，单位向
量为t
S ——沿着交棱线方向的下滑力，单位向量为j '。
上式中：
()()2,,,,/1nl nr w nr w nl nl nr q m m m m =-- （3.11） ()()2,,,,/1nl nr w nr w nl nl nr
q m m m m =-- （3.12） ()()2,,,,/1nl nr T nr T nl
nl nr s m m m m =-- （3.13） ()()2,,,,/1nl nr w nl w nr
nl nr x m m m m =-- （3.14） ()()2,,,,/1na nb v na v nb nl nr y m m m m =-- （3.15） ()()2,,,,/1nl n r t nl t n r
nl n r
z m m m m =-- （3.16）
沿交棱线（在此分析中标号为j ）向下作用的下滑力S 由作用在楔体上的力通
过在
j 方向上的投影求出：
,,,w j v j t j S m W m V m T
=++ （3.17）
边坡的安全系数F 由下式定义。 t a n t a n
l l l r l l
r r
c A c A N N F S
???+?+?+?=
（3.18）
式中：c 和?分别为滑面上的凝聚力和摩擦角。
左、右滑面中有一个为受力情况。在楔体稳定分析中，还需要检查按式（3.19）和式（3.10）计算所得的l N 和r N 是否为负。如果l N 和r N 中的一个为负，说明楔体将沿该面脱开。此时，应按“单面滑动”重新复核该楔体的安全系数。Hoek 和Bary 建议此时应找出该滑面的“最速下降方向”，通过沿此方向的投影来求解。这里仍假定滑面上的剪切力与交棱线平行。如果r N 为负，则l N 可按下式求得
,,,l w nl v nl t nl N m W m V m T U =---- （3.20）
获得l N 后，令0r N =，代入式（3.18）中，即可求得安全系数。对l N 为负的情况，也可按类似方法处理。
对于楔体稳定分析这样一个课题，作用在楔体上的重量W 和l U 、r U 、V 、
T
这些已知的力可按类似方法处理。
3.3楔体稳定分析的塑性力学上限解
使用虚功原理计算楔体稳定安全系数的另一种方法，由于在计算过程中，假定楔体在破坏时分别沿左右两个滑面以剪膨胀角l φ和r φ移动，故称为塑性力学上限解。本节采用前面已介绍的向量符号，对这一方法的求解过程再作一回顾。
3.3.1、计算楔形体的绝对速度v
楔体稳定分析上限解假设该刚体以绝对速度V 位移，其单位向量m 与左、右两滑面的夹角分别为el φ与er φ（图3.3） m 由下列方程唯一确定：
图3.3 楔体稳定分析的塑性力学上限解
s i n l l m n ??= （3.21） s i n r r m n ??= （3.22）
1m =
3.3.2、通过虚功原理求解安全系数
获得了m 以后，通过下面的功能平衡方程式来求解安全系数。
cos cos er r er el l el c A c A Ww v φφ+=? （3.24）
3.4楔体稳定分析的塑性力学广义解
3.4.1引言
岩质边坡楔体稳定分析实际上是一个超静定的问题，若单纯通过静力平衡条件求解，所包含的的未知量的数目将超过可以建立的静力平衡方程的数目。（3.1介绍）即画面上的剪力与交棱线平行。本节的目的要建立一个求解安全系数广义解，其左、右底滑面的剪力与交棱线的夹角不等为零，而是任意值l r 和r r 。 这一方法的求解过程是从设定楔体相对左、右剪胀角
l ρ和r ρ开始的。为了便
于数学处理，在开始求解前，需将有关的物理量用向量形式来表示。
图 3.4 岩质边坡楔体破坏
3.4.2矢量的数学表达式
将一个矢量用几个线性无关的矢量组合来表示，将极大的简化本文的数学推导。本文中涉及的矢量有以下几个。 （1）交棱线
两个滑面交棱线的单位矢量用j 表示（向下为正），与两个滑面的内法线l n 和r n 垂直。表达式为：
/l r j n n =?? （3.25）
式中，?为l
r n n ?的模，l n 与r n 得夹角用θ表示。因此，有以下关系式成立：
s i n θ?= （3.26）
c o s l r n n θ=? （3.27） 0l j n ?= （3.28） 0r j n ?= （3.29）
（2）楔体位移矢量
楔体的单位位移矢量用m 表示，可表示为矢量
j ，l n ，r n 的线性组合：
m m l m r m a j b n c n =++ （3.30）
m 与左、右两滑面的夹角分别为l p 和r p 参见图3.5.
图3.5 滑面上的内力及塑性速度
（3）左、右两滑面上的剪力的方向矢量
一旦m 确定，左、右两滑面上单位剪力的方向矢量l t 和r t ，就可根据“主应力轴和主应变重合”的原则确定。图3.6（a ）为由m 、l t 和l n 组成的矢量直角三角形，因l t 、l n m 处于同一平面，其模型为1，故直角三角形中的其他两边应
分别为sec
l p m 和tan l l p n ，故有
s e c t a n l l l l t m p n p =-+ （3.31）
图3.6 滑面上的剪力及塑性速度
同理，对右滑坡面有
s e c t a n r r r r
t m p n p =-+ （3.32） （4）左、右滑面的“组合摩擦力”
图3.7所示为矢量m 与两滑面上的法向力组成的平面。现将滑面上的内力分为两部分，第一部分为凝聚力，用l c （或r c ）表示，其大小为el l c A （或er r c A ）。 这部分内力除包括未知量安全系数F 外，不包括其他未知数。第二部分内力用
l p （或r p ）表示，为法向力l N 或（r N ）与摩擦力的合力。显然，l p 与r p
与左、右两滑面的夹角分别为l φ和r φ。此力被定义为“组合摩擦力”。
图3.7 组合摩擦力矢量
(a)左滑动面
(b)右滑面
在某一滑上“组合摩擦力”的单位矢量也可以用m 、l n 和r n 的线性组合表示。根据如图3.7（a ）所示的矢量三角形，不难得出：
sin sin(
)
sin(
)
2
2
el
l el l AB BC CA
p p π
π
φφ=
=+-- （3.33）
式中线段CA 的长度为1.因此左滑面上“组合摩擦力”的单位方向矢量l p 为
s i n c o s ()
c o s c o s e l
l
e l
l l l l
l p p BCm ABn m n p p φφ-=-+=-
+
（3.34）
同理，有
s i n c o s ()
c o s c o s
e r
r e r
r r r
r p p m n p p φφ-=-
+
（3.35）
（5）楔体的外力矢量
前面已经提到，斜体自重、外部荷载及作用在两滑面上的孔隙水压力的合力用W 表示，其单位矢量用W 表示。考虑到孔隙水压力为常数量，为简洁期间起见，没有与W 分开。对一定的（l p ，r p ）集，单位外力矢量W 可表示为
w
w l w
w a m b n c n =++ （3.36）
同理，“第二种方案”中使边坡进入极限状态的水平外力的单位矢量可表示为
w w l w r w a m b n c n ''''=++ （3.37）
（6）.一些基本关系式
根据矢量分析理论，有以下关系：
()()()a b c a b c b c a ??=??=?? （3.38）
()0a a c ??= ()0a b a ??=
0a a ?=
2
a a a
?=
上述表达式会极大地简化下节中的数学推导。此外，还可建立有下列基本关系来确定前述公式中的各项系数： 对矢量m ，由式（3.30）求得
()()2
m m l m r m m l m r m a j b n c n a j b n c n =++?++ （3.39）
2222c o s 1m m m m
m a b b c c θ=+++= （3.40） s i n c o s l l m m m n p b c θ?==+ （3.41）
s i n c o s r r m m
m n p b c θ?==+ （3.42） 其中m b 与m c 可表示为：
2
s i n c o s
s i n s i n l r m p p b θθ
-= （3.43）
2s i n c o s
s i n
s i n r l m p p b θθ
-=
（3.44）
将是、式（3.43）与式（3.44）代入式（9.40）
cos m a m j ec θ=?=对矢量w ，有：
s i n c o s l w l w w w n a p b c θ?=++ （3.45）
s i n c o s r w r w w
w n a p b c θ?=++ （3.46） 式中l w n ?与r w n ?因与l p 和r p 无关，故事已知量。由式（3.45）（3.46）得
22(cos )cos (sin cos sin )cos w l r r l w
b w n w n e
c p p ec a θθθθ=?-?+-
（3.47）
22(cos )cos (sin cos sin )cos w r l l r w
c w n w n ec p p ec a θθθθ=?-?+-
（3.48）
w a 可由下式
w w m w j a m j a a ?=?= （3.49）
如果采用“第二方案”，相应Sarma 法的外荷载单位矢量w '同样也可以用相同的方程表示。事实上，只需将式（3.47）至（3.48）中的“w ”用“w '”代替，
就可以求出w '所相应的w a '，w b '，w c '。
对未知量l r 和r r (左、右底滑面剪力与交线的夹角)，根据式（3.32）与式（9.33），可以将其与
l p 和r p 联系起来。
cos sec l l m l r t j a p =-?= cos sec r r m r r t j a p =-?=
在具体计算时，需要根据楔体的若干控制性几何参数计算楔体的重量以及左右滑面的面积等。
第四章 边坡动力稳定性工程地质分析
4.1边坡动力稳定性影响因素分析
强烈地震导致的边坡失稳不仅取决于地震本身，包括地震的幅值、频率以及持时。而且也与边坡所处的地质背景、岩体结构类型、地层岩性组合、地形地貌条件以及水文地质条件密切相关。
4.1.1地质背景影响
边坡所处的地质背景主要是指边坡所处的大地结构单元以及区域性大断裂的发育情况。边坡所处的大地构造单元不仅决定了边坡地质发育史的不同，从而控制了边坡岩体的地层结构以及强度，而且特别决定了边坡地质演化过程中新构造运动的活跃程度，边坡可能遭遇地震的频度与强度。
区域性大断裂对边坡稳定性的影响表现为有利和不利两个方面。有利方面是断裂带对地震波动能量有屏蔽作用，从而降低了地震作用强度。不利方面是区域性大断裂往往是强震之源所在，同时断裂带岩体破碎，降低了边坡的自稳能力。由于断裂带对地震波动能量的屏蔽作用，那些与震源分居断裂带两侧的边坡所受地震作用将降低，从而其失稳的可能性也会减小。而那些与震源位于断裂带同一侧的边坡，特别是位于断裂带上的边坡，其失稳可能性会大大提高。
此外，区域性大断裂等地质构造面作为地震波的反射界面，会使与震源位于同侧的边坡受到更复杂的地震作用过程，从而大大增加了边坡失稳的概率。
4.1.2结构类型影响
对于岩质边坡来说，边坡并不是整体一块，而是由各种各样的结构面和结构体组合而成，形成不同的边坡岩体结构。常见的岩体结构类型可分为:块状结构;镶嵌结构;破碎结构;层状结构;层状碎裂结构;散体结构等。
不同结构类型的岩体，对地震的反应是不同的。块状结构岩体，整体强度较高，在动力作用下的变形特征接近于弹性体，地震期间一般不会发生失稳破坏。对于镶嵌结构岩体，地震可能会造成局部的崩塌和落石，但不会造成大规模的失稳。碎裂结构岩体的地震反应比较强烈，强烈的地震会导致碎裂结构岩体松动，造成大量的崩塌、落石以及小规模的滑动。层状结构的岩体受层面的控制，在地震作用下可能沿层面产生滑动。而对于散体结构的边坡，在地震作用下，不仅产生大量的崩塌和滑塌，而且有可能导致大规模的滑坡。土坡边坡可以看成散体结构，在地震作用下将会产生大量的变形、滑塌和滑坡。
4.1.3岩性组合影响
岩性对地震滑坡的影响主要反映为不同岩性的边坡产生滑坡的程度不同。由豁土、泥岩、页岩、泥灰岩以及它们的变质岩组成的岩体，或由上述软岩与一些硬岩互层组成的岩体，或由某些岩性软弱、易风化的岩浆岩(如凝灰岩)组成的岩体，具有以下特点:
(1)抗风化能力差、风化产物中含有较多的黏性土质、泥钙质颗粒，具有很高的亲水性、膨胀性、崩解性等特征。
(2)这些地层的软岩及其风化产物一般抗剪性能差，遇水湿润后即产生表层软化和泥化。形成很薄黏力层，抗剪强度极低。
(3)由于岩性、颗粒成分和矿物成分的差异，导致水文地质条件的差异。细颗粒的泥质、黏土质软层既是吸水层，又是相对的隔水层。
(4)在干湿交替的情况下黏土的高收缩性，使岩土体中裂隙迅速发生并扩大，各种地表水很容易渗入坡体。上述这些特点容易导致滑坡的发育。通常把这类很容易发生滑坡的地层称为“易滑地层”。易滑地层不仅本身容易发生滑坡，而且它们的风化碎屑产物也极易滑动，甚至覆盖在它们之上的外来堆积层(冲积层、洪积层等)也容易发生沿着“易滑地层”或其风化碎屑物顶面滑动。
不同的岩土性质对地震的反应不同。在一定的震级下，不同土质的最大加速
度和震动幅值都不同。根据调查研究，90%以上的滑坡产生在各种松散的堆积中，岩石滑坡较少。
4.1.4地形地貌影响
边坡地形地貌条件(主要是边坡的高度、坡度和边坡坡形)对边坡动力稳定性有较大影响。
4.1.5水文地质条件影响
水文地质条件对边坡稳定性的影响主要表现在地下水位的埋深和边坡中地下水的补、径、排条件等方面。当地下水埋深较小时，地震会造成孔隙水压力增加及其累积效应，由此引起边坡产生永久位移，当这种永久位移达到一定程度时，可能导致边坡失稳。地下水的补、径、排条件对地震期间孔隙水压力的累积有重要的影响。如果地下水的排泄条件畅通，孔隙水压力不容易累积，则对边坡的动力稳定性影响不大，反之，则极易产生滑动。
4.2工程地质模型影响
边坡工程地质模型的确定是边坡稳定性包括动力稳定性研究的基础。边坡工程地质模型确定的基本依据是边坡的工程地质条件。
孙玉科等对于边坡工程地质模型的研究具有一定代表意义。1987年明确提出了边坡变形的常见五大模式:金川模式(反倾边坡)、盐池河模式(水平层状上硬下软)、葛洲坝模式(水平薄层状软硬相间)、白灰厂模式(水平厚层状软硬相间)以及塘岩光模式(顺倾薄层状结构)。这几种模式归纳起来也就是反倾边坡、水平层状边坡、顺倾层状边坡3种形式。对于边坡来说，这是3种常见的边坡工程地质模型，但是它们代表不了边坡工程地质模型的全部。
但对边坡破坏实例的分析以及前人研究工作的基础上，把边坡的工程地质类型归纳为两类。一类是有明显控制性结构面的边坡工程地质模型，一类是无明显控制性结构面的边坡工程地质模型。前者包括孙玉科所提出的5种边坡模式，同时包括了滑坡体及由基岩和厚的覆盖层(风化壳)组成的边坡;后者主要有均质土坡和无明显控制性结构面的岩质边坡。很显然，这两类边坡在动力作用下的变形稳定性情况将会有显著差异。
4.3边坡动力破坏形式的确定
根据边坡的工程地质模型，可以确定边坡变形破坏的形式。1980年李铁汉根据滑动面的形态、数目、组合特征以及边坡岩体破坏的力学性质，将边坡变形破坏划分为5类，每类中又分若干亚类:①曲面滑动，又分为圆弧形滑动和非圆弧形滑动;②平面滑动，又分为无拉裂面平面滑动和有拉裂面滑动;③双平面滑动，又分为异向双平面和同向双平面滑动;④多平面滑动，又分为一般多平面滑动和阶梯状滑动;⑤倾覆破坏。这五种形式实际上就是曲面滑动、平面滑动以及倾覆破坏三种，这种关于边坡变形破坏形式的分类主要是针对静力问题分析的，没有考虑边坡遭受动力荷载下变形破坏的特点。实际上，对于某些特殊边坡特别是坝坡和黄土边坡，在动荷载作用下由于孔隙水压力的累积作用，将会发生塑性流动和液化流滑。薛守义在考虑了动荷载作用特点的基础上，将边坡的变形破坏形式分为滑动型、崩塌型、塑性变形破坏、层体弯折四大类，各大类之下又分为若干亚类。但是，他却把塑性流动和液化流滑塑性变形破坏归纳在崩塌型大类之下，这是不合适的。在薛守义的基础上，祁生文对边坡的变形破坏类型重新归纳，如表4-1所示。
表4.1变边坡破坏类型
【摘要】本文主要论述了公路边坡破坏的主要型式与机理，并对公路边坡常见的防护形式作了简单介绍。在实际工作中，应根据公路边坡的土质、水文、气候等特点，灵活采用不同的防护型式，确保公路边坡稳定、安全、环保。 【关键词】公路；边坡；破坏；防护 随着公路等级的不断提高，边坡防护也越来越受到重视。由于有些公路路基较宽、挖填较大，特别是山岭重丘区公路，高填深挖较多，因此，积极做好边坡防护至关重要，以防止雨水、泥石流冲刷、坍塌等现象发生。 1 边坡破坏的主要形式与机理 1.1 公路下边坡 路基下边坡一般为填土路堤。受力稳定的路堤边坡的破坏，主要表现为边坡坡面及坡脚的冲刷。坡面冲刷主要来自大气降水对边坡的直接冲刷和坡面径流的冲刷，使路基边坡沿坡面流水方向形成冲沟，冲沟不断发展导致路基发生破坏；沿河路堤及修筑在河滩上、滞洪区内的路堤，还要受到洪水的威胁，这种威胁表现为冲毁路堤玻脚导致边坡破坏。 边坡破坏还与路基填料的性质、路基边坡高度、路基压实度有关系。一般地，砂性土边坡较粘性土边坡易于遭受冲刷而破坏，较高的路基边坡比较低的路基边坡更容易遭受坡面流水冲刷，压实度较好的边坡，比压实度较低的边坡耐冲刷。 1.2 公路上边坡 上边坡是人工开挖的斜坡，其强度应满足稳定边坡的要求，这样的稳定边坡在降雨、融雪、冻胀及其他形式的风化等作用下，边坡主要破坏形式为冲刷、崩坍等。 冲刷破坏一般发生于较缓的土质边坡，如砂性土边坡、亚黏土边坡、黄土边坡等，在大气降水的作用下，沿坡面径流方向形成许多小冲沟，如不采取任何防护措施，有逐年扩大的趋势；在边坡坡脚，冬季往往发生积雪，造成坡脚湿软，强度降低，上部土体失去支撑。发生破坏；同时，高速行驶的汽车溅起的雨雪水，也冲刷坡脚。总之，土质边坡的坡脚部位，是边坡的最薄弱环节。 边坡的崩坍，一般分为三类：落石型、滑坡型、流动型，有时在一次崩坍中会同时具有这三种形式。 2 主要防护措施 2.1 边坡植物防护 植物防护对坡面进行防护，是在整体稳定情况下进行的防护。植物防护，可美化路容、协调环境、调节边坡土的湿温，起到固结和稳定边坡的作用，它对于坡高不大，边坡比较平缓的土质坡面，是一种简易有效的防护设施。植物防护的方法有：种草、铺草皮和植树。应根据当地气候、土质、含水量等因素，选用易于成活，便于养护和经济的植物类种。 2.1.1 土质边坡 具有自我修复、恢复的功能。但随环境的变化有众多不确定性，要进行防护，需借助人工，结合土壤的性能，将边坡修整成20 cm～30 cm台阶状，选用适宜当地气候条件的植物进行防护。例如：在雁北地区温差大，土壤贫瘠、干旱，因此通常先用紫穗槐、沙棘、柠条等根系发达、耐干旱、耐贫瘠、抗逆性强、防护作用持久的优良灌木进行成苗种植，形成边坡防护体系，防止径流冲刷。在宜林路段，坡脚可栽植高大乔木，以保证坡脚的稳固。 2.1.2 砂砾土边坡 砂砾土边坡易侵蚀，栽植灌木、乔木施工难度大且会造成边坡不稳定的倾向，为此通常选用一些适宜的草本植物来防护。如鸢尾科多年生草本植物马蔺。马蔺直立丛生，植株高（即叶长）约30 cm，根系发达，抗性和适应性极强，耐盐碱、生命力强、耐践踏，而且具有极强的抗病虫害能力，不仅在马蔺植被中从不发生病虫害，而且由于它特殊的分泌物，使其与
顺层岩质边坡变形破坏规律的分析 解联库1,杨小聪1,杨天鸿2,唐春安2,郭利杰1 (11北京矿冶研究总院,北京 100044; 21东北大学资源与土木工程学院,沈阳 110004) 摘 要:使用RFPA 边坡版有限元分析程序分析含软弱结构面的顺层岩质边坡的变形破坏情况。结果表明,边坡的破坏主 要是沿滑动面附近的软弱结构面萌生并扩展,含多组软弱结构面的顺层岩质边坡下沉曲线具有呈阶梯式变化的特征。这对在安全位置监测边坡位移变化从而了解整个边坡的变形破坏有积极意义。 关键词:采矿工程;顺层边坡;RFPA 边坡版;软弱结构面;阶梯式变化 中图分类号:TD85416 文献标识码:A 文章编号:1001-0211(2007)02-0075-05 收稿日期:2006-11-24 基金项目:三峡大学防灾减灾实验室开放基金资助项目 (2002ZS03) 作者简介:解联库(1972-),男,陕西兴平市人,工程师,硕士,主要 从事边坡稳定性分析及采矿工程等方面的研究。 岩体经过漫长地质演化作用,在其内部形成大量断层、节理、层理等地质弱面。这些地质弱面对岩质边坡的变形破坏以及边坡的稳定起着明显地控制作用[1-4] 。由于结构面是控制岩石变形、破坏的主 要因素,因此,在岩质边坡稳定性分析中,准确考虑结构面的影响是十分重要的。 因为岩体本身结构的复杂性,其软弱结构面分 布十分复杂,但大多都具有一定的规律性。其往往是成组分布,多组交叉。在评价结构面对边坡变形及边坡稳定性的影响时,要特别注意结构面的产出状态与边坡面的相互关系。冯君等[5-6] 采用多层 结构模型,对影响顺层岩质边坡稳定性的部分因素进行了分析,给出了顺层边坡的定义。张菊明等[7] 从动力学角度对层状岩体边坡的稳定性进行研究,丰富了边坡稳定性研究的内容。郑颖人等 [8] 利用 有限元强度折减法对节理岩质边坡进行稳定性分析,为节理岩质边坡稳定分析开辟了新的路径。刘小丽等 [9] 采用机动位移法和能量系数对含多个柔 软夹层的岩体边坡的稳定性进行评价,并用极限平衡法验证该方法的可行性,为边坡稳定分析提供了一种新的便捷、有效方法。 利用能够分析岩石破坏过程的RFPA 边坡版有限元程序,对顺层岩质边坡的变形破坏及稳定性进行分析。通过对含软弱结构面的顺层岩质边坡变形破坏进行分析,发现边坡的破坏主要是沿滑动面 附近软弱结构面进行的,得到了一些新颖的和有意义的结论。 1 RFPA 边坡版分析程序简介 所用的RFPA 边坡版是可以分析岩质边坡变形破坏过程的有限元强度折减程序。其可以考虑岩石材料的非均匀性,首先把岩石离散成适当尺度的细观基元,按照给定的Weibull 统计分布函数对这些基元的力学性质进行赋值,这些细观基元可以借 助有限元法来计算其受载条件下的位移和应力,破坏准则选用摩尔-库仑准则和最大拉应力准则,可以考虑岩石材料的剪切破坏和拉伸破坏[10]。RFPA 边坡版分析程序采用有限元强度折减法,就是在弹塑性有限元计算中将岩土体强度参数逐渐降低直到其产生破坏,程序可以自动根据其弹塑性计算结果得到边坡的动态破坏过程及自动搜索破坏时滑动面。 RFPA 边坡版中稳定性系数的定义和传统的弹塑性有限元边坡稳定性系数的定义在本质上是一致的,不同之处在于传统的弹塑性有限元法破坏准则采用摩尔-库仑屈服准则,只考虑了材料的剪切破坏,而RFPA 边坡版中考虑了材料的非均匀性,破坏准则选用摩尔-库仑准则和最大拉应力准则,可以考虑材料的剪切破坏和拉伸破坏,可以动态模拟岩体的渐进破坏过程,使得RFPA 边坡版在岩石材料破坏机理的分析上更为全面。 RFPA 边坡版中基元在理想单轴受力状态下满足的剪切损伤与拉伸损伤本构关系如图1所示,图1中:f c 0-基元的单轴抗压强度;E c 0-基元的最大压缩主应力达到其单轴抗压强度时对应的最大压缩 第59卷 第2期 2007年5月 有 色 金 属Nonferrous M etals Vol 159,No 12 M ay 2007
收稿日期:2008 06 11 基金项目:国家自然科学基金重点项目(50539110)国家重点基础研究发展规划973项目(2002CB412707)作者简介:郑文棠(1981 ),男,福建尤溪人,博士研究生,主要从事岩石边坡工程方面的研究工作,(电话)025 ********(电子信箱)w tzh eng @https://www.doczj.com/doc/9014877942.html, 。 文章编号:1001 5485(2008)05 0115 05 复杂楔形体组合下的岩质高边坡稳定分析 郑文棠1,徐卫亚1,张治亮1,曾 涛1,吴关叶2,徐建强2 (1.河海大学岩土工程研究所,南京 210098; 2.中国水电顾问集团华东勘测设计研究院,杭州 310014)摘要:金沙江白鹤滩水电站左坝肩下游岩质高边坡受多组楔形体组合,其在拱端推力下的稳定性及工程施工下对左坝肩岩体的影响,对该工程意义重大。探讨了基于三维可变形离散元和大变形拉格朗日有限差分法相结合的方法,从定性和定量分析的角度,分析了白鹤滩水电站左坝肩下游楔形体的破坏运动模式、先后解体顺序、拱端推力下及工程施工下的稳定性及对左坝肩岩体的影响。根据上述两方法相结合的数值分析结果(安全系数小于1.1),并结合现场工程地质评价,认为在自然边坡及蓄水条件下,左坝肩下游高边坡属于潜在不稳定边坡,需进一步研究。关 键 词:岩质高边坡;三维可变形离散元;白鹤滩水电站;楔形体中图分类号:T U 457 文献标识码:A 1 概 述 高边坡问题可能影响到坝址坝线位置的选择和调整,坝型和枢纽布置方案,以及施工设计方案的选择和确定,必须在整个工程的规划设计中加以考虑。例如,我国黄河拉西瓦拱坝,由于左岸高边坡 号变形体的影响而将坝线调整上移[1]。因此工程枢纽区的高边坡问题必须予以重视,并根据其影响程度展开相应的地质力学分析工作。 拟建的金沙江白鹤滩水电站左坝肩下游高边坡由多组陡倾角断层和缓倾角层间错动带切割,形成多处不稳定块体,如图1所示。由于其坡高大于300m,属于特高边坡,分布于一级枢纽工程的水工建筑物下游,其重要性和失事后的危害程度属于 A 图1 左坝肩下游高边坡三维可视化CAD 模型示意图Fig.1 3D visualization CAD model of left intake rock slo pe 类 级边坡。因此如何采用适宜的分析方法评价其 稳定性尤为重要。 岩质边坡稳定性的分析方法可以分为两大类[2,3]:一种基于连续介质力学,如有限差分法FDM 、有限单元法FEM 等;另一种基于非连续介质力学,如刚体极限平衡法LEM 、离散元法DEM 、非连续变形分析法DDA 等。现今文献主要采用其中某一种数值方法来分析岩质边坡天然状态及工程施工下的稳定性,而多种数值方法的互相补充,综合分析,且考虑边坡与建筑物之间的相互影响则较为少见。白鹤滩水电站左岸下游高边坡级别高,岩体结构复杂,其遵循的 水电水利工程边坡设计规范DL/T5353-2006 [1]就指明必须采用两种以上的数值分析方法,包括有限元、离散元等方法进行变形稳定分析,综合评价边坡在自然状态、拱端推力及工程施工下的变形与抗滑稳定安全性。 本文首先采用非连续数值方法定性分析楔形体天然状态下的破坏运动模式、先后解体顺序及失稳范围。然后基于连续介质力学方法进一步定量分析多因素效应下边坡应力位移的分布规律。定量分析采用包括拱坝及工程处理措施下的大区域三维模型,将拱端推力的作用效果反映在边坡中,结构面采用实际厚度的薄层六面体单元模拟,通过强度折减 法及点安全度法分析边坡楔形体在自重作用、拱端推力及工程开挖下的变形和安全度。 第25卷第5期长 江 科 学 院 院 报 Vol.25N o.52008年10月 Journal of Yangtze River Scientific Research Institute Oct.2008
6 边坡工程地质问题 本章要点： 岩（土）质边坡工程地质问题、岩体稳定的结构分析—赤平极射投影图法 学习目标： 会分析岩（土）质边坡破坏类型；了解边坡稳定性分析方法 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。斜坡的形成，使岩土体内部原有应力状态发生变化，出现坡体应力重新分布，主应力方向改变，应力又产生集中；而且，其应力状态在各种自然营力及工程影响下，随着斜坡演变而又不断变化，使斜坡岩土体发生不同形式的变形与破坏。不稳定的天然胁迫和人工边坡，在岩土体重力、水及震动力以及其它因素作用下，常常发生危害性的变形与破坏，导致交通中断、江河堵塞，塘库淤填，甚至酿成巨大灾害。 根据组成边坡的主体材料不同，边坡可分为土质边坡和岩质边坡两种，而这两者主体材料的结构、性质差别很大，其存在的工程地质问题也不相同，需要分开进行研究。 边坡的稳定是一个比较复杂的问题，影响边坡稳定性的因素较多，简单归纳起来有边坡体自身材料的物理力学性质、边坡的形状和尺寸、边坡的工作条件及边坡的加固措施等几个方面。 6.1 岩质边坡工程地质问题 6.1.1岩体结构及稳定性分析方法 一、岩体结构 存在于岩体中的各种地质界面，如岩层层面，裂隙面、断层面、不整合面等，统称为结构面。岩体受结构面切割而产生的单个块体(岩块)称为结构体。所谓岩体结构，就是指岩体中结构面和结构体两个要素的组合特征，它既表达岩体中结构面的发育程度组合，又反映了结构体的大小、几何形式及排列。 大量的工程实践表明，无论是边坡岩体的破坏，地基岩体的滑移,还是隧洞岩体的塌落等，大多是沿着岩体中软弱结构面发生的。也就是说．岩体受工程作用力的破坏过程，主要是结构体沿结构面的剪切滑移、拉开以及整体的累积变形和破裂。因此,从岩体结构的观点分析岩体稳定问题，首先应研究结构面和结构体的类型及其特征。 1、结构面及类型 按其成因可分为沉积结构面、火成结构面、变质结构面、构造结构面和次生结构面五类。其主要特征见表6-1。 2、结构体及类型 不同形式的结构体的组合方式决定着岩体结构类型。常见的岩体结构类型可划分为块体结构、镶嵌结构、碎裂结构、层状结构、层状碎裂结构和等六类。其主要特征见表6-2。 二、岩体稳定性分析方法 在公路工程实践中，遇到的各种各样工程地质问题，归纳起来，主要就是路堑边坡稳定问题以及路、桥地基稳定问题和隧道围岩稳定问题。这三方面的问题，实质上就是一个岩体的稳定问题。所谓岩体稳定，它是一个相对的概念，是指在一定的时间内、一定的自然条件和人为因素的影响下，岩体不产生破坏性的剪切滑动、塑性变形或张裂破坏。 岩体稳定分析，目前一般多通过岩体结构分析、力学分析及对比分析进行，三者互相结合，互相补充，互相验证，作出综合评价。
监督和检查，严格按施工规范的要求去做，一定能收到好的效果。 合理设置桥涵构造物 设置桥涵构造物应充分考虑填方路基的地质情况，填方向高度、路堤长度、填料来源及路堤沉降问题，选择适当的桥涵位置、跨径及桥背防护工程，力避大河面小跨径桥涵。 加固处理桥梁台背填筑前的地基处理好台背软弱地基，是控制桥头跳车的重要措施，对软基处理目前国内已有换土法、超载预压法、减少附加应力法、排水固结法、深层搅拌法和高压喷射注浆法、振动碎石桩法等处理方法，都是行之有效的方法，可以根据实际情况应用，以改善地基性能提高承载力，减少沉降，缩小桥台与路堤的沉降差，避免错台，另在处理后的基底顶面宜设置横向泄水管或盲沟。 泄水管。即先在基底顶面填筑3～4%的夯实粘土横坡土拱，再在其上挖一宽×深为40-60cm×30-50cm的双向地沟。然后在台背后全宽范围内满铺一层油毡或尼龙薄膜下垫层上盖油毡 的隔水材料，在地沟内四周再铺设直径 ≮10cm、有孔径为5mm小孔硬塑料泄 水管，布成梅花形，间距控制在10cm 内，其出口应伸出路基或桥头锥坡外。 在硬塑料管四周再填筑粒径较大、透水 性好的材料，再对台后分层填筑至路面 基顶面。 盲沟。设置与上相同，不采用泄 水管，而以渗透系数大的秀水材料（如 大粒径碎石），利用土工布包裹出口处 作必要的处理。 综合治理桥头跳车 提高地基承载力 对于原地面2m以下孔隙率大、承 载力低的地段，采用了水泥搅拌桩、旋 喷桩等措施进行加固处理。采用高压旋 喷桩加固时，钻孔尺寸可以为5cm，以 后每排旋喷桩的旋喷深度递增1m，直 到进入淤泥层下0.5m为止。这样的排 列方式能够形成一个比较平缓的过渡 段，以免形成新的不均匀沉降，即在加 固区与未加固区之间出现沉降差。 超载预压 对于桥涵桥头全部修好后，利用 冬季对回填部分高填路基段采用了比设 计高程高出1.2～1.5m的土方超载预压 方式来加速自然沉降。 液态粉煤灰回填 液态粉煤灰有较好的流动性，粘液 状态下自然沉降即可达到密实状态，施 工工艺简单，无需振捣和碾压，同时它 又具有较高的强度和自重轻的特点，在 保证有较高承载力的同时，降低了台背 地基的压缩沉降，工期短、成本低。一 般配比为水泥：粉煤灰：水=（8-12）： （92-88）：60，外加水泥用量0.7%的 MF22型高效早强减水剂，经7天强度检 测可以达到了0.7MPa以上。是一种很有 潜力的很实用的回填方法，值得推广。 虽然高等级公路桥头跳车产生的原因是 多方面的，但只要根据工程实际，采用 适当的措施，就能将高等级公路桥头跳 车病害降到最低程度。 作者单位：保定市公路管理局 边坡破坏的主要型式与机理公路下边坡。路基下边坡一般为填土路堤。受力稳定的路堤边坡的破坏，主要表现为边坡坡面及坡脚的冲刷。坡面冲刷主要来自大气降水对边坡的直接冲刷和坡面径流的冲刷，使路基边坡沿坡面流水方向形成冲沟，冲沟不断发展导致路基发生破坏；沿河路堤及修筑在河滩上、滞洪区内的路堤，还要受到洪水的威胁，这种威胁表现为冲毁路堤坡脚导致边坡破坏。 公路上边坡。上边坡是人工开挖的斜坡，其强度应满足稳定边坡的要求，这样的稳定边坡在降雨、融雪、冻胀，及其它形式的风化等作用下，边坡主要破坏形式为冲刷、崩坍等。冲刷破坏一般发生于较缓的土质边坡，如砂性土边坡、亚粘土边坡、黄土边坡等，在 大气降水的作用下，沿坡面径流方向形 成许多小冲沟，如不采取任何防护措 施，有逐年扩大的趋势；在边坡坡脚， 冬季往往发生积雪，造成坡脚湿软， 强度降低，上部土体失去支撑，发生破 坏；同时，高速行驶的汽车溅起的雨雪 水，也冲刷坡脚。总之，土质边坡的坡 脚部位，是边坡的最薄弱环节。 在唐丰快速路施工中，边坡防护 设计采用了四种不同的防护形式，分别 是直接植草护坡、拱型骨架砌石结合植 草护坡、方格网骨架砌石结合植草护 坡、六棱型预制环结合植草护坡。另 外，为探索新的防护方法，唐丰快速路 建设指挥部就新型防护材料，三维固土 网垫结合植草防护做了试验。 直接植草防护 直接植草防护一般适用于边坡较 低的路段，其优点是方法简单，施工方 便，成本较低。但是直接植草防护有很 大的弱点，特别是在撒播草籽后，草籽 容易受风吹雨淋等因素的影响而大量流 失，导致坡面植草覆盖率很低，同时坡 面又没有任何的加筋处理，经过雨季 时，在暴雨和径流的冲刷下易导致坡面 破坏，因此防护可靠度低。适应于坡度 较小、坡面较短且具有集中排水措施的 高速公路边坡防护。 拱型骨架砌石结合植草防护 这种护坡方式是克服了鱼鳞状砌 石防护排水抗冲刷能力弱和圬工用量大 的缺点，并且最大限度的绿化坡面。优 H IGHWAY现代公路 边坡防护的形式及其优缺点文 / 王玉洁 TRANSPOWORLD 2012 No.24 (Dec) 176
某土岩混合边坡破坏模式及支护措施探讨 发表时间：2018-01-10T15:14:54.617Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第23期作者：段荣福 [导读] 随着城市建设的发展，建筑边坡的高度和规模越来越大。 建材广州地质工程勘察院广东广州 523129 摘要：土岩混合边坡的可能破坏模式包括土质边坡的近似圆弧滑动方式、岩质边坡的软弱面控制的折线滑动或楔形体滑动方式和堆积体的浅层破坏直线滑动方式，对具体工程的不同部位需找出其控制性因素加以判定。局部注浆加固和设置深层泄水孔对处理土岩混合边坡局部问题是行之有效的方法。 关键词：土岩混合边坡；深层泄水孔；注浆加固；边坡支护 1概述 随着城市建设的发展，建筑边坡的高度和规模越来越大。对于山体开挖形成的人工边坡，其性质大多属于土岩混合边坡，其破坏方式有别与土质边坡的圆弧滑动破坏方式和岩质边坡的软弱面控制破坏方式。目前对土岩混合边坡破坏理论和计算模式的研究滞后于工程实践。通过本工程条件分析和方案选择，希望能为类似工程提供借鉴作用。 2工程概况和地质特点 某边坡位于广东省佛山市，山体最高处79m，自然坡度约30°-45°，开挖局部山体所得空间用于建造五星级酒店。酒店建筑依山体走势呈W型，边坡开挖面高度为20m-68m，沿W型坡底线长度约620m。边坡整体倾角约45°-60°，下部爆破开挖。受开挖难度、爆破震动和山体自然坡度等制约，在12m高度处留一宽度4m台阶，上部不再设置台阶，中部山体于45m高度处设置一平台，宽度约15m。 图一边坡平面图 本边坡为典型土岩混合边坡，其地质条件为：上部3-5m为坡积土，其下为强风化泥岩，厚度约10-20m，局部夹块石，再下为中风化泥岩，裂隙较发育。W型山体中部和两侧为山脊，中部两侧为山谷，左侧山体岩层为顺倾向，岩层面与水平面夹角约40°，右侧山体岩层为逆倾向，中部突出山体风化严重。从局部地质构造分析，右侧山谷处为一褶皱带，岩体扭曲和切割严重。土方开挖完成后两侧山谷和中部山体两侧有少量山水渗出。 3 边坡支护方案设计 3.1边坡破坏模式分析 土质边坡破坏的主要形式为近似圆弧滑动和坡面浅层滑动，岩质边坡的破坏形式主要为由结构面控制的滑动或结构面切割形成的楔形体滑动以及岩层面间薄弱夹层控制的平面滑动，土岩混合边坡可能的破坏形式为上述可能破坏形式的组合体。 根据本边坡地形地势和地质特点分析，边坡可能的破坏方式主要为坡面浅层滑动破坏、由岩层面和结构面控制的深层破坏及局部近似圆弧破坏，分述如下：左侧山体上部为浅层滑动破坏，下部为顺倾岩层面控制的深层破坏；中部山体两侧地质条件较差，可能为近似圆弧滑动破坏，中部山体右侧可能有顺倾岩层面控制的深层破坏；右侧山谷处褶皱切割作用强烈，存在块石滚落可能；右侧山体岩层为逆倾向，边坡体存在上部浅层滑动破坏和局部小结构面控制的楔形体破坏可能。 3.2边坡支护方案的选择 根据上述边坡可能的破坏形式选择相应的支护方案，具体措施为：对坡面浅层浮土和由于爆破松动的块石进行清除，调查出露的结构面和楔形体，对难以支护或影响施工安全的引导其自行垮塌；对坡面进行全面积锚杆支护；为控制深层破坏采用预应力锚索+腰梁支护；采用坡顶截水沟+竖向排水沟+坡底排水沟+坡面泄水孔组成边坡截排水系统。采用坡顶水平位移点+坡面水平位移点+锚索应力计组成边坡监测系统。对台阶以下部分中风化岩层非爆破开挖形成的垂直边坡采用挂网喷砼面层+格构梁+预应力锚索支护方式。 3.3支护方案参数设计 根据计算及类似工程经验，全面积布置锚杆长度为8-10m，间距为2m×2m，预应力锚索竖向间距8m设置1排，水平间距3m，长度20m-35m，腰梁400mm×400mm，喷C20混凝土厚度100mm，挂Φ10钢筋网200mm×200mm。坡面泄水孔间距2m×2m。坡顶钢筋混凝土截水沟600mm×600mm，竖向排水沟600mm×1200mm。 3.4信息化施工 根据动态设计信息化施工原则，对施工过程进行监测。根据监测数据和施工中出现的问题及时修改设计方案和施工参数。施工中出现以下问题。 1、中部山体左侧岩土体监测位移过大，有滑动迹象。经分析该区域土体性质较差，下部岩体风化严重，岩层倾向为逆倾向，开挖后遇暴雨，存在浅层滑动可能。处理措施为：暂停该区域支护施工，待其自然垮塌后重新修坡支护。处理效果：5天后该部位出现浅层滑动，清除滑坡体后进行支护施工，效果良好。 2、中部山体右侧坡顶平台监测位移过大，坡顶出现裂缝。该区域土体性质较差，下层岩体风化严重，岩层倾向为顺倾向，节理发育，存在浅层滑动、近似圆弧滑动和顺岩层面平面滑动的可能。原则上清除该区域松散岩土体为最佳方案，后于业主协商为了整体景观效果尽量保留坡顶平台。处理措施：坡顶沿裂缝进行静力注浆，待变形温度后沿裂缝布置两排树根桩。树根桩要穿过潜在滑动面，长度约20m，
作业题1：简单平面滑动稳定分析 边坡高度40.000m，结构面倾角30.0°，结构面粘聚力30.0kPa，结构面内摩擦角30.0°，张裂隙离坡顶点的距离10.000m，裂隙水的埋深5.000m。边坡分4级，每级设2m宽平台，坡率分别为1:0.5，1:0.75，1:1，1:1。 岩层层数4层，各层参数如下： 序号控制点Y坐标容重锚杆和岩石粘结强度 (m) (kN/m3) frb(kPa) 1 32.000 18.0 80.0 2 18.000 16.8 100.0 3 4.800 17.0 150.0 4 -10.400 20.0 200.0 试求该人工边坡安全系数，如不稳定（<1.2），则请根据边坡锚固设置原则，设计适当的加固措施。
作业题2：二广高速某楔形体边坡稳定性验算 根据现场边坡开挖情况，地层揭露岩性主要由亚粘土及白垩系砾岩组成。第一、二级边坡为强~弱风化砾岩，褐红色，巨厚层状，强度较高；第三、四级边坡亚粘土~全风化砾岩，残坡积，红褐色。节理裂隙较发育，有多条X形节理，产状分别为（1）213°∠38°、（2）305°∠52°。裂隙（1）局部岩屑与泥质充填，胶结程度一般；贯通裂隙（2）岩屑与泥质充填，胶结程度较差。两组裂隙延伸长度不等，长者达30m左右，裂隙水沿楔形体底部渗出。X节理相互切割，极易发生楔形体滑动破坏。 根据地质调查结果，初步根据砾岩结构面结合程度和夹岩屑与泥的情况，取结构面粘结强度25kPa，内摩擦角28°。坡面倾向250°，倾角55°，破顶面倾向250°，倾角18°，岩体容重取为22 kN/m3。请计算安全系数与楔形体高度之间的关系，求临界的楔形体高度。
边坡治理工程地质勘察问题分析 【摘要】本文首先对边坡的概念进行简单的阐述，综合分析边坡治理的必要性、原则性以及边坡治理的意义，进而对边坡治理工程的地质勘察进行分析，最后结合实例探讨分析某边坡工程失稳事故的地质勘察。 【关键词】边坡治理；地质勘察；边坡失稳 我国各地的地质条件不一，地质环境也很复杂，多地的公路工程常会因多种因素的影响而造成滑坡、边坡失稳等现象，给国家和人民的生命财产带来严重损失，因此受到人们的关注。为了减少边坡失稳事故，就必须严抓边坡治理工程中的各个环节，并从地质勘察的工作中分析边坡工程的风险因素，从而更好的对边坡进行控制、管理和防治。对边坡工程进行地质勘察，首先可以查明边坡工程的地质条件，这对边坡的设计有一定的帮助，进而分析边坡工程可能产生的破坏模式，通过风险因素的分析制定相应的改进和防治措施。 1 边坡治理工程 1.1 边坡的概念 1.1.1 边坡的概念 边坡是由人工或自然形成的一种斜坡，也是地质工程中常见的一种工程形式。然而边坡常会因各种因素的影响而造成重大灾难事故，例如泥石流滑坡、工程坍塌、崩塌、剥落等事故，这些事故常会给人们造成巨大的生命财产损失，也会影响国家的基本秩序和稳定和谐。我国大部分的基础工程中都会涉及到边坡工程的问题，例如公路建设、水利建设、矿山建设等，只有正确认识了边坡问题，对边坡进行合理的设计和治理，才能有效的降低灾害的破坏力。 1.1.3 边坡失稳的分类 在研究边坡的稳定性时一般从两个方面进行分析，土质边坡失稳以及岩质边坡失稳。土质边坡有天然土坡和人工土坡两类，这类边坡发生失稳现象主要是因为剪力遭到破坏，外部影响因素多为地震、降雨以及人类活动等，失稳模式主要有：边坡土体沿土体内部发生圆弧型滑移和沿岩土界面或地面线发生折线型滑移。岩质边坡是在自然作用或人为作用的情况下使岩体形成的具有一定倾斜度的临空面，岩质边坡的失稳具有较大的危害性，对周边的建筑物以及人民可造成巨大的生命财产的损失，主要是因为应力场失衡导致边坡发生位移，内部影响因素为岩体自身的强度参数、边坡的结构特征等，外部影响因素除了地震、降雨以及人类活动外，还与温度变化、雨旱交替等因素有关。岩质边坡破坏模式主要有：滑移型和崩塌型。滑移型破坏特征为沿外倾结构面滑移或沿极软岩、强风化岩、碎裂结构或散体状岩体中最不利滑动面滑移。崩塌型破坏特征为沿陡倾、临空的结构面塌滑；由内、外结构不利组合切割，块体失稳倾倒；岩腔上岩体沿结构面剪切或坠落破坏；陡立边坡，因卸荷作用产生拉张裂缝导致岩体倾倒。 边坡治理主要是为了尽可能的规避灾害的发生，从而减少生命财产和经济的损失。在进
一、土岩混合边坡分析 土岩混合边坡稳定性分析一般有四种: 1、上部土层及风化层内部的破坏（圆弧或折线，受土体强度控制，软件自动搜索最危险滑面）； 2、沿土岩交界面滑动破坏（土与风化层面或土、风化层与基岩面，受交界面强度控制，软件指定交界面进行计算稳定性，采用圆滑滑动（均质土体时）和折线滑动（覆盖层与基岩面时）两种计算）； 3、下部岩体结构面破坏（受结构面控制，平面或楔形体破坏，倾倒破坏也可能。先用赤平投影定性分析（龙海涛和理正结合使用），根据定性情况，若不稳定，则用理正进行定量稳定性计算（平面滑动和楔形体滑动））。 4、上部土体圆弧滑动，下部岩体沿结构面滑动破坏（分析了1和3后，二者都不稳定时，则对边坡整体进行计算，采用1的最危险滑动面与3的平面滑动面组合成上部圆弧，下部直线（层面、某节理裂隙或结构面组合的交线）的整体滑动面，采用传递系数法进行稳定性计算），则1.2.3.4得到四种稳定系数，根据稳定系数进行综合评价。 5、极软岩边坡可能受岩土体强度控制，也可能受结构面控制，故也应对边坡整体进行稳定性计算，采用圆弧滑动（简化毕肖普法）和折线滑动（传递系数隐式解法）分别进行计算。 6、若1.2稳定，3不稳定，则会发生下部岩体沿结构面滑动破坏，从而带动上部土体一起滑动破坏。故下部岩体稳定性很重要。 综合內摩擦角是对平面滑动的，若提粘聚力很小，甚至为零，只有內摩擦角，则破坏模式为平面滑动，如砂砾石层，岩层等。若判断破坏模式为圆弧滑动，则必须提粘聚力与內摩擦角，如破碎岩层、强风化层与上部土层可能发生圆弧滑动破坏。故，提不提粘聚力，可否换算成综合內摩擦角，取决于判断其破坏模式是圆弧还是平面滑动。 下部为极软岩的土岩混合边坡除按岩质边坡分析外，还需计算五种滑动面稳定系数，如下：（下部为硬质的边坡，可不计算整体圆弧滑动，整体折现滑动视基岩内部裂隙及破碎带
摘要：针对公路路基边坡破坏的形式及成因进行分析，阐述了路基边坡防护的措施。 关键词：路基边坡；破坏；防护；措施 一、路基边坡破坏表现形式及成因 1.路基边坡破坏 主要表现为边坡坡面及坡脚的冲刷。坡面冲刷主要来自大气降水对边坡的直接冲刷和坡面径流的冲刷，使路基边坡沿坡面流水方向形成冲沟，冲沟不断发展最终导致边坡破坏，进一步造成路面塌陷，直接影响了行车的安全。沿河路堤及修筑在河滩上滞洪区内的路堤，还要受到洪水的威胁，这种威胁表现为直接冲毁路堤坡脚，导致边坡破坏。边坡破坏还与路基填料的性质，路基高度，路基压实度有关。一般来说，砂性土路基边坡较粘性土边坡易于遭受冲刷而破坏；较高的路基边坡比较低的路基边坡更容易遭受坡面流水冲刷；压实度较好的边坡比压实度差的边坡更耐冲刷。冲刷破坏一般发生在较缓的土质边坡上，如砂型土边坡，亚粘性土边坡，黄土边坡等。在日常大气降水和风化作用下，沿坡面径流方向形成许多水冲沟，如平常不注意养护或养护不到位，日积月累，逐年扩大。加上冬季积雪，造成坡脚湿软，路基强度降低，上部土体失去支撑，最终发生破坏。同时，高速公路行驶的汽车溅起的雨雪水，也会冲刷坡脚。因此，对土质路基来说，边坡坡脚是边坡的最薄弱环节，应加强养护。 2.路基边坡坍塌 一般分为三类；滑动型、落石型、流动型坍塌。这三类情况可单独存在，也可同时在一种情况中出现。滑动型坍塌，在路基挖方段，尤其在深挖石质地段，由于岩层在外力的作用下剪断，沿层间软石发生顺层滑动，造成坍塌。施工爆破开挖破坏了原来岩体的稳定性，当基岩上有岩屑层、岩堆等松散堆积物时，堆积物也易沿岩层的层理面、节理面或断面层发生坍塌。落石型坍塌，一般指较陡的岩石边坡，易产生落石的岩石必然是节理、层里、断层影响下裂隙发育，被大小不一的裂面分割成软弱的短块。裂隙张开的程度，肉眼看不出来，在平常的养护中，也很难发现。由于渗水，反复冻融，造成长时间的微小移动，裂缝逐渐扩大。在夏季，雨水会经常充满裂缝，产生侧向静水压力作用。最终造成坍塌。一般裂隙发育岩体、硬岩下卧软弱层'更易发生落石现象，此类破坏形式对行车安全构成很大威胁，必须严格控制。在日常养护中应加强巡视，尽早发现，提前处置。流动型坍塌，为砂、岩屑、页岩风化土等松散沉积土，由于大雨冲刷，产生流动造成坍塌。下雨造成的坍塌，多为这类坍塌，在日常养护中很容易发现应及时处置。由上分析，在边坡防护设计中，既要做好坡面防护设计、排水防水设计、控制好水的问题，又要根据地质条件、岩体性质、岩层状况，边坡高度，做好边坡坡面设计。 二、坡面防护――植物防护 坡面防护主要是用以防护易于冲蚀的土质边坡和易于风化的岩石边坡，应根据边坡的土质、岩性、水文地质条件、坡度、高度及当地材料，采取相应防护措施。坡面防护包括植物防护和工程防护。 植物防护一般采用种草、铺草皮和种植灌木。高等级公路建设中，坡面植物防护往往与砌石或空心混凝土预制块（或煤渣空心砖）铺筑的网格工程相结合。工程防护适用于不易于草木生长的岩石面上。一般采用框格、抹面、捶面和喷桨、坡面护墙、护坡等框格防护用混凝土、浆砌片（块）石等材料，在边坡上形成骨架，提高边坡表面粗糙度系数，减缓了水流速度。根据美观需要，框格可做成各种造型：六角形混凝土块、浆砌片石拱形、浆切片石或预制块作成的麦穗形等。除对路基边坡有一定的防护作用外，还对路容有一定的美化效果。由于在边坡中镶槽镶进，有一定的施工难度。目前，仅在互通式立交桥范围，重要景点附近使用。注意，在施工前，应将坡面上的杂质、浮土、松动石块及表层风化岩体等清除干净。抹面、捶面防护，由于使用年限短，现在的高速公路很少使用。当路基较低时，采用抹面防
摘自《我国岩质边坡变形破坏的主要地质模式》 一般来说边坡变形破坏的地质模式应该包括以下主要内容: 1、边坡的基本地质条件，诸如区域地质背景，岩体结构及岩体介质结构特性，岩体的力学特性等，它们是决定边坡变形破坏地质模式的地质基础或物质基础; 2、影响边坡稳定的各种人为动力因素(地下开采、坡脚切层开挖、爆破震动)及天然动力因素(大气降雨及地下水状态的变化、区域构造应力特征); 3、边坡结构形式(顺倾边坡、反倾边坡等); 4、边坡岩体变形发展的过程及其特点; 5、边坡的失稳破坏方式. 应该指出，岩体结构、岩体介质结构以及边坡结构相互之间既有联系又有明显差别的不同概念.岩体结构主要决定于岩体中结构面及结构体的组合特征.岩体介质结构则指不同力学性质的岩体在空间的组合特性.边坡结构则主要反映了边坡与岩层产状之间的空间组合关系. 影响边坡穗定性的因素是多方面的，不但包括边坡岩体的介质结构、边坡结构、岩体结构、区域性地质背景、构造应力特征及构造条件等地质因素，而且包括各种人为的及自然的动力因素.这些动力因素主要是地下开采的扰动及坡脚切层开挖、爆破震动及地下水的作用等.地质条件虽然是决定或影响边坡定性的基础，但边坡的急剧变形或破坏都与各种人为的、天然的动力因素，有着密切的关系.大气降雨及水库蓄水是主要的自然动力因素，导致地下水状态的变化，减少了滑面的法向应力，降低了岩体的强度，改变了边坡岩体的稳定状态.就人为的动力因素来看，地下开挖显然有重要的影响，不但扰动破坏了上复岩体，且增加了岩体的渗透性，对边坡的变形破坏起到加速作用对于矿山边坡来说，爆破的动态效应对边坡的稳定亦有重要的影响，不但直接损害了岩体的完整性，且在重复爆破条件下，边坡岩体可能产生疲劳破坏，从而加速边坡破坏的过程. 摘自霍克布朗《岩石边坡工程》 为了使滑动沿单一平面发生，必须满足以下的几何条件: a.滑动面的走向必须与坡面平行或接近平行(约在+-20°的范围之内)。 k7。破坏面必须在边坡面露出，就是说它的倾角必须小于坡面的倾角 C。破坏面的倾角必须大于该面的摩擦角 d.岩体中必须存在对于滑动仅有很小阻力的解离面，它规定了滑动的侧面边界。另 一种可能的情况是，破坏在穿通边坡的凸出的“鼻部”的破坏平面上发生。 分析二维边坡问题时，通常是考虑与边坡面正交的一个单位厚度的岩片。这就是说，滑动面的面积可用穿过边坡垂直断面上可见的滑动线长度来代表，而滑动块的体积可用在垂直断面卜表示该块体图形的面积来代表。 摘自《基于RS理论的岩质路堑边坡稳定性研究》 边坡变形破坏模式RS判定 边坡变形破坏模式的确定，主要分两步进行:首先是对边坡岩体结构类型的确定;在此基础上再进行边坡变形破坏模式的判定。其主要过程如图4一1所示。
边坡支护的设计及类型 随着经济的发展与人们居住环境要求的提高，近年来我国建筑、市政等工程得到飞速发展。在都市中，寸土如今，因而在建筑向高空发展的同时，地下空间的利用也成为一个重要方向。高层及多层建筑的地下室、地下商场、地下车库、地铁车站等工程施工，都面临深基坑工程。如日本某工程的圆形基坑的深度已达74m，直径最大的基坑达98m。在国内，上海88层的金茂大厦，基坑平面尺寸为170m×150m，基坑开挖深度达19.5m；润扬大桥南汊桥北锚碇基坑开挖深度达54m。北京财源国际中心建筑地上19层，高83m，地下7层，开挖的深度达29.06m。基坑与相邻建筑物的距离也越来越近，如上海的汇京广场，围护结构与相邻建筑最近的距离仅40cm。 据统计，深基础工程的造价一般为整幢高层建筑总造价的20%—30%，深基坑支护结构的费用约占工程总造价的10%左右。高层建筑的迅速兴起，促进了深基坑边坡支护技术的发展。其施工经验、新技术、新结构、新工艺不断涌现，本文就边坡支护技术作一系统的探讨。 边坡支护技术的设计原则： 基坑的设计必须由资质较高、专业能力较强的单位承担，以保证设计方案的合理与安全。基坑支护结构与工程地质、水文地质及周边环境密切相关。应根据工程所在的当地经验、施工工期、季节等合理设计。同时，边坡支护技术是一门实践性、经验性强的学科，支护结构是临时性工程，希望能用最少的价格取得最合理的效果。只要能保证达到预期的效果，保证基坑安全，设计人员可以按当地或自己积累的经验进行设计，以达到安全与经济的最佳平衡。安全可靠性、经济合理性、施工便利性和工期保证性构成了边坡支护设计方案的基本技术要求。 边坡支护的目的： 1）确保基坑开挖和基础结构施工安全、顺利。 2）保证环境安全。即确保基坑临近地铁、隧道、管线、房屋建筑等正常使用。 3）保证主体工程地基及桩基的安全，防止地面出现塌陷、坑底管涌等现象。 边坡支护：为保证边坡及其环境的安全，对边坡采取的支挡、加固与防护措施。 常用的支护结构型式有： 1、重力式挡墙； 2、扶壁式挡墙； 3、悬臂式支护； 4、板肋式或格构式锚杆挡墙支护； 5、排桩式锚杆挡墙支护； 6、锚喷支护； 7、坡率法。
第一章绪论 1.1 引言 随着国民经济的发展，水利建设，交通运输和国防工程等建设工程中所遇到的岩质边坡稳定性问题也相应地增多。由于工程建设的需要，往往在一定程度上破坏或扰动原来较为稳定或岩体而形成新的人工边坡，诱发新的地质灾害。地质灾害已经成为制约我国经济及社会可持续发展的一个重大问题。 岩质边坡滑坡作为地质灾害中一个十分突出的问题，给国民经济建设的各个部门带来了严重的干扰和损失。1993年三峡库区巫溪县南门岩体崩滑造成200余人丧生。2000年彭水县山体滑坡造成70余人丧生。2004年12月11日，雨台温高速公路柳市附近突发大面积山体滑坡事故。滑坡的山体高约100m、宽约70m.甫台温高速公路70余米的路段完全被滑落的大石封死，致使温州大桥白鹭屿至乐成镇一段的高速公路双向车道全部瘫痪。地震作用诱发的边坡滑动和坍塌也是常见的灾害之一。特别是在山区和丘陵地带，地震诱发的滑坡往往分布广、数量多、危害大。 我国是一个多地震的国家，西部地区又是地中海一喜玛拉雅地震带经过的地方，是亚欧大陆最主要的地震带，也是我国地震活动最活跃的地区，因地震而导致的滑坡灾害非常严重。大量崩塌与滑动主要发生在多震的西部地区，而这些地区正是我国的水电能源和各种矿产资源的主要蕴藏地。随着国家西部大开发战略的实施，将加速对西部地区水电、矿产资源开发、及公路、铁路等基础设施建设，愈来愈多的工程(如水电、矿山、能源、核废料储存及溶质运移)都建设在岩体之上，几乎所有的土木工程建设都涉及到边坡的动力稳定问题。 在大多数岩体力学问题的研究中，都假定岩体在外力作用下是静止的，所以，考虑问题的角度也一般是从静力学角度出发，其结果与实际情况不尽相符，往往对结果作一些折减。通常，在许多实际情况中，荷载常具有动力特性，如上所述的地震滑坡灾害等，沿用静力学的原理和方法来求解这类问题，结构的动载特性无法反应出来，这显然是不合适的。例如，在地震作用和影响下，岩质边坡的稳定;隧洞围岩和衬砌结构的安全;筑造在岩层中的导弹发射竖井能否继续使用;修建大型水库以后是否存在诱发地震的可能性，以及在诱发地震一旦发生时，大坝
第一章功能概述 理正岩质边坡（稳定）分析软件主要功能是分析计算简单平面、复杂平面、简单三维楔体岩质边坡的稳定计算及相关的分析。 考虑的因素包括：岩体结构的结构面、裂隙、裂隙水、外加荷载、锚杆及结构面的抗剪强度、地震作用等。 简单平面稳定问题： 1）利用极限平衡法及莫尔－库仑准则进行分析，计算岩体的稳定安全系数、设计锚杆、及反分析滑面的抗剪强度指标； 2）可分析坡角、坡高、裂隙水等与安全系数的关系曲线； 3）可按几种不同方法计算岩石压力等。 复杂平面稳定问题： 1）对于不加锚杆、不加外部荷载的情况可采用Sarma法计算安全；对于有锚杆、有外部荷载的情况只能采用通用方法（扩展Sarma法）计算安全系数，这是理正依据Sarma法改进的公式计算安全系数； 2）分析计算临界地震加速度系数； 3）分析计算临界地震加速度系数与安全系数的关系曲线等。 简单三维楔体稳定问题： 1）利用空间张量法分析空间三维楔体的形状，并分析三维楔体在体积力、锚杆力、地震作用、外加荷载等作用，考虑结构面的抗剪强度，计算三维楔体的稳定系数； 2）分析在给定安全系数的条件下，计算锚杆的最小拉力等。
第二章快速操作指南 2.1 操作流程 理正岩质边坡稳定分析软件的操作流程如图2.1-1，每一步骤都有相对应的菜单操作。 图2.1-1 操作流程 2.2 快速操作指南 2.2.1 选择工作路径 图2.2-1 指定工作路径 注意：此处指定的工作路径是所有岩土模块的工作路径。进入某一计算模块后，还可以通过按钮【选工程】重新指定此模块的工作路径。 2.2.2 选择岩质边坡型式 选择参与计算的岩质边坡型式，选择界面如下图：
基于赤平极射投影法的岩质边坡破坏模式预测研究 赤平极射投影是一种能够表示线、面方位和运行轨迹的比较直观的地质科学计算方法，本文就使用赤平极射投影法来分析边坡变形破坏模式以及其历史的演变的整个过程，然后预测岩质边坡可能发生的破坏模式，应用与地质科学中对于边坡破坏模式和地质演变的研究。 标签：赤平极射投影法岩质边坡破坏模式地质演变过程 岩质边坡变形破坏的模式和坡体的地质结构面的空间组合息息相关，因此只要全面了解了岩质边坡结构面的空间几何关系，那么就可以准确的判断边坡的稳定性以及各种可能导致的失稳模式急性判断。而赤平极射投影法能够将边坡的空间结构的产状要素在同一个结构面上进行表达，然后可以绘制出一个比较大的赤平投影圈，然后通过边坡面和地质结构面的位置关系对变形破坏模式进行预测。赤平极射投影法不仅可以对地质结构的关系进行准确的表达，同时还可以综合考虑结构的间距、性质、延展性等情况，由于需要考量的因素比较多因此有时候所分析的模式与实际情况出现比较大的误差，然而赤平极射投影法对于结构面的表达时可以从成因到地质的发展整个过程进行表达，因此优势非常明显，所以在岩质边坡破坏预测的研究方面开辟了一条全新的方向。 1赤平极射投影概述 1.1赤平极射投影法的原理 1.1.1结构面的投影 图1中AFCP四点所组成的面是过球心的一个结构面，而BFP所组成的是赤道面，两个面相交于PF点，FGP所形成的投影是FPD所围成的圆弧和FP直线，其中DO指向圆心的方向是BPF的倾角方向。 1.1.2结构面直线投影 图2中直线向东倾角为40°，则该直线和求下半面的交点为G，而G点在赤平面上的投影点是H点，其中D点的方位就指的是直线倾伏角的方向，该直线的倾伏角的大小则是HD线段的长短距离。 1.2岩质边坡破坏模式的基本判断依据 岩质边坡破坏模式的最基本的类型包括四种：平面破坏；楔形破坏；圆弧破坏；倾倒破坏。 （1）平面破坏。平面破坏是最典型的边坡破坏模式，指的是滑体的倾倒方向和山坡保持一致，具有同一个滑面进行滑移，体面是岩体内部自行发育的结构