软泥岩井壁失稳原因与技术对策
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一、软泥岩的特点与钻井液技术对策
软泥岩属于层理裂隙不发育的岩体，地层组构特征：粘土矿物以伊蒙无序间层为主；大多属于第三系或白垩系地层，成岩程度低，呈块状，处于早成岩期；分散性强，回收率大多小于20%；阳离子交换容量高，15-30mmol/100g土；泥岩易膨胀，膨胀率高达20-30%；绝大部分地层属于正常压力梯度，极个别地区此类地层出现异常压力梯度；岩石可钻性级别低，小于1级～3级。
钻遇软泥岩地层的潜在井下复杂情况为：造浆性强，地层自造浆密度高，切力大，含砂量高；钻井过程中易缩径，起钻遇卡拔活塞，灌不进钻井液，处理不当易发生卡钻、井塌、下钻遇阻、划眼、蹩泵、井漏；阻卡井段固定，以700m～1500m井段最为严重。典型区块为我国东部油田明化镇组泥岩。
软泥岩中井壁不稳定发生原因：泥岩中伊蒙无序间层吸水膨胀、分散、缩径；高渗透砂岩形成厚泥饼；钻速高，环空钻屑浓度过高。
软泥岩中的钻井液技术对策：采用强包被的聚丙烯酸盐聚合物、两性离子聚合物、阳离子聚合物、正电胶阳离子聚合物、正电胶等类型钻井液；对于直径等于或小于f244mm的井眼，应采用低密度、低粘、低切钻井液，提高返速，使环空钻井液处于紊流；对于直径等于或大于f311mm的井眼，在保证钻屑携带前题下，应尽可能降低粘切，提高钻井液的抑制性与返速，降低滤失量，改善泥饼质量；控制环空钻屑浓度；搞好固控。
应用实例：BZ25-1油田。前期28口井钻井中使用的小阳离子钻井液(JFC)存在的主要问题为：机械钻速低、伴有憋泵抬钻具现象，并且钻井液的流变性难以调控，维护困难。
后期钻井过程中采用抑制性更强的聚合醇钻井液(PEM)，虽然聚合醇钻井液的抑制性和机械钻速提高了，但是井壁稳定和起下钻遇阻问题却更为突出，钻井时效反而降低，具体表现为以下几个方面：(1)明化镇组大段活性软泥岩地层钻进过程中憋钻、卡钻严重，倒划眼困难，甚至出现倒划眼时间超过钻井时间。(2)起下钻遇阻严重，基本都采用倒划眼的方式进行。(3)在泥岩井段地层钻进过程中钾离子消耗较快，必须及时补充KCl，只有维持钾离子含量大于15000mg/L才能控制聚合醇钻井液粘度的增长，因此一口井的KCl用量可能达到60-70吨。
根据BZ25-1油田现场情况及对活性软泥页岩井壁稳定机理进行分析，采用无机盐抑制的方法并不能从根本上解决活性泥页岩井壁膨胀、遇阻现象。井内的水基钻井液与活性泥页岩都存在着比较复杂的物理-化学作用，井壁失稳的物理因素主要有水力传递、渗透作用、离子和压力传递，化学因素主要有离子交换、膨胀压的改变。
室内研究认为适合于大段活性软泥页岩钻井的钻井液应具有如下特性：
1)钻井液应具有很好的携砂和润滑能力，能够有效地将钻屑带到地面，以避免钻屑在钻井液中停留过长而消耗处理剂并增加钻井液固相含量。
2)钻井液应在现场施工过程中具有强的包被抑制性，保证钻屑不水化分散和钻井液性能的稳定。
3)具有较高的固相容量限。
4)软抑制。这是钻井液设计思路的关键，传统的无机盐(尤其是KCl)抑制的方式不可取，不仅不能有效地抑制地层的水化膨胀，还会造成近井壁带硬化(硬抑制)，给起下钻带来一系列问题。室内研究采用软抑制，即通过研究合成具有适度分子量和高的正电荷的有机物作为抑制剂,通过正电荷压缩双电层抑制黏土水化膨胀，使近井壁地层不至于变硬。
5)在软抑制的基础上提高膜效率，可有效减缓压力的传递和滤液的侵入，进一步增强活性软泥页岩的稳定性。
室内研究最终优选了适合于大段活性软泥页岩地层的有机正电胶(PEC)钻井液。
二、软泥岩钻井的相关技术问题
(1) 钻井液体系的选择
对于软泥层的钻进，首先是钻井液体系的选择，要求钻井液必须具有强抑制性。(编者注：目前也有观点认为在软泥岩钻井中钻井液抑制性过高或过低都是不利的，但尚无量化标准)。目前，在钻软泥岩地层时，70% 以上用的是欠饱和/饱和盐水钻井液。这是因为盐水钻井液具有脱水作用，井壁处的泥岩遇盐水脱水、收缩，缓解了水化膨胀趋势，有利于井壁稳定。
(2) 冲蚀-蠕变的平衡
对于蠕变速率较小的情况，采用大排量、低粘切钻进，增大钻井液对井壁的冲蚀作用，冲蚀作用增大井径扩大率，并使井径扩大率的速率与蠕变缩径的速率基本保持在一个动态平衡状态。此过程要考虑加重材料、坂土、钻屑在井壁上的吸附速率和吸附累积量。在酒东油田的丰一井软泥岩施工中，为了控制软泥岩的缩径，采用通常的提密度的方法，密度从1.18g/ cm3 提高到1. 45g / cm3，井下阻卡情况不但没有得到缓解，反而加重。后降密度至1.25g/ cm3 井眼趋于稳定。
分析原因认为：密度提高后，钻井液中的固相含量由7% 增大到12%，固相粒子在井壁上的吸附速率和吸附量增大，另一方面，提密度后，粘切升高，减弱了钻井液对井壁的冲蚀作用，致使井径扩大率增大速率小于蠕变缩径的速率造成阻卡。因此，对于蠕变速率较低的地层，通过提高钻井液的上返速度、降低粘切、增强絮流对井壁的冲蚀，能有效减弱和控制软泥岩的缩径。
(3) 分散-抑制的平衡
软泥岩地层钻进，由于其水化分散能力特别强，要求钻井液具有很强的抑制性，以减弱钻屑在钻井液中的分散和井壁泥岩的水化、分散、膨胀，坂土含量控制在3%以下。在酒东油田，使用阳离子钻井液，充分利于小阳离的粘土稳定作用，通过调整不同分子量小阳离子
配比，增强粘土的稳定性。在以大阳离子作为包被剂的同时，以阳离子降滤失剂( HS- 1) 降低滤失量的同时，保持体系的强抑制特性。由于三种主处理剂均加入了抑制剂，在土粉基本不分散的情况下，滤失量很高，但井下阻卡没有明显加剧。相反，在丰一井的软泥岩钻进中，先在套管用腐植酸钠将中压滤失量降至4mL，井下阻卡特别严重。分析认为是加入腐植酸钠后，虽然滤失量很低，但腐植酸钠具有较强的分散能力，加剧了近井壁泥岩的分散，并且低滤失量减弱了钻井液对井壁的冲蚀作用，造成缩径。
(4) 钻井液的润滑性
软泥岩层钻井中，由于其粘弹性很强，钻屑极易粘附在扶正器、钻头、钻杆接箍处，造成泥包而引发阻卡。因此在钻进中要加入足量的润滑剂和防泥包剂。酒东油田软泥岩钻井中，选用阳离子乳化沥青作为主润滑剂(润滑抑制型沥青)，在使用用防泥剂的同时，配合使用消泡剂，有效地防止了泥包的发生。
(5) 短起下作业
软泥岩层钻井中的短起下作业特别重要，有利于及时修正井眼，破坏因蠕动向井眼内移动的软泥岩。实际钻井中应当根据软泥岩缩径速率的变化，每钻进50-150m进行一次短起下作业。
三、钻井中缩径卡钻的特点与预防
(1) 缩径卡钻的特征
对钻具来说，遇钻点只发生在钻头或扶正器位置。
对地层来说，遇钻点固定于某一个或几个井段，离开该井段，不管是起钻还是下钻，皆畅通无阻。
缩径卡钻仅发生在起钻或下钻过程中，钻头在静止时不会发生卡钻，除非钻头在石膏层井段。
缩径遇阻，开泵循环是没有效果的，而不像岩屑遇阻，一开泵循环，起钻就顺利。
缩径卡钻像粘附卡钻一样，泵压、井口返浆及钻井液性能皆无变化。
(2) 缩径的种类
泥页岩缩径：浅层泥页岩，主要成分是钠基蒙脱石，吸水后晶格增大，岩石膨胀，而且连接力仍然很强，不发生剥落，导致井径缩小。中深层软泥岩，因其含水量和孔隙压力异常高，地层被钻穿后，在其上覆盖压力作用下，产生塑性变形，使井眼缩小。
砂岩缩径：砂岩渗透性强，当钻井液中固相含量高时，易形成很厚的泥饼，从而发生缩径。
盐膏层缩径：石盐易发生蠕变，石膏吸水易发生膨胀，二者均可井眼缩小。
钻头外径磨小发生缩径卡钻：钻头使用到后期，外径磨小，形成一小段井眼，下钻太快，发生卡钻。
井眼弯曲发生缩径。
错把大一级的钻头下入小一级的井眼中。
堵漏时发生缩径：堵漏时将钻井液比重、粘度调的特别高，以致在井壁上形成很厚的假泥饼，使井眼缩小。
地层错动，造成井眼横向移动发生缩径。
(3) 缩径卡钻的预防
从钻井液上预防缩径：
在无剥落但缩径地层，用清水加聚丙烯酰胺（加量0.2%）钻进，钻至缩径层前10米，按整体钻井液一次性加2.5%的氯化钾或1.5%的硅酸钾或1%的广谱护壁剂Ⅰ型，缩径层便不再缩径。
在坍塌又缩径地层，要把钻井液性能一次调起来，比重调到 1.06-1.08、漏斗粘度调到35s-40s、失水量调到(5-7)ml/30min、矿化度调到2%~3%。
在软泥岩层，主要是提高钻井液比重，最低比重必须≥1.2。
(编者注：上述提及的相关指标可能是针对具有油田得出的，需要具体问题具体分析) 从工程上预防缩径
钻头下井前，要丈量其外径，大于正常井眼的钻头绝不能下井。
打捞套洗管最大外径要小于井眼15mm。
发现取出的旧钻头外径磨小，下入新钻头在离井底前100米开始划眼。
下钻时有20吨遇阻，即需要划眼下钻。
下钻顺利，最后一个单根也要划眼下钻。
用三牙轮钻进的井段，改用PDC钻头或取心钻头，下钻时稍有遇阻就要划眼。
取心井段必须划眼。
起钻遇阻不能硬提，而应上下串动，最大提升力不超过钻杆柱自重的50%，确实太困难就下钻，再钻进20m。
有条件的井队接上随钻震击器无论是起钻遇阻还是下钻遇阻，都可以震击解卡。
在严重缩径段，要每钻进2m上提4m划眼一次，钻完一个方钻杆，要反复划眼划眼3个，每钻进50m短起100m。
四、划眼倒划眼作业的注意事项
(1) 大位移井、水平井划眼需要注意的问题
首先应该弄清楚是因为什么原因划眼，井眼轨迹差、井下存在大肚子、井壁失稳、沉砂过多、软泥岩缩径还是膏盐层缩径。
井眼轨迹差，划眼时会导致憋钻严重，但是反复拉划后能够畅通，泵压正常。
井下存在大肚子井眼，需要考虑用重浆或者稠浆携岩，重浆中加入随钻堵漏剂做为防漏措施。
井壁失稳，垮塌物多，划眼时会有憋泵现象，而且扭矩波动大，需要考虑重浆或者稠浆携岩，尽量不要全井泥浆提粘切，同时加大封堵剂和抑制剂用量。如果在此基础上仍然垮塌，则需要提高密度。
沉砂过多，只要没有太大的掉快，划过之后应该恢复正常，但是接单根时返水会比较明显。
软泥岩、膏盐层缩径，拉划后接单根重复划眼的可能性比较小，这样的地层每钻进1根单根后都应该划眼一次，同时每200米进尺或者钻进3天左右，短起下一次，控制低失水，泥岩层加大抑制剂用量，膏盐层钻进时，泥浆中的无机盐浓度不要控制太高，适当溶蚀一些会使井眼更畅通，但是过度溶蚀会形成大肚子不易带砂。
另外如果泥浆性能不好，HTHP失水大也会在高渗透率地层形成虚厚泥饼，但是这种情况下划眼比较容易。
钻井中应随时了解地质情况和工程情况，了解井身质量和井眼轨迹，对泥浆工作会有很大的帮助。
水平井划眼绝对不能像直井和普通定向井那样轻压划眼，必须加大钻压划眼，有条件的可在钻头上部加一根短钻铤和一只小直径210-212mm的稳定器进行划眼，基本可以杜绝划出新眼。
(2) 大肚子井眼如何划眼
提高泥浆的粘切，用动塑比高的泥浆。
泥浆里加携砂剂，划眼一段用高粘切泥浆推一下，清扫一下井底。
坍塌井段划眼一定要防止憋泵，任何时候开泵都要先小排量，然后逐渐加排量的办法，防止新的坍塌。
起钻前用稠泥浆封一下，防止塌块沉到一起形成沙桥。
(3) 短起下的主要用途
对新钻的井眼进行短起下可以修理井壁畅通井眼，防止因为进尺过长起钻不好起。
对于大斜度井和水平井因为携岩不好形成岩屑床，通过短起下破坏岩屑床，带出岩屑，可以防止憋泵、起钻拔挤卡钻的发生。
打开油层，特别是不熟悉地层的探井刚打开一个油层，对于地层压力不熟悉，通过短起下测后效了解钻井液密度是否能平衡地层压力。
完井封好地层后，短起下干通一下，可以破坏砂桥，把大的掉块赶到井底，有利于顺利电测。
(4) 划眼与倒划眼
划眼是下钻过程中遇阻，井眼小，钻头通不过去时需要划眼扩以下井眼。倒划眼是在起钻过程中上提钻具遇卡，钻具起不出，需要边上提钻具边转动钻具，使井眼扩大的过程。但这种说法并不全面，现在大位移井起钻大部分是倒划眼起钻，因为直接起钻无法起出钻具。
如果划眼塌块带不出来造成阻卡，应该在泥浆方面想办法，提高钻井液的粘切，用动塑比高的泥浆泥浆里加携岩剂，或用高粘泥浆清洗井底。
“一通、二冲、三点划”，包括使用“领眼公锥”、“领眼钻头”等，是针对软地层，防止划出新眼采用的技术措施。
<参考文献>
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3-9 压杆稳定性实验 工程实际中，失稳破坏往往是突然发生的，危害性很大，因此充分认识压杆的失稳现象，测定压杆的临界载荷，具有十分重要的工程意义。 一、试验目的 1．测定两端铰支细长压杆的临界载荷F cr ，并与理论值进行比较，验证欧拉公式。 2．观察两端铰支细长压杆的失稳现象。 二、设备和仪器 1．力学实验台； 2．百分表（或电阻应变仪）； 3．游标卡尺、钢板尺。 三、试样 弹簧钢（60Si 2Mn ）制成的矩形截面细长杆，经过热处理。两端制成刀刃，以便安装在试验台的V 形支座内。 四、实验原理 对于轴向受压的理想细长直杆，按小变形理论其临界载荷可由欧拉公式求得： 2 cr 2() EI F L πμ= (3-32) 式中：E 为材料的弹性模量，I 为压杆横截面的最小惯性矩，l 为压杆的长度；μ为长度系数，对于二端铰支情况，μ=1。 当载荷小于F cr 时，压杆保持直线形状的平衡，即使有横向干扰力使压杆微小弯曲，在撤除干扰力以后压杆仍能回复直线形状，是稳定平衡。 当载荷等于F cr 时，压杆处于临界状态，可在微弯情况下 保持平衡。 如以压力F 为纵坐标，压杆中点挠度w 为横坐标。按小变形理论绘出的F -w 图形可由二段折线OA 和AB 来描述，如图3-32所示。 而实际压杆由于不可避免地存在初始曲率，或载荷可能有微小偏心以及材料不均匀等原因，在加载初始就出现微小挠度，开始时其挠度w 增加较慢，但随着载荷增加，挠度也 不断增加，当载荷接近临界载荷时，挠度急速增加，其F -w 曲线如图3-32中OCD 所示。实际曲线OCD 与理论曲线之间 的偏离，表征初始曲率、偏心以及材料不均匀等因素的影响， 这种影响愈大，偏离也愈大。显然，实际曲线的水平渐进线即代表压杆的临界载荷F cr 。 工程上的压杆都在小挠度下工作，过大的挠度会产生塑性变形或断裂。仅有部分材料制成的细长杆能承受较大的挠度使载荷稍高于cr F (图3-32中虚线DE 所示)。 实验测定临界载荷，可用百分表测杆中点处挠度w ，如图3-33a 所示。绘制F -w 曲线，作F -w 曲线的水平渐近线就得到临界载荷F cr 。 当采用百分表测量杆中点挠度时，由于压杆的弯曲方向不能预知，应预压一定量程，以给杆向左、右弯曲留有测量余地。
边坡滑塌事故分析 1．工程概况 某泵站位于山坡上，属低山、残丘地貌，地面高程22~60m；设计要新开挖1条长约135m的进水渠，进水渠横切山脊。2000年10月底施工开挖，左边坡因坡面高差较大，在左边坡设4级马道（21.65m、26.6m、36.6m、46.6m），46.6m 高程马道以上开挖坡比为1:1.50，46.6m高程以下各马道之间1:1.25，坡面呈标准的扇形面展布；右侧边坡未分级（马道），一次性开挖到渠底，近似呈长条形展布。在开挖过程中，由于种种原因，边坡没有立即采取保护措施，直至开挖到渠底，左侧高边坡整个坡面全部暴露在外，如图1。 图1 开挖边坡产生裂隙及滑动 图2 上部为临时锚杆支护，下部碳质泥岩产生局部破坏
在进水渠局部段开挖至设计底板高程时，左侧边坡渠底附近的炭质泥岩就出现了部分隆起、滑塌现象（见图2），同时在26.6m马道以上出现裂缝。进水渠左侧高边坡（在26.60m~36.60m马道之间）于2001年春节前后的雨天，出现了第1次的大面积滑塌，虽然后来在左边坡26.60m~36.60m马道之间做了喷砼浆保护与局部喷锚挂网保护等措施，但在后期的两次暴雨天中又分别在26.60m~36.60m马道以及36.60m马道以上出现了大面积坡体滑移、隆起及崩塌，整个坡面到处出现隆起或反坡向的拉开裂缝，几乎到了逢雨必滑的地步，给工程施工与正常运行都带来了极为不利的影响，对工程的安全与稳定带来很大隐患。 图3 边坡的典型坡面 类别 基本性质颗粒组成(%) 含水 率 % 土粒比 重 天然密 度g/cm3 饱和 度% 塑 限% 液 限% 塑限 指数 自由膨 胀率% 0.25-0.07 5mm 0.075-0.005 mm <0.005 mm <0.002 mm 坡积棕黄色 粉质粘土 28.1 2.73 1.81 93.6 25.5 38.6 13.1 12.0 6.1 30.3 60.3 42.2 灰白色粉砂 质泥岩 26.2 2.77 1.91 95.8 29 44.5 15.5 9.0 1.7 31.5 56.5 42.7 灰黑色炭质 泥岩 28.7 2.79 1.92 97.3 28.5 46.7 18.2 21.0 1.8 26.5 67.5 49.1 灰褐色含砾 砂质泥岩 18.3 2.79 1.99 77.5 19 30.5 11.5 18.5 5.6 38.7 26 19 2、边坡滑塌原因分析
《创新型力学实验》 压杆稳定临界载荷测定综合实验 一、实验目的 1. 熟悉动态应变仪的使用方法； 2. 掌握振动信号的测量方法； 3. 测量受压细长杆件失稳时的临界力； 4. 讨论不同杆端约束条件对临界力的影响； 5. 将材料力学方法与振动法测量结果进行比较，讨论两种方法的优缺点； 6. 计算临界力，验证欧拉公式，并分析产生误差的原因。 二、实验仪器设备 动态信号分析仪、压杆稳定综合实验装置、电阻应变片、电涡流传感器、力锤、力传感器读数器、电涡流读数器 矩形截面钢制细长杆件（弹性模量E=180GPa ） 三、实验原理 细长杆作垂直轴线方向的振动时，其主要变形形式是弯曲变形，通常称为横向振动或弯曲振动，简称梁的振动。如果梁是直梁，而且具有对称面，振动中梁的轴线始终在对称面内。忽略剪切变形和截面绕中心轴转动的影响，即所谓的欧拉梁。它作横向振动时的偏微分方程为： ()()()()()t x q t t x y x A x t x y x EI x ,,,222222=???+?? ????????ρ (4-6) EI(x)为弯曲刚度(E 为纵向弹性模量，I(x)为截面惯性矩)，()x ρ为密度，A(x)为截面积，q(x,t)为分布干扰力，y(x,t)为挠度。若梁为均质、等截面时，截面积A(x)、弯曲刚度EI(x)、密度()x ρ均为与x 无关的常量，因此，式(4-6)可写成： ()()()()t x q t t x y x A x t x y EI ,,,2 244=???+??ρ (4-7) 如果梁在两端轴向力T 0的作用下自由振动，其振动的偏微分方程为： ()()()0,,,222202222 =???+??-?? ????????t t x y A x t x y T x t x y EI x ρ (4-8)
压杆失稳创新实验报告 背景 材料力学中讨论的压杆稳定问题是指：受轴向压力作用的弹性直杆当压力超过临界值时，不能继续维持直杆平衡状态而产生屈曲的现象．利用弹性杆静力学的线性理论导出的压力临界值称为Euler载荷．超过Euler载荷的轴向压力可使压杆失稳。 一、实验目的 1.观察压杆失稳现象 2.测定细长压杆在三种连接（两端铰支，两端固支，一端固支一端铰支） 形式下的临界载荷，并与理论值比较，验证欧拉临界载荷公式的正确性。 3.自主设计细长压杆在一端固定另一端自由式的实验装置，进行实验测定 临界载荷并与理论值比较。 二、实验设备 1.微机控制万能电子试验机 2.游标卡尺与钢卷尺 3.压杆及支座 4.测量材料弹性模量所需的器材 三、试件及实验装置 中碳钢矩形截面压杆 四、实验原理及方法 横截面和材料相同的压杆，由于杆的长度不同，其抵抗外力的性质将发生根本的改变。短粗的压杆是强度问题；而细长压杆则是稳定问题。细长压杆的承载能力远低于短粗压杆，因此研究压杆的稳定性就更为重要。 按欧拉小挠度理论，对于理想大柔度压杆，当轴向压力达到临界值时，压杆即丧失稳定，此值称为压杆的临界载荷或欧拉载荷。由欧拉公式可以求得：
() 2 2l EI F cr μπ= 式中： E —材料的弹性模量。 J —压杆失稳方向的截面惯性矩。 l —压杆的长度。 μ—和支承情况有关的系数，两端铰支时μ=1。 当力小于临界值时，压杆保持直线并处于稳定平衡状态；当力等于临界值时，压杆在微小横向力的干扰下丧失稳定而变弯，使杆处于弯曲平衡状态；如力大于临界值杆的弯曲变形显著增大，最后甚至破坏。实际上由于杆的初曲率、载荷偏心等原因，当力接近临界值时，即使没有横向力的干扰，杆也会突然弯曲。 工程实际中，失稳破坏往往是突然发生的，危害性很大，因此压杆的稳定计算十分必要，而且对压杆的失稳现象应有足够的认识。在用载荷P 和压杆中点挠度δ建立的坐标中，失稳过程理论上可用两段直线、 来描述（图8-1）。 而实际压杆由于载荷偏心或杆件本身存在初曲率，受力开始即出现横向挠度，而且随载荷增加，挠度也不断增加，致使P-δ曲线的OA 段发生倾斜。当压杆开始失稳时，P-δ曲线突然变弯，即载荷增长极慢而挠度迅速增加。与此同时，由于δ的迅速增加，使压杆不仅承受压力而且附加弯矩也迅速增加。实际曲线 与理论
1．基本情况 某泵站位于山坡上，属低山、残丘地貌，地面高程22~60m；设计要新开挖1条长约135m的进水渠，进水渠横切山脊。2000年10月底施工开挖，左边坡因坡面高差较大，在左边坡设4级马道（21.65m、26.6m、36.6m、46.6m），46.6m 高程马道以上开挖坡比为1:1.50，46.6m高程以下各马道之间1:1.25，坡面呈标准的扇形面展布；右侧边坡未分级（马道），一次性开挖到渠底，近似呈长条形展布。在开挖过程中，由于种种原因，边坡没有立即采取保护措施，直至开挖到渠底，左侧高边坡整个坡面全部暴露在外，如图1。 图1 开挖边坡产生裂隙及滑动
图2 上部为临时锚杆支护，下部碳质泥岩产生局部破坏 在进水渠局部段开挖至设计底板高程时，左侧边坡渠底附近的炭质泥岩就出现了部分隆起、滑塌现象（见图2），同时在26.6m马道以上出现裂缝。进水渠左侧高边坡（在26.60m~36.60m马道之间）于2001年春节前后的雨天，出现了第1次的大面积滑塌，虽然后来在左边坡26.60m~36.60m马道之间做了喷砼浆保护与局部喷锚挂网保护等措施，但在后期的两次暴雨天中又分别在26.60m~36.60m马道以及36.60m马道以上出现了大面积坡体滑移、隆起及崩塌，整个坡面到处出现隆起或反坡向的拉开裂缝，几乎到了逢雨必滑的地步，给工程施工与正常运行都带来了极为不利的影响，对工程的安全与稳定带来很大隐患。
图3 边坡的典型坡面 类别 基本性质颗粒组成(%) 含水 率% 土粒比 重 天然密 度g/cm3 饱和 度% 塑限% 液限% 塑限 指数 自由膨 胀率% 0.25-0.07 5mm 0.075-0.005 mm <0.005 mm <0.002 mm 坡积棕黄色 粉质粘土 28.1 2.73 1.81 93.6 25.5 38.6 13.1 12.0 6.1 30.3 60.3 42.2 灰白色粉砂 质泥岩 26.2 2.77 1.91 95.8 29 44.5 15.5 9.0 1.7 31.5 56.5 42.7 灰黑色炭质 泥岩 28.7 2.79 1.92 97.3 28.5 46.7 18.2 21.0 1.8 26.5 67.5 49.1 灰褐色含砾 砂质泥岩 18.3 2.79 1.99 77.5 19 30.5 11.5 18.5 5.6 38.7 26 19 2、边坡滑塌原因分析 从整个边坡体的滑塌情况来看，当边坡开挖至渠底时，在边坡暴露、未做任何保护措施之前，边坡仅是在26.6m马道附近与渠底的炭质泥岩发生隆起、滑塌，在左边坡36.6m以上的左侧局部土体发生坍塌；对26.6m马道以下至渠底与26.6m马道以上附近进行喷锚支护后，在整个坡面上喷上一层厚约15cm素砼保护，但坡面还多处出现反坡向下切横向裂缝，裂缝深达2m多，宽约10~20cm，斜交坡面马道延伸，长约5~30m不等，以至后来发展到46.6m马道以上的坡面土体整体下沉
简谈边坡失稳处治措施 毛鸿 镇江市路桥工程总公司 212001 摘要：本文从边坡防护技术的现状开始，谈到了边坡面临的现实条件和边坡病害的原理。在此基础上介绍了几种边坡失稳处治的类型以及其优缺点和适用情况。最后总结边坡失稳处治要根据工程特点、施工条件、经济水平来衡量选用。 关键词：边坡稳定性，挡土墙，抗滑桩 随着人口的增长和土地资源的开发，人类工程活动规模的不断扩大和场区工程地质条件的限制，因边坡失稳引起的崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害给人们的生命和财产带来了巨大损失，边坡的稳定性问题日益突出。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。它涉及公路边坡、高层建筑基坑边坡、铁道边坡、水电工程边坡、矿山开采工程边坡等。在工程施工过程中，边坡稳定与加固一直是影响工程质量与进度的关键因素，我国在边坡稳定性分析与评价、滑坡的预测预报以及边坡的工程治理技术等方面都取得很大的进展，边坡工程理论研究作为解决工程问题的基础，我们应该给以极大的重视。 1.边坡稳定性概述 边坡稳定性是指在各类工程结构实体中，边坡受到对工程可靠度，安全度以及经济效益能产生的影响因素下，其稳定性发生的相应变化，工程结构实体由于表面倾斜，在自身重量及其它外力共同作用下，整个实体结构都有从上向下滑动的趋势，如果实体结构体内部某一表面的滑动力超过结构实体抵抗滑动的能力，就会发生滑坡。边坡地段的褶皱形态、岩层产状、断层和节理裂隙的发育程度以及新构造运动的特点等。通常在区域构造复杂、褶皱强烈、断层众多、岩体裂隙发育、新构造运动比较活跃的地区，往往岩体破碎、沟谷深切，较大规模的崩塌、滑坡极易发生。我国高速公路以其特有的优势成为重要的交通手段，因其线形、纵坡等方面的约束需要，高填深挖路基较多，由此产生的各类边坡，如加固和防护措施不得力，极易引发各种边坡病害。如何对开挖后的边坡进行合理的稳定性评价和加固成为高速公路建设中的一个难题。 影响边坡稳定的因素很多，总的归纳起来可分为两大类，即:自然因素和人为因素。公路是特殊的带状构造物，每条公路都要穿越很多地区，由于受地质构造和地形条件等因素的影响，每一个小区域都有不同的地质和气候条件，云南更显得突出。所以，影响边坡稳定的自然因素包括下列几方面，即:地质、地形、气候和水文条件等四个方面。同时一条公路的建设和使用管理，都是由人去实现的，根据建设程序和内容，并结合已建公路的情况看，影响边坡稳定的人为因素可归集为下列三个方面，即:设计因素、施工因素和养护管理因素。 2.边坡现状及病害 边坡可分为自然边坡和人工边坡，边坡工程一般指人工边坡，是一种把自然边坡经人工填筑或开挖形成的工程地质体。边坡形态通常指边坡的高度、坡度、平面形状及周边的临空条件等，一般来说，坡高越大，坡度越陡，对稳定性越不利。边坡工程涉及领域很宽，不同行业的边坡工程各具特色。对单个边坡而言，公路边坡一般线长点多，地质条件种类多，情况复杂，安全度要求高。坡高相对较矮，坡度略缓，一般直接开挖于地表，其坡高通常为几米至几十米，百米以上高边坡并不多见。边坡病害的类型主要有滑坡、崩塌、泥石流、错落、流坍、冲刷、剥落等，其中滑坡和崩塌比较常见。
压杆稳定性实验 潘哲鑫2012011680 祝世杰2012010407 一.实验分析 对于立柱材料而言，损坏往往不是来源于直接受压的损坏，而大都来自于杆件失稳导致的折断或者倾倒。因此研究杆件在受压情况下的失稳特性就非常有意义。 在本实验中，我们使用的是环氧树脂杆，弹性模量59.2E GPa =，500MPa σ=???? 通过测量可知，杆的有效长度为，8412mm L cm d ==直径 实验一：双端铰支的情况下 临界载荷22(KL)K EI P π=其中K=1，故可算得，临界842.9K P N = 考虑杆件达到其许应力的最大值， K K P P A W δσ+=???? 则 3d ())42 K k P W W A P πδσ=-=????其中（ 则算得，9.86cm δ= 因此我们根据上述计算结果，进行了实验，为了防止实验材料被破坏，我们仅仅加载到最大横向位移的0.8倍。 可以观察到，当加载的力值迅速升高至临界载荷后，再继续向下加载，杆件上的力并不会变大，取而代之的是杆件向铰支允许的方向的的弯曲。 实验二：一端铰支，一段固支的情况下 临界载荷22(KL)K EI P π=其中K=0.7，故可算得，临界1720.1K P N = 同理可计算得，达到杆件的最大拉伸应力时， 4.78cm δ=，于是在实验中，我们加载到约3cm 处停止。 在第二次实验中，我们遇到一个问题，即当杆件开始弯曲时，由于可能杆件安装时的偏心误差，它弯曲的方向并不是我们希望测量的方向，因此，在弯曲过程中，为了能使其向我
们偏好的方向弯曲，我主动给它提供了一个水平方向的扰动的力，从而使得其改变弯曲的方向。 但这也导致了在我们实验的曲线上加载阶段，并不是完全和理论相符，而一定程度上小于本应该出现的值。而某种程度上，呈现出线性的关系。 不过可以解释为，由于我的外加力的作用，阻碍了杆件通过弯曲来抵抗载荷，因此，杆件此时纵向的形变完全来自于由于轴向应力产生的应变，满足胡克定律，故一定程度上呈现出线性的状态。 二．工程问题中的屈曲 1.欧拉公式的适用范围 本实验中我们的进行的压杆稳定性实验的工件是长细比很大的实心杆件，经过实验发现工件失稳的临界载荷和用欧拉公式计算的值比较接近，但还是有一定的误差。所以对于实际的工程问题，仅仅用欧拉公式指导设计是不够的。首先欧拉公式的导出建立在如下假设之上：○1杆件只发生了小挠度变形 ○2材料只发生了弹性变形 ○3杆件所加的外载荷没有任何偏心 ○4杆件没有任何初始缺陷 对于前两条，在一般情况下是合理的假设，因为如果前两条不能满足的情况下，我们可以认为杆件已经发生了屈曲或者失稳，但是后两条在实际工程中就不得不考虑了。经查阅资料发现，根据大量的实验和工程经验，在设计时一般都以下面的曲线为指导： 首先杆件非常粗短的时候，破坏方式并不是失稳，而是直接被压坏，也就是临界载荷等于屈服强度。杆件长细比很大时，欧拉公式与试验值符合地较好，而对于中等长细比的杆件，其
典型滑坡案例 滑坡原因：降雨密集，地质构造，人工开挖等 1.新滩滑坡 新滩地区，位于长江上游72公里处西陵峡西段兵书宝剑峡口处的湖北宜昌市秭归县龙口区，自古以来就是一个滑坡地带。 根据国务院指示，西陵峡岩崩调查处的测绘工作者从20世纪70年代初就开始对新滩岩崩、滑坡进行监测预报工作，利用大地形变测量手段，监测掌握滑坡形变发展规律。 测绘工作者踏遍新滩地区的崇山峻岭，行程约８万公里，布设了72个仪器测站和９个观测点，测量了15个交会点、５条水准路线和由６个点组成的三角网，对整个滑坡地段形成了严密的科学监视网络，易滑动坡体的任何轻微滑动，都被准确地记录下来，可以预先掌握滑坡的动态。利用持续不断的观测结果分析，终于成功地预报了发生在1985年６月12日凌晨３点45分至４点20分的新滩滑坡。 “新滩滑坡”是一起震惊全国的大滑坡，3000余万方土石自100米高处的广家岩坡脚，以排山倒海之势，高速下滑，将古镇新滩全部摧毁，江中激起巨浪高达54米，涌浪波及上下游江段42公里。 这次滑坡的预报成功，是工程测量应用于地壳形变监测的成功范例，是测绘史上光辉的一页，为国家避免了重大损失，保护了千百人的生命财产，是测绘工作为国计民生服务的直接体现。 新滩滑坡 2.巴东滑坡 发源于武陵山脉的清江是长江三峡出口后第一条较大支流。发生滑坡的湖北省巴东县清太坪镇在清江水布垭大坝上游约３０公里。 2007年６月１５日下午５时许，位于清太坪镇大堰塘村三组的５００万立方米滑坡体坠入３００米以下的清江，卷起１５至３０米高的涌浪。险区１０００米以外邻近乡镇正在劳作的１８人受滑坡体冲击，其中１０人当场获救，８人失踪，另有１５栋房屋滑入清江。险情同时危及巴东县清太坪、水布垭、金果坪三个乡镇的部分区域。当地政
边坡失稳的原因分析及防治措施 1.现象 (1)基槽(坑)坡顶土面出现裂缝或局部下沉。 (2)边坡土方滑坡、坍塌。 2?原因分析 (1)边坡坡度值选用不当，坡度过陡。 (2)对地表水没有采取截流和排除措施，导致土中含水率升高，抗剪强度降低。 (3)开挖地下水位以下的土方时，特别在易发生流砂条件区域施工时，不采取降低地厂水位的施工方法。 (4)边坡顶部附近堆放大量土方或材料、设备，或坡顶附近有振动设备作用。 ⑸选用不适当的开挖顺序和方法。 (6)基槽(坑)土坡长期暴露，在日晒、雨淋或外力作用下造成坍塌。 3?预防措施 (1)基槽(坑)开挖、基础工程施工和土方回填应连续进行，尽快完成。施工中应防上地面水流 入槽、坑内、以免边坡塌方；同时还应做好地面排水设施，避免边坡附近土体勺积水，而造成边坡塌方。 (2)挖方边坡不放坡作成直立壁并不加支撑时，要求土质均匀且地下水位低于基槽：坑)底面标高，挖土深度应符合第3章表3 —规定数值。基槽(坑)土方开挖不符合上述条件时，应按规定放坡或作成直立壁加支撑。 (3)选用合适的边坡坡度。当地质条件良好、土质均匀且地下水位低于基槽(坑)底面标高时，挖方深度在5m以内，不加支撑的边坡最陡坡度应符合第3章表3。8的规定。
（4）在软土地区开挖基槽（坑）时，必须事先做好地面排水和降低地下水位工作，地厂水位应降 低至基底以下0 . 5?1. 0m后，方可开挖。降水工作应持续到回填完成。 （5）当建筑场地不允许放坡开挖而需设置坑壁支撑时，应根据开挖深度、土质条件、也下水 位、施工方法、相邻建筑物和构筑物等情况进行选择和设计。支撑必须牢固可靠，确保安全 施工。 （6）在基槽（坑）边坡顶上侧堆土或材料，或设置施工机械时，应与槽（坑）边缘保持一定距离，以保证边坡或直立壁的稳定。当土质良好时，堆土或材料距边缘0 . 8m以外，堆高不宜超 过1 . 5m。 （7）开挖土方时，应合理确定开挖顺序和分层开挖深度，自上而下、分层分段地进行。禁止 采用先挖坡脚的方法。当接近地下水位时，应先完成标高最低处的挖方，以便在该处集中排水。 4.治理方法 基槽（坑）边坡发生坍塌后，除了清除塌落的土方外，还应针对造成塌方的原因和场地条件，分别采取改缓边坡坡度、卸除坡顶荷载，或对土壁进行支护（如堆放装土草袋、设支撑、打 设简易板桩等）后，再继续施工。
一、实验目的：1、观察压杆的失稳现象； 2、测定两端铰支压杆的临界压力； 3、观察改变支座约束对压杆临界压力的影响。 二、设备及装置： 1. 带有力传感和显示器的简易加载装置或万能电子试验机； 2. 数字应变仪； 3. 大量程百分表及支架； 4. 游标卡尺及卷尺； 5. 试样，压杆试样为由弹簧钢制成的细长杆，截面为矩形，两端加工成带有小 圆弧的刀刃。在试样中点的左右两端各贴仪枚应变片。 6. 支座，支座为浅V 性压杆变形时两端可绕Z 轴转动，故可作为铰支架。 三、实验原理和方法： 1、理论计算：理想压杆，当压力P 小于临界压力cr P 时，压杆的直线平衡是稳定的。这时压力P 与中点挠度δ的关系相当于右图中的直线OA 。当压力到达临界压力cr P 时，压杆的直线平衡变为不稳定，它可能转为曲线平衡。按照小挠度理论，P 与δ的关系相当于图中水平线AB 。两端铰支细长杆的临界压力由欧拉公式计算 2cr 2 P EI l π= ，其中I 为 横截面对z 轴的惯性矩。 2、实测时：实际压杆难免有初弯曲，材料不均匀和压力偏心等缺陷，由于这些缺陷，在P 远小于cr P 时，压杆已经出现弯曲。开始，δ很不明显，且增长缓慢，如图中的OCD 段。随着P 逐步接近cr P ，δ将急剧增大。只有弹性很好的细长杆才可以承受大挠度，压力才可能略微超过cr P ，实测时，在压杆两侧各贴一应变片，测定P-ε曲线，对前后应变ε取增量 ε?，当ε?大于上一个的ε?的2倍时即认为此时的压力为临界压力。 3、加载分两个阶段，在理论值cr P 的70%~80%之前，可采取大等级加载，载荷超过cr P 的80%以后，载荷增量应取得小些。在整个实验过程中，加载要保持均匀、平稳、缓慢。
边坡稳定性分析方法综述及案例研究 摘要：本文首先介绍实际工程中边坡稳定性分析及处治技术研究的意义，其次介绍边坡破坏的形式及影响因素，并系统地介绍边坡稳定性分析的三大类方法及其原理。最后结合工程实际案例，采用赤平投影方法和FLAC3D软件数值模拟对案例中涉及的边坡进行了稳定性评价，并提出合理的加固措施。 关键词：边坡稳定性，稳定性分析方法，赤平投影法，数值模拟，边坡加固 ABSTRACT: This article firstly introduces the meaning of slope stability analysis in practical projects and study on treatment technology, then demonstrates the forms of slope failure and the influence factors. The article also introduces the three main methods on slope stability analysis and their theories systematically. In the end, according to a practical project, stereographic projection and numerical simulation through FLAC3D software are employed to conduct estimation of stability of a slope involved in the project, and thus the reasonable reinforcement measures. Key Words:slope stability analysis, stability analysis methods, stereographic projection, numerical simulation, slope reinforcement
压杆稳定实验 姓名： 学号: 班级: 同组者: 一.实验目得 1．观察压杆失稳现象； 2．通过实验确定临界载荷Fｃｒ,并与理论结果比较； 3．自主设计实验步骤，进行实验结果处理与撰写实验报告。 二.实验设备与仪器 1．压杆失稳试验装置； 2．电阻应变仪； 三.实验试件 板条材料6５Mn弹簧钢，调质热处理,达到,,弹性模量、
电桥图: 四．实验步骤 １、测板条长L,宽B，厚H；
2、拧螺母加压力,为防粘片开胶，压头下移最大1ｍm,对3中安装状态，各实验两遍,用百分表测压头得位移，用应变仪测压力与纯弯应变,画曲线，定失稳压力,算相对理论值得误差. 五.数据处理 压条尺寸:， 1、两端固支 压条长度:L=430mm、 （1）数据列表: 19 ３２１4８１ 709 4 —1０5 -259 —４ ２７ －4 ７1 -474 —47 5 － 478 －4 ８０ —48 １ -482 ８５６2 38 ８５ 6 3８ ６４ 3872 曲线为: 由图线可得失稳压力、
理论失稳压力为： 相对误差: 2、一端铰支,另一端固定 压条长度:L=4６4ｍm、: （1）数据列表: １４ 9 3３5 523 ６62 ７72 865 9６１ 1 —９9 -14８-171 -180 —178 -１89 -１9 ３ -19６－199 -2０0 8 61６ 曲线为: 由图线可得失稳压力P=16１４N、
理论失稳压力为： 相对误差： 3、两端铰支 压条长度：L=４98ｍｍ、 （１)数据列表: ５５27 58８667 752 83９921 -４8 -7２—83 -９０－96 -9８－98 -99 －99 －１０0 ４78６8 ８１6 曲线为： 由图线可得失稳压力Ｐ＝8１4Ｎ、
公路边坡失稳原因分析与对策 【摘要】在随着公路建设的快速发展，路基边坡的防治也越来越成为工程建设和后期养护的重点工作。由于边坡失稳将会导致交通中断，造成巨大的经济损失和影响路的通行造成不良社会影响。因此，加强边坡失稳的防治显得十分重要。本文结合自身近年实际工作经验对路基边坡的失稳的治理及施工了探讨。 【关键词】公路边坡，边坡失稳，原因分析，对策探讨 一、前言 随着公路等级的不断提高，公路边坡失稳现象日益受到重视。为了在公路交通建设中应用可持续发展战略，在保障公路畅通的同时，应灵活采用不同的边坡失稳防护形式，延长公路的使用寿命，恢复因修建公路破坏的生态平衡，对公路边坡失稳加强认识、正确治理，把边坡失稳造成的危害降低到最低限度。 二、公路边坡失稳的因素分析 1．公路建设的土石方工程阶段是破坏原地貌植被、弃土、弃石的集中时期，工程用土范围内原地表植被所具有的水土保持功能迅速降低或丧失，并为水土流失发生、发展提供了大量易冲蚀的松散堆积物。路基边坡开挖、填筑使原有地表植被被破坏．形成大面积裸露坡面．表土层抗蚀能力减弱．水土流失加剧．从而导致边坡失稳的机率增大。 2.水是导致路基边坡失稳破坏的重要因素。在公路日常养护管理工作中，必须充分重视路基排水工作。特别是砂性土路堤，如果水分渗入路基土体使路堤过湿．过大的含水量将严重降低其内摩擦力．降低路基强度．一旦遭遇雨水冲刷或渗透，极易形成水毁。对于粘性土来说也是如此．过大的含水量也会大大降低其粘聚力和内摩擦力，形成边坡病害。此外，如平时没有对排水设施进行定期的检查和维修．定时进行清理和疏通：汛期没有进行巡查，及时排除堵塞，保持水流的通畅：遇到小规模的滑坡没有及时进行处理等，都有可能造成大规模的边坡失稳。 3.设计中对滑坡路段岩士f生质认识不足，设计边坡率过陡。施工中未根据实际情况采取相应措施，堑坡仍按原设计坡率开挖，边坡过高过陡，难以保证自身稳定。边坡开挖后，未及时进行防护，长时间暴露在大气中，致使风化、冲刷严重。 三、加强公路边坡失稳的治理技术分析 1．植物防护措施 植物防护以成活的植物作为路基防护的材料，通过植物的叶、茎和根系与被保护土体的共同作用，在拟保护的路基部位，形成有生命的保护层；是一种积极、
第16章压杆稳定 16.1 压杆稳定性的概念 在第二章中，曾讨论过受压杆件的强度问题，并且认为只要压杆满足了强度条件，就能保证其正常工作。但是，实践与理论证明，这个结论仅对短粗的压杆才是正确的，对细长压杆不能应用上述结论，因为细长压杆丧失工作能力的原因，不是因为强度不够，而是由于出现了与强度问题截然不同的另一种破坏形式，这就是本章将要讨论的压杆稳定性问题。 当短粗杆受压时(图16-1a)，在压力F由小逐渐增大的过程中，杆件始终保持原有的直线平衡形式，直到压力F达到屈服强度载荷F s(或抗压强度载荷F b)，杆件发生强度破坏时为止。但是，如果用相同的材料，做一根与图16-1a所示的同样粗细而比较长的杆件(图16-1b)，当压力F比较小时，这一较长的杆件尚能保持直线的平衡形式，而当压力F逐渐增大至某—数值F1时，杆件将突然变弯，不再保持原有的直线平衡形式，因而丧失了承载能力。我们把受压直杆突然变弯的现象，称为丧失稳定或失稳。此时，F1可能远小于F s(或F b)。可见，细长杆在尚未产生强度破坏时，就因失稳而破坏。 图16－1 失稳现象并不限于压杆，例如狭长的矩形截面梁，在横向载荷作用下，会出现侧向弯曲和绕轴线的扭转(图16-2)；受外压作用的圆柱形薄壳，当外压过大时，其形状可能突然变成椭圆(图16-3)；圆环形拱受径向均布压力时，也可能产生失稳(图16-4)。本章中，我们只研究受压杆件的稳定性。 图16-3 所谓的稳定性是指杆件保持原有直线平衡形式的能力。实际上它是指平衡状态的稳定性。我们借助于刚性小球处于三种平衡状态的情况来形象地加以说明。 第一种状态，小球在凹面内的O点处于平衡状态，如图16-5a所示。先用外加干
边坡失稳的原因分析 土方开挖的关键是如何保持边坡的稳定，避免发生滑坡或塌方。边坡的失稳一般是指土方边坡在一定范围内整体沿某一滑动面向下或向外移动而丧失其稳定性。边坡的稳定，主要由土体的抗滑能力来保持。当土体下滑力超过抗滑力，边坡就会失去稳定而发生滑动。边坡塌方滑动面的位置和形状决定于土质和土层结构，如含有粘土夹层的土体因浸水而下滑时，滑动面往往沿夹层而发展；而一般均质粘性土的滑动面为圆柱形。可见土体的破坏是由剪切而破坏的，土体的下滑力在土体中产生剪应力，土体的抗滑能力实质上就是土体的抗剪能力。而土体抗剪能力的大小主要决定于土的内摩擦系数与内聚力的大小。土壤颗粒间不但存在抵抗滑动的摩擦力，也存在内聚力(除了干净和干燥的砂之外)。内聚力一般由两种因素形成：一是土中水的水膜和土粒之间的分子引力；一是化合物的胶结作用(特别是黄土)。不同的土，其各自的物理性质对土体抗剪能力有影响，如含水量增加了，胶结物溶解，内聚力就会变小。因此在考虑边坡稳定时，除了从实验室得到的内摩擦系数和内聚力的数据外，还应考虑施工期间气候(如雨水)的影响和振动的影响。 边坡失稳往往是在外界不利因素影响下触发和加剧的。这些外界因素往往导致土体剪应力的增加或抗剪强度的降低，使土体中剪应力大于土的抗剪强度而造成滑动失稳。造成边坡土体中剪应力增加的主要原因有：坡顶堆物，行车；基坑边坡太陡；开挖深度过大；土体遇水使土的自重增加；地下水的渗流产生一定的动水压力；土体竖向裂缝中的积水产生侧向静水压力等。引起土体抗剪强度降低的主要因素有：土质本身较差；土体被水浸润甚至泡软；受气候影响和风化作用使土质变松软、开裂；饱和的细砂和粉砂因受振动而液化等。 由于影响因素较多，精确地计算边坡稳定尚有困难，因此，在施工中一般工程目前多是综合考虑影响边坡稳定的各种因素，根据经验确定土方边坡，保证边坡大小，使坡顶荷载符合规范要求，或设置必要的支护，以防边坡失稳。
压杆稳定实验 一、实验目的： 1、观察压杆的失稳现象 2、测定两端铰支压杆的临界压力 二、实验原理和方法： 1、理论计算：理想压杆，当压力P 小临界压力cr P 时，压杆的直线平衡是稳定的。当压力到达临界压力cr P 时，压杆的直线平衡变为不稳定，它可能转为曲线平衡。两端铰支细长杆的临界压力由欧拉公式计算 ，其中I 为横截面对z 轴的惯性矩。 2、实测时：实际压杆难免有初弯曲，材料不均匀和压力偏心等缺陷，由于这些缺陷，在P 远小于cr P 时，压杆已经出现弯曲。开始，δ很不明显，且增长缓慢。随着P 逐步接近cr P ， δ将急剧增大。只有弹性很好的细长杆才可以承受大挠度，压力才可能略微超过cr P ，实测 时，在压杆两侧各贴一应变片，测定P-ε曲线，当施加压力增量很小而变形突增时即可得出临界压力。 三、实验结果： 1、理论计算 参数记录：b=15.30mm, h=1.80mm, l=391mm, E=210GPa 由欧拉公式计算得出临界压力的理论值为：100.81N 2、实验数据记录： 力-应变曲线图
四、实验结果分析： 数据处理得到以下“力-应变曲线图”。通过曲线可以发现临界压应力为81N左右。其结果小于根据公式计算得出的理论值。 分析实测值小于理论值的原因有： 1、该试件已被使用多次，由于疲劳效应，更容易产生变形。 2、两端V形支座的底线不在压杆的同一纵向对称平面内，则有一扭矩产生，会使得压杆更容易失稳，故实测临界压力降低。 3、有可能是V形支座的底线不在压杆的同一纵向对称平面内，也有可能是材料的不均匀程度较大，压力偏心现象严重，导致临界压力实测值远低于理论值。
基坑边坡失稳及其防止措施 摘要：土木工程施工中首先要解决的就是”三通一平”问题，其中的”一平”即施工场地的平整，事实上这就是土方工程的工序环节之一。城市地下工程施工中，常见的土方工程施工有如下几种形式：场地平整、基坑与沟槽的挖方与填方、地坪与路基填筑等。本文对基坑边坡失稳及其防止措施进行简要的分析。 关键词：基坑 , 边坡失稳 , 防止,措施 abstract: the civil engineering construction, first to solve is “santongyiping” problem, one of the “a flat.”that is, construction site of level off, in fact, this is one of the working procedure of the earthwork link. urban underground engineering construction, the common earthwork construction has the following several kinds of forms: field leveling, foundation pit excavation and fill with grooves, ground level ground and subgrade filling. in this paper, the foundation pit slope instability and measures to prevent the brief analysis. keywords: foundation pit, slope instability, prevent, measures 中图分类号：tv551.4文献标识码：a 文章编号： 土木工程施工中首先要解决的就是”三通一平”问题，其中
边坡失稳的原因分析及防治措施 1．现象 (1)基槽(坑)坡顶土面出现裂缝或局部下沉。 (2)边坡土方滑坡、坍塌。 2．原因分析 (1)边坡坡度值选用不当，坡度过陡。 (2)对地表水没有采取截流和排除措施，导致土中含水率升高，抗剪强度降低。 (3)开挖地下水位以下的土方时，特别在易发生流砂条件区域施工时，不采取降低地厂水位的施工方法。 (4)边坡顶部附近堆放大量土方或材料、设备，或坡顶附近有振动设备作用。 (5)选用不适当的开挖顺序和方法。 (6)基槽(坑)土坡长期暴露，在日晒、雨淋或外力作用下造成坍塌。 3．预防措施 (1)基槽(坑)开挖、基础工程施工和土方回填应连续进行，尽快完成。施工中应防上地面水流入槽、坑内、以免边坡塌方；同时还应做好地面排水设施，避免边坡附近土体勺积水，而造成边坡塌方。 (2)挖方边坡不放坡作成直立壁并不加支撑时，要求土质均匀且地下水位低于基槽：坑)底面标高，挖土深度应符合第 3 章表 3―9 规定数值。基槽(坑)土方开挖不符合上述条件时，应按规定放坡或作成直立壁加支撑。 (3)选用合适的边坡坡度。当地质条件良好、土质均匀且地下水位低于基槽(坑)底面标高时，挖方深度在 5m 以内，不加支撑的边坡最陡坡度应符合第 3 章表 3。8 的规定。
(4)在软土地区开挖基槽(坑)时，必须事先做好地面排水和降低地下水位工作，地厂水位应降低至基底以下 0．5～1．0m 后，方可开挖。降水工作应持续到回填完成。 (5)当建筑场地不允许放坡开挖而需设置坑壁支撑时，应根据开挖深度、土质条件、也下水位、施工方法、相邻建筑物和构筑物等情况进行选择和设计。支撑必须牢固可靠，确保安全施工。 (6)在基槽(坑)边坡顶上侧堆土或材料，或设置施工机械时，应与槽(坑)边缘保持一定距离，以保证边坡或直立壁的稳定。当土质良好时，堆土或材料距边缘 0．8m 以外，堆高不宜超过 1．5m。 (7)开挖土方时，应合理确定开挖顺序和分层开挖深度，自上而下、分层分段地进行。禁止采用先挖坡脚的方法。当接近地下水位时，应先完成标高最低处的挖方，以便在该处集中排水。 4．治理方法 基槽(坑)边坡发生坍塌后，除了清除塌落的土方外，还应针对造成塌方的原因和场地条件，分别采取改缓边坡坡度、卸除坡顶荷载，或对土壁进行支护(如堆放装土草袋、设支撑、打设简易板桩等)后，再继续施工。
实验二 外压容器的失稳实验 一.实验目的 1. 观察薄壁容器在外压作用下丧失稳定的现象。 2. 测定圆柱形薄壁容器在外压作用下丧失稳定的临界压力，并与理论值进 行比较，以验证临界压力公式。 3. 观察试件失稳后的波数和波形。 二.实验原理 容器在受内压时，当器壁内的应力超过材料的极限强度时，便引起容器的破 坏。对于在某一外压作用下的容器，往往强度能满足要求，即器壁内的压应力还未达到材料的极限强度时，壳体会突然失去原来的形状而出现被压瘪呈现几个波形。薄壁容器在失稳前所能承受的最大外压力称为临界压力；临界压力与波数决定于容器的长度对直径的比值及壁厚对直径的比值。因此，对外压容器而言，既有强度问题，还有稳定性问题。 容器丧失稳定性的原因，绝非容器壳体不圆，即使是非常圆的壳体也会丧失稳定性；当然，壳体不圆，容器容易丧失稳定，即它的临界压力下降。容器丧失稳定性的道理和压杆失稳的道理类同，外压容器的临界压力P cr 与下面因素有关。 < 1 >. 长度与直径之比L D ； < 2 >. 厚度与直径之比 S D 0 ； < 3 >. 材料的物理性质； 按失效情况，受外压的圆筒壳体有长圆筒、短圆筒之分。用临界长度（L cr )来作为划分长、短圆筒的界限，当其长度超过临界长度时，属于长圆筒范围。反之属于短圆筒。临界长度可按下列公式计算： 017.1S D D L cr = ( cm ) ( 1 ) 长圆筒的临界压力公式为： 3 02 )(12D S E P cr μ-= ( Kgf / cm 2 ) ( 2a ) 对于钢制圆筒，取μ=0.3，则上式可写成 3 02.2? ?? ??=D S E P cr ( Kgf / cm 2 ) ( 2b ) 短圆筒的临界压力公式可按下式进行近似计算： P ES LD D S cr = 25902 0. ( Kgf / cm 2 ) ( 3 )
公路边坡失稳原因分析与对策 公路边坡失稳原因分析与对策 【摘要】在随着公路建设的快速发展，路基边坡的防治也越来越成为工程建设和后期养护的重点工作。由于边坡失稳将会导致交通中断，造成巨大的经济损失和影响路的通行造成不良社会影响。因此，加强边坡失稳的防治显得十分重要。本文结合自身近年实际工作经验对路基边坡的失稳的治理及施工了探讨。 【关键词】公路边坡，边坡失稳，原因分析，对策探讨 中图分类号： U416.1+4 文献标识码： A 文章编号： 一、前言 随着公路等级的不断提高，公路边坡失稳现象日益受到重视。为了在公路交通建设中应用可持续发展战略，在保障公路畅通的同时，应灵活采用不同的边坡失稳防护形式，延长公路的使用寿命，恢复因修建公路破坏的生态平衡，对公路边坡失稳加强认识、正确治理，把边坡失稳造成的危害降低到最低限度。 二、公路边坡失稳的因素分析 1．公路建设的土石方工程阶段是破坏原地貌植被、弃土、弃石的集中时期，工程用土范围内原地表植被所具有的水土保持功能迅速降低或丧失，并为水土流失发生、发展提供了大量易冲蚀的松散堆积物。路基边坡开挖、填筑使原有地表植被被破坏．形成大面积裸露坡面．表土层抗蚀能力减弱．水土流失加剧．从而导致边坡失稳的机率增大。 2.水是导致路基边坡失稳破坏的重要因素。在公路日常养护管理工作中，必须充分重视路基排水工作。特别是砂性土路堤，如果水分渗入路基土体使路堤过湿．过大的含水量将严重降低其内摩擦力．降低路基强度．一旦遭遇雨水冲刷或渗透，极易形成水毁。对于粘性土来说也是如此．过大的含水量也会大大降低其粘聚力和内摩擦力，形成边坡病害。此外，如平时没有对排水设施进行定期的检查和维修．定时进行清理和疏通：汛期没有进行巡查，及时排除堵塞，保持水流的