边坡稳定设计论文

边坡稳定设计论文（精选12篇）

边坡稳定设计论文 第1篇

路基边坡稳定性分析和验算的方法有很多, 归纳起来有力学验算法和工程地质法两大类。力学验算法又叫极限平衡法, 假定边坡沿某一滑动面破坏, 按力学平衡原理进行计算。因此, 根据滑动面的形状的不同又分为直线法、圆弧法和折线法三大类。

工程地质比拟法是根据已成不同土类或岩体边坡的大量经验数据拟定出路基边坡稳定性参考表, 供设计采用。

2 力学验算法的基本假定

(1) 破裂面以上的不稳定土体沿破裂面作整体滑动, 不考虑其内部应力分布不均和局部移动。 (2) 土的极限平衡状态只在破裂面以上达到。 (3) 按平面问题处理。 (4) 滑动面位置要通过计算确定。

3 验算边坡稳定性

现有一路堤表层为耕植土, 其下为亚粘土, 下伏亚砂土层, 故按圆弧法计算。选择最高的路堤K5+607.50顶宽35m, 高9.956m, 填料容重γ=17.64kN/m3, 单位粘聚力c=16.7kN/m2, 内摩阻角Ф=20°, 设计荷载汽车-20。

(1) 当量土柱高的计算。

当量土柱高度:在边坡稳定性验算是需要按车辆最不利情况进行排列, 把车辆荷载换算成当量土柱高, 即以相等压力的土层厚度来代替荷载叫做当量高度用0h表示。

式中:N为横向分布的车辆数;

G为一辆车的重力, kN, 可按设计汽车的重车计算, 汽车-20重车为3 0 0 k N;

B为横向分布车辆最外轮中心之间的宽度家轮胎着地宽度, m, 依照《公路工程技术标准》 (JTJ01-88) ;

b为每一辆车的轮胎 (或履带) 外缘之间的净距, 1.8m;

m为相邻辆车辆轮胎 (或履带) 之间的净距, 1.3m;

Δ为轮胎着地宽度, 对汽车-10级、汽车-15级主车为0.5m, 对汽车-20级主车、重车为0.6m, 路基宽度内能并排六辆车B=1.86+ (6-1) 1.3+0.6=1 7.6 m;

L为车辆前后轴距加轮胎着地长度, m, 对汽车-10级、汽车-15级、汽车-20级主车为4.2m, 对汽车-20级重车为5.6m, 对汽车-超20级重车为13.0m;

(2) 按4.5H法确定圆心辅助线。

连接坡脚E和坡顶S, 得边线ES, 其坡度比为1/1.45, 查《路基路面工程》表3-1得β1=26°β2=35°过SE和坡顶水平线分别作角

β1=26°β2=35°两角线交点为I, 过坡脚E作垂线EF=H (包含换算土柱高度0h) , 过F点作水平线FM=4.5H, M点即为圆心辅助线的另一点, 连接IM即得圆心辅助线。

(3) 计算稳定系数。

根据前述规定, 圆弧条分发验算边坡稳定性计算式为:

式中:K为稳定系数, 容许值[K]一般取1.25~1.5;

MR为抗滑力矩, kN/m;

MS为滑动力矩, kN/m;

f为土的摩擦系数;

L为圆弧总长;

αi为各土条中心对y轴的夹角;

iQ为各土条的重量Qi=Aiγ;

Ai为各土条的面积;

Ni为土条滑动面法线方向的反力;

Ti为土条在滑动面上的切向力;

为求得某个滑动面稳定系数, 现在圆心辅助线上取任意点为圆心O1, 以为半径R, 过坡脚E作圆弧, 如图所示, 然后将滑动体分条, 分条数一般以十条左右为宜, 分条宽度可以相等也可以不等。过圆心取纵横坐标x与y, 土条被y轴分成左右两部分, 量出各土条中心对y轴的横距xi, 按可得土条对y轴的夹角αi, 根据圆心角θ可求出弧长L。

4 结语

根据具体的边坡工程地质条件, 具体地分析目的与精度要求, 合理有效地选用与之相适应的边坡稳定性分析方法, 是一项很重要的工作。目前在边坡稳定性计算中使用最多的就是极限平衡法, 极限平衡法本身包含了几种稳定性计算方法。

摘要：本文综述了高路堤边坡稳定性设计的方法和适用条件, 并且着重通过实例介绍了力学验算法的方法与步骤。

关键词：边坡稳定,力学假定,力学验算法

参考文献

[1]交通部.公路路基设计规范[S].北京:人民交通出版社, 1996.

露天矿边坡稳定总结2 第2篇

每次大的深部构造运动都会导致产生新的应力状态

水平应力=上覆岩层重力×侧压应力系数

构造应力场内：自重应力

水平应力

铅直应力

李四光《地质力学理论》

非洲测得：水平应力是铅直应力的2.6倍

2.6其他因素影响

一、露天矿存在年限

具体讲应指边坡服务年限

时间长，岩体强度减弱大，稳定系数大些

二、边坡形状

凹形：侧向阻力大，稳定性好

凸性：侧向阻力小，稳定性不好

但凸性边坡剥离量最小，经济合理

三、地形荷载：外排土场就近位置

推进方向（工作线）破坏岩体完整性，引起边坡滑落

总之，因为边稳固什么很多，尚待研究。

3—1

边坡工程地质工作程序

一、边坡工程工作主要任务：

1、搜集影响边坡稳定性的各项因素；

2、分析边坡岩体的稳定性：

—查明岩体中结构面分布及岩性变化；

—分析潜在滑面；

—建立滑动模式。

二、边坡工程地质工作程序：

三、1、区域地质背景；

四、2、矿区地质构造；

五、3、露天矿现采场边坡工程地质条件；

六、4、露天矿最终采场边坡工程地质条件；

七、5、露天矿边坡工程地质分区。

三、露天矿边坡各阶段的工作内容

-矿山地质勘探报告；

-露天矿设计阶段；

-投产以后岩层暴露。

1、岩性分布；

2、地质结构面分布

3、出水点；

4、采掘台阶现状；

5、工程地质分区及剖面线；

6、岩石力学试验取样地点

3—2

岩体结构面的调查

主要调查节理、岩层面产状、密度。

方法：地面测量；钻孔。

一、结构面地面调查（表3-1为调查内容）

二、钻孔定向取芯，主要是探明深部的不利结构面。

（一）岩芯定向

三个要素：倾向、倾伏角、围岩轴

线（旋转的某一基准线）。

第五章

边坡稳定性计算

5.1概述

一、边坡岩体内部分析

1、有两种运动

a、相对静止：边坡稳定

b、显著变动：滑坡（变动非常复杂）

2、滑坡原因

a、驱动滑坡因素

荷载

震动

水

构造应力

温差应力

b、抗滑能力

岩体强度

二、露天采场边坡

1、高大边坡

2、暴露岩层多

3、地质构造面纵横交错

4、水文及工程地质条件复杂

因此，边坡随时监控调整，合理的边帮角只能最终评价。

三、目前研究现状及任务

1、土体边坡稳定研究，解决岩石边坡有许多问题

2、露天边坡稳定计算任务

a、验算已有边坡的稳定性，以便决定是否采取防护措施，并作为防护设施设计的依据。

b、设计露天矿合理边坡角，在已知开采深度，设计既经济合理又安全的边坡角。

c、边坡的技术原理

Ⅰ、到界边帮台阶的减震爆破

Ⅱ、防排水

Ⅲ、伞檐处理

管理不善，缓坡可能滑坡，管理好陡帮也可能安全（例如平装西露天矿）结合生产工艺

3、经验法选取边帮稳定角

爆破<40度

金属矿<50度

4、边坡稳定表示方法

当

Fs<1，滑坡

当

Fs=1，极限平衡

当

Fs>1，稳定。保守起见:

=1.1－1.5，多数取1.3。

根据边坡服务年限选取不同值

四、本章研究内容：

1、确定边坡岩体内最危险区

2、分析区内的全部作用力

3、求FS4、判断稳定程度

5.2计算基础及方法分类

一、边坡稳定分析步骤

1、确定滑面

2、分析滑面上的作用力及反作用力，建立平衡条件

二、计算方法

1、刚性极限平衡法

①、将滑体视为刚体

②、滑体的位移是剪切破坏

③、滑体在滑面上的平衡条件，应用滑块在斜坡上的平衡原理

2、有限元法

3、概率法

5.3平面滑面计算法

边坡沿某一倾斜面滑动，发生在以下条件：

1、滑面走向与边坡走向平行或近于平行（）度左右

2、滑面出露在坡面上，二者相交在坡面上

3、滑体两侧有裂面，侧阻力小（略）

一、边坡内有确定的滑面及垂直裂隙

(一)、数学分析法

设：1、岩石不透水，垂直裂隙渗入，流经滑面自坡面逸出，水的压强呈线性分布。

2、滑体重力W，水压U及V均通过滑体重心不产生力矩，滑体无转动，则滑体稳定条件为：

当断裂出露在坡顶时：

当断裂出露在坡面时：

边坡的稳定程度，以稳定系数表示，抗滑力与滑动力之比：

C=0

（二）矢量法

力多边形封闭为平衡状态

步骤：

1、绘铅直重力矢W，比例自选

2、接W之首绘V矢，与W方向垂直

3、接V之首绘U矢，与铅直方向成β角

4、接U之首绘反力矢N，与铅直方向与U同

5、求封闭力矢S，其方向平行滑面，指向与滑动方向相反。

自W之尾绘线，使其平行滑面，并与N矢相垂交，便是所求平衡抗力S。

抗力中摩擦阻力

接U绘拐角φ，在S线上截取便是

稳定系数：

二、边坡内无确定的滑面，最危险滑面位置可分析求得

1、滑面临界倾角（不计U、V）

平衡方程：

又由于：

故：

或：

令：

最后解得：

（最危险滑面倾角）（排土台阶，土边坡，锡盟地区）

α<45度多为圆弧滑坡，坡角较大时，多为平面滑面

2、直立边坡的临界高度：

当边坡垂直时，α=90度

所以：

带入整理后得：

应用公式：

教材中：

方法二：

5－7式将

代入上式可得：

对于垂直边坡时，α=90°：

把α=90°代入5－7式：

以上绘制曲线图5－6：

说明：

1、垂直边坡的高度大于上式值时，岩体自重力足，以使边坡产生剪切破坏，滑坡。

2、小于上式值时，处于弹性应力状态，不发生剪切位移。

3、任意边坡滑动时，剪切面仅在距坡顶一定的深度即

以下方能产生，以上岩层成为弹性层，它的破坏呈拉断。

抗拉强度小于抗剪强度

4、当边坡体内某局部开始达到塑性变形，而远未形成滑坡之前，坡顶处便首先出现

垂直张裂隙，往往称作为滑坡的前兆特征，用来预报即将发生滑坡。

存在最小的极限高度，相对应的弱面倾角为：

当C=0时，张性断裂时，岩石坚硬：

极限平衡

说明：当C

趋于0

时，滑面被较陡的坡面切割，而沿滑面的摩擦角又小于滑面倾角时，即：，则可能产生滑坡，与坡面和坡角无关（在α>β时而言）,此时为增加边坡稳定性,减少坡高和削坡是无益的,只有沿滑面削掉或机械加固，煤矿多见此种例子。

三、边坡内无确定的拉张裂缝，其最危险的位置可分析求得

1、滑体稳定系数

将

带入上式

2、拉张裂缝的临界高度

解Fs的极限值（最小化）

不考虑水的因素，一般采用减弱系数法处理，分步微分法

设：

求Fs极值，设，用分步微分法：令

又知：，令：

得：

3、滑体临界顶宽

从图中求：

代入上式：

四、实例分析

1、条件：已知某矿坡高382m，坡角42度，断层倾角70度（弱面），宽度5m，求解①：Fs，②：坡角

岩体力学性质：

闪长岩：

γ=27KN/m3

c=500－1000KPa

φ=40度

断层c＇=0－30KPa

φ＇=18度

2、滑动模式

经分析确定为平面滑动

边坡稳定设计论文 第3篇

【关键词】公路高边坡；稳定性评价；支护优化设计

高边坡分为土质边坡和岩质边坡，当岩质边坡的高度超过30米，土质边坡的高度超过20米，即为高边坡。公路的路线越长，所经过的地质条件就会相对复杂，边坡的数量也会随着增多。除了显性的边坡之外，还存在潜在的失稳边坡。在施工的进程中，这些潜在的失稳边坡就会在施工作业的作用下，出现失稳变形的现象。此外，公路边坡的特殊性还在于其为永久边坡，无论是考虑到地质灾害预见经验不足，还是提高运营期的安全系数，对于高边坡都要根据地质条件做好支护优化设计工作。目前对于高边坡支护优化设计以对单体边坡设计为主。验证高边坡的稳定性所采用的方法为极限平衡法，参考检测反馈信息，将优化设计方案制定出来。本论文以某段高速公路的40个高边坡为例，对于支护优化设计进行探索。

一、高边坡普查

高边坡普查是对于公路施工现场开展地质勘察和环境考察工作。工作的重点是在施工前对于公路的权限高边坡都要进行调查，已将边坡岩体的结构特征明确区分，并对于已出现变形破坏现象要进行分析，并采取必要的措施补救。对于高边坡普查的目的是提出高边坡优化设计方案，并将重点研究边坡筛选出来。公路边坡往往地质条件较为复杂而缺乏稳定性，边坡的高度大于40米。符合研究条件的边坡只有满足了其中的两个条件，就可以进行筛选，并作为重点研究对象。

二、重点高边坡稳定性评价

高边坡岩土体具有地质过程特征。从地质学的角度刻划，评价岩石高边坡稳定性就是要给予边坡变形破坏的机制进行研究，采用数值模拟的方法模拟岩体高边坡的破坏演变过程，根据模拟控制结果评价高边坡的稳定性。变形稳定性分析采取变形理论的稳定性分析与强度理论的稳定性分析结合的方法，形成建立在模拟控制基础上的岩体高边坡稳定性评价，并提出控制方法。

在整个的高边坡施工阶段，高边坡稳定性评价以及支护优化设计始终贯穿于其中，形成一个动态的评价过程。根据高边坡实际特征，可以判断其破坏模式分为结构面控制型和最大剪应力面控制型。那么在工作流程上所形成的技术思路为：根据高边坡变形稳定性分析数据，对于边坡的可能性变形破坏模式进行判断，并分析变形破坏的发展过程。对于潜在滑动面位置的判断，可以根据所监测到的变形破坏信息为参考依据。在支护优化设计上，引荐强度稳定性分析方法，将必要的设计数据计算出来。为了验证支护的效果，可以对于支护的结构与边坡之间所形成的作用关系来完成，以对于设计不断的完善、优化。

从地质状况的角度审视公路的岩体结构，该公路的沿线上分布着板岩和千枚岩，部分地区已经出现了破碎结构，并以层状呈现出来形成倾倒变形体。根据勘测结果，在40个高边坡中，有近一半的边坡已经出现了倾倒变形现象，主要是受到岩体结构的影响，一些折断面则受到岩体特征的影响。那么对于倾倒变形体的评价则要采用以下的途径。

倾倒变形的范围可以采用离散元法对于倾倒变形的演化过程进行模拟，根据公路现场地质实际状况将地质模型建立起来。边坡变形破坏模式可以采用边坡稳定性评价方法进行研究。潜在滑动面的确定上，可以二维有限元研究方法，这主要是针对没有发生变形的边坡或者是变形程度较小的边坡的内应力、变形程度进行分析。如果边坡的变形程度很大，就要采用二维有限元法对于边坡的分布特征进行分期，并以勘测信息以及施工的各种反馈信息作为参考，以获得准确的滑动面位置。边坡稳定性评价所采用的是强度理论，并在此基础上计算出支护设计的参数。

三、重点高边坡支护优化设计

高边坡支护方案的选定，主要是根据变形破坏的“过程模拟”对于岩石体的演化以及变形破坏机制进行研究，以根据变形破坏的实际情况拟定设计方案。设计主要采用的是初步静力学设计，并运用数值模拟研究岩石体与工程结构的作用，以此为依据对于高边坡进行优化设计。不同的破坏模式的边坡所采用的支护方案也会有所不同。针对于原设计方案，要使其得到进一步优化以符合实际需要，就要将“过程控制”技术纳入其中，地质模型要表达准确并建立在高边坡变形控制以及灾害控制的指导基础上，以形成边坡稳定性评价的关键条件，采取必要的支护措施将高边坡的变形控制在规定范围内，并通过监测获得反馈信息验证其效果。高边坡优化设计见下表。

高边坡优化设计方案

结论：

综上所述，本论文针对公路高边坡的稳定性以及优化设计的思路和方法进行探讨，通过变形稳定性的分析，并对于边坡可能破坏的模式以及变形破坏的发展过程进行评价分析，以对高边坡稳定性进一步评价，为支护优化设计提高参考。

参考文献

[1]贾致荣，郭忠印，房建国.济青高速公路南线路堑边坡动态优化设计[J].公路，2002（12）.

[2]黄润秋.岩石高边坡发育的动力过程及其稳定性控制[J].岩石力学与工程学报，2008.27（08）.

[3]巨能攀，趙建军，邓辉.黄山高速滑移弯曲边坡变形机制分析及应急治理[J].地球科学进展，2008.23（05）.

[4]SINGH V K， SINGH J K， KUM AR A.Geotechnical study for optimizing the slope Design of a deep open-pit mine，India[J].Bulletin of Engineering Geology and the Environment，2005，64（3）.

公路高边坡治理设计及稳定分析 第4篇

云南红色旅游公路楚雄州元谋县G5京昆高速至龙街段工程, 项目路线起点位于G5京昆高速元谋土林立交收费站出口, 接G108线K3164+400处。该项目为全长22.865千米道路:K0+000-K4+000段为一级公路, K4+000-K22+865段为二级公路。全段多处涉及高边坡的防护与治理问题, 其中典型的防护治理方案可作为高边坡治理设计的一般性参考。

二、高边坡治理设计依据

根据沿线地形、地貌、地质、水文、气象等自然条件, 依据以下规程、规范及有关指导性意见等进行高边坡治理设计。包括:《公路工程技术标准》 (JTG B01-2014》、《公路路基设计规范》 (JTG D30-2015) 、《公路工程抗震设计规范》 (JTJ 004-89) 、施工图阶段工程地质勘察报告、调查评估报告及《云南红色旅游公路楚雄州元谋县G5京昆高速至龙街段工程初步设计审查意见》等。

三、高边坡稳定性分析

边坡稳定性分析主要针对高边坡开挖后可能产生的病害性质、规模、危害程度作出定性与定量的综合分析, 综合分析现有各方面地质资料, 提出边坡的强度指标, 以此作为高边坡治理设计的重要依据。

稳定性分析的第一步是将自然坡体按高度划分出平台, 即划分出几个上下连续的坡段逐级开展工作 (图1是典型的断面防护设计图) 。然后根据各级坡段的具体情况进行加固处理, 对欠稳定、不稳定边坡进行必要加固治理, 加固后达到相关规范要求的安全等级, 同时进行生态绿化防护;对于稳定边坡仅进行必要的坡面绿化防护, 防止岩体风化剥蚀、雨水下渗, 保持边坡的整体稳定。

如图1所示, 通过钻孔揭露该坡体的地质情况, 0~2.7m为碎石土, 2.7~8.4m为强风化泥质砂岩, 8.4~24.6m为中风化泥质砂岩。强风化泥质砂岩位紫红色中厚层状砂岩, 含泥质, 具泥质结构、细粒结构, 中厚层状构造, 岩芯较破碎且裂隙较发育;中风化泥质砂岩成分及结构、构造与强风化泥质砂岩一致, 只是岩芯的破碎程度和裂隙发育程度都更低。根据坡体自然高度及地质特点对该段高边坡进行坡段分级防护, 一共分为三个等级的坡段防护。第1、2级边坡采用SNS主动防护网, 第3级边坡采用锚杆框架防护。

四、高边坡治理设计

1、高边坡治理设计基本方法

高边坡治理设计主要结合工程地质比拟法、力学计算法及经验对比法三种方法, 根据现场实际情况, 进行合理的设计。工程地质比拟法故名思议是依托自然稳定坡中可供比拟的坡形、坡率和坡高进行工程地质的演算;力学计算法是对设计坡形进行稳定性计算, 计算过程中应选择符合坡体结构和破坏模式的计算方法;经验对比法则是依据一些具有相似地质条件的已建成人工边坡作为设计的参考对象, 套入实际边坡参数进行具体设计。

2、高边坡治理设计主要内容

边坡的坡形、坡率与坡高、支护加固工程、排水工程、景观绿化工程等都是高边坡治理设计的主要内容。其中边坡支护加固工程设计包括设置重力挡墙、扶壁式挡墙、锚杆挡墙、岩石锚喷支护、格构锚固、土钉墙、注浆加固等支挡加固工程。此外, 采用植被防护、骨架植被防护、预应力锚索框架等防护工程近年来也得到广泛应用。

3、高边坡病害治理设计要点

一是预防为主。预防为主是高边坡病害治理的首要原则, 要尽量绕开大断裂区域和不良岩土地段等地质灾害易发地段, 当无法避让必须选择该路段时, 则宁做隧道也不进行高填深挖。

二是一次根治不留后患。对高边坡病害可能的病因进行全面把握后, 再开展治理工程的设计工作, 可以做好有的放矢、不留后患。高边坡的治理措施提出来之后, 应严格按照规范要求进行边坡治理, 避免工程质量不过关而导致治理工程的失效。

三是技术可行、经济合理。高边坡治理设计应基于技术可行、经济合理之上, 有效保证预防和治理效果的前提条件下, 应尽量减少成本的投入。在设计过程中可以结合高边坡现场具体条件, 提出多个预防和治理方案, 从技术的先进性、持久性及工程造价方面进行优化比选, 选出最佳方案。

四是综合治理。各种因素均可引发高边坡病害, 不同因素对边坡病害的诱发作用又不尽相同。因此, 高边坡治理设计措施既要消除或控制主要因素, 又要辅以其他措施进行综合治理, 以限制其他因素可能引起的高边坡病害。除了对高边坡病害的有效控制与治理外, 还要考虑边坡治理的经济性、美观性及绿色环保性。

五、结语

在充分收集整理高边坡所在地区的基础地质资料及相关资料后, 对具体边坡的稳定性进行分析, 对于情况相对复杂的高边坡需进行坡段的分级分析。通过云南元谋县G5京昆高速至龙街段公路某段高边坡治理断面设计图的分析, 结合以往山区公路高边坡设计、施工的经验教训, 提出高边坡治理设计的基本方法、内容及设计原则。

参考文献

[1]房锐.公路边坡治理工程效果评价系统研究[D].中国铁道科学研究院, 2009.

[2]莫进丰.开挖边坡变形稳定性分析与稳定性控制研究[D].中南大学, 2010.

某工程边坡稳定加固方法选择研究 第5篇

通过对工程边坡稳定性计算,建立边坡稳定性模型.通过压力注浆、钢筋混凝土格构加锚杆和打抗滑桩三种边坡加固方法,对各自工程量、沉降、施工难度、质量保障、工程造价的综合评价,选出较好的`边坡加固方法.施工完工一年的沉降检验,边坡未发现异常情况.

作 者：屈云光 焦思红 占文锋 Qu Yunguang Jiao Sihong Zhan Wenfeng 作者单位：屈云光,Qu Yunguang(深圳中广核工程设计有限公司,广东,深圳,518057)

焦思红,占文锋,Jiao Sihong,Zhan Wenfeng(北京工业职业技术学院,北京,100042)

膨胀土边坡稳定性分析 第6篇

关键词：膨胀土；边坡工程；失稳破坏

中图分类号： TU23 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）20-69-2

0 引言

膨胀土属于特殊土，分布较为广泛并且对工程建筑物危害较大。大量的粘土矿物是膨胀土具有膨胀结构的根本原因，其中蒙脱石的存在会使得土体易于开裂、亲水性强、胀缩性高，同时膨胀土的液限也很高。判断一种土是否为膨胀土的依据就是液限和自由膨胀率，当液限和自由膨胀率均大于40%时，判别为膨胀土[1]。

膨胀土的破坏特性是复杂的，具有潜在性、反复性和长期性，全世界由膨胀土造成的损失很大，甚至超过了洪水、飓风、地震和龙卷风所造成破坏的总和[2]。美国专门组织召开膨胀土大会，国际工程地质大会、国际土力学及基础工程大会以及地区性的会议都会针对膨胀土的研究进行交流探讨，在此的背景下，国际上制定了一些相关的规范。我国在20世纪五六十年代开始注重膨胀土带来的一系列问题。当时的研究程度不够深入，在膨胀量和膨胀力以及引起膨胀的相关因素方面的研究成果很少[3]。

1 膨胀土边坡稳定性研究现状

1.1 强度准则

传统的摩尔库伦准则是应用最广泛、认可度最高的强度理论，后续的很多新理论都是在摩尔库伦理论的基础上建立起来的。由于自然条件下膨胀土边坡为非饱和土，故目前研究的热点集中在非饱和土力学。Bishop等于1960年提出了非饱和土抗剪强度的有效应力公式[4]：

以上学者提出的公式虽然得到了国际上很多转接学者的认可，但是还是存在缺陷，Bishop法ua-uw数值难以测定，Fredlund法？渍″的测定非常复杂，都未能在工程中大量应用，应用最广的依然是摩尔库伦强度准则。

1.2 膨胀土边坡裂隙开展深度

膨胀土裂隙开展深度对土体稳定性影响非常的大。膨胀土在不同的温度、含水量等作用影响下产生应力不均匀分布，于是产生相应的应变。膨胀土形成的众多裂隙致使其结构稳定性降低，导致膨胀土体工程性质变得极差。因此研究其裂隙扩展深度极其重要。由于膨胀土裂隙深度并非受单一因素影响，它与风化卸荷、地应力、工程地质条件密切相关，要精确求解比较困难。

易顺民和袁俊平对裂隙的分布进行了研究，并依据统计法建立了裂隙度的概念，但并未针对某一具体裂隙深度进行求解。在工程实际中，很多时候都是根据当地的地质勘察资料和当前气候条件进行经验估算得到裂隙深度。根据经验统计分析，膨胀土体的稳定性系数随着裂缝深度的变化幅度基本在10%以下，就可以在进行稳定性计算时取稳定性系数为最小时的深度。

1.3 膨胀土的渗透性

非裂隙性的膨胀土渗透系数很小，对边坡土体的稳定性影响很小，因此关于非裂隙性的边坡渗流问题研究的文献也比较少，只有少部分文献研究了裂隙生成后的渗流问题。对于边坡表层的膨胀土受风化应力改造比较严重，裂隙发育较多，大小不一，根据不同的工程地质条件，边坡形态，雨水入渗对边坡会产生不同程度的影响，对边坡稳定性造成一定的威胁。袁俊平初步建立了非饱和膨胀土边坡裂隙网络的入渗模型。

1.4 膨胀力与含水率的关系

膨胀土遇水后会产生膨胀力，而大气条件下膨胀土吸水后产生膨胀力的情况要比室内膨胀力测试实验复杂得多，室内试验膨胀土试样完全浸入在水中，并且在测试过程当中完全没有变形，这与大气条件下差别较大，因此准确测定膨胀力困难比较大。卢肇钧定义膨胀土的的膨胀力为土体积不变的情况下测定的，现在土工试验规程也使用了这种方法。Asuri Sridharan设计了三种方法来测定膨胀力，包括自由膨胀法、线性求解法和定体积法，从不同的角度，通过大量实验对比分析三种方法的不同特点，测定膨胀力以获得更加合理的方法，同时还总结出了膨胀力与初始含水率和干密度的关系。

2 膨胀土边坡稳定性分析

2.1 室内试验研究

目前室内试验是获取膨胀土的膨胀力和强度参数的主要方法，在进行稳定性计算时往往要先做室内试验。

2.1.1 膨胀力试验

膨胀力试验测量的是膨胀土试样在不同初始含水率试样达到或接近试样的最大干密度条件下的膨胀力，分析了膨胀力与含水率之间的关系并且实现了定量化，能够为极限平衡计通过研究以往试验可以发现，试样在实验前虽然含水率相差很大，膨胀力试验结束后发现含水率都接近塑限。膨胀速度呈现先快后慢的趋势。在实验过程中，当膨胀力趋于稳定的并且接近末尾阶段，不同试样表现出了不一样的变形差别，含水率大于等于最优含水率的试样完全限制试样变形，在实际条件下，膨胀土边坡的变形是不可能被完全限制住的，因此在进行极限平衡计算时需要选择一个合理的折减系数来平衡实验室与实际间的差别。

2.1.2 压实性膨胀土的抗剪强度试验

压实性膨胀土的抗剪强度试验测定了膨胀土抗剪强度随含水率的变化情况而变化的规律，为膨胀土边坡稳定性计算提供定量数据。

在做固结慢剪试验时，需要制备不同含水率的试样，并且固定一个压实度作为基准，在制备试样时，分别将试样压实到相对于试样的最大干密度。当固定一个含水率的值的时候，制备不同压实度的试样，来考察最优含水率附近压实度对强度的影响。还可以控制含水率，制备不同压实度的试样来进行快剪试验。

2.2 大气作用下的试验研究

孔令伟[6]研究了大气作用下膨胀土边坡的现场响应试验研究。试验场地选在了广西南宁郊外，属于亚热带季风气候，日照充足，降水量大，雨季旱季分界明显。多年平均降雨量约为1318mm，其中雨季的降水量达到全年降水的80%，年平均蒸发量约为1220mm。地形地貌属于垄状地貌，选在一块面西向的缓坡上，坡度较小，10°-14.5°，边坡上安装相关检测设备，包括小型气象站、TDR土壤含水率测量系统、测斜管、沉降传感器等。

通过试验数据分析得出：降雨量、蒸发量、净辐射量、湿度等都会对膨胀土的含水率有影响，但是降雨和蒸发两个参数是影响程度最大的，进而影响膨胀土边坡稳定性；土壤温度是与净辐射量有关系，在一定程度上可以间接性的反映边坡不同温度区域的含水率情况；植被覆盖对膨胀土边坡的变形有一定影响，植被可以保持水分、固定土壤、控制径流，进而影响边坡的稳定性。

3 总结

膨胀土的特殊性使得膨胀土坡稳定性变差，膨胀土工程边坡经常发生滑坡等地质灾害。影响膨胀土边坡稳定性的最重要因素为裂缝的开裂情况，裂缝即降低了土体强度，又为雨水入渗提供通道，加剧土体抗剪强度的降低，最终导致土体变形失稳。

对于膨胀土的研究日渐成熟，但也存在很多尚待解决的问题，在理论研究结合生产实践的基础上，对膨胀土的认识会进一步，为实际工程带来帮助。

参 考 文 献

[1] JTJ033一95公路路基施工技术规范.

[2] 孙志伟.裂隙膨胀土切岭滑坡形成机理及发育阶段分析[J].中国地质灾害与防治学报.1994，6（5）：60-65.

[3] Huang X L.Problems of buildings on slopes of expansive soils[A].Proc of the Inter Conf on Engineering Problems of Regional Soils[C].Beijing，China，1998.67-110.

[4] 林鲁生，蒋刚.考虑降雨入渗影响的边坡稳定分析方法探讨[J].武汉大学学报（工学版），2001，34（1）：42-44.

[5] 中华人民共和国行业标准，公路土工试验规程（JTJO51-93）.人民交通出版社，1993.

边坡稳定设计论文 第7篇

1.1 土石坝边坡特点

土石坝边坡与岩石边坡相比, 受到破坏的形态单一, 通常是剪切式为主, 破裂面成圆弧型。构成边坡的泥土结构散漫, 干燥后凝聚力减小, 所以通常滑落损坏的位置是不确定的, 通过理论计算很难得出实际的危险处。当坡的内力不足以抗衡应力是造成土石坝边坡失稳的主要原因。

1.2 土石坝边坡失稳的原因

失稳主要是石土外边界被剪切损坏造成的。相关调查表明, 坡面上的平均应力与坝体的抗击力相同时, 会发生滑动破坏, 从坡面组成原理上分析, 一个滑坡面是与抗力和应力紧密关联的。抗力达到额定值时, 增加侧面压力使之等同或者小于抗力时就会引起土石坝的滑坡。这是诸多原因并存产生的现状, 是一种破坏稳定可靠性的表现。但本质还是设计坝体时抗击冲击力的不足。原因有很多, 洪水的冲击, 自然降水的渗透, 人为破坏, 建造技术, 自然灾害的干扰, 如地震泥石流, 都会引起坝坡土质松动, 洪水的不断浸泡侵蚀最终导致塌垮。

2 土石坝边坡稳定参数的统计

2.1 坝坡稳定计算的基本理论

坝体自身有一定的重量, 虽然土石坝对地基的要求不高, 但这些自身重量还是会对中下层产生不小的压力。对稳定系数的计算, 起到预算风险值的作用, 充分了解坝体能够承载的极限。在条件范围内, 结合当地自热灾害情况及时对坝体进行加固, 建立良好的平衡环境。对土石坝边坡稳固系数的统计计算是一项复杂的研究, 使用现代的几何力学知识来分析它虽然是应用最广泛的方式, 但还存在着不严谨的地方。在计算机领域的不断开发研究, “条分法”逐步出现在人们的视野中, 利用电脑将各种使用的方法统一起来, 形成一套使用的理论。当代科学家主要将这些理论总结成两条:坝坡的土石如果延顺多个面滑落滚动, 当出现稳定性失衡时, 一定是沿着阻力最小的一个面进行滑落损坏;如果确定了破损面, 则该面上内力的相对力将主动调整起到最大的阻力, 阻碍滑落。所以稳定参数的统计应从两个大方面进行:对坝坡的损坏程度按照最大值进行预估, 计算此时坝体的安全系数;在所有风险面都按照最大损坏值进行重复测量计算, 最终得出可靠性最小两个面的临界处滑面。

2.2 土石坝边坡参数统计的意义

在水利工程的建筑过程中, 对具有可靠性的策划方案进行使用并结合对测量的数据分析, 这在具体施工过程中已经成为了一种公用方案。对挡水坝的修建国家也是给出了相关的指数进行对比并执行统一标准。土石坝的修建多在我国偏远农村, 施工前缺少图纸的绘制, 也没有专业工程师现场指导, 仍然采用古老的搭建方法, 缺少现代工艺的引进。国家尤为重视水利工程的安全问题, 近年来也开展了大量的实地考察, 对土石坝边坡的靠冲击力进行计算, 也投入了大量的人力财力资源, 对其可靠性进行设计研究。通过对坝体边坡各参数的统计来计算遇到风险时的承载力, 无论是对挡水坝的建筑还是使用中的安全性能都有了全面的保障。

2.3 土石坝边坡稳定参数统计范围

传统的边坡安全统计仅局限于理论安全系数, 稳定性的计算, 而忽略了遇到自然灾害时坝体最大承载冲击力的能力, 这直接造成了土石坝建造发展的缓慢, 筑造工艺技术的落后。全面的参数统计范围应该包括土石堆积的高度, 坝体厚度, 边坡的倾斜角度, 造成建筑材料滑落的力度值, 边坡可靠性, 结合规定标准对这些数值进行考察测量。应用可靠度理论于土石坝稳定问题时应首先确定基本随机变量, 这些基本变量可以是几何尺寸、材料性能指标和作用荷载等。在影响土石坝稳定的诸多因素中, 抗剪强度指标对边坡稳定分析成果的可靠性影响最大, 需研究其统计方法、统计特性以及参数取值等问题。统计方式分为直接统计和线性回归两种, 对小浪底、西霞院、碛口工程大坝心墙土料抗剪强度参数进行了统计分析, 发现不同的统计方法所得的统计结果受样本容量影响较大, 样本的变异性大小对统计结果也有一定影响。如对小浪底工程, 样本容量为64, 其统计结果相差不超过10%;其它工程样本容量相对较少, 统计结果有的相差超过了50%。相比较而言, 值相差较小, 数值较稳定;粘聚力的变异性较大, 对计算结果影响较大。因此, 在进行可靠度计算时, 当粘聚力的变异性较大且统计子样较少时, 可按定值考虑。此外, 直接统计法具有使用方便、概念明确、易于确定随机变量的统计特性等优点, 可以作为主要统计分析方法。随机变量概型分布直接影响可靠度的计算结果, 在进行可靠度分析时必须选择一种合适的检验方法检验其概型分布。

3 土石坝边坡稳定可靠度设计

可靠度理论在结构设计中具体体现为结构的设计表达式。现行的土石坝设计规范不适应《水工统标》的要求, 需按其关于概率极限设计法的规定进行修订, 以可靠指标度量土石坝结构的可靠度, 并据此采用五个分项系数 (结构重要性系数、设计状况系数、作用分项系数、材料性能分项系数和结构系数) 的设计式, 以替代现在的单一安全系数设计法。分项系数设计式与单一安全系数设计式的不同之处是它由一组分项系数和设计代表值所组成。按《水工统标》规定, 水工结构承载能力极限状态基本组合的设计式可统一写用一个公式代替。合设计值, 其中包含各种作用荷载的标准值及其分项系数;其中含有材料性能标准值及其分项系数。由于土石坝坝体尺寸较大, 尺寸的变异很小, 对于一个具体工程和一个固定的运行工况, 容重、浸润线位置也是基本不变的, 因此, 对一个具体的土石坝工程来说, 其作用的标准值按定值处理。《水工统标》规定, 在采用极限状态设计法时, 岩土材料和土基强度的标准值可采用其概率分布的分位值。设计式中的分项系数反映各种原因产生的不定性的影响。通过对分项系数的优选, 能使各种设计情况总体上满足规定的可靠度水平 (目标可靠指标) 。结构重要性系数在《水工统标》中已有明确规定。不同设计工况应有不同的目标可靠指标。对应土石坝工程设计条件中的稳定渗流期、水库水位降落期、施工期、稳定渗流遇地震等工作状况, 设计状态系数应分别取不同的数值。根据设计经验, 参考《水工统标》给出的确定原则及有关规范的确定方法。

4 结论

通过对土石坝坡面稳定性的探究, 发现了坝体存在的一些问题, 整理这些问题做设计出相应的技术方案, 对后续水利工程的发展普及有很大帮助。从对土石坝建筑方面的研究不能局限于理论, 对现实地形地貌考察更为重要, 全面的推动土石坝持续稳定发展。

摘要：土石坝是目前应用最广泛的坝体, 其建造成本低, 就地取材, 省去了建筑钢料的运输过程, 过程简单, 筑成后结合实际需求增高或加宽也方便操作。但这种传统坝体的稳固性却存在着很多问题。针对土石坝边坡稳定可靠的深入研究设计, 可推动我国水利事业的发展, 应用好这些技术, 不但节省财务支出, 还能缩短工期, 使投入使用中坝体更安全耐冲击。

关键词：土石坝,边坡稳定,可靠性

参考文献

[1]张薇, 霍树义, 李连伟, 金坎辉.河北工程技术高等专科学校学报, 2014 (3) .

增从高速高边坡稳定性设计浅析 第8篇

高边坡的稳定性问题一直广泛存在于工程之中, 特别是在高速公路及乡村公路、山区旅游公路的建设中, 由于原始地形地貌相对复杂, 路线途径高山或山谷, 所以边坡的填挖高度相比人口密集区域道路的填挖高度大的多, 经常出现深挖路堑及高填方, 高边坡的稳定问题也显得更为突出。

2 工程概况

广州增城至从化高速公路 (含街口支线) , 简称:增从高速公路, 为从莞深高速北段支线。此高速公路全长66.8公里 (其中增城段40公里) , 由主线和街口支线 (派街高速) 组成, 呈Y字形南北走向布局;主线长48.3公里, 起于增城增江街周山村, 向北途经增城增江街、正果南、小楼镇、派潭镇灌村以及从化市温泉镇, 终于从化市温泉镇卫东村, 与G45大广高速 (大庆-广州高速公路) 相接;支线长20公里, 起于增城派潭镇, 通过黄岭香立交与增从主线相接。线路途径地区多山、多旅游景点。本文通过选取增从高速支线段第14合同段K15+460~K15+566.5右侧深挖路堑作为示例, 其中以K15+550右侧最大挖方高度40.2m进行稳定性计算分析。

地形地貌:路堑K15+460~K15+566.5路段右侧边坡位于低丘斜坡地貌区, 地面标高50.9~90.3m, 相对高差39.4m, 地形上为右侧高左侧低。路堑位于斜坡底部, 设计标高在60.7m左右, 自然坡度27度左右。

地层岩性:表层为2.4m厚的粉质粘土层;其下为4.4m厚全风化混合花岗岩, 呈硬土状, 原岩可辨别, 遇水亦松软;下伏为强风化混合花岗岩, 呈半岩半土状, 底部呈碎石状, 层厚18.7m。

地质构造:根据地勘资料, 本段路堑未发现断裂构造通过。

水文地质:本段未见地下水。

其详细地质资料参见柱状图 (图1) 。

3 稳定性分析

结合已有地质勘察资料, 根据边坡的岩性、地质构造、地下水的作用和风化程度, 结合现场调查分析, 边坡开挖部分位于强风化层及全风化花岗岩层中, 计算中按类土质边坡进行分析计算。边坡设计初步确定共设置四级边坡, 前三级边坡高度10m, 最后一级边坡10.2m, 每级边坡设置一2m宽平台, 从下往上采用的边坡坡率依次为1:1、1:1.25、1:1.25、1:1.25, 其计算简图如图2所示。

边坡稳定计算采用简化bishop法, 其安全系数为1.18。依据《公路路基设计规范》 (JTG D30-2004) , 对于挖方高边坡设计, 本项目公路等级取“高速公路及一级公路”, 路堑边坡稳定安全系数范围为“正常工况1.20~1.30, 非正常工况Ⅰ1.10~1.20”。参照规范可知该边坡在正常工况下为欠稳定边坡, 需要对其进行加固治理。

4 加固治理

加固治理方案:边坡设计高度、坡率、平台宽度均不作变化, 第Ⅰ级边坡采用预应力锚索框架梁, 第Ⅱ、Ⅲ级采用人字形骨架植草防护, 采用简化bishop法重新进行计算, 其安全系数为1.23。 (见图3)

5 高边坡设计要点分析

K15+460~K15+566.5右侧深路堑作为第14合同段挖方高度最大的边坡路段, 在增从高速的高边坡设计中具有一定的代表性。总结起来项目高边坡设计要点如下:

⑴设计遵从“不破坏就是最大的保护”的理念, 采用自稳定为主, 加固为辅, 尽量做到减少征地和弃方, 合理放坡。高边坡是人类改造自然的工程, 边坡设计首选自稳定, 减少人类对自然界的干预与改造, 最大限度地保护环境、最小程度地破坏、最大限度地恢复, 使边坡工程防护与生态保护和谐统一, 达到安全、生态、美观的防护目的。增从高速沿线边坡除个别边坡无法自稳定需要预应力锚杆、锚索、板桩墙加固处理外, 其余均采用常规的植草、骨架防护, 选用与华南地区气候相宜的植被, 以保护环境。

⑵边坡地质灾害成因分析:①地质方面原因。松散地质结构是边坡滑坡的最重要地质基础。本项目桩号范围内右侧边坡开挖的土层除表层素填土之外, 其余均处于全风化及强风化花岗岩岩层。根据现有的地质勘探报告及岩层风化特性, 该处加固分析时, 按照土质边坡进行放坡。四级边坡从下往上依次采用1:1、1:1.25、1:1.25、1:1.25, 不宜做过大的边坡坡率调整。放坡过缓, 开挖量过大, 征地范围变大。放坡过陡, 土质边坡特性无法自稳定, 辅以其他加固措施成本代价过大。②水的原因, 包括降水影响及地下水影响。地下水位过高, 土体自重增大, 自然会增加滑坡风险。施工期及项目运营期降水渗入土体同样影响边坡稳定。③施工方面的原因。合理的边坡开挖方法、施工工序才能保证边坡开挖后的稳定性。

⑶加固治理原则:固“脚”强“腰”、截水排水。①固“脚”强“腰”, 本路段边坡在治理前, 属于正常工况下欠稳定边坡, 同时边坡岩层为强风化及全风化花岗岩, 为保证运营安全, 采用预应力锚索加固坡脚。强腰设计主要体现在坡率及平台设计。结合地质资料, 选用合理的坡率及平台宽度, 综合考虑边坡稳定与土方开挖量、征地范围的相对平衡, 既保证边坡能够稳定又能保证控制工程成本。②修筑截水、排水设施。对于地表水, 修筑截水沟、拦水平台、排水沟, 以减少雨水对边坡冲刷以及对土体地下水的补给。对于地下水位较高的边坡, 在削坡卸载以后, 边坡就可能在动水压力和潜蚀的作用下, 失去原有的平衡状态, 如果没有采取适当的排水措施, 边坡便可能失去稳定。因此在边坡开挖的过程中, 要先及时引排地下水, 以降低孔隙压力, 保证边坡的稳定。

⑷边坡设计坚持采用边挖边测、动态设计的方法。高边坡设计是一项十分复杂的工程, 不论理论还是实践都是探索阶段的经验做法, 选用的力学模型也无法精确模拟实际状况, 所以高边坡设计远不只是一个纯理论的分析设计。鉴于地质条件的复杂多变性, 而现有的地质勘探资料可能存在局限性, 以及在后续的施工方法、水文、天气等都可能存在不可预见的变化, 所以设计阶段的高边坡设计是一种超前的具有风险性预测的设计。因此, 在增从高速高边坡设计中我们不只重视前期勘察工作, 对于整个施工期间所有资料的监测也非常重视, 及时发现变化, 汇总传递给设计, 及时根据变化调整、完善、优化设计, 尽量设计出合理、安全可靠、经济适用、施工方便、工艺简单、造价低的防护工程。

6 结束语

这几年边坡滑坡事件屡见不鲜, 特别是2015年底深圳大型土方边坡的滑坡, 更加给人类合理改造自然活动敲响警钟。本文结合增从高速一典型高边坡断面对高边坡的稳定性及加固方案进行浅析。设计者在分析、计算、设计的过程中, 既要熟悉影响边坡稳定的原因, 对可能出现的灾害有前期预见性, 又要对边坡治理加固提出合理方案, 保证边坡稳定及公路的正常运营。

摘要：这几年, 我国公路路网日渐完善, 特别是高速公路的建设, 大大促进区域经济的发展与联系。在这些公路的两旁随时可见深挖路堑和高边坡, 与之相关的边坡滑塌事件也时刻提醒工程建设人员做好高边坡勘察设计、施工管理、后期养护治理等每一个环节。本文结合增从高速的一个典型高边坡断面进行稳定性及加固治理方案进行分析。

关键词：高速公路,高边坡设计,稳定性,加固治理

参考文献

[1]雷用, 郝江南, 肖强.高边坡设计中的几个问题探讨[A].贵州省岩石力学与工程学会2010年学术年会论文集[C].2010.

[2]杨航宇, 颜志平, 朱赞凌等.公路边坡防护与治理[M].北京:人民交通出版社, 2002.

边坡稳定设计论文 第9篇

关键词：岩质高边坡,稳定性分析,有限差分,应力,位移

0前言

随着社会经济的快速增长, 城市的高速发展, 对空间的利用率要求也越来越高, 高边坡工程也越来越常见, 规模也越来越大。传统研究的方法主要是静力平衡法, 它简化了工程的地质条件和地质体的内部作用, 所以很难模拟出高边坡变形和破坏的过程, 无法更合理的判断高边坡稳定性的复杂状况, 从而对灾害不能做出提前预警。随着计算机技术的快速发展, 有限差分的数值分析在边坡的稳定性分析和评价中得到了广泛的应用, 它较好的模拟地质材料在达到强度极限或者屈服极限时发生的破坏或者塑性流动的力学特征, 分析各种因素对岩土体应力及变形的影响, 了解地质体在不同物理状态下的应力-应变关系和变形的发展规律[1,2,3,4,5,6]。

1 岩土工程地质背景

1.1 高边坡特征

岩质边坡开挖走向约140°~150°, 边坡开挖到±0.00后, 边坡长约138.0 m, 坡高21.2 m (见图1) 。

1.2 岩土工程地质环境

场地处于南北向贵阳向斜东翼, 主要受NE向及SW向两组断裂构造的控制, 该场地即为受该两组断裂构造分割而成的断块。岩层呈单斜产出, 总体上倾向南, 岩层倾角变化不大, 山体处于自然稳定状态。岩体中有断层、节理、软弱夹层存在。边坡勘探深度范围内地层结构由新到老为:第四系全新统杂填土 (Qpd) ;石炭系摆佐组 (Cb) ;浅灰、灰白色厚层~块状细晶白云岩偶夹灰、黄色泥岩、页岩。岩层产状:176°∠26°, 节理裂隙发育, 节理面有铁质浸染现象, 岩体破碎。

2 模拟过程及结果

2.1 力学模型的建立

参照GB50330-2002《建筑边坡工程技术规范》及行业标准JTG D30-2004《公路路基设计规范》、JTJ004-89《公路工程抗震设计规范》中有关规定, 结合有关工程经验, 边坡按1∶0.25开挖。从上往下分两级放坡开挖, 每级10 m, 马道宽2.50 m。

采用有限差分软件FLAC3D进行数值模拟, 模拟岩土体在自重应力作用下, 高边坡开挖后应力场和位移场的变化特征。计算中考虑了弹性和弹塑性两种力学模型, 采用增量理论计算求解, 弹塑性力学模型中屈服准则采用Mohr-Columb准则。为了简化计算, 采用一次性开挖, 简化的高边坡计算模型。

2.2 应力场分析

2.2.1 天然状态下稳定性模拟 (见图2~3)

由图2~3可以看出, 在天然状态下, 应力主要集中在岩体的内部, 随着深度增加而增大, 整体稳定性较好。

2.2.2 开挖后稳定性模拟 (见图4~5)

从图4~5可以看出, 开挖后整个坡体发生了应力重分布。

1) 边坡周围主应力方向发生明显偏转。在坡脚和马道处最大主应力明显增大, 向坡体内逐渐恢复初始状态。

2) 在临空面附近出现应力集中带, 但坡脚和坡缘的情况有所不同。在坡脚附近的最大主应力明显增大, 且越靠近表面越大, 而最小主应力变化不明显。在坡缘附近, 坡面的径向应力和坡顶的切向应力可转化拉应力, 形成一张力带。

3) 坡面处由于最小主应力实际为零, 所以模型处于单向应力状态 (不考虑σ2时) 或者向内渐变为两向或者三向 (考虑σ2时) 应力状态。

2.3 位移场分析

边坡开挖后稳定性模拟 (见图6) 。

以工程建立的模型, 天然自重应力条件下, 位移方向是垂直向下, 开挖未支护的边坡岩体向临空方向位移, 且普遍出现卸荷回弹位移, 最大位移量为2.11 m, 坡脚及马道处最大。边坡处于不稳定状态, 破坏机制为滑移-压致拉裂, 需要进行支护。

2.4 边坡支护的数值模拟

边坡的整体稳定, 但由于外动力地质作用和卸荷作用使岩层中产生很多竖向节理, 这些竖向节理和岩层的水平结构面将岩体切割成块体, 被切割的块体在临空面形成危岩体, 容易发生小规模的垮塌及碎落。横纵交错的节理贯通容易形成滑动面, 从而严重影响了边坡的整体稳定性[6]。

对开挖坡面采用喷射混凝土及预应力锚索格构梁进行加固支护, 见图7。

边坡支护后x方向的位移, 见图8。

从图8可以看出, 边坡开挖后进行支护, 无向外滑移的趋势, 坡体的位移明显得到控制。

3 结论

通过对比天然状态下的边坡和开挖边坡的稳定性分析, 得到以下结论:

1) 发现边坡的破坏方式是滑移-压致拉裂。

2) 从位移场的分析来看, x方向位移比较明显, 位移区分层明显。

3) 从应力场分析, 边坡开挖后的应力发生重分布, 坡脚处最大主应力发生明显偏转并出现应力集中现象, 最小主应力变化不明显。经过数值分析方法优选的支护设计方案, 控制了边坡的开挖后的位移, 满足GB50330-2002《建筑边坡工程技术规范》。

参考文献

[1]孙纵军, 迟延智, 李乃元, 刘晓彬.FLAC应用于岩质高边坡的稳定性分析[J].岩土力学, 2006, 28 (S2) .

[2]徐俊.高边坡开挖与支护过程的数值模拟[D].武汉:华中科技大学, 2006.

[3]孙书伟, 林杭, 任连伟.FLAC3D在岩土工程中的应用[M].北京:中国水利水电出版社, 2011.4.

[4]郑玉元, 覃仁辉.公路工程滑坡的形成机理及其稳定性分析-以贵开线K4_450_K4_780为例[J].贵州地质, 2003, 20 (4) .

[5]丁浪.边坡稳定分析和抗滑桩优化设计[D].合肥:合肥工业大学, 2010.

[6]余蓓, 郑玉元, 戚德印.岩质高边坡稳定性的有限元分析[J].郑州轻工业学院学报:自然科学版, 2011, 26 (2) :94.

边坡稳定设计论文 第10篇

边坡稳定性研究是土力学中的一个经典领域。准确、可靠地评价边坡的稳定性, 对道路工程、铁道工程以及民用建筑等众多工程的建设具有重要的意义。然而, 边坡稳定性的影响因素众多, 且各因素复杂多变、存在相互作用性及不确定性[1,2,3]。面对众多不确定因素, 要准确的定量分析边坡稳定性, 并用于指导边坡工程的设计与施工是不切实际的。因此, 通过对边坡稳定性影响因素进行灵敏度分析, 获得边坡稳定性的主要影响因素, 对于边坡工程的设计与施工不仅是必要的, 而且势在必行[2]。

近年来, 边坡稳定影响因素敏感性分析是岩土工程界的热点问题, 各国专家学者对其进行了较深入的研究。从相关文献可以看出, 边坡稳定性影响因素的敏感性分析方法主要有单因素分析法和多因素分析法两大类。目前, 广泛采用的单因素分析法, 没有考虑多种因素的交叉和综合作用, 所以存在着明显的局限性。而对多因素敏感性分析的研究, 目前尚处于探讨阶段[3,4]。

鉴于上述, 本文以昆明地区典型的红粘土均质路堑边坡为实例, 在正交试验分析方法的基础上, 采用极限平衡法对边坡稳定性的影响因素进行了敏感性分析, 进而获得影响边坡稳定性的主要因素和次要因素, 从而为红粘土地区边坡的治理和设计提供依据。

1 边坡稳定性计算模型

极限平衡法和有限单元法是两种主要边坡稳定性分析法[5]。极限平衡法已有70多年的发展历史, 在长期的使用和发展中已经积累了丰富经验, 由于其概念明确、计算方法简单是目前许多边坡稳定分析常用方法。其基本出发点是把土体作为一个刚体, 在已知滑动面上对边坡进行静力平衡计算, 从而求出边坡稳定系数。鉴于此, 本文利用极限平衡法对昆明典型红粘土边坡稳定性进行分析, 得到不同参数下的边坡稳定性的安全系数。

2 试验指标和因素的选取

本文在设计正交实验时选用边坡的安全系数FS作为试验指标。结合红粘土边坡实际特点, 综合考虑边坡坡比、红粘土重度、粘聚力、内摩擦角、荷载距坡顶距离、坡顶均布荷载等6种参数变化, 对5 m高均质边坡稳定性的影响, 且不考虑各个因素间的交互作用。

3 因素水平的确定和正交表的设计

分别选取每个影响因素在实际设计参数中的上限、平均值以及其下限作为该因素的三个水平。正交试验的因素水平编码如表1所示。可选7因素正交表安排试验。对于3水平6因素正交试验, 最少试验次数为18次, 记为L18 (37) 。正交试验设计的结构矩阵如表2所示。

4 计算结果与分析

直观分析法 (极差分析方法) 和方差分析法是分析正交试验结果的两种常用方法。本文主要运用直观分析法对昆明地区典型红粘土边坡稳定性影响参数的敏感性进行了分析[5]。

直观分析方法是指在不同水平试验值的基础上, 经过计算得到其平均值, 之后利用平均值的极差根据对试验结果的影响作用来确定各个影响因素中的主要因素。在正交试验计算表中, 记第j列因素s水平的计算结果之和为为Ksj的平均值, Rj为第j列因素的极差, 即j列因素各水平下指标值的最大值与最小值之差:

其中, Rj反映了第j列因素的水平变动时, 试验指标的最大变动幅度。Rj越大, 表明该因素水平的变化对试验指标产生的影响越显著, 即敏感度越高[3,4,5]。极差最大的因素也就是影响边坡稳定性最主要的因素, 极差较小的因素为影响边坡稳定性的较次要的因素。

依照上述理论, 根据表2确定正交试验方案, 结合极限平衡法, 对昆明典型的红粘土路堑边坡进行稳定性分析, 各正交试验方案下的计算结果如表2所示, 各影响因素的极差分析结果如表3所示。

从表3可以看出, 按极差的大小对边坡稳定性影响因素进行了敏感性排序, 其结果为:土体的粘聚力>边坡坡比>坡顶荷载>荷载距离坡顶水平距离>土体重度>土体内摩擦角。以上分析说明, 土体粘聚力的变化对边坡安全系数的影响最大, 是影响红粘土边坡稳定性的主要因素。而红粘土的重度和荷载距离坡顶的距离重要性较低, 其取值的偏差对边坡稳定安全系数的影响幅度不大。

图1为基于表3的各影响因素趋势分析图。从图中可见, 边坡的安全系数随着边坡坡比的减小、红粘土粘聚力和内摩擦角的增大而显著增大, 随着坡顶荷载和土体重度的增大而减小。

5 结语

1) 针对昆明典型红粘土边坡稳定性参数敏感性, 本文仅对6个相互无交互作用的参数敏感性进行了分析。实际工程中, 影响边坡稳定的因素往往超过6个, 如地下水位和地震荷载等。仍可通过此方法的推广对边坡稳定性影响因素进行显著性分析。

2) 正交分析法可以弥补孤立试验方法的不具有通用性的不足, 是对边坡进行多因素敏感分析的一种有效的试验设计方法。近年来, 随着边坡稳定性理论的不断发展, 边坡稳定计算模型日趋完善, 借助正交分析可得出更完备的分析结论, 以便指导工程实践。

3) 根据分析结果, 按极差的大小, 对影响边坡稳定性的多因素进行了敏感性排序, 其由大到小的次序为:粘聚力、坡比、坡顶荷载、荷载距离坡顶水平距离、重度、内摩擦角。

摘要：以昆明地区典型红粘土路堑边坡为例, 在常规正交试验设计分析的基础上, 结合极限平衡法对坡比、重度、粘聚力、内摩擦角、坡顶荷载及其距离坡顶的水平距离六种因素对边坡稳定性的影响进行敏感性分析, 结果表明, 红粘土的抗剪强度参数对边坡稳定性影响最大。

关键词：敏感性分析,正交试验设计,边坡稳定性,红粘土

参考文献

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浅谈边坡稳定性的影响因素 第11篇

关键词：边坡；稳定性；影响因素

1前言：在地下工程、建筑工程、道路工程、水利工程等众多工程领域中，均需要建设大量的边坡。而边坡失稳是岩土体变形中规模大、数量多、性质复杂的一种不良物理地质灾害，并且边坡失稳极容易对人类的生命和财产安全造成极大的威胁和危害。因此，边坡稳定性问题一直是工程设计需要专项研究的课题。通过对边坡稳定性的影响因素进行分析，提出合理的加固措施，将会大大降低边坡失稳引起的损失。

2边坡稳定性的影响因素

影响边坡稳定性的因素主要有边坡岩土体类型、地质构造、边坡形态、地下水、气候条件、风化作用、人类活动和振动作用。其中，边坡岩土体类型、地质构造、边坡形态属于内部因素，地下水、气候条件、风化作用、人类活动属于外部因素。随着人类科技的不断进步，人类活动对边坡稳定性的影响献越来越大，改变边坡的形状、高度和坡度，对路堑或基坑开挖以及对路堤填筑或坡顶的堆载等都会影响边坡的稳定性。

2.1外部因素

2.1.1边坡岩土体类型。边坡岩土体类型分为粘性土边坡、软土边坡、砂性土边坡和黄土边坡，其之间性质的差异是影响土质边坡稳定的主要因素。①粘性土边坡，一般具有干时坚硬开裂，遇水后膨胀分解呈塑状的特点，对边坡稳定性极为不利；②软土边坡，软土因其抗剪强度极低，对于边坡稳定极为不利，并且软土边坡难以成形，对于工程的不利影响更为大；③砂性土边坡，由于砂性土结构较疏松、粘聚力低，因此，在振动力作用下，易发生液化破坏，造成边坡失稳：④黄土边坡，黄土具有湿陷性和多孔性，成分以粉粒为主，天然状态下含水量很少，干燥时很坚固，可形成直立边坡，但遇水后黄土因为湿陷性而强度大为降低，容易形成裂缝或遭受侵蚀，进而造成崩塌和滑动。

2.1.2地质构造。地质构造对边坡稳定性的影响主要在于结构面性质、岩体及其组合形式、充填物成分对边坡稳定性的影响。当倾向不利的结构面走向与坡面平行时，整个坡面都具有临空自由滑动的条件，因此对边坡的稳定不利。岩体及其组合形式对边坡的影响主要表现在岩石坚固程度、完整性程度、风化程度这些方面；坚硬岩石容易形成高边坡，软岩石边坡稳定性较差，极易导致边坡稳定性降低：岩石越完整，风化程度越低，其组成的边坡就毯稳定。结构面里的软弱物质会降低边坡强度。

2.1 3边坡形态。边坡形态对边坡的稳定性有着直接影响。不利形态的边坡往往在坡顶产生张应力，在坡脚产生强烈的剪应力，并引起坡顶出现张裂缝，坡脚出现剪切破坏带，这些作用效果极大地降低边坡的稳定性。通常情况，坡度越陡，边坡越容易失稳；坡高越大，边坡稳定性越低；平面上呈凹形的边坡比呈凸形的边坡稳定；同是凹形边坡，边坡等高线曲率半径越大，越有利于边坡稳定。

2.2外部因素

2.2.1地下水。地下水对边坡稳定性的影响可表现在地下水的静水压力、动水压力和水的软化作用这几个方面。地下水对边坡稳定性的影响有以下几个方面：①静水压力，静水压力的影响下，处于地下水位以下的透水边披将承受边坡土体中水的浮力的作用：而不透水的边坡，充水的裂隙和坡面都将承受静水压力，这些都对边坡的稳定性不利。②动水压力，地下水的渗透流动，将带走结构面中的细小颗粒，导致边坡稳定陛下降。经过长期的渗流作用，原来的结构面被扩大为连贯的渗流通道，并随着渗流时间的增加，通道被不断扩大，最终将导致边坡失稳。③水的软化作用，水的软化作用是指水的浸泡和侵蚀使边坡土体强度降低的作用，地下水的侵蚀也在一定程度上破坏边坡。

2.2.2气候条件。气候条件对边坡稳定性的影响有多种方式，如降雨、融雪、气温变化等。以大气降雨和融雪为例：大气降雨和融雪提高了地下水的补给量，使地下水位提高，静水压力增大；造成水的渗流方向和速度变化，产生动水压力；增大孔隙水的压力，引起土体内部剪应力的增大，使边坡滑动面的抗滑能力降低，最终边坡稳定性降低。

2.2.3风化作用。风化作用也能对边坡产生不利影响，结构面在风化作用下尺寸增大，并可能产生风化裂隙等次生结构面以及次生粘土矿物，使得水份更加容易渗入土体。随着时间的延长，岩体结构面尺寸过于增大，边坡土体的抗剪强度明显减弱，最后导致边坡土体的脱落或崩塌。

2.2.4人类活动。人类活动并不一定对边坡工程有害，而是具有双刃剑的特征；其对边坡稳定性的影响既是一种重新改造，也是一种破坏。有一些人类活动对边坡稳定有利，有一些活动却有不利的作用。例如：①削坡减重，这是边坡治理常用的一种方式，但同时也会造成坡脚压重不够，降低了边坡滑动面的抗滑力。②增加坡顶荷载，这样增加了边坡滑动时的下滑力，同时产生了应力集中现象，引起边坡稳定性降低。

2.2.5振动作用。外部振动对边坡稳定性的影响主要体现在地震、边坡施工或露天开挖和车辆行驶施加的反复荷载。①地震作用时，边坡会受到水平地震力，下滑力增大；随着地震力的反复作用，边坡内部可能发生相对错动，最终导致崩塌。②爆破施工时，爆破振动产生的惯性力增加了边坡岩土体的下滑力，而频繁的振动会造成裂隙尺寸的扩大，从而导致土体沿优势产状滑出或崩塌，极有可能产生滑坡等自然灾害。③道路边坡由于车辆的长期反复荷载可能导致边坡土体疲劳，造成边坡疲劳破坏。

结束语：岩质边坡的稳定性受到边坡岩土体类型、地质构造、边坡形態、地下水、气候条件、风化作用、人类工程活动、振动作用等多种因素综合作用的影响，这些因素之间相互影响，共同作用致使岩质边坡失稳破坏。通过对影响边坡稳定性因素的研究，可以对影响边坡稳定性因素进行针对性的加固措施，从而降低边坡失稳的概率，减少边坡失稳所造成的生命财产损失。

堤坝边坡稳定性研究 第12篇

随着国民经济的快速发展,水利建设工程得到了极大的重视,据统计,截止目前为止,我国已有各类堤防工程28万多千米,已经建成的水库大坝达85 000多座,但是同时水利工程建设中所遇到的堤坝边坡稳定性问题也越来越多。随着时间的推移,相当一部分堤坝边坡稳定性已严重降低,有的堤坝甚至出现不同程度的破坏,这给千万老百姓的生命财产带来了严重的威胁和灾难。这样的实例在国内外是很常见的。

根据近年来堤坝边坡失稳频发破坏的情况来看,对堤坝进行整体稳定性和局部稳定性分析,明确堤坝边坡破坏的机理是至关重要的。但是实际的堤坝边坡失稳和垮塌发生的地质条件相当复杂,作用的因素多且具有不确定性,同时由于土体自身固有的土力学特性差异,导致目前堤坝边坡的失稳防治是一项十分艰巨的任务。

堤坝边坡工程研究的目的是通过对堤坝边坡整体和局部稳定性的分析,为实际堤坝工程的迎水坡和背水坡提供合理的边坡形式和结构,以及对存在破坏危险性的边坡进行人工整修,避免边坡失稳造成的生命财产安全,堤坝边坡稳定性分析是堤坝边坡工程研究的核心。

1 数值模型的建立

本文就子牙新河堤坝边坡断面中选取桩号为19+000的西张定断面和桩号为25+500的沿村边坡断面进行模拟分析。此断面坡度的坡度系数处于破坏与非破坏的临界值,模拟此断面更能精确确定范围边界的临界值。为了能清楚断面的地质情况,本文只给出西张定断面模拟断面,见图1。

2 有限元网格划分

本模型计算模型的尺寸为:高度H=7.5 m,沿大坝方向长度L=10 m。模型共有节点27 993个,单元25 380个。本文分别在两个代表性计算模型的左侧边坡设置了监测点,沿着左侧边坡从坡顶到坡底,每隔2 m的距离设置一个监测点,共设了9个点。以便能准确观察左侧边坡破坏过程中的应力和应变的变化,方便总结应力应变变化规律。在此首先定义边坡系数小于允许区间内的断面定为坡度系数1,边坡系数在允许区间内的断面定为坡度系数2,边坡有限元网格见图2。

3 模拟断面的物理学参数

模拟断面的物理学参数如表1所示。

4 定义荷载边界条件

为了模拟边坡滑坡破坏的过程,我们在边坡的坡顶时加均布荷载,荷载大小以日常行驶的公路荷载为标准,大小qk=10.5 k N/m,水流速度设为600 m3/s。模型的边界条件,模型底部和两个侧面均施加法向约束,上表面自由无约束。

5 有限元模拟结果分析

我们通过对边坡断面不同的坡度系数进行调整得出分析结果对比:

1)剪应力对比。通过图3左侧坡度监测点的剪应力曲线对比分析可以得出,坡度系数1的剪应力明显大于坡度系数2的剪应力。剪应力较大且集中,具备产生滑坡的条件。

2)水平位移对比。从图4中也可以发现坡度系数1的水平位移较坡度系数2大很多,发生边坡破坏的概率比较大,需要修改边坡系数到安全范围。但是需要考虑边坡内部渗流的影响,有必要在一定程度上提高边坡系数值。

6 结语

本工程边坡剪应力的最大值出现在坡顶,主应力最大值出现在坡脚。边坡的坡顶到边坡半腰位置发生边坡破坏的概率比较大。我们也可以借助此模拟分析方法模拟验证各段边坡破坏处理方案的科学性与合理性,同时以此模拟方法来得到边坡坡型,设计一个尽量与实际接近的坡度系数,从而确保边坡的安全稳定性。通过对边坡有限元模拟的分析,能找出最危险滑动面,从而确定合理的边坡系数,对边坡的防护治理提供指导。

摘要：经过对边坡破坏机理初步的分析,确定了边坡破坏的类型,分析了边坡破坏的原因,选取典型的堤坝边坡断面,用简化的毕肖普法计算最优坡度系数,并对堤坝边坡的稳定性进行弹塑性有限元模拟分析,结合规范强度折减进行了结果验证,为以后的边坡工程设计提供依据。

关键词：边坡稳定性,破坏模式,有限元模拟

参考文献

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