边坡工程处治技术.ppt
边坡工程处治技术,高利平,本课程讲述的主要内容：1 概 述 2 边坡稳定分析的基本原理和方法 3边坡工程稳定性数值计算分析方法 4 边坡可靠性的分析方法 5 边坡处治的常用措施 6 边坡工程处治技术 7 边坡处治设计程序 8 边坡工程处治技术作业,1 概 述 边坡是工程中最常见的工程形式，边坡工程中遇到的滑坡问题是全球性三大地质灾害之一。边坡处治，在公路、铁路、水利、市政、土建、水运、矿山等工程中占有重要的地位，特别在公路、铁路工程建设中，边坡处治问题十分突出，也是工程建设中比较棘手的问题。本课程比较系统地介绍了边坡工程处治的各类方法。其主要内容包括：边坡处治基本理论及稳定性分析，坡率法与减重设计，抗滑挡土墙的设计与施工，注浆加固边坡的设计与施工，边坡排水工程设计与施工，边坡工程监测，边坡工程与环境。,1.1 边坡稳定分析的研究现状 边坡稳定分析问题一直是土木工程中的重要研究课题，边坡稳定分析有定性分析法和定量分析法。定性分析法主要是通过工程地质勘察，对影响边坡稳定性的主要因素、可能的变形破坏方式、边坡失稳的力学机制以及对已变形地质体的成因及其演化史进行综合分析，从而对被评价的边坡给出一个稳定性状况及其可能发展趋势的定性说明和解释。定量分析法是运用数值分析方法、塑性极限方法、条分法、可靠度方法和模糊数学方法等，对边坡的稳定安全性（安全系数）进行定量的评价。,定性分析的优点是能综合考虑影响边坡稳定性的多种因素，快速地对边坡的稳定状况及其发展趋势作出评价。然而，人们更关心的是如何定量的表示其边坡的稳定性，即边坡稳定的定量分析计算方法。边坡稳定分析的计算方法有多种，如数值分析方法、塑性极限方法、条分法、可靠度方法和模糊数学方法等。目前，对于土质边坡来说，为人们所熟知和广泛讨论应用的方法有条分法和有限元方法。条分法因为其力学模型简单适用，可对边坡进行定量的评价，经过长期的工程实践和不断的完善和补充，已经成为边坡稳定分析的成熟方法。近年来随着数值分析方法在工程领域应用技术的成熟，同时为弥补条分法假设上的不足，有限元方法正成为边坡稳定分析的热点。,1.2 边坡稳定分析的发展历史 二十世纪20年代以前，对于土坡稳定和土压力的计算，一律只计算土体的内摩擦力，并假定滑动面为平面。1773年法国工程师库仑和1857年英国学者郎肯分别提出的土压力理论，就是这类方法的代表。1906年，瑞典人彼德森（）和胡尔顿根据大量观测实验论证了某些土体(特别是有粘结力的土体)在发生滑动失稳破坏时，滑动面是与圆弧面接近的曲面。在此基础上，彼德森提出了圆弧滑面分析法。此法初创时，仍只计及土的内摩擦力，并且不考虑土体内部土条间的相互作用力，这就是最初的瑞典圆弧法。,二十世纪30-40年代，是瑞典圆弧法逐渐完善的时期。瑞典学者费伦纽斯（W.Fellenius）将最初的圆弧法推广到兼有摩擦力和粘结力的土体稳定计算中去，并初步探索了最危险滑弧位置的变化规律。瑞典圆弧法假定土坡稳定为平面应变问题，滑动面为圆弧面，计算中不考虑滑动土体内部各土条之间的相互作用力，抗滑稳定安全系数是用滑弧面上的全部抗滑力矩与滑动力矩之比来定义的。,二十世纪40年代以后，不少学者致力于改进瑞典圆弧法。他们研究的方向主要有以下两个方面:一方面，不少作者致力于探索最危险滑弧面的位置，通过制作数表、曲线，以减少计算工作量。如泰勒()、毕肖普()、拉姆里和包洛斯等，通过一些特殊情况的研究，揭示了最危险滑弧圆心位置的某些变化规律。另一方面，有不少人研究滑裂面的形状。1941年太沙基就提出，土体破坏时的滑动面更接近对数螺旋线。但假定滑动面为对数螺旋线，不仅计算工作更繁，而且大量计算对比表明，似乎也不必要。,二十世纪50-60年代，人们研究的主攻方向，一是如何在计算中考虑滑动土体内部土条间的相互作用力，二是研究如何将此法推广应用到任意形状的滑动面。这一阶段的研究工作，使土坡稳定分析的理论和方法逐渐完善，主要表现在:1954年，简布(N.Janbu)提出了普遍条分法的基本原理，将最初的圆弧法推广到任意滑动面的情况，并通过假定土条间推力的作用点位置，使问题得到比较合理的解决。1955年，毕肖普明确了土坡稳定安全系数的定义，为滑动面是非圆弧滑面和考虑分条间作用力的各种方法提供了有利条件。1965年摩根斯顿与普赖斯(Morgenstern and)提出了“多余未知函数假定的合理性要求”，从而使得分析的成果更趋合理。,1967年人们第一次尝试使用有限元研究边坡的稳定性问题，给定量评价边坡的稳定性创造了条件，并使其逐步过渡到数值方法，从而使边坡稳定性研究进入模式机制和作用过程研究成为可能，同时以概率论为基础的可靠度方法也被引入边坡稳定性研究中。同一时期，我国在边坡工程稳定性研究方面也取得了丰硕成果，如岩体结构理论及相应的边坡岩体稳定性分析的岩体工程地质力学方法等。,20世纪80年代后期，边坡问题的研究将传统的边坡工程地质学、现代岩土力学和现代数学力学相结合，形成了所谓的现代边坡工程学，各种现代科学的新技术，如系统工程论、数量理论、信息理论、模糊数学、灰色理论、现代概率统计理论、耗散论、协同论、突变理论、混沌理论、分形理论等不断用于边坡问题研究中，从而给边坡的稳定性研究提供了新理论、新方法。,20世纪90年代后，陆续出现了采用非数值分析方法搜索安全系数的极值方法，如随机搜索法、遗传算法等。随机搜索方法最大的缺点就是计算量大，当自由度数较多时，要想用该方法搜索出最危险滑动面，几乎是难以想象的。陈祖熠(1992)把随机搜索方法与数学规划方法结合起来，根据数学规划方法易于陷入局部极值的现象提出了置信区间的概念，认为当数学规划方法搜索起始滑动面落入这个区间时，其搜索的最终结果就会趋于全局极小值点，这两种方法的联合克服了随机搜索方法搜索效率低的缺点，又在很大程度上克服了数学规划方法易于陷入局部极值点的缺点。,2 边坡稳定分析的基本原理和方法 边坡稳定问题一直是岩土工程中的一个重要研究内容，边坡稳定性分析方法也很多，包括众多的确定性和不确定性方法，但目前使用最多的主要有两种方法:一种是在工程设计中广泛使用的极限平衡法，它的力学模型比较简单，但所包含的假设条件和经验成份比较多。另一种方法是建立岩土的非线性本构关系，严格地把边坡当作数学物理边值问题进行计算的有限元方法。由于极限平衡法计算简单，已应用于大量的工程实际中，积累了丰富的实际经验，而且可以依据规范的指导，因此它仍然是占主导地位的一种分析方法。,2.1 边坡稳定性的概念 边坡是指具有倾斜坡面的土体或岩体。边坡在自身重力及其它外力作用下，整个坡体有从高处向低处滑动的趋势，同时坡体自身具有一定的强度和人为的工程措施，会阻止坡体下滑的抵抗力。如果坡体土内部某一个面上的滑动力大于抵抗力，则边坡产生滑动；反之，则边坡处于稳定状态。判断边坡稳定性采用边坡稳定安全系数FS表示。,FS1，土坡稳定；FS1，土坡失稳；FS=1，土坡处于临界状态。,判断边坡是否稳定的关键问题是如何寻求滑裂面？如何寻求滑裂面上的平均抗剪强度 和平均剪应力。,2.2 边坡稳定性的影响因素 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。岩体结构。不同结构的岩体，物理力学性质差别很大，边坡变形破坏的性质也不同。风化作用。边坡岩体，长期暴露在地表，受到水文、气象变化的影响，逐渐产生物理和化学风化作用，出现各种不良现象。当边坡岩体遭受风化作用后，边坡的稳定性大大降低。,2.2 边坡稳定性的影响因素 地下水。处于水下的透水边坡将承受水的浮托力的作用，使坡体的有效重力减轻；水流冲刷岩坡，可使坡脚出现临空面，上部岩体失去支撑，导致边坡失稳。边坡形态。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。其他作用。此外，人类的工程作用、气象条件、植被生长状况等因素也会影响边坡的稳定性。,2.3 极限平衡法 极限平衡法是建立在摩尔库仑强度准则的基础上，只考虑边坡岩（土）体的静力平衡条件和土体的摩尔库仑破坏准则，通过分析岩（土）体破坏时力的平衡来求得问题的解。在大多数情况下，问题是静不定的，极限平衡法是靠引入一些简化假定，使问题变得静定可解。在求解问题时要求所采用的计算方法不违背极限平衡法的一般要求：在静力学方面要求土条和滑动土体的力和力矩满足平衡条件；在运动学方面要求运动模式是直观意义上可接受的，不能有嵌入和裂缝；在物理学方面要求滑动土体整体上不违背破坏条件。,极限平衡法的基本思路是:假定边坡的岩（土）体破坏是由于边坡内产生了滑动面，部分坡体沿滑动面滑动造成的，滑动面上的坡体服从破坏条件。假设滑动面已知，通过考虑滑动面形成隔离体的静力平衡，确定沿滑动面发生滑动时的破坏荷载，或者说判断滑动面上滑体的稳定状态或稳定程度。由于该滑动面是人为确定的，其形状可以是平面、圆弧面、对数螺旋面或者其他不规则的曲面。隔离体的静力平衡可以是滑动面上力的平衡或力矩平衡。隔离体可以是一个整体，也可由若干人为分隔的竖向土条组成。,由于滑动面是人为假定的，我们只有通过系统地求出一系列滑动面发生滑动时的破坏荷载，其中最小的破坏荷载与之相应的滑动面就是可能存在的最危险的滑动面。滑体发生破坏所能承受的最小荷载就是要求的极限破坏荷载，与之对应的滑动面就是最危险的滑动面。极限平衡分析法计算时先假定边坡的稳定安全系数为K，则当边坡体材料的抗剪参数(主要是内摩擦力c和摩擦系数tan)降低K倍后，边坡体内某一最危险滑动面上的滑体将濒于失稳的极限平衡状态，也就是说，对于所求边坡的抗滑稳定安全系数，可先假设安全系数值，将材料的摩擦系数和内摩擦力都除以这个安全系数，作为计算参数进行计算，若能满足极限平衡条件，则所假定的安全系数即为所求的安全系数值，否则重新设置安全系数，重复上述计算，直至满足极限平衡条件为止。,2.4 极限平衡条分法 极限平衡法采用条分法进行，这种方法假定边坡稳定问题是平面应变问题，以极限平衡理论为理论基础，其基本要点是当边坡体的抗剪强度参数c和tan降低K倍以后，边坡体内存在一个达到极限平衡状态的滑动面，滑体处于临界失稳状态。其中，K为边坡坡体的安全系数，处于极限平衡状态的滑动面满足摩尔库仑强度准则，即：对坡体进行极限平衡分析时，多采用垂直条分方式，下面以垂直条分为例进行分析。,（b）受力分析,（a）条块划分,图一 土条的划分与受力分析,把土条垂直分成n条，取一条块Ni进行分析，其上作用力如图所示，土条自身重量Wi，水平作用力(例如地震惯性力)Qi，作用于条块两侧的孔隙水压力UCi及UCi+1以及作用于条块底部的孔隙水压力Ui。另外还有条块的有关几何尺寸如底部坡角，底长li.以及滑动面上的强度指标ci及也都是定值。因此，对于整个滑动土体来说，极限平衡状态下的极限平衡方程个数及未知参数数量见下表所示。,表2.1 极限平衡方程个数及未知参数数量,从上表中可以得知，一共有6n-2个未知参数，而整个滑动体可以建立4n个方程，因此，未知量比方程数多2n-2个。显然，这是一个高次超静定问题。要求解此方程组，有两种方法：一是引入变形协调条件，增加方程数；二是对多余变量进行假定，以减少变量数或增加方程数。极限平衡分析法采用第二种方法。一般认同这样的假定，即在条块宽度足够小时，可以认为土条底的滑裂面合力作用点位于底面中点，这样就减少了n个未知量。现在的问题在于如何解决剩下的n-2个多余变量的问题。对这多余的n-2个变量的简化假定不同衍生出多种不同的极限平衡条分法，目前最常用的主要有：Fellenius条分法、Bishop法、传递系数法、分块极限平衡法、Spencer法、Janbu法、Sarma法、Morgensten-Price法等，这些方法从不同的侧面进行多余变量的简化假定，如下表所示。,表2.2 常用条分法对多余变量的简化假定,2.5 几种常用极限平衡法Fellenius条分法（瑞典法条分法）其安全系数公式为：,Bishop条分法其安全系数公式为：,Janbu条分法其安全系数公式为：,表2.3 几种常用的刚体极限平衡法平衡条件的比较,表2.4 几种常用的刚体极限平衡法适应滑动面的比较,2.6 条分法存在的问题 刚体极限平衡条分法概念清晰，计算简单，容易被工程技术人员理解和掌握，能直接给出反映边坡稳定的安全系数值及潜在滑动面形状及位置，因此一直以来在工程界被广泛运用。但是也存在一些缺陷，主要归纳如下:（1）对于滑动面未知的边坡，用刚体极限平衡法计算其稳定安全系数时必须首先搜索出临界滑动面，而临界滑动面的搜索方法还不完善，每一种方法的搜索性都有显著差异，每一种方法都有其自身不可逾越的缺陷，存在着是否能搜索出真正的全局最小值，而不陷入局部极值点或者对于实际问题是否具有广泛的适应性、易用性和计算的高效性等问题。（2）极限平衡法所求出的安全系数只是所假定的滑裂面上的平均安全系数，并认为沿滑动面上各点土体具有相同的剪应力水平，抗剪强度的发挥程度是相同的，这与实际情况不相符合。,（3）用刚体极限平衡方法一般多进行平面分析，进行三维整体分析很困难，特别是在滑裂面形状复杂时，进行空间分析几乎不可能，所以对滑坡体而言，用刚体极限平衡方法只能得出其中某一个剖面的安全系数，而这些安全系数并不能代表整个滑坡体的安全程度。（4）条分法不进行应力应变分析，其滑动面上的正应力和剪应力一般由条块的自重来确定，这不符合边坡工程的实际应力状态。由于假定每一个土条的作用下无法分析边坡破坏的发生和发展过程，不能考虑边坡岩土体的变形以及开挖、填筑等施工活动对边坡的影响，对于由许多种材料组成的一般性边坡，目前各种方法都是借助于粗糙的假设或简化模型进行分析计算，对于复杂边坡工程计算比较困难，因而其适用范围受到一定限制。,（5）极限平衡法将滑坡体视为刚体，并将土体的破坏仅仅看作是刚体沿滑面做滑移运动，这不符合岩土体的破坏规律。边坡土体的破坏，首先从剪应力最集中的部位开始，然后按剪应力集中程度及破坏点的应力释放结果，逐步扩展，最终形成破裂面。因此破裂面是渐进破坏的轨迹，破裂面从土体中分割出滑动土体，然后才出现滑动土体沿破裂面作滑移运动，于是破裂面变成了滑动面。一般而言，破裂过程在先，滑移过程在后，这是客观存在着的两个过程。而且用分析刚性体的方法，不能满足变形协调条件，因而计算出滑动面上的应力状态不真实。,（6）目前极限平衡条分法都无一例外地采用摩尔库仑强度准则，但实际上，摩尔一库仑准则并非岩土体及极限平衡方法的本质准则，在很多情况下，采用摩尔库仑准则计算出边坡不稳定，但实际上是稳定的，可能重要的一个原因就是强度准则选用不当。强度准则的选择涉及到许多方面的知识，本文不具体讨论，仍采用该准则。（7）对变量进行简化的合理性问题，一直受到人们的普遍关注，各种简化对于计算结果的精度的影响也很难判断。Morgenstin-Price最早提出过解的合理性限制问题，即所获得的解必须满足以下2个假定:条块间不允许出现拉力；条分面上的剪应力不超过按摩尔-库伦准则提供的抗剪强度。,3边坡工程稳定性数值计算分析方法 数值计算方法是以弹塑性理论为基础，分析边坡土体内部的应力应变状态，从而寻找最不利滑动面、抗滑剪应力和下滑剪应力，来评价边坡的稳定性。数值计算方法是边坡稳定分析计算的另一种主要方法，常用的方法有：有限元法、边坡大变形的流形元法、边坡工程的反分析法以及遗传进化算法、神经网络算法等。数值计算方法需要计算机进行编程计算。,边坡稳定性分析有限元法 所谓有限元法，就是用有限个单元体所构成的离散化结构，代替原来的连续体结构，来分析应力及变形。这些单元体只在节点处有力的联系。有限元法的基本出发点是将一个连续结构离散成有限个单元体，这些单元体在节点处相互铰接，把荷载简化到节点上，计算在外荷载作用下各节点的位移，进而计算各单元的应力和应变。最终用离散体的解答近似地替代连续体的解答。实际上这就是用一系列的线性问题的解来逐步逼近非线性问题的解。非线性问题的解可以理解为一系列的线性问题的解进行迭代的结果。,3.1 有限元法的解题步骤（1）用虚拟的直线把原介质分割成有限个单元（体），这些直线是单元的边界，几条直线的交点称为单元的节点；（2）假定各单元在节点处互相铰接，节点位移是基本的未知量；（3）选择一个函数，用单元的几个节点的位移唯一的表示单元内部任一点的位移，此函数称为位移函数；（4）通过位移函数，用节点位移唯一地表示单元内任一点的应变。再利用广义虎克定律（针对弹性本构关系），用节点位移可唯一地表示单元内任一点的应力；（5）利用能量原理，找到与单元内部应力状态等效的节点力。再利用单元应力与节点位移的关系，建立等效节点力与节点位移的关系。这是有限单元法求解应力问题的最重要的一步。（6）将每一单元承受的荷载，按照静力等效的原则移植到节点上。（7）在每一节点建立用节点位移表示的静力平衡方程，得到一个线性方程组，求解方程组可以解得节点位移，从而得出每个单元的应力。,3.2 利用有限元法进行结构分析的步骤3.2.1 对实际连续结构离散化 离散就是对连续结构进行剖分，一般先在连续结构上确定节点，然后将结构从节点处人为地离散成有限个基本单元（体）。二维平面问题的基本单元形状可以是三角形、矩形或多边形；三维空间问题的基本单元体可以是四面体、三棱柱五面体及六面体等。并认为单元（体）之间只在节点处相互连接。于是，在荷载作用下的连续结构，可以用由作用在节点处的荷载和只在节点处连续的结构来代替。,3.2.2 对单元（体）进行分析 对单元（体）分析的任务就是要建立作用于单元（体）节点处的节点力与节点位移之间的关系，进而写出总体平衡方程：K=R，式中，K为刚度矩阵；为节点位移列阵；R为节点荷载列阵。把荷载作用于节点，由上式求得位移，进而求出应变和应力。单元分析的核心是建立单元刚度矩阵，有了单元刚度矩阵，加以适当组合，可以得到平衡方程组，进而得到求解。,3.2.3 整体结构的恢复及分析 整体分析是保证结构从离散结构状态恢复到原状所必须的。首先，将各个单元（体）按连续条件与平衡条件，重新拼装成一个整体，并得到整体刚度矩阵，建立起结构平衡方程组；然后，当进一步考虑了边界约束条件后，就能求解这个方程组的位移，从而得到单元（体）的应力和变形。,国际上著名的通用有限元软件有很多种，常用的有：ANSYS、SAP、ADINA、PLAXIS、MIDAS等，其中，MIDAS软件广泛应用于土木工程、地质矿产、水利、铁道、汽车交通等领域。MIDAS软件分析问题的基本过程和其他大型通用有限元软件一样，其基本过程如下：(1)设定单元类型；（2）定义材料属性并划分网格；（3）创建有限元模型；（4）施加荷载、边界条件和求解；（5）查看分析计算结果。,图3-1 植被护坡层的变形位移云图,图3-2 锚杆的轴力云图,4 边坡可靠性的分析方法 边坡工程是以岩土体为工程材料，以岩土体天然结构为工程结构，或以堆置物为工程材料，以人工控制结构为工程结构的特殊构筑物。这些构筑物都程度不同地存在组成和结构上的不均匀性，天然边坡尤为突出，因为构成边坡的地质体经受长期的多循环的地质作用，而且作用强度不一，且又错综复杂，致使它们的工程地质性质差异很大。现阶段边坡可靠度分析的常用方法有蒙特卡洛模拟法、可靠指标法、统计矩法以及随机有限元法。,5 边坡处治的常用措施5.1 放缓边坡 边坡失稳破坏通常是由于边坡过高、坡度太陡所致。放缓边坡是边坡处治的常用措施之一，通过削坡，削掉一部分边坡不稳定岩土体，使边坡坡度放缓，从而提高边坡的稳定性。放缓边坡的优点是施工简便、经济、安全可靠。,5 边坡处治的常用措施5.2 设置支挡 设置支挡是边坡处治的基本措施，对于不稳定的边坡岩土体，使用支挡结构（挡土墙、抗滑桩等）对其进行支挡，可以提高边坡的稳定性，是一种较为可靠的处治措施。设置支挡的优点是可以从根本上解决边坡的稳定性问题，达到根治的目的。,5 边坡处治的常用措施5.3 加固（1）注浆加固 当边坡坡体较破碎、节理裂隙较发育时，可以采用压力注浆，对边坡坡体进行加固。灌浆液在压力的作用下，通过钻孔壁周围切割的节理裂隙向四周渗透，对破碎边坡岩土体起到胶结作用，形成整体；另外，砂浆柱对破碎边坡岩土体起到螺栓连接作用，达到提高坡体整体性及稳定性的目的。,5 边坡处治的常用措施5.3 加固（2）锚杆加固 当边坡坡体破碎、或边坡地层软弱时，可以采用打入一定数量的锚杆，对边坡坡体进行加固。锚杆加固的机理相当于螺栓的作用。,5 边坡处治的常用措施5.3 加固（3）土钉加固 对于软质岩石边坡或土质边坡，可以向坡体内打入足够数量的土钉，对边坡起到加固作用。土钉加固的机理类似于群锚的作用。与锚杆相比，土钉加固具有“短”而“密”的特点，是一种浅层边坡加固技术。两者在设计计算理论上有所不同，但在施工工艺上是相似的。,5 边坡处治的常用措施5.3 加固（4）预应力锚索加固 当边坡较高、坡体可能的潜在破裂面较深时，预应力锚索是一种较好的深层加固手段。目前，在高边坡的加固工程中，正逐渐发展成为一种趋势，被越来越多的人所接受。,5 边坡处治的常用措施（4）预应力锚索加固 在高边坡加固工程中，预应力锚索加固的优点：受力可靠；主动受力；无需放炮开挖，对坡体不产生扰动和破坏；施工速度快；作用力可均匀分布于需加固的边坡上，对地形、地质条件适应力强，施工条件易满足。,5 边坡处治的常用措施5.4 防护 边坡防护包括植物防护和工程防护两种。（1）植物防护 植物防护是在坡面上栽种树木、植被、草皮等植物，通过植物根系发育，起到固土，防止水土流失的一种防护措施。这种防护措施一般适用于边坡不高、坡角不大的稳定边坡。,5 边坡处治的常用措施5.4 防护（2）工程防护 砌体封闭防护 当边坡坡度较陡、坡面土体松散、自稳定性差时，可采用圬工砌体封闭防护措施。砌体封闭防护包括浆砌片石、浆砌块石、浆砌条石、浆砌预制块、浆砌混凝土空心砖等。,5 边坡处治的常用措施5.4 防护（2）工程防护 喷射素混凝土防护 对于稳定性较好的岩质边坡，可在其表面喷射一层素混凝土，防止岩石继续风化、剥落，达到稳定边坡的目的。这是一种表层防护处治措施。,5 边坡处治的常用措施5.4 防护（2）工程防护 挂网锚喷防护 对于软质岩石边坡或石质坚硬但稳定性较差的岩质边坡，可采用挂网锚喷防护，挂网锚喷是在边坡坡面上铺设钢筋网或土工塑料网等，然后向坡体内打入锚杆（或锚钉）将网钩牢，再向网上喷射一定厚度的素混凝土，对边坡进行封闭防护。,5 边坡处治的常用措施5.5 排水（1）截水沟 为防止边坡以外的水流进入坡体，对坡面进行冲刷，影响边坡的稳定性，通常在边坡的外缘设置截水沟，以拦截坡外水流。（2）坡内排水沟 在边坡坡体内设置必要的排水沟，使大气降雨能尽快排出坡体，避免对边坡稳定产生不利影响。,6 边坡工程处治技术6.1 抗滑桩技术 边坡处置工程中的抗滑桩是通过桩身将上部承受的坡体推力传给桩下部的侧向土体或岩体，依靠桩下部的侧向阻力来承担边坡的下推力，从而使得边坡保持平衡或稳定。抗滑桩与一般桩基类似，但主要承受的是水平荷载。钢筋混凝土桩是目前边坡处治工程广泛采用的桩材，桩断面刚度大，抗弯能力高，施工方式多样，其缺点是混凝土抗拉能力有限。抗滑桩施工最常用的方法是就地灌注桩，机械钻孔速度快，桩径可大可小，适用于各种地质条件；但对地形较陡的边坡工程，机械进入和架设困难较大。钻孔时的水对边坡的稳定也有影响。人工成孔的特点是方便、简单、经济，但速度慢，劳动强度高，遇不良地层(如流沙)时处理相当困难。另外，桩径较小时人工作业面困难。,6.2 注浆加固技术 注浆加固技术是用液压或气压把能凝固的浆液注入物体的裂缝或孔隙，以改变注浆对象的物理力学性质，从而满足各类土木建筑工程的需要。注浆加固技术的成败与工程问题、地质问题、注浆材料和压浆技术等直接相关，如果忽略其中的任何一个环节，都可能造成注浆工程的失败。工程问题、地质特征是灌浆取得成功的前提，注浆材料和压浆技术是注浆加固技术的关键。,6.3 加筋边坡和加筋挡土墙技术 加筋土是一种在土中加入加筋材料而形成的复合土。在土中加入加筋材料可以提高土的强度，增强土体的稳定性。因此，凡在土中加入加筋材料而使整个土工系统的力学性能得到改善和提高的土工加固方法均称为土工加筋技术，形成的结构亦称为加筋土结构。和传统支挡结构相比，加筋边坡和加筋挡土墙的特点有：结构新颖、造型美观、技术简单、施工方便、要求较低、节省材料、施工速度快、工期短、造价低廉、效益明显、适应性强、应用广泛等。由于加筋边坡和加筋挡土墙的这些优点，目前其已从公路路堤、路肩发展到应用于其他各种支挡结构和边坡防护。目前已用于处理公路边坡、市政建设、护岸工程、铁道工程路基边坡、工民建配套的支挡及边坡工程、防洪堤、林区工程、工业尾矿坝、渣场、料场、货场等；甚至还用于危险品或危险建筑的围堰设施等。,6.4 锚固技术 岩土锚固技术是把一种受拉杆件埋入地层中，以提高岩土自身的强度和自稳能力的一门工程技术。由于这种技术大大减轻结构物的自重，节约了工程材料并确保工程的安全和稳定，具有显著的社会效益和经济效益，因而目前在工程中得到极其广泛的应用。锚杆在边坡加固中通常与其他只当结构联合使用，例如以下几种情况：,6.4 锚固技术 锚杆与钢筋混凝土桩联合使用，构成钢筋混凝土排桩式锚杆挡墙。排桩可以是钻孔桩、挖孔桩或预置桩；锚杆可以是预应力或非预应力锚杆，预应力锚杆材料多采用钢绞线(预应力锚索)、四级精轧螺纹钢(预应力锚杆)。锚杆的数量根据边坡的高度及推力荷载可采用桩顶单锚点作法和桩身多锚点作法。,6.4 锚固技术 锚杆与钢筋混凝土格架联合使用形成钢筋混凝土格架式锚杆挡墙。锚杆锚点设在格架节点上，锚杆可以是预应力锚杆(索)或非预应力锚杆(索)。这种支挡结构主要用于高陡岩石边坡或直立岩石切坡，以阻止岩石边坡因卸荷而失稳。,6.4 锚固技术 锚杆与钢筋混凝土板肋联合使用形成钢筋混凝土板肋式锚杆挡墙。这种结构主要用于直立开挖的，类岩石边坡或土质边坡支护，一般采用自上而下的逆作法施工。锚杆与钢筋混凝土板肋、锚定板联合使用形成锚定板挡墙。这种结构主要用于填方形成的直立土质边坡。,6.5 预应力锚索加固技术 用高强度、低松驰型钢绞线预应力锚索对滑坡体或崩落体施加一定的预应力，提高它们的刚度，使预应力锚索作用范围的岩石相应挤压，滑动面或岩石裂隙面上摩擦力增大，加强它们的自承能力，可有效地限制岩体的部份变形和位移。,充,6.6 边坡植物防护 边坡植被护坡技术是指用活的植物与工程措施结合，以防止岩土（石）坡面风化剥落的技术与手段，是一类以生物措施为主来实现岩土（石）坡面生态系统良性循环的坡面生态工程。逐步替代传统的单一工程护坡，应用于公路、铁路、水电及矿山等工程岩石坡面的防护与绿化。植物防护能够减少岩质边坡地表水下渗，防止水土流失和岩石风化，保证边坡稳定持久性，提高边坡表层土抗剪强度，同时由于植物根系有效地阻止了地表水下渗，使得富水条件下边坡土体的含水量变化不大，从而能有效防止边坡土体因含水量增大而导致抗剪强度降低；此外，边坡植物防护能够美化环境,吸附扬尘和有害气体，调节小气候等生态功能。,6.6 边坡植物防护 岩石边坡植被护坡工程是在坡面构建各种各样的基质植被综合保护体系,通过体系本身的护坡工程性能保护整个坡面,它可以看作是特殊的复合材料系统。基质植被综合保护体系是岩石边坡植被护坡工程原理的重要组成部分。岩石边坡植被的护坡功能正是通过植被、基质及工程措施的共同作用来实现的,三者之间相辅相成,形成坡面岩体基质植被的有机整体,是岩石边坡植被护坡功能的最终体现。,6.6 边坡植物防护 国际上将边坡生态防护定义为:“用活的植物，单独用植物或者植物与土木工程和非生命的植物材料相结合，以减轻坡面的不稳定性和侵蚀，在坡面恢复或形成与周围景观相协调的生态系统。”对边坡进行生态防护不仅可以通过植物根系加固边坡，减少水土流失，而且还可以净化空气，美化环境，并为边坡生态恢复提供条件，故具有良好的经济效益、社会效益和生态效益，是今后边坡防护的主要方向。,6.6 边坡植物防护 坡面侵蚀是影响边坡植被防护成效的一个重要因素，是边坡植被防护工程中一个常见却研究得很少的问题。首先需要建立本问题的研究体系，认识其物理力学机理。侵蚀的物理过程为坡面土体在雨滴击溅与坡面流水动力作用下失稳运动和运移流失过程，从雨滴击溅与坡面流水动力作用和运移角度来认识坡面土体的侵蚀条件与侵蚀机理，它深入到了问题的本质层次，有了新的理论生长点，反映了物理过程的实质，可以使我们对坡面侵蚀的研究上升到一个新台阶。,7 边坡处治设计程序（1）现场考察，收集并分析边坡工程地质勘察资料。（2）在考察现场分析地勘资料的基础上，初步判断边坡的稳定状态，并根据边坡服务的工程情况和相关规范规定，确定边坡的稳定性系数。（3）参照试验资料，对边坡的稳定性进行详细分析计算，同时研究边坡稳定性对各影响参数的敏感性。,7 边坡处治设计程序（4）分析边坡稳定性满足规定要求时的各种荷载效应，为支护结构的计算做好准备。（5）按照边坡设计基本原则，拟定边坡处治方案，并进行各种方案的对比，选择最优方案。（6）进行支护结构的设计计算。,7 边坡处治设计程序（7）对边坡及支护结构进行局部和整体稳定性验算。（8）编制并出版设计图纸文件。（9）结合边坡设计制定施工、监测方案。（10）在施工过程中，根据施工及监测的反馈信息对设计进行补充、优化和完善。,边坡工程处治技术作业题 一、简述边坡工程稳定性研究的基本理论。二、简述边坡稳定分析的条分法和数值计算方法的异同点。三、试比较Fellenius、Bishop、Janbu条分法在边坡稳定性分析中基本假定的不同点。四、谈谈学习遗传算法、神经网络算法、模糊理论及灰色系统理论分析边坡的稳定性的启示。五、综述各种边坡工程处治技术的基本原理和设计方法。六、谈谈你对边坡工程处治技术中的工程防护技术与植物防护技术的认识和理解。,
