1、边坡工程的稳定分析与设计边坡工程的稳定分析与设计 华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所讲座内容一、坡体地形地质环境一、坡体地形地质环境 二、坡体形变渗流场二、坡体形变渗流场三、边坡工程勘察要点三、边坡工程勘察要点 四、边坡工程的设计与加固四、边坡工程的设计与加固五、边坡工程的锚杆设计五、边坡工程的锚杆设计 六、预应力锚索设计与施工六、预应力锚索设计与施工 华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所一、一、坡体地形地质环境坡体地形地质环境1 1地形地貌地形地貌华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所 地形是制约岸坡稳态的第一控制
2、要素。岸坡变形的第一个起地形是制约岸坡稳态的第一控制要素。岸坡变形的第一个起因是地形的改造，而变形易发部位是地形坡度陡变部位，变形域因是地形的改造，而变形易发部位是地形坡度陡变部位，变形域规模则取决于岸坡的高度。规模则取决于岸坡的高度。2 2区域构造与地震地质环境区域构造与地震地质环境 在边坡工程中，区域构造环境问题可涉及四级构造单元及其在边坡工程中，区域构造环境问题可涉及四级构造单元及其后续各级构造。这个问题并没有怎么引起工程师们的注意，特别后续各级构造。这个问题并没有怎么引起工程师们的注意，特别是是土木工程师土木工程师。当我们看到有些部位集中分布多个崩滑体时，第。当我们看到有些部位集中分布
3、多个崩滑体时，第一个要想到的是区域构造环境和地震地质环境。一个要想到的是区域构造环境和地震地质环境。区域构造环境的分析要点是自老至新构造应力场的转化，包区域构造环境的分析要点是自老至新构造应力场的转化，包括主应力的偏转括主应力的偏转(移移)、压、压(剪剪)应力场向张应力场向张(剪剪)应力场的转化、初始应力场的转化、初始应力释放环境、蠕应力释放环境、蠕(流流)变环境以及对渗流场和风化作用的制约作变环境以及对渗流场和风化作用的制约作用用(优势面优势面)等。等。3 3边坡地质构造边坡地质构造 边坡地质构造是判断独立变形、运动单元的根本依据。具体边坡地质构造是判断独立变形、运动单元的根本依据。具体要点
4、如下要点如下华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所 坡体结构坡体结构 控制岸坡的稳态或变形的地质构造效应有以下两层意思：控制岸坡的稳态或变形的地质构造效应有以下两层意思：（1 1）刚度效应坡体的整体刚度取决于节理裂隙的发育程度）刚度效应坡体的整体刚度取决于节理裂隙的发育程度(当当然还有风化程度然还有风化程度)；（2 2）变形、失稳类型取决于各类地质结构面产状同坡面产状之）变形、失稳类型取决于各类地质结构面产状同坡面产状之间的相互关系。其中刚度效应的表象是取决于刚度的变形差异，间的相互关系。其中刚度效应的表象是取决于刚度的变形差异，总体上表现为沉陷伴随应力相对集中域。如果
5、应力相对集中域里总体上表现为沉陷伴随应力相对集中域。如果应力相对集中域里不存在软弱夹层等低刚度层位，一般不会形成一定规模的崩滑事不存在软弱夹层等低刚度层位，一般不会形成一定规模的崩滑事件。其效应可分以下五种：件。其效应可分以下五种：节理裂隙序次，至少要进行以下三个序次的统计分析：节理裂隙序次，至少要进行以下三个序次的统计分析：第一序次第一序次周边完整基岩的节理裂隙和劈理；周边完整基岩的节理裂隙和劈理；第二序次第二序次破碎岩体各独立块体的节理裂隙和劈理，含微构造、破碎岩体各独立块体的节理裂隙和劈理，含微构造、显微构造系列；显微构造系列；第三序次第三序次新近出现的变形裂隙（缝）。新近出现的变形裂隙
6、（缝）。1 1）顺向坡。构造界面倾向坡外。在众多地质界面中，层面是第）顺向坡。构造界面倾向坡外。在众多地质界面中，层面是第一控制界面，而坡体的变形、失稳型式是一控制界面，而坡体的变形、失稳型式是华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所 随着层面倾斜角的加大，顺层滑移就更趋明显，但当倾斜随着层面倾斜角的加大，顺层滑移就更趋明显，但当倾斜角不小于角不小于7070度时，坡体的变形、失稳将转化为倾倒、崩塌型；度时，坡体的变形、失稳将转化为倾倒、崩塌型；顺层滑移的必备条件是控制界面上覆岩体在坡脚处临空、顺层滑移的必备条件是控制界面上覆岩体在坡脚处临空、被反倾向裂隙切断或挠曲（皱）。
7、被反倾向裂隙切断或挠曲（皱）。不同于其他类型滑坡，顺向坡上残留的滑体不多见或即使残不同于其他类型滑坡，顺向坡上残留的滑体不多见或即使残留但规模不大而且多处于非稳态或正在变形。留但规模不大而且多处于非稳态或正在变形。2 2）由陡倾转缓倾顺向坡。自坡体向坡外方向，地层倾角由陡变）由陡倾转缓倾顺向坡。自坡体向坡外方向，地层倾角由陡变缓，陡倾部位是主滑体，缓倾部位对主滑体构成阻滑体，其阻滑缓，陡倾部位是主滑体，缓倾部位对主滑体构成阻滑体，其阻滑作用将取决于缓倾段的面积。作用将取决于缓倾段的面积。在顺向坡中，横向复精皱（轴线垂直江河流向）是最易变形在顺向坡中，横向复精皱（轴线垂直江河流向）是最易变形的部
8、位，特别是当层间分布有煤线或碳质页岩时；而纵向复把皱的部位，特别是当层间分布有煤线或碳质页岩时；而纵向复把皱（轴线平行江河流向）则决定治理方针甚至提示诸如抗滑桩的设（轴线平行江河流向）则决定治理方针甚至提示诸如抗滑桩的设置部位。所以，对于顺向坡，微构造研究也是主要的研究内容。置部位。所以，对于顺向坡，微构造研究也是主要的研究内容。3 3）逆向坡。逆向坡的稳态取决于岩体的总体刚度，而变形、失）逆向坡。逆向坡的稳态取决于岩体的总体刚度，而变形、失稳控制界面是反倾向裂隙。稳控制界面是反倾向裂隙。华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所 当坡体为石灰岩或石英长石砂岩等高刚度岩体时
9、，岸坡的变当坡体为石灰岩或石英长石砂岩等高刚度岩体时，岸坡的变形、失稳是局部性的且规模不大，但以易风化碎屑岩为主体的岸形、失稳是局部性的且规模不大，但以易风化碎屑岩为主体的岸坡，岸坡的变形、失稳规模大，甚至也会出现滑移型失稳，但基坡，岸坡的变形、失稳规模大，甚至也会出现滑移型失稳，但基本上是坠溃型，反倾向裂隙的风化追踪会构成坡体变形、失稳主本上是坠溃型，反倾向裂隙的风化追踪会构成坡体变形、失稳主控界面，进而出现以滑移为主要形式伴有崩塌、旋转等复杂的失控界面，进而出现以滑移为主要形式伴有崩塌、旋转等复杂的失稳事件。稳事件。4 4）斜切坡。斜切坡往往形成高、陡稳态坡形，变形、失稳基本）斜切坡。斜切
10、坡往往形成高、陡稳态坡形，变形、失稳基本上是局部性崩塌，除非存在几乎平行坡面且倾向坡外的断层或一上是局部性崩塌，除非存在几乎平行坡面且倾向坡外的断层或一组倾向裂隙（裂隙走向垂直地层走向）。组倾向裂隙（裂隙走向垂直地层走向）。5 5）水平层状结构岸坡。地层产状几乎水平或微倾坡外或微倾山）水平层状结构岸坡。地层产状几乎水平或微倾坡外或微倾山体。这类岸坡的变形首先是取决于刚度的铅直方向压缩。在这类体。这类岸坡的变形首先是取决于刚度的铅直方向压缩。在这类岸坡的变形、失稳形式中需要指出的特例是：当分布有富含蒙脱岸坡的变形、失稳形式中需要指出的特例是：当分布有富含蒙脱石的泥岩和易风化长石砂岩时，上覆层位的
11、变形、失稳规模可达石的泥岩和易风化长石砂岩时，上覆层位的变形、失稳规模可达到几百万立方米甚至几千万立方米。到几百万立方米甚至几千万立方米。节理裂隙层次同坡体结构之间的相互关系节理裂隙层次同坡体结构之间的相互关系 华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所物质结构物质结构水平结构水平结构顺倾向结构顺倾向结构1 1顺倾向结构顺倾向结构2 2垂直结构垂直结构反倾向结构反倾向结构红红 层层张裂谷张裂谷华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所张裂槽张裂槽倾倾 滑滑倾倾 倒倒错错 落落顺向坡顺向坡坠坠 溃溃4 4地层岩性地层岩性华华 中中 科科 技技 大大 学学
12、岩 土 工 程 研 究 所 火成岩岸坡火成岩岸坡 在微、新状态下为均匀介质，其不均匀程度及刚度将随风化在微、新状态下为均匀介质，其不均匀程度及刚度将随风化程度与节理裂隙发育程度而变化，岸坡的变形、失稳主要是风化程度与节理裂隙发育程度而变化，岸坡的变形、失稳主要是风化带的崩带的崩(剥剥)落和水沙流，极少有大规模滑坡发生。火山灰堆积体落和水沙流，极少有大规模滑坡发生。火山灰堆积体类似沉积岩特别是松散堆积体。当深挖高边坡涉及微新岩体时，类似沉积岩特别是松散堆积体。当深挖高边坡涉及微新岩体时，地应力场的调整效应是一个很重要的方面。地应力场的调整效应是一个很重要的方面。地层岩性的岸坡变形、失稳效应最终反
13、映在各层的刚度与抗剪地层岩性的岸坡变形、失稳效应最终反映在各层的刚度与抗剪强度。如果坡体各组成层位的刚度比值大于强度。如果坡体各组成层位的刚度比值大于1 13 3，该坡体可作为，该坡体可作为准均质体考虑；若刚度比值不大于准均质体考虑；若刚度比值不大于1 13 3，变形第一控制层位是刚，变形第一控制层位是刚度比值最小的那一层位。分析塑性域扩展趋势时，各层抗剪强度度比值最小的那一层位。分析塑性域扩展趋势时，各层抗剪强度值都有影响，但控制层位仍然是刚度最小的那个层位。值都有影响，但控制层位仍然是刚度最小的那个层位。沉积岩岸坡沉积岩岸坡 （1 1）以碳酸盐岩为主体的岸坡这类岸坡的）以碳酸盐岩为主体的岸
14、坡这类岸坡的变形主控层变形主控层位位是泥、页岩夹层，变形表象是因刚度相差悬殊而出现是泥、页岩夹层，变形表象是因刚度相差悬殊而出现的变形差异，崩塌、倾倒和滑移等多种形式变形、失稳的变形差异，崩塌、倾倒和滑移等多种形式变形、失稳都可出现，而在什么样的情况下是倾倒、崩塌或滑移则都可出现，而在什么样的情况下是倾倒、崩塌或滑移则取决于取决于页岩夹层的空间分布格局页岩夹层的空间分布格局。当不含泥、页岩夹层。当不含泥、页岩夹层时，碳酸盐岩岸坡可视为高刚度准均匀介质，其中的各时，碳酸盐岩岸坡可视为高刚度准均匀介质，其中的各级风化带将反映在渐变的刚度上，故岸坡的变形、失稳级风化带将反映在渐变的刚度上，故岸坡的变
15、形、失稳多局限在表层。深挖高边坡涉及微、新岩体时要考虑地多局限在表层。深挖高边坡涉及微、新岩体时要考虑地应力场调整。应力场调整。不同于火成岩微、新岩体的地应力场，在碳酸盐岩不同于火成岩微、新岩体的地应力场，在碳酸盐岩微、新岩体中会出现喀斯特作用域和地下水深循环通道微、新岩体中会出现喀斯特作用域和地下水深循环通道，该域已经释放有一定范围的初始地应力。，该域已经释放有一定范围的初始地应力。华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所二、坡体形变渗流场控制岸坡的稳态或变形的地质构造效应有以下两层意思：4）地表地下水除了地震和大药量爆破等不合理的人类活动干扰外，影响边坡和崩滑体稳定的
16、第一因素是水，故对地表水和地下水的研究进而建立渗流场模型，是边坡工程和崩滑体治理工程的第一任务。下面介绍三种方法（扶壁或填土反压、桩系统和锚固系统）主要是在滑动体趾部施加抗力，而其余的方法(地下排水、化学处理、电渗排水和焙烧处理)是增加破坏带土体强度的主要方法。华 中 科 技 大 学 岩 土 工 程 研 究 所华 中 科 技 大 学 岩 土 工 程 研 究 所华 中 科 技 大 学 岩 土 工 程 研 究 所7岩石种类不同种类的岩石及其蚀变后的生成物，由于它们的成因和成分不一样，有着不同的软弱性和强度。另一种是采用机械式内锚固段，如胀壳式内锚头。Cub 锚固段近端不3）将处理好的锚索体材料顺直
17、置放于制作支架上；边坡设计应考虑以往的稳定的和不稳定的各种斜坡的经验。钢销也能锚固防护钢丝网和防护钢索、拦石网、拦石栅栏、钢丝栏石墙和悬臂落石棚等建筑物。（3）表面摩擦力：枣核状锚固段在受力时，注浆体有一部分被锚索夹紧，表面摩擦力的产生与夹紧力以及材料表面粗糙度成函数关系。孔壁周边法向压应力s 受到地层压力和灌浆工艺两方面因素的影响。3m范围内的浆体也时有受压破坏的情况发生。华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所 （2 2）碎屑岩岸坡这类岸坡的）碎屑岩岸坡这类岸坡的特点特点是砂岩是砂岩(含石灰岩、泥含石灰岩、泥灰岩灰岩)同泥、页岩交互出现。从变形角度立论，若砂岩同泥、页
18、岩交互出现。从变形角度立论，若砂岩与泥、页岩准等厚度交互出现时，可视泥、页岩的刚度与泥、页岩准等厚度交互出现时，可视泥、页岩的刚度为坡体的刚度；双层结构且上覆砂岩时，下伏泥、页岩为坡体的刚度；双层结构且上覆砂岩时，下伏泥、页岩的刚度即成为控制性刚度，变形、失稳表象是砂岩层的的刚度即成为控制性刚度，变形、失稳表象是砂岩层的倾倒、倾滑、座倾倒、倾滑、座(错错)落以及座滑等，取决于下伏泥、页落以及座滑等，取决于下伏泥、页岩的风化、剥落、掏岩的风化、剥落、掏(蚀蚀)空带往坡体深部的延伸程度。空带往坡体深部的延伸程度。以泥、页岩为主体的岸坡，鉴于表层风化速度快且以泥、页岩为主体的岸坡，鉴于表层风化速度快
19、且风化物随即以剥离或泥沙形式被地表径流冲蚀，故除非风化物随即以剥离或泥沙形式被地表径流冲蚀，故除非下伏砂岩或灰岩等高刚度层位且倾向坡外，一般难以出下伏砂岩或灰岩等高刚度层位且倾向坡外，一般难以出现大规模滑坡。现大规模滑坡。5 5汇水域及地表、地下水文网汇水域及地表、地下水文网 华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所当一处坡体具备变形、失稳条件时，导致其失稳的直接诱发因素当一处坡体具备变形、失稳条件时，导致其失稳的直接诱发因素之一是水的作用，包括地表水和地下水的作用，其中地表水及大之一是水的作用，包括地表水和地下水的作用，其中地表水及大气降雨又往往是该部位地下水的直接补给
20、源，故对一处坡体的研气降雨又往往是该部位地下水的直接补给源，故对一处坡体的研究，它的研究范围应该是地表水汇水域，如下图。地表水系的展究，它的研究范围应该是地表水汇水域，如下图。地表水系的展布格局往往提示变形域或崩滑体的分布轮廓，同时又往往是崩滑布格局往往提示变形域或崩滑体的分布轮廓，同时又往往是崩滑体的解体边界。体的解体边界。其次，一次大气降雨有多少渗人地下和渗入到什么深度（不一其次，一次大气降雨有多少渗人地下和渗入到什么深度（不一定都渗人到地下水位而使地下水位回升）等，即大气降雨怎样改定都渗人到地下水位而使地下水位回升）等，即大气降雨怎样改变原有渗流场，都要通过该汇水域的水文计算才能推断。变
21、原有渗流场，都要通过该汇水域的水文计算才能推断。6 6人为改造人为改造 在前面已经提到，一处岸坡的新的变形都是从改造地形而开始在前面已经提到，一处岸坡的新的变形都是从改造地形而开始的。所以，人类的改造活动对岸坡稳态的影响首先是不合理的开的。所以，人类的改造活动对岸坡稳态的影响首先是不合理的开挖、切脚。当然，人为的诱发作用还有爆破、（给）排水和排污挖、切脚。当然，人为的诱发作用还有爆破、（给）排水和排污失控以及乱砍滥伐和开垦等。失控以及乱砍滥伐和开垦等。二、二、坡体形变渗流场坡体形变渗流场 华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所 “地质体地质体”是坡体形变渗流场的物质载体
22、。所是坡体形变渗流场的物质载体。所谓地质体，是指那些具备相对独立地形有变形作用的谓地质体，是指那些具备相对独立地形有变形作用的自然体，其规模大者可以是一个板块或大地构造单元自然体，其规模大者可以是一个板块或大地构造单元中的中的I I级或级或IIII级等构造单元，小者可以是可独立变形、级等构造单元，小者可以是可独立变形、运动的坡体或崩滑堆积体。若要对一处岸坡的稳态进运动的坡体或崩滑堆积体。若要对一处岸坡的稳态进行评估或对今后的变形趋势进行预测，需要用具体的行评估或对今后的变形趋势进行预测，需要用具体的特征参数建立各种变形影响因素之间的相互制约关系，特征参数建立各种变形影响因素之间的相互制约关系，
23、进而描述变形进程。进而描述变形进程。为此，必须将前述的地形地质环境与条件转化为为此，必须将前述的地形地质环境与条件转化为可用数学物理模型进行描述的形变一渗流场这样一个可用数学物理模型进行描述的形变一渗流场这样一个地质体。地质体。1 1形变场形变场 形变场由形变空间、形变主控界面、应力场和地震力等构成。形变场由形变空间、形变主控界面、应力场和地震力等构成。形变空间形变空间 地壳表层是一个开放系统，而自然岸坡或人工边坡的坡体外地壳表层是一个开放系统，而自然岸坡或人工边坡的坡体外侧是无限形变空间。但在另一方面，对一个具体的坡体而言，形侧是无限形变空间。但在另一方面，对一个具体的坡体而言，形变空间具有
24、特定的含义：变空间具有特定的含义：（1 1）均质坡体应力松弛域的下沉、倾倒、倾覆以及旋转，形变）均质坡体应力松弛域的下沉、倾倒、倾覆以及旋转，形变空间除了坡外无限形变空间外，还有岩体自身的各类界面和风化空间除了坡外无限形变空间外，还有岩体自身的各类界面和风化域。域。（2 2）非均质坡体在具备均质坡体上述形变空间的同时，易变形）非均质坡体在具备均质坡体上述形变空间的同时，易变形层位的存在使坡体的下沉、倾倒、倾覆以及旋转等形变优势化或层位的存在使坡体的下沉、倾倒、倾覆以及旋转等形变优势化或特性化，即易变形层位的分布格局特性化，即易变形层位的分布格局(水平、顺向、逆向或斜切水平、顺向、逆向或斜切)决
25、决定坡体的主要变形型式及变形域的规模。定坡体的主要变形型式及变形域的规模。作为特例的切脚顺向坡，作为特例的切脚顺向坡，形变空间特指形变空间特指坡脚临空部位，或者说坡脚临空部位，或者说该部位是导致边坡滑移的初始形变空间。该部位是导致边坡滑移的初始形变空间。华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所 当研究崩滑体的今后变形趋势时，形变空间的判当研究崩滑体的今后变形趋势时，形变空间的判断具有特别重要的意义，同时有一定难度，因为形变断具有特别重要的意义，同时有一定难度，因为形变空间的函义同时包含两个方面的内容空间的函义同时包含两个方面的内容华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土
26、 工 程 研 究 所 一是崩滑体是沿着原来的主滑带发生整体性滑移；一是崩滑体是沿着原来的主滑带发生整体性滑移；二是崩滑体自身的变形同以滑移型式出现的整体性二是崩滑体自身的变形同以滑移型式出现的整体性失稳又有什么关系？失稳又有什么关系？其中，前一个问题是坡外无限形变空间问题，而其中，前一个问题是坡外无限形变空间问题，而后一个问题是地质体自身的有限形变空间，二者的概后一个问题是地质体自身的有限形变空间，二者的概念截然不同。念截然不同。所以，边坡工程中很重要的研究内容是形变空间所以，边坡工程中很重要的研究内容是形变空间的判断，而正是这个判断方能揭示坡体的变形、失稳的判断，而正是这个判断方能揭示坡体的
27、变形、失稳机理。机理。形变主控界面形变主控界面华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所 形变主控界面要分以下四个层次进行研究：形变主控界面要分以下四个层次进行研究：（1 1）第一层次构造成因节理裂隙和断层、挤压带、劈理、层间）第一层次构造成因节理裂隙和断层、挤压带、劈理、层间剪切剪切(滑滑)带、层间揉皱带，而节理裂隙的基本格局是走向、倾向带、层间揉皱带，而节理裂隙的基本格局是走向、倾向及一对剪裂隙及一对剪裂隙(平面平面)和反倾向裂隙和反倾向裂隙(剖面剖面)，但要注意不同构造期，但要注意不同构造期的节理裂隙系统的节理裂隙系统 ；（2 2）第二层次同边坡成型同步的卸荷松弛域，
28、多数追踪初始构）第二层次同边坡成型同步的卸荷松弛域，多数追踪初始构造成因界面并使其规模扩大，但也会形成新的界面，使断续构造造成因界面并使其规模扩大，但也会形成新的界面，使断续构造界面相互连接贯通；界面相互连接贯通；（3 3）第三层次风化作用在脆性岩体中基本上追踪构造成因界面）第三层次风化作用在脆性岩体中基本上追踪构造成因界面发生，在泥质碎屑岩中还可产生风化裂隙；发生，在泥质碎屑岩中还可产生风化裂隙；（4 4）第四层次变形裂缝、重力成因断层、蠕（流）变域。）第四层次变形裂缝、重力成因断层、蠕（流）变域。只有在对上述四个层次的界面系统进行细微的调查、归类之只有在对上述四个层次的界面系统进行细微的调
29、查、归类之后才能判断那些直接控制坡体变形、失稳的界面组合模式，而这后才能判断那些直接控制坡体变形、失稳的界面组合模式，而这个问题却往往被忽略。个问题却往往被忽略。在斜坡中，水平切向应力可能是压性的，也可能是张性的，这将取决于斜坡的几何形态。岩石锚栓既增加剪切阻力又增加正应力，而钢销主要是增加横穿潜在破坏面的剪切阻力。在对崩滑体的整体稳态进行充分论证之后，具体研究建筑物位置或公路线路。施工技术人员配置（含主要施工经历表）故治理措施基本上是地表排水，人工边坡要及时挂网喷浆进行保护。这个问题并没有怎么引起工程师们的注意，特别是土木工程师。10）张拉完成后48h内，若发现预应力损失大于设计预应力的10
30、时，应补偿张拉。这时可适当采用种草和铺草皮或其他稳定斜坡的方法。逆向坡的稳态取决于岩体的总体刚度，而变形、失稳控制界面是反倾向裂隙。这种钻机上一般安装环形钻头和岩芯管，钻进速度稍慢，但能钻各种不同地层。施工技术人员配置（含主要施工经历表）tmin最小稳压时间，一般大于2min。控制岸坡的稳态或变形的地质构造效应有以下两层意思：6）张拉时，如载速率要平缓，速率直控制在设计预应力值的0.这种抗力只有在大于或等于锚索的锚固力时才能保证结构的稳定，否则将出现地层破坏。2)试验的起始压力、最大压力和压力级数应按需要及现场情况确定；含有一个或多个不连续面的破坏面上的强度损失是随不连续面的规模而变化的。试验
31、表明，分级循环次数愈多，其相互影响和应力不匀均性愈小。n 为边坡材料的孔隙比；应力场应力场 华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所 一般来讲，地壳的应力场自表层、浅部的自重应一般来讲，地壳的应力场自表层、浅部的自重应力场向深部地壳构造应力场过渡，而自重应力场同构力场向深部地壳构造应力场过渡，而自重应力场同构造应力场之间的造应力场之间的差别差别在于后者应力场的两个水平方向在于后者应力场的两个水平方向主应力主应力s s2 2和和s s3 3大或者说三个主应力量级相当甚或水平大或者说三个主应力量级相当甚或水平主应力主应力s s2 2或或s s3 3大于铅直方向主应力大于铅直方
32、向主应力s s1 1 。2 2渗流场渗流场 华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所汇水域及地表、地下水文网对边坡稳定的影响趋势汇水域及地表、地下水文网对边坡稳定的影响趋势 华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所（一）地下水的补给、赋存和运移系统（一）地下水的补给、赋存和运移系统 华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所 坡体地处地表、地下水的排泄部位，除了碳坡体地处地表、地下水的排泄部位，除了碳酸盐岩以外，碎屑岩、特别是第四系地层岸坡，酸盐岩以外，碎屑岩、特别是第四系地层岸坡，地表水改造坡体表面甚至形成各种类型冲沟网或地表水
33、改造坡体表面甚至形成各种类型冲沟网或使坡体解体；地下水排泄（出露）部位又往往是使坡体解体；地下水排泄（出露）部位又往往是坡体变形、失稳起始点。坡体变形、失稳起始点。所以，在对一处坡体进行研究时，必须查明所以，在对一处坡体进行研究时，必须查明地下水的补给源，地下水的赋存条件或层位以及地下水的补给源，地下水的赋存条件或层位以及该地下水的循环过程。一般而言，有以下四种情该地下水的循环过程。一般而言，有以下四种情况：况：（1 1）越流式补给主要是长石石英砂岩、岩溶地区和第四系地层）越流式补给主要是长石石英砂岩、岩溶地区和第四系地层中的粉细砂、中粗砂层，往往以层间赋水形式出现，承压或间歇中的粉细砂、中粗
34、砂层，往往以层间赋水形式出现，承压或间歇型承压，地下水动态基本上不受坡体处大气降雨影响，且具有一型承压，地下水动态基本上不受坡体处大气降雨影响，且具有一定的动贮量。定的动贮量。华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所（4 4）江水波动域主要是松散介质岸坡，在汛期受江水瞬即补给）江水波动域主要是松散介质岸坡，在汛期受江水瞬即补给，特大洪水往往形成负型，地下水位即地下水位外侧高内侧低但，特大洪水往往形成负型，地下水位即地下水位外侧高内侧低但塞水域限于沿江一带，对坡体的改造影响明显。塞水域限于沿江一带，对坡体的改造影响明显。（2 2）上层滞水型这是完全受控于大气降雨的、浅层封闭
35、或半封闭）上层滞水型这是完全受控于大气降雨的、浅层封闭或半封闭型赋水，这类赋水层型赋水，这类赋水层(域域)往往是浅层变形、失稳的控制部位；岩往往是浅层变形、失稳的控制部位；岩质岸坡中的卸荷松弛域也属于这种类型。质岸坡中的卸荷松弛域也属于这种类型。（3 3）地下水赋水带）地下水赋水带(层层)主要出现于第四系地层及崩滑体中，大主要出现于第四系地层及崩滑体中，大体上以下伏基岩面为底板，在松散地层底部一定厚度赋水，补给体上以下伏基岩面为底板，在松散地层底部一定厚度赋水，补给源一是周边基岩裂隙水，二是大气降雨或地表堰塘渗水。地下水源一是周边基岩裂隙水，二是大气降雨或地表堰塘渗水。地下水动态同大气降雨之间
36、的相互关系取决于坡体的渗透性能，中、强动态同大气降雨之间的相互关系取决于坡体的渗透性能，中、强透水介质中，地下水位变化直接受控于大气降水，但一般地，地透水介质中，地下水位变化直接受控于大气降水，但一般地，地下水位变化滞后大气降雨数小时至数日，在弱透水介质中这种关下水位变化滞后大气降雨数小时至数日，在弱透水介质中这种关系不甚明显。系不甚明显。坡体渗流场地下水补给源的判断有以下三种情况坡体渗流场地下水补给源的判断有以下三种情况3 3）同时有第）同时有第1 1）和第）和第2 2）两种补给源，是一种最复杂的）两种补给源，是一种最复杂的情况，多出现在岩溶地区和深大断裂或断裂、裂隙密集情况，多出现在岩溶地
37、区和深大断裂或断裂、裂隙密集部位。部位。判断这三种类型最简便的方法是钻孔分段、分层地判断这三种类型最简便的方法是钻孔分段、分层地下水位与水温及水化学成分的鉴定，故在岸坡稳态研究下水位与水温及水化学成分的鉴定，故在岸坡稳态研究中中“终孔混合水位终孔混合水位”的概念是忌讳的。的概念是忌讳的。华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所 1 1）渗流场面积同补给区面积相对应，即坡体渗流场的）渗流场面积同补给区面积相对应，即坡体渗流场的地下水直接由大气降雨渗入补给，故渗流场仅局限在浅地下水直接由大气降雨渗入补给，故渗流场仅局限在浅层风化带中；层风化带中；2 2）补给区面积大于渗流场面
38、积，坡体渗流场的地下水）补给区面积大于渗流场面积，坡体渗流场的地下水可由外围地下水补给甚至越流式补给，坡体中地下水多可由外围地下水补给甚至越流式补给，坡体中地下水多呈现为脉状承压，在岩溶地区还会出现集中型甚至管道呈现为脉状承压，在岩溶地区还会出现集中型甚至管道流；流；（二）地下水动力学参数（二）地下水动力学参数 华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所 对坡体地下水的补给、赋存和运移条件的研究，其对坡体地下水的补给、赋存和运移条件的研究，其最终目标是要判断以下地下水动力学参数：最终目标是要判断以下地下水动力学参数：(1)(1)集水结构集水结构 垂直岸线或同岸线大角度斜切的
39、长而大或垂直岸线或同岸线大角度斜切的长而大或可追踪贯通的节理裂隙、断层、挤压破碎带和松动域，可追踪贯通的节理裂隙、断层、挤压破碎带和松动域，可汇集地表地下水。可汇集地表地下水。(2)(2)受受(水水)压结构压结构(面面)大致平行岸线或同岸线小角度斜大致平行岸线或同岸线小角度斜切的长大或可追踪贯通的节理裂隙、断层、挤压破碎带切的长大或可追踪贯通的节理裂隙、断层、挤压破碎带和松动域。由于地表水位的波动，这一结构和松动域。由于地表水位的波动，这一结构(面面)始终处始终处于静、动水压力周期性变化环境中，故构成岸坡的变形于静、动水压力周期性变化环境中，故构成岸坡的变形与失稳的第一控制界面。与失稳的第一控
40、制界面。华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所水平地层水平地层(稳态稳态)水平地层水平地层(泥岩侵蚀效应泥岩侵蚀效应)水平地层水平地层(泥岩侵蚀效应泥岩侵蚀效应)通常采用绕金属网和喷射混凝土以保护围绕锚栓头部岩面的方法；华 中 科 技 大 学 岩 土 工 程 研 究 所2）沿着注浆体与地层界面破坏；边坡支护工程简单或不需支护。之间的粘结强度。n 为边坡材料的孔隙比；1）对于单根或 的锚索1）通过物理和化学作用影响节理充填物中的孔隙水及其压力，从而改变充填物质的强度指标。平台的平面应有一定坡度，这样有助于将水汇集在沟中，并把水沿一个方向从潜在不稳定区排走。为了借助于离子交
41、换使粘土的性质产生化学变化，粘土矿物中的一些阳离子被注入的化学溶液中的不同阳离子置换出来。2）在施工中应考虑施工偏差而造成锚索的相互影响。当坡体为石灰岩或石英长石砂岩等高刚度岩体时，岸坡的变形、失稳是局部性的且规模不大，但以易风化碎屑岩为主体的岸坡，岸坡的变形、失稳规模大，甚至也会出现滑移型失稳，但基本上是坠溃型，反倾向裂隙的风化追踪会构成坡体变形、失稳主控界面，进而出现以滑移为主要形式伴有崩塌、旋转等复杂的失稳事件。如工程性质重要，或受长期重复荷载作用时，安全系数应不小于3.9）锚索应力锁定必须在压力表稳定后进行，稳压时间应根据设计要求或现场施工情况确定；由于地层的构造作用，基岩并不是仅作用
42、着岩石自重所产生的垂直力的可预知的平台。4）按设计要求制作锚索；人们通过密切注意排水、人工稳定的各种方法以及自然斜坡形成过程的控制条件总是可以改变大自然提供的斜坡角。这种钻机上一般安装环形钻头和岩芯管，钻进速度稍慢，但能钻各种不同地层。二次注浆锚索的特点是，一旦锚头失效也能保持预应力。它的中心受拉部分是钢拉杆。华 中 科 技 大 学 岩 土 工 程 研 究 所华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所 陡倾顺向坡陡倾顺向坡(稳态稳态)缓倾顺向坡缓倾顺向坡(侵蚀性改造侵蚀性改造)切向坡切向坡(稳态稳态)在非均质松散介质中，渗透系数剧变部位可以形成在非均质松散介质中，渗透系数剧
43、变部位可以形成明显的静水压力或浮托力，而这两种力对该地质体的整明显的静水压力或浮托力，而这两种力对该地质体的整体作用表象是似动水压力，而在准均匀介质中，地下水体作用表象是似动水压力，而在准均匀介质中，地下水的作用则表现为有效应力场即孔隙水压力效应。的作用则表现为有效应力场即孔隙水压力效应。华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所 孔隙水压力效应也是一个复杂的过程：孔隙水压力孔隙水压力效应也是一个复杂的过程：孔隙水压力的存在条件是饱水介质处于围压作用环境，而若不存在的存在条件是饱水介质处于围压作用环境，而若不存在围压条件，孔隙水压力即消散。实践资料提示，在围压条件，孔隙水压
44、力即消散。实践资料提示，在K=10-510-7cm/s介质中，孔隙水压力也在消散。介质中，孔隙水压力也在消散。但实际调查必须注意的问题是介质的渗透各向异性但实际调查必须注意的问题是介质的渗透各向异性和非均质程度，故若能进行渗透系数区划，可大体了解和非均质程度，故若能进行渗透系数区划，可大体了解孔隙水压力、静水压力以及浮托力等三种效应孔隙水压力、静水压力以及浮托力等三种效应。（3 3）动水压力形成条件）动水压力形成条件华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所确定地下水流网系统确定地下水流网系统(孔隙或裂隙系统孔隙或裂隙系统)、渗透系数等。、渗透系数等。其中其中 Pid 为第
45、为第i条块单宽上体中的动水压力条块单宽上体中的动水压力(t/m)，作用点取水作用点取水 深之一半、方向为水流的切线方向；深之一半、方向为水流的切线方向；iwiidnAPsin0 i 为第为第i条块水压力作用倾斜角；条块水压力作用倾斜角；A0i 为第为第i条块地下水位以下部分的面积条块地下水位以下部分的面积(m2)；n 为边坡材料的孔隙比；为边坡材料的孔隙比；n 为水的重度。为水的重度。（4 4）附加荷重效应）附加荷重效应华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所 考虑到崩滑体等介质的渗透系数多居考虑到崩滑体等介质的渗透系数多居10-310-5cm/s间以及非间以及非均匀渗透
46、性，地下水位的变化还往往表现为附加荷重的形式。均匀渗透性，地下水位的变化还往往表现为附加荷重的形式。地表水体地表水体(如湖泊、水库等如湖泊、水库等)自低水位至正常水位，然后自正自低水位至正常水位，然后自正常水位再到低水位，将直接干扰岸坡渗流场。如果水位快速降落，常水位再到低水位，将直接干扰岸坡渗流场。如果水位快速降落，岸坡、松散介质中地下水位回升之后来，特别是在水库中水位同岸坡、松散介质中地下水位回升之后来，特别是在水库中水位同步降落，高、低水位之间的水体对下伏主滑带等变形主控界面是步降落，高、低水位之间的水体对下伏主滑带等变形主控界面是将产生额外增加的附加荷重，在主控界面的正应力分量增大，相
47、将产生额外增加的附加荷重，在主控界面的正应力分量增大，相应地，沿变形界面的剪应力成分也增大，故地质体沿变形界面的应地，沿变形界面的剪应力成分也增大，故地质体沿变形界面的抗滑强度也随之变化。在这样的情况下，额外增加了的抗滑强度也随之变化。在这样的情况下，额外增加了的水体荷重水体荷重对该地质体的稳态是不利对该地质体的稳态是不利。（5 5）物理化学效应）物理化学效应 对于一个倾斜型主变形界面对于一个倾斜型主变形界面(如原主滑带或基岩面如原主滑带或基岩面)上的地质上的地质体而言，影响甚至决定该地质体稳态的主控因素就是主变形界面体而言，影响甚至决定该地质体稳态的主控因素就是主变形界面饱水后的物理化学作用
48、。饱水体的力学参数总是小于干燥体的力饱水后的物理化学作用。饱水体的力学参数总是小于干燥体的力学参数。如果水化学作用兼而有之，特别是学参数。如果水化学作用兼而有之，特别是溶蚀溶蚀而不是诸如而不是诸如钙化钙化等胶结作用等胶结作用，c c、f f值会有根本性的变化。值会有根本性的变化。三、边坡工程勘察要点三、边坡工程勘察要点 华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所 从从力学角度考察力学角度考察，边坡工程介于地基工程与硐室工，边坡工程介于地基工程与硐室工程之间。地基工程的主要指标是岩土地基的承载力，而程之间。地基工程的主要指标是岩土地基的承载力，而地基内任意点基本上处于三维应力
49、状态；硐室则改造地基内任意点基本上处于三维应力状态；硐室则改造（释放）硐周初始地应力场但硐室尺寸不大，对初始应（释放）硐周初始地应力场但硐室尺寸不大，对初始应力场的改造空间有限。力场的改造空间有限。边坡工程则是边坡工程则是开放系统开放系统，具备大体积岩体自由运动，具备大体积岩体自由运动的空间，高陡人工边坡还涉及初始构造应力场。所以，的空间，高陡人工边坡还涉及初始构造应力场。所以，边坡工程的地质勘察所涉及的内容要比地基工程或硐室边坡工程的地质勘察所涉及的内容要比地基工程或硐室工程丰富很多。工程丰富很多。边坡工程边坡工程勘察设计阶段勘察设计阶段 技术设计技术设计竣工验收竣工验收 施工详图施工详图设
50、计设计初步设计初步设计选线勘察选线勘察1 1基本资料及工程地质分段（区）基本资料及工程地质分段（区）华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所 类似其他类型工程，边坡工程，公路类似其他类型工程，边坡工程，公路(铁路铁路)跨越不同的跨越不同的地形地貌类型及构造单元的线型工程的边坡设计，特别需要地形地貌类型及构造单元的线型工程的边坡设计，特别需要区域性地质、地震资料。区域性地质、地震资料。区域性地质、地震资料的研究目标区域性地质、地震资料的研究目标是了解各部位坡体的是了解各部位坡体的岩石类型及其组合、控制坡体变形、失稳的主要构造、地表岩石类型及其组合、控制坡体变形、失稳的主要构
