复杂地质边坡专题研究Word文档格式.docx
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滑坡主要因素由山区滑坡和滑坡的岩土导致，以及地质和水文地质条件等因素的影响。
滑坡的物质基础是因为结构松散的特性在水的作用下可以发生变化，软岩、硬岩土斜坡、其他边坡或人工边坡很容易产生滑坡。
其内在因素包括地貌，滑坡，地震，暴雨和融雪、地表水的冲刷、浸泡、河流和不合理的人类工程活动等。
1岩土类型及性质
岩石和特性岩石边坡的土壤类型和边坡抗滑力是最关键因素。
完整的岩浆岩，灰岩硬质岩质边坡很陡，不稳定，一旦岩石的风化严重，将导致边坡软岩的崩解或均匀的滑坡；
土壤的组成，特别是粘土和膨胀土边坡裂缝在连续暴雨或风暴的强烈作用下容易失稳等外部因素。
地质特点是：
（１）非均质性，红砂岩中分布不均匀。
（２）具有软硬相间，多层互动层状结构。
（３）倾斜和折叠舒缓，密度小，而长度大。
研究方法遵循“地质过程机制分析-量化评价”的学术思想，在收集分析已有研究成果的基础上，采用宏观分析与微观分析相结合、工程地质与岩体力学相结合的基本思路，重点对工程边坡的稳定条件、可能的变形破坏模式和边界条件等基本问题开展深入系统的研究；
分析影响边坡变形破坏的影响因素、成因机制；
运用基于应力变形的数值模拟方法对工程边坡的稳定性进行分析；
提出适宜的优化处理方案。
2地质构造
除了地质构造断裂带、采空区对边坡软弱结构面之间的界面的影响，软弱结构面与边坡坡面的表面稳定性也有重要影响。
3外因影响
外源性因素尤其是降水、地表水和地下水。
降水、地表水和地下水严重影响路基边坡的稳定性，往往会导致边坡塌方。
其功能主要用于岩土软化，避免静水和动水压力侵蚀，因此，容易出现大的地质灾害。
由于路基排水使地下水位上升，土壤和孔隙水压力以及抗滑稳定性可以提高，可以减少损失。
④内涝区调查
内涝区调查地形地貌、地质情况、圩内农田灌溉系统，河沟、湖塘的滞洪、蓄洪条件，水利设施、泵闸的排水能力、排涝沟渠遭遇外江、外河水位顶托过程；
最高内涝水位、历时和相应年份的降水量。
⑤内涝灌溉区调查
调查灌溉系统的分布、调节水流方向、排灌方式及水源等资料。
对于大型干渠、支渠收集断面尺寸、最大灌溉流量及相应水位资料；
兼有排洪的渠道，应收集渠道最大排洪流量及相应水位。
⑥蓄滞洪区调查
收集滞洪高程、面积与容积的关系图表、进水退水率、分洪闸出流曲线及历次实测水文资料。
⑦综合利用河网航道调查
收集航道等级、最高和最低通航水位、设计最高洪水位与相应的流速、流量资料、通航规划和航道清淤情况等。
⑧基面改正
水利部门淮河流域资料一般采用废黄河基面，交通部门要求提供85黄海基面，报告中给出本项目区域基面换算关系。
（2）设计参数的选择
参数的影响因素：
边坡病害变形；
边坡的稳定性；
调查季节；
测试方法的管理；
植物病害的影响；
治理工程在最不利条件下可能的寿命参数的变化。
①对边坡的开挖未完成时，这个时期的地质调查与潜在滑动位置没有完全形成，不确定滑坡的稳定性。
②在旱季研究滑坡的稳定性，计算因素时，考虑更高的稳定性时，要考虑雨季。
③考虑工程对稳定性的影响。
（3）山区高速公路滑坡体高边坡的防治
建设高速公路边坡，要对边坡滑线进行选择，由于地质条件不利，陡峭的岩石河床上的岩石发生倾斜，裂缝是常见的，某些部分可能导致山体滑坡，边坡整体滑动。
根据调查，在这一部分，岩体部分滑坡改变或变形的发展很快，在强降雨天气下可能很容易再次下滑。
可以采取地下排水及抗滑桩治理滑坡的措施。
1削坡卸载
削坡卸载为促进该滑坡滑动，根据已知的地质，在陡峭的或缓慢的滑坡基岩埋藏深度小，因此，在开挖时要求有一定数量的滑坡或滑体边坡。
2地表排水
在其境外发展环形截面，设置排水沟拦截地表水对边坡的补给水，设置泄水孔。
在体内设置一个特殊的排水系统，利用自然的地形排水，径流引用了滑坡体的消除设施。
边坡裂缝的粘土和水泥填充。
坡面应平整，不积水坑，可靠确保无倾斜倾向的特定位置，计算水停留时间和坡面入渗率。
3地下排水
由于滑坡地下水位高，描述水和冻水多前壁破裂，再排除隧道的地下水，综合分析水位，具有很好的技术效果。
4减少人为的影响
禁止在山坡上开挖沟槽，禁止破坏草本植被，禁止砍伐，采矿，进行公路建设项目，并且必须在开挖和施工前采取合理的地质灾害危险性评估，防止人为失误造成或加剧滑坡灾害的发生。
（4）边坡稳定常用的分析方法
边坡稳定性分析方法有很多种，其中主要的研究方法有定性分析和定量分析。
1）定性分析法
定性分析主要是通过工程技术人员对工程现场地质的勘察，然后对可能影响边坡稳定性的因素、边坡可能出现的破坏形式和边坡破坏机理进行分析，从而对边坡稳定性做出客观评价并对其可能的发展趋势做出预判，以便及早做出防御措施，防患于未然。
定性分析方法具有能够全面考虑可能导致边坡失稳的各种因素，快速的评估边坡的状况和发展趋势。
定性分析法中常用的分析方法有工程类比法、成因分析法、图解法、SRM分析法等。
①工程类比法
工程类比法就是通过对已有边坡工程进行经验总结，通过调查已有边坡稳定的影响因素和边坡稳定的发展状况，然后把在建工程边坡的各种地质因素、地形地貌、环境因素等和已有工程进行对比分析，分析在建工程和已建工程之间的不同之处和相同之处，通过对已有边坡的稳定性进行分析，去推断在建工程边坡的发展趋势，以便做出预防措施。
由于工程类比法采用的是鬼以往工程的经验，来对边坡进行分析，精确度不高，因此比较适合对较小的次要工程进行分析。
②成因分析法
成因分析法主要是通过前人的研究经验岩土体结构、岩土性质、地形地貌等因素以及所在地周围的环境来综合分析边坡稳定性，并预测边坡可能发生的破坏
类型。
③图解法
图解法是把边坡的各种参数以图形的形式来表示出来，或者利用图形表示出影响边坡稳定性的各种阴虚之间的相互关系，为边坡稳定性分析提供评价依据。
图解法可以直观的反映出边坡稳定程度，但由于其在计算中做出的各种假容易与实际工程造成误差。
2）定量分析法
①极限平衡法
极限平衡法是边坡稳定性分析过程中常用的一种方法，随着极限平衡法理论体系的不断发展，使其计算方法也不断的得到简化。
利用极限平衡法分析边坡稳定性的基本原理是：
假定边坡内部有滑动面存在，并且由于内力合外力的共同作用，边坡处于极限平衡状态。
在对边坡进行稳定性分析时，把边坡沿竖直方向分割成无数条土条，并且认为这些土条是刚性的，也就是不考虑外界作用力使土条产生的变形。
对边坡稳定型进行分析主要是依据平衡理论对边坡进行力学分析，然后通过相应的理论公式计算出边坡安全系数数值。
在利用极限平衡法对边坡进行稳定性分析时，边坡都是经过假定的，在边坡安全系数的计算过程中所选用的参数也比较容易获取，因此极限平衡法在边坡工程中的应用十分广泛。
由于极限平衡法在边坡分析中的广泛使用，许多以极限平衡法为理论基础，以各种不同的假设条件为前提的各种分析理论和方法迅速得到发展，因为不同方法的条件假设不同，最终得出的边坡稳定性的分析结果和精度也不尽相同。
极限平衡法依靠自己完善的理论体系以及在实际工程中取得的成果，已经在边坡工程中得到推崇。
在实际边坡工程中由于没有边坡是完全静定的，都对边坡的各种条件进行了某方面的假定或者简化处理。
现在边坡分析中常用的主流方法包括：
简布法、有瑞典法、简化的毕肖普法、无限条分法、摩根斯坦一普莱斯法、萨尔玛法等，其中摩根斯坦-普莱斯法相对来说更加严格，因为它没有假定滑裂面和静力平衡和多余未知数的选取。
条分法是利用极限平衡法分析边坡稳定性的一种方法，其原理是通过对边坡滑动面进行假定，认为如果边坡发生失稳破坏，其滑动土体是沿着边坡滑动面进行滑动的。
当边坡发生滑动破坏时，利用经理平衡对边坡进行分析，以便求得相应的边坡稳定系数和对应状态下的数据。
a、简布法：
简布法基于两个基本假定，首先简布法把边坡的滑动面假定是滑动面必须是弧形，同时，该方法把边坡滑动面上安全系数的均值和不同条块滑动面上的安全系数假定为相同。
除此之外，为了计算简单化，该方法没有考虑存在于土条块之间的沿切线方向的作用力。
简布法假定出了一条推力线，并用函数表达式表示存在于条块之间的沿竖向方向的剪应力，该方法因适用于各种形式的滑动面故应用范围较广。
简布法通过迭代运算，计算不同滑动面，并且将相应数值最小的边坡系数所对应的滑动面视为最有可能出现滑坡破坏的滑动面，最小的安全系数即为更加符合实际工程的安全系数。
因为此方法能够满足左右的平衡条件，因此计算结果存在的误差较小。
b、瑞典条分法
瑞典条分法和其他条分法相比是一条相对简单的方法，是一种历史比较悠久的边坡分析方法，也被称作为圆弧法，因为其将滑动面上部土体假定为无数个和滑动面相互垂直的互不干扰的刚性不变的条块，然后运用力学平衡对条块进行力学分析，最终得出土体的安全系数。
瑞典条分法没有考虑作用于土条块之间的侧向力，所以严格来讲，瑞典条分法没有完全满足力学平衡条件，因此该方法计算出的安全系数不够准确，而且计算误差还会伴随着滑裂面圆心角不断增大，该方法适用于圆弧滑裂面，如粘土边。
c、简化的毕肖普法
毕肖普法也是广泛应用于边坡稳定性分析，它和瑞典法的共同之处就是都将滑裂面定义为圆弧形，但是它比瑞典法更严谨之处就在于它考虑了存在于条块之间的相互作用力，由于在求解安全系数时不仅考虑条块之间的相互作用，而且忽略了存在于条块之间切线方向的剪应力，并把土块两侧作用力视作沿水平方向，因此由毕肖普方法计算出来的安全系数更加倾向于安全。
d、无限条分法
无限条分法的基本假定也是认定边坡的破坏面为从坡脚开始的圆弧滑动面，因为忽略了条块间的相互作用力，因此我们认为边坡稳定性不受条间力的影响，边坡的滑动问题可以转变为平面应变问题进行分析，这点和瑞典条分法几乎完全相同。
利用无限条分法对边坡进行计算分析时，假定土条在竖直方向上的宽度无穷小，土条收到的作用力有沿滑动面的法向力、切向力和土条本身的自重，并且在对土条进行计算是忽略其侧面上的切向力和法向力。
②数值分析法
因为不同边坡复杂的环境条件和迥异的地质条件，在工程施工中会遇到各种各样的问题，而这些问题又不是简单的套用我们平时所学的力学、数学等理论知识就能够解决的，因此一门适用于岩土工程研究的方法应用而生，这个方法就是数值分析法。
数值计算法是应用一些关于地质学、土力学、岩石力学等基础科学理论知识建立数学模型，并通过计算机等技术进行信息处理，将边坡变形以数值或图像的形式展示给大家，以便更好地研究岩土问题。
边坡稳定性数值分析不是简单的将工程资料进行处理，它是一个将工程勘察等资料进行分析整理，建立数学模型，并通过适当的本构方程和破坏数据进行边坡工程数值计算，并通过对边坡变形数据的检测，验证其方法的合理性。
边坡数值分析法相对于极限平衡法的优点在于它能够全面考虑影响边坡稳定性的各种因素，弥补了极限平衡法的不足，数值分析方法在边坡工程中应用的首要任务就是对边坡工程的地质资料进行定量分析。
随着计算机水平的不断提高，
数值分析法在坡体分析研究中得到了广泛的应用。
目前常用的数值分析方法有FEM法、BEM法、和FDM法等。
a、有限单元法（FEM法）
有限单元法的发展历史比较悠久，是一种应用较为普遍的边坡应用方法，有限元被广泛应用于边坡分析中，其根本原因是它解决了边坡分析中许多的难题，为许多看似不可能的实际问题提供了解决方法。
有限单元法是某种形式上的变分法，有限单元法是通过把连续的整体变为互不相干的离散单元，然后这些离散单元都有自己各自的力学形态，通过这些互不重叠又具备各自力学特征的离散单元，可有非常形象的模拟边坡的真实情况。
有限单元法的实现过程大致可以概括为以下几个过程，首先是把连续的整体离散化为一个个较小的单元体（即有限单元），然后对这些较小的单元体进行分析；
然后对这些离散的单元体建立数学模型，并按照边坡的地形地貌确定边坡的边界条件与荷载；
再根据边坡的数学模型建立单体的刚度矩阵，并列出方程组；
最后定义边界条件并通过求解方程组求出边坡单元的应力应变等。
b、有限差分法（BEM法）
有限差分法是将求解区域利用差分网格进行离散，并用差分方程对工程进行描述，然后通过定义边界条件来求解方程。
有限差分法在工程中的运用已经有近七十年的历史，在边坡等工程中的稳定性分析计算中运用广泛，在二十世纪六十年代有限差分法因为无法克服复杂问题无法求解的尴尬局面，在应用推广方面的受到了很大的限制，随着后来Wilkins提出了一种新的差分方法，这种方法得有点在于能够导出不同形状的单元。
在这种方法提出后，有限差分法又重新被广泛运用到实际工程当中。
有限差分法分析步骤可以概括为以下几点：
第一，对求解区域划分差分网格，第二，找到合适的方程，建立差分方程；
第三是确定边界条件并且确定初始条件；
最终就是通过联立方程，对方程组进行求解。
c、边界单元法（FDM法）
边界单元法和其他有限元单元法的原理基本相同，都是将函数离散化，不同之处在于边界单元法选择的函数准则是同时满足两个条件，即第一是边界条件，第二是控制条件，因此边界单元法在求解过程中只需要在边界区域划分单元就可以了。
边界单元法是一种针对线性均质问题的分析方法，在这一方面边界单元法不如其他方法。
③可靠度法
可靠度法作为一门新兴学科，发展势头锐不可当，可靠度的研究发展对边坡稳定性分析起到了很大作用，同时，受到了国内外学者的高度重视。
由于边坡工程在各方面的不确定性，在边坡工程建设过程中可能会发生各种各样的问题，影响工程的安全，降低边坡工程的使用寿命，甚至会造成经济损失，影响经济效益。
其中不确定因素大致包括：
实验测土的各种性能参数、土层边界条件、边坡应力分布、计算模型等。
在运用可靠度法分析边坡稳定性时，有很多计算方法，其中运用比较广泛的有以下几种方法：
MonteCarlo法、一次二阶矩法、统计矩法、随机有限元法等。
MonteCarlo法是在现在胡可靠度分析方法中精度相对较高的一种方法，经过他构造模型进行模拟，能够把繁琐的条件和过程简化，然后求出边坡稳定的安全系数。
MonteCarlo法的不足之处就是没有办法预先了解到边坡的各种状态和参数的分布形式，一次二阶矩阵利用Taylor级数展开式解决了这一问题，并且可以求出边坡破坏发生的概率和边坡稳定的可靠度指标。
经过多年的长期发展，一次二阶矩阵法已经广泛应用与实际工程当中，并且取得了显著的效果。
统计矩法大约是在二十世纪八十年代被应用于边坡工程当中，该方法的实施是基于数学理论中的点估计方法，在不知道状态变量的情况下，可以利用各状态变量的方差和均值来求得边坡工程安全系数的方差和均值，最终得到边坡工程的可靠度指标。
随机有限元法的出现是由于随着边坡工程的发展，边坡可靠度的要求越来越严格，单纯的可靠度指标计算已经满足不了工程的需要，因此随机有限元法以同时结合了可靠度指标法和数值分析法的身份出现在了国际舞台，并且得到了实践应用。
（5）边坡治理方法
随着边坡工程事故的频发，各种抗滑加固措施相应而生并且得到了大力发展，在边坡支护设计时要综合考虑边坡的地质构造、地形地貌、水文地质条件和不良地质作用等。
2.4.1土钉边坡治理技术与作用机理
土钉支护技术是以土钉打入边坡土体，然后喷射混凝土形成注浆钉以达到边坡支护的目的。
由于土钉支护技术在边坡加固治理中比较经济、安全可靠、施工技术简便易操作等特点，得到了广大技术人员的亲睐。
土钉是在整段长度范围内与土体紧密接触，并且和混凝土面层共同对土体进行加固，当边坡发生变形破坏时，在土钉和土体的接触面上会产生摩擦力和粘聚力，这使得边坡在滑动的过程中受到反向地约束力，从而起到边坡支护效果。
土钉支护技术比较适合在土体稍微有点粘性的边坡中应用，土钉加固技术作为一种低成本高效益的边坡治理措施，在边坡工程中已经得到了管饭应用。
土钉在边坡土体内高度集中，并且对边坡变形起到很好的约束作用，和土体共同作用形成复合土块。
当对边坡施加外界荷载时，土钉分担了部分荷载作用，当在外荷载作用下土体发生朔性变形时，外界作用力会慢慢的转移到土顶上来，当土体由朔性变形发展为滑裂破坏时，土钉几乎承担了所有的外力，当外力达到刚进的屈服强度时，钢筋外面包裹的混凝土会发生破坏，进而钢筋屈服。
土钉还可以将外界传递来的荷载传递到边坡的内部土体，从而把应力进行分散，减小了边坡土体应力集中的现象发生。
在边坡表面的与土钉连在一起的混凝土面板能够与土钉相互协作共同防护边坡失稳，混凝土面板与土钉连接的越牢固，与边坡面接触的越紧密，与接触面产生的摩阻力越大，对边坡就会起到越大的约束力。
2.4.2土钉支护的计算方法
关于土钉支护的设计规程目前没有统一的标准，在土钉技术发展的过程中出现了一些地方性的规范，但是在这些规程之间对土钉支护技术的认识并没有完全统一，常用的两种土钉支护的设计规程是CECS97:
97和JGJ120-99。
5.15.4研究成果
编制完成《泉州至南宁高速公路（G72）广西至柳州段改扩建工程勘察设计复杂地质边坡专题研究》，并获得相关主管部门认可。
所提交复杂地质边坡专题研究报告内容应包括：
（1）查明工程边坡的地质环境条件；
（2）预测边坡的分区稳定性状况、影响因素；
（3）评价上述不稳定因素对工程的影响，并提出治理措施建议。
复杂地质边坡专题研究报告应作为泉州至南宁高速公路（G72）广西至柳州段改扩建工程勘察设计项目开展设计的重要依据。
5.15.5进度计划
《泉州至南宁高速公路（G72）广西至柳州段改扩建工程勘察设计工程复杂地质边坡专题研究报告》由苏交科集团股份有限公司编制。
本专题研究的工作进度计划安排，详述如下：
①总计划目标
本专题研究计划总时期为80天，其中：
前60天内提交论证报告送审稿，供评审用；
之后20天内提交复杂地质边坡专题研究报告报批稿。
1阶计划目标
第1～40天，进行项目区查明工程边坡的地质环境条件，预测边坡的分区稳定性状况、影响因素，评价上述不稳定因素对工程的影响，并提出治理措施建议；
第41～60天，报告编制，采用工程地质概化模型计算并评价上述不稳定因素对工程的影响，并提出治理措施建议；
第60～60天，报告评审；
第61～80天，提交报告报批稿。
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