岩土工程课程设计 程少北Word文档下载推荐.docx
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2.2滑坡推力的计算与稳定性分析
初步拟定滑坡体抗剪强度指标粘聚力
，内摩擦角
，滑坡体的重度
KN/m³
，验算滑坡的稳定性。
2.2.1滑坡推力的计算：
计算时首先在滑动主轴方向的地质纵断面上，按照岩土性质以及滑动面的产状将滑坡土体划分为8个垂直条块，然后取单位宽度滑动土体的任一条块分离体作极限平衡状态下的静力分析，作用在第i条块上的基本力系如下图所示：
计算推力时作以下简化假定：
（1）滑坡体不可压缩并作整体下滑，不考虑条块之间挤压变形；
（2）条块之间只传递推力不传递拉力，不不出现条块之间的拉裂；
（3）块间作用力（即推力）以集中力表示，它的作用线平行于前一块的滑面方向，作用在分界面的中点；
（4）顺滑坡主轴取单位长度（一般为1.0m）宽的岩土体作计算的基本断面，不考虑条块两侧的摩擦力。
第i条块的剩余下滑力（即该部位的滑坡推力）可用下式计算
—第i块滑体剩余下滑力
—第（i-1）块滑体剩余下滑力
—第i块滑体的重量
—传递系数，
—第i块滑体滑面上岩土体的粘聚力
—第i块滑体的滑面长度
—第i块滑体滑面上岩土体的内摩擦角
—
第i块滑体滑面的倾角
K—安全系数（一般取为1.05~1.25）
表1：
滑坡土质物理参数表
土类
重度γ（KN/m³
）
粘聚力c（kPa）
内摩擦角（°
碎石粘土
20
10
16
粉质粘土
17
13
18
滑面土体
19
采用条分滑坡推力的计算法对滑坡的稳定性进行分析，首先根据滑坡的形状和滑坡的大小将滑坡分成7块，分别编号为1、2…7，如下图所示。
传递系数法计算图
表2：
滑坡推力计算表
块
号
（KN/m）
°
（m）
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
（6）
（7）
（8）
（9）
（10）
（11）
1
137.56
32
1.57
15.7
0.306
116.657
35.697
72.896
91.120
2
786.22
8.63
86.3
743.386
227.476
255.968
319.960
3
1038.73
29
9.70
97.0
908.494
277.999
503.586
629.483
4
1621.65
25
11.1
111
1469.714
449.732
685.339
856.674
5
1345.01
9.4
94.0
1218.993
373.012
568.426
710.532
6
692.93
21
6.84
68.0
646.906
197.953
248.324
310.405
7
243.20
5.71
57.1
241.868
74.012
24.421
31.777
（°
（12）
（13）
（14）=（13）×
（15）
（15）=（10）+（14）-（9）-（5）
（16）=（13）×
（17）
（17）=（11）+（16）-（9）-（5）
21.499
39.722
0.903
19.420
-38.388
35.881
25.604
-10
1.040
-39.911
88.676
26.620
214.573
0.976
86.506
211.113
209.322
382.447
1.000
312.526
454.633
304.878
286.848
443.506
348.929
15
0.884
253.620
147.929
308.509
154.285
通过以上下滑推力的计算可以判定，当安全系数K=1.0处于极限临界状态时，最后一块的剩余下滑推力
KN/m＞0，边坡处于不稳定状态；
当取安全系数K=1.25时，最后一块的剩余下滑推力
KN/m＞0，边坡亦处于不稳定状态，需进行边坡的抗滑治理使之稳定。
第三章滑坡加固治理方案
3.1影响加固质量的因素及对策
3.1.1地表排水
滑坡体以外的地表水应予拦截、引离,滑坡体上的地表水应注意防渗,并尽快汇集引出。
地表排水措施主要考虑:
（1）环形截水沟。
适用于滑体外排水,截水沟设在顶部裂缝以外不小于5m的稳定地面上,根据地形条件、流量大小计算设置一条或数条间距为50～60m的截水沟,截水沟向一侧或两侧的自然沟谷排出滑坡范围。
截水沟深度及底宽不应小于0.5m,采用10年以上任意30min的最大降雨强度的概率流量设计,沟壁和沟底用浆砌片石防护。
（2）树枝状排水沟。
用于排出滑体范围内的地表水,充分利用自然沟系,汇集并旁引坡面径流排出滑体外。
主沟与滑坡体移动方向大致平行,支沟与主沟之间可斜交30°
～45°
对土质松软地区地夯成沟形,上铺粘质土或三合土加固，如排水沟通过裂缝。
3.1.2渗沟和排水平孔疏排水
（1）渗沟。
①支撑渗沟：
适用于深度2～10m,用以支撑不稳定的滑坡体,兼起排除和疏干滑坡体内的地下水作用。
支撑渗沟有主干和分支两种,主干沟平行于滑动方向,支沟可与滑动方向成30°
交角。
主干沟一般布置在有地下水露头处或由于土中水形成坍塌的地方,支沟则应根据坡面汇水
情况合理布置,可伸展到滑坡范围以外拦截地下水,亦可采用支撑渗沟与挡土墙相结合的形式。
支撑渗沟一般深度在10m以内,沟宽视抗滑需要宜为2～4m,基底应在滑动面以下的稳定层内0.5m,沟底应设2%～4%的排水纵坡,当滑动面较陡时,可修筑台阶,沟底用浆砌片石砌筑,沟内堆筑片石,支撑渗沟一般按抗滑支撑力控制设计。
②边坡渗沟：
用于疏干潮湿的边坡和引排边坡上部出露的泉水或上层滞水。
一般适用于坡度不陡于1：
1的土质路堑边坡,并支撑边坡,减轻坡面冲刷。
当边坡上只局部潮湿且面积不大时,边坡渗沟宜布置成条带形状;
当局部潮湿的面积较大时宜布置成分岔形;
当边坡普遍潮湿时,应布置成拱形或人字形。
边坡渗沟垂直嵌入坡体,基底埋入潮湿土层以下较干燥而稳定的土层内、间距取决于地下水的分布、流量和边坡土质等因素,一般采用6～10m。
渗沟宽1.2～1.5m,深度视边坡潮湿土层的厚度而
定。
沟底填大粒径石料为排水通道,沟壁作反滤层,其余空间可用筛洗干净的渗水材料填充。
对于分岔、拱形和人字形布置的渗沟,其分岔、拱形、人字形部位的断面下侧可用粘土铺砌隔水,边坡渗沟的下部出口一般用干砌片石垛加固治理渗沟内的填料和排出所汇集的地下水。
③截水渗沟：
对于有丰富的深层地下水进入滑坡体时,可在垂直于地下水流的方向上设置截水渗沟,以拦截地下水,通过渗沟将水排出滑坡体外。
截水渗沟一般布设在可能发生滑坡体范围以外5m处,平面布置可呈环形或折线形。
深度不小于10m,断面大小不受流量控制,主要取决于施工方便。
渗沟的迎水沟壁设反滤层,背水壁设隔渗层,沟底埋在
最低一层含水层的基岩内,否则采用浆砌片石修筑沟槽,排水量较大时沟底设排水管。
一般尽量采用较陡的流水纵坡,以不冲刷四壁为原则。
截水渗沟一般深而长,为便于疏通,排水管直径应大于1m,且在渗沟的转弯处或直线段30～50m的间隔设检查井,井壁设泄水孔以排除附近的地下水。
（2）排水平孔。
排水平孔的设置位置和数量应视地下水分布的情况及地址条件定，水平孔坡度应不小于5%~15%,孔径不受流量控制,主要取决于施工机具及孔壁的加固材料。
如用水平孔做长期排水通道,孔壁需用硬质塑料管或镀锌钢管加固。
如水平孔需排除孔道周围的地下水,则可用风力灌砂的方法向孔内充填砂。
水平孔可单独使用,也可与砂井联合使用。
[1]
3.2滑坡防治与加固原则
（1）通过详细调查、收集资料及勘察,判定路线走向范围内存在滑坡时,对复杂以及开挖可能引起失稳发展的大型滑坡,应尽量使路线绕避。
如绕避困难,应根据滑坡规模大小,设计人工构造物绕越的方案。
（2）对于工程地质简单,处于稳定状态的中、小型滑坡,一般可以进行加固整治,但应注意路线的平、纵面设计,避免在滑坡体上大填大挖,并力求整治简单、工程量小、施工方便、经济合理。
（3）一般情况下,路线通过滑坡体的上缘或下缘比通过中部好。
通过滑坡下缘的路基宜为填土形式,以增加抗滑力,通过上缘的路基宜为挖方形式以减轻滑体重力。
对于窄长而陡峭的滑坡,可采用滑坡加固与路线以桥梁形式通过。
（4）整治滑坡首先应进行地表排水和坡体内部岩土体的疏干减压工程,然后进行诱使滑坡的控制因素,结合路基开挖或填筑、施工条件,采取防治结合、以防为主的综合治理措施。
3.3滑坡治理的现有措施
边坡加固首先应根据滑坡的性质、成因、规模大小、滑体厚度以及对工程的危害程度提出相应的治理工程措施。
到目前为止,治理滑坡的工程措施大致有以下几种：
（1）绕避
对一些规模巨大、难以整治的滑坡,如果对它们进行整治则工程浩大,一般采用绕避措施。
（2）加载反压
对于前缘失稳的牵引式滑坡,整治的工程措施是在滑坡前缘修建片石垛加载反压,增加抗滑部分的土重,使滑坡得到新的稳定平衡。
（3）清方减重
整治推移式滑坡,在滑坡体上部
下滑区
清方减重,以减少下滑力来稳定滑坡。
（4）抗滑片石垛。
多用于滑体不大、自然坡度平缓。
滑动面位于路基附近或坡脚下部较浅处的滑坡。
主要是用干砌片石或石笼筑成。
抗滑片石垛的顶宽不小于1m,外边坡一般采用1:
0.75～1:
1.2。
抗滑片石垛内应设砂砾反滤层。
片石垛顶应高于滑坡体表面,底面应低于滑动面以下0.5m。
（5）抗滑挡土墙。
抗滑挡土墙是整治滑坡常用的有效措施之一,通常作为排水、减重综合措施的一部分。
用于较小的滑坡,挡土墙常与支撑渗沟联合使用。
抗滑挡土墙与一般挡土墙不同,它的主要区别在于承受力的大小、方向、分布和作用点不同。
由于它所承受的滑坡推力大、合力作用点高,所以抗滑挡土墙多采用重力式结构,且胸坡缓,其胸坡常用1:
0.3甚至1:
0.75,墙身横断面呈底部宽、高度小的矮墙,见图1所示。
抗滑挡土墙的平面布置根据滑坡范围、滑坡推力大小、滑面位置和形状,以及基础地质条件等因素确定。
滑坡推力一般按剩余下滑力求得,其方向假定与紧挨墙背的一段较长滑面平行。
对于滑体刚度较大的中、厚层滑坡压力的分布图形近似于矩形,合力作用点位于滑面以上1/2墙高处。
但当滑坡推力小于主动土压力时,应以主动土压力为设计推力,而计算挡土墙倾覆稳定时,则取两者力矩较大者进行验算。
抗滑挡土墙的合理高度是以控制墙后滑体不致沿墙滑出为假定,用试算法进行验算,反复调整墙高至安全合理为止。
墙基埋入完整岩层应大于0.5m,对于土层则应埋入2.0m。
当墙前有形成被动土压力条件时,可酌情考虑被动土压力的作用。
（6）抗滑桩。
抗滑桩是一种用桩的支撑作用稳定滑坡的有效抗滑措施。
抗滑桩设置在滑坡前缘,它穿过滑体在滑床的一定深度处锚固,抵抗滑坡的推力作用。
由于抗滑桩桩位灵活、省时省料、施工方便、施工设备简单,在治理滑坡工程中,使用十分普遍。
近十余年来,随着新技术、新工艺的发展,抗滑桩的结构及施工方法都有了很大改进和提高。
抗滑桩可根据桩的变形系数及其计算深度,采用刚性桩或弹性桩进行设计。
作用于抗滑桩上的滑坡推力可采用传递系数法计算。
抗滑桩可单独使用,也可与挡土墙等其他构造物联合使用。
（7）锚杆（索）加固
对于倾向路基的斜坡岩层的顺层滑坡,可采用锚杆加固,它是利用锚杆（索）的抗拔力或抗剪力以及滑动岩层间的摩阻力来阻止岩块下滑。
锚杆（索）打入岩层后,孔内应压注水泥砂浆,以提高锚杆（索）的抗拔力,并防止钢筋（索）锈蚀。
锚杆（索）的计算应满足在给定的安全系数条件下总抗拔力和总抗剪力分别达到要求。
[3]
（8）土质改良法
①焙烧法：
焙烧法是利用导洞焙烧滑坡脚部的滑带上，使之形成地下“挡墙”而稳定滑坡的一种措施。
利用焙烧法可以治理一些土质滑坡。
用煤焙烧砂粘土时，当烧土达到一定温度后，砂粘土会变成象砖块一样，具有相同高的抗剪强度和防水性，同时地下水也可从被烧的土裂缝中流入坑道而排出。
用焙烧法治理滑坡，导洞须埋入坡脚滑动面以下0.5-1.0米处。
为了使焙烧的土体成拱形，导洞的平面最好按曲线或折线布置。
导洞焙烧的温度，一般土为500-800℃。
通常用煤和木柴作燃料，也可以用气体或液体作燃料。
焙烧程度应以塑性消失和在水的作用下不致膨胀和泡软为准。
②电渗排水：
电渗排水是利用电场作用而把地下水排除，达到稳定滑坡的一种方法。
这种方法最适用于粒径0.05-0.005毫米的粉质土的排水，因为粉土中所含的粘土颗粒在脱水情况下就会变硬。
施工的过程是：
首先将阴极和阳极的金属桩成行地交错打入滑坡体中，然后通电和抽水。
一般以铁或铜桩为负极，铝桩为正极。
通电后水即发生电渗作用，水分从正极移向由一花管组成的负极，待水分集中到负极花管之后，就用水泵把水抽走。
③爆破灌浆法：
爆破灌浆法是一种用炸药爆破破坏滑动面，随之把浆液灌入滑带中以置换滑带水并固结滑带上，从而达到使滑坡稳定的一种治理方法。
目前这种方法仅用于小型滑坡。
施工步骤是：
首先用钻孔打穿滑动带，在钻孔中爆破。
使滑坡床岩层松动；
再将带孔灌浆管打入滑带下0.15米，在一定的压力下将浆液压入，使其在滑动带中将裂缝充满，形成一个稳定土层，借以增大滑带土的抗滑能力。
在我国黄土区的一些滑坡，曾用石灰、水泥和粘土浆液压注裂缝的方法来加固滑带土，取得了一定的成效。
（9）综合治理
整治滑坡用单一的工程措施往往不是最佳的方案,而是采用多种工程措施组合起来进行综合整治。
这些措施有：
①清方减重和抗滑挡墙相结合
②明洞和抗滑桩相结合
③明洞和抗滑挡墙相结合
④抗滑桩和抗滑挡墙相结合
⑤锚杆（索）和抗滑挡墙相结合
⑥锚杆（索）和抗滑桩相结合。
[2]
3.4确定滑坡治理方案
（1）在第五滑块处设置碎石悬臂抗滑桩，截面尺寸2.5m×
2m桩距6m，桩身长16m打入粉状粘土层8m，C20混凝土灌注。
为防止桩间土被挤出造成边坡局部失稳，在抗滑桩之间打入构造锚杆，增加桩间土的整体性，使抗滑桩更好的发挥抗滑性能。
（2）在滑坡脚处设置重力式档土墙，阻挡抗滑桩前的剩余滑体的局部滑移。
第四章支护参数的计算
4.1抗滑桩参数的计算
4.1.1桩身位置的确定
在确定边坡的设计安全系数后,可得到在稳定区内边坡各条块间的设计剩余推力。
如A点为稳定区内桩的位置,上方设计剩余推力
下方设计剩余推力
桩所承受的荷载为W：
工程条件允许的情况下,
即为抗滑桩的合理位置点。
[5]
根据工程实践经验，抗滑桩可设置在滑体中部偏下的的位置，结合该工程具体的工程地质条件，抗抗滑桩打在第五条滑块处。
4.1.2桩截面尺寸及桩间距的确定
4.1.3桩身内力计算
4.1.3.1设计资料
1、抗滑桩设置于滑体中部偏下位置，该处滑面成25°
角，计算时取水平方向，滑面以上主要为碎石粘土，滑面以下主要是粉质粘土，其物理力学指标上面已选出。
2、根据地质情况，滑面处的地基抗力系数采用A=12000kN/m³
，
滑面以下地基抗力系数随深度变化的比例系数采用m=25000kN/m4，桩后滑体厚度h=8m，桩前滑体厚度h=5m。
3、己知:
桩断面b×
a=2x2.5m
截面积F=b×
a=2x2.5=5㎡
截面模量ω=b×
a²
/6=2x2.5²
/6=2.083m³
截面惯性距I=b×
a³
/12=2×
2.5³
/12=2.604m4
桩中心距L=6m
桩计算宽度Bp=b+1=2+1=3m
桩长H=16m
桩埋深h=8m
C20铭弹性模量En=2.55×
107kPa
桩相对钢度系数EI=0.8En×
0.8×
2.55×
107×
2.604
=5.3l×
107kN·
m²
4.1.3.2桩的刚度判别（按《m》法计算）
l、桩变形系数
а=（mBp/EI）0.2=（25000×
3/5.31×
107）0.2=0.269;
2、桩计算深度ah
ah=0.269×
8=2.152:
3、桩的刚度判别
因为ah=2，152＜2.5;
所以属于刚性桩。
4.1.3.3外力计算
1、每根桩承受的水平滑坡推力Th假定每根桩所承受的滑坡推力等于桩距（中至中）范围之内的滑坡推力。
Th=E4L=412.03×
6=2472kN;
水平滑坡推力按矩形分布:
qn=Th/h1=2472/8=309kN/m;
2、桩前被动土压力
根据朗肯被动土压力计算公式:
Ep=0.5×
20×
6.5²
×
tan²
（45°
+16°
/2）=744.04（kN／m）
式中：
Ep—被动土压力（kN／m）；
γ1、φ1—分别为桩前岩土体的容重（kN／m3）和内摩擦角（°
）；
h1—抗滑桩受荷段长度（m）。
3、因为Ep>
=412.03kN/m，故桩前抗力按剩余水平抗滑力Er=412.03kN/m控制，每根桩桩前的剩余水平抗滑力R=ErL=412.03×
6=2472.18kN桩前剩余水平抗滑力按矩形分布:
qn2=R/h2=2472.18/5=494.4kN/m
4.1.3.4内力计算
A、受荷段桩自身内力计算
受荷段桩身受力图
1求剪力Qy
（1）当0≤y≤3m时，
Qy=qHy=309y;
（2）当3≤y≤8m时
Qy=qHy-qH2（y一3）=1483-185.4y
2、求弯矩My
（1）当0≤y≤3m时
My=qHy²
/2=154.5y²
（2）当3≤y≤8m时
My=qH（y-3）²
/2
=103y²
+927-618y
B、段桩身内力计算
地基弹性抗力系数K简称地基系数，其物理意义为:
单位土体或岩体在弹性限度内产生单位压缩变形值所需施加于单位面积上的力。
当桩埋入均质土层中时，在滑坡推力作用下，将绕桩身某点转动，因为是刚性桩，则桩底按自由端考虑，即Qh=0，Mh=0。
取滑面处的地基系数A=A‘=1200OkN/m³
，假设桩的转动点位于滑面下y0，处，其转角为Φ。
1、求y0、Φ值
在y深度处，桩的侧向位移值△X=（y0-y）tanΦ=（y0-y）Φ
该处的侧应力:
σy=k△X=（A+my）（y0-y）Φ
故桩侧应力之和：
根据桩底边界条件Qh=0，Mh=0
联解方程组得:
y0=8（2×
12000（3×
12108+2×
2040.6×
8）+25000×
8×
（4×
12108+3×
8））/{2〔3×
12000（2×
12108+2040.6×
（3×
8））}
=5.54m
Φ=12（3×
8（3×
8））/{3×
83×
（6×
12000（12000+2500O×
8）+250002×
82）}
=0.OO2156rad
2、求σy、Qv、Mv
（1）求侧应力σ=（A+my）（y0-y）中
=（12000+25000y）（5.54一y）×
O.002156
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