1、高边坡的勘察和设计王 恭 先中铁西北科学研究院2012年8月,主 要 内 容 一、高边坡问题的提出 二、高边坡的种类和变形类型 三、高边坡的勘察和稳定性评价 四、高边坡的设计,一、高边坡问题的提出 （一）高边坡的界定何为高边坡 （二）高边坡的变形、破坏及其造成的损失 （三）高边坡的特征,（一）高边坡的界定 一般认为边坡高度大于20m的土质边坡，或高度大于30m的岩质边坡。 （二）高边坡的变形、破坏及其造成的损失 高边坡早已存在，也曾造成过变形和损失。近年来，高边坡数量越来越多，高度越来越高。变形量大，增加投资、延误工期、造成灾害。 举例：,云南澜沧江小湾电站边坡高达500m,云南元江磨黑高速公
2、路K259高110m的砂泥岩高边坡,十天高速公路黑河坝滑坡，花4000余万元,十天高速公路七里沟隧道进口滑坡,十天高速白河互通区滑坡外貌,十天高速公路高100m边坡滑坡,攀枝花机场滑坡,重庆机场填方区滑坡,贵州某高速公路路堤滑坡,深圳汕头高速公路K101滑坡推倒桩板墙,深圳汕头高速公路K102滑坡，抗滑桩与明洞处理花费8000余万元,同江三亚高速公路闽北八尺门互通区设在2个古滑坡上，治理费5000余万元,云南元江磨黑高速公路三菁公隧道进口高边坡发生滑坡，高130m，推倒中隔墙,山西长治晋城高速公路K31砂泥岩顺层滑坡，体积达25万m3,北京珠海高速公路粤北段K108高边坡滑坡，三次变更设计，治
3、理费用2000余万元,重庆万州梁平高速公路K42砂泥岩顺层滑坡,西安秦岭某试验基地花岗岩高边坡滑坡,花岗岩中长100多m、宽80cm的张裂缝,“5.12”地震崩塌砸断桥梁,“5.12”地震崩塌砸断桥梁、堵塞道路,(三)高边坡的特征 1、高边坡是将地质体的一部分改造成人为工程设施，因此其稳定性取决于自然山坡的稳定状况(稳定、不稳定、极限平衡)、地质条件(地层岩性、地质构造、坡体结构、岩体结构、水文地质条件、风化程度等)和人为改造的程度(开挖深度、坡形、坡率等)。 2、由不同的地层、岩性、风化程度的岩土体构成的自然山坡，受地质构造影响程度不同，水文地质条件不同，在自然营力作用下形成了各种形态的斜坡
4、，如直线坡、凸形坡、凹形坡、阶梯状坡，且具有不同的稳定状态，这是在漫长的地质历史时期形成的，是动态的、变化的。自然斜坡是人工边坡的基础。 3、人工边坡是对自然斜坡的改造，它也有直线坡、凸形坡、凹形坡，更多的是阶梯状边坡。人工边坡改变了自然山坡的应力状态和地下水的渗流条件，而且是在短短几个月内改造完成的。自然山坡的应力调整有一个过程，强度低的软弱岩层调整较快，常在施工期就发生变形；强度高的坚硬岩层调整较慢，或可自身稳定，或在13年后发生变形。只有当人工边坡顺应自然，对其改变不大时，才可保持稳定，否则就会发生失稳，甚至引起自然山坡的破坏。 4、自然山坡和人工边坡都处在各种自然营力的作用之下，如阳光
5、照射、降雨冲刷和下渗、风化和地震等。但人工边坡所造成的自然状态的改变使这种作用更强烈，如开挖暴露风化加剧、破坏植被地表水容易下渗、坡体松弛、爆破震动等都使边坡更容易发生变形。 5、自然条件千差万别，所以高边坡设计也变得十分复杂，每个工点都需单独分析和计算，这也许就是目前高边坡设计尚无规范可循的原因。,二、高边坡的种类和变形类型（一）高边坡的种类（二）高边坡的变形类型（三）高边坡变形的条件和原因分析,（一）高边坡的种类高边坡分类表,（二）高边坡的变形类型1、按变形性质分（1）坡面冲刷 ；（2）表层溜坍；（3）危岩、落石、崩塌；（4）坍塌；（5）滑坡；（6）倾倒；（7）错落。2、按变形深度分（1）
6、坡面变形（深12m）；（2）边坡变形（深10m），变形在边坡范围内；（3）坡体变形（深10m），变形超越边坡范围。3、按变形范围分（1）整体变形整个边坡变形；（2）局部变形部分边坡变形。4、按变形新老分（1）古老滑坡复活；（2）新发生的变形。,边坡变形示意图：,坡面冲刷,堆积层坍塌,强风化岩坍塌,黄土滑坡,破碎岩体滑坡,强风化砂泥岩局部顺层滑坡,砂泥岩顺层滑坡,砂泥岩切层滑坡,砂泥岩老滑坡与新滑坡,石灰岩的倾倒变形,老滑坡因开挖而复活,危岩体,花岗岩顺缓倾节理面滑落,错 落,半坡桩发生变形的类型和原因分析,（三）高边坡变形的条件和原因分析 从已经发生的大量高边坡变形来分析有以下几方面原因： 1
7、、选线、选厂、选址时对地质工作重视不够，没有贯彻“地质选线”的原则，对已经存在的古老滑坡和潜在滑坡（如岩堆地段、顺层地段）没有认识或认识不足，将线路布设在这些地段，甚至大填、大挖，造成老滑坡复活或新生滑坡。 2、高边坡变形最主要的原因是对高边坡的地质决定性认识不足，道路工程中重桥隧、轻路基的指导思想没有彻底改变，对高边坡没有专门地质调查和勘探，只能凭经验盲目设计，这就难免不发生问题。 3、由于对高边坡重视不够，过分强调节约工程投资，本来可以作隧道或外移作桥或半路半桥的，为节省投资而大挖方，结果造成高边坡变形，有时其治理费用比桥、隧还多。 4、高边坡本应该作个别设计的，因工作量大、工期紧、资料少
8、，也只能作一般边坡对待，设计缺乏依据，或坡形坡率设计不符合当地岩土条件，或没有排水与加固工程，或工程不足以保证稳定。 5、不科学的施工方法也是造成边坡失稳变形的重要原因，如雨季大开挖大量雨水渗入坡体，软化坡体岩土；大爆破施工破坏岩体完整性；开挖后长期暴露而不防护和加固，甚至一挖到底不加固等。,这里强调坡体结构对高边坡变形的控制作用。 所谓坡体结构是指构成坡体的不同岩层及构造结构面（包括接触分界面）的产状、性质、厚度、含水状况，在边坡上的分布位置及其与开挖面之间的关系。它控制了边坡可能发生变形的类型、位置和规模。我们将之分为以下六种：,坡体结构类型与滑坡的破坏模式,坡体结构与滑坡的破坏模式,a.
9、粘性土弧形旋转滑动；b.黄土弧形旋转滑动；c.填土弧形滑动；d.土层顺层滑动；e.半成岩地层顺层滑动；f.岩层顺层切层滑动；g.软岩挤出型（错落型）滑动；h.挤出型平移滑动；I.堆积层顺层滑动；j.岩层顺层平面型滑动；k.岩层顺曲面滑动；l.陡倾岩层顺层切层滑动；m.反倾岩层切层滑动；n.反倾岩层倾倒切层滑动；o.破碎岩层旋转滑动；p.破碎岩层顺构造面滑动；q.块状岩体顺构造面（似层面）滑动；r.构造核沿构造破碎带滑动,三、高边坡的勘察（一）基础资料的收集（二）高边坡的地面调查（三）高边坡的勘探 （四） 深孔位移监测（五）高边坡的稳定性评价,（一）基础资料的收集 勘察之前应充分收集边坡所在地段
10、的地层、岩性、地质构造、降雨、地震及线路平、纵、横断面初步设计资料。 （二）高边坡的地面调查 地面地质调查是最重要也是最基础的工作，它包括以下一些内容： 1、边坡所在山坡的走向、坡向、坡高，各分段的坡形、坡率、坡高；有无剥蚀平台；植被状况；河流、沟谷发育程度、分布密度、切割深度、走向、沟形、沟岸稳定状况；自然山坡上有无变形现象，其类型、规模和产生的部位。 2、线路在山坡上的位置、走向，欲开挖边坡的高度和形式。 3、当地同类地层中已有人工边坡的形式和稳定状况。 4、山坡和边坡上地下水出露位置、高程、流量变化。 5、边坡地段的地层、岩性、产状、风化程度、强度特征，不同地层在边坡上的分布位置，有无软
11、弱夹层或接触面，其产状与边坡开挖面的关系。 6、地质构造（主要是小构造）的分布位置、产状、发育程度、延伸长度、充填物、含水状况，及其与开挖面的关系。 7、坡体结构类型：类均质体结构、近水平层状结构、顺倾层状结构、反倾层状结构、碎裂状结构和块状结构。 8、已开挖边坡的施工方法，包括施工季节、开挖顺序和开挖方式（如爆破等）。 9、边坡变形历史过程、变形类型、发生时间、部位、裂缝分布、发展过程，及其与施工和降雨等的关系。,(三)高边坡的勘探 对地面地质调查不能查清的内容，如地层分界面、风化界面、软弱地层或夹层、地下水的分布、层数和水量等，应布置必要的勘探。一般每段高边坡至少应有一个代表性勘探断面，最
12、好是每3050m布设一个断面。若有不良地质（如滑坡）存在时，不良地质体上应有主轴代表性断面。每一断面上应不少于3个勘探点，勘探点以钻孔为主，适当配合坑槽探和物探，用综合勘探手段查清地下情况。有条件时，对高度大、失稳危险性大的边坡，应布置地面和深孔位移监测，以掌握边坡变形动态。 在勘探的同时，应取代表性岩、土、水样进行试验，为设计提供参数。,勘探线布置图,无泵反循环法钻具图,1.岩心管；2.钢球；3.短钻杆；4.短钻杆上出水孔眼；5.反循环水流,(四)深孔位移监测固定式和活动式,原理：,l两侧点间距离（m）, 倾斜角度变化值（）,累积位移:,测斜位移曲线及滑面位置,京珠高速公路K108滑坡钻孔监
13、测资料,滑动面监测,京珠高速公路K108滑坡监测断面图,滑坡各条、各级、各层的推力计算,1、选定计算的主轴断面和计算范围较贯通裂缝。 2、计算断面上各段滑带土参数的确定。（1）大型滑坡各段滑带土取同样c、值是不正确的（2）三段式滑面（主滑、牵引、抗滑），主滑段强度最低，略低于滑面倾角12，抗滑段视老滑面或新剪出段有区别，牵引段为滑体土主动土压力破裂或岩体节理面，滑面陡，强度高（堆积层3840，黄土2830）（3）参数选取方法：实验法、反算法、经验法（不同含水量下的峰值和残余强度）（4）老滑坡在残余强度和峰值强度之间取值。新滑坡根据滑坡的发育阶段分别选取不同参数。注意同一滑坡的c、值应比较接近。
14、,黏性滑带土的剪切变形曲线,1.超固结土的剪切变形曲线；2.正常固结土的剪切变形曲线；A.弹性极限 B.强度极限 C.完全软化点 D.残余强度起始点,（五）高边坡的稳定性评价 1、稳定等级的划分 一般分为稳定坡、基本稳定坡、欠稳定坡和不稳定坡，其特征如下表:,2、高边坡的稳定性评价方法 人们早已熟悉用力学平衡计算法评价边坡的稳定性，它可以得出稳定系数的定量数据，而且可算出需要加固工程承受力的大小。但是对于复杂的高边坡稳定性计算，由于计算的边界条件（范围）和破坏面岩土参数难以准确判定、试验和选取，使计算结果的可信度降低。作者认为应以工程地质分析对比法为基础辅以力学计算两者结合较为合理，前者为后者
15、提供变形类型、范围和边界条件，后者则可得出稳定系数和作用力大小，为设计提供依据。 工程地质分析对比法从以下几方面分析对比： a、从自然极限稳定坡的坡形坡率坡高与人工边坡的平均坡率和坡高对比中评价其稳定性； b、从自然山坡已发生的变形类型和规模推断人工边坡可能发生的变形类型和规模； c、从坡体结构分析人工边坡可能发生的变形类型及产生的部位（整体或局部）； d、从作用因素及其变化幅度分析，主要是开挖引起坡体松弛、地表水下渗、岩土（特别是软弱带）强度降低分析可能发生的变形类型及规模； e、从已发生的变形分析其发生机制并反演出破坏时的岩土强度参数。 力学计算法 力学计算法有多种，只有选择与调查确定的破
16、坏类型及模式相一致的计算方法才能得出正确的结果。其破坏范围主要是松弛范围，除顺层滑坡外，可用有限元计算开挖后边坡的应力场和位移场来确定。 对土质边坡和类土质边坡可用传统的圆弧形破坏面进行计算，但沿土层界面滑动者不一定是圆弧。岩质边坡，即使是强风化岩体，其破坏也要沿不利结构面组合，因此多为折线形，用推力传递法比较符合实际。其选用的计算参数C、值也应根据地质情况不同而分段选取。,3、高边坡的设计（一）高边坡设计的特点 1、高边坡设计以翔实的地质资料为基础。 2、高边坡设计是预测性设计。 3、高边坡设计是风险性设计。 4、高边坡设计应是动态设计。 5、高边坡设计对施工工艺提出严格要求。（二）高边坡设
17、计的原则 1、高边坡根据其使用年限和保护对象的重要性，应是安全可靠的。 2、高度40m以下的边坡原则上以放稳定坡率为主，大于40m的边坡，放缓边坡可能增加大量弃方、破坏大量植被、增大征地量，于环保不利，应采取较陡的坡率增加支挡加固工程以减小边坡高度。 3、由于坡脚应力和地下水集中，加固工程应贯彻“固脚强腰”的原则，“固脚”即加强坡脚1、2或3级边坡的支撑力，“强腰”则是防止高边坡的局部失稳。既要保整体稳定，也要保局部稳定。 4、高边坡设计应有完善的地表和地下排水系统，减少水对边坡稳定的影响。 5、高边坡设计应充分考虑环境保护，美化环境。,4 高边坡的设计方法 高边坡设计目前尚无统一的方法，一般
18、采用三种方法相结合： 1、工程地质比拟法从自然稳定坡的调查中寻找可供比拟的坡形、坡率和坡高。 2、力学计算法选择符合坡体结构和破坏模式的计算方法对设计的坡形进行稳定性计算，调整坡形或增加支挡工程以达到合理的设计。既保整体稳定，又保局部稳定。 3、经验对比法以类似地质条件下稳定的人工边坡作参考设计新的边坡。 4、坡形坡率的设计：一般采用台阶状坡形。 每级台阶的高度：810m。 台阶（卸荷平台）宽度：一般23m；高度大于30m的边坡，在中部留46m的宽平台。 坡率：土质边坡：1:11:1.5（黄土边坡除外）；类土质边坡：1:11:1.5； 强风化岩边坡：1:0.751:1；弱风化岩边坡：1:0.5
19、1:0.75； 微风化岩边坡：1:0.3l:0.5。 对岩层顺倾地段的高边坡，当岩层倾角大于40时，可采用顺层面刷方。但当倾角较缓时，不宜顺层刷方，那样会增大边坡高度，破坏植被，增大征地和弃方，于环境保护不利，还可能留下不稳定隐患。 5、加固工程的设计：对计算评价不稳定和欠稳定的边坡必须设置一定的加固工程措施，常用者有挡土墙、抗滑桩、预应力锚索抗滑桩、预应力锚索框架（地梁、墩），锚杆框架（地梁）等，可根据边坡的具体情况单独或组合使用。 6、排水系统设计：（1）地面排水系统；（2）地下排水。 以下用一些图片实例作一说明。,5 防治方案的拟定和比选,1.防治方案是防治设计的灵魂 2.制定防治方案应
20、考虑的因素 （1）滑坡的性质、规模、稳定性和危害性 （2）防治的目的和原则保护对象的重要性；滑坡的危险性和危害性；一次根治还是分期治理；是治理整个滑坡还是只保工程建筑物等 （3）分析各种防治措施对要防治滑坡的适用性 a.如截水隧洞对地下水发育的堆积土石滑坡和岩石滑坡效果好，但对黄土滑坡和粘性土滑坡不适用，多用支撑渗沟和仰斜孔排水。 b.抗滑桩具有普适性，但不同滑坡间距又有不同。锚索抗滑桩必须考虑有无锚固地层条件。锚索框架（地梁）也一样。膨胀土滑坡含水量高，锚杆就不适用。 c.滑坡中后部减重会否引起后部牵引滑动，前缘填土反压又需考虑地下排水问题 （4）方案的可靠性、耐久性、经济性，社会影响、施工
21、难度等 （5）特别要注意排水问题,半坡桩问题（图）,a不留宽平台的半坡桩 b留有宽平台的半坡桩半坡抗滑桩示意图,万云高速公路半坡桩变形,半坡桩变形,十天高速公路略阳互通半坡桩变形,半坡桩发生变形的类型和原因分析,坡脚桩板墙,坡脚锚索抗滑桩，中部锚索框架,坡脚锚索抗滑桩，以上锚索地梁,坡脚锚索桩，以上锚索地梁,路下锚索抗滑桩，路上锚索框架,锚索框架与地梁结合,锚索框架,锚索框架与锚索桩结合,两排抗滑桩与锚杆框架结合,锚杆框架,锚索墩,云万路菜地沟滑坡路肩桩板墙,奉云路肖家包滑坡,石忠路月耳岩隧道进口,六棱砖植草防护,泄水洞截水,仰斜孔排水,主动网防落石,被动拦石网,秦岭某花岗岩高边坡平面图,秦岭某花岗岩高边坡立面图,秦岭某花岗岩高边坡断面图,秦岭某花岗岩高边坡抗滑桩结构图,秦岭某花岗岩高边坡框架结构图,秦岭某花岗岩高边坡锚索结构图,谢谢！,
