邊坡治理土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計論文.doc

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1、摘 要本篇畢業(yè)論文從土力學(xué)基本理論出發(fā)，結(jié)合相關(guān)設(shè)計規(guī)范及工程實際，對某邊坡治理工程進(jìn)行初步設(shè)計。在設(shè)計中采用計算邊坡推力的方法進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析，并以滑坡推力的計算結(jié)果和地質(zhì)勘測資料作為肋梁錨桿支護(hù)計算、設(shè)計的依據(jù)。除了理論上的計算之外，本文還論述了邊坡治理的一些基本原則。根據(jù)這些基本原則和計算結(jié)果，給出了治理邊坡的方案。關(guān)鍵詞： 穩(wěn)定性 錨桿 邊坡治理AbstractThis paper begins with basic theory of soil mechanics,considering the besigh criteria correlative and the enginee

2、ring factors .In the design,we analyze stability of the landsliode by calculating the landslide thrust.With the calculate results and the data of geology survey,we can calculate and design anti-slide piles. This paper discusses some basic principles of landslide treatment as theoretic calculate. Bas

3、ing on the basic principles and the calculate results, a project of the landslide treatment be provided.Key words: stability slide piles landslide treatment目 錄1.工程區(qū)自然條件12.工程地質(zhì)概況12.1地形地貌12.2地層巖性與巖土工程地質(zhì)特征12.3地質(zhì)構(gòu)造32.4水文地質(zhì)條件52.5人類工程活動53.邊坡特征73.1邊坡形態(tài)特征73.2邊坡物質(zhì)組成73.3邊坡的水文地質(zhì)條件84.邊坡穩(wěn)定性分析104.1邊坡類型及安全等級104.2

4、影響邊坡穩(wěn)定性的因素104.3 邊坡穩(wěn)定性分析114.4 邊坡破壞模式及控制條件134.5 邊坡巖石的物理力學(xué)性質(zhì)155.邊坡穩(wěn)定性計算165.1按巖層層面滑動進(jìn)行穩(wěn)定性驗算165.2按巖體破裂面進(jìn)行穩(wěn)定性驗算175.3按裂隙面滑動進(jìn)行穩(wěn)定性驗算196.支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計216.1設(shè)計依據(jù)216.2選擇支護(hù)方案216.2.1設(shè)計原則216.2.2設(shè)計支護(hù)方案226.3錨桿計算的理論基礎(chǔ)226.3.1錨桿的基本原理236.3.2錨桿的力學(xué)作用236.4錨桿計算成果整理257.施工組織設(shè)計287.1施工工序287.2施工監(jiān)測297.2.1 監(jiān)測工作的任務(wù)和目的297.2.2 監(jiān)測設(shè)計方案主要技術(shù)依據(jù)及原

5、則297.3 監(jiān)測工作設(shè)計307.3.1監(jiān)測工作布置307.3.2觀測方法30參考文獻(xiàn)31結(jié)束語32附圖331.工程區(qū)自然條件忠縣位于三峽工程庫區(qū)中部，縣城上游距重慶市240km，下游距長江三峽工程壩址約360km。本邊坡位于忠縣縣城上游、長江左岸，距縣城10km。行政區(qū)劃隸屬重慶市，水陸交通發(fā)達(dá)，交通十分便利。忠縣地處川東低山丘陵區(qū)，屬中緯度亞熱帶東南季風(fēng)暖氣候區(qū)，四季分明，氣候溫和，濕熱多雨，雨量充沛。年均氣溫18.2，最高氣溫42.1，最低氣溫-4.1。年均降雨量1172.1mm，最大降雨量1471.1mm，最小降雨量866.6mm，長年主導(dǎo)東北風(fēng)。2.工程地質(zhì)概況2.1地形地貌邊坡位于

6、長江近岸谷坡地帶，地貌形態(tài)主要為坪狀丘陵，高程為206230m，原始地形坡度為1030、局部大于30。邊坡的地形坡度為64，坡高為18m，坡下為居民安置點或規(guī)劃的安置點，周圍建筑物較多。2.2地層巖性與巖土工程地質(zhì)特征邊坡區(qū)域分布有：第四系全新統(tǒng)人工堆積層(Qr)、第四系全新統(tǒng)坡積層(Q4dl)；基巖為侏羅系上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組第2段（J3P2）。各巖土層特征分述如下：（1）第四系人工堆積層(Qr)：主要為邊坡開挖形成的碎塊石填土層，紫紅色，稍密狀，主要由塊石、碎石及粘土等組成，碎塊石呈棱角狀，粒徑110cm，含量30%。分布于邊坡外圍，厚度0.51.5m。堆填時間在三年以內(nèi)。殘坡積層(Q4dl)：紫

7、紅色、灰黃色，粉質(zhì)粘土夾碎石，碎石含量10%35%，粒徑13cm，最大56cm，碎石多為強風(fēng)化狀泥巖及砂巖，粉質(zhì)粘土呈可塑狀，土層結(jié)構(gòu)稍密。廣泛分布于坡頂及其以上斜坡地帶，厚度0.51.5m。（2）侏羅系 邊坡區(qū)由侏羅系上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組第2段（J3P2）基巖組成，地層巖性見地層巖性簡表2.1（地層柱狀引用長江三峽水利樞紐庫區(qū)忠縣與石柱縣遷建城鎮(zhèn)新址地質(zhì)論證報告）。表2.1 巖 性 一 覽 表系統(tǒng)組段大層地層代號巖性代號厚度（m）巖 性 描 述第四系Q0.51.5 坡積物（Qdl）：土夾碎石或碎石土；人工堆積物（Qr）：塊石碎石夾土。侏羅系上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組第2段第3大層J3P2-3Ss3035.8 厚層

8、淺紫灰色長石砂巖，中部夾兩層紫紅色粉砂質(zhì)泥巖。第2大層J3P2-2-3St+Cr7.8薄層淺灰紫色泥質(zhì)粉砂巖與紫紅色粉砂質(zhì)泥巖互層。J3P2-2-2St夾Cr15.9為中厚層灰紫色泥質(zhì)粉砂巖夾極少量薄透鏡狀粉砂質(zhì)泥巖。J3P2-2-1St+Cr15上部為薄層灰紫色泥質(zhì)粉砂巖與紫紅色粉砂質(zhì)泥巖互層；中部為厚約34m的粉砂巖；底部為厚3m的紫紅色粉砂質(zhì)泥巖。第1大層J3P2-1-4Ss20厚巨厚層淺灰色長石石英砂巖。J3P2-1-3St+Cr8.6薄中厚層粉砂巖夾紫紅色粉砂質(zhì)泥巖。J3P2-1-2Ss45淺灰色中厚層砂巖。J3P2-1-1St+Cr17.3薄層粉砂巖與紫紅色粉砂質(zhì)泥巖互層。粉砂質(zhì)泥

9、巖：紫紅色，泥鈣質(zhì)膠結(jié)較差，層理不發(fā)育，可見次圓狀泥鈣質(zhì)粉砂巖團(tuán)塊，粒徑0.52cm?？癸L(fēng)化能力差，遇水易崩解等特點。泥質(zhì)粉砂巖：紫紅色，泥鈣質(zhì)膠結(jié)，成分較均一，局部夾粉砂質(zhì)泥質(zhì)條帶或薄層，層面略有起伏，抗風(fēng)化能力差。長石石英砂巖：灰灰白色，泥鈣質(zhì)膠結(jié)較好，抗風(fēng)化能力較強，呈厚層、巨厚層狀構(gòu)造。2.3地質(zhì)構(gòu)造(1）區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造與地震本區(qū)處于揚子準(zhǔn)地臺之次級構(gòu)造單元四川臺坳（圖2.1）?；字饕稍缭糯冑|(zhì)火山碎屑巖及侵入其間的巖漿巖組成；區(qū)內(nèi)沉積蓋層出露齊全，侏羅系末的燕山運動使蓋層產(chǎn)生強烈褶皺，斷裂較為少見。主要是因為沉積巖的高度柔塑性在地應(yīng)力作用下，構(gòu)造變位的表征是塑性流動，褶皺成山，斷

10、裂則少發(fā)生。主要斷裂與褶皺的形成密切相關(guān)，即發(fā)生應(yīng)力集中部位的背斜核部或偏翼部，向斜內(nèi)偶見小規(guī)模的斷裂錯動。區(qū)內(nèi)構(gòu)造形跡的展布方向由NE向漸變?yōu)镹EE向弧形，寬闊平緩的屜狀向斜與梳狀緊閉的背斜相間排列，構(gòu)成隔檔式構(gòu)造。區(qū)內(nèi)主要褶皺有萬縣向斜、大池干井背斜、豐都忠縣向斜、方斗山背斜與石柱向斜。主要斷層有楠木埡大埡口斷層、橫梁子斷層、茨竹埡斷層、齊岳山大斷層、吊鐘壩斷層等，分布于工程區(qū)外圍。圖2.1 忠縣及其周緣地區(qū)構(gòu)造綱要圖1: 背斜; 2: 向斜; 3: 一般斷層; 4: 航磁推測大斷裂; 5: 二級構(gòu)造單元界線; 6: 邊坡區(qū)根據(jù)中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖（GB183062001），該地區(qū)地震動基

11、巖峰值加速度值為0.05g，反應(yīng)譜特征周期為0.35s，相應(yīng)地震基本烈度為度。 (2）邊坡地質(zhì)構(gòu)造邊坡內(nèi)未見斷裂發(fā)育，層間剪切帶不發(fā)育，巖體均為裂隙切割，裂隙一般發(fā)育在砂巖中，裂隙短??；泥巖中微裂隙發(fā)育。邊坡區(qū)地層為單斜構(gòu)造。2.4水文地質(zhì)條件 邊坡區(qū)為一向沖溝傾斜的斜坡，該區(qū)降雨充沛，大氣降水大部分多沿斜坡向沖溝排泄，僅有少部分降水滲入斜坡體的松散覆蓋層及基巖裂隙內(nèi)。匯水面積0.0001km2。該區(qū)內(nèi)的地下水，按其賦存條件可分為孔隙水和裂隙水?？紫端褐饕植加谄路e層和人工堆積層內(nèi)。埋藏不深，水量不豐，受季節(jié)影響明顯。裂隙水：賦存于張開的基巖裂隙中，水量不豐。地下水主要靠大氣降雨補給。大部分

12、降水沿斜坡快速向溪溝排泄，僅有很少部分雨水垂直下滲，補給地下水。該地段的松散堆積層中，泥巖類和砂巖類地層中，水量均不豐，大多以滲水的方式排泄，該邊坡未見泉水出露地下水的水化學(xué)類型為HCO3 -Ca型水?？傮w而言，該區(qū)水文地質(zhì)條件較為簡單。2.5人類工程活動 邊坡坡頂主要為農(nóng)田和山地，沒有大的人類工程活動。坡腳為居民自建房或規(guī)劃建房的宅基地，除規(guī)劃建房處將來需進(jìn)行建房施工外，不會有大的人類工程活動。3.邊坡特征3.1邊坡形態(tài)特征邊坡走向356，傾向86，坡角64，多呈上緩下陡狀。坡頂高程為231m，坡底高程為213.2215.6m。坡面略有起伏，坡面泥巖風(fēng)化剝落凹進(jìn)，砂巖凸出。坡長60m，坡高1

13、8m。3.2邊坡物質(zhì)組成（1）巖性基巖邊坡的地層主要為蓬萊鎮(zhèn)組第2段第二大層J3P2-2地層，巖性主要為中厚層灰紫色泥質(zhì)粉砂巖、砂巖與夾少量紫紅色粉砂質(zhì)泥巖與薄層淺灰紫色泥質(zhì)粉砂巖夾紫紅色粉砂質(zhì)泥巖互層。第四系覆蓋層分布于邊坡坡頂及外圍，主要為坡積物和人工堆積物，厚0.51.5m。（2）巖體風(fēng)化高邊坡地段出露的基巖，由于自身巖石礦物成份、成巖條件的不同，其風(fēng)化程度有明顯的差異。泥巖類，抗風(fēng)化能力弱，其風(fēng)化后多為碎石及碎石土；砂巖類，一般抗風(fēng)化能力相對較強，風(fēng)化后礦物變異，巖石顏色變淺，力學(xué)強度降低。根據(jù)地表及人工邊坡出露的基巖的風(fēng)化特征，按巖土工程勘察規(guī)范（GB500212001）中的巖石風(fēng)化

14、分帶標(biāo)準(zhǔn)，可將區(qū)內(nèi)風(fēng)化巖體分為強風(fēng)化帶、中等風(fēng)化帶和微風(fēng)化帶，各風(fēng)化帶特征如下：強風(fēng)化帶：巖石結(jié)構(gòu)大部分破壞，顏色變淺，礦物變異，巖石破碎，部分手搓呈砂?；蚰酄?，遇水容易松散。中等風(fēng)化帶：巖石結(jié)構(gòu)有輕微破壞，原巖礦物輕度變異，部分泥巖、粉砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)粉砂巖浸水后容易破碎；砂巖僅沿裂隙、層面及所夾軟巖有色變現(xiàn)象。邊坡上部或表層巖體多呈強風(fēng)化狀，強風(fēng)化厚度0.35.0m。中風(fēng)化巖體完整，多出露于邊坡中下部。3.3邊坡的水文地質(zhì)條件（1）地表水逕流條件邊坡區(qū)為一向沖溝傾斜的斜坡，該區(qū)降雨充沛，大氣降水大部分多沿斜坡向沖溝排泄，僅有少部分降水滲入斜坡體的松散覆蓋層及基巖裂隙內(nèi)。匯水面積0.0001k

15、m2。（2）地下水賦存條件該區(qū)內(nèi)的地下水，按其賦存條件可分為孔隙水和裂隙水。孔隙水：主要分布于坡積層和人工堆積層內(nèi)。埋藏不深，水量不豐，受季節(jié)影響明顯。裂隙水：賦存于張開的基巖裂隙中，水量不豐。（3）巖（土）體的透水性土體的透水性：區(qū)內(nèi)土體透水性總體較弱，僅表部人工填土透水性相對較強。巖體的透水性：據(jù)忠縣城區(qū)大量地質(zhì)勘察資料揭示，基巖中等風(fēng)化帶巖體透水率少部分為15Lu，大部分小于1Lu。類比可知，該地段中等風(fēng)化帶巖體應(yīng)屬微透水巖體，強風(fēng)化巖體透水性也較弱。（4）地下水補排形式地下水主要靠大氣降雨補給。大部分降水沿斜坡快速向溪溝排泄，僅有很少部分雨水垂直下滲，補給地下水。該地段的松散堆積層中，

16、泥巖類和砂巖類地層中，水量均不豐，大多以滲水的方式排泄，該邊坡未見泉水出露。（5）地下水化學(xué)成分本邊坡區(qū)無地下水排泄點，據(jù)鄰近本邊坡區(qū)的地下水的水化學(xué)分析成果顯示，水化學(xué)類型多為HCO3 -Ca型水。（6）地下水對工程的影響根據(jù)水質(zhì)分析成果，參照巖土工程勘察規(guī)范（GB500212001）相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)判別，地下水對混凝土無腐蝕性。4.邊坡穩(wěn)定性分析4.1邊坡類型及安全等級根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范GB50330-2002規(guī)定，巖體較完整、中風(fēng)化巖質(zhì)邊坡劃為類邊坡。根據(jù)規(guī)范對安全等級劃分的規(guī)定，巖質(zhì)邊坡邊坡高度1530m，破壞后果嚴(yán)重，邊坡安全等級定為二級。因此，本邊坡確定為：安全等級：二級;安

17、全系數(shù)：K=1.30；邊坡工程重要性系數(shù)： 0=1.104.2 影響邊坡穩(wěn)定性的因素巖質(zhì)邊坡主要控制因素一般是巖體的結(jié)構(gòu)面(或?qū)用?與坡面的關(guān)系以及結(jié)構(gòu)面(或?qū)用?的強度指標(biāo)，因此，正確確定這些參數(shù)是邊坡穩(wěn)定分析和邊坡設(shè)計成敗的關(guān)鍵。邊坡的穩(wěn)定性分析評價，應(yīng)在確定邊坡破壞模式的基礎(chǔ)上進(jìn)行，不同的邊坡有不同的破壞模式，不同的破壞模式有不同的計算方法，如果破壞模式選錯，計算就失去基礎(chǔ)，得不到正確的結(jié)果。工程地質(zhì)特征是判斷邊坡穩(wěn)定與不穩(wěn)定的主要內(nèi)因，包括以下幾個方面：(1)地層巖性地層巖性及其組合是構(gòu)成邊坡的物質(zhì)基礎(chǔ)，巖性決定巖石的強度，抗風(fēng)化能力，巖體結(jié)構(gòu)及所能保持的邊坡高度。(2)地質(zhì)構(gòu)造地質(zhì)構(gòu)

18、造決定巖層的產(chǎn)狀，節(jié)理裂隙的性質(zhì)及發(fā)育程度，斷層破裂帶的性質(zhì)等。這些因素又決定了邊坡的巖體結(jié)構(gòu)。受構(gòu)造的影響，邊坡體上節(jié)理裂隙發(fā)育、巖體破碎，將嚴(yán)重影響邊坡的穩(wěn)定性。(3)邊坡巖體的風(fēng)化程度巖體風(fēng)化以一方面破壞巖體的完整性，另一方面是巖體物質(zhì)成分發(fā)生變化，導(dǎo)致巖石物理力學(xué)性質(zhì)的變化，直接影響巖體的強度及構(gòu)造特性，進(jìn)而影響邊坡穩(wěn)定。風(fēng)化程度一般分為四級，即全風(fēng)化、強風(fēng)化、中風(fēng)化、微風(fēng)化。不同的風(fēng)化程度表示巖體受改造的程度及其力學(xué)屬性的差異，同時也預(yù)示著其變形特征及主要影響變形因素的改變。如全風(fēng)化呈砂土狀巖體構(gòu)成的邊坡穩(wěn)定性，節(jié)理裂隙已不起作用，其控制作用的是土狀巖體的強度能否支撐設(shè)計的坡度、坡高

19、；強風(fēng)化碎裂結(jié)構(gòu)巖體或風(fēng)化呈碎石夾砂土狀巖體，由巖體強度、破裂程度及構(gòu)造面的組合及其與臨空面的關(guān)系等共同控制邊坡穩(wěn)定性；中微風(fēng)化硬質(zhì)巖石，主要由結(jié)構(gòu)、構(gòu)造面組合及其與臨空面的關(guān)系控制坡形、坡度的加固工程措施。(4)水文地質(zhì)條件水是造成邊坡失穩(wěn)的重要因素，地下水軟化巖土體，降低其強度，增大容重而增大了下滑力，產(chǎn)生靜、動水壓力，引起邊坡的失穩(wěn)。4.3 邊坡穩(wěn)定性分析本工程場區(qū)內(nèi)，考慮的因素有：各組裂隙面(或?qū)用?產(chǎn)狀，坡面傾向，巖體風(fēng)化程度、覆蓋層、水等的影響。(1)巖性組合特征邊坡的地層主要為蓬萊鎮(zhèn)組第2段第二大層J3P2-2地層，巖性主要為中厚層灰紫色泥質(zhì)粉砂巖、砂巖與夾少量紫紅色粉砂質(zhì)泥巖與

20、薄層淺灰紫色泥質(zhì)粉砂巖夾紫紅色粉砂質(zhì)泥巖互層。巖性軟、硬巖相間。由坡上至坡下，風(fēng)化強烈至中等。(2)邊坡與巖層關(guān)系邊坡走向356，傾向86，傾角64，坡度4264。巖層傾向98，傾角32。邊坡為順向坡。(3)裂隙發(fā)育特征邊坡內(nèi)未見發(fā)育斷裂，層間剪切帶不發(fā)育，巖體均為裂隙切割，統(tǒng)計坡體面上發(fā)育的裂隙，主要為如下三組裂隙：走向90，傾向180，傾角65，裂面平直，寬15mm，充填粘土，可見長1.87.0m，發(fā)育間距3.04.0m。走向55，傾向325，傾角60，裂面平直，寬13mm，充填粘土，可見長1.58.0m，發(fā)育間距4.05.0m。走向358，傾向88，傾角50，裂面平直，寬13mm，充填粘

21、土，可見長1.55.0m，發(fā)育間距1.01.5m。圖4.1 邊坡結(jié)構(gòu)面極射赤平投影圖由邊坡巖體裂隙與巖層面和坡向繪制的赤平投影圖(圖4.1 )可知，裂隙3受裂隙1與裂隙2的切割形成傾向坡外的塊體，傾角為50，由其構(gòu)成的不穩(wěn)定塊體沿裂隙面產(chǎn)生滑移破壞。4.4 邊坡破壞模式及控制條件邊坡的破壞模式有平面滑動、圓弧滑動、楔形滑動、傾倒、剝落等。根據(jù)破壞控制條件，巖質(zhì)邊坡的破壞形式分為：沿外傾結(jié)構(gòu)面(或?qū)用?破壞、由巖體強度控制的破壞。對無外傾結(jié)構(gòu)面的邊坡，破壞形式為巖體強度控制的破壞。對無軟弱結(jié)構(gòu)面有傾角大于40的外傾硬性結(jié)構(gòu)面的邊坡，破壞形式為沿外傾硬性結(jié)構(gòu)面滑動或由巖體強度控制的破壞，由相應(yīng)側(cè)向

22、壓力的較大值確定。巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性受優(yōu)勢面控制(結(jié)構(gòu)面、裂隙面等)，邊坡巖體各不連續(xù)面中及其組合構(gòu)成了巖體的分離體和滑動邊界。邊坡穩(wěn)定性評價關(guān)鍵在裂隙面及坡面的組合關(guān)系的評價。綜合前述邊坡巖土工程地質(zhì)條件，分析該邊坡滑移存在三種失穩(wěn)模式：(1)順層滑移破壞在順向坡中，巖體中發(fā)育有順坡向?qū)用?，巖體在層面和結(jié)構(gòu)面的切割下，在邊坡臨空面上，形成順層塊體，塊體在重力作用下，產(chǎn)生滑移破壞解體，其變形破壞模式演化過程見圖4.2。 圖4.2 順層塊體滑移破壞模式演化圖(2)巖體破裂面滑移破壞 在邊坡中，在巖體的自重作用下，沿破裂面產(chǎn)生滑移破壞解體，其變形破壞模式演化過程見圖4.3。 圖4.3 巖體破裂面滑移

23、破壞模式演化圖(3)沿裂面滑移破壞在邊坡中，巖體發(fā)育外傾結(jié)構(gòu)面，巖體在外傾結(jié)構(gòu)面與其它結(jié)構(gòu)面的切割下，在邊坡臨空面上，沿裂隙面產(chǎn)生卸荷拉開，塊體在重力作用下，產(chǎn)生滑移破壞解體，其變形破壞模式演化過程見圖4.4。 圖4.4 沿裂面滑移破壞模式演化圖4.5 邊坡巖石的物理力學(xué)性質(zhì)邊坡巖石主要為：粉砂質(zhì)泥巖，泥質(zhì)粉砂巖和砂巖。依據(jù)巖石試驗與經(jīng)驗類比，提出邊坡巖體(石)的力學(xué)參數(shù)建議值(見表4.1)。表4.1 巖體物理力學(xué)參數(shù)建議值表巖性風(fēng)化分帶密度(g/cm3)抗剪強度抗壓強度(MPa)抗拉強度(MPa)變形模量E0(GPa)泊松比軟化系數(shù)C(MPa)f (度)飽和天然砂 巖強風(fēng)化2.50.100.

24、1224481.20.30中等風(fēng)化2.550.20.252915252.52.00.280.60.65泥質(zhì)粉砂巖強風(fēng)化2.530.080.1023351.00.30中等風(fēng)化2.580.150.22781521.50.290.50.6粉砂質(zhì)泥巖強風(fēng)化2.550.050.0822240.60.35中等風(fēng)化2.60.10.15255101.51.00.300.40.5結(jié)構(gòu)面泥巖層面0.050.11924砂巖層面0.10.152527泥質(zhì)粉砂巖裂隙面0.010.0220225.邊坡穩(wěn)定性計算5.1按巖層層面滑動進(jìn)行穩(wěn)定性驗算考慮巖層層面為滑動面，如圖5.1所示。 圖5.1 邊坡穩(wěn)定性平面滑動計算示意圖

25、巖坡中層面與垂直裂縫的組合面為ABC，由它切割的邊坡滑體為ABCD，滑塊的重量為W，BC面傾角為b，坡面傾角為a，坡高為H。 (6-1)根據(jù)極限平衡條件，邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)為： (6-2)式中：g巖體的容重，kN/m3；H滑坡體高度，m；L滑動面長度，L=(HZ)/sinb，m；Z坡頂垂直裂縫深度，m；b滑動面傾角，度；a坡面傾角，度；C滑動面上的粘聚力kPa；f滑動面上的內(nèi)摩擦角，度；W為滑塊的重量，kN；U為滑動面上垂直方向靜水壓力，U=gwZwL/2，kN；V為滑動面上側(cè)向靜水壓力，V=gwZw2L/2，kN；Zw為坡頂裂縫中地下水位深度，m；A水平地震力，Ama，kN；m滑體質(zhì)量，kg

26、；a地震加速度，6度地震區(qū)取0.05g，即a=0.5m/s2。邊坡層面內(nèi)摩擦角折減系數(shù)為0.8，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)取值為1.30，重要性系數(shù)為1.1。由于巖層傾角為32，則b32，邊坡坡角為a64，坡高18米，不考慮地下水，坡頂無垂直裂縫，邊坡巖體的力學(xué)參數(shù)建議值，則：C=80kPa； f =200.8=16；g =25kN/m3；Z=0；L=H/sin32=33.97m；W=0.525182sin(6432)/sin32sin64=4506.04kN；m=W/g=4506.04/10=450.6kg；A=ma=450.60.5=225.3kN； 即邊坡巖層層面安全系數(shù)為1.57，大于規(guī)范要求的

27、穩(wěn)定值(1.30)。5.2按巖體破裂面進(jìn)行穩(wěn)定性驗算根據(jù)邊坡巖體的力學(xué)參數(shù)建議值，相關(guān)數(shù)值取值如下：f巖體內(nèi)摩擦角(度)，f=230.8=18.4，0.8為折減系數(shù)；C滑動面上巖體粘聚力(kPa)；取C=60kPa；巖體的容重(kN/m3)，取g=25kN/m3；破裂角(度)，=45+/2，=45+18.4/2=54.2；邊坡開挖后邊坡角(度)，=64；H坡體高度(m)，H=18m；根據(jù)圖5.2計算如下：圖5.2 按巖體破裂面進(jìn)行穩(wěn)定性驗算示意圖C=60kPa； f =230.8=18.4；g =25kN/m3；Z=0；L=H/sin54.2=22.19m；W=0.525182sin(6454

28、.2)/sin54.2sin64=945.64kN；m=W/g=945.64/10=94.56kg；A=ma=94.560.5=47.28kN；即按巖體內(nèi)抗剪強度指標(biāo)進(jìn)行穩(wěn)定性驗算結(jié)果表明，巖體中剪應(yīng)力最大面的安全系數(shù)為1.89，遠(yuǎn)大于規(guī)范要求的穩(wěn)定值(1.30)。5.3按裂隙面滑動進(jìn)行穩(wěn)定性驗算考慮塊體沿裂隙3滑動，裂隙3為滑動面，如圖5.3所示。圖5.3 沿裂面滑動穩(wěn)定性驗算示意圖邊坡裂隙面內(nèi)摩擦角折減系數(shù)為0.8，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)取值為1.30，重要性系數(shù)為1.1。由于裂隙面傾角為50，則b50，邊坡坡角為a64，坡高18米，不考慮地下水，坡頂無垂直裂縫，根據(jù)邊坡巖體的力學(xué)參數(shù)建議值，則

29、：C=30kPa； f =220.8=17.6；g =25kN/m3；Z=0；L=H/sin50=23.5m；W=0.525182sin(6450)/sin50sin64=1423.04kN；m=W/g=1423.04/10=142.3kg；A=ma=142.30.5=71.15kN； 即抗滑力977.87kN，下滑力1135.84 kN若巖層內(nèi)摩擦角不折減，且不考慮地震力，則計算所得K0.99。即邊坡沿裂面滑動體安全系數(shù)為0.86，遠(yuǎn)小于規(guī)范要求的穩(wěn)定值(1.30)；即使不計地震作用，內(nèi)摩擦角不予折減，沿裂面滑動體才剛剛接近極限平衡狀態(tài)，因此必須對滑動體進(jìn)行加固。6.支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計6.1設(shè)計依

30、據(jù)(1)建筑邊坡工程設(shè)計技術(shù)規(guī)范GB50330-2002；(2)錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范(GB50086-2001)；(3)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范(GBJ7-89)；(4)錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范(GBJ86-85) ；(5)巖土工程勘察規(guī)范(GB50021-2001)；(6)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(GBJ-89)；(7)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(GBJ-89 1996年局部修訂條文)。6.2選擇支護(hù)方案6.2.1設(shè)計原則根據(jù)前述邊坡的坡面形態(tài)特征、坡體巖土結(jié)構(gòu)及斜坡穩(wěn)定驗算結(jié)果與不良地質(zhì)現(xiàn)象，綜合工程場區(qū)內(nèi)建筑物特點，邊坡防護(hù)治理設(shè)計應(yīng)遵循以下原則：(1)邊坡防護(hù)工程應(yīng)與工程場區(qū)地質(zhì)環(huán)境、斜坡形態(tài)與

31、結(jié)構(gòu)特征及居民樓特點相適應(yīng)；(2)根據(jù)居民樓的相互位置關(guān)系，邊坡防治尚需考慮可利用空間位置的大小匹配；(3)在達(dá)到防治目的的前提下，邊坡的防治要盡量做到施工簡單、造價便宜、防護(hù)工程美觀且與居民樓相得益彰。6.2.2設(shè)計支護(hù)方案根據(jù)前述邊坡的地形地質(zhì)條件及穩(wěn)定性分析成果，以及上述設(shè)計原則，結(jié)合工程現(xiàn)場實際情況，確定本工程人工邊坡支護(hù)方案為：截排水肋梁錨桿支護(hù)。截排水：在邊坡坡頂及坡面布置截排水系統(tǒng)，以減少雨水對坡面及坡體的沖刷、侵蝕。肋梁錨桿：邊坡整體加固及坡面治理防護(hù)?？紤]了兩種方案：一種為普通錨桿結(jié)合片石肋梁支護(hù)方案；另一種為普通錨桿結(jié)合鋼筋混凝土肋梁支護(hù)方案。其中錨桿主要起整體加固作用，肋

32、梁主要起坡面加固作用，同時兼作錨桿外錨頭的錨固端。由于工程場區(qū)內(nèi)坡體結(jié)構(gòu)主要為泥質(zhì)粉砂巖、砂巖與粉砂質(zhì)泥。經(jīng)過驗算沿裂面滑動體存在滑移可能，錨桿必須穿過滑動體進(jìn)入穩(wěn)定巖體，選用錨桿結(jié)合鋼筋混泥土肋梁方案，采用錨桿對滑動體加固，坡面采用混泥土肋梁做為錨桿的錨固體。6.3錨桿計算的理論基礎(chǔ)巖體和土層的錨固是一種把受力拉桿埋入地層的技術(shù)。巖土錨固能充分發(fā)揮巖土能量，調(diào)用和提高巖土的自身強度和自穩(wěn)能力，大大減輕結(jié)構(gòu)自重，節(jié)約工程材料，并確保施工安全和工程穩(wěn)定，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，因而世界各國都是在大力開發(fā)這門技術(shù)。錨桿由錨頭、桿體和錨固體三部分組成。錨頭位于錨桿的外露端，通過它將錨固力傳給結(jié)

33、構(gòu)物。桿體連接錨頭和錨固體，通常利用其彈性變形的特性。錨固體位于錨桿的根部，把拉力從桿體傳給地層。6.3.1錨桿的基本原理巖土錨固的基本原理就是依靠錨桿周圍地層的抗剪強度來傳遞結(jié)構(gòu)物的拉力或保持地層開挖面自身的穩(wěn)定。巖土錨固的主要功能是：(1)提供作用于結(jié)構(gòu)物上以承受外荷的抗力，其方向朝著與巖土相接觸的點；(2)使被錨固地層產(chǎn)生壓縮應(yīng)力區(qū)或?qū)νㄟ^的巖石起加筋作用；(3)加固并增加地層強度，也相應(yīng)地改善了地層的其它力學(xué)性能；(4)通過錨桿，使結(jié)構(gòu)與巖石連鎖在一起，形成一種共同工作的復(fù)合結(jié)構(gòu)，使巖石能更有效地承受拉力和剪力。錨桿的這些功能使互相補充的。對某一特定的工程而言，也并非每一個功能都發(fā)揮作

34、用。6.3.2錨桿的力學(xué)作用(1)抵抗豎向位移對于水池、車庫、水庫、船塢等坑洼式結(jié)構(gòu)，當(dāng)?shù)叵滤纳细×Υ笥诮Y(jié)構(gòu)物的重力時，將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物上漂、傾斜和破壞。因此在設(shè)計上必須采用抵抗豎向位移的方法。傳統(tǒng)的方法是用壓重法，即加厚結(jié)構(gòu)尺寸，這會時結(jié)構(gòu)進(jìn)一步下沉，從而又增加上浮力，因而增大的結(jié)構(gòu)自重又會被增大的體積所排開的水所抵消。采用錨固結(jié)構(gòu)抵抗豎向位移，可大大減小結(jié)構(gòu)的體積，而且由于對錨固結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力，當(dāng)?shù)叵率耶a(chǎn)生的上浮力不大于預(yù)應(yīng)力值時，就不會出現(xiàn)豎向位移。(2)抵抗傾倒對于壩工建筑，壩體的穩(wěn)定性常取決于作用在結(jié)構(gòu)物的繞轉(zhuǎn)動邊的正負(fù)彎矩的比值。結(jié)構(gòu)物的重力和該中心至基礎(chǔ)轉(zhuǎn)動邊的距離直接影響著有利于

35、穩(wěn)定負(fù)彎矩，水壓力和上浮力則產(chǎn)生不利于穩(wěn)定正彎矩。若完全依賴壩體積即結(jié)構(gòu)物重力來平衡產(chǎn)生傾覆的正彎矩，不僅需要龐大的混凝土體積，而且產(chǎn)生傾倒的力也難以根據(jù)混凝土體積來加以調(diào)整。用錨固技術(shù)來抵抗傾覆，其錨固力中心可以位于距轉(zhuǎn)動點的最大距離處，這就能以較小的錨固力，產(chǎn)生較大的抗傾覆彎距。對于深基坑工程，采用護(hù)壁樁或連續(xù)墻維護(hù)其坑穩(wěn)定，也常出現(xiàn)傾倒危險。采用錨索（桿）拉固護(hù)壁樁，既能抵抗傾倒，也有利于減小護(hù)壁樁的彎距。(3)控制地下洞室圍巖變形和阻止塌落地下開挖會擾動巖體原始的平衡狀態(tài)，導(dǎo)致巖石的變形、松散、破壞甚至塌落。采用預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)，既能為圍巖提供徑向抗力，使開挖后的巖石盡快避免處于單軸或雙

36、軸應(yīng)力狀態(tài)，進(jìn)入三軸應(yīng)力狀態(tài)，以保持圍巖的固有強度，又可改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)，在錨固范圍內(nèi)形成壓應(yīng)力環(huán)，進(jìn)一步提高洞室穩(wěn)定。(4)阻止地層的剪切破壞在邊坡工程中，當(dāng)潛在滑體沿剪切面的下滑力超過時，即會出現(xiàn)沿剪切面的滑移和破壞。在堅硬巖體中，剪切面多發(fā)生在斷層、節(jié)理、裂隙等軟弱結(jié)構(gòu)面上。在土層中，砂質(zhì)土的滑移面多為平面，粘性土的滑移面則呈現(xiàn)圓弧狀。有時也會出現(xiàn)上覆土和下臥巖層的臨界面滑動的情況。為了保持邊坡的穩(wěn)定，一種方法是大量削坡，直至達(dá)到穩(wěn)定的邊坡角；另一種辦法室設(shè)置擋土墻結(jié)構(gòu)。在許多情況下，這些辦法往往不夠經(jīng)濟(jì)，或不可能實現(xiàn)。(5)抵抗結(jié)構(gòu)物基底的水平位移結(jié)構(gòu)對水平位移的阻力在很多情況下是由其

37、自重決定的。除自重外，水平方向的穩(wěn)定也依靠基礎(chǔ)底平面的摩擦系數(shù)。如果計算得出的安全系數(shù)不能滿足要的方法求，則可用把結(jié)構(gòu)錨固于下臥層取代結(jié)構(gòu)重力的方法，這樣，就能大量節(jié)約工程材料和顯著地降低工程造價。6.4錨桿計算成果整理錨桿設(shè)計錨固長度為5.0m，傾角為15，采用2f 28二級冷拉鋼筋，正方形布置，間距3.0m，沿坡高共布置6排。鉆孔f 110，灌注砂漿M30。錨桿錨固設(shè)計值計算如下：錨孔提供的錨固力設(shè)計值：Na1= Lax1pDfrb (7-1)式中Na1錨孔提供的錨固力設(shè)計值(KN)；La錨固長度(m)；La=5.0 mfrb巖石與錨固體粘結(jié)長度特征值(kPa)，取較硬巖下限550kPa；

38、x1錨固體與地層粘結(jié)條件工作系數(shù)，取1.00(永久錨桿)；D鉆孔直徑(m)。D=0.11 m將以上數(shù)值代入(7-1)式得：Na1 = Lax1pDfrb=51.003.140.11550=949.85 KN錨桿提供的錨固力設(shè)計值：Na2 = Lax3npdfb (7-2)式中Na2錨桿提供的錨固力設(shè)計值(KN)；d錨桿直徑(m)，d=0.028 m；n錨桿根數(shù)，等于2；fb鋼筋與砂漿之間粘結(jié)強度設(shè)計值(kPa)，M30砂漿與螺紋鋼筋取24000.71680kPa；x3鋼筋與砂漿之間粘結(jié)條件工作系數(shù)，取0.60(永久錨桿)。將以上數(shù)值代入(7-2)得：Na2 = Lax3npdfb=50.623

39、.140.0281680=886.23KN根據(jù)計算取Na1、Na2計算所得的較小值，因此錨桿所能提供的軸向拉力設(shè)計值Na =886.23 kN錨桿軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值：Nak=Na/rQ (7-3)式中：rQ何載分向系數(shù)，rQ =1.3Nak=Na/rQ =886.231.3=681.72 KN錨桿水平拉力標(biāo)準(zhǔn)值：Htk= Nakcos(7-4)式中：錨桿錨固傾斜角度(度)，=15Htk= Nakcos=681.72cos15=658.5 KN錨桿提供的破裂面切向力：F = Htkcos=658.5cos50=423.28 KN錨桿提供的破裂面法向力：T = Htksin =658.5sin50=5

40、04.44kN錨桿提供的錨固力：N=6F 3.0=846.56kN 加固后邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)：K(抗滑力N)下滑力=(977.87846.56)1135.841.61.3因此，邊坡是穩(wěn)定的，即采用錨桿肋梁進(jìn)行支護(hù)后，由錨桿提供的水平支護(hù)力，使邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，達(dá)到規(guī)范的要求。7.施工組織設(shè)計7.1施工工序本工程采用逆作法進(jìn)行施工，按下述順序組織施工：上層土石方開挖坡面修整擋墻肋柱錨孔及錨孔放線定位錨孔施工安裝錨筋注漿肋梁、面板鋼筋制作支模板澆肋柱、面板養(yǎng)護(hù)下層土石方開挖。由于該邊坡巖體，強風(fēng)化層較厚且裂隙較發(fā)育，施工要求嚴(yán)格按逆作法進(jìn)行，自上而下，及時支護(hù)，當(dāng)上層結(jié)構(gòu)強度達(dá)到70%以上，方可進(jìn)行

41、下一層的施工開挖，每層開挖深度不得超過5米，嚴(yán)禁爆破作業(yè)。做好場區(qū)內(nèi)臨時排水，封面處理，保證場區(qū)內(nèi)基本不受雨水影響。主要工程量見表7.1。表7.1 基本工程量匯總表編號工程名稱單位數(shù)量備注一肋柱錨桿1錨孔m/孔1028/1102鋼筋t3混凝土m32604修整邊坡m2900二排水溝125m1漿砌石m317.52挖方m3237.2施工監(jiān)測7.2.1 監(jiān)測工作的任務(wù)和目的(1)監(jiān)測工作的任務(wù)邊坡及各部分移動方向、速度及裂縫的發(fā)展；支檔結(jié)構(gòu)承受的壓力及位移；工程設(shè)施的位移；對可能出現(xiàn)的問題作出監(jiān)測預(yù)報。(2)監(jiān)測工作目的根據(jù)邊坡巖土特性及工程環(huán)境的關(guān)聯(lián)性，對邊坡的變形進(jìn)行監(jiān)測，以檢驗邊坡巖土工程施工、

42、治理質(zhì)量效果，確保工程經(jīng)濟(jì)合理可靠及工程的正常運行。7.2.2 監(jiān)測設(shè)計方案主要技術(shù)依據(jù)及原則(1)監(jiān)測設(shè)計方案主要技術(shù)依據(jù)及原則巖土工程勘察規(guī)范(GB50021-2002)、巖土工程試驗監(jiān)測手冊、巖土工程安全監(jiān)測手冊.(2)監(jiān)測設(shè)計方案原則監(jiān)測方案采用經(jīng)濟(jì)、實用、方便、安全的原則，同時注意以下的技術(shù)原則：整體性變形控制與解體性變形控制相結(jié)合的原則；宏觀變形與微觀變形相結(jié)合的原則；群眾性監(jiān)測與專業(yè)性監(jiān)測相結(jié)合的原則；測量儀器選擇與測量精度控制相結(jié)合的原則。7.3 監(jiān)測工作設(shè)計7.3.1監(jiān)測工作布置監(jiān)測工作的布置采用邊坡體地表變形監(jiān)測、支擋工程體系位移監(jiān)測。(1)邊坡體地表監(jiān)測系統(tǒng)布點、線：針對

43、邊坡體形態(tài)特征及應(yīng)力分布特征，要求在邊坡體中部安垂直主滑方向布置一條監(jiān)測線。觀測時間要求：在邊坡支護(hù)工程開始前至少要觀測一次，作為對比基數(shù)，施工期間57天觀測一次，支護(hù)工程完工后，1020天觀測一次，直至穩(wěn)定，遇暴雨后，加密觀測。觀測方法：采用視準(zhǔn)線法。在邊坡兩端相對穩(wěn)定區(qū)域設(shè)工作基點。(2)支擋工程系統(tǒng)監(jiān)測布點、線：同邊坡體監(jiān)測方法，分別對支擋結(jié)構(gòu)體上布置23個點，做一條視準(zhǔn)線。觀測時間要求：在邊坡支護(hù)工程開始時要觀測一次，作為對比基數(shù)，施工期間隨時觀測，支護(hù)工程完工后，1020天觀測一次，直至穩(wěn)定，遇暴雨要有專人負(fù)責(zé)觀測，做好原始記錄。7.3.2觀測方法觀測方法：采用視準(zhǔn)線法。武 漢 大

44、學(xué) 畢業(yè)設(shè)計論文參考文獻(xiàn)1崔政權(quán)，李寧編著，邊坡工程：理論與實踐最新發(fā)展，北京：中國水利水電出版社，1999；2廖國華主編，邊坡穩(wěn)定，北京：冶金工業(yè)出版社，1995；3楊航宇，顏志平，朱贊凌等編著，公路邊坡防護(hù)與治理，北京：人民交通出版社，2002；4趙明階, 何光春, 王多垠編著，邊坡工程處治技術(shù)，北京：人民交通出版社，2003；5建筑邊坡工程設(shè)計技術(shù)規(guī)范GB50330-2002；6錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范(GB50086-2001)；7.建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范(GBJ7-89)；8.錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范(GBJ86-85)；9.巖土工程勘察規(guī)范(GB50021-2001)；10.混凝

45、土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(GBJ-89)；11.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(GBJ-89 1996年局部修訂條文)。結(jié)束語此次設(shè)計通過對場區(qū)邊坡的變形活動動態(tài)和發(fā)展規(guī)律進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)查和研究，特別是針對邊坡的實際情況提出的治理措施，目的明確，針對性強。在設(shè)計過程中注重土力學(xué)基本理論的指導(dǎo)，嚴(yán)格遵照各種工程設(shè)計規(guī)范。設(shè)計的主要精力放在了邊坡的穩(wěn)定性分析和計算、錨桿的設(shè)計和計算上。由于是初次設(shè)計，毫無經(jīng)驗，過程中遇到了許多的問題。整個設(shè)計在老師的指導(dǎo)下才得以進(jìn)行到底，在此一并表示感謝。由于個人學(xué)識的不足以及時間的限制，最后的成果不可避免的存在不少問題，敬請各位老師同學(xué)原諒。附圖附圖1：邊坡治理工程平面圖附圖2：邊坡治理工程立面圖附圖3：支護(hù)設(shè)計剖面圖附圖4：肋、梁錨桿設(shè)計詳圖33