边坡讲义01绪论.doc

第1章 绪 论 1.1 概 述 1.1.1边坡失稳与滑坡 边坡是自然或人工形成的斜坡，是人类工程活动中最基本的地质环境之一，也是工程建设中最常见的工程形式。作为全球性三大地质灾害地震、洪水、崩塌滑坡泥石流之一的边坡失稳塌滑严重危及到国家财产和人们的生命安全。随着我国基础建设的大力发展，在矿山、水利、交通等部门都涉及到大量的边坡问题，因此对边坡的正确认识，合理地设计、适当的治理，把边坡失稳造成的灾害降低到最低限度，是岩土工程界的学者和工程设计人员必须考虑的问题。 边坡是否稳定受多种因数的影响，主要有1岩土性质的影响，包括岩土的坚硬程度、抗风化能力、抗软化能力、强度、组成、透水性等；2岩层的构造与结构的影响，表现在节理裂隙的发育程度及其分布规律、结构面的胶结情况、软弱面和破碎带的分布与边坡的关系、下伏岩土界面的形态以及坡向坡角等；3水文地质条件的影响，包括地下水的埋藏条件、地下水的流动及动态变化等；4地貌因数，如边坡的高度、坡度和形态等；5风化作用的影响，主要体现为风化作用将减弱岩土的强度，改变地下水的动态；6气候作用的影响，气候引起岩土风化速度、风化厚度以及岩石风化后的机械、化学变化，同时引起地下水降水作用的变化；7地震作用除了使岩土体增加下滑力外，还常常引起孔隙水压力的增加和岩土体的强度的降低；另外人类活动的开挖、填筑和堆载等人为因数同样可能造成边坡的失稳。 一个边坡的失稳往往是多种因素的共同作用的结果，我们通常将导致边坡失稳的这些因素归结为两大类。一是外界力的作用破坏了岩土体原来的应力平衡状态，如路堑或基坑开挖、路堤填筑或边坡顶面上作用外荷载，以及岩土体内水的渗流力、地震力的作用等，改变原有应力平衡状态，使边坡坍塌；另一是边坡岩土体的抗剪强度由于受外界各种因素的影响而降低，促使边坡失稳破坏，如气候等自然条件使岩土时干时湿、收缩膨胀、冻结融化等，水的渗入、软化效应、地震引起砂土液化等均将造成强度降低。 边坡在自然与人为因素作用下的破坏形式主要表现为滑坡、滑塌、崩塌和剥落。滑坡slides是斜坡部分岩土体在重力作用下，沿一定的软弱面，缓慢地整体向下移动，具有蠕动变形、滑动破坏和渐趋稳定三个阶段，有时也具有高速急剧移动现象。滑塌slipslumps是因开挖、填筑、堆载引起斜坡的滑动或塌落，一般较突然，粘性土类边坡有时也会出现一个变形发展过程。崩塌fallslumps是整个岩土体块脱离母体，突然从较陡的斜坡上崩落、翻转、跳跃、堆落在坡脚，规模巨大的称为山崩，规模较小的称为塌方。剥落falls是斜坡岩土长期遭受风化、侵蚀，在冲刷和重力作用下，岩土屑块不断沿斜坡滚落堆积在坡脚。 边坡失稳破坏产生的滑坡、滑动、沉陷、泥石流、岩崩，这些在表面上看似斜坡岩土体运动的不同表现形式，但随时都有可能带来严重的破坏，甚至是灾难。如美国的布法罗的煤矿废物泥浆挡坝的倒塌造成125人的死亡；1963年北意大利的Vaiont水库左岸滑坡，使得25 000万立方米的滑体以28m／s的速度下滑到水库，形成250多米高的涌浪，造成下游2 500多人丧生；1980年我国湖北运安盐池河磷矿发生山崩，100万立方米的岩体崩落，摧毁了矿务局和坑道的全部建筑物，造成280人死亡；l989年7月10日，华莹市溪口镇因崩塌形成的滑坡、泥石流造成222人死亡。l994年宜宾市兴文县久庆镇，因建设切坡脚，诱发滑坡，导致楼房倒塌，赶集村民一次死亡48人，伤40人。l995年10月，330国道青田县茅洋村路段边坡崩塌，途经此地至金华大客车被埋，车内37人全部身亡，车辆报废。1998年美姑县乐约乡特大滑坡，导致l50余人失踪；l999年，古蔺县滑坡、泥石流灾害死亡41人。2001年5月1日重庆市武隆县县城江北西段发生山体滑坡，造成一栋9层居民楼房跨塌、死亡79人，阻断了319国道新干道，几辆停靠和正在通过的汽车也被掩埋在滑体中。世界上每年由于人工边坡或自然边坡失稳造成的经济损失数以亿记，如1978年Schuster收集的资料显示，在美国仅加州由于边坡失稳造成的损失每年可达33亿美元，除此之外，在美国平均每年至少有25人死于这种灾害；l984年在英国的Carsington大坝滑动，使耗资近1500万英镑的主堤几乎完全破坏。在我国，据不完全统计,1998年以来福建省先后发生的崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等21300多起，涉及40多个县市、区，造成300余人死亡，伤500余人，毁房500余间，经济损失高达10多亿元；四川省近l0 年来，每年地质灾害造成的损失达数亿元，死亡人数在300人左右；三峡库区的最新统计表明，1982年以来库区两岸发生滑坡、崩塌、泥石流70多处，规模较大的40多处，死亡400人，直接经济损失数千万。云南省的公路边坡灾害调查数据显示，1990～1999年，云南公路边坡发生大、中型崩塌、滑坡、泥石流135～144次，造成l 000余座桥梁被毁，经济损失达l68亿余元，并对全省2 220km公路的运营构成严重威胁。 边坡的治理费用在工程建设中也是极其昂贵的，根据1986年E.N.Brohead的统计，用于边坡治理的费用约占地质和自然灾害的25％～50％左右。如在英国的北Kent海岸滑坡处治中，平均每公里混凝土挡墙耗资高达l 500万英镑；在伦敦南部的一个仅2 500m2的小型滑坡处理中，勘察滑动面耗资2万英镑，而建造上边坡抗滑桩、挡土墙及排水系统花去l5万英镑，如果加上下边坡，费用将翻倍。在我国，随着大型工程建设的增多，用于边坡处治的费用在不断增大，如三峡库区仅用于一期的边坡处治国家投资高达40亿元人民币；特别是在我国西部高速公路建设中，用于边坡处治的费用占总费用30％～50％。因此对边坡进行合理地设计和有效治理将直接影响到国家对基础建设的投资以及安全运营。 1.1.2边坡形态与分类 在实际工程中，为满足不同工程用途的需要，边坡设计形态多种多样，边坡的分类通常有以下几种 1按照边坡的成因可分为天然边坡和人工边坡。天然边坡是自然形成的山坡和江河湖海的岸坡。 2按照构成边坡坡体的岩土性质可分为粘性土类边坡、碎石类边坡、黄土类边坡和岩石类边坡。 3按照边坡的稳定性程度可分为稳定性边坡、基本稳定边坡、欠稳定边坡和不稳定边坡。这种分类方法一般根据边坡的稳定性系数的大小进行划分，但无严格的规定。 4按照边坡的高度分类，边坡高度大于l5m称为高边坡，小于l5m称为一般边坡。 5根据边坡的断面形式可分为直立式边坡、倾斜式边坡和台阶形边坡，如图l.1所示。根据这三种形式可构成复合形式的边坡，如图l.2所示。边坡横断面外形和各部位名称如图1.3所示。 6根据使用年限分为临时性边坡和永久性边坡。临时性边坡是指工作年限不超过两年的边坡；永久性边坡是指工作年限超过两年的边坡。 除了上述分类方法外，边坡还可以根据支护结构形式进行分类。 在实际工程中，由于设计或施工不当，或因地质条件的特殊复杂性难以预计，边坡中一部分坡体相对于另一部份坡体产生相对位移以至丧失原有稳定性，从而形成滑坡，其滑动形式可用图l.4表示。 牵引式滑坡主要是由于边坡开挖卸载，坡体内部应力释放，原有平衡状态被打破，在坡顶后缘一定位置处产生拉裂缝，随着边坡开挖深度的增加，裂缝逐渐向后发展，滑动面位置相应由浅部向深部发展。推移式滑坡主要是由于整个路堤或堤坝、土堤等向下滑动，推动坡体变形或破坏，坡顶出现明显的下沉，并出现拉裂缝，形成台阶；坡脚附近的地面有较大的侧向位移并向上隆起。而整体式滑坡则是由于坡体开挖或填筑，破坏了整个古滑坡体的平衡状态，致使整个古滑坡体复活，在整个坡面上均出现大小不同的拉裂缝，坡脚产生明显的向上隆起。 边坡的安全等级的划分是根据边坡破坏后造成的损失的严重性、边坡的类型及坡高等因素确定的，它是边坡工程设计和施工中根据不同的地质环境条件及工程具体情况加以区别对待的重要标准。根据建筑边坡支护技术规范，边坡的安全等级划分为三级，如表1.1所示。 1.1.3边坡稳定性研究的发展 边坡研究的基础理论是建立在土力学和岩石力学之上的，所以土力学和岩石力学的成就与发展决定了对边坡研究的完善程度。二次世界大战前后，边坡问题的研究尚属土力学的研究范畴，边坡稳定性分析方法主要借鉴土力学的研究成果，例如l916年由Prantle提出，Felle－nius和Taylor1922发展的圆弧滑动法、1955年的Bishop条分法、l954年的Janbu条分法和20世纪70年代的王复来分析方法等形成极限平衡理论，是建立在刚塑性体模型基础上的破坏理论，是古典土力学解决土质边坡稳定性的核心。而现代土力学致力于土体真实破坏过程的理论研究，它的建立可能要运用到损伤力学、细观力学和分形理论等现代力学分支，最后要完成对边坡破坏过程的数学模拟。 岩石边坡的研究依赖于岩石力学的发展，早期人们将简单均质弹性、弹塑性理论为基础的半经验半理论边坡分析方法用于岩质边坡的稳定性研究，但其计算结果与工程实际有较大差异。在20世纪60年代初期，随着大型工程的建设，所形成的边坡规模加大，地质条件也变得极其复杂，特别是l963年意大利Vaiont水库左岸的滑坡等一系列水电工程事故的发生后，促使人们对岩石力学进行深入的研究，岩石边坡稳定性研究也向前迈进了一大步，人们清楚的认识到在边坡稳定性分析中，必须将地质分析与力学机制分析紧密结合起来，从而形成了60年代初期的刚体极限平衡法，以及结构面的力学特性对岩体滑动的影响研究。1967年人们第一次尝试用有限元研究边坡的稳定性问题，给定量评价边坡的稳定性创造条件，并使其逐步过渡到数值方法，从而使边坡稳定性研究进入模式机制和作用过程研究成为可能，同时以概率论为基础的可靠度方法也被引入边坡稳定性研究中。同一时期，我国在边坡工程稳定性研究方面也取得了丰硕的成果，如岩体结构理论及相应的边坡岩体稳定性分析的岩体工程地质力学方法等。 20世纪80年代后，由于计算技术的发展及岩体力学性质研究的进展，各种复杂的数值计算方法广泛地应用于边坡研究。l983年孙玉科对盐池河山崩变形机制作了平面有限元分析；1989年陈宗基对抚顺露天矿边坡按照l9、24、34的坡角以及坡角为l9并有深部开采的不同模式进行有限元分析；l991年Jons对英国威尔士煤田边坡稳定性与采矿沉陷性状的相关性进行了有限元分析，并用模型实验进行验证。1971年Cundall提出了非连续介质的离散元，用于模拟边坡的渐进破坏，l991年Toshihisa运用该方法分析了日本305国道的岩石边坡的破坏过程。l986年Flac的出现，为边坡分析提供了一种极其有效的方法，它不但可以处理大变形问题，而且可以模拟某一软弱面的滑动变形，能真实反映实际材料的动态行为，并可考虑锚杆、挡土墙、抗滑桩等支护结构与围岩的相互作用，被公认为是岩土力学数值模拟行之有效的方法；1988年Brady运用它对矿山倾斜采场的加固方案进行了模拟，1993年Billaux对6m高冲填体进行了模拟，l995年王永嘉将Flac引入国内，先后在水电、隧洞、边坡中广泛使用。 进入20世纪90年代，边坡问题的研究将传统的边坡工程地质学、现代岩土力学和现代数学力学相结合，形成了所谓的现代边坡工程学；各种现代科学的新技术，如系统工程论、数量理论、信息理论、模糊数学、灰色理论、现代概率统计理论、耗散论、协同学、突变理论、混池理论、分形理论等不断用于边坡问题研究中，从而给边坡的稳定性研究提供了新理论、新方法。 综上所述，不难发现，目前边坡稳定性研究已有了相当的水平与规模。边坡作为一个系统工程，其发展过程可表述为5个阶段，即借助于古典土力学的稳定性分析阶段、50年代偏重于稳定性描述与分析的地质历史分析阶段、60年代考虑时效过程的稳定性分析阶段、80年代后期以数值模拟、模型试验为主的半定量分析阶段和90年代以后的现代边坡工程学阶段。 1.1.4边坡处治技术的发展 边坡治理是一项技术复杂、施工困难的灾害防治工程。近年来，随着高速公路建设事业的迅速发展，以及大型重点工程项目的日益增多，边坡治理总是越来越突出。 在20世纪50年代，我国治理边坡主要采用地表排水、清方减载、填土反压、抗滑挡墙及浆砌片块石防护处治等措施。但工程实践经验证明，采用地表排水、清方减载、填土反压仅能使边坡暂时处于稳定状态，如果外界条件的发生改变，边坡仍然可能失稳。在1981年洪水期间，宝成铁路有10处滑坡是属于曾经整治过但仅采取排水、减载或抗滑挡土墙措施。 20世纪60年代末期，我国在铁路建设中首次采用抗滑桩技术并获得成功。随后在成昆线、湘黔线、宝成线、川黔线等铁路建设中推广应用。抗滑桩技术的诞生，使一些难度较大的边坡工程问题的处理成为现实，由于它具有布置灵活、施工简单、对边坡扰动小、开挖断面小、圬工体积少、承载能力大、施工速度快等优点，受到工程师们和施工单位的欢迎，在全国范围内迅速得到推广应用，并从20世纪70年代开始逐步形成以抗滑桩支挡为主、结合清方减载、地表排水的边坡综合治理技术。l975铁道部颁布的铁路工程技术规范有关路基章节中对滑坡治理强调一次根治，强调综合整治，重视支挡作用，将地表排水、地下排水、抗滑挡土墙作为主要技术推荐，将抗滑桩作为新技术推荐，强调减载要注意是否会引起后部次生滑坡的产生。1985年修订的路基设计规范TBJ l一85，与l978年规范对照，其变化之处在强调支挡为主、综合整治，抗滑桩作为一种主要措施被推荐。 在20世纪80年代末期，由于锚固技术理论研究和凿岩机械突破性的发展，我国开始采用锚喷防护技术。锚喷技术的采用对高边坡提供了一种施工快速、简便、安全的处治防护手段，因此很快得到广泛采用。对于排水，人们也有了新的认识，主张以排水为主、结合抗滑桩、预应力锚索支挡综合整治。南昆铁路八渡车站巨型滑坡，采用地面、地下、立体排水、锚索和锚索桩支挡、建立滑坡地质环境保护区的综合治理措施获得成功，并被誉为20世纪90年代治理巨型滑坡的成功典范。 在20世纪90年代，压力注浆加固手段及框架锚固结构越来越多地用于边坡处治，尤其是用于高边坡的处治防护工程中。它是一种边坡的深层加固处治技术，能解决边坡的深层加固及稳定性问题，达到根治边坡的目的，因而是一种极具广泛应用前景的高边坡处治技术。 目前可供采用的边坡加固措施很多，有削坡减载技术、排水与截水措施、锚固措施、混凝土抗剪结构措施、支挡措施、压坡措施以及植物框格护坡、护面等，在边坡治理工程中强调多措施综合治理的原则，以加强边坡的稳定性。然而随着工程建设规模的不断增大，边坡高度增高，复杂性增大，对边坡的处治技术要求也越来越高。如采矿边坡可达300～500m，在新西兰已达1000m；举世瞩目的长江三峡工程，其双线连续五级船闸是世界上规模最大的船闸，位于山顶劈岭下切的岩槽中，土石方开挖量达3700万立方米，形成的花岗岩体高边坡高度达l70多米，且下部为50～60m的直立岩墙，在边坡加固中仅锚杆用量就达18万多根。可以预见，随着科学技术的发展，边坡处治技术将得到进一步的发展，并逐步走向完善。 1.2边坡工程的地质勘探 边坡工程的地质勘察是边坡处治设计前必须进行的一项重要工作。其主要目的是查明边坡的工程地质条件、确定边坡的类型和破坏模式、为边坡稳定性分析和设计计算提供必备的参数，同时给出不稳定边坡的整治建议措施。其具体内容包括地形地貌特征、地层结构特征、地质构造、地下水、地震、边坡岩土体的物理力学参数、边坡的稳定性现状及边坡邻近的建筑物情况。边坡勘察应根据不同的阶段布置不同的勘察工作；通常在初步勘察阶段要求在收集已有的地质资料的基础上，进行工程地质测绘、勘探和试验工作，通过分析边坡的变形机制，以达到初步评价边坡稳定性的目的。而详细勘察则是对经过初勘发现不稳定或稳定性差的边坡及其邻近地段进行工程地质测绘、勘探、测试和分析计算，提出边坡计算参数，作出边坡的稳定性评价。施工勘察主要是对前阶段勘察的补充。不同阶段勘察中采用的勘察手段所占工作量是不同的，应当符合相关规范的要求。 1.2.1边坡勘察中的地质测绘 边坡工程地质测绘的主要任务是在图上如实反映出边坡的地形、地貌、地物特征以及结构面的产状和性质等。 边坡地形复杂，起伏高差大。边坡测绘时，应尽量以导线点作测站。当导线点作测站测绘范围受到限制时，可根据导线点用视距法或交会法设置独立地形转点。在地物、地貌复杂处，可连续设置第二个地形转点。 边坡测绘范围应超出工程处治范围一定距离，一般为20m。地形图所用比例尺一般不小于1500。边坡横断面地形图测绘通常每隔20m一道。当地形复杂变化较大时，在地形变化特征点处应加测横断面地形图。横断面地形图所用比例尺通常不小于l200。 1.2.2边坡工程地质勘探手段 仅通过工程地质测绘是难于查明边坡的工程地质条件的，所以在边坡的工程地质勘察中必须采用地质勘探工作。边坡工程地质勘探工作的首要任务就是要全面查明边坡的工程地质条件，包括地质构造、地貌特征及其成因、滑动面形状特征以及水文地质条件，其次就是为测定边坡岩土的物理力学性质、地下水运动规律准备条件。勘探的主要手段有钻探、探井、探槽和物探等。 1钻探 通过钻探，可揭示边坡各地层的厚度、位置、产状。根据钻孔取芯试样的分析，可进一步确定出各地层的物质成分、物理力学性质。为鉴别和划分地层，钻孔直径不宜过小，须满足试验对取样尺寸的要求。 2探井 探井比钻探更直观、更能准确地揭示边坡各地层的厚度、位置、产状、结构组成情况。探井的深度受施工难易程度的限制，不及钻探所能达到的深度，成本也比钻探高得多。 3探槽 在边坡顶部滑动面边缘附近下部剪出口附近，滑动面位置较浅，可利用槽探手段揭示滑动面在边缘或剪出口部位处的形态特征及相应地层的情况。 4物探 物探又称地球物理勘探应在工程地质测绘和钻探的相互配合下进行，可作为一种辅助性勘探手段。物探方法可根据工程要求、探测对象的地球物理特性和场地地形地质条件等因素确定。 选择物探方法时，应充分考虑边坡场地的地形起伏、表土层的均匀性和各向异性、场地附近有无对物探工作造成干扰的因素如变电设备、高压电线、地下金属管道、机械振动等场地条件的适宜性。 1.2.3边坡工程地质试验 测绘、勘探只能查明边坡中土石的结构和地下水位等问题，要定量地测定边坡中土石和地下水各种性能指标，则必须由室内实验和野外试验工作来完成。野外试验工作能在天然条件下测定边坡土石的各种性能，其所得资料比在实验室内用小块土石试样所得资料更符合实际情况，更能反映岩土体由于裂隙、软弱夹层及层理等的切割而造成的非均质性及各向异位，但是这类工作需要较大型设备，费时而且成本高昂，所以一般多在后期勘察阶段中采用，即主要应在详细勘察阶段进行，以便为详细设计计算提供指标。初步勘察阶段也要进行相当数量的这类工作，但所得数据主要是用于初步评价边坡的稳定性。在补充勘察阶段中，为了补充前一阶段工作之不足也进行一定量的实验室实验及野外试验工作。 工程地质勘察中常用的野外测试工作大致可分成4大类，亦即岩土力学性质的试验、岩体中应力测量、水文地质试验和改善岩石性能的试验等。土石力学性质野外测定包括疏松土和坚硬岩石的强度和变形性能的野外测定。岩体中应力测量不仅要测定岩体的原有应力状态，同时还要测定工程活动过程中应力的变化，一般对于大型边坡才进行。水文地质试验包括测定地下水的流动途径、渗水、钻孔注水、压水、抽水试验测定土石的渗透性等。 在一般边坡的治理工程中，对于边坡岩土体的试验通常仅考虑下列项目的试验。 1粘性土天然容重、天然含水量、土粒容重、可塑性、压缩性及抗剪强度固结快剪或快剪。2砂土颗粒分析、天然容重、天然含水量、土粒容重及自然休止角。3碎石土作颗粒分析，对含粘性土较多的碎石土，宜测定粘性土的天然含水量和可塑性，必要时，可作现场的大体积容重试验。4岩石应测定天然状态和饱和状态下的无侧限抗压强度。 此外，应某一具体工程而言，根据土质条件、设计及施工需要或地区经验，可适当增减试验项目。 1.2.4边坡变形观测 边坡在坡体自重、震动或地震等外荷载作用下，常会产生开裂、沉降、位移甚至失稳破坏，因此有必要对边坡的变形情况进行观测，以便对边坡的稳定性进行预测及评价。 变形观测网的形式，应根据边坡的特征和地形地貌条件确定。当边坡的范围不大，其形状窄而长，主轴位置较明显时，可采用十字交叉状观测网；当地形开阔，边坡范围不大，在其四周有小山丘时，可采用放射状观测网；当边坡地形复杂，范围较大时，可采用任意方格观测网。 在进行观测点的布置时，主要观测线上的观测点，不得少于5个。水准点、置镜点、照准点及其两端的观测点，均应设置在边坡体的稳定地段上。观测站桩点的埋设应考虑观测线的通视要求。 边坡变形观测的次数，一般每月l～2次，遇降雨或变形速度加快时，应适当增加观测次数。每次的观测资料，应随时整理，当发现异常现象时，应及时分析处理。 1.2.5边坡滑动面的地质勘探 边坡滑动面地质勘探的主要目的是查明滑动面的位置、形态、力学特征、滑体结构、各地层面物理力学性质、滑动的成因、稳定程度，并预测其发展趋势。 边坡滑动面勘探点、线的布置应以查明滑动面的位置和形态为原则，除应在滑动主轴线布置勘探线外，在其两侧宜布置一定数量的勘探点、线。勘探主轴线上的勘探点间距，一般不大于30m。在支挡构筑物位置处，应布置一条勘探线。在勘探点的总数中，宜有适量探井或探槽。 勘探孔的深度应超过最底层的滑动面，并应进入稳定地层一定深度；在抗滑桩位置处的勘探深度，应按其预计锚固深度确定。 勘探取样时，应从滑体前、中、后部的滑动带及其上下各主要土层中分别采取土样；当滑动面不明显时，应在预定的滑动带附近连续取样。 1.3边坡设计的基本资料 1.3.1设计基本资料 边坡设计开始之前，除了应掌握有关整个边坡的资料，包括工程地质、水文条件、地震烈度受国家颁发的有关设计规范外，应注意相关工程资料的搜集和分析，如公路边坡设计中应搜集路线平、纵、横断面设计资料及路基设计表，水工边坡中应搜集大坝、船闸等相关工程的有关资料。此外，还应重视土质调查试验资料，当地同类边坡工程的经验资料的搜集与分析。 1工程地质勘察报告 这是对边坡进行稳定性分析与评价的主要资料，它包括边坡的地层结构，各地层的产状、构造、岩层的完整及破碎程度、风化程度等，覆盖层厚度及变化情况，可能破裂面或滑动面的立置、形态及潜在变化，地形变化及地貌特征等。 2水文条件 边坡设计时，应掌握边坡地段处地表水及地下水的情况，包括雨季及枯水季节的地下水位情况，设计标准年限内的最大降雨量等资料。 3地震资料 边坡设计时，应查阅国家地震烈度区划图，当地震烈度低于6度时，可不考虑地震荷载；当地震烈度达到6度以上含6度时，应计算地震荷载的影响。 4土质调查试验报告 在进行边坡设计时，应掌握土层的类别及物理、力学性质，它是在进行工程地质勘测时通过调查、钻挖孔采集各土层地层的原状土岩样，并以室内或原位试验方法取得的。各层土的物理力学性质指标有粒径级配、塑液限、天然含水量、土体天然容重、饱和容重、抗剪强度指标、渗透系数水力坡体、岩石天然状态及饱和状态下的单轴无侧限抗压强度，以及土岩样柱状剖面图等。 5相关工程资料 边坡工程的设计应与相关工程相适应，尽量不影响相关工程的使用功能，因此，在设计前应搜集相关工程的总体平面布置图、纵断面及横断面设计图，对于公路边坡工程，还应搜集路基设计表。 6同类边坡工程的经验资料 边坡设计时，在对当地的地质条件及降雨情况缺乏把握的情况下，对当地同类边坡工程的经验资料，包括边坡断面设计形状、坡比、台阶高度、台阶宽度、防护结构形式等进行深入细致的分析研究显得尤为重要。 7边坡工程环境资料 边坡工程设计应考虑边坡工程对周边环境的影响，以保护与美化环境，因此在边坡设计前必须收集与边坡工程有关的环境资料。 1.3.2常用设计参数 边坡治理工程设计中，常用物理力学参数有边坡岩土体的物理力学参数以及结构面的抗剪强度指标参数。 1土体物理力学指标 1土的天然容重 土的天然容重是指在天然状态下单位体积内的土体重力，是边坡稳定性分析荷载计算中常用的一个指标，用y表示，其表达式为 （1.1） 式中W土体在天然状态下的重力，kN； V土体的体积，m3。 2土的饱和容重 土的饱和容重是指土体中的孔隙全部被水充满时，即饱和状态下单位体积内的土体重力，用表示，其表达式为 （1.2） 式中土颗粒的重，kN； 土体中孔隙的体积，m3； 水的容重，kN。 3土的浮容重 土体浮容重是指土体被水淹没，受到水的浮力作用时单位体积内的土体重力，以，表示，其表达式为 （1.3） 式中土体中土颗粒的体积，m3。 4土的孔隙率 孔隙率是指土体中孔隙体积与总体积之比，用n表示，其表达式为 （1.4） 5水头梯度 水头梯度是指地下水沿着水流方向渗透方向单位长度上的水头差，用i表示，其表达式为 （1.5） 式中沿水流方向渗流方向相邻两点间的水头差，m； 沿水流方向渗流方向相邻两点间的透径距离，m。 6土的粘结力 土的粘结力是指土体中颗粒间的连接力，又称内聚力，用c表示。 土的抗剪强度主要取决于粘结力c的大小。土的粘结力包括原始粘结力和固化粘结力。原始粘结力是指由于土粒间水膜与相邻土粒之间的分子引力所形成的粘结力。当土体被压缩时，土粒间的距离减小，原始粘结力随之增大。当土体的天然结构被破坏时，将丧失原始粘结力的一部分，但会随着时间而恢复其中的一部分。固化粘结力是指由于土中化合物的胶结作用而形成的粘结力。当土体的天然结构被破坏时，即丧失这一部份粘结力，而不能恢复。 7土的内摩擦角 土的内摩擦角是反映土体颗粒之间摩擦特性的一个重要指标，用φ表示。 土的粘结力c与内摩擦角φ可通过直剪试验或三轴试验测定。 2岩石物理力学指标 岩石材料的物理性质指标主要是指岩石的密度、容重、空隙比、含水量、吸水性，力学指标主要有抗拉压强度，C、φ值，以及变形参数等。 1岩石质量密度 岩石的质量密度是指单位体积岩石所含有的质量，设岩块的质量为m，自然体积为V，则天然状态下岩石的质量密度为 （1.6） 岩石的质量密度，简称为密度。组成岩石的矿物密度越大，岩石矿物质胶结越紧密，岩石的密度就越大。如果能确定岩石的矿物组成，岩石的密度可以由各种矿物成分的多少大致确定。例如，基性岩和超基性岩的岩石矿物密度较大，胶结紧密，岩石的密度也大；酸性岩的矿物密度较小，胶结松散，岩石的密度也就小；主要成分为石英的砂岩，其密度与石英就很相近。 2容重 单位体积岩石的重力叫重力密度，简称为容重。由于天然体积包括孔隙体积，岩石的重力又可能包括其中含水的重力，因此，容重应有干容重、湿容重之分，天然状态下的容重应与湿容重相同，因此，天然容重为 （1.7） 式中W岩石自然状态下的重力，kN； V相应的岩石在自然状态下的体积，m3。干容重为 （1.8） 式中岩石试件完全烘干后的重力，kN； V岩石试件的体积，m3，这里假定干燥过程中岩石试样的体积保持不变。 在工程中区别天然容重和干容重，对于一些粘土质岩石例如泥岩具有较重要的意义。按定义，岩石的容重与岩石的矿物成分、孔隙性和含水量有关，深层的岩石由于孔隙性小，岩石埋深越大，容重也越高；多孔性岩石由于孔隙性大，容重就较小；一些火山溶岩、浮石、漂石等孔隙性很大，其容重甚至可能小于水的容重。 3岩石的孔隙性 岩石的孔隙性指岩石内的裂隙和空隙发育程度。在工程上常用孔隙比来表示孔隙性的大小。定义为孔隙体积与岩石实在固体体积之比，即 （1.9） 式中孔隙体积； 岩石内固体矿物颗粒的体积。 岩石的孔隙性在岩石力学中有重要的意义，岩石受力作用或温度变化时发生变形，孔隙体积要发生改变，从而也改变岩石的孔隙性，相应地改变岩石的密度，岩石的声学特性也随之发生变化，因此，孔隙性是岩石的一个重要物理特性。这里所说的孔隙性指岩块而言，不包括岩石中的宏观节理及其他不连续结构面。岩石孔隙性的工程意义在于随着岩石孔隙比的增大，一方面岩石的完整性降低，同时也降低岩石的容重与强度；另一方面，使岩石的透水性增加，从而为各种风化营力以可乘之机，使风化进程加快，导致岩石的力学性质进一步弱化。 4岩石的吸水性与渗水性 岩石的吸水能力指标用吸水率表示。在一定的压力下，岩石于试样吸入水的重力与岩样干重力之比即为吸水率，吸水率常用ω表示。即 （1.10） 式中在一个大气压力下试样吸入水的重力； 岩样的干重力。 岩石吸水率的大小既与岩石孔隙率、孔隙的连通和开闭情况有关，也与压力的大小有关。相同的岩样在压力大时吸水率也大，压力低时吸水率小。它还与浸水时间有关，浸水时间不同，可得出不同的吸水率。 岩石的渗水性是指在一定的试验条件下水渗入岩石透过试样的能力。由于透过岩石必须有连通的孔隙，透水性的大小不仅取决于孔隙比的大小。还与孔隙的大小和连通情况有关。 岩石渗水性指标用渗透系数K表示，渗透系数根据达西定律定义为 （1.11） 式中q单位时间内的渗流重； i水力梯度； F过水面积； K透水性系数，其量钢为速度的量纲。 一般地，完整性好密度大的岩石，渗透系数很低，常常小于l0-7m／s。 5岩石单轴抗压强度与抗拉强度 岩石单轴抗压强度反映了岩石在无侧限条件即o下承受单向压缩荷载的能力，用Rc表示，抗拉强度反映了岩石在无侧限条件即o下承受单向拉伸荷载的能力，用Rt表示。 6岩石的抗剪强度指标 岩石的抗剪强度指标是指岩石的粘结力C与内摩擦角φ，它可以通过岩石的直剪试验和三轴试验获得。 7岩石的变形基本指标 描述岩石变形性的基本指标有岩石的变形模量和泊松比，这两个指标可以根据应力一应变曲线求得。变形模量是指岩石在单轴压缩下轴向压应力与轴向应变之比。如果岩石的应力应变曲线是直线，岩石的变形为弹性变形，岩石的变形模量为一常数。岩石的泊松比是侧应变与轴应变之间比值，对于弹性体来也是一个常数。在实际工程中，常采用应力应变曲线上与应力为极限强度50％的对应点的侧应变与轴应变来计算岩石的泊松比。 对于岩石边坡，岩体结构面的抗剪强度指标是边坡工程设计中的一个重要参数，结构面的抗剪强度参数与结构面特征密切相关。上述所有指标在无法由试验确定时，可参考相关规范的标准值。 1.4边坡设计的基本原则 1.4.1边坡处治的常用措施 1放缓边坡 放缓边坡是边坡处治的常用措施之一，通常为首选措施。它的优点是施工简便、经济、安全可靠。 边坡失稳破坏通常是由于边坡过高、坡度太陡所致。通过削坡，削掉一部份边坡不稳定岩土体，使边坡坡度放缓，稳定性提高。 2支挡 支挡挡墙、抗滑桩等是边坡处治的基本措施。对于不稳定的边坡岩土体，使用支挡结构挡墙、抗滑桩等对其进行支挡，是一种较为可靠的处治手段。它的优点是可从根本上解决边坡的稳定性问题，达到根治的目的。 3加固 1注浆加固 当边坡坡体较破碎、节理裂隙较发育时，可采用压力注浆这一手段，对边坡坡体进行加固。灌浆液在压力的作用下，通过钻孔壁周围切割的节理裂隙向四周渗透，对破碎边坡岩土体起到胶结作用，形成整体；此外，砂浆柱对破碎边坡岩土体起到螺栓连接作用，达到提高坡体整体性及稳定性的目的。 注浆加固可对边坡进行深层加固。 2锚杆加固 当边坡坡体破碎，或边坡地层软弱时，可打入一定数量的锚杆，对边坡进行加固。锚杆加固边坡的机理相当于螺栓的作用。 锚杆加固为一种中浅层加固手段。 3土钉加固 对于软质岩石边坡或土质边坡，可向坡体内打入足够数量的土钉，对边坡起到加固作用。土钉加固边坡的机理类似于群锚的作用。 与锚杆相比，土钉加固具有“短”而“密”的特点，是一种浅层边坡加固技术。两者在设计计算理论上有所不同，但在施工工艺上是相似的。 4预应力锚索加固 当边坡较高、坡体可能的潜在破裂面位置较深时，预应力锚索不失为一种较好的深层加固手段。目前，在高边坡的加固工程中，正逐渐发展成为一种趋势，被越来越多的人接受。 在高边坡加固工程中，与其他加固措施相比，预应力锚索具有 ①受力可靠； ②作用力可均匀分布于需加固的边坡上，对地形、地质条件适应力强，施工条件易满足； ③主动受力； ④勿需放炮开挖，对坡体不产生扰动和破坏，能维持坡体本身的力学性能不变； ⑤施工速度快等优点。 4防护 边坡防护包括植物防护和工程防护。 1植物防护 植物防护是在坡面上栽种树木、植被、草皮等植物，通过植物根系发育，起到固土，防止水土流失的一种防护措施。这种防护措施一般适用于边坡不高、坡角不大的稳定边坡。 2工程防护 ①砌体封闭防护 当边坡坡度较陡、坡面土体松散、自稳性差时，可采用圬工砌体封闭防护措施。砌体封闭防护包括浆砌片石、浆砌块石、浆砌条石、浆砌预制块、浆砌混凝土空心砖等。 ②喷射素混凝土防护 对于稳定性较好的岩质边坡，可在其表面喷射一层素混凝土，防止岩石继续风化、剥落，达到稳定边坡的目的。这是一种表层防护处治措施。 ③挂网锚喷防护 对于软质岩石边坡或石质坚硬但稳定性较差的岩质边坡，可采用挂网锚喷防护。挂网锚喷是在边坡坡面上铺设钢筋网或土工塑料网等，向坡体内打入锚杆或锚钉将网钩牢，向网上喷射一定厚度的素混凝土，对边坡进行封闭防护。 5排水 1截水沟 为防止边坡以外的水流进入坡体，对坡面进行冲刷，影响边坡稳定性，通常在边坡外缘设置截水沟，以拦截坡外水流。 2坡内排水沟 除在边坡外缘设置截水沟外，在边坡坡体内应设置必要的排水沟，使大气降雨能尽快排出坡体，避免对边坡稳定产生不利影响。 1.4.2边坡工程设计的基本原则 1边坡工程中的极限状态设计原则 边坡设计要解决的根本问题是在边坡的稳定与经济之间选择一种合理的平衡，力求以最经济的途径使服务于工程建筑物的边坡满足稳定性和可靠性的要求。边坡工程的可靠性是指边坡及其支护结构在规定的时间内，在规定的条件下，保持自身整体稳定的能力，它是边坡安全性、适用性和耐久性的总称。 ①安全性。边坡及其支护结构在正常施工和正常使用时能承受可能出现的各种荷载作用，以及在偶然时间发生时及发生后应能保持必须的整体稳定性。 ②适用性。边坡及其支护结构在正常使用时能满足预定的使用要求