【正文】 高邊坡的穩(wěn)定性。② 數(shù)值分析方法數(shù)值分析方法主要有有限元法、無(wú)界元法、離散單元法等。分析失穩(wěn)邊坡反算的強(qiáng)度參數(shù)與室內(nèi)試驗(yàn)吻合度較好，使分析程序更加可信。根據(jù)具體情況選擇合理的滿足摩爾—庫(kù)倫準(zhǔn)則的滑動(dòng)面，形狀可以是平面、圓弧面和其他不規(guī)則曲面。在邊坡的穩(wěn)定性分析中常用的數(shù)值方法有：有限單元法、邊界元法、有限差分法、離散元法等，其中有限元法應(yīng)用較為廣泛。專家系統(tǒng)是一種按學(xué)科及相關(guān)學(xué)科專家的水平進(jìn)行推理和解決問(wèn)題、并能說(shuō)明其緣由的計(jì)算機(jī)程序。對(duì)于用圖解法評(píng)定為不穩(wěn)定的邊坡，需要進(jìn)一步用計(jì)算機(jī)加以驗(yàn)證。針對(duì)設(shè)計(jì)公路路塹邊坡在巖性、結(jié)構(gòu)及工程措施的相似性來(lái)進(jìn)行穩(wěn)定性分析與判斷。（1）定性分析方法邊坡穩(wěn)定性的定性分析方法是在大量收集邊坡所在地區(qū)的地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，綜合考慮影響邊坡穩(wěn)定性的各種因素，通過(guò)工程類比法或者圖解法等估計(jì)和預(yù)測(cè)邊坡的穩(wěn)定狀況和發(fā)展趨勢(shì)。新的邊坡穩(wěn)定性方法不斷出現(xiàn)，老的方法也在不斷改進(jìn)，且逐步由定性向定量地方向發(fā)展。對(duì)于深挖邊坡滲水或巖隙水較多路段設(shè)置縱向滲溝排除滲水。本項(xiàng)目中有高填方邊坡和深挖路塹邊坡，其中深挖路塹邊坡里面大多數(shù)屬于高邊坡，詳見(jiàn)表1。 高速公路路塹邊坡是一種人工開(kāi)挖的永久性邊坡，邊坡的穩(wěn)定性分析具有重要的時(shí)效意義，隨著公路建設(shè)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的深挖路塹邊坡會(huì)遇到穩(wěn)定性問(wèn)題和采取何種加固措施的問(wèn)題。2012年3月9日凌晨3點(diǎn)左右，某縣鹽鍋峽鎮(zhèn)發(fā)生一起大面積滑坡災(zāi)害，滑體長(zhǎng)約30米、寬約80米、厚約2米，滑坡土方量約5000立方米，造成通往鹽鍋峽鎮(zhèn)的主干道路鹽北路完全中斷，滑坡共造成62畝農(nóng)田被埋，其中冬麥26畝，另有83棵棗樹(shù)被毀，造成經(jīng)濟(jì)損失數(shù)億元。鐵路、水利水電及公路等部門(mén)對(duì)30m以下的邊坡都做過(guò)系統(tǒng)的研究，但對(duì)于30m以上的黃土邊坡設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)基本為空白，有關(guān)其變形破壞機(jī)理、穩(wěn)定性及可靠性分析評(píng)價(jià)等方面系統(tǒng)研究還較少，使得設(shè)計(jì)部門(mén)缺少邊坡設(shè)計(jì)依據(jù)。一級(jí)公路深挖路塹高邊坡設(shè)計(jì)優(yōu)化及加固措施研究可行性研究報(bào)告一級(jí)公路深挖路塹高邊坡設(shè)計(jì)優(yōu)化及加固措施研究可 行 性 研 究 報(bào) 告目 錄一．項(xiàng)目的背景和必要性 1 研究背景 1 項(xiàng)目概況 2二．項(xiàng)目前期科研及工作基礎(chǔ) 4 邊坡穩(wěn)定性分析研究現(xiàn)狀 4 研究工作基礎(chǔ) 38三．項(xiàng)目實(shí)施方案 41 主要研究?jī)?nèi)容 41 擬解決的關(guān)鍵技術(shù) 41 擬采取的技術(shù)路線 42 工作進(jìn)度安排 42四．項(xiàng)目承擔(dān)單位及參加單位概況 43 項(xiàng)目承擔(dān)單位概況 43 項(xiàng)目主要負(fù)責(zé)人情況 44 參加項(xiàng)目主要人員一覽表 48五．項(xiàng)目依托工程情況及支撐條件 49 依托工程 49 支撐條件 49六．項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)估算及資金籌措情況 51七．項(xiàng)目預(yù)期目標(biāo)及經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益 52 項(xiàng)目預(yù)期目標(biāo) 52 經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益分析 52八．其他需要說(shuō)明的問(wèn)題 53九. 申報(bào)單位簽章 53一．項(xiàng)目的背景和必要性 研究背景隨著國(guó)家西部大開(kāi)發(fā)的實(shí)施，作為帶動(dòng)西部經(jīng)濟(jì)發(fā)展的交通運(yùn)輸工程（特別是高速公路）已得到優(yōu)先發(fā)展，尤其西部黃土地區(qū)公路建設(shè)更是得到迅猛發(fā)展。在黃土高邊坡的工程設(shè)計(jì)中，基本上憑經(jīng)驗(yàn)給出，缺乏理論指導(dǎo)。某滑坡見(jiàn)圖1所示。 圖1 2012年某滑坡 項(xiàng)目概況某(新城)至某沿黃河快速通道作為某市南濱河路“黃河風(fēng)情線”的延伸段，是某一小時(shí)都市經(jīng)濟(jì)圈內(nèi)的交通要道，也是某南部各縣區(qū)與外界聯(lián)系的主要通道。 本項(xiàng)目地跨某市西固區(qū)及臨夏州某縣，起點(diǎn)位于新城鎮(zhèn)黃河新橋南橋頭，與已建的西固至新城一級(jí)公路終點(diǎn)順接；路線沿黃河兩岸布線，經(jīng)河口、張家臺(tái)、扶河、鹽鍋峽、恐龍灣、朱家臺(tái)、孔家寺，終點(diǎn)位于某縣古城村，與臨夏折橋至某達(dá)川二級(jí)公路及某縣城市道路順接（終點(diǎn)樁號(hào)K48+）。深挖路塹邊坡采用臺(tái)階形，挖方坡率采用1:~1:，每級(jí)邊坡高6m，挖方平臺(tái)2m，并根據(jù)挖方高度設(shè)置一級(jí)4m加寬平臺(tái)；砂巖。二．項(xiàng)目前期科研及工作基礎(chǔ) 邊坡穩(wěn)定性分析研究現(xiàn)狀邊坡穩(wěn)定性分析的目的：一是對(duì)路堤邊坡穩(wěn)定性做出定性和定量評(píng)價(jià)；二是為合理地設(shè)計(jì)人工邊坡和邊坡變形破壞的防治措施提供依據(jù)。定量分析方法的實(shí)質(zhì)是一種半定量的方法，盡管評(píng)價(jià)結(jié)果表現(xiàn)為確定的數(shù)值，但最終判定仍依賴人為的判斷。① 地質(zhì)分析法（歷史成因分析法）：此方法通過(guò)對(duì)邊坡發(fā)育的地質(zhì)環(huán)境、邊坡發(fā)育歷史中的各種變形破壞跡象及其基本規(guī)律和穩(wěn)定性影響因素等的分析，追溯邊坡演變的全過(guò)程，預(yù)測(cè)邊坡穩(wěn)定性發(fā)展的總趨勢(shì)及其破壞方式，從而對(duì)邊坡的穩(wěn)定性做出評(píng)價(jià)。此法簡(jiǎn)單易行，但由于巖土邊坡的復(fù)雜性，沒(méi)有完全相同的邊坡，所以應(yīng)用起來(lái)具有一定的困難性。④ 邊坡的分析數(shù)據(jù)庫(kù)和專家系統(tǒng)：邊坡工程地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)就是收集已有的多個(gè)自然邊坡、人工邊坡實(shí)例的計(jì)算機(jī)軟件。邊坡穩(wěn)定分析設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)就是進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析與設(shè)計(jì)的智能化計(jì)算機(jī)程序，其把某一位或多位邊坡工程專家的知識(shí)、工程經(jīng)驗(yàn)、理論分析、數(shù)值分析、物理模擬、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)等行之有效的知識(shí)和方法有機(jī)地組織起來(lái)的計(jì)算機(jī)程序，用來(lái)模擬再現(xiàn)人腦的思維過(guò)程，吸收其合理的知識(shí)結(jié)構(gòu)，尋求優(yōu)化的技術(shù)路徑。此外，尚有DDA法、運(yùn)動(dòng)單元法以及近年提出的基于余推力的臨界滑動(dòng)場(chǎng)（CSF）法等新興發(fā)展起來(lái)的分析方法。由靜力平衡關(guān)系，從而達(dá)到定量評(píng)價(jià)的目的并求出一系列滑動(dòng)時(shí)的破壞荷載和最危險(xiǎn)滑動(dòng)面。但需要先知道滑動(dòng)面的大致位置和形狀，對(duì)于均質(zhì)土坡可以通過(guò)搜索迭代確定其危險(xiǎn)滑動(dòng)面，但是對(duì)于巖質(zhì)邊坡，由于其結(jié)構(gòu)和構(gòu)造比較復(fù)雜，難以準(zhǔn)確確定其滑動(dòng)面的位置，而且確定時(shí)也帶來(lái)很大隨機(jī)性，這就給巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性分析帶來(lái)較大困難。有限元法是邊坡穩(wěn)定性分析中用得較多的一種數(shù)值方法，它能滿足靜力平衡條件、應(yīng)變相容條件，考慮了巖體的不連續(xù)性和非均質(zhì)性，將無(wú)限自由度的結(jié)構(gòu)體轉(zhuǎn)化為有限自由度的等價(jià)體系，還能夠模擬土體與支護(hù)的共同作用。秦衛(wèi)星等基于滑裂面應(yīng)力有限元分析了邊坡的穩(wěn)定性，在此基礎(chǔ)上，許多研究者進(jìn)一步研究在滑裂面中尋找一個(gè)臨界滑裂面的可能性，這項(xiàng)工作采用了與極限平衡法相同的計(jì)算步驟，同時(shí)也獲得了最小安全系數(shù)和臨界滑裂面。強(qiáng)度參數(shù)折減，即為了達(dá)到邊坡極限狀態(tài)，對(duì)黏聚力和內(nèi)摩擦角的正切值進(jìn)行折減，分別作為新的材料參數(shù)代入進(jìn)行有限元計(jì)算。此外，還討論了單元類型對(duì)計(jì)算的影響，得出采用四節(jié)點(diǎn)四邊形單元能夠保證數(shù)值解的準(zhǔn)確性。離散單元法是由P A Cundall于1970年首次提出并應(yīng)用于巖土體穩(wěn)定性分析的一種數(shù)值分析方法。在邊坡穩(wěn)定性分析的數(shù)值方法中，還有連續(xù)介質(zhì)快速拉格朗日法(FLAC法)、塊體介質(zhì)不連續(xù)變形分析法(DDA)、集中質(zhì)量法、剪切梁法、流形元法等。該方法能在有限程度上反映荷載的動(dòng)力特性，但不能反映各種材料自身的動(dòng)力特性以及結(jié)構(gòu)物之間的動(dòng)力響應(yīng)，更不能反映結(jié)構(gòu)物之間的動(dòng)力耦合關(guān)系。Newmark把土體假定為一剛塑性體，并用圓弧法來(lái)進(jìn)行分析。在用擬靜力法計(jì)算時(shí)，屈服加速度可用屈服地震系數(shù)來(lái)表示。⑤ 動(dòng)力有限元法動(dòng)力學(xué)的有限元法同靜力學(xué)問(wèn)題，是把物體離散為有限個(gè)單元體，考慮單元的慣性力和阻尼力等動(dòng)力因素的特性。振型疊加法需要考慮多個(gè)振型，只適合于線性問(wèn)題。然而，隨著新型邊坡加固措施和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛躍發(fā)展，尤其以巖土錨固技術(shù)為核心的新型支擋結(jié)構(gòu)在邊坡工程中的推廣應(yīng)用，邊坡穩(wěn)定分析這一課題獲得了新的進(jìn)展，許多新型支擋結(jié)構(gòu)、新的計(jì)算理論和方法不斷產(chǎn)生，從而使得邊坡支護(hù)這一傳統(tǒng)技術(shù)出現(xiàn)了新問(wèn)題，這一古老問(wèn)題又有了新的研究方向。另外，邊坡在開(kāi)挖和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的的安全監(jiān)測(cè)，也是十分必要的，通過(guò)對(duì)邊坡的安全監(jiān)測(cè)，可以對(duì)邊坡的變形起到預(yù)警作用，從而可以防止災(zāi)害的發(fā)生，對(duì)保證公路的安全運(yùn)營(yíng)有非常重要的作用，邊坡監(jiān)測(cè)得到的土體變形規(guī)律對(duì)今后類似工程也會(huì)有重要的指導(dǎo)意義。任何邊坡處治工程都是圍繞上述兩條途徑，結(jié)合邊坡地形、地質(zhì)、水文、周?chē)h(huán)境，因地制宜采取一種或多種措施，達(dá)到防止滑坡災(zāi)害產(chǎn)生或治理已發(fā)生的滑坡災(zāi)害的目的?？够瑯都夹g(shù)的誕生，使一些難度較大的邊坡工程問(wèn)題的處理成為現(xiàn)實(shí)，由于它具有布置靈活、施工簡(jiǎn)單、對(duì)邊坡擾動(dòng)小、開(kāi)挖斷面小、施工體積小、承載能力大、施工速度快等優(yōu)點(diǎn)，受到工程師們和施工單位的歡迎，在全國(guó)范圍內(nèi)迅速得到推廣應(yīng)用，并從20世紀(jì)70年代開(kāi)始逐步形成以抗滑樁支擋為主、結(jié)合清方減載、地表排水的邊坡治理技術(shù)。在20世紀(jì)90年代，壓力注漿加固手段及框架錨固結(jié)構(gòu)越來(lái)越多地用于邊坡處治，尤其是用于高邊坡的處治防護(hù)工程中。不僅能使邊坡支護(hù)方式多樣化，而且使傳統(tǒng)支護(hù)技術(shù)在保持其固有優(yōu)點(diǎn)的前提下煥發(fā)出新的生機(jī)。美國(guó)的路塹邊坡設(shè)計(jì)除保證穩(wěn)定性外還要考慮為失控車(chē)輛的救險(xiǎn)提供適當(dāng)?shù)臋C(jī)會(huì)，做成為失控車(chē)輛可穿越的地帶，而且可進(jìn)行機(jī)械養(yǎng)護(hù)，一般采用較緩的坡率，切坡較低。德國(guó)公路邊坡的綠化美化工作是由專業(yè)設(shè)計(jì)單位根據(jù)公路所處的地理位置與氣候環(huán)境，設(shè)計(jì)出公路邊坡的綠化美化方案。在道路防災(zāi)、公路綠化和環(huán)境保護(hù)等方面采取了大量措施。在確定和實(shí)施邊坡綠化方案時(shí)，不同土質(zhì)、不同坡面、不同地段所選用的植物種類、綠化方案和施工手段都不同，在這方面，日本政府及各主管部門(mén)制定了一整套成熟的邊坡生態(tài)防護(hù)設(shè)計(jì)施工規(guī)范及指南，如《坡面保護(hù)工程一設(shè)計(jì)施工指南》。人工施工包括植生帶(袋)法、掛網(wǎng)法等。邊坡防護(hù)大量采用漿砌片(塊)石護(hù)坡與噴射水泥漿等灰色圬工防護(hù)方式，生態(tài)防護(hù)這種綠色防護(hù)則采用較少。1990~1991年，中國(guó)黃土高原治山技術(shù)培訓(xùn)中心與日本合作在黃土高原首次進(jìn)行了坡面噴涂綠化技術(shù)試驗(yàn)研究。這些植草技術(shù)，在我國(guó)高速公路生態(tài)建設(shè)中有不俗的表現(xiàn)。何忠明等人從模糊多屬性決策基本理論出發(fā)，建立了邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)方案優(yōu)選的評(píng)價(jià)體系，并根據(jù)工程評(píng)價(jià)特點(diǎn)，采用層次分析法和變異系數(shù)法相結(jié)合來(lái)確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，構(gòu)造出邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)方案優(yōu)選的決策與評(píng)價(jià)模型，并把該模型用于某公路邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)方案優(yōu)選過(guò)程中。在指標(biāo)選擇上，以安全可靠、環(huán)境協(xié)調(diào)、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行、施工難易、施工工期6個(gè)方面建立指標(biāo)體系。劉懷相等人針對(duì)大型滑坡體路段邊坡治理方案根據(jù)層次分析法的基本原理，建立了基于層次分析法(AHP)的評(píng)價(jià)模型并運(yùn)用于宛坪高速公路建設(shè)實(shí)踐。確定邊坡綜合坡比、地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型、邊坡高度、邊坡坡型、降雨量以及施工條件6項(xiàng)指標(biāo)為影響邊坡防護(hù)方案的主要因素。劉莉等人將層次分析求得的權(quán)值向量引入模糊綜合評(píng)判，通過(guò)層次分析法和模糊綜合評(píng)判有機(jī)結(jié)合，建立了滑坡危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的層次分析一模糊綜合評(píng)判模型。在滑坡后部減重，在前部反壓。適用條件：低矮平坦的邊坡，或少量刷方不會(huì)引起大的邊坡變形的地帶，或具有減重和反壓的條件。當(dāng)坡體推力較大時(shí)，按抗滑擋墻設(shè)計(jì)。需跳槽開(kāi)挖，施工不當(dāng)會(huì)造成坍塌，抗滑能力有限?？够瑯稄脑缙诘哪緲?，到近代的鋼樁和目前在邊坡工程中常用的鋼筋混凝土樁，斷面形式有圓形和矩形，施工方法有打入、機(jī)械成孔和人工成孔等方法，結(jié)構(gòu)形式有單樁、排樁、群樁和預(yù)應(yīng)力錨索樁等。優(yōu)缺點(diǎn)：樁位可靈活設(shè)置，可集中設(shè)置在滑體的某一部位，可單獨(dú)使用或與其他結(jié)構(gòu)聯(lián)合使用，施工安全，施工過(guò)程中可驗(yàn)證地質(zhì)資料。80年代應(yīng)用以后，大多情況下被預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁替代。優(yōu)缺點(diǎn)：與抗滑樁相比施工較復(fù)雜，機(jī)械化程度高，工期短，節(jié)約材料，成本低。優(yōu)缺點(diǎn)：與普通抗滑樁相比，樁截面更小，節(jié)約材料，施工方便，樁身變形小、樁體變位小。優(yōu)缺點(diǎn)：其作用效果較好，但施工復(fù)雜，結(jié)構(gòu)笨重。優(yōu)缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)輕巧，機(jī)械化程度高，框架(地梁)內(nèi)可綠化，但鋼筋錨桿的錨固力有限，可采用自上而下的分層施工法，對(duì)邊坡的擾動(dòng)小。② 格構(gòu)加固格構(gòu)加固技術(shù)是利用漿砌塊石、現(xiàn)澆混凝土或預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土進(jìn)行邊坡坡面防護(hù)，并利用錨桿或錨索加以固定的一種邊坡加固技術(shù)。a、預(yù)應(yīng)力錨索框架地梁植被護(hù)坡作用機(jī)理：框架起框架作用，預(yù)應(yīng)力錨索錨于穩(wěn)定地層中，變被動(dòng)受力為主動(dòng)抗滑，預(yù)應(yīng)力改善了邊坡巖體的受力狀態(tài)。施工時(shí)不必開(kāi)挖而擾動(dòng)邊坡，施工安全快速，與植被恢復(fù)結(jié)合還可美化環(huán)境，特別是鋼筋混凝土格構(gòu)、預(yù)應(yīng)力混凝土格構(gòu)與預(yù)應(yīng)力錨索的聯(lián)合應(yīng)用，變被動(dòng)抗滑為主動(dòng)抗滑，充分發(fā)揮滑體的自承能力，是一種非常經(jīng)濟(jì)、合理的加固措施。這樣可去掉框架的橫梁，從而節(jié)省較多的材料。如果坡體淺層穩(wěn)定性較差，可在地梁之間采用漿砌片石形成框架，然后再在框架內(nèi)植被護(hù)坡。注漿加固是通過(guò)把漿液注入巖石的裂隙或土體的孔隙，等漿液凝固后，使巖層和土體的強(qiáng)度大大提高，并改變巖土的力學(xué)性狀，從而增強(qiáng)巖土的穩(wěn)定性，因此被廣泛地應(yīng)用于鐵道、公路、礦山及工民建筑中。注漿提高巖體強(qiáng)度，壓漿柱中插入鋼筋籠，起抗滑銷鍵作用。應(yīng)用狀況：目前已有成功的事例，在淺層變形和范圍較大的邊坡的加固具有應(yīng)用前景。應(yīng)用狀況：對(duì)軟弱結(jié)構(gòu)帶比較清楚地變形體的加固具有明顯優(yōu)勢(shì)。適用條件：對(duì)于軟弱結(jié)構(gòu)帶位置難于摸清和會(huì)發(fā)生變形的松弛變形體加固效果明顯。適用于破碎塊石、巖錐碎屑等石質(zhì)土邊坡和土質(zhì)邊坡，可大大提高邊坡巖土體的抗剪強(qiáng)度（最大可提高200%~300%）。土釘支護(hù)技術(shù)可分為土釘墻法和噴錨網(wǎng)支護(hù)法。土釘墻法在工程應(yīng)用中的新近改進(jìn)及發(fā)展有注漿式土釘、止水型土釘墻、復(fù)合式土釘墻等。缺點(diǎn)是破壞周?chē)h(huán)境、景觀效果差。 ① 地面排水體系a、邊溝：設(shè)置在挖方路基的路肩外則，用以匯集和排除路基范圍內(nèi)和流向路基的小量地面水。形式可以加以改進(jìn)，把水溝改成蝶形并綠化，增加邊坡的美學(xué)效應(yīng)。② 地下排水體系a、滲溝：滲溝是常見(jiàn)的一種地下排水溝渠。c、平孔：主要用于排除深層地下水。還應(yīng)注意各種設(shè)施的銜接，使之構(gòu)成統(tǒng)一完整的排水系統(tǒng)。（1）工程防護(hù)技術(shù)① 片(塊)石護(hù)坡和護(hù)面墻：片(塊)石分為漿砌和干砌兩種。主要有拱形骨架、菱形骨架、人字形骨架、六邊形(圓形、魚(yú)鱗形)等，為減輕坡面沖刷，設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中采用截水型漿砌石骨架。④ 噴射混凝土護(hù)坡：對(duì)一些較高的風(fēng)化巖石邊坡，采用噴射混凝土做護(hù)坡，分為普通噴射、掛網(wǎng)噴射、鋼纖維噴射和造膜噴射四種，可阻止風(fēng)化，對(duì)景觀有一定影響，應(yīng)盡量少采用。② 植生(袋)帶護(hù)坡：植生帶是根據(jù)特定的生產(chǎn)工藝，將草種、肥料、保水劑等按一定的比例定植在可自然降解的無(wú)紡布或其它材料上，經(jīng)過(guò)機(jī)器滾壓和針刺復(fù)合定位工序形成的。植生帶護(hù)坡優(yōu)點(diǎn)是可以適宜于凹凸不平的復(fù)雜邊坡及坡度