【導讀】邊坡穩(wěn)定性問題一直是巖土邊坡一個重要研究內容。它涉及水電工程、鐵道工程、入和人民的生命財產安全。因此，如何設計經濟、安全可靠的邊坡工程和分析評價天然。邊坡的穩(wěn)定性，其重要意義顯得越發(fā)突出。邊坡穩(wěn)定性分析與加固方法很多，不同的方。法又各具特點，有一定的適用條件。如何根據具體的邊坡工程地質條件及分析目的與精。從邊坡工程研究發(fā)展歷程可見，邊坡穩(wěn)定性研究發(fā)展的過程，同時又是一個邊坡穩(wěn)。為常用的條分法。最后結合某水庫邊坡工程，對其進行穩(wěn)定性分析及加固方案設計，總

　　

【正文】 開放式專業(yè)設計模板： 系統(tǒng)提供分不同土層情況的高路堤、陡坡路堤、路塹、浸水堤基等例題，并可由用戶不斷擴充。 三種土層模型： 等厚 土層 土層分界線互相平行（水平）；不等厚土層 土層分界線傾斜；任意復雜土層 土層任意分布，處理斷層、夾層、互層、透鏡體等各種復雜情況。 加筋材料對穩(wěn)定的貢獻： 錨桿；土工布。 1輸入輸出： 操作簡單直觀，輸入動態(tài)指示；計算簡圖與計算書，左右對照相得益彰；安全系數彩色云圖及其它可視化計算結果。 Flac3D 軟件有限元分析 ]10[ ]11[ FLAC 3D是由美國 Itasca Consulting Group lnc 開發(fā)的三維顯式有限差分法程序 ,它可以模擬巖土或其它材料的三維力學行為。 FLAC 3D軟件的基本原理是拉格朗日差分法。拉格朗日元法是一種利用拖帶坐標系分析大變形問題的數值方法，并利用差分格式按時步積分求解。隨著構形的不斷變化，不斷更新坐標，允許介質有較大的變形。模型經過網格劃分，物理網格映射成數學網格，數學網格上的某個結點就與物理網格上相應某水庫邊坡穩(wěn)定性分析與加固治理 19 的結點坐標相對應。對于某一個結點而言，在每一時刻它受到來自其周圍區(qū)域合力的影響。如果合力不等于零，結點就具有了失穩(wěn)力，就要產生運動。假定結點上集中有連接該結點的質量，于 是，在失穩(wěn)力的作用下，根據牛頓定律，結點就要產生加速度，進而可以在一個時步中求得速度和位移的增量。對于每一個區(qū)域而言，可以根據其周圍結點的運動速度求得它的應變率，然后根據材料的本構關系求得應力的增量。由應力增量求出 t 和 t + Δ t 時刻各個結點的不平衡力和各個結點在 t + Δ t 時的加速度。對加速度進行積分 ,即可得結點新的位移值，由此可以求得各結點新的坐標值。 從 FLAC 3D進行實際工程分析計算過程可看出，生成網格、確定邊界條件、賦予材料的物理力學參數及計算是在 FLAC 3D中進行的。 FLAC 3D程序 含有一個三維網格生成器，只要輸入各網格點的坐標 ,系統(tǒng)會按照設定的形態(tài)生成網格。為了模擬實際工程材料及巖土材料， FLAC 3D程序提供了十種材料模型 :一個 NULL 模型，該模型可用于模擬開挖等；三個彈性模型，分別模擬各向同性、橫觀各向同性、各向異性彈性材料；六個塑性模型 (如摩爾 庫侖準則 ,D P 準則等 ) 。針對巖體工程中經常遇到的斷層、節(jié)理等結構面 ,程序提供了一種界面或滑動面模型。 FLAC3D程序還提供了結構元素 (例如錨桿、錨索、樁等 ) 來模擬邊坡加固 , 可以很方便地評價支護效果。 ANSYS 軟 件非線性有限單元法分析 ]12[ ANSYS 軟件是融結構、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國 ANSYS 開發(fā)，它能與多數 CAD 軟件接口，實現數據的共享和交換，如 Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor 等。 ANSYS 軟件主要包括三個部分：前處理模塊，分析計算模塊和后處理模塊。前處理模塊提供了一個強大的實體建模及網格劃分工具，用戶可以方便地構造有限元模型；分析計算模塊包括結構分析（可進行線性分析 、非線性分析和高度非線性分析）、流體動力學分析、電磁場分析、聲場分析、壓電分析以及多物理場的耦合分析，可模擬多種物理介質的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力；后處理模塊可將計算結果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到結構內部）等圖形方式顯示出來，也可將計算結果以圖表、曲線形式顯示或輸出。軟件提供了 100種以上的單元類型，用來模擬工程中的各種結構和材料。該軟件有多種不同版本，可以運行在從個人機到大型機的多種計算機設備上，如 PC， SGI， HP， SUN， DEC， IBM， CRAY等。 某水庫邊坡穩(wěn)定性分析與加固治理 20 穩(wěn)定問題的分析方法可以大致分為解析方法和近似方法兩類。其中解析方法主要有平衡法、能量法和動力法，而近似方法有瑞利 里茲法、伽遼金法、有限差分法、有限積分法以及有限單元法。隨著計算機技術和有限元理論的飛速發(fā)展，使得有限單元法的優(yōu)勢日益明顯。而且對于大型復雜的結構，采用解析方法進行穩(wěn)定分析困難太大，尤其是非線性穩(wěn)定分析幾乎是不可能，此時就必須使用計算機以及專業(yè)分析軟件。 ANSYS 是一個非常有用的有限元通用軟件，可以對結構進行各種穩(wěn)定分析。對于發(fā)生平衡分枝失穩(wěn)的理想結構在不考慮幾何非 線性和材料非線性的情況下，可以在 ANSYS 中進行特征值屈曲分析，通過提取特征值的方法來確定發(fā)生各分枝失穩(wěn)時的臨界荷載，通過擴展屈曲模態(tài)來獲得結構失穩(wěn)時各處相對位移的大??；對于發(fā)生極值點失穩(wěn)的實際結構，需要預先引入一個初始擾動，一般采用 NEWTON RAPHSON 迭代法進行靜力分析即可追蹤求得極值點荷載。對于跳躍失穩(wěn)問題，需要考慮屈曲后的變形受力行為，一般采用弧長法追蹤屈曲后的屈曲加載路徑，計算出屈曲后的荷載 位移曲線。 5 某水庫邊坡穩(wěn)定性分析與加固治理 工程概況 某水庫工程主要用于農業(yè)灌溉， 兼顧發(fā)電及人畜用水。該水庫樞紐建筑物由混凝土面板堆石壩、左岸輸水隧洞、發(fā)電廠房、右岸泄洪沖沙洞及溢洪道組成。設計壩頂長 200m，總庫容 2770 萬 m179。，裝機總量 6400kw。 溢洪道施工開挖時右岸邊坡發(fā)生滑動，施工被迫停止。為保證施工安全及永久建筑物運行的安全，及時查明邊坡失穩(wěn)的機理，并采取切實有效的加固治理措施是極為必要的。 該邊坡平面圖及穩(wěn)定性分析計算斷面地質剖面圖見附錄圖 1 和圖 2。 設計工程地質概況 在勘察工作中布置了 1 條邊坡計算斷面，按點距 15～ 30m 的 布置鉆孔， 共 布置鉆孔3 個 ，鉆孔編號 1～ 3，預計孔深 15～ 30m。通過取土試樣，標準貫入試驗，得出以下結論： 一、地層巖性構成 第四系人工堆積（ Qml ） 粘性素填土（單元層代號①層）：褐紅、褐黃色、堆土地段為灰～灰黑色，可塑，濕。成為以粘性土為主，含少量碎石角礫及植物根系。層厚 ～ ，場地部分地段有某水庫邊坡穩(wěn)定性分析與加固治理 21 分布。 第四系坡洪積（ Q pldl? ） 粘土（單元層代號②）：褐紅色、紅色，可塑～硬塑狀態(tài)，飽和。無搖振反應，切面稍有光滑，干強度及韌性中等。含少量 Fe、 Mn質結核。層厚 ～ ，整個場地均段有分布。 粘土（單元層代號③）：褐黃色夾褐紅、灰白色，呈花斑狀，硬塑狀態(tài)，部分可塑狀態(tài)，飽和。無搖振反應，切面光滑，干強度及韌性中等。部分地段夾粉質粘土。層厚 ～，場地部分地段有分布。 基巖（γ 25 ） 第四層及其以下為燕山期黑云二長花崗巖。 二、巖土物理力學性質 為獲取土的物理力學指標，本次勘察共采取原狀及擾動土樣 34件，進行室內常規(guī)土工試驗，進行標準貫入試驗 27次，同時利用了部分原勘察報告試驗成果 ?，F將室內土工試驗及野外原位測試成果統(tǒng)計歸納于表 1 和表 2。 軟件在邊坡工程中的穩(wěn)定性分析 計算成果分析 根據工程地質剖面圖、各土層 的物理力學性質指標、地下水位線、地震烈度等參數利用計算軟件應用不同的邊坡穩(wěn)定性計算分析方法計算出最小安全系數及搜索出其對應的最危險滑裂面。見下表： 表 3 Tab 3 計 算 方 法 瑞典條分法 簡化 Bishop法 F 最不利滑動面 數據文件 F 最不利滑動面 數據文件 滑動圓心坐標 滑動半徑 （ m） 滑動圓心坐標 滑動半 徑（ m） (,) (,) 加固前邊坡穩(wěn)定性分析計算結果圖見附錄圖 3 和圖 4。 計算結果表明應用不同計算方法計算結果有所不同。瑞典條分法，假設滑動面為圓弧面，不考慮土條的條間力，即 Ei=Xi=0,減少 2n2個未知數（其中 n為未知數個數）；某水庫邊坡穩(wěn)定性分析與加固治理 22 簡化 Bishop 法，假設滑動面為圓弧面，考慮土條的水平條間力，切向條間力 Xi=0，減少 n1 個未知數，但在計算時有時不收斂。由于最小安全系數小于 1，所以邊坡可能處于不穩(wěn)定狀態(tài)。 穩(wěn)定性分析 根據地質調查和邊坡穩(wěn)定性計算分析，發(fā)現邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。 邊坡地層主要由第四系人工素填土①層、第四系坡洪積粘土②、粘土③構成，各土層強度一般。根據鉆探及地質調查結果，邊坡坡體地下水位線與邊坡坡向一致，具有較大的水力坡度，坡體中存在局部分布的上層滯水，沿粘性土與上部粉土、砂土界面滲出，或以下降泉形式排泄，給邊坡造成較大的動水壓力。由于該邊坡已產生明顯的變形破壞，坡體內形成的裂縫是地下水補排的主要通道，地下水長期滲（徑）流也導致周圍土體強度降低，同時也加大了邊坡土體的重量，這是引起邊坡變形的主要 外部因素。構成邊坡的主要地層粘土③層具有吸水膨脹、失水收縮和反復脹縮變形的特點，對邊坡的穩(wěn)定性極為不利。同時由于坡體內無穩(wěn)定地下水位，坡頂補給、坡腳排泄的地下水受氣候影響大，坡體內土體處于相對干濕交替的環(huán)境，導致地基土反復脹縮變形，也是引起邊坡變形的因素。 邊坡的加固治理 加固方法的比較 一、 支擋 。 支擋（擋墻、抗滑樁等）是邊坡處治的基本措施。對于不穩(wěn)定的邊坡巖土體，使用支擋結構（擋墻、抗滑樁等）對其進行支擋，是一種較為可靠的處治手段。它的優(yōu)點是可從根本上解決邊坡的穩(wěn)定性問題，達到根治的目 的。 二、 加固 。⑴ 注漿加固 。 當邊坡坡體較破碎、節(jié)理裂隙較發(fā)育時，可采用壓力注漿這一手段，對邊坡坡體進行加固。灌漿液在壓力的作用下，通過鉆孔壁周圍切割的節(jié)理裂隙向四周滲透，對破碎邊坡巖土體起到膠結作用，形成整體；此外，砂漿柱對破碎邊坡巖土體起到螺栓連接作用，達到提高坡體整體性及穩(wěn)定性的目的。注漿加固可對邊坡進行深層加固 ；⑵ 錨桿加固 。 當邊坡坡體破碎，或邊坡地層軟弱時，可打入一定數量的錨桿，對邊坡進行加固。錨桿加固邊坡的機理相當于螺栓的作用。錨桿加固為一種中淺層加固手段 ；⑶ 土釘加固 。 對于軟質巖石邊坡或土質邊 坡，可向坡體內打入足夠數量的土釘，對邊坡起到加固作用。土釘加固邊坡的機理類似于群錨的作用。與錨桿相比，土釘加固具有 “ 短 ” 而 “ 密 ” 的特點，是一種淺層邊坡加固技術。兩者在設計計算理論上某水庫邊坡穩(wěn)定性分析與加固治理 23 有所不同，但在施工工藝上是相似的 ；⑷ 預應力錨索加固 。 當邊坡較高、坡體可能的潛在破裂面位置較深時，預應力錨索不失為一種較好的深層加固手段。目前，在高邊坡的加固工程中，正逐漸發(fā)展成為一種趨勢，被越來越多的人接受 ；⑸ 土工布加固。該方法屬于內部加固結構的鋪設型方法，這類構件具有不同的規(guī)格型號，隨著填土一層一層地鋪設，以適應不同的環(huán)境要 求，在坡面往往將土工布彎回。 三、 防護 。 邊坡防護包括植物防護和工程防護。 ⑴ 植物防護 。 植物防護是在坡面上栽種樹木、植被、草皮等植物，通過植物根系發(fā)育，起到固土，防止水土流失的一種防護措施。這種防護措施一般適用于邊坡不高、坡角不大的穩(wěn)定邊坡 ；⑵ 工程防護 ：① 砌體封閉防護 。 當邊坡坡度較陡、坡面土體松散、自穩(wěn)性差時，可采用圬工砌體封閉防護措施。砌體封閉防護包括漿砌片石、漿砌塊石、漿砌條石、漿砌預制塊、漿砌混凝土空心磚等 ；② 噴射素混凝土防護 。 對于穩(wěn)定性較好的巖質邊坡，可在其表面噴射一層素混凝土，防止巖石繼續(xù)風化、剝 落，達到穩(wěn)定邊坡的目的。這是一種表層防護處治措施。 四、 排水 。⑴ 截水溝 。 為防止邊坡以外的水流進入坡體，對坡面進行沖刷，影響邊坡穩(wěn)定性，通常在邊坡外緣設置截水溝，以攔截坡外水流 ；⑵ 坡內排水溝 。 除在邊坡外緣設置截水溝外，在邊坡坡體內應設置必要的排水溝，使大氣降雨能盡快排出坡體，避免對邊坡穩(wěn)定產生不利影響。 加固措施 根據邊坡穩(wěn)定性分析計算結果，考慮邊坡現狀條件、影響邊坡穩(wěn)定性的幾個主要因素及各類邊坡支擋結構的適用條件，邊坡加固措施如下： 采用擋土墻加回填土護坡支護。 擋土墻設計 應用理正巖土 軟件中的擋土墻設計程序進行設計，如下所示（設計中的參數設置及設計后的驗算祥見附錄，數據文件 ） 墻身尺寸 : 墻身高 : (m) 墻頂寬 : (m) 面坡傾斜坡度 : 1: 背坡傾斜坡度 : 1: 墻底傾斜坡率 : :1 邊坡采用擋土墻支護后的地質剖面圖見附錄圖 5。 某水庫邊坡穩(wěn)定性分析與加固治理 24 采用抗滑樁支護。 ⑴ 抗滑樁設計： 應用理正巖土軟件中的抗滑樁設計程序進行設計，如下所示（設計中的參數設置及設計后的驗算祥見附錄，數據文件 ） ： 墻身尺寸 : 樁總長 : (m) 截面形狀 : 圓樁 樁徑 : (m) 樁間距 : (m) 嵌入段土層數 : 2 樁底支承條件 : 鉸接 物理參數 : 樁混凝土強度等級 : C30 樁縱筋合力點到外皮距離 : 35(mm) 樁縱筋級別 : HRB335 樁箍筋級別 : HPB235 樁箍筋間距 : 200(mm) 樁配筋形式 : 縱筋均勻配筋 擋土墻類型 : 抗震區(qū)擋土墻 地震烈度 : 設計烈度 8 度 水上地震角 : 水下地震角 : 水平地震系數 : 重要性修正系數 : 綜合影響系數 : ⑵ 抗滑樁布置設 計如下（設計中的參數設置及設計后的驗算祥見附錄，數據文件） ： 單位米寬滑坡推力的水平分量 = (kN) 布置樁間距 (m)，布置樁排距 (m) 則可提供的抗滑力為 : (kN) 某水庫邊坡穩(wěn)定性分析與加固治理 25 滑坍縱向寬度 = 范圍內， 共需要抗滑樁 122 根 邊坡采用抗滑樁支護后的地質剖面圖見附錄圖 6，抗滑樁具體布置見附錄圖 8。 邊坡計算斷面采用擋土墻和抗滑樁支護后安全系數達到 。 設置水平疏干孔，疏導出坡內地下水，減少地下水對邊坡穩(wěn)定性的不利 影響； 坡面上栽種樹木、植被、草皮等植物，通過植物根系發(fā)育，起到固土，防止水土流失的一種防護措施。 該邊坡綜合治理后的工程地質剖面圖和平面圖見附錄圖 7和圖 8。 計算結果表明通過加固，邊坡基本滿足規(guī)范要求，目前邊坡基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。 小結 根據邊坡穩(wěn)定性分析計算結果，考慮邊坡現狀條件、影響邊坡穩(wěn)定性的幾個主要因素及各類邊坡支擋結構的適用條件，對邊坡進行了加固治理。由于場地內存在膨脹土，基礎開挖應盡量避免暴曬或浸泡，基坑（槽）開挖面應及時簽證驗收，及時進行澆筑封閉。采用綜合治理措施，多道工序交叉作業(yè) ，應制定合理的施工工序。 通過對實際工程進行邊坡穩(wěn)定性分析和加固治理，對 邊坡穩(wěn)定性 分析與加固 方法 有了更深入的了解 ，不同的方法各具特點，有一定的適用條件。如何根據具體的邊坡工程地質條件