【正文】 穩(wěn)定系數(shù)。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。沈鳳生等考慮了F238斷層以及各種泥化夾層，對(duì)23個(gè)典型斷面考慮3種滑動(dòng)形式，每種按不小于2萬(wàn)個(gè)潛在滑動(dòng)面進(jìn)行搜索求解最小安全系數(shù)及相應(yīng)潛在滑動(dòng)面的位置，采用三維有限元法對(duì)小浪底水利樞紐工程進(jìn)水口南端山體高邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行了研究，根據(jù)應(yīng)力計(jì)算的結(jié)果，在計(jì)算范圍內(nèi)截取典型的可能滑動(dòng)的垂直剖面，在該剖面內(nèi)的各結(jié)點(diǎn)應(yīng)力采用互維有限元計(jì)算結(jié)果值，再根據(jù)沿滑移合方向上總阻滑力與滑動(dòng)力相等的條件，求出該滑動(dòng)面上的安全系數(shù)K。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。這給邊坡穩(wěn)定性分析帶來(lái)了很大的不確定性，而且無(wú)法對(duì)邊坡的變形破壞模式做出判定。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。其優(yōu)點(diǎn)是模型簡(jiǎn)單、計(jì)算簡(jiǎn)捷，在不能給出應(yīng)力作用下的結(jié)構(gòu)圖像的情況下，仍能對(duì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性給出較精確的結(jié)論。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。其基本方法是：假定邊坡的巖土體破壞是由于邊坡內(nèi)產(chǎn)生了滑動(dòng)面，部分坡體沿滑動(dòng)面滑動(dòng)而造成的。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。定量分析的主要方法有：極限平衡法、數(shù)值分析法、不確定分析法等三種，其中極限平衡法屬經(jīng)典的方法。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?？芍苯痈鶕?jù)不同設(shè)計(jì)階段的要求和相關(guān)的類比數(shù)據(jù)，方便快捷地從中查得相似程度最高的實(shí)例進(jìn)行類比，以更好地指導(dǎo)實(shí)踐、節(jié)約費(fèi)用。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。圖解法用于巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性分析，可快速、直觀地分辨出控制邊坡的主要和次要結(jié)構(gòu)面、確定出邊坡結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定類型、判斷不穩(wěn)定塊體的形狀、規(guī)模及滑動(dòng)方向。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。② 工程類比法：該法是通過(guò)對(duì)比自然穩(wěn)定山坡與不穩(wěn)定坡體的工程地質(zhì)條件差異，結(jié)合相鄰區(qū)場(chǎng)區(qū)既有邊坡的穩(wěn)定性狀，找出相應(yīng)的設(shè)計(jì)參數(shù)。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)?？傮w上來(lái)說(shuō)，邊坡穩(wěn)定分析包括定性分析方法和定量分析方法。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。邊坡工程的研究歷程看，邊坡穩(wěn)定性研究發(fā)展的過(guò)程，同時(shí)又是一個(gè)邊坡穩(wěn)定性分析方法的不斷發(fā)展的過(guò)程。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)。表1 深挖路塹一覽表序號(hào)起訖樁號(hào)長(zhǎng)度（m）中樁最大填高（m）最大邊坡高度（m）1YK5+075~YK5+170952K6+105~K6+3652603K7+580~K7+9003204K23+450~K23+6001505K23+900~K23+980806K24+535~ZK24+340597K29+540~K29+7001608K30+134~K30+3001669K30+780~K30+92014010K30+920~K31+26034011K31+280~K31+40012012K31+620~K31+77015013K31+810~K31+9009014K32+770~K32+92015015K33+100~K33+22012016K33+360~K33+4357517K33+440~K33+82038018K34+965~K35+14017519K35+240~K35+48024020K36+190~K36+33514521K36+375~K36+4558022K36+550~K36+60050 同時(shí)為確保邊坡穩(wěn)定，加強(qiáng)坡面平臺(tái)排水溝、截水溝、吊溝的設(shè)置，并于巖土交界面處和卵石夾層處設(shè)置6m寬挖方平臺(tái)，并根據(jù)土層情況增設(shè)必要的防護(hù)工程措施。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。整體式大橋2505m/9座，分離式大橋3090m/10座；整體式中橋134m/2座,分離式中橋241m/3座；；；渡槽180m /3座；涵洞110道；隧道3941米/3座（以單洞長(zhǎng)度計(jì)）；互通式立交4處（舊鐵路橋頭、扶河、金泉、太極鎮(zhèn)），平面交叉27處；服務(wù)區(qū)1處（青春灘、某）、停車區(qū)2處（三江口、金泉、大川）、管理所1處（青春灘）、養(yǎng)護(hù)工區(qū)1處（鹽鍋峽）、收費(fèi)站1處（張家臺(tái)）、隧道管理站處4處（青春灘、鹽鍋峽鹽鍋峽恐龍灣），觀景臺(tái)8處。 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+）。 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。在經(jīng)濟(jì)合理的前提下采取合理的加固措施，從而保證邊坡的整體穩(wěn)定性，是工程中需要解決的技術(shù)難題，也是當(dāng)前面臨的主要問(wèn)題。某滑坡見(jiàn)圖1所示。由于種種原因，導(dǎo)致邊坡穩(wěn)定性降低，滑坡時(shí)有發(fā)生，給道路的安全通行和當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)生活造成了不同程度的影響。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)。這些黃土路塹高邊坡由于縱斷面長(zhǎng)、橫斷面寬、坡高極高，工程量巨大，在經(jīng)濟(jì)合理的前提下采用合理的加固措施，從而保證邊坡的整體穩(wěn)定性，是工程中需要解決的技術(shù)難題，也是當(dāng)前面臨的主要問(wèn)題。WORD資料 下載可編輯一級(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 專業(yè)技術(shù)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。在地質(zhì)背景復(fù)雜的黃土地區(qū)進(jìn)行公路建設(shè)中，形成了大量黃土路塹高邊坡。鐵路、水利水電及公路等部門對(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)部門缺少邊坡設(shè)計(jì)依據(jù)。與此同時(shí)，西部大開(kāi)發(fā)也帶動(dòng)了某省高等級(jí)公路建設(shè)的快速發(fā)展，某省黃土地區(qū)公路己經(jīng)出現(xiàn)和將要出現(xiàn)大量的深挖路塹邊坡。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。XX一級(jí)公路深挖路塹高邊坡，由于縱斷面長(zhǎng)、橫斷面寬、坡高極高，工程量巨大，工程造價(jià)也就自然而然的很高，那么在這種實(shí)際情況下，實(shí)時(shí)地對(duì)XX一級(jí)公路深挖路塹高邊坡的設(shè)計(jì)方案開(kāi)展優(yōu)化和加固措施研究就很有必要。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。本項(xiàng)目的建設(shè)對(duì)開(kāi)發(fā)某至某沿黃河經(jīng)濟(jì)帶，整合區(qū)域特色旅游資源、打造沿黃河特色生態(tài)旅游線路具有重要意義。 本項(xiàng)目采用一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)車速為60km/h。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。泥巖挖方采用1:，每級(jí)高6m，對(duì)于平層、順傾砂巖邊坡，增設(shè)錨固防護(hù)后采用1:，加固邊坡高度每級(jí)8~10m。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。近幾十年來(lái)，邊坡穩(wěn)定性分析方法不斷得到發(fā)展，多種方法應(yīng)運(yùn)而生，如條分法、數(shù)值分析方法、塑性極限方法、可靠度法、模糊數(shù)學(xué)法、地質(zhì)類比法等。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。目前，所有定量地計(jì)算方法都是基于定性分析基礎(chǔ)之上的。（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)。主要用于天然斜坡的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。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。③ 圖解法：圖解法包括赤平極射投影、實(shí)體比例投影與摩擦圓等方法。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。其按照一定的格式，把各個(gè)邊坡工程實(shí)例的發(fā)育地點(diǎn)、地質(zhì)特征、變形破壞影響因素、形式、過(guò)程、加固設(shè)計(jì)以及邊坡的坡形、坡高、坡角等收集起來(lái)，并有機(jī)地組織在一起。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。（2）定量分析方法邊坡穩(wěn)定性定量分析是根據(jù)邊坡每一區(qū)段的巖土技術(shù)剖面，確定其可能的破壞模式，并考慮所受的各種荷載，如重力、水作用力、地震或爆破動(dòng)力等，選擇適當(dāng)?shù)膮?shù)進(jìn)行計(jì)算。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。① 極限平衡法極限平衡法是土坡穩(wěn)定性分析中發(fā)展最完善、最早出現(xiàn)的確定性分析方法。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。其中包括普通條分法、改進(jìn)條分法、畢肖普的改良方法、力平衡方法、MorgenSternNR及priceVE等方法，國(guó)內(nèi)外土力學(xué)教程中主要介紹的各種極限平衡法，如瑞典圓弧法、sarmaSK法。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。此外，極限平衡法沒(méi)有考慮材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，所求出土體條間的內(nèi)力或滑條底部的反力均不能代表邊坡滑動(dòng)變形時(shí)真實(shí)存在的力，所得安全系數(shù)只是假定滑裂面上的平均安全度。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。它幾乎適用于所有的計(jì)算領(lǐng)域，其最大優(yōu)點(diǎn)是不但能進(jìn)行線性分析還可以進(jìn)行非線性分析，但是有限元這種方法在實(shí)際工程中受物理參數(shù)選取影響較大，對(duì)大變形求解、應(yīng)力集中等問(wèn)題的求解還有待改進(jìn)。由于實(shí)際工程的復(fù)雜性，在運(yùn)用有限元分析高邊坡穩(wěn)定性的時(shí)候，應(yīng)該根據(jù)山體的巖質(zhì)情況，以及施工開(kāi)挖和支護(hù)進(jìn)程對(duì)高邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行施工進(jìn)度模擬分析，以確定施工和開(kāi)挖完成期該高邊坡的穩(wěn)定性。D V Griffiths等使得有限元分析結(jié)果更能反映實(shí)際邊坡。該方法不需要事先假定滑裂面的位置和形狀，由程序自動(dòng)求出滑裂面，而且能夠模擬支護(hù)體和坡體的共同作用，還能夠考慮到開(kāi)挖工程中對(duì)邊坡的影響。這樣確定的臨界折減系數(shù)即為邊坡的安全系數(shù)。曹先鋒等基于強(qiáng)度參數(shù)折減的有限元法，提出利用溫度場(chǎng)來(lái)控制強(qiáng)度參數(shù)的折減和利用ABAQUS使材料參數(shù)隨溫度變化的功能，整個(gè)分析過(guò)程是一次完成的，大大簡(jiǎn)化了計(jì)算工作量。無(wú)界元法是P Bettess于1977年首次提出的方法。其優(yōu)點(diǎn)是：有效地解決了有限元方法的人為確定邊界的缺點(diǎn)，在動(dòng)力學(xué)問(wèn)題、非線性問(wèn)題中尤為突出；顯著地減小了計(jì)算工作量，提高了求解精度和計(jì)算效率，目前常常與有限元法聯(lián)合使用。它將所研究的區(qū)域劃分成一個(gè)個(gè)多邊塊體單元，單元之間通過(guò)接觸關(guān)系，建立力和位移的相互作用關(guān)系，通過(guò)迭代，使每一塊體都達(dá)到平衡狀態(tài)，塊與塊之間沒(méi)有變形協(xié)調(diào)的約束，但需滿足平衡方程。它的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)是利用顯示時(shí)間差求解動(dòng)力平衡方程，可求解非線性大位移和非連續(xù)介質(zhì)大