邊坡穩(wěn)定分析與設(shè)計課件

邊坡工程的穩(wěn)定分析與設(shè)計

講座內(nèi)容一、坡體地形地質(zhì)環(huán)境

二、坡體形變－滲流場三、邊坡工程勘察要點

四、邊坡工程的設(shè)計與加固五、邊坡工程的錨桿設(shè)計六、預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計與施工

一、坡體地形地質(zhì)環(huán)境1．地形地貌

地形是制約岸坡穩(wěn)態(tài)的第一控制要素。岸坡變形的第一個起因是地形的改造，而變形易發(fā)部位是地形坡度陡變部位，變形域規(guī)模則取決于岸坡的高度。2．區(qū)域構(gòu)造與地震地質(zhì)環(huán)境在邊坡工程中，區(qū)域構(gòu)造環(huán)境問題可涉及四級構(gòu)造單元及其后續(xù)各級構(gòu)造。這個問題并沒有怎么引起工程師們的注意，特別是土木工程師。當(dāng)我們看到有些部位集中分布多個崩滑體時，第一個要想到的是區(qū)域構(gòu)造環(huán)境和地震地質(zhì)環(huán)境。區(qū)域構(gòu)造環(huán)境的分析要點是自老至新構(gòu)造應(yīng)力場的轉(zhuǎn)化，包括主應(yīng)力的偏轉(zhuǎn)(移)、壓(剪)應(yīng)力場向張(剪)應(yīng)力場的轉(zhuǎn)化、初始應(yīng)力釋放環(huán)境、蠕(流)變環(huán)境以及對滲流場和風(fēng)化作用的制約作用(優(yōu)勢面)等。3．邊坡地質(zhì)構(gòu)造邊坡地質(zhì)構(gòu)造是判斷獨立變形、運動單元的根本依據(jù)。具體要點如下：<2>坡體結(jié)構(gòu)控制岸坡的穩(wěn)態(tài)或變形的地質(zhì)構(gòu)造效應(yīng)有以下兩層意思：（1）剛度效應(yīng)坡體的整體剛度取決于節(jié)理裂隙的發(fā)育程度(當(dāng)然還有風(fēng)化程度)；（2）變形、失穩(wěn)類型取決于各類地質(zhì)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀同坡面產(chǎn)狀之間的相互關(guān)系。其中剛度效應(yīng)的表象是取決于剛度的變形差異，總體上表現(xiàn)為沉陷伴隨應(yīng)力相對集中域。如果應(yīng)力相對集中域里不存在軟弱夾層等低剛度層位，一般不會形成一定規(guī)模的崩滑事件。其效應(yīng)可分以下五種：<l>節(jié)理裂隙序次，至少要進行以下三個序次的統(tǒng)計分析：第一序次—周邊完整基巖的節(jié)理裂隙和劈理；第二序次—破碎巖體各獨立塊體的節(jié)理裂隙和劈理，含微構(gòu)造、顯微構(gòu)造系列；第三序次—新近出現(xiàn)的變形裂隙（縫）。1）順向坡。構(gòu)造界面傾向坡外。在眾多地質(zhì)界面中，層面是第一控制界面，而坡體的變形、失穩(wěn)型式是：

—隨著層面傾斜角的加大，順層滑移就更趨明顯，但當(dāng)傾斜角不小于70度時，坡體的變形、失穩(wěn)將轉(zhuǎn)化為傾倒、崩塌型；

—順層滑移的必備條件是控制界面上覆巖體在坡腳處臨空、被反傾向裂隙切斷或撓曲（皺）。不同于其他類型滑坡，順向坡上殘留的滑體不多見或即使殘留但規(guī)模不大而且多處于非穩(wěn)態(tài)或正在變形。2）由陡傾轉(zhuǎn)緩傾順向坡。自坡體向坡外方向，地層傾角由陡變緩，陡傾部位是主滑體，緩傾部位對主滑體構(gòu)成阻滑體，其阻滑作用將取決于緩傾段的面積。在順向坡中，橫向復(fù)精皺（軸線垂直江河流向）是最易變形的部位，特別是當(dāng)層間分布有煤線或碳質(zhì)頁巖時；而縱向復(fù)把皺（軸線平行江河流向）則決定治理方針甚至提示諸如抗滑樁的設(shè)置部位。所以，對于順向坡，微構(gòu)造研究也是主要的研究內(nèi)容。

3）逆向坡。逆向坡的穩(wěn)態(tài)取決于巖體的總體剛度，而變形、失穩(wěn)控制界面是反傾向裂隙。

當(dāng)坡體為石灰?guī)r或石英長石砂巖等高剛度巖體時，岸坡的變形、失穩(wěn)是局部性的且規(guī)模不大，但以易風(fēng)化碎屑巖為主體的岸坡，岸坡的變形、失穩(wěn)規(guī)模大，甚至也會出現(xiàn)滑移型失穩(wěn)，但基本上是墜潰型，反傾向裂隙的風(fēng)化追蹤會構(gòu)成坡體變形、失穩(wěn)主控界面，進而出現(xiàn)以滑移為主要形式伴有崩塌、旋轉(zhuǎn)等復(fù)雜的失穩(wěn)事件。4）斜切坡。斜切坡往往形成高、陡穩(wěn)態(tài)坡形，變形、失穩(wěn)基本上是局部性崩塌，除非存在幾乎平行坡面且傾向坡外的斷層或一組傾向裂隙（裂隙走向垂直地層走向）。5）水平層狀結(jié)構(gòu)岸坡。地層產(chǎn)狀幾乎水平或微傾坡外或微傾山體。這類岸坡的變形首先是取決于剛度的鉛直方向壓縮。在這類岸坡的變形、失穩(wěn)形式中需要指出的特例是：當(dāng)分布有富含蒙脫石的泥巖和易風(fēng)化長石砂巖時，上覆層位的變形、失穩(wěn)規(guī)?？蛇_到幾百萬立方米甚至幾千萬立方米。<3>節(jié)理裂隙層次同坡體結(jié)構(gòu)之間的相互關(guān)系物質(zhì)結(jié)構(gòu)水平結(jié)構(gòu)順傾向結(jié)構(gòu)1順傾向結(jié)構(gòu)2垂直結(jié)構(gòu)反傾向結(jié)構(gòu)紅層張裂谷張裂槽傾滑傾倒錯落順向坡墜潰4．地層巖性<1>火成巖岸坡在微、新狀態(tài)下為均勻介質(zhì)，其不均勻程度及剛度將隨風(fēng)化程度與節(jié)理裂隙發(fā)育程度而變化，岸坡的變形、失穩(wěn)主要是風(fēng)化帶的崩(剝)落和水沙流，極少有大規(guī)?；掳l(fā)生?；鹕交叶逊e體類似沉積巖特別是松散堆積體。當(dāng)深挖高邊坡涉及微新巖體時，地應(yīng)力場的調(diào)整效應(yīng)是一個很重要的方面。

地層巖性的岸坡變形、失穩(wěn)效應(yīng)最終反映在各層的剛度與抗剪強度。如果坡體各組成層位的剛度比值大于1／3，該坡體可作為準(zhǔn)均質(zhì)體考慮；若剛度比值不大于1／3，變形第一控制層位是剛度比值最小的那一層位。分析塑性域擴展趨勢時，各層抗剪強度值都有影響，但控制層位仍然是剛度最小的那個層位。<2>沉積巖岸坡

（1）以碳酸鹽巖為主體的岸坡這類岸坡的變形主控層位是泥、頁巖夾層，變形表象是因剛度相差懸殊而出現(xiàn)的變形差異，崩塌、傾倒和滑移等多種形式變形、失穩(wěn)都可出現(xiàn)，而在什么樣的情況下是傾倒、崩塌或滑移則取決于頁巖夾層的空間分布格局。當(dāng)不含泥、頁巖夾層時，碳酸鹽巖岸坡可視為高剛度準(zhǔn)均勻介質(zhì)，其中的各級風(fēng)化帶將反映在漸變的剛度上，故岸坡的變形、失穩(wěn)多局限在表層。深挖高邊坡涉及微、新巖體時要考慮地應(yīng)力場調(diào)整。不同于火成巖微、新巖體的地應(yīng)力場，在碳酸鹽巖微、新巖體中會出現(xiàn)喀斯特作用域和地下水深循環(huán)通道，該域已經(jīng)釋放有一定范圍的初始地應(yīng)力。

（2）碎屑巖岸坡這類岸坡的特點是砂巖(含石灰?guī)r、泥灰?guī)r)同泥、頁巖交互出現(xiàn)。從變形角度立論，若砂巖與泥、頁巖準(zhǔn)等厚度交互出現(xiàn)時，可視泥、頁巖的剛度為坡體的剛度；雙層結(jié)構(gòu)且上覆砂巖時，下伏泥、頁巖的剛度即成為控制性剛度，變形、失穩(wěn)表象是砂巖層的傾倒、傾滑、座(錯)落以及座滑等，取決于下伏泥、頁巖的風(fēng)化、剝落、掏(蝕)空帶往坡體深部的延伸程度。以泥、頁巖為主體的岸坡，鑒于表層風(fēng)化速度快且風(fēng)化物隨即以剝離或泥沙形式被地表徑流沖蝕，故除非下伏砂巖或灰?guī)r等高剛度層位且傾向坡外，一般難以出現(xiàn)大規(guī)?；?。5．匯水域及地表、地下水文網(wǎng)

當(dāng)一處坡體具備變形、失穩(wěn)條件時，導(dǎo)致其失穩(wěn)的直接誘發(fā)因素之一是水的作用，包括地表水和地下水的作用，其中地表水及大氣降雨又往往是該部位地下水的直接補給源，故對一處坡體的研究，它的研究范圍應(yīng)該是地表水匯水域，如下圖。地表水系的展布格局往往提示變形域或崩滑體的分布輪廓，同時又往往是崩滑體的解體邊界。

其次，一次大氣降雨有多少滲人地下和滲入到什么深度（不一定都滲人到地下水位而使地下水位回升）等，即大氣降雨怎樣改變原有滲流場，都要通過該匯水域的水文計算才能推斷。6．人為改造在前面已經(jīng)提到，一處岸坡的新的變形都是從改造地形而開始的。所以，人類的改造活動對岸坡穩(wěn)態(tài)的影響首先是不合理的開挖、切腳。當(dāng)然，人為的誘發(fā)作用還有爆破、（給）排水和排污失控以及亂砍濫伐和開墾等。二、坡體形變－滲流場

“地質(zhì)體”是坡體形變－滲流場的物質(zhì)載體。所謂地質(zhì)體，是指那些具備相對獨立地形有變形作用的自然體，其規(guī)模大者可以是一個板塊或大地構(gòu)造單元中的I級或II級等構(gòu)造單元，小者可以是可獨立變形、運動的坡體或崩滑堆積體。若要對一處岸坡的穩(wěn)態(tài)進行評估或?qū)窈蟮淖冃乌厔葸M行預(yù)測，需要用具體的特征參數(shù)建立各種變形影響因素之間的相互制約關(guān)系，進而描述變形進程。為此，必須將前述的地形地質(zhì)環(huán)境與條件轉(zhuǎn)化為可用數(shù)學(xué)物理模型進行描述的形變一滲流場這樣一個地質(zhì)體。1．形變場形變場由形變空間、形變主控界面、應(yīng)力場和地震力等構(gòu)成。

<1>形變空間

地殼表層是一個開放系統(tǒng)，而自然岸坡或人工邊坡的坡體外側(cè)是無限形變空間。但在另一方面，對一個具體的坡體而言，形變空間具有特定的含義：（1）均質(zhì)坡體應(yīng)力松弛域的下沉、傾倒、傾覆以及旋轉(zhuǎn)，形變空間除了坡外無限形變空間外，還有巖體自身的各類界面和風(fēng)化域。（2）非均質(zhì)坡體在具備均質(zhì)坡體上述形變空間的同時，易變形層位的存在使坡體的下沉、傾倒、傾覆以及旋轉(zhuǎn)等形變優(yōu)勢化或特性化，即易變形層位的分布格局(水平、順向、逆向或斜切)決定坡體的主要變形型式及變形域的規(guī)模。作為特例的切腳順向坡，形變空間特指坡腳臨空部位，或者說該部位是導(dǎo)致邊坡滑移的初始形變空間。

當(dāng)研究崩滑體的今后變形趨勢時，形變空間的判斷具有特別重要的意義，同時有一定難度，因為形變空間的函義同時包含兩個方面的內(nèi)容：

一是崩滑體是沿著原來的主滑帶發(fā)生整體性滑移；二是崩滑體自身的變形同以滑移型式出現(xiàn)的整體性失穩(wěn)又有什么關(guān)系？其中，前一個問題是坡外無限形變空間問題，而后一個問題是地質(zhì)體自身的有限形變空間，二者的概念截然不同。所以，邊坡工程中很重要的研究內(nèi)容是形變空間的判斷，而正是這個判斷方能揭示坡體的變形、失穩(wěn)機理。<2>形變主控界面

形變主控界面要分以下四個層次進行研究：

（1）第一層次構(gòu)造成因節(jié)理裂隙和斷層、擠壓帶、劈理、層間剪切(滑)帶、層間揉皺帶，而節(jié)理裂隙的基本格局是走向、傾向及一對剪裂隙(平面)和反傾向裂隙(剖面)，但要注意不同構(gòu)造期的節(jié)理裂隙系統(tǒng)；（2）第二層次同邊坡成型同步的卸荷松弛域，多數(shù)追蹤初始構(gòu)造成因界面并使其規(guī)模擴大，但也會形成新的界面，使斷續(xù)構(gòu)造界面相互連接貫通；（3）第三層次風(fēng)化作用在脆性巖體中基本上追蹤構(gòu)造成因界面發(fā)生，在泥質(zhì)碎屑巖中還可產(chǎn)生風(fēng)化裂隙；（4）第四層次變形裂縫、重力成因斷層、蠕（流）變域。只有在對上述四個層次的界面系統(tǒng)進行細微的調(diào)查、歸類之后才能判斷那些直接控制坡體變形、失穩(wěn)的界面組合模式，而這個問題卻往往被忽略。<3>應(yīng)力場

一般來講，地殼的應(yīng)力場自表層、淺部的自重應(yīng)力場向深部地殼構(gòu)造應(yīng)力場過渡，而自重應(yīng)力場同構(gòu)造應(yīng)力場之間的差別在于后者應(yīng)力場的兩個水平方向主應(yīng)力s2和s3大或者說三個主應(yīng)力量級相當(dāng)甚或水平主應(yīng)力s2或s3大于鉛直方向主應(yīng)力s1

。2．滲流場

匯水域及地表、地下水文網(wǎng)對邊坡穩(wěn)定的影響趨勢（一）地下水的補給、賦存和運移系統(tǒng)

坡體地處地表、地下水的排泄部位，除了碳酸鹽巖以外，碎屑巖、特別是第四系地層岸坡，地表水改造坡體表面甚至形成各種類型沖溝網(wǎng)或使坡體解體；地下水排泄（出露）部位又往往是坡體變形、失穩(wěn)起始點。

所以，在對一處坡體進行研究時，必須查明地下水的補給源，地下水的賦存條件或?qū)游灰约霸摰叵滤难h(huán)過程。一般而言，有以下四種情況：（1）越流式補給主要是長石石英砂巖、巖溶地區(qū)和第四系地層中的粉細砂、中粗砂層，往往以層間賦水形式出現(xiàn)，承壓或間歇型承壓，地下水動態(tài)基本上不受坡體處大氣降雨影響，且具有一定的動貯量。（4）江水波動域主要是松散介質(zhì)岸坡，在汛期受江水瞬即補給，特大洪水往往形成負型，地下水位即地下水位外側(cè)高內(nèi)側(cè)低但塞水域限于沿江一帶，對坡體的改造影響明顯。（2）上層滯水型這是完全受控于大氣降雨的、淺層封閉或半封閉型賦水，這類賦水層(域)往往是淺層變形、失穩(wěn)的控制部位；巖質(zhì)岸坡中的卸荷松弛域也屬于這種類型。（3）地下水賦水帶(層)主要出現(xiàn)于第四系地層及崩滑體中，大體上以下伏基巖面為底板，在松散地層底部一定厚度賦水，補給源一是周邊基巖裂隙水，二是大氣降雨或地表堰塘滲水。地下水動態(tài)同大氣降雨之間的相互關(guān)系取決于坡體的滲透性能，中、強透水介質(zhì)中，地下水位變化直接受控于大氣降水，但一般地，地下水位變化滯后大氣降雨數(shù)小時至數(shù)日，在弱透水介質(zhì)中這種關(guān)系不甚明顯。坡體滲流場地下水補給源的判斷有以下三種情況：3）同時有第1）和第2）兩種補給源，是一種最復(fù)雜的情況，多出現(xiàn)在巖溶地區(qū)和深大斷裂或斷裂、裂隙密集部位。判斷這三種類型最簡便的方法是鉆孔分段、分層地下水位與水溫及水化學(xué)成分的鑒定，故在岸坡穩(wěn)態(tài)研究中“終孔混合水位”的概念是忌諱的。

1）滲流場面積同補給區(qū)面積相對應(yīng)，即坡體滲流場的地下水直接由大氣降雨滲入補給，故滲流場僅局限在淺層風(fēng)化帶中；2）補給區(qū)面積大于滲流場面積，坡體滲流場的地下水可由外圍地下水補給甚至越流式補給，坡體中地下水多呈現(xiàn)為脈狀承壓，在巖溶地區(qū)還會出現(xiàn)集中型甚至管道流；（二）地下水動力學(xué)參數(shù)

對坡體地下水的補給、賦存和運移條件的研究，其最終目標(biāo)是要判斷以下地下水動力學(xué)參數(shù)：(1)集水結(jié)構(gòu)垂直岸線或同岸線大角度斜切的長而大或可追蹤貫通的節(jié)理裂隙、斷層、擠壓破碎帶和松動域，可匯集地表地下水。(2)受(水)壓結(jié)構(gòu)(面)大致平行岸線或同岸線小角度斜切的長大或可追蹤貫通的節(jié)理裂隙、斷層、擠壓破碎帶和松動域。由于地表水位的波動，這一結(jié)構(gòu)(面)始終處于靜、動水壓力周期性變化環(huán)境中，故構(gòu)成岸坡的變形與失穩(wěn)的第一控制界面。水平地層(穩(wěn)態(tài))水平地層(泥巖侵蝕效應(yīng))

水平地層(泥巖侵蝕效應(yīng))

陡傾順向坡(穩(wěn)態(tài))

緩傾順向坡(侵蝕性改造)

切向坡(穩(wěn)態(tài))

在非均質(zhì)松散介質(zhì)中，滲透系數(shù)劇變部位可以形成明顯的靜水壓力或浮托力，而這兩種力對該地質(zhì)體的整體作用表象是似動水壓力，而在準(zhǔn)均勻介質(zhì)中，地下水的作用則表現(xiàn)為有效應(yīng)力場即孔隙水壓力效應(yīng)。

孔隙水壓力效應(yīng)也是一個復(fù)雜的過程：孔隙水壓力的存在條件是飽水介質(zhì)處于圍壓作用環(huán)境，而若不存在圍壓條件，孔隙水壓力即消散。實踐資料提示，在K=10-5～10-7cm/s介質(zhì)中，孔隙水壓力也在消散。

但實際調(diào)查必須注意的問題是介質(zhì)的滲透各向異性和非均質(zhì)程度，故若能進行滲透系數(shù)區(qū)劃，可大體了解孔隙水壓力、靜水壓力以及浮托力等三種效應(yīng)。（3）動水壓力形成條件確定地下水流網(wǎng)系統(tǒng)(孔隙或裂隙系統(tǒng))、滲透系數(shù)等。其中

Pid為第i條塊單寬上體中的動水壓力(t/m)，作用點取水深之一半、方向為水流的切線方向；bi為第i條塊水壓力作用傾斜角；A0i為第i條塊地下水位以下部分的面積(m2)；n

為邊坡材料的孔隙比；n

為水的重度。（4）附加荷重效應(yīng)

考慮到崩滑體等介質(zhì)的滲透系數(shù)多居10-3～10-5cm/s間以及非均勻滲透性，地下水位的變化還往往表現(xiàn)為附加荷重的形式。

地表水體(如湖泊、水庫等)自低水位至正常水位，然后自正常水位再到低水位，將直接干擾岸坡滲流場。如果水位快速降落，岸坡、松散介質(zhì)中地下水位回升之后來，特別是在水庫中水位同步降落，高、低水位之間的水體對下伏主滑帶等變形主控界面是將產(chǎn)生額外增加的附加荷重，在主控界面的正應(yīng)力分量增大，相應(yīng)地，沿變形界面的剪應(yīng)力成分也增大，故地質(zhì)體沿變形界面的抗滑強度也隨之變化。在這樣的情況下，額外增加了的水體荷重對該地質(zhì)體的穩(wěn)態(tài)是不利。（5）物理化學(xué)效應(yīng)

對于一個傾斜型主變形界面(如原主滑帶或基巖面)上的地質(zhì)體而言，影響甚至決定該地質(zhì)體穩(wěn)態(tài)的主控因素就是主變形界面飽水后的物理化學(xué)作用。飽水體的力學(xué)參數(shù)總是小于干燥體的力學(xué)參數(shù)。如果水化學(xué)作用兼而有之，特別是溶蝕而不是諸如鈣化等膠結(jié)作用，c、f值會有根本性的變化。三、邊坡工程勘察要點

從力學(xué)角度考察，邊坡工程介于地基工程與硐室工程之間。地基工程的主要指標(biāo)是巖土地基的承載力，而地基內(nèi)任意點基本上處于三維應(yīng)力狀態(tài)；硐室則改造（釋放）硐周初始地應(yīng)力場但硐室尺寸不大，對初始應(yīng)力場的改造空間有限。邊坡工程則是開放系統(tǒng)，具備大體積巖體自由運動的空間，高陡人工邊坡還涉及初始構(gòu)造應(yīng)力場。所以，邊坡工程的地質(zhì)勘察所涉及的內(nèi)容要比地基工程或硐室工程豐富很多。邊坡工程勘察設(shè)計階段

技術(shù)設(shè)計竣工驗收

施工詳圖設(shè)計初步設(shè)計選線勘察1．基本資料及工程地質(zhì)分段（區(qū)）

類似其他類型工程，邊坡工程，公路(鐵路)跨越不同的地形地貌類型及構(gòu)造單元的線型工程的邊坡設(shè)計，特別需要區(qū)域性地質(zhì)、地震資料。

區(qū)域性地質(zhì)、地震資料的研究目標(biāo)是了解各部位坡體的巖石類型及其組合、控制坡體變形、失穩(wěn)的主要構(gòu)造、地表水的展布格局及水文地質(zhì)類型以及地震等，進而進行工程地質(zhì)分段(區(qū))。各段(區(qū))要分別編制相應(yīng)的勘察要求，其目的是明確各部位地質(zhì)勘察工作的內(nèi)容與目標(biāo)，防止或避免普通地質(zhì)學(xué)調(diào)查。通過勘察，各不同類型段（區(qū)）要按邊坡工程的難易程度進行“邊坡工程適宜程度分區(qū)”。邊坡工程適宜程度分區(qū)的依據(jù)是地形坡度及微地貌分區(qū)圖；穩(wěn)態(tài)分區(qū)圖和水文地質(zhì)分區(qū)圖。（一）地形坡度及微地貌分區(qū)圖

地形坡度及微地貌分區(qū)圖的編制依據(jù)是地形坡變，可按(用坡角表示)小于5度，5～10度，10～15度，15～20度，20～30度及大于30度等六級進行分區(qū)。（二）穩(wěn)態(tài)分區(qū)--穩(wěn)態(tài)的判別標(biāo)志是：l）在自然狀態(tài)下坡體整體穩(wěn)定，不存在可導(dǎo)致坡體大體積變形、失穩(wěn)的構(gòu)造界面及這類界面的組合條件；2）開挖邊坡不會導(dǎo)致坡體大體積變形、失穩(wěn)。根據(jù)坡體的穩(wěn)態(tài)，可劃分為穩(wěn)定的、欠穩(wěn)定的、不穩(wěn)定的和警戒區(qū)等四級：（4）警戒區(qū)正在變形中的坡體（變形體）和崩滑體等。（l）穩(wěn)定的坡體在自然狀態(tài)下和開挖邊坡后均處于穩(wěn)定狀態(tài)，基本上可不采取護坡措施。（2）欠穩(wěn)定的坡體在自然狀態(tài)下穩(wěn)定但在開挖邊坡后可能導(dǎo)致局部性變形、失穩(wěn)，需要采取支護措施。（3）不穩(wěn)定的坡體內(nèi)存在著的地質(zhì)結(jié)構(gòu)面在開挖邊坡后可能構(gòu)成較大體積變形、失穩(wěn)的控制界面（組合），支護工程量大。（三）水文地質(zhì)分區(qū)--兩個層次

第一層次——地下水補給源的判斷有三種情況：（1）越流式補給指坡體地表水匯水域的外圍補給源。這類情況主要地出現(xiàn)在巖溶地區(qū)和易風(fēng)化（特別是層間風(fēng)化）長石砂巖分布區(qū)，它們的水補給源較遠甚至很遠（如地下暗河）。（2）大氣降雨補給指含水層或賦水域的面積同大氣降雨補給面積一致或大體相當(dāng)，換句話說坡體中的地下水補給源僅限于該部位的地表水匯水域。（3）混合補給除了第（2）補給源外還有周邊裂隙水補給，或第（1）和第（2）補給源同時存在。

第二層次—坡體各層（部位）賦水、透水性可按下述內(nèi)容進行分析判斷：

1）在砂泥巖交互層中，砂巖是否順層深化構(gòu)成層間含水層。

2）斷層帶、劈理帶、裂隙密集帶以及劇烈揉格帶。

3）巖溶洞穴、溶隙。

4）松散堆積層。（四）邊坡工程適宜程度分區(qū)

坡度、穩(wěn)態(tài)及水文地質(zhì)分區(qū)圖是邊坡工程適宜程度分區(qū)圖的編制依據(jù)。邊坡工程適宜程度可分以下五級（區(qū)）：V區(qū)（回避區(qū)、警戒區(qū)）－具備大體積變形、失穩(wěn)的條件、如崩滑體和變形體等。I區(qū)（適宜區(qū)）－地形坡度（用坡角）小于10度，即基本上不形成人工邊坡，或深挖邊坡的坡頂近水平，不存在斜坡一帶常見的、平行坡面的主應(yīng)力效應(yīng)，這類主應(yīng)力往往導(dǎo)致斜坡淺部傾覆、剪滑；地質(zhì)條件穩(wěn)定；不存在大的靜、動水壓力形成條件；邊坡支護工程簡單或不需支護。II區(qū)（較適宜區(qū)）－基本上類似I區(qū)，唯地形坡度(坡角)10～15度，仍不會形成高、陡邊坡，但深挖邊坡會揭露軟硬相間層位或地下水位，需要一定的支護、排水工程量。III區(qū)（限制區(qū)）－地形坡度15～25度，坡體地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜或遇見地下水處理問題，要求嚴(yán)格論證坡高、坡形以及支護排水措施IV區(qū)（復(fù)雜區(qū)）－地形坡度大于25度且地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，開挖邊坡會誘發(fā)坡體變形、失穩(wěn)，支護工程量大。2．必須提交的成果

1）區(qū)域地質(zhì)、地震環(huán)境論證報告；2）綜合工程地質(zhì)圖（含地質(zhì)剖面圖）；3）邊坡工程適宜程度分區(qū)圖；4）分段控制結(jié)構(gòu)（面）及其組合模式和邊坡穩(wěn)態(tài)分析模型；5）邊坡設(shè)計基本參數(shù)，含可導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)的各參數(shù)臨界值；6）可導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)的主誘發(fā)因素。

四、邊坡工程的設(shè)計與加固

1．邊坡工程設(shè)計與加固的順應(yīng)性與協(xié)調(diào)性準(zhǔn)則

判斷一處邊坡是否安全，取決于對邊坡所處自然環(huán)境與地形、地質(zhì)環(huán)境的了解程度，以及能否把握住保持邊坡安全的基本條件（或主導(dǎo)因素）。這個問題在地形地質(zhì)情況復(fù)雜的地區(qū)更顯突出、重要。改造自然的第一條基本準(zhǔn)則是“順應(yīng)”，即充分利用自然界造就出來的穩(wěn)定狀態(tài)（簡稱穩(wěn)態(tài)）條件，改造那些處于非穩(wěn)態(tài)的自然條件使之處于新的穩(wěn)態(tài)。

邊坡工程設(shè)計與加固的順應(yīng)性與協(xié)調(diào)性準(zhǔn)則所體現(xiàn)的基本思路是巖土工程問題需要從大局著眼，判斷區(qū)域性環(huán)境對局部環(huán)境的主控成分（要素），然后對各類問題逐一進行調(diào)查并作出結(jié)論或擬定“順應(yīng)”條件。2．邊坡的設(shè)計與支護思路

以土質(zhì)邊坡為例，今設(shè)在該邊坡上開辟一條公路或房基，在考慮順應(yīng)性與協(xié)調(diào)性準(zhǔn)則的前提下容許的人工邊坡、坡高與坡度應(yīng)該怎么決定。

人工邊坡是否遵循了順應(yīng)性準(zhǔn)則，其參比識別標(biāo)志是所謂的穩(wěn)態(tài)坡形。處于穩(wěn)定狀態(tài)的自然邊坡，是經(jīng)歷地質(zhì)歷史時期形變場、滲流場、熱流場、化學(xué)場以及地表侵蝕等多種改造作用綜合調(diào)整的結(jié)果，所以它是識別穩(wěn)態(tài)坡形的第一依據(jù)坡形。

順應(yīng)性與協(xié)調(diào)性準(zhǔn)則的實質(zhì)是要充分利用自然界自身的穩(wěn)定條件，改造不穩(wěn)定部分，使邊坡長期處于穩(wěn)定狀態(tài)。依山就勢和因地制宜，可以說是實施順應(yīng)性與協(xié)調(diào)性準(zhǔn)則的具體體現(xiàn)。自然界是一個復(fù)雜系統(tǒng)，既合穩(wěn)定成分也有不穩(wěn)定成分，隨著時間的推移，原來穩(wěn)定的成分還會轉(zhuǎn)化成為不穩(wěn)定成分，或者說人類活動的干擾將會加速這類轉(zhuǎn)化。所謂地質(zhì)災(zāi)害或環(huán)境地質(zhì)問題，是以人類的生存條件(環(huán)境)為主體而定義的。如何防止或避免這類環(huán)境地質(zhì)問題即構(gòu)成邊坡設(shè)計的基本思路。環(huán)境地質(zhì)問題將起因于以下三個方面：

一是地形、地質(zhì)環(huán)境中的不穩(wěn)定成分直接轉(zhuǎn)化為環(huán)境地質(zhì)問題。比如，若一條公路穿越變形中的崩滑體，該崩滑體終會失穩(wěn)。而這一趨勢是客觀存在的，公路建設(shè)會加速變形進程但不是導(dǎo)致其失穩(wěn)的直接原因。

二是人類的工程活動誘發(fā)新的地質(zhì)問題發(fā)生。比如堆積在傾斜面的坡積層在自然狀態(tài)下是穩(wěn)定的，但將其長距離開挖至基巖面時，坡積層即開始變形甚至大面積下滑。當(dāng)邊坡揭露地下水面時也出現(xiàn)類似的地質(zhì)問題。

三是諸如地震等或然性事件誘發(fā)坡體變形、失穩(wěn)等。地震動所引起的崩、滑即屬這一類。

所以，如何區(qū)別上述可導(dǎo)致環(huán)境地質(zhì)問題的三種原因及它們之間的相互關(guān)系，是邊坡的設(shè)計與支護工程首先必須答復(fù)的問題，而這些問題又將因坡體類型不同而不同。（1）邊坡的設(shè)計與支護基本要素

(一)巖質(zhì)邊坡<1>地形要素－誘發(fā)新的地質(zhì)問題，首先是由于對原有地形的改造，特別是在山區(qū)。要使改造后的地形仍然處于穩(wěn)定狀態(tài)，人工邊坡的設(shè)計參比坡形就是該部位的自然穩(wěn)態(tài)坡形。<2>地層巖性要素-從巖石類型可以推斷邊坡的變形、失穩(wěn)型式。1）結(jié)晶巖寬厚風(fēng)化層(殼)沿沖溝兩側(cè)岸坡的局部性崩塌，南方多成“崩崗”地形。2）石灰?guī)r除了含夾層順向坡可以發(fā)生滑移性失穩(wěn)外，多呈現(xiàn)為崩塌或被溶隙切割而形成的分割塊體的傾倒、傾滑以及空間撓曲、壓裂等。3）砂、泥巖交互層主要表現(xiàn)為泥巖風(fēng)化、侵蝕而導(dǎo)致上覆砂巖座落(滑)，故多呈臺階型地形。4）泥巖基本上是風(fēng)化剝蝕、水土流失或泥石流；當(dāng)其被深大沖溝切割時，兩沖溝間巖體風(fēng)化、松弛后有可能發(fā)生較大體積巖體滑移。5）膨潤土蒙脫石等親水礦物必然成為坡體變形、失穩(wěn)控制層，在地層產(chǎn)狀近水平的地區(qū)也是如此。<3>地質(zhì)構(gòu)造要素1）地層產(chǎn)狀近水平坡體的變形、失穩(wěn)主控界面是平行江河、溝谷的垂直裂隙同層面的組合，變形體的規(guī)模取決于側(cè)向（垂直江河、溝谷）界面的間距。當(dāng)下伏親水礦物層或易風(fēng)化層時，變形、失穩(wěn)規(guī)?？蛇_幾百萬甚至幾千萬立方米，重慶市和萬縣市即是如此。2）順向坡當(dāng)?shù)貙訉用鎯A向江河時，順層（面）的變形、失穩(wěn)是基本型式，而變形、失穩(wěn)規(guī)模的控制參數(shù)是層問摩擦角（f）同巖層傾斜角(as)二者的關(guān)系，即變形、失穩(wěn)條件是：

as>f。3）反向坡當(dāng)?shù)貙觾A向山體時，坡作的變形、失穩(wěn)控制界面是反傾向（即傾向江河）裂隙同層面的組合。在低剛度砂、泥巖交互層中呈現(xiàn)為墜潰型失穩(wěn)。4）斜切坡坡體的變形、失穩(wěn)型式及規(guī)模取決于走向裂隙與傾向裂隙產(chǎn)狀同層面產(chǎn)狀之間的相互關(guān)系，在高剛度巖體中呈現(xiàn)為局部性崩塌，在低剛度巖體中可形成一定規(guī)模的崩滑或墜潰。(二)土質(zhì)邊坡1）沖洪積層變形、失穩(wěn)控制層是層間粉細砂（即易液化層）、淤泥以及膨潤土；當(dāng)邊坡切穿地下水面時，地下水滲出部位往往是邊坡失穩(wěn)的起跳部位。2）傾斜面上的崩坡積層這類層位需要特別謹慎，基巖面往往是地下水循環(huán)帶，一旦揭露地下水必將導(dǎo)致大面積變形、失穩(wěn)。3）崩滑體崩滑體首先必須論證其今后的演化趨勢，分別論證淺層失穩(wěn)與整體性失穩(wěn)的條件。在對崩滑體的整體穩(wěn)態(tài)進行充分論證之后，具體研究建筑物位置或公路線路。不同于沖洪積層，崩滑體多疏松、架空，故邊坡工程必須考慮上體的固結(jié)問題。崩滑體要按物質(zhì)結(jié)構(gòu)進行分區(qū)并利用以碎塊石為主體的區(qū)域，回避以泥土為主體的部位，因為崩滑體的后期改造主要地出現(xiàn)在這類部位。4）地表地下水除了地震和大藥量爆破等不合理的人類活動干擾外，影響邊坡和崩滑體穩(wěn)定的第一因素是水，故對地表水和地下水的研究進而建立滲流場模型，是邊坡工程和崩滑體治理工程的第一任務(wù)。具體地，要明確以下幾個方面的問題：1>地下水同大氣降雨、洪水之間的相互關(guān)系；2>地下水的補給、賦存、運移及排泄；3>坡體的滲透系數(shù)分區(qū)；4>靜、動水壓力形成條件及量級；5>地下水的化學(xué)成分。據(jù)此，具體進行地表、地下水排水型式及系統(tǒng)設(shè)計。

疏干坡體或崩滑體，固然是我們所期望的最終目標(biāo)，但實際上不可能做到。我們所能做到的就是：坡體或崩滑體的地下水位要保持在一個水平，在這個水平下，該坡體或崩滑體的穩(wěn)態(tài)能得以保證。必須強調(diào)的是：不要改變變形主控界面（如原主滑帶或?qū)娱g軟弱夾層）處于季節(jié)性干、濕交替環(huán)境中。要保證：要么使其處于干燥或天然含水量狀態(tài)，要么使其處于飽和狀態(tài)（但必須論證飽水條件下坡體或崩滑體的抗滑安全余度）。(2)邊坡的支護

邊坡的支護基本上是以下三個方面考慮：1）對坡體上已經(jīng)出現(xiàn)的松動帶的處理。實際上所有人工邊坡都注意到了這個問題。故多采用掛網(wǎng)噴漿、錨固、清除等多種手段進行治理。2）不使人工邊坡導(dǎo)致坡體出現(xiàn)新的松動域。這個問題主要出現(xiàn)在深挖而且涉及初始地應(yīng)力場邊坡中。在這類場合，首先要進行地應(yīng)力場研究，然后進行彈塑性有限元分析，大體評估可能的應(yīng)力松弛帶及其規(guī)模并用變形監(jiān)測數(shù)據(jù)進行反分析。同有限元分析結(jié)果相比較，依次修正分析模型，最后推斷可能的變形量量級與應(yīng)力松弛帶的規(guī)模，以作為錨固設(shè)計依據(jù)。在這一分析中，還要進行獨立運動塊體的判斷甚至離散元分析，以確定局部補強方案。3）不使人工邊坡改變坡體初始滲流場。該個問題的難度較大，特別是地下水排水系統(tǒng)設(shè)計，主要是由于初始滲流場情況不明了。巖體滲流場模型的建立依據(jù)主要是斷層、劈理帶、裂隙密集帶以及松動、風(fēng)化帶等集水構(gòu)造或部位的空間展布格局，然后進行水文地質(zhì)鉆探與試驗，以獲取必要的滲流場參數(shù)。故治理措施基本上是地表排水，人工邊坡要及時掛網(wǎng)噴漿進行保護。3．土質(zhì)邊坡的抗滑措施

土坡增加穩(wěn)定的常用兩種方法是：①利用一種外來施加的力系抵消或平衡下滑力；②增加土體的內(nèi)在強度以致斜坡在沒有外來力系的幫助下保持穩(wěn)定。在設(shè)計研究期間，兩種方法都應(yīng)予以考慮，以保證最好的技術(shù)經(jīng)濟效果。類似的方法也被用來整治施工期或施工后發(fā)生的滑坡。

增加潛在的或現(xiàn)有的滑坡的抗力的很多方法都是適用的。盡管這些方法的內(nèi)容可以是很廣泛的，但可以把它們概括為兩個基本原則：①在滑坡的趾部施加抗滑力；②增加滑動帶土體的強度。下面介紹三種方法（扶壁或填土反壓、樁系統(tǒng)和錨固系統(tǒng)）主要是在滑動體趾部施加抗力，而其余的方法(地下排水、化學(xué)處理、電滲排水和焙燒處理)是增加破壞帶土體強度的主要方法。（一）施加外力(1)扶壁或填土反壓法

穩(wěn)定斜坡的扶壁或填土反壓設(shè)計包括一個基本原則，那就是提供足夠的自重或在不穩(wěn)定體的趾部附近人為地增強約束以防止坡體移動。根據(jù)未支擋前的斜坡幾何形狀和可利用的土的抗剪強度作的穩(wěn)定分析預(yù)示出導(dǎo)致坍滑的各種力和土體中存在的抵抗移動的各種力。扶壁則在斜坡的趾部附近提供一個附加抵抗分力以保證足夠的抗破壞安全系數(shù)。作為設(shè)計的穩(wěn)定體的任何抗滑結(jié)構(gòu)的效能體現(xiàn)在該結(jié)構(gòu)物對下述三種情況的抗衡作用：①傾覆；②沿基底面或基底以下的滑動；③內(nèi)部剪切作用。在抗傾覆分析中，把扶壁視為承重結(jié)構(gòu)并對力系進行解析，以保證合力的適當(dāng)位置。在基底面或基底以下的潛在滑動分析中，在設(shè)計和施工階段都必需注意，確保扶壁具有足夠的基礎(chǔ)深度和保證扶壁置于其上的土層的規(guī)定質(zhì)量。考慮內(nèi)部剪切作用時，要求設(shè)計者必需驗算扶壁或填土反壓結(jié)構(gòu)內(nèi)不同高度處橫斷面的尺寸，保證抗滑結(jié)構(gòu)不致受內(nèi)部剪切而破壞。(2)支承樁法

加筋土是由回填土和土工織物、土工格柵按一定的設(shè)計組成的材料，能形成一個足夠支承和約束大負荷的塊體。加筋土擋墻的側(cè)面通常是垂直的，且填料被充填在織物或素混凝土板的后面。加筋上在公路建設(shè)中正獲得更多的用途，特別是用作扶壁式的擋土結(jié)構(gòu)。和扶壁一樣，加筋土是一種設(shè)置于穩(wěn)定基礎(chǔ)上的重力式結(jié)構(gòu)，并且這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計必須能抵抗各種斜坡推動力，即能抗傾覆、抗內(nèi)部剪切和抗基底面或低于基底面的滑動。通常采用的扶壁或支承結(jié)構(gòu)的其他類型包括木材擋土墻；木的、金屬的和混凝土的框架；毛石的和污工的擋土墻、鋼筋混凝土擋土墻及不同型式的錨桿擋墻。

在城市地區(qū)減緩斜坡或填土反壓都不適于解決路塹邊坡的穩(wěn)定問題。由于用地的限制和已有的結(jié)構(gòu)物的存在，要求更緊密地注意擬定的穩(wěn)定方案所帶來的可以接受的危險。一種實用的方法是用大直徑的樁群作為預(yù)挖支承。需詳細地預(yù)示出導(dǎo)致移動的力系，而抵消土體移動所必需的附加力由緊密排布的垂直樁墻來提供?，F(xiàn)澆樁群可以設(shè)計成懸臂式或帶錨桿的錨系式。兩者中任一方式都要求樁的橫斷面能抵抗土體在開挖過程中的全部土推力。(3)錨固法

在很多情況下，大的滑體移動往往在樁尖以下土體中發(fā)展成破裂面，所以，這種樁的所有設(shè)計方案都應(yīng)該用實際的土參數(shù)慎重進行。甚至是最小的滑體，這些力也是較大的，因而，為防止土體滑動并充分發(fā)揮樁的效能，必須使它具有足夠的橫斷面和錨固深度。

錨固系統(tǒng)是一種類型錨系墻，這種墻的許多變換形式的設(shè)計是有用的。這種墻的設(shè)計都是利用拉桿系統(tǒng)傳遞荷載到滑體后面良好抗力區(qū)域，并使其承受作用在墻上的回填土壓力這一基本原則的。拉桿包括先張拉或后張拉的鋼束、拉桿或者是鋼絲和某些形式的錨固樁或能發(fā)揮足夠被動土壓力的其他方法。（二）增加滑體滑面本身強度(1)地下排水法

滑體的最有效處理措施之一是通過地下排水來增加土體的抗剪強度，即提高土體的c、f值，同時也可增加破壞面上的有效垂直應(yīng)力，使總的抗滑能力提高。－－破壞面上的有效垂直應(yīng)力。(2)化學(xué)處理法

該項技術(shù)包括用濃縮的化學(xué)溶液處理沿潛在滑動面的粘土礦物。用于離子交換的實際化學(xué)溶液是由被處理土的粘土礦物和滑動土體中的主要地下水狀況來確定的。為了借助于離子交換使粘土的性質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)變化，粘土礦物中的一些陽離子被注入的化學(xué)溶液中的不同陽離子置換出來。在飽和粘土中，陽離子通過土結(jié)構(gòu)的遷移速度比水滲透的速度似乎快得多。陽離子置換可能導(dǎo)致土的剪切強度增到200％～300％。雖然用各種方法處理的大多數(shù)粘土的剪切帶初始強度是較低的，但是，強度相對的較小增加通常就足以使滑體穩(wěn)定。

其他化學(xué)處理法有石灰或石灰土混合法、水泥砂漿和含鉀溶液漿。試圖增加土的抗剪強度最常用的化學(xué)處理主要是石灰。水泥灌漿法在某公路工程中得到應(yīng)用，一段90m臺階形公路路塹開始向前滑動，并威脅公路和公路邊坡下大的供水水庫。經(jīng)調(diào)查分析表明道路基礎(chǔ)區(qū)域由較厚的破碎塊石、巖錐碎屑組成。在沿巖石空隙大的滑動面處設(shè)置了觀測儀器，將大量的水泥漿灌注到該層的空隙中和周圍區(qū)域，增加了斜坡基礎(chǔ)的抗剪強度。雖然大量的漿液費用很高，但斜坡確實被穩(wěn)定住了。(3)高壓噴射注漿法

利用鉆機將帶有噴嘴的注漿管鉆進滑體滑動面的預(yù)定位置后，以高壓設(shè)備使?jié){液或水以20MPa左右的高壓流從噴嘴中噴射出來，沖擊破壞土體。當(dāng)能量大、速度快和呈脈動狀的噴射流的動壓超過滑體土體的結(jié)構(gòu)強度時，土粒便從土體剝落下來，在噴射流的沖擊力、離心力和重力等作用下與漿液攪拌混合，并按一定的漿土比例和質(zhì)量大小有規(guī)律的重新排列。漿液凝固后，便在土中形成一個固結(jié)體。固結(jié)體的形狀和噴射流移動方向有關(guān)。一般分為旋轉(zhuǎn)噴射（簡稱旋噴，主要用在地基加固）及定向噴射（定噴）。后者是噴嘴一面噴射一面提升，噴射方向固定不變，固結(jié)體形如壁狀，特別適合于加固滑坡體，它不僅具有加固質(zhì)量好、可靠性高、止水防滲、防止砂土液化、降低土中含水量和減少支擋結(jié)構(gòu)上的滑體壓力等特點，而且還具有不影響鄰近建筑物、不對周圍環(huán)境產(chǎn)生危害、不影響滑體上的建筑物、道路交通和節(jié)省鋼材等特點。(4)電滲法

電滲法可在現(xiàn)場有效地增加土體抗剪強度。這種方法雖然費用昂貴，但它能夠引起孔隙水在預(yù)先埋置的電極之間遷移，孔隙水的損失又可引起土壤固結(jié)并增加土的抗剪強度。國外一個開挖約45m深和面積約24mX12m的基坑以便設(shè)置橋基支撐的公路工程，四周邊坡主要是飽和的稍均勻的粉砂土位于2.5:1的斜坡上。在開挖邊坡時發(fā)生了滑坡。在考慮凍結(jié)、化學(xué)灌注、放緩邊坡和擋墻等比較方案之后，選擇了電滲作為最經(jīng)濟的方案。在三個月的時間里降低地下水位以保證施工的順利進行，開挖邊坡變陡到1:1，最后，成功地完成了這一工程。(5)焙燒法

焙燒法的各種應(yīng)用在早期被應(yīng)用到公路滑坡和不穩(wěn)定鐵路路基的支撐工程中。（三）綜合治理法

在大多數(shù)的應(yīng)用中，是上述各種方法的綜合應(yīng)用。扶壁填土可與地下排水系統(tǒng)結(jié)合使用，增加抗滑力并使排水系統(tǒng)變得更有效，因此斜坡的穩(wěn)定性隨時間而增加。從豎井中抽水可在施工期間保持路塹穩(wěn)定；而平孔排水?？勺鳛殚L期措施，同時替代豎井抽水。如在平孔施工時，從兩個豎井中抽水，以減少水壓。為了保證重建路堤的完整性又鋪設(shè)了數(shù)條護道，而水平排水孔仍繼續(xù)減少土體中水的壓力。這種整治法的長期效應(yīng)要求水平排水孔在結(jié)構(gòu)物的使用期間起到應(yīng)有的作用。在其他邊坡工程中，各種不同的化學(xué)灌漿方法結(jié)合使用以增加事先確定的滑動帶的強度，用以穩(wěn)定緩慢移動的滑坡。

各種方法綜合應(yīng)用中不管是在設(shè)計和施工階段都代表了細致考慮和應(yīng)用工程原則以達到經(jīng)濟合理的解決辦法的研究。在土工工程中，設(shè)計和實際施工多少總有點不一致，這是因為在施工期間，土體強度、地下水位和斜坡形態(tài)的各種綜合作用在設(shè)計階段不可能被充分考慮，因此仍可能發(fā)生斜坡破壞。4．巖質(zhì)邊坡的抗滑措施

土和巖質(zhì)的基本特征和性能的不同，因而巖質(zhì)邊坡設(shè)計完全不同于土質(zhì)斜坡。巖石和土不同，土是一種相對勻質(zhì)的、由非膠結(jié)顆粒組成的連續(xù)介質(zhì)；巖體則是不勻質(zhì)的和主要由不連續(xù)面分隔的分離巖塊組成的非連續(xù)介質(zhì)。堅硬巖體內(nèi)空間幾何形態(tài)和土與巖石組分的聯(lián)結(jié)性質(zhì)是完全不同的。土的破壞發(fā)生在土體內(nèi)部而且破裂面的方向和土的性質(zhì)變化無關(guān)。然而，堅硬巖體中的破裂面則沿預(yù)先存在的不連續(xù)面并不完全貫穿完整的巖體，除非巖體的巖性是很軟的。因為巖體的強度和變形性質(zhì)是各向異性的，故巖體的抗剪強度很大程度上取決于不連續(xù)面的存在。巖質(zhì)邊坡設(shè)計包含工程問題和地質(zhì)問題，除此之外，還要將評價和判斷技巧與以前實例中的知識結(jié)合起來。這些因素包括構(gòu)造地質(zhì)、區(qū)域地形、排水條件、水文地質(zhì)、大地構(gòu)造史和其他增加或降低斜坡穩(wěn)定性的環(huán)境特征。一、巖質(zhì)邊坡設(shè)計中的重要因素（一）結(jié)構(gòu)面的不連續(xù)性

巖質(zhì)斜坡的穩(wěn)定性很大程度上取決于巖體內(nèi)破壞面和不連續(xù)面的存在和性質(zhì)。最主要的是，巖體的主要物理力學(xué)性質(zhì)是隨這些破壞面的狀態(tài)、形狀和空間分布而變化的。巖質(zhì)邊坡設(shè)計的基本原則是以下述幾方面為基礎(chǔ)的：（l）節(jié)理和其他不連續(xù)面的體系；（2）這些體系與可能的破壞面的相互關(guān)系；（3）節(jié)理的強度參數(shù)，包括節(jié)理面和各種節(jié)理充填物性質(zhì)；（4）節(jié)理中的水壓力。

巖質(zhì)斜坡的穩(wěn)定性主要是通過分析巖體中的結(jié)構(gòu)不連續(xù)面來進行評價的，而不是以完整巖石本身的強度來評價。當(dāng)結(jié)構(gòu)的不連續(xù)面影響到沿這些特征面的抗剪粘聚力和摩擦力時，應(yīng)該觀察沿不連續(xù)面的剪切破壞情況。對于結(jié)構(gòu)不連續(xù)面和巖質(zhì)斜坡的方向和傾角及任何可以影響潛在破壞面的各種因素的關(guān)系必須給予特別的注意。結(jié)構(gòu)不連續(xù)面的主要性質(zhì)及所需的定性和定量評價如下：

1．空間方位或狀態(tài)－－是最重要的性質(zhì)。如果節(jié)理的方位能促使斜坡破壞的話，那么其他性質(zhì)的影響通常是不重要的，必須仔細考慮那些使斜坡失穩(wěn)的傾斜的不連續(xù)面。當(dāng)不連續(xù)面的走向接近于斜坡的走向時，其潛在的不穩(wěn)定性會成比例地增加。2．巖體的連續(xù)性或規(guī)模－－評價巖體的連續(xù)性或規(guī)模特征是最困難的。含有一個或多個不連續(xù)面的破壞面上的強度損失是隨不連續(xù)面的規(guī)模而變化的。一組特殊的節(jié)理組的平均連續(xù)性部分地表示出巖體材料和不連續(xù)面分別對巖體力學(xué)性質(zhì)的影響程度；此外，平均連續(xù)性影響含有這些特征的可能破壞的大小。3．充填物－－充填物的三個最重要的特征是厚度、類型和硬度。如果充填物有足夠的厚度，那么不連續(xù)巖面將互不接觸，其強度性質(zhì)將是充填物的性質(zhì)。

4．間距－－不連續(xù)面的間距部分地表示完整巖體和不連續(xù)面各自對巖體力學(xué)性質(zhì)的影響程度。如果間距很小，巖體就軟弱。較大的節(jié)理頻度增加膨脹(擴容)的可能性。5．粗糙面－－存在有二種：第一種粗糙面(波紋)不可能被剪斷，但它影響沿不連續(xù)面的剪切位移特征并能有效地改變斜坡破壞時的移動方向。不連續(xù)面上的起伏和波紋降低該面的有效視傾角。第二種粗糙面(不平整面)是較次要的，在移動期間可能被剪斷，這些面使沿不連續(xù)面的摩擦強度明顯增加。6．先期的剪切位移－－不連續(xù)巖面上的剪切位移將破壞粗糙面上的凸凹不平，因此，剪切強度從最初的峰值強度降低到接近殘余強度。7．巖石種類－－不同種類的巖石及其蝕變后的生成物，由于它們的成因和成分不一樣，有著不同的軟弱性和強度。因此，不同種類的巖石和充填物的性質(zhì)變化很大。每種巖石的特征都明顯地影響摩擦角、粗糙特性和不連續(xù)面的硬度。8．巖石的硬度－－與無側(cè)限抗壓強度之間有著一定的關(guān)系。硬度增加，抗剪強度相應(yīng)增加。在沿不連續(xù)面剪切破壞期間，充填物和第二種粗糙面被剪斷，不連續(xù)面的剪切強度是充填物的強度和組成粗糙面的巖石的強度的函數(shù)9．成因－－不連續(xù)面的成因?qū)⒂绊懰鼈冊谛逼轮械墓こ桃饬x。（二）地下水

節(jié)理中的地下水與起其他所有因素相比，可能是造成巖體滑動更主要的原因。因此，必須詳盡了解水文地質(zhì)特征及其影響，而了解水壓力的分布及影響的諸因素則是最基本的、必須充分考慮結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和層位對水的流動、滲透性、補給量和蓄水能力等因素的控制性影響。同時也要考慮自然環(huán)境因素，如氣候條件的變化，這種情況會引起補給量的周期增高或降低以及地下水狀況的其他變化。

斜坡中的水能通過以下幾個途徑影響斜坡的穩(wěn)定性：1）通過物理和化學(xué)作用影響節(jié)理充填物中的孔隙水及其壓力，從而改變充填物質(zhì)的強度指標(biāo)。2）節(jié)理面作用的靜水壓力減少了作用在它上面的有效正應(yīng)力，從而降低了沿潛在破壞面上的抗剪強度。3）由于水對顆粒間的抗剪強度的影響，引起抗壓強度的降低。（三）巖性、風(fēng)化作用和侵蝕作用

一般來講，斜坡是由不同地質(zhì)成因的巖石綜合組成的。這種巖層可以是層序不一的沉積巖，也可以被火成巖體侵入，也可以部分地遭受變質(zhì)作用。巖體代表幾種巖石單元的總和，其力學(xué)性能是整個巖體的力學(xué)性能，這與單個巖石單元本身的性能是大不相同的。其中產(chǎn)生不連續(xù)面的巖體或主巖直接影響不連續(xù)面的強度特征，特別是在沒有節(jié)理充填物的情況下，不連續(xù)巖面以二種方式影響節(jié)理的強度：其一，影響組成節(jié)理物質(zhì)的摩擦性質(zhì)；其二，影響節(jié)理面起伏不平的原始強度。

風(fēng)化作用可對巖石的變形性質(zhì)產(chǎn)生不利影響并降低其極限承載能力和其他強度性質(zhì)。風(fēng)化作用的影響，在通常情況下只能定性地予以評價，但對于充分了解的斜坡分析應(yīng)該做到定量評價。水分也能引起巖石的變化，含水量的增加可造成蒙脫土中高的膨脹壓力。這種高的膨脹壓力和低強度可導(dǎo)致巖石崩落，在某些情況下能導(dǎo)致巖體滑動。地下水位的變化也能影響含有易溶礦物的巖石，如巖鹽、石膏等，許多斜坡的破壞都與低強度的石膏、滑石、綠泥石和其他在斷層帶中形成的層間礦物有關(guān)。（四）氣候條件

日溫差變化、降雨、降雪和凍融等情況既可單獨地又可綜合地造成明顯的斜坡穩(wěn)定問題。由于季節(jié)性降雨、突然的暴雨和坡面上的冰引起地下水位的變化。由于開挖面的形成，高滲透區(qū)將緊靠此坡面，但此區(qū)域的范圍尚難確定。如果斜坡坡腳的巖體承受接近于破壞荷載的話，那么附加的水壓力就足以引起斜坡的破壞。在春融和夏季暴雨期間地下水位升高，故斜坡的破壞是最多的。某些破壞則是由于斜坡面上形成的冰凍促使節(jié)理中形成水壓而引起的。凍結(jié)作用直接地或間接地引起巖崩。當(dāng)水凍結(jié)時，體積約增加9％，在受限制空間內(nèi)凍結(jié)時會產(chǎn)生極大的壓力。在那些向下延伸有限的狹長或不規(guī)則的充水裂縫和節(jié)理中，由于表面部分水的初始凍結(jié)可以變成本質(zhì)上的封閉體系。在這種情況下，冰的膨脹和巖石的低壓縮性可以產(chǎn)生破壞力，如果溫度繼續(xù)下降，巖石能承受更大的壓力的話，這種破壞力在-22oC時可高達200MPa。這種程度的凍結(jié)溫度在溫帶區(qū)并不少見。（五）斜坡在平面和剖面上的幾何形態(tài)

現(xiàn)行的大多數(shù)斜坡穩(wěn)定理論把斜坡視為二維的(即把無限長的斜坡的一個單位長視為平面應(yīng)變課題)，并認為斜坡的頂部和趾部的平面半徑是無限大的。然而后一種情況在實踐中是不會遇到的，平面呈凹形的斜坡比凸形的斜坡更穩(wěn)定。在山區(qū)地形、公路或鐵路挖方邊坡常常是凸形的，因此多傾向于不穩(wěn)定。相反，在露天礦中的邊坡通常是凹形故較穩(wěn)定。在斜坡中，水平切向應(yīng)力可能是壓性的，也可能是張性的，這將取決于斜坡的幾何形態(tài)。切向斜坡的水平應(yīng)力在凹形斜坡中是有利的，因為它們可起拱的效應(yīng)，從而組成分割的巖體的塊體具有向一起擠緊的趨勢。壓應(yīng)力實際上改善抗剪強度，三個主應(yīng)力都是壓性的，而最大和最小主應(yīng)力分別作用在垂直方向和徑向方向。對于凸形斜坡，情況則相反，水平切向應(yīng)力是張性的。雖然最大主應(yīng)力仍是垂直的，但最小主應(yīng)力作用在與斜坡相切的水平方向，且滑體物質(zhì)處于拉伸狀態(tài)。因而粘結(jié)力比正常情況時的要低。由于巖體抗拉強度較差，故斜坡中的拉應(yīng)力集中引起斜坡失穩(wěn)，致使松散巖塊滑出。（六）時間因素和漸進破壞

天然斜坡通過蠕動和流動過程隨時間經(jīng)受著漸進破壞。因此，斜坡的分析和最終設(shè)計既要滿足短期穩(wěn)定的要求又要滿足長期穩(wěn)定的要求。由于漸進破壞必須考慮以后的維修問題及其相應(yīng)的設(shè)計問題，從實用觀點出發(fā)，必須考慮到巖體的強度性質(zhì)隨時間的某些衰減。當(dāng)巖體長期受到相對高的應(yīng)力時，出現(xiàn)隨時間的應(yīng)變。產(chǎn)生這些變形的大多數(shù)作用力是時間的不確定函數(shù)，并和開挖效應(yīng)、局部應(yīng)力、地下水、物理和化學(xué)作用的交替過程以及溫度、降雨的季節(jié)變化有關(guān)。這些作用導(dǎo)致疲勞和裂縫張開的不可逆變形和巖體逐漸軟化。因為沿巖體中的軟弱面的相對位移能夠減少這些面上的摩阻力并引起斜坡的破壞。斜坡在剛挖好時可能是穩(wěn)定的，但由于逐漸惡化并調(diào)整趨于平衡，隨著時間的推移可以變得不穩(wěn)定。堅硬巖石深層破壞所需的時間幾乎是無法判斷的。然而，淺層破壞像巖片剝落或掉片在開挖完成后幾年內(nèi)就可形成。在邊坡設(shè)計中應(yīng)該考慮這種破壞并建議整治措施。（七）構(gòu)造作用與殘余應(yīng)力

開挖形成的挖方邊坡影響挖方邊界處巖體的應(yīng)力狀態(tài)。這些應(yīng)力集中程度的預(yù)測及其對斜坡穩(wěn)定性的影響是復(fù)雜的。到目前為止，斜坡中的應(yīng)力分布和應(yīng)力對斜坡穩(wěn)定性的影響方式的研究在很大程度上是假定的。數(shù)學(xué)和物理模型都還不能用于預(yù)測變換斜坡開挖形狀的作用和應(yīng)力集中的最后變化。所以最好的辦法就是利用有限單元法進行數(shù)值試驗研究。由于地層的構(gòu)造作用，基巖并不是僅作用著巖石自重所產(chǎn)生的垂直力的可預(yù)知的平臺。巖石可能也承受一定的水平向殘余應(yīng)力，在一定的情況下，這種殘余應(yīng)力對挖方的巖石性能有著重要影響。這種影響在深挖方中是相當(dāng)明顯的。局部應(yīng)力、溶蝕、構(gòu)造隆起、冰川均衡回彈及其他因素也可影響巖體淺層開挖的穩(wěn)定性，即便這種影響是不明顯的。（八）現(xiàn)有的工程類比

邊坡設(shè)計應(yīng)考慮以往的穩(wěn)定的和不穩(wěn)定的各種斜坡的經(jīng)驗。自然斜坡和已開挖的邊坡的分析將為擬定中的挖方設(shè)計，特別是為山岳地區(qū)的開挖設(shè)計提供有價值的背景資料。自然斜坡和人工開挖邊坡的角度提供了在邊坡設(shè)計中可采納的偏于安全的邊坡角。人們通過密切注意排水、人工穩(wěn)定的各種方法以及自然斜坡形成過程的控制條件總是可以改變大自然提供的斜坡角。不管是從表面挖坡還是從自然斜坡來評價斜坡斷面，問題都在于評價被考慮的斜坡許多斷面所固有的安全程度。自然斜坡的安全系數(shù)一般都稍大于1，但在自然形成的地下水危害嚴(yán)重的斜坡的安全系數(shù)采用1。多數(shù)情況下，山坡的安全系數(shù)往往大于1。當(dāng)斜坡形成過程相似時，穩(wěn)定斜坡的歷史狀況能夠用來預(yù)測設(shè)計坡度角的下限。斜坡歷史狀況的應(yīng)用要取得某些因素，如斜坡破壞前后的幾何狀況、地質(zhì)情況和斜坡物質(zhì)的性質(zhì)等。在邊坡設(shè)計中應(yīng)用歷史事例時，斜坡的監(jiān)測對比是必須的。對斜坡破壞的發(fā)生率(巖崩、滑坡、碎屑滑坡)和地質(zhì)諸因素(地貌、結(jié)構(gòu)、巖性、地下水、河流沖刷)進行比較分析以評價控制斜坡穩(wěn)定的諸因素。（九）擾動因素

擾動因素包括地震振動與車輛產(chǎn)生的振動的影響問題。列車的振動可能是影響斜坡穩(wěn)定的重要因素。公路運輸產(chǎn)生的振動是極小的，即使是緊靠公路邊的斜坡，這種振動也常常是不重要的。二、邊坡設(shè)計和防治措施

巖質(zhì)邊坡的防治措施包括穩(wěn)定措施、防護措施和報警措施。1）各種穩(wěn)定措施，或者減少下滑力或者增加抗滑力，使穩(wěn)定問題得到圓滿解決。各種穩(wěn)定措施減少了巖體移動的可能性，在巖質(zhì)邊坡的防治處理中一般總應(yīng)優(yōu)先考慮。穩(wěn)定措施也能減緩斜坡的惡化速率，即減緩一種最終導(dǎo)致破壞的過程。2）各種防護措施，防止從斜坡上滑落的巖體到路面，因而對斜坡穩(wěn)定問題提供了另一切實可行的解決方法。然而卻需要相當(dāng)大的維修工作量(在某些情況下幾乎要連續(xù)不斷的維修)。有時，防護措施能和各種報警措施有效地結(jié)合在一起。3）各種報警措施，可預(yù)告移動已經(jīng)發(fā)生或者破壞已經(jīng)發(fā)生；同時還可預(yù)告路面附近處立刻要發(fā)生的事件。這些措施對事件的來源方面不起作用。報警措施往往會形成過分的信賴，有時反而會延誤適時的預(yù)防措施。在某些情況下，這種措施似乎經(jīng)濟一些，不是改善巖質(zhì)邊坡問題的有效方法，僅能被認為是最后的一著。（一）開挖及其各種設(shè)計內(nèi)容

從改善巖質(zhì)斜坡穩(wěn)定性出發(fā)，采用開挖法既是為了減少促成破壞的下滑力，又可以是清除可能引起斜坡破壞,即巖崩和滑坡的不穩(wěn)定的或潛在不穩(wěn)定的部分?？赏ㄟ^下列途徑使斜坡穩(wěn)定：l）清除不穩(wěn)定的或潛在不穩(wěn)定的物質(zhì)。2）放緩斜坡。3）斜坡上方減重。4）在斜坡中設(shè)平臺。5）以對巖體穩(wěn)定危害最小的方式開挖。

通過斜坡穩(wěn)定性分析，可確定總體斜坡角和為斜坡的不同部分設(shè)計的不同斜坡角。臺階對于斜坡的深層破壞似乎不產(chǎn)生影響。每一挖方都應(yīng)設(shè)計得適合于主要巖層的狀況。斜坡各部位強度性質(zhì)明顯不同的斜坡，為了減少巖崩和降低養(yǎng)護費用，就要求某些部分比其他部分更平緩一些。在新的挖方中，用變換坡面坡度、在強風(fēng)化巖層下設(shè)平臺、結(jié)構(gòu)支撐和正確的爆破技術(shù)等基本上可以消除巖崩現(xiàn)象。

如果在邊坡設(shè)計中包括平臺的話，那么在平臺上應(yīng)設(shè)置排水溝以截排地表徑流和由泄水孔或其他排水設(shè)施流出來的水，并將水引出斜坡遠離有問題的地區(qū)。為了發(fā)揮排水溝的效能，排水溝應(yīng)保持暢通并能順利排除巖屑和冰塊。假如排水溝漏水或今后有可能漏水的話，需要進行襯砌（粘土、泥漿、瀝青、聚乙烯板等）。平臺的平面應(yīng)有一定坡度，這樣有助于將水匯集在溝中，并把水沿一個方向從潛在不穩(wěn)定區(qū)排走。必須注意在將水從一個地區(qū)引到另一個地區(qū)時，排水溝不發(fā)生問題。為了控制侵蝕作用和種植植被，在嚴(yán)重風(fēng)化巖層中挖方斜坡可以采用階梯式平臺。階梯型開挖的斜坡，平臺高0.6～1.2m，臺面寬度和臺高接近一樣，并在穩(wěn)定性分析基礎(chǔ)上確定總體邊坡角度。這種設(shè)計的目的在于將每一級臺高處的風(fēng)化物堆積在臺階上，最后形成一完整斜坡。臺階應(yīng)修筑成水平狀，避兔水的縱向流動，否則會引起相當(dāng)大的沖蝕。這時可適當(dāng)采用種草和鋪草皮或其他穩(wěn)定斜坡的方法。然而對剝落迅速的斜坡，在種草前應(yīng)將平臺的一半用土填筑以保護草籽正常生長。（二）地表和地下排水1．地表排水

合適的地表排水設(shè)施，特別是對于軟弱巖層或易受侵蝕的巖層，能夠改善由于地表水作用引起的斜坡穩(wěn)定性。應(yīng)徹底調(diào)查不穩(wěn)定斜坡上部后面的區(qū)域，以便確定地表水是流向不穩(wěn)定地區(qū)還是流人土層中，或者是兩者的結(jié)合。以下方法可以有效地用來控制地表排水：1）疏干施工區(qū)以上的池塘、積水凹地和小溪沖成的凹地中的水流，這些水能滲入不穩(wěn)定區(qū)域。2）重整地表以達到控制水流和地表徑流。3）在坡頂以上用混凝土、灌泥漿、瀝青或聚乙烯板以臨時地或永久地封閉或填塞張裂縫和其他明顯的高滲透地區(qū)，這些地區(qū)將為大量水的滲入提供通道(封閉裂縫也將防止裂縫中的水凍結(jié))。4）設(shè)置有襯砌（鋪砌、灌注泥漿）或無襯砌明渠、涵洞、排水溝、水槽或水管將有危害的地表水流引人穩(wěn)定地區(qū)。5）盡量不要破壞植被，而應(yīng)促使植物生長。2．排水鉆孔

斜坡地下排水法包括排水鉆孔、抽水井、排水廊道、豎井。其目的是降低地下水位，使水壓力平面低于潛在破壞面。對于公路或鐵路挖方中遇到的大多數(shù)巖質(zhì)斜坡問題，最合適的實用方法是組成一個排水孔系統(tǒng)，以便把地下水位降低到斜坡中可能產(chǎn)生的破壞帶以下。排水孔應(yīng)延長至臨界破壞區(qū)的后面。確定相應(yīng)于潛在破壞模式形態(tài)為排水系統(tǒng)的初步設(shè)計提供了合理的輪廓線。排水孔的方向很大程度上取決于主要不連續(xù)面的方位。最理想的排水孔設(shè)計是每米鉆孔橫切最多數(shù)目的不連續(xù)面。排水的效果取決于不連續(xù)面的規(guī)模、滲透性能、輸水能力和方位。排水孔通常與水平線約成5o的仰角設(shè)置。但是，假如是易受沖刷的材料，為了防止排水出口處的沖刷，排水孔可以向下緩傾一些。在這種情況下，為了延緩沖蝕作用，可在出口處加一小管。排水孔的間距一般為7～30m，但通常使用的間距是10～15m。對于深層巖石挖方，在邊坡上的不同高程處設(shè)置排水孔可增加整個排水系統(tǒng)的效果。應(yīng)將排水孔用高壓空氣、高壓水，在某些情況下甚至用洗滌劑來清洗排水孔。在很破碎的地層中應(yīng)特別注意保證孔中的坍落物質(zhì)不堵塞排水孔。如果坍孔很大的話，應(yīng)設(shè)置花管，以確保排水孔暢通。（三）噴射混凝土

噴射混凝土是由粒徑為2cm的集料和灰漿組成，通過風(fēng)槍直接噴在被處理巖面上。這是處理巖質(zhì)邊坡不穩(wěn)定區(qū)段的基本方法之一。它可用于防止巖層表面的風(fēng)化和剝落，并在塊體間造成表面加固層。噴射混凝土的厚度一般采用每層8～10cm，在每一層固化后才可噴射下一層。在噴射混凝土之前應(yīng)將巖質(zhì)邊坡徹底清除，以提供穩(wěn)固的巖質(zhì)坡面條件。

通過混凝土和巖體的粘結(jié)作用以及它作為一個薄膜的初始抗剪和抗拉強度，使相鄰的巖體粘結(jié)在一起，其結(jié)果在巖體表面形成一種巖體一噴射混凝土組合結(jié)構(gòu)，從而巖體對噴射混凝土沒有荷載傳遞。由此改善了表層巖塊的聯(lián)結(jié)質(zhì)量，噴射混凝土起到固結(jié)強化作用，但不起支撐作用。

噴射混凝土能和鋼絲網(wǎng)和巖體錨栓結(jié)合使用，以求一定的結(jié)構(gòu)支撐并形成承受小荷載的扶壁。在使用帶網(wǎng)的噴射混凝土的地方，應(yīng)將所有的松散物質(zhì)從巖體表面清除掉并將網(wǎng)格拉緊。噴射混凝土也可用在錨定板的后面，使與粗糙的巖體面保持均勻密貼。（四）支擋系統(tǒng)和加固系統(tǒng)扶壁、護岸和擋墻屬于外部支擋系統(tǒng)，它們提供了對斜坡物質(zhì)所施加的荷載的被動抗力。巖體錨栓、巖體錨桿、錨定板、錨索網(wǎng)和鋼纜捆扎屬于加固系統(tǒng)。其作用是這些措施增加巖體總體抗拉強度和增強沿不連續(xù)面的剪切阻力，從而增加了巖體的強度。1．扶壁和護岸墻

在那些危巖即將掉落的地方，或者是輕微的裂縫；或者是豎向位移將要發(fā)生的地方，使用的穩(wěn)定措施是扶壁、護岸墻和其他支擋結(jié)構(gòu)。扶壁作為支持巖體的重量來進行設(shè)計的，因此改善了邊坡的穩(wěn)定狀況并可防止落石。盡管扶壁的造價較高，但它是簡單的、有效的和永久性的。在許多危巖已經(jīng)形成的地方和由于挖方量大和施工困難而使清除危巖的開挖工程昂貴的地方，這種方法是最有效的。扶壁通常建筑在和公路或鐵路面同高程的位置，但在邊坡的上部同樣也是有效的。在陡峻地形區(qū)，尤其在有河流側(cè)蝕的地區(qū)，扶壁或護岸墻是特別有用的。2．擋土墻

對于巖質(zhì)邊坡工程，擋土墻被用來阻止邊坡中大量巖體變形、失穩(wěn)，并通過增加邊坡移動的阻力控制和防止失穩(wěn)。擋土墻可減緩巖質(zhì)邊坡的風(fēng)化作用，因此起到了永久性的防護作用。對于普通重力式或懸臂式擋墻來講，沿公路或鐵路的空間是過于窄小的，但是為了克服這一困難可以使用錨桿和巖石錨栓系桿，系桿墻只承受巖石錨栓間的抗彎強度和抗剪強度。獨立式的和系桿式的擋土墻的各種類型包括現(xiàn)場澆注的混凝土墻、帶錨定連桿的預(yù)制混凝土板、中間有預(yù)制混凝土嵌板的豎向混凝土肋柱和帶錨定連桿的鋼板樁等。某一工程錨栓以豎直間距1.5m在現(xiàn)場進行灌筑，灌漿的最小深度為1.5m。然后，在錨栓上面架設(shè)8號豎直鍍鋅U型槽鋼、間距3m，最后在U型鋼槽中安放水平擋板。擋墻后的孔隙用滲水材料回填，滲入的水流被匯集在一起并從排水溝中排定。3．鋼筋加固

鋼筋加固措施，比如巖石錨栓和巖石錨桿可將巖體加固或聯(lián)系在一起，從而保持巖質(zhì)斜坡或挖方的穩(wěn)定性。巖石錨栓通常用來加固天然斜坡或挖方的表層和表層附近的巖體，而巖石錨桿則用來支持大的不穩(wěn)定巖體。全部灌人巖體的短加固棒通常稱為“銷子”，不過這些銷子的作用有點類似于未受張拉的全部灌入的巖石錨栓。

不論是巖石錨栓還是巖石錨桿都可采用不同類型的鋼棒、鋼筋束、鋼索和鋼索束。主動系統(tǒng)包括張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋或鋼索。采用機械方法或水泥灌漿或化學(xué)灌漿，或兩者的結(jié)合將它們的一端錨固在巖體中。被動系統(tǒng)包括未受張拉的鋼筋，其全部長度都用水泥漿或化學(xué)漿灌筑在巖體中。主動和被動系統(tǒng)的構(gòu)件經(jīng)常和預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土或鋼筋混凝土相類似。主動的或者是預(yù)應(yīng)力錨桿系統(tǒng)勝過被動系統(tǒng)的主要優(yōu)點是在預(yù)應(yīng)力錨桿充分發(fā)揮其全部作用之前不產(chǎn)生移動，故邊坡的變形和可能的張裂縫是最小的。主動系統(tǒng)更大的優(yōu)點在于錨固力是已知的，而且在安設(shè)每根錨桿期間能夠同時進行檢驗加荷。

加固措施通常是用極限平衡分析法進行設(shè)計的。此方法只考慮潛在不穩(wěn)定巖體的極限破壞條件，并假定破壞是沿可能破壞面或由地質(zhì)調(diào)查所決定的幾個面而發(fā)生的。對于主動或預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)，穩(wěn)定邊坡所需的錨固力部分地用于提高破壞面上的正壓應(yīng)力，從而增加了摩擦阻力，另一部分用于阻止引起邊坡不穩(wěn)定的下滑力。各個分力的數(shù)值將取決于錨桿的設(shè)計形狀和方向以及假定的破壞面的特征。對于被動系統(tǒng)，最大的可用錨固力由被錨桿橫穿假定破壞面處的鋼筋橫截面的抗拉和抗剪強度來確定。兩種系統(tǒng)都要求假定破壞面以外的鋼構(gòu)件具有足夠的錨固力。這些力包括鋼構(gòu)件和漿液間的良好粘結(jié)力和漿液對巖體的良好粘結(jié)力。必須采取適當(dāng)措施防止錨桿的長期銹蝕，對于預(yù)應(yīng)力錨桿有時需要特殊的包套和灌筑。在設(shè)計和說明書中必須仔細考慮灌漿的配比材料、安設(shè)程序和試驗方法。為此，每根錨桿安設(shè)后的試驗荷載能力就是使用預(yù)應(yīng)力錨桿時可用的、有參考價值的現(xiàn)場控制值。在這種人工支擋系統(tǒng)的設(shè)計中應(yīng)該考慮有可能的各種邊坡動力破壞模式?，F(xiàn)場實際的邊坡破壞條件是復(fù)雜而且難以分析，因而對錨桿的設(shè)計，在很大程度上需要豐富的經(jīng)驗和判斷能力。

（1）巖石錨栓主要用于挖方和天然斜坡的表層和近表層的加固。其設(shè)計是以增加沿不連續(xù)面的抗剪阻力為原則的，其結(jié)果是巖體將獲得巨大的抗拉強度。應(yīng)盡可能在每層開挖面開挖后并最好在下一個開挖面施爆前盡快設(shè)置巖石錨栓并對其張拉，以防止挖方近表面部分的松脹作用。錨栓頭部設(shè)計對巖體傳遞荷載至關(guān)重要。破碎巖體的加速風(fēng)化而使得栓頭脫離而使錨栓失去拉力。通常采用繞金屬網(wǎng)和噴射混凝土以保護圍繞錨栓頭部巖面的方法；原地用鋼帶捆扎保持巖體法；利用混凝土墊塊以分散點荷載等方法處理。（2）鋼銷和穿孔鋼栓鋼銷基本上由灌注在鉆孔中的鋼加強棒組成，它們不承受任何后加拉力。鋼銷不同于預(yù)應(yīng)力錨栓，能提供一種加固作用。巖石錨栓既增加剪切阻力又增加正應(yīng)力，而鋼銷主要是增加橫穿潛在破壞面的剪切阻力。鋼銷也可應(yīng)用于擋墻趾部和翼部，以作為抗剪阻力的錨鍵和系桿。鋼銷和巖石錨栓，當(dāng)和鋼帶捆扎或承載板一起使用時，能夠緊固小塊巖體；當(dāng)和鋼絲網(wǎng)和噴射混凝土一起使用時，能夠穩(wěn)定破碎巖層，并可錨固位于傾斜巖塊下面的扶壁和支梁。鋼銷也能錨固防護鋼絲網(wǎng)和防護鋼索、攔石網(wǎng)、攔石柵欄、鋼絲欄石墻和懸臂落石棚等建筑物。五、錨桿設(shè)計與施工

(一)灌漿錨桿及特點

錨固技術(shù)是將某種受拉桿件的一端固定在邊坡或地基的巖層或土層中，這種受拉桿件的固定端稱為錨固端(或錨固段)，另一端與工程建筑物聯(lián)結(jié)，可以承受由于土壓力、水壓力或風(fēng)力所施加于建筑物的推力，利用地層的錨固力以維持建筑物的穩(wěn)定。在天然地層中的錨固方法以鉆孔灌漿的方式為主；其受拉桿件有粗鋼筋、高強鋼絲束和鋼鉸線等三種不同類型；而且施工工藝有簡易灌漿、預(yù)壓灌漿，化學(xué)灌漿以及許多特殊的專利錨固灌漿技術(shù)。在人工填土中的錨固方法有錨定板和加筋土兩種方式。

灌漿錨桿是用水泥砂漿將一組鋼拉桿（粗鋼筋或鋼絲束、鋼鉸線等）錨固在伸向地層內(nèi)部的鉆孔中，并在外端承受拉力的圓柱狀錨體。它的中心受拉部分是鋼拉桿。鋼拉桿所承受的拉力首先通過拉桿周邊握裹力而傳遞到水泥砂漿中，然后再通過錨固段周邊地層的摩阻力而傳遞到錨固區(qū)的穩(wěn)定地層中。

灌漿錨桿的鉆孔方向一般是沿水平向下傾斜10～45度，施工時鉆孔的深度須超過主動土壓區(qū)或已有的滑動面，并須在穩(wěn)定地層中達到足夠的有效錨固長度。錨桿末端錨入山體內(nèi)的有效錨固段所能承受的最大拉力稱為錨固段的極限抗拔力。就錨桿本身的設(shè)計工作而言，要可分為錨桿頭部聯(lián)接、錨桿截面和錨桿長度設(shè)計等三部分。當(dāng)工程決定要采用錨桿時，應(yīng)對邊坡的受力情況以及錨固地層的性狀、地下水等地質(zhì)情況和整體穩(wěn)定性進行全面調(diào)查后，再決定綜合設(shè)計施工方案。

對于一般中小型的錨桿擋土結(jié)構(gòu)，如擋土墻、基坑護壁、邊坡開挖、碼頭護岸等工程，常采用粗鋼筋作為拉桿并采用不加壓的灌漿工藝。這種簡易錨桿一般可達到每米100kN左右的極限抗拔力，每根錨桿有可能承受300kN左右的設(shè)計拉力。錨桿頭部與建筑物的聯(lián)結(jié)或在邊坡面上一般采用螺絲端桿、螺帽及墊板。采用高強度螺紋鋼筋作為拉桿可以保證充分利用砂漿的握裹力。為了提高錨桿的極限抗拔力，對于其錨固段可以采用預(yù)壓灌漿工藝，亦可采用機械擴孔和爆炸擴孔等方法以增大錨固段與其周邊地層的摩阻力，如預(yù)應(yīng)力錨桿、擴孔錨桿、可重復(fù)灌漿的錨桿等。(二)灌漿錨桿的抗拔力與設(shè)計要點

一個灌漿錨桿中的砂漿錨固段，對受力狀態(tài)分析如下：當(dāng)錨固段受力時，拉力首先通過鋼拉桿周邊的砂漿握裹力而傳遞到砂漿中，然后再通過錨固段鉆孔周邊的地層摩阻力而傳遞到錨固地層，因此鋼拉桿如受到拉力的作用，除鋼筋本身須有足夠的截面積承受拉力外，錨桿的抗拔作用還必須同時滿足以下三個條件：第一：錨固段的砂漿對于鋼拉桿的握裹力需能承受極限拉力，第二：錨固段地層對于砂漿的摩擦力需能承受極限拉力，第三：錨固的土體在最不利的條件下仍能保持整體穩(wěn)定性。1．錨固段的砂漿對鋼筋的握裹力

在一般較完整的巖層中灌注錨孔時（灌注的水泥砂漿強度應(yīng)不低于30MPa），如果嚴(yán)格按照規(guī)定的灌漿工藝施工，巖層孔壁的摩阻力一般大于砂漿的握裹應(yīng)力。因此，巖層錨桿的抗拔力和最小錨固長度一般取決于砂漿的握裹能力。2．錨固段孔壁的抗剪強度

錨桿孔壁與砂漿接觸面的抗剪強度，有三種不同的破壞情況：第一，砂漿接觸面外圍的巖層剪切破壞，這只有當(dāng)巖層強度低于砂漿和接觸面強度時才會發(fā)生；第二，沿著砂漿與孔壁的接觸面剪切破壞，這只有當(dāng)灌漿工藝不合要求以致砂漿與孔壁粘結(jié)不良時才會發(fā)生；第三，接觸面內(nèi)砂漿的剪切破壞。(1)巖層錨桿孔壁的摩阻力－在較完整的巖層中，最危險剪裂面往往不在孔壁附近，而是發(fā)生在沿鋼筋周邊的握裹力作用面上。也就是說巖層錨桿孔壁的摩阻力一般均大于砂漿對鋼筋的握裹力。(2)土層錨桿孔壁的摩阻力－由于土層的強度一般是低于砂漿強度的，如果施工灌漿的工藝良好，土層錨桿孔壁對于砂漿的摩阻力應(yīng)取決于沿接觸面外圍的土層抗剪強度?？杀磉_式為

孔壁周邊法向壓應(yīng)力s受到地層壓力和灌漿工藝兩方面因素的影響。3．灌漿錨桿抗拔力的設(shè)計和試驗確定

設(shè)計工作的程序，是在決定了錨桿拉力和鉆孔直徑之后，進一步計算所需的錨固長度，而在計算錨固長度時，關(guān)鍵是決定孔壁抗剪強度的數(shù)值。許多資料和實際經(jīng)驗表明，錨桿抗拔力的計算值與實測值之間，或同樣條件下的實測值之間有相當(dāng)大的離散性，因此，計算值只能作為一種估計，具體數(shù)值必須依靠現(xiàn)場拉拔試驗驗證之后，才能成為可靠的設(shè)計。國外有關(guān)錨桿標(biāo)準(zhǔn)中均明確規(guī)定：為了避免實際工作者過分依靠標(biāo)準(zhǔn)記載的錨桿抗拔力的計算公式，原則上要根據(jù)原位的拉拔試驗結(jié)果及材料強度來確定錨桿允許抗拔力。

錨桿允許承載力設(shè)計值取拉拔試驗的極限抗拔力除以安全系數(shù)K。對臨時性錨桿K＝1.5～2.0，永久性錨桿K＝2.5～3.0。如工程性質(zhì)重要，或受長期重復(fù)荷載作用時，安全系數(shù)應(yīng)不小于3.0。

已經(jīng)有資料表明，某些粘性土的長期強度可能降低20％或更多些。由于錨桿內(nèi)力分布不一定均勻，過長的錨固段也可能由于局部的應(yīng)力集中和剪裂而降低其平均受拉能力。日本錨桿標(biāo)準(zhǔn)中曾提出錨桿長度與抗拔力不能完全成比例的增長，只適用于10m長度以下的錨固段。(三)灌漿錨桿的施工要點1．施工準(zhǔn)備

(1)錨桿施工前應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求作好鋼筋、水泥、砂子的備料工作，以及合理選用鉆孔機具及其配套設(shè)備。錨桿的施工機具主要有鉆孔機械，加工鋼筋用的切斷機，電焊機及鋼筋對焊機，錨桿灌漿用的攪拌機、壓漿泵等。(2)平整場地、開挖邊坡、修筑施工便道、搭設(shè)鉆機平臺等，并進行錨桿技術(shù)交底，了解錨桿排數(shù)，孔位高低、孔距、孔深、錨桿及錨固件型式。落實加工地點、檢查機械、鉆具、工具等是否完好齊全。(3)進行施工放線，定出肋柱的基線樁和各個錨桿孔的孔位，