建筑工程学院党校培训讲座：边坡工程处治技术.ppt

跳转到第一页建筑之家边坡工程处治技术边坡工程处治技术跳转到第一页建筑之家跳转到第一页建筑之家n本课程讲述的主要内容：本课程讲述的主要内容：n 1 概概 述述n 2 2 边坡稳定分析的基本原理和方法边坡稳定分析的基本原理和方法n 3 3边坡工程稳定性数值计算分析方法边坡工程稳定性数值计算分析方法 4 4 边坡可靠性的分析方法边坡可靠性的分析方法n 5 5 边坡处治的常用措施边坡处治的常用措施n 6 6 边坡工程处治技术边坡工程处治技术 7 7 边坡处治设计程序边坡处治设计程序n 8 边坡工程处治技术作业边坡工程处治技术作业跳转到第一页建筑之家n1 概概 述述 n 边坡是工程中最常见的工程形式，边坡工边坡是工程中最常见的工程形式，边坡工程中遇到的滑坡问题是全球性三大地质灾害之一。边程中遇到的滑坡问题是全球性三大地质灾害之一。边坡处治，在公路、铁路、水利、市政、土建、水运、坡处治，在公路、铁路、水利、市政、土建、水运、矿山等工程中占有重要的地位，特别在公路、铁路工矿山等工程中占有重要的地位，特别在公路、铁路工程建设中，边坡处治问题十分突出，也是工程建设中程建设中，边坡处治问题十分突出，也是工程建设中比较棘手的问题。比较棘手的问题。n 本课程比较系统地介绍了边坡工程处治的各类方本课程比较系统地介绍了边坡工程处治的各类方法。其主要内容包括：法。其主要内容包括：边坡处治基本理论及稳定性分边坡处治基本理论及稳定性分析，坡率法与减重设计，抗滑挡土墙的设计与施工，析，坡率法与减重设计，抗滑挡土墙的设计与施工，注浆加固边坡的设计与施工，边坡排水工程设计与施注浆加固边坡的设计与施工，边坡排水工程设计与施工，边坡工程监测，边坡工程与环境工，边坡工程监测，边坡工程与环境。跳转到第一页建筑之家n1.1 1.1 边坡稳定分析的研究现状边坡稳定分析的研究现状 n 边坡稳定分析问题一直是土木工程中的重要研究边坡稳定分析问题一直是土木工程中的重要研究课题，课题，边坡稳定分析有定性分析法和定量分析法。边坡稳定分析有定性分析法和定量分析法。n 定性分析法定性分析法主要是通过工程地质勘察，对影响边主要是通过工程地质勘察，对影响边坡稳定性的主要因素、可能的变形破坏方式、边坡失坡稳定性的主要因素、可能的变形破坏方式、边坡失稳的力学机制以及对已变形地质体的成因及其演化史稳的力学机制以及对已变形地质体的成因及其演化史进行综合分析，从而对被评价的边坡给出一个稳定性进行综合分析，从而对被评价的边坡给出一个稳定性状况及其可能发展趋势的定性说明和解释。状况及其可能发展趋势的定性说明和解释。n 定量分析法定量分析法是运用数值分析方法、塑性极限方法、是运用数值分析方法、塑性极限方法、条分法、可靠度方法和模糊数学方法等，对边坡的稳条分法、可靠度方法和模糊数学方法等，对边坡的稳定安全性（安全系数）进行定量的评价。定安全性（安全系数）进行定量的评价。跳转到第一页建筑之家n 定性分析的优点是能综合考虑影响边坡稳定性的多种因素，定性分析的优点是能综合考虑影响边坡稳定性的多种因素，快速地对边坡的稳定状况及其发展趋势作出评价。然而，人快速地对边坡的稳定状况及其发展趋势作出评价。然而，人们更关心的是如何定量的表示其边坡的稳定性，即边坡稳定们更关心的是如何定量的表示其边坡的稳定性，即边坡稳定的定量分析计算方法。边坡稳定分析的计算方法有多种，如的定量分析计算方法。边坡稳定分析的计算方法有多种，如数值分析方法、塑性极限方法、条分法、可靠度方法和模糊数值分析方法、塑性极限方法、条分法、可靠度方法和模糊数学方法等。目前，对于土质边坡来说，为人们所熟知和广数学方法等。目前，对于土质边坡来说，为人们所熟知和广泛讨论应用的方法有条分法和有限元方法。条分法因为其力泛讨论应用的方法有条分法和有限元方法。条分法因为其力学模型简单适用，可对边坡进行定量的评价，经过长期的工学模型简单适用，可对边坡进行定量的评价，经过长期的工程实践和不断的完善和补充，已经成为边坡稳定分析的成熟程实践和不断的完善和补充，已经成为边坡稳定分析的成熟方法。近年来随着数值分析方法在工程领域应用技术的成熟，方法。近年来随着数值分析方法在工程领域应用技术的成熟，同时为弥补条分法假设上的不足，有限元方法正成为边坡稳同时为弥补条分法假设上的不足，有限元方法正成为边坡稳定分析的热点。定分析的热点。跳转到第一页建筑之家n1.2 1.2 边坡稳定分析的发展历史边坡稳定分析的发展历史 n 二十世纪二十世纪2020年代以前，对于土坡稳定和土压力的年代以前，对于土坡稳定和土压力的计算，一律只计算土体的内摩擦力，并假定滑动面为计算，一律只计算土体的内摩擦力，并假定滑动面为平面。平面。17731773年法国工程师库仑和年法国工程师库仑和18571857年英国学者郎肯年英国学者郎肯分别提出的土压力理论，就是这类方法的代表。分别提出的土压力理论，就是这类方法的代表。n 1906 1906年，瑞典人彼德森（年，瑞典人彼德森（K.E.PettersonK.E.Petterson）和胡）和胡尔顿根据大量观测实验论证了某些土体尔顿根据大量观测实验论证了某些土体(特别是有粘特别是有粘结力的土体结力的土体)在发生滑动失稳破坏时，滑动面是与圆在发生滑动失稳破坏时，滑动面是与圆弧面接近的曲面。在此基础上，彼德森提出了圆弧滑弧面接近的曲面。在此基础上，彼德森提出了圆弧滑面分析法。此法初创时，仍只计及土的内摩擦力，并面分析法。此法初创时，仍只计及土的内摩擦力，并且不考虑土体内部土条间的相互作用力，这就是最初且不考虑土体内部土条间的相互作用力，这就是最初的瑞典圆弧法。的瑞典圆弧法。跳转到第一页建筑之家n 二十世纪二十世纪30-4030-40年代，是瑞典圆弧法逐渐年代，是瑞典圆弧法逐渐完善的时期。瑞典学者费伦纽斯完善的时期。瑞典学者费伦纽斯（W.FelleniusW.Fellenius）将最初的圆弧法推广到兼有）将最初的圆弧法推广到兼有摩擦力和粘结力的土体稳定计算中去，并初步摩擦力和粘结力的土体稳定计算中去，并初步探索了最危险滑弧位置的变化规律。瑞典圆弧探索了最危险滑弧位置的变化规律。瑞典圆弧法假定土坡稳定为平面应变问题，滑动面为圆法假定土坡稳定为平面应变问题，滑动面为圆弧面，计算中不考虑滑动土体内部各土条之间弧面，计算中不考虑滑动土体内部各土条之间的相互作用力，抗滑稳定安全系数是用滑弧面的相互作用力，抗滑稳定安全系数是用滑弧面上的全部抗滑力矩与滑动力矩之比来定义的。上的全部抗滑力矩与滑动力矩之比来定义的。跳转到第一页建筑之家n 二十世纪二十世纪4040年代以后，不少学者致力于改进瑞典年代以后，不少学者致力于改进瑞典圆弧法。他们研究的方向主要有以下两个方面圆弧法。他们研究的方向主要有以下两个方面:一方一方面，不少作者致力于探索最危险滑弧面的位置，通过面，不少作者致力于探索最危险滑弧面的位置，通过制作数表、曲线，以减少计算工作量。如泰勒制作数表、曲线，以减少计算工作量。如泰勒(D.W.TaylorD.W.Taylor)、毕肖普、毕肖普(A.W.BishopA.W.Bishop)、拉姆里和包洛、拉姆里和包洛斯等，通过一些特殊情况的研究，揭示了最危险滑弧斯等，通过一些特殊情况的研究，揭示了最危险滑弧圆心位置的某些变化规律。另一方面，有不少人研究圆心位置的某些变化规律。另一方面，有不少人研究滑裂面的形状。滑裂面的形状。19411941年太沙基就提出，土体破坏时的年太沙基就提出，土体破坏时的滑动面更接近对数螺旋线。但假定滑动面为对数螺旋滑动面更接近对数螺旋线。但假定滑动面为对数螺旋线，不仅计算工作更繁，而且大量计算对比表明，似线，不仅计算工作更繁，而且大量计算对比表明，似乎也不必要。乎也不必要。跳转到第一页建筑之家n 二十世纪二十世纪50-6050-60年代，人们研究的主攻方向，一是如年代，人们研究的主攻方向，一是如何在计算中考虑滑动土体内部土条间的相互作用力，二何在计算中考虑滑动土体内部土条间的相互作用力，二是研究如何将此法推广应用到任意形状的滑动面。这一是研究如何将此法推广应用到任意形状的滑动面。这一阶段的研究工作，使土坡稳定分析的理论和方法逐渐完阶段的研究工作，使土坡稳定分析的理论和方法逐渐完善，主要表现在善，主要表现在:1954:1954年，简布年，简布(N.JanbuN.Janbu)提出了普遍条提出了普遍条分法的基本原理，将最初的圆弧法推广到任意滑动面的分法的基本原理，将最初的圆弧法推广到任意滑动面的情况，并通过假定土条间推力的作用点位置，使问题得情况，并通过假定土条间推力的作用点位置，使问题得到比较合理的解决。到比较合理的解决。19551955年，毕肖普明确了土坡稳定安年，毕肖普明确了土坡稳定安全系数的定义，为滑动面是非圆弧滑面和考虑分条间作全系数的定义，为滑动面是非圆弧滑面和考虑分条间作用力的各种方法提供了有利条件。用力的各种方法提供了有利条件。19651965年摩根斯顿与普年摩根斯顿与普赖斯赖斯(Morgenstern and(Morgenstern and N.R.PriceN.R.Price)提出了提出了“多余未知函多余未知函数假定的合理性要求数假定的合理性要求”，从而使得分析的成果更趋合理。，从而使得分析的成果更趋合理。跳转到第一页建筑之家n 19671967年人们第一次尝试使用有限元研究边年人们第一次尝试使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坡的稳定性问题，给定量评价边坡的稳定性创造了条件，并使其逐步过渡到数值方法，从而造了条件，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成国在边坡工程稳定性研究方面也取得了丰硕成果，如岩体结构理论及相应的边坡岩体稳定性果，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。分析的岩体工程地质力学方法等。跳转到第一页建筑之家n 2020世纪世纪8080年代后期，边坡问题的研究将传年代后期，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，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、协同论、突变理论、概率统计理论、耗散论、协同论、突变理论、混沌理论、分形理论等不断用于边坡问题研究混沌理论、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、中，从而给边坡的稳定性研究提供了新理论、新方法。新方法。跳转到第一页建筑之家n 2020世纪世纪9090年代后，陆续出现了采用非数值分析方法年代后，陆续出现了采用非数值分析方法搜索安全系数的极值方法，如随机搜索法、遗传算法等。搜索安全系数的极值方法，如随机搜索法、遗传算法等。随机搜索方法最大的缺点就是计算量大，当自由度数较随机搜索方法最大的缺点就是计算量大，当自由度数较多时，要想用该方法搜索出最危险滑动面，几乎是难以多时，要想用该方法搜索出最危险滑动面，几乎是难以想象的。陈祖熠想象的。陈祖熠(1992)(1992)把随机搜索方法与数学规划方法把随机搜索方法与数学规划方法结合起来，根据数学规划方法易于陷入局部极值的现象结合起来，根据数学规划方法易于陷入局部极值的现象提出了置信区间的概念，认为当数学规划方法搜索起始提出了置信区间的概念，认为当数学规划方法搜索起始滑动面落入这个区间时，其搜索的最终结果就会趋于全滑动面落入这个区间时，其搜索的最终结果就会趋于全局极小值点，这两种方法的联合克服了随机搜索方法搜局极小值点，这两种方法的联合克服了随