摘 要

随着人类建筑工程项目的不断增多，各种边坡问题也大量出现，因此滑坡治理也成为一项重要的工程。对于不同的地质条件及破坏形式，边坡稳定性分析方法及其治理措施也有所不同。本次设计根据贵州省盘县管道QP004~30段滑坡的工程地质资料，对边坡的滑坡成因进行详细分析。通过Midas软件对自然边坡的数值建模，得到边坡的稳定性系数，并找出最危险滑面位置。采用条块间不平衡推力迭代法计算滑体的剩余下滑力，通过计算所得剩余下滑力大小选取边坡支挡结构形式。本次设计主要采用预应力锚索和格构梁对边坡进行加固，根据规范要求对锚索和格构梁进行合理设计。在完成支护设计后采用Midas对施加支护后的边坡进行整体稳定性计算，通过计算可知边坡满足稳定性要求。最后，对预应力锚索和格构梁的施工工艺进行了简要介绍。

关键词：滑坡；支挡结构；预应力锚索；格构梁

Abstract

With the increasing number of human construction projects, the problems of various slope problems have also emerged, so the landslide management has become an important project. For different geological conditions and destruction forms, the slope stability analysis method and its management measures are also different. This paper is based on the geological data of the landslide of QP004~30 in guizhou province，and the cause of landslide is analyzed in detail. By using Midas software to model the natural slope, the stability factor of the slope is obtained, and the most dangerous slide surface is found. In this paper, the residual sliding force of the sliding body is calculated by using the unbalanced thrust iteration method, and the select of the retaining structure for the slope is selected by the result of the residual sliding force. The design mainly uses prestressed anchor cables and lattice beams to reinforce the slope, and reasonable design of the anchor cable and grating beam is required reference to the specification. After the retaining design was completed, the stability of the slope with retaining structure can be calculated by Midas. Through the calculated stability coefficient, it was found that the slope satisfies the stability requirement. Finally, the construction technology of prestressed anchor and lattice beam is briefly introduced.

Key words: landslide; retaining structure; prestressed anchor; lattice beam

目录

第1章 绪论 1

1.1 边坡工程概况 1

1.2 边坡稳定性分析方法 2

1.2.1 传统分析方法的发展 2

1.2.2 数值分析方法的应用 3

1.3 常见支挡结构简介 4

1.4 支挡结构设计基本原则 9

第2章 工程概况 10

2.1 概述 10

2.2 设计依据及相关规范 10

2.3工程区自然条件概况 11

2.4 工程地质条件 11

2.4.1 地形地貌 11

2.4.2 地层岩性 11

2.4.3 地质构造与地震 11

2.5 滑坡成因分析 12

2.5.1 滑坡基本特征 12

2.5.2 滑坡成因分析 13

第3章 滑坡体稳定性计算 14

3.1 边坡稳定性计算方法 14

3.1.1 圆弧条分（瑞典）法 14

3.1.2 毕肖普法 14

3.1.3 条块间不平衡推力迭代法（传递系数法） 14

3.2 边坡稳定性分析软件 16

3.3 最危险滑面的确定及其剩余下滑力计算 17

3.3.1 数值模拟确定最危险滑面 17

3.3.2 剩余下滑力计算 18

3.4 支护方案选择 19

第4章 支挡结构设计与计算 20

4.1 预应力锚索设计计算 20

4.1.1 锚索的类型及构造 20

4.1.2 确定锚索钢绞线规格 21

4.1.3 锚索设置位置及设计倾角的确定 21

4.1.4 设计锚固力及锚索间距的确定 22

4.1.5 锚固体设计计算 22

4.2 锚索格构梁设计计算 23

4.2.1 梁宽及地基反力计算 24

4.2.2 格构梁内力计算 25

4.2.3 格构梁结构设计计算 26

4.3 支护设计验算 28

4.4 支护设计总结 29

第5章 支挡结构施工简介 30

5.1 预应力锚索施工 30

5.2 混凝土梁施工 31

参考文献 32

致谢 33

第1章 绪论

1.1 边坡工程概况

我国陆地面积约960万平方公里，其中山地面积约占2/3，因此我国也是一个滑坡多发国家。并且经济发展伴随着大量工程活动的实施，这在加快城市现代化建设的同时，也带来了许多滑坡问题。在道路交通建设、水利水电工程、矿产资源开采以及城市土地资源的利用中，均涉及到边坡工程。

与地震和火山并称为三大地质灾害的滑坡在全球范围内都带来了巨大的损失，它常摧毁建筑、堵塞交通、危及人类生命财产安全，并且会给生态环境及人类建设带来毁灭性灾害。滑坡的分布主要受地质条件、气候等因素的影响。地壳运动会改变地形地貌及岩土体性质，并且会给边坡失稳提供动力。强降雨会使岩土体强度降低，降雨引起的地下水位变化也会对土体产生渗透压力，促进边坡失稳。外界条件是滑坡形成演化的主要因素，如岩层的风化剥蚀、卸荷作用、地下水渗流及人类活动等。

中国、印度、伊朗、日本是滑坡多发的亚洲国家。在我国，由于不稳定边坡未加支护而发生滑坡，带来损失的事故屡见不鲜。据不完全统计：从建国到1990年间，我国发生的危害和影响重大的滑坡事故不下800起。滑坡问题每年会给我国带来高达30~50亿美元的经济损失。20世纪80年代以来的大规模滑坡事故发生频繁，造成经济损失过百万的灾难性滑坡事故接连发生十余起。日本是地处太平洋火山带内的一个多山国家，因地震等因素引起的滑坡、崩塌等灾害频发。据报道：滑坡崩塌等问题每年给日本带来约40亿美元的经济损失。1985年,在日本长野县发生3.5×10⁶m³的大滑坡造成的直接经济损失就高达237万日元。事后，对此滑坡进行了历时五年的整治，耗资126亿日元。1983年发生在印度Garhwal滑坡，滑体形成长3㎞，宽1.5㎞，高295m的天然大坝，一年后，库水溢出坝顶，冲毁下游城镇和村庄。

在欧洲，意大利、前苏联、捷克、英国等国家是滑坡灾害发生较多的国家。据记载，滑坡灾害每年给意大利带来的经济损失约10~20亿美元。发生在意大利东北部的瓦伊昂滑坡是欧洲历史上最大的灾难性滑坡，造成近3000人死亡。前苏联高加索、黑海沿岸及西伯利亚是遭受滑坡危害严重地区，每年造成数亿美元的经济损失。

在美洲，美国、加拿大、巴西和智利等国滑坡问题较为突出。据估计，1970-2000年间，整个加州由于滑坡造成的各种费用达99亿美元，滑坡每年会给美国造成约10亿美元的经济损失。

边坡是一种地质体，随着时间的推移，即便是稳定边坡也会在各种力的作用下，其结构及内在的水文地质条件都会不断变化，其稳定性也会逐渐改变。因此，对于潜在滑坡也需要采取日常维护措施，否则也会发展成失稳的危坡。尤其是在现如今各类岩土工程大量兴建的情况下，自然条件被大规模改造，边坡的外形和内在水文地质条件与岩土体的物理力学性质的改变，使得边坡的变形更加明显迅速。因此，必须对边坡的水文地质条件的变化引起的边坡变形进行稳定性分析，对有可能产生滑坡的边坡采取有效的防治措施。

分析边坡变形破坏的过程，认识影响边坡稳定性的因素，以及各种因素之间的相互作用，通过敏感性分析找出导致边坡失稳的主要因素，进而对边坡做出合理的稳定性评价及后续施加支护措施，是边坡工程的首要任务。维持与人类生产生活相关的边坡的稳定性，才能保证人类正常的生活和安全生产，也能避免不必要的生命财产损失。要使边坡维持稳定状态，从岩土体结构来看，应使边坡岩土体不发生变形、破坏和位移；从力学角度来说，应保持岩土体内部结构力的平衡。

1.2 边坡稳定性分析方法

按物质组成，边坡可分为岩质边坡和土质边坡。在地震、强降雨、坡脚变化、人工开挖等外界因素的影响下，边坡会沿着软弱面发生滑移，当岩土体某一面上的抗滑力低于滑体下滑力时，就会发生边坡失稳。20世纪60年代以来，大型工程项目建设逐渐增加，形成了地质条件更为复杂的大型边坡问题，这使得边坡稳定分析在考虑地质分析的同时还要有力学机制分析，从而形成了刚体极限平衡法。随后国内外学者围绕该法做了大量的拓展性研究，并将分析对象从二维发展到三维。20世纪90年代以来，边坡稳定性分析将传统的边坡工程地质学、现代岩土力学和数学力学相融合，形成一门独立的学科。模糊数学、信息理论、现代概率统计理论、分形理论等新的现代科学理论又给边坡问题的研究提供了新的理论和方法。

1.2.1 传统分析方法的发展

早期传统的边坡稳定性分析方法主要包括工程地质类比法、边坡稳定性图解法、极限平衡分析法、块体单元法等。

工程地质类比法是通过对工程地质勘探所得地质条件资料进行分析，定性的评价边坡稳定性状态的一种分析方法。通过勘察所得的地层岩性、地质构造、地形地貌、地下水位等资料，对已有的边坡失稳资料进行广泛调查研究，分析其失稳原因及发展进程。此法的优点是能快速对边坡稳定性做出评价和预测，但主观性过强，对工程经验有着很高的要求。

边坡稳定性分析图解法也属于定性的分析方法，可分为诺模图法和赤平投影法。诺模图法适用于圆弧滑面破坏的边坡，此法通过诺模图表示与边坡稳定性有关参数间的定量关系来求得稳定性系数、极限坡高和稳定坡脚。赤平投影法主要用于岩质边坡稳定性分析，此法通过作图能直观的反映出破坏边界、失稳岩土体规模及可能的滑坡方向。

极限平衡法是最早提出且发展较为完善的边坡稳定性分析方法，此法一般用于土质边坡稳定性分析。分析时假设边坡失稳的原因是边坡内产生了滑动面，滑面以上土体沿滑面滑动造成的。滑面形状根据不同地质地形条件可取圆弧面、平面或其他不规则面。由静力平衡关系求出滑面的安全系数，从而定量分析边坡稳定性。运用极限平衡理论进行稳定性分析的方法包括普通条分法、改进条分法、毕肖普的改良方法、morgenstern—NR及priceVE等。此法能通过简单的模型及便捷的计算得到较为精确的结论，但需要在进行分析计算前确定滑面大致位置及形状。土质边坡的危险滑面位置可通过迭代法搜索得到。而对于岩质边坡，其结构和构造较为复杂，危险滑面的大致位置难以确定，造成了岩质边坡稳定性分析的困难。此外，极限平衡法的刚体假设忽略了滑体变形带来的影响，计算所得安全系数只是整个滑面安全度的平均值。这使得边坡的稳定性分析有了较大的不确定性，且无法很好的判断边坡的变形破坏模式。

块体单元法法综合了极限平衡法和有限元法的优点，可对节理发育的岩质边坡进行稳定性分析，计算量较小。块体单元的应力和位移精度一致，所以按应力和位移求解安全系数比较接近。此法不仅考虑了各条块力和力矩的平衡，还考虑了变形对结果的影响，提高了安全系数的可靠度。因此，块体单元法适于具有软弱结构面的岩体的稳定性分析。

1.2.2 数值分析方法的应用

随着计算机科学技术的发展，有限元法、无界元法、离散单元法等数值分析方法越来越多的应用于边坡稳定性分析中来。

在各种数值计算方法中，有限元法是边坡稳定性分析中应用最为广泛的一种。此法将无限自由度结构转化成有限自由度的等价体系进行计算，理论上来说有限单元划分越密集，数值模拟所得结果越接近于真实值。此法不仅考虑了岩土体的不连续性和非均质性，还满足静力平衡条件和变形协调条件，能够对岩土体和支挡结构的共同作用进行模拟。其最大优点是能够进行非线性分析。但物理参数的选取对结果影响较大，无法对大变形和应力集中问题进行精确求解。

P Bettess于1977年首次提出无界元法。此法能够反映无穷远处的边界条件，是有限元方法的推广。通过特殊形函数和位移插值函数解决了有限元法中人为限制边界的缺点，这提高了动力学问题和非线性问题的求解精度，并且显著减少了计算量。

离散单元法最早与1970年被P A Cundall提出，是一种应用于岩质边坡稳定性分析的数值计算方法。模拟时将研究对象划分成有限个单元体，通过单元体之间的接触关系建立力的平衡条件和位移平衡条件，再由迭代计算使得每一个单元体都处于平衡状态。单元体之间无变形协调条件约束，但每个块体都必须满足平衡方程。离散单元法很好的解决了大变形和非连续介质变形的计算问题。

应用于边坡稳定性分析的数值计算方法还有FLAC法、集中质量法、剪切梁法、Midas GTS等。此外各种新技术和理论不断应用于边坡问题研究中，使得边坡稳定性分析方法得到不断地发展。

1.3 常见支挡结构简介

岩土支挡与锚固工程是滑坡治理的主要工程措施之一。对边坡施加支挡和加固措施是为了防止边坡失稳对周围环境和人类生命财产产生危害。支挡结构的设计要求其在规定条件下和使用期限内能保持自身整体稳定，也就是要满足安全性、实用性和耐久性要求。安全性是指支挡结构在施工和投入使用过程中能在各种可能出现的荷载组合下保持自身稳定性；适用性是指结构的设计施工能达到预定的使用要求；耐久性是指结构在正常使用和维护条件下，不会随着时间的变化发生失稳。

传统支挡结构一般以刚性挡土墙为主，随着边坡失稳形式的复杂化以及技术的不断进步，工程中也开始使用柔性锚固支挡。刚性支挡结构包括重力式、扶壁式挡土墙以及抗滑桩等，柔性锚固支挡结构包括树根桩、锚钉、锚杆、锚索、生态石笼、锚定板挡墙、加筋土挡墙、桩板墙等。在许多高切坡工程和高填方工程中，采用传统单一的支挡结构往往因为造价高、施工困难等因素而不能满足实际工程建设需要。因此，在实际工程中，联合支挡结构也应用广泛。

卸荷板式挡土墙（图1.1）是通过在挡土墙背设置卸荷板的方式达到减小墙背土压力和增加挡土墙整体稳定性的效果，并通过填土重量及墙体自重共同抵抗侧向土压力的挡土结构。卸荷板的使用将挡土墙后土体分为上下两部分，上部土体的自重通过卸荷板传递到挡土墙，可作为墙身自重，下部土体对挡土墙的侧向土压力由于卸荷板的隔断作用而减小。因此，卸荷板可同时实现减小墙背土压力及增加稳定力矩的目的，从而降低墙体圬工。

图1.1 卸荷板式挡土墙

悬臂式（图1.2）与扶壁式（图1.3）挡土墙是一种轻型支挡结构。这两种支护方式都是通过挡土墙自重和底板以上填土的重量来维持挡土墙平衡的。其厚度小、自重轻，可以对高边坡进行支护，这种结构适用于石料缺乏的软弱地基以及地震多发地区的填方工程。悬臂式挡土墙由墙面板及墙底板组成，二者为固结的悬臂板。当挡土墙高度超过6米时，下部弯矩会随着墙高的增大而增大，导致耗费钢材较多，且变形不易控制。为避免这种情况，一般在沿着挡土墙延伸方向，每隔一定距离要设置扶壁，起到连接墙面板和墙踵板的作用，可提高挡土墙刚度和整体性，同时减小墙身变形。

图1.2 悬臂式挡土墙

图1.3 扶壁式挡土墙

锚杆式挡土墙（图1.4）由钢筋混凝土肋柱、挡土板和锚杆组成，挡土墙以可靠锚杆与填料之间的抗拔力来维持自身稳定性。这种支挡结构一般用于治理山体滑坡或对地下连续工程进行临时支护。其优点在于能缩小基础开挖面积，减少挖方量，从而加快施工。

图1.4 锚杆式挡土墙

锚定板挡土墙（图1.5）由墙面板、钢拉杆、锚定板、基础及墙后回填土等组成。钢拉杆起到连接墙面板和锚定板的作用，将埋置在回填土中的锚定板提供的抗拔力传递到墙面板，以此来维持挡土墙的整体稳定。其整体重量小，对地基强度要求低。此法与锚杆式挡土墙的区别在于锚杆式挡土墙的抗拔力来源于锚杆与回填土之间的摩阻力。

图1.5 锚定板式挡土墙

土钉墙（图1.6）是在滑坡体中钻孔后植入变形钢筋，并在孔中注入水泥砂浆做成的。整体结构可分为土钉群、被加固土体、喷射混凝土表面及排水系统等。土钉墙是通过变形钢筋和注浆体与孔壁之间的摩擦力，将土钉长度范围内的土体连接成一道类似于重力式挡墙的整体，抵挡来自结构后面的土压力，维持结构的稳定性。土钉墙加固技术多用于基坑开挖支护和边坡稳定的加固。

图1.6 土钉墙