岩土工程课程设计 程少北

山东科技大学岩土工程课程设计（岩土08）-1-滑坡工程治理设计说明书第一章工程概况1.1原始条件长城煤矿隶属于邯郸矿业集团，位于河北省张家口市薇县白草乡、太行山西麓东临小五台山。因扩大再生产，在劈山建设新矿的过程中，使山体形成了多个陡坡，给矿井生产带来了诸多不安全隐患。其中，35KVA变电站边坡于2005年出现局部滑移现象，与2006年10月采取坡体上、中部抗滑桩、冠梁以及压脚梁和坡面喷混凝土等护坡措施后，自2007年7月又出现较大规模的破坏和滑坡。1.2滑坡特征1.2.1边坡工程地质和水文地质概况长城煤矿滑坡的平面及剖面特征分别见图1和图2.该段边坡处于区域低地下水区域，可能受到区域地下水的影响，同时因地处山谷地段，降水时坡顶有较大的汇水面积，又处于斜坡地形，降雨和坡顶上方自然坡面水流易顺着坡面和上部裂隙面向坡体内流动渗透，然后沿着破碎带流入到主滑动面并沿着主滑动面流动，并且在滑动体的前缘有水渗出。经过现场勘测和边坡工程地质综合分析，该边坡已整体失稳，内部滑动面已贯穿，滑动体破碎，在大量雨水渗透作用下有加速滑坡的可能。1.2.2滑坡体的特征长城煤矿滑坡体平面形状呈“舌”形，滑坡体后缘至上部抗滑桩处呈弧形拉张状态。滑体主要由第四纪松散堆积物组成，滑面形状近似平面。从现场的地质勘查来看，边坡覆盖层为第四纪碎石粘土，边坡的基岩为粉质粘土。该边坡坡宽为120m、坡高23.8m、坡长51m。坡体中部的滑坡床深度约7～10m、滑面平均深度约4m，滑坡体的体积约244803m，体重4.9万吨，属中型滑坡，按滑动面的形状和移动类型分类可归入地表堆积物的斜体移动。山东科技大学岩土工程课程设计（岩土08）-2-山东科技大学岩土工程课程设计（岩土08）-3-1.3原加固方案及边坡现状描述原加固方案：坡面喷浆，坡脚设6m长抗滑桩。见图3。边坡现状描述：坡面出现错动裂痕，坡面突出，坡顶下沉约2m。见照片图4、5、6。图3长城煤矿35KVA变电所边坡图图4长城煤矿35KVA变电所边坡破坏情况井架变电所路面30m6m40m现坡线原坡线桩（6m）山东科技大学岩土工程课程设计（岩土08）-4-图5长城煤矿35KVA变电所边坡破坏情况第二章滑坡破坏机理和稳定性分析2.1滑坡破坏机理分析根据该边边坡工程地质及水文地质情况，可以分析影响该边坡稳定性的主要因素有：内部条件（地层岩性、坡体结构）和外部条件（地下水、地表水、降水、坡度等）。山东科技大学岩土工程课程设计（岩土08）-5-2.1.1内部条件长城煤矿滑坡体内存在破碎带，破碎带强度较低，其松散性为降雨入渗提供了便利条件，从而加速了滑坡的可能。滑坡主要发生在20～45°的山坡上，大于45°的山坡多发生崩塌而少滑坡，缓于20°者滑坡也比较少，有些软弱层如粘性土自然山坡可能只有10°左右，但滑坡多发生在人工开挖的沟、堑边坡，边坡坡度远大于10°。2.1.2外部条件长城煤矿滑体主要由第四纪松散堆积物组成，边坡覆盖层为碎石粘土，边坡的基岩为粉质粘土。坡体中部的滑坡床深度约7～10m，滑面平均深度约4m。该层渗透系数较大，大气降水及地表水可直接经由该层入渗至其下部岩层中。长城煤矿边坡处于区域低地下水区域，可能受到区域地下水的影响，同时因地处山谷地段，降水时坡顶有较大的汇水面积，又处于斜坡地形，降雨和坡顶上方自然坡面水流易顺着坡面和上部裂隙面向坡体内流动渗透，然后沿着破碎带流入到主滑动面并沿着主滑动面流动，并且在滑动体的前缘有水渗出。经过现场勘测和边坡工程地质综合分析，该边坡已整体失稳，内部滑动面已贯穿，滑动体破碎，大量雨水渗入坡体并在潜在滑带聚集，软化了滑带岩土，增加了地下水位和滑带土的孔隙水压力，减小其抗剪强度和阻滑力。滑体饱水增加滑体重力和下滑力，已开裂的坡体裂缝中灌水还可产生静水压力。2.2滑坡推力的计算与稳定性分析初步拟定滑坡体抗剪强度指标粘聚力10cKPa，内摩擦角16，滑坡体山东科技大学岩土工程课程设计（岩土08）-6-的重度20KN/m³，验算滑坡的稳定性。2.2.1滑坡推力的计算：计算时首先在滑动主轴方向的地质纵断面上，按照岩土性质以及滑动面的产状将滑坡土体划分为8个垂直条块，然后取单位宽度滑动土体的任一条块分离体作极限平衡状态下的静力分析，作用在第i条块上的基本力系如下图所示：计算推力时作以下简化假定：（1）滑坡体不可压缩并作整体下滑，不考虑条块之间挤压变形；（2）条块之间只传递推力不传递拉力，不不出现条块之间的拉裂；（3）块间作用力（即推力）以集中力表示，它的作用线平行于前一块的滑面方向，作用在分界面的中点；（4）顺滑坡主轴取单位长度（一般为1.0m）宽的岩土体作计算的基本断面，不考虑条块两侧的摩擦力。第i条块的剩余下滑力（即该部位的滑坡推力）可用下式计算1tancossiniiiiiiiiiiElcWKWE—第i块滑体剩余下滑力—第（i-1）块滑体剩余下滑力—第i块滑体的重量—传递系数，11cos()sin()taniiiii—第i块滑体滑面上岩土体的粘聚力—第i块滑体的滑面长度iE1iEiWiicil山东科技大学岩土工程课程设计（岩土08）-7-—第i块滑体滑面上岩土体的内摩擦角—第i块滑体滑面的倾角K—安全系数(一般取为1.05~1.25)表1：滑坡土质物理参数表土类重度γ（KN/m³）粘聚力c（kPa）内摩擦角（°）碎石粘土201016粉质粘土171318滑面土体191017采用条分滑坡推力的计算法对滑坡的稳定性进行分析，首先根据滑坡的形状和滑坡的大小将滑坡分成7块，分别编号为1、2…7，如下图所示。4,686°21°25°25°29°19°32°10,48,945,498,42,696,181,578,639,711,19,5210,847,985,717,659,46,826,847,394,515764321绝对高程（m）514401435143014251420141514105045403530252015100传递系数法计算图ii山东科技大学岩土工程课程设计（岩土08）-8-表2：滑坡推力计算表块号iW(KN/m)i°icil(m)iilciitaniiWcosiiiWtancosiiWsiniiKWsin(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)1137.5632101.5715.7170.306116.65735.69772.89691.1202786.2219108.6386.3170.306743.386227.476255.968319.96031038.7329109.7097.0170.306908.494277.999503.586629.48341621.65251011.1111170.3061469.714449.732685.339856.67451345.0125109.494.0170.3061218.993373.012568.426710.5326692.9321106.8468.0170.306646.906197.953248.324310.4057243.206105.7157.1170.306241.86874.01224.42131.777块号ii1（°）iiiiiitan)sin()cos(111iiE(KN/m)iE(KN/m)1iiE(KN/m)iE(KN/m)(12)(13)(14)=(13)×(15)(15)=(10)+(14)-(9)-(5)(16)=(13)×(17)(17)=(11)+(16)-(9)-(5)121.49939.7222130.90319.420-38.38835.88125.6043-101.040-39.91188.67626.620214.573440.97686.506211.113209.322382.447501.000211.113312.526382.447454.633640.976304.878286.848443.506348.9297150.884253.620147.929308.509154.285通过以上下滑推力的计算可以判定，当安全系数K=1.0处于极限临界状态时，最后一块的剩余下滑推力*8147.929EKN/m＞0，边坡处于不稳定状态；当取安全系数K=1.25时，最后一块的剩余下滑推力8154.28EKN/m＞0，边坡亦处于不稳定状态，需进行边坡的抗滑治理使之稳定。第三章滑坡加固治理方案3.1影响加固质量的因素及对策3.1.1地表排水滑坡体以外的地表水应予拦截、引离,滑坡体上的地表水应注意防渗,并尽快汇集引出。地表排水措施主要考虑:山东科技大学岩土工程课程设计（岩土08）-9-（1）环形截水沟。适用于滑体外排水,截水沟设在顶部裂缝以外不小于5m的稳定地面上,根据地形条件、流量大小计算设置一条或数条间距为50～60m的截水沟,截水沟向一侧或两侧的自然沟谷排出滑坡范围。截水沟深度及底宽不应小于0.5m,采用10年以上任意30min的最大降雨强度的概率流量设计,沟壁和沟底用浆砌片石防护。（2）树枝状排水沟。用于排出滑体范围内的地表水,充分利用自然沟系,汇集并旁引坡面径流排出滑体外。主沟与滑坡体移动方向大致平行,支沟与主沟之间可斜交30°～45°,对土质松软地区地夯成沟形,上铺粘质土或三合土加固，如排水沟通过裂缝。3.1.2渗沟和排水平孔疏排水（1）渗沟。①支撑渗沟：适用于深度2～10m,用以支撑不稳定的滑坡体,兼起排除和疏干滑坡体内的地下水作用。支撑渗沟有主干和分支两种,主干沟平行于滑动方向,支沟可与滑动方向成30°～45°交角。主干沟一般布置在有地下水露头处或由于土中水形成坍塌的地方,支沟则应根据坡面汇水情况合理布置,可伸展到滑坡范围以外拦截地下水,亦可采用支撑渗沟与挡土墙相结合的形式。支撑渗沟一般深度在10m以内,沟宽视抗滑需要宜为2～4m,基底应在滑动面以下的稳定层内0.5m,沟底应设2%～4%的排水纵坡,当滑动面较陡时,可修筑台阶,沟底用浆砌片石砌筑,沟内堆筑片石,支撑渗沟一般按抗滑支撑力控制设计。山东科技大学岩土工程课程设计（岩土08）-10-②边坡渗沟：用于疏干潮湿的边坡和引排边坡上部出露的泉水或上层滞水。一般适用于坡度不陡于1：1的土质路堑边坡,并支撑边坡,减轻坡面冲刷。当边坡上只局部潮湿且面积不大时,边坡渗沟宜布置成条带形状;当局部潮湿的面积较大时宜布置成分岔形;当边坡普遍潮湿时,应布置成拱形或人字形。边坡渗沟垂直嵌入坡体,基底埋入潮湿土层以下较干燥而稳定的土层内、间距取决于地下水的分布、流量和边坡土质等因素,一般采用6～10m。渗沟宽1.2～1.5m,深度视边坡潮湿土层的厚度而定。沟底填大粒径石料为排水通道,沟壁作反滤层,其余空间可用筛洗干净的渗水材料填充。对于分岔、拱形和人字形布置的渗沟,其分岔、拱形、人字形部位的断面下侧可用粘土铺砌隔水,边坡渗沟的下部出口一般用干砌片石垛加固治理渗沟内的填料和排出所汇集的地下水。③截水渗沟：对于有丰富的深层地下水进入滑坡体时,可在垂直于地下水流的方向上设置截水渗沟,以拦截地下水,通过渗沟将水排出滑坡体外。截水渗沟一般布设在可能发生滑坡体范围以外5m处,平面布置可呈环形或折线形。深度不小于10m,断面大小不受流量控制,主要取决于施工方便。渗沟的迎水沟壁设反滤层,背水壁设隔渗层,沟底埋在最低一层含水层的基岩内,否则采用浆砌片石修筑沟槽,排水量较大时沟底设排水管。一般尽量采用较陡的流水纵坡,以不冲刷四壁为原则。截水渗沟一般深而长,为便于疏通,排水管直径应大于1m,且在渗沟的转弯处或直线段30～50m的间隔设检查井,井壁设泄水孔以排除附近的地下水。（2）排水平孔。排水平孔的设置位置和数量应视地下水分布的情况及地址条件定，水山东科技大学岩土工程课程设计（岩土08）-11-平孔坡度应不小于5%~15%,孔径不受流量控制,主要取决于施工机具及孔壁的加固材料。如用水平孔做