1-第一讲(边坡工程概述)

1边坡工程理论与实践边坡工程理论与实践中国中铁科学研究院有限公司廖小平研究员课程内容课程内容1.1.边坡工程概述（第一讲）边坡工程概述（第一讲）2.2.边坡工程设计理论和方法（第二讲）边坡工程设计理论和方法（第二讲）3.3.滑坡地段路基设计（第三讲）滑坡地段路基设计（第三讲）4.4.锚索抗滑桩设计计算（第四讲）锚索抗滑桩设计计算（第四讲）5.5.边坡工程监测预警技术（第五讲）边坡工程监测预警技术（第五讲）第一讲第一讲边坡工程概述边坡工程概述1.1.边坡工程定义边坡工程定义2.2.边坡工程病害边坡工程病害3.3.边坡工程研究与发展边坡工程研究与发展1.1.边坡工程定义边坡工程定义边坡的概念边坡的概念ØØ边坡是自然斜坡和人工边坡的统称，是人边坡是自然斜坡和人工边坡的统称，是人类生存及工程活动最常见的自然地质环境类生存及工程活动最常见的自然地质环境之一。之一。ØØ自然边坡是自然界地质环境的长期演化形自然边坡是自然界地质环境的长期演化形成的；成的；ØØ人工边坡则是人类为了满足生产、生活的人工边坡则是人类为了满足生产、生活的需要，在建设过程中对地形地势进行改造需要，在建设过程中对地形地势进行改造形成的。形成的。边坡工程定义边坡工程定义ØØ在岩土工程或工程地质（地质工程）研究领域，在岩土工程或工程地质（地质工程）研究领域，所谓所谓““边坡边坡””一般是指自然斜坡、河流水库岸坡、一般是指自然斜坡、河流水库岸坡、台塬塬边、崩滑流堆积体、以及人工边坡（交通台塬塬边、崩滑流堆积体、以及人工边坡（交通道路、露天采矿和建筑场地与基础工程所形成）道路、露天采矿和建筑场地与基础工程所形成）等坡体形态的总称。等坡体形态的总称。ØØ““边坡工程边坡工程””即是指在边坡场地进行人类工程活动即是指在边坡场地进行人类工程活动与建设或改造的一个工程体系，主要包括其成因与建设或改造的一个工程体系，主要包括其成因机制、稳定性分析、工程状态、活动规律、发展机制、稳定性分析、工程状态、活动规律、发展趋势、工程对策和工程可靠与安全的研究。趋势、工程对策和工程可靠与安全的研究。22.2.边坡工程病害边坡工程病害边坡工程问题边坡工程问题ØØ近年来，水电建设、露天采矿和交通建设近年来，水电建设、露天采矿和交通建设等人类工程活动规模的不断扩大，以及场等人类工程活动规模的不断扩大，以及场区工程地质条件的限制和自然环境背景因区工程地质条件的限制和自然环境背景因素的影响，因边坡失稳引起的崩塌、滑坡、素的影响，因边坡失稳引起的崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害给人们的生命和财产带泥石流等地质灾害给人们的生命和财产带来了巨大损失，边坡工程的稳定性问题日来了巨大损失，边坡工程的稳定性问题日益突出。国际上将滑坡、泥石流和火山，益突出。国际上将滑坡、泥石流和火山，地震并列为三大全球性地质灾害。地震并列为三大全球性地质灾害。边坡工程病害边坡工程病害ØØ广义：边坡上部分岩土的移动变形和破广义：边坡上部分岩土的移动变形和破坏，或简称坡体运动。国际上常用。坏，或简称坡体运动。国际上常用。ØØ工程：根据边坡变形或破坏的运动学特征工程：根据边坡变形或破坏的运动学特征进行分类。以我国分类较细。进行分类。以我国分类较细。边坡变形破坏运动学特征边坡变形破坏运动学特征运动特征词义运动特征词义ØØ剥：去掉外面的皮或壳。风化剥落剥：去掉外面的皮或壳。风化剥落ØØ落：物体掉下。掉块落石。落：物体掉下。掉块落石。ØØ崩：从上往下坠。崩塌、崩坍。崩：从上往下坠。崩塌、崩坍。ØØ倒：竖立的东西横躺下来倒：竖立的东西横躺下来。倾倒、倒塌。。倾倒、倒塌。ØØ塌：支架起来的东西倒下或陷下塌：支架起来的东西倒下或陷下。崩塌、倒塌、塌方、。崩塌、倒塌、塌方、塌陷、坍塌。塌陷、坍塌。ØØ坍：水冲岸塌坍：水冲岸塌。坍塌、坍方。。坍塌、坍方。ØØ错：相对摩擦运动、互不碰上。错落。错：相对摩擦运动、互不碰上。错落。ØØ滑：以平滑、连续的动作来移动滑：以平滑、连续的动作来移动。滑坡。。滑坡。ØØ溜：沿沟槽灵活地滑动。溜坍。溜：沿沟槽灵活地滑动。溜坍。ØØ流：因水而动，或者随水流而移动。流石、流泥。流：因水而动，或者随水流而移动。流石、流泥。边坡变形破坏运动学特征边坡变形破坏运动学特征ØØ剥：去掉外面的皮或壳。风化剥落剥：去掉外面的皮或壳。风化剥落ØØ落：物体掉下。掉块落石。落：物体掉下。掉块落石。ØØ崩：从上往下坠。崩塌、崩坍。崩：从上往下坠。崩塌、崩坍。ØØ倒：竖立的东西横躺下来倒：竖立的东西横躺下来。倾倒、。倾倒、倒塌。倒塌。ØØ塌：支架起来的东西倒下或陷下塌：支架起来的东西倒下或陷下。。崩塌、倒塌、塌方、塌陷、坍塌。崩塌、倒塌、塌方、塌陷、坍塌。ØØ坍：水冲岸塌坍：水冲岸塌。坍塌、坍方。。坍塌、坍方。ØØ错：相对摩擦运动、互不碰上。错错：相对摩擦运动、互不碰上。错落。落。ØØ滑：以平滑、连续的动作来移动滑：以平滑、连续的动作来移动。。滑坡。滑坡。ØØ溜：沿沟槽灵活地滑动。溜坍。溜：沿沟槽灵活地滑动。溜坍。ØØ流：因水而动，或者随水流而移动。流：因水而动，或者随水流而移动。流石、流泥。流石、流泥。3边坡工程病害边坡工程病害ØØ风化剥落风化剥落ØØ流石流泥流石流泥ØØ掉块落石掉块落石ØØ崩塌崩塌ØØ倾倒倾倒ØØ溃屈溃屈ØØ坍塌坍塌ØØ溜坍溜坍ØØ坍滑坍滑ØØ滑坡滑坡ØØ错落错落风化剥落风化剥落ØØ风化剥落是指坡面裸露的岩体在岩石物理风风化剥落是指坡面裸露的岩体在岩石物理风化和水理作用下逐渐演变成碎屑物质剥离底化和水理作用下逐渐演变成碎屑物质剥离底层岩面而形成坠落的病害现象。层岩面而形成坠落的病害现象。ØØ岩石物理风化是指由于岩面温度变化造成高岩石物理风化是指由于岩面温度变化造成高温膨胀层裂和低温收缩龟裂交替渐进产生表温膨胀层裂和低温收缩龟裂交替渐进产生表层岩石松动碎裂。层岩石松动碎裂。ØØ岩石的水理作用是指既有裂隙中水的反冻胀岩石的水理作用是指既有裂隙中水的反冻胀作用，加速岩石的破坏或碎裂。即冰劈作用。作用，加速岩石的破坏或碎裂。即冰劈作用。此外还有植物根劈作用，以及水份结晶作用此外还有植物根劈作用，以及水份结晶作用等。等。ØØ在重力、风力、雨水冲刷等其它外力作用下在重力、风力、雨水冲刷等其它外力作用下产生表层剥落产生表层剥落。。ØØ风化剥落是较为常见的岩质路堑边坡病害类风化剥落是较为常见的岩质路堑边坡病害类型，硬质岩剥落较缓慢，而软质岩则相对较型，硬质岩剥落较缓慢，而软质岩则相对较严重。岩石特征、气候和地形条件是控制岩严重。岩石特征、气候和地形条件是控制岩石风化的主要因素。不同的岩石具有不同的石风化的主要因素。不同的岩石具有不同的矿物组成和结构构造，不同矿物的溶解性差矿物组成和结构构造，不同矿物的溶解性差异很大。节理、层理和孔隙的分布状况和矿异很大。节理、层理和孔隙的分布状况和矿物的粒度，又决定了岩石的易碎性和表面积。物的粒度，又决定了岩石的易碎性和表面积。ØØ对道路安全影响不大，但是由于长期风化剥对道路安全影响不大，但是由于长期风化剥落，将使边坡岩体形成巨大的洼崖腔，使上落，将使边坡岩体形成巨大的洼崖腔，使上部硬质岩体形成危岩。部硬质岩体形成危岩。流石流泥流石流泥ØØ流石流泥是指坡面岩土在坡面流石流泥是指坡面岩土在坡面泾流或暴流的冲刷下产生泥石泾流或暴流的冲刷下产生泥石流失的现象（规模较大时可产流失的现象（规模较大时可产生坡面泥石流）。生坡面泥石流）。ØØ这种病害在施工期十分常见，这种病害在施工期十分常见，在运营期也时有发生，对于普在运营期也时有发生，对于普通防护的低等级山区公路则更通防护的低等级山区公路则更为普遍。为普遍。ØØ南方花岗岩地区常发育砂土状南方花岗岩地区常发育砂土状强风化层，颗粒较粗，粘粒含强风化层，颗粒较粗，粘粒含量很少，易崩解，抗冲刷能力量很少，易崩解，抗冲刷能力很差，因此在雨季期间流石流很差，因此在雨季期间流石流泥现象十分严重，大量坡面冲泥现象十分严重，大量坡面冲刷物流向碎落台或路面，堵塞刷物流向碎落台或路面，堵塞排水沟，常在坡面形成密集的排水沟，常在坡面形成密集的冲刷沟槽，并导致喷播草仔流冲刷沟槽，并导致喷播草仔流失而影响坡面绿化效果。失而影响坡面绿化效果。坡面冲刷坡面冲刷掉块落石掉块落石ØØ掉块落石一般指坡体上由于节掉块落石一般指坡体上由于节理、风化等形成的小型土块或理、风化等形成的小型土块或岩石等分离体在重力、冰劈、岩石等分离体在重力、冰劈、根劈、或其它外力的作用下从根劈、或其它外力的作用下从坡顶或坡面掉落的病害现象。坡顶或坡面掉落的病害现象。ØØ落石的物质来源：一种是坡顶落石的物质来源：一种是坡顶或坡面由于风化破碎、植物根或坡面由于风化破碎、植物根劈形成的碎石或崩塌残留物；劈形成的碎石或崩塌残留物；一种是由于结构面切割形成的一种是由于结构面切割形成的小型楔体；土块的来源通常为小型楔体；土块的来源通常为坡顶覆盖层的解体物质。坡顶覆盖层的解体物质。ØØ掉块落石的体积较小，其破坏掉块落石的体积较小，其破坏力也不髙；但高边坡的掉块落力也不髙；但高边坡的掉块落石，其能量也不可低估，构成石，其能量也不可低估，构成较大的安全威胁。较大的安全威胁。崩塌崩塌ØØ崩塌是坡体上部分岩土体在重崩塌是坡体上部分岩土体在重力作用下突然脱离山体向下坠力作用下突然脱离山体向下坠落、翻滚、甚或碰撞，并堆积落、翻滚、甚或碰撞，并堆积于坡脚的坡体病害现象。大小于坡脚的坡体病害现象。大小不等，零乱无序的岩块不等，零乱无序的岩块((土块土块))呈呈锥状堆积在坡脚的堆积物称崩锥状堆积在坡脚的堆积物称崩积物，也可称为岩堆或倒石堆。积物，也可称为岩堆或倒石堆。ØØ崩塌一般具有突发性，破坏力崩塌一般具有突发性，破坏力强，常造成较大的危害。强，常造成较大的危害。ØØ崩塌可以分为滑移型崩塌、倾崩塌可以分为滑移型崩塌、倾倒型崩塌和错断式崩塌三种类倒型崩塌和错断式崩塌三种类型。型。ØØ崩塌按物质可分类土崩、岩崩、崩塌按物质可分类土崩、岩崩、以及雪崩以及雪崩((自然坡体自然坡体))。规模大者。规模大者称为山崩，河库岸边称为崩称为山崩，河库岸边称为崩岸，还有堤崩等。岸，还有堤崩等。4崩塌崩塌崩塌崩塌倾倒倾倒ØØ倾倒变形是在河谷下切或倾倒变形是在河谷下切或人工开挖作用后，经应力人工开挖作用后，经应力重分布，坡体上部岩体向重分布，坡体上部岩体向外回弹松弛，并向临空方外回弹松弛，并向临空方向作悬臂弯曲，逐渐向坡向作悬臂弯曲，逐渐向坡内发展，同时岩层之间发内发展，同时岩层之间发生错动并伴有拉裂，最后生错动并伴有拉裂，最后形成坡体突发失稳现象。形成坡体突发失稳现象。ØØ常见于反倾或陡倾层状结常见于反倾或陡倾层状结构边坡岩体中。构边坡岩体中。ØØ这种破坏模式在沉积岩地这种破坏模式在沉积岩地区的反倾地层中较为多区的反倾地层中较为多见，似层状构造的火成岩见，似层状构造的火成岩也有发现。也有发现。溃屈溃屈ØØ溃屈破坏主要发育在溃屈破坏主要发育在等坡顺倾层状岩石边等坡顺倾层状岩石边坡中，当岩层倾角与坡中，当岩层倾角与坡角大致相近时，坡坡角大致相近时，坡脚岩层因剪切变形而脚岩层因剪切变形而呈鼓起状，同时产生呈鼓起状，同时产生层面拉裂、脱层等现层面拉裂、脱层等现象。象。坍塌坍塌ØØ坍塌一般是指土质边坡或坍塌一般是指土质边坡或破碎岩石边坡，在降雨或破碎岩石边坡，在降雨或地下水等触发因素的作用地下水等触发因素的作用下，由于坡脚软化失去支下，由于坡脚软化失去支撑，致使其上覆相应部分撑，致使其上覆相应部分岩土崩解、坍落，并散堆岩土崩解、坍落，并散堆于坡脚的坡体病害现象。于坡脚的坡体病害现象。ØØ具有富水性和突发性。具有富水性和突发性。ØØ在路堑边坡工程中常见。在路堑边坡工程中常见。坍塌坍塌5溜坍溜坍ØØ溜坍是指坡面土体在强度软化溜坍是指坡面土体在强度软化和动静水压等作用下产生浅表和动静水压等作用下产生浅表层沿某些沟槽溜滑并坍移堆积层沿某些沟槽溜滑并坍移堆积于坡脚的病害现象，多发生在于坡脚的病害现象，多发生在降雨期，一般具塑流性质。降雨期，一般具塑流性质。ØØ根据非饱和土力学理论分析，根据非饱和土力