內容簡介
《順層岩質邊坡穩定性分析與支擋防護設計》緊密結閤順層岩質邊坡工程地質特徵,全麵論述瞭該類邊坡工程穩定性分析和支擋防護設計中工程技術人員廣泛關注的問題,即如何確定坡體破壞模式、坡體開挖失穩範圍、潛在滑移麵的確定方法、結構麵力學性質及抗剪強度參數的確定等。《順層岩質邊坡穩定性分析與支擋防護設計》論述瞭深孔爆破、淺孔小颱階爆破和淺孔光麵爆破可能産生的岩體層裂範圍,提齣瞭適用於順層岩質邊坡爆破施工的減振爆破技術;介紹瞭基於順層岩質邊坡失穩模式的支擋加固措施,同時還介紹瞭通過注漿方式增強坡體整體性能、提高層麵抗剪強度,再輔以輕型支護體係的加固防護技術。《順層岩質邊坡穩定性分析與支擋防護設計》以渝懷鐵路200多處順層岩質邊坡工程為依托,給齣瞭具有工程實用價值的設計原則,並以錶格的形式提供瞭該工程80多處順層岩質邊坡的工程簡況以及支護措施,供設計人員參考。《順層岩質邊坡穩定性分析與支擋防護設計》可供鐵道、公路、建築、水電等行業的工程技術人員使用,亦可供高校師生和科研人員參考。
作者簡介
李安洪,1965年6月齣生,1986年畢業於重慶大學采礦工程係,工學碩士,現為中鐵二院工程集團有限責任公司副總工程師、教授級高工。
20餘年來一直從事鐵路、公路、城市交通等路基、岩土工程的勘察設計及科研工作。先後參加或主持瞭南昆鐵路、渝懷鐵路、株六復綫鐵路、鄭西高速鐵路等幾十項國傢重點建設項目的路基勘察、設計等工作。在不良地質及特殊岩土地區的勘察設計以及高邊坡、滑坡、膨脹土、軟土等邊坡、地基處理和岩土工程病害整治方麵,具有豐富的實踐經驗。
十多年來,結閤南昆、渝懷等鐵路建設,主持瞭新建鐵路破碎軟岩路塹高邊坡、順層岩質路塹邊坡穩定性研究及支擋防護工程試驗等多項科研項目,6項科研成果獲得省部級科技進步奬,10餘項設計獲得省部級優秀設計奬:獲得鐵道部有突齣貢獻中青年專傢、四川省有突齣貢獻優秀專傢、國務院政府特殊津貼專傢、四川省勘察大師稱號及第七屆詹天佑成就奬;主持編寫瞭《鐵路工程地基處理技術規程》,參編《鐵路路基支擋結構設計規範》及《新型支擋結構設計與工程實例》。
周德培,教授,博士生導師。1981年和1987年分彆在西南交通大學土木工程專業獲得碩士和博士學位,留校從事岩土工程領域的教學和科研工作。近年來,在岩土邊坡變形及其控製理論的研究方麵作齣瞭較為突齣的貢獻。主要成果有:齣版學術專著2部、獲得省部級科技進步二等奬4項、三等奬2項。提齣的基於岩土體開挖變形理論的預加固技術、信息施工技術等成果已在南昆綫、內昆綫、株六綫、渝懷綫、川藏公路、京珠高速公路等鐵路和公路工程建設中廣泛推廣應用。在國內首次開發研究齣的“岩石邊坡噴射植被護坡工程技術”已在岩土工程中廣泛推廣應用,為基礎設施建設與生態環境保護協調發展提供瞭技術支持。在這方麵齣版學術專著一部,獲得國傢科技進步二等奬一項,省級科技進步一、二等奬各一項。發錶學術論文30多篇。四川省學術與技術帶頭人,中國岩石力學與工程學會理事、四川省岩石力學與工程學會副理事長。
內頁插圖
目錄
第一章 緒論
第一節 順層岩質邊坡基本概念與特徵
第二節 順層岩質邊坡工程綜述
第三節 渝懷鐵路順層岩質邊坡工程及研究成果
參考文獻
第二章 順層岩質邊坡分類與結構麵特徵
第一節 概述
第二節 順層岩質邊坡分類
第三節 結構麵形態及變形特性
第四節 結構麵力學性質
第五節 結構麵抗剪強度
參考文獻
第三章 順層岩質邊坡失穩模式和穩定性評價
第一節 概述
第二節 順層岩質邊坡破壞模式
第三節 基於赤平投影原理的失穩模式判斷
第四節 順層岩質邊坡的總體穩定性評價
第五節 邊坡穩定性安全評價的方法和標準
參考文獻
第四章 順層岩質邊坡穩定性分析
第一節 概述
第二節 順層滑移破壞型順層邊坡穩定性分析
第三節 滑移拉裂破壞型順層邊坡穩定性分析
第四節 滑移彎麯破壞型順層邊坡穩定性分析
第五節 滑劈破壞型順層邊坡穩定性分析
第六節 楔形體破壞型邊坡穩定性分析
參考文獻
第五章 順層岩質邊坡開挖變形及影響範圍分析
第一節 概述
第二節 開挖影響範圍係列小比例模型試驗
第三節 開挖影響範圍大比例模型試驗
第四節 開挖影響範圍數值分析
第五節 工程實例驗證
參考文獻
第六章 順層岩質邊坡爆破施工技術
第一節 概述
第二節 順層岩質路塹邊坡爆破地震效應
第三節 順層邊坡岩體爆破的層裂效應
第四節 順層岩質邊坡開挖爆破的減振技術
參考文獻
第七章 順層岩質路塹邊坡加固技術
第一節 加固原則與常用技術
第二節 注漿加固技術與效果分析
第三節 獨立布置的大錨杆組閤結構設計計算
第四節 微型樁組閤結構的設計計算
參考文獻
第八章 順層岩質邊坡設計與工程實例
第一節 概述
第二節 確定滑移麵的方法
第三節 結構麵抗剪強度
第四節 順層岩質路塹邊坡設計原則
第五節 工程應用實例
參考文獻
附錄一渝懷綫典型順層岩質路塹邊坡工點照片
附錄二順層岩質路塹邊坡病害工點照片
精彩書摘
當邊坡由上陡下緩、軟硬相間的順傾岩層組成時,開挖後邊坡可能産生擠齣型或鏇轉型滑動。由於此類滑坡推力主要來自坡體後部,因此一般後部采用順層清方減重,這樣可大大減小滑坡推力;前部利用抗滑樁或預應力錨索框架(地梁)支擋。
此外,還應做好防排水工程。水是影響順層岩質路塹邊坡穩定性的重要因素,因此應設法盡量減少地錶水嚮邊坡岩體滲透,並排齣邊坡岩體中的地下水。一般應在順層邊坡影響範圍外側及塹頂外設置截水天溝,使地錶水在流進坡麵張裂隙之前就被排走。同時,還應使用黏土、砂漿等對地錶張裂隙進行封閉,並使邊坡頂麵有一定的排水坡度,不讓水在地麵停留,避免水沿裂隙滲人坡體。當地下水較發育時,可在邊坡設水平排水孔,降低地下水位,以減小靜水壓力。
綜上所述,由於順層岩質邊坡廣泛存在於各類工程建設中,人們對它的研究也做瞭較多的工作,並取得瞭一些成果。但是由於這類邊坡工程地質條件復雜、緻災機理多樣化,坡體力學性質錶現齣極大的非綫性和不連續性,導緻這類邊坡工程的設計和施工仍然是工程技術人員麵臨的難題。目前,人們廣泛關注的、並且還需要進一步加以研究解決的問題主要如下。
(1)關於坡體破壞模式的確定。盡管現有成果已提齣瞭一些順層邊坡的破壞模式,但在實際的設計施工中可操作性和可判彆性卻不強。如何根據地質勘探資料正確確定坡體開挖後可能發生的破壞模式,從而建立與地質資料一緻的邊坡穩定性分析模型,還需要進一步深入研究。
(2)關於坡體開挖的失穩範圍。順層岩質邊坡開挖失穩範圍是穩定性分析和支護設計的重要依據,設計時一般是憑設計人員的經驗確定。科研院校通常是利用數值分析來研究此範圍,也有從大量資料調研齣發建立經驗公式來計算失穩範圍的,例如提齣瞭長大順層邊坡的首段滑移長度計算公式,但是失穩範圍與多種因素相關,應該根據坡體的地質特徵,按照開挖坡體的應力與變形規律來分析和確定此範圍。
(3)關於滑移麵及其抗剪強度參數的確定。確定順層岩質邊坡的滑移麵是正確進行穩定性分析的關鍵,但是要想在順層岩體中的諸多岩層麵中正確找齣滑移麵至今還是尚未得到很好解決的難題。目前,對於結構麵抗剪強度參數的確定也提齣瞭一些方法,例如根據室內外測試資料,利用數理統計的方法、參數反算的方法等。但這些方法還存在不足之處,需要進一步加以補充和完善。
(4)關於爆破施工的減振技術。對於順層硬質岩邊坡通常采用爆破施工方法開挖路塹邊坡。目前麵臨的問題是對於具體的順層岩體,選擇什麼樣的爆破施工方法和爆破工藝,纔能使坡體層裂範圍、地震效應和坡麵性狀滿足設計要求。
(5)關於順層邊坡設計及順層坡體的加固技術。對於順層邊坡設計而言,一般采用順層清方,或清方與順層坡體加固相結閤的處理措施。順層坡體的加固通常采用以抗滑樁、預應力錨索抗滑樁、樁間牆、樁闆牆等樁錨結構為主的加固技術。這些重型支擋結構所需要的鋼筋水泥用量大、投資大、機械化程度低、工期長,能否根據坡體地質條件采用輕型支護體係,也是目前尚待研究的課題。
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前言/序言
《順層岩質邊坡穩定性分析與支擋防護設計》 內容簡介 《順層岩質邊坡穩定性分析與支擋防護設計》是一部聚焦於處理復雜地質條件下岩質邊坡穩定性問題的專業著作。本書深入剖析瞭順層岩質邊坡這一特定地質形態的形成機製、內在力學特性以及其在工程實踐中麵臨的獨特挑戰。旨在為岩土工程、水利水電、交通運輸、礦山工程等領域的工程師、研究人員及相關技術人員提供一套係統、全麵且實用的理論指導和技術方案。 第一章 緒論 本章首先界定和闡述瞭順層岩質邊坡的概念及其重要性。順層邊坡,顧名思義,是指岩層産狀與邊坡坡麵存在特定夾角,導緻岩體在重力、地下水、外部荷載等作用下,傾嚮於沿著結構麵發生滑動失穩的地質體。這類邊坡在自然斜坡和人工開挖邊坡中均廣泛存在,其失穩形式多樣,破壞性強,對工程安全構成嚴重威脅。 隨後,本章迴顧瞭國內外關於順層岩質邊坡穩定性研究的曆史沿革與發展現狀,梳理瞭已有的研究方法、理論模型和工程實踐經驗。通過對前人工作的總結,突齣瞭當前研究存在的不足之處,為本書後續內容的研究方嚮和技術創新奠定瞭基礎。 最後,本章明確瞭本書的研究目的、技術路綫和預期貢獻。本書的核心目標在於深化對順層岩質邊坡滑動機理的認識,發展可靠的穩定性評價方法,並提供科學有效的支擋防護工程設計原則和技術。 第二章 順層岩質邊坡的地質與力學特性 本章是本書的基礎,詳細探討瞭順層岩質邊坡的關鍵地質特徵及其對邊坡穩定性的影響。 岩層産狀與坡麵關係: 深入分析瞭岩層的傾角、傾角方嚮與邊坡坡角的相對關係,重點討論瞭順層邊坡的典型形態,如迎坡、順坡、橫坡等,並分析瞭不同産狀組閤下的滑動傾嚮。 結構麵特徵: 詳細介紹瞭岩體結構麵的性質,包括結構麵的數量、間距、延伸長度、形態(平麵、彎麯)、粗糙度、充填物(土、砂、礫、泥等)的性質(厚度、強度、滲透性)及其對剪切強度的影響。 岩體宏觀力學性質: 闡述瞭順層岩質邊坡的宏觀力學行為,特彆是在低強度結構麵控製下的整體滑動特性。介紹瞭常用的宏觀強度指標(如李三力學模型、Bieniawski強度準則等)的適用性與局限性。 地下水作用: 詳細分析瞭地下水在順層邊坡中的賦存狀態、流動規律及其對邊坡穩定性的影響。闡述瞭靜水壓力、滲流力(浮力、拖曳力)如何降低岩體的有效應力,顯著削弱邊坡抗剪強度,並可能誘發突發性滑塌。 第三章 順層岩質邊坡的失穩機理分析 本章專注於揭示順層岩質邊坡的各種失穩模式。 結構麵滑動: 這是順層岩質邊坡最常見的失穩模式。詳細分析瞭單結構麵滑動、貫通性結構麵群滑動、順層貫通滑動等不同形式的滑動機理,並解釋瞭不同條件下滑動麵的形成過程。 整體滑動: 在特定的岩體結構和産狀條件下,可能發生較厚的岩體整體沿坡麵或坡底結構麵發生的整體滑動。 次生破壞: 探討瞭邊坡失穩過程中可能伴隨的次生破壞現象,如塊體崩落、卸荷蠕變、軟弱夾層變形等,以及這些次生破壞對整體穩定性的影響。 耦閤效應: 分析瞭重力、地下水、地震、降雨、凍融循環、外部荷載(如建築物、交通荷載)等多種因素對順層岩質邊坡穩定性的耦閤作用。 第四章 順層岩質邊坡的穩定性分析方法 本章係統介紹瞭當前主流的順層岩質邊坡穩定性分析方法,並進行瞭比較與評價。 極限平衡法: 經典的極限平衡法: 詳細介紹基於瑞典條分法的各類方法(如Bishop法、Janbu法、Spencer法、Morgenstern-Price法),並重點分析其在處理結構麵滑動時的改進和局限性。 基於結構麵滑動麵的極限平衡法: 重點介紹適用於順層邊坡的單結構麵滑動極限平衡法,以及考慮多個結構麵相互作用的簡化方法。 極限平衡法的適用性與局限性: 討論極限平衡法在處理復雜應力狀態、非綫性滑動麵、塊體相互作用等問題時的不足。 數值模擬法: 有限元法(FEM): 介紹基於連續介質力學理論的有限元法,如何模擬岩體的變形、應力分布以及結構麵的力學行為。重點探討岩石損傷模型、強度摺減法等在順層邊坡分析中的應用。 離散元法(DEM): 重點介紹離散元法在模擬塊體運動、結構麵非連續性變形和相互作用方麵的優勢,特彆適用於處理塊體滑動、崩落等問題。 數值模擬方法的優缺點與選擇: 詳細比較FEM和DEM在順層邊坡分析中的適用範圍、計算效率、結果解釋等方麵的差異,指導工程實踐中的方法選擇。 經驗與半經驗方法: 簡要介紹基於工程實踐經驗和統計分析的邊坡穩定性評價方法,如工程地質分析法、邊坡穩定性圖錶法等,並說明其作為初步評價手段的價值。 基於可靠度理論的分析: 介紹引入概率論的邊坡可靠度分析方法,如何考慮模型不確定性、參數變異性,從而給齣更科學的邊坡安全評估。 第五章 順層岩質邊坡的支擋防護設計原則與技術 本章針對順層岩質邊坡的特點,提齣一係列行之有效的支擋防護設計理念和技術。 設計原則: 因地製宜,綜閤治理: 強調根據邊坡具體地質條件、失穩模式和工程需求,選擇最適宜的防護措施。 重在治本,兼顧治標: 優先考慮減小或消除滑動力的措施(如減載、排水),其次是提高邊坡抗滑力的措施(如支擋結構)。 經濟性與可靠性平衡: 在確保安全可靠的前提下,追求工程的經濟效益。 防護工程類型: 排水減載措施: 地錶排水: 截水溝、排水溝、集水井等的設計與布置。 地下排水: 盲溝、排水孔、砂濾層等的設計與施工,重點分析其在順層邊坡減小結構麵水壓力和滲透力中的作用。 邊坡減載措施: 削坡減載: 介紹閤理確定削坡坡度、平颱寬度等參數,以減小邊坡自重和誘發滑動的驅動力。 卸載平颱: 在邊坡中部或坡腳設置卸載平颱,降低上部岩體的重力。 支擋結構: 錨杆支護: 詳細介紹不同類型錨杆(砂漿錨杆、錨索、土釘等)的選型、設計參數(錨固長度、孔徑、間距、受力計算)、施工工藝及在順層邊坡中的應用,重點分析錨杆如何提高結構麵抗剪強度,提供拉拔力抵抗滑動。 擋土牆: 重力式擋牆: 介紹在能夠提供足夠基礎承載力的區域,通過自身重量抵抗滑移和傾覆。 加筋土擋牆: 介紹利用土工格室、土工織物等與迴填土結閤形成整體性結構,提高牆體穩定性。 樁式支護: 介紹排樁、群樁等形式,如何利用樁身強度和樁側摩阻力抵抗滑動。 錨固擋牆/加勁擋牆: 結閤錨杆和擋牆,提供更強的支擋能力。 灌漿加固: 介紹漿液的選擇、灌漿工藝,如何填充結構麵孔隙、提高岩體整體強度。 噴射混凝土與掛網: 介紹噴射混凝土的厚度、縴維增強等技術,結閤金屬網,形成保護層,防止錶層岩石崩落,並為下部加固措施提供支持。 生態防護: 介紹植被護坡、格賓石籠等,在邊坡錶麵形成植被覆蓋,減少水土流失,同時具備一定的固坡作用。 支擋防護設計的關鍵考慮因素: 結構麵貫通性與延伸長度: 對滑動麵潛在貫通性的判斷,以及其對支擋結構設計的影響。 地下水控製: 再次強調排水措施與支擋結構之間的協同作用。 凍融與蠕變: 在寒冷地區和長時期工程中,考慮凍融和蠕變對支擋結構性能的影響。 施工工藝與質量控製: 強調施工過程中的關鍵環節,確保防護工程的實際效果。 第六章 工程案例分析 本章通過多個典型工程案例,生動地展示本書所介紹的理論與方法在實際工程中的應用。 不同類型順層岩質邊坡的穩定性分析: 選擇不同地質條件、不同滑動機理的邊坡作為案例,展示如何應用極限平衡法和數值模擬法進行穩定性評價。 多樣化支擋防護措施的設計與實施: 選取在實際工程中采用瞭不同組閤防護措施的邊坡案例,詳細介紹其設計思路、具體參數、施工過程及最終效果。 案例中的問題與挑戰: 討論在工程實踐中遇到的復雜問題,如地下水突湧、結構麵參數不確定性、防護措施失效原因等,以及如何通過改進設計和施工來解決。 經驗教訓與推廣價值: 對案例進行總結,提煉齣可供藉鑒的經驗教訓,為今後的類似工程提供參考。 第七章 結論與展望 本章對全書內容進行總結,並對未來研究方嚮進行展望。 主要結論: 概括本書在順層岩質邊坡地質力學特性、失穩機理、穩定性分析方法以及支擋防護設計方麵的核心發現和技術貢獻。 研究展望: 提齣未來在以下方麵可以進一步深入研究: 更精細化的數值模型,考慮岩體損傷、應力循環等復雜行為。 智能化、自動化的穩定性監測預警技術。 新型、高性能的支擋防護材料與結構。 極端氣候和環境變化對順層邊坡穩定性的影響。 長期服役條件下支擋防護結構的可靠度評估。 附錄 常用岩石力學性能測試方法介紹。 相關規範、標準摘錄。 術語解釋。 《順層岩質邊坡穩定性分析與支擋防護設計》力求理論聯係實際,內容翔實,圖文並茂,既有嚴謹的科學論述,也有實用的技術指導,是岩土工程領域不可多得的參考書籍。