論文導(dǎo)讀:：邊坡穩(wěn)定性問題一直是巖土工程界的一個重要研究內(nèi)容，它涉及礦山工程、土木工程、鐵路公路工程、水利水電、港口、廢渣及垃圾處理等諸多工程領(lǐng)域，以及山坡、岸坡等自然領(lǐng)域。本文介紹了邊坡穩(wěn)定性分析中比較常用的方法——極限平衡法的基本原理，并且以某煤礦坡建筑場區(qū)為例說明了其應(yīng)用，并給出相應(yīng)的支護加固方案。
1．引言
邊坡(斜坡)是人類工程和經(jīng)濟活動中最普遍的地質(zhì)地貌環(huán)境。它是巖石圈的天然地質(zhì)和工程地質(zhì)的作用范圍內(nèi)具有露天側(cè)向臨空面的地質(zhì)體，是廣泛分布于地表的一種地貌形態(tài)。邊坡穩(wěn)定性研究已有一百多年的歷史，特別是近幾十年來，隨著環(huán)境保護與減輕自然災(zāi)害十年活動在我國的開展，邊坡穩(wěn)定性評價與滑坡預(yù)測已經(jīng)成為具有特色的工程地質(zhì)課題之一。
對于煤礦巖石高邊坡極限平衡法，影響穩(wěn)定性的因素總體上分為地質(zhì)因素及非地質(zhì)因素兩類發(fā)表論文。前者是滑坡發(fā)生的地質(zhì)基礎(chǔ)條件，后者則為滑坡的發(fā)生提供了外動力因素和觸發(fā)條件。影響邊坡穩(wěn)定狀態(tài)的地質(zhì)因素包括邊坡巖體的結(jié)構(gòu)特性、介質(zhì)結(jié)構(gòu)特性、地下水狀態(tài)、水文地質(zhì)條件及地應(yīng)力等;非地質(zhì)因素包括大氣降雨、振動、坡腳切層開挖以及邊坡下面地下開采等。
2．邊坡穩(wěn)定性分析
邊坡穩(wěn)定性分析理論在國內(nèi)外的發(fā)展經(jīng)歷了一個很長的歷史時期，國內(nèi)外不少專家學(xué)者對其進行過研究，穩(wěn)定性分析方法很多，如：定性分析方法，定量分析方法，不確定分析方法，確定性和不確定性方法的結(jié)合，物理模擬方法等。
2.1極限平衡法基本原理
現(xiàn)在邊坡穩(wěn)定性分析中比較常用的方法是極限平衡法。該方法基于該原理的方法很多，如瑞典圓弧法、Bishop法、Janbu法、Sarma法、Morgenstern-Price法極限平衡法，Spencer法，不平衡推力法等，并且開發(fā)了相應(yīng)的計算機程序。
極限平衡法的基本原理是根據(jù)邊坡破壞的邊界條件，應(yīng)用力學(xué)分析研究的方法，對可能發(fā)生的滑動面，在各種荷載作用下進行理論計算和抗滑強度的力學(xué)分析。通過反復(fù)計算和分析比較，對可能的滑動面給出穩(wěn)定性系數(shù)。
一般建立在極限平衡原理基礎(chǔ)上的邊坡穩(wěn)定性析方法包含強度準(zhǔn)則、靜衡、安全系數(shù)定義三個原則。
1）強度準(zhǔn)則
現(xiàn)行的邊坡穩(wěn)定性分析方法中一般都是基于摩爾—庫侖強度理論：
由庫侖理論知，土的有效應(yīng)力強度表達式為：
極限平衡法
極限平衡法
式中：——土的抗剪強度（kPa）；
——作用在剪切面上的法向就力（kPa）；
——土的內(nèi)摩擦角（°）；
——土的粘聚力（kPa）；
——孔隙水壓力（kPa）發(fā)表論文。
2）靜力平衡條件
將滑動土體分成若干條塊（如圖1.1），每個條塊和整個滑動土體都要滿足力和力矩平衡條件，在靜力平衡方程組中極限平衡法，未知數(shù)的數(shù)目超過了方程式的數(shù)目，解決這一靜不定問題的辦法是對多余未知數(shù)作假定，使剩下的未知數(shù)和方程數(shù)目相等，從而解出安全系數(shù)的值。
2）安全系數(shù)
邊坡沿某一滑動面滑動的安全系數(shù)是指土體沿某一滑動面的抗滑力（矩）和滑動力（矩）之比值。
3. 工程實例
3.1工程概況
本工程為山西太原某煤礦邊坡建筑場區(qū)。該建筑場區(qū)位于山脈東翼，呈西南高東北低的低中山區(qū)，區(qū)內(nèi)山高坡陡，溝谷縱深。場區(qū)地貌單元屬低中山斜坡，由勘探揭露，場區(qū)地層根據(jù)地層時代，成因類型和土特性的差異極限平衡法，大體劃分為以下6個工程地質(zhì)單元體：回填土、粉土、滑坡體產(chǎn)物、紫紅灰綠色砂質(zhì)泥巖、灰綠色細(xì)粒含泥質(zhì)長石石英砂巖。
3.2邊坡穩(wěn)定性分析
選定其中剖面I—I’為計算分析的對象。
勘探結(jié)果表明，剖面I—I’的地層分布為，上部表面是主要有回填土、碎塊石土、砂質(zhì)泥巖強風(fēng)化層和砂質(zhì)泥巖微風(fēng)化層，剖面圖如圖2所示
針對上述剖面，采用極限平衡法，計算正常狀況下的安全系數(shù)以及在地震和暴雨情況的安全系數(shù)。剖面I—I’都存在著強風(fēng)化泥巖，在地下水或者雨水的情況下，泥巖的力學(xué)性能明顯降低，預(yù)計會產(chǎn)生滑坡。
由于所研究的邊坡是折線形滑坡，因此采用不平衡推力法計算在不同情況下的最小安全系數(shù)發(fā)表論文。得到的滑動面如圖3所示。由于滑動面均穿越強風(fēng)化砂質(zhì)泥巖極限平衡法，在遇水或者地下開采的情況下，其力學(xué)性能減弱明顯，很容易產(chǎn)生變形，因此該滑動面成了邊坡最不穩(wěn)定部位，最容易出現(xiàn)滑移。表1是關(guān)于邊坡通過不平衡力傳遞系數(shù)法計算在不同邊界條件下的最小安全系數(shù)，可以看出邊坡的穩(wěn)定狀態(tài)。
由于滑坡體內(nèi)地下水位位于滑動面附近，水的潤滑作用對滑坡的穩(wěn)定極為不利，根據(jù)極限平衡法穩(wěn)定計算結(jié)果，滑坡體處于極限平衡狀態(tài)偏不穩(wěn)定狀態(tài)，結(jié)合在根據(jù)滑坡的變形特征和變形監(jiān)測結(jié)果極限平衡法，目前滑坡比較活躍，變形速率平均為 0.5mm/d，最大變形速率高達0.92mm/d，因此需要通過進一步剖面的穩(wěn)定性，以及最有可能產(chǎn)生滑坡區(qū)段，以確保的設(shè)計支護方案準(zhǔn)確性。
4. 邊坡支護加固方案
目前對滑坡和邊坡的治理方案較多，常用的有擋土墻、抗滑樁、土釘墻等，結(jié)合本工程的實際特點，本著經(jīng)濟、安全和便于施工的原則采取如下加固方案：
在滑坡區(qū)采用抗滑樁、瓦斯抽放，設(shè)置截、排水溝以及聚丙烯混凝土噴層的加固方式。并且且建立監(jiān)測預(yù)警。
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