1、107 国 道 高 陡 边 坡 稳 定 性 与 锚 索 抗 滑 桩 防 护 加 固 综 合 设 计 K9+360k9+400- -目 录摘 要 .IAbstract .III第一章 前言 .11.1 背景 11.2 国内外研究现状 11.3 选题的意义及技术路线 3第二章 工程地质条件 .42.1 自然条件 42.1.1 地理位置 .42.1.2 气候与气象 .42.1.3 水文 .42.1.4 土壤与生态 .52.1.5 交通状况 .52.2 地质条件 52.2.1 地形、地质与地貌特征 .52.2.2 地层地质特征 .62.3 现场勘查 62.4 现场踏勘结果 6第三章 高陡边坡稳定性分析
2、计算 .73.1 稳定性分析概念及计算原理 73.1.1 瑞典条分法 .73.1.2 Bishop 条分法 .83.2 搜索最危险滑动面 103.2.1 瑞典条分法搜索最危险滑面步骤 .103.2.2 毕肖普条分法搜索最危险滑面步骤 .103.3 圆弧滑面安全系数计算 103.3.1 滑面 计算 101O3.3.2 滑面 计算 .1223.3.3 滑面 计算 1333.3.4 滑面 计算 .144湖 南 工 程 学 院 本 科 毕 业 设 计 论 文- I -3.4 毕肖普条分法计算安全系数 15第四章 抗滑桩的设计原理 174.1 锚索抗滑桩概述 174.1.1 抗滑桩优点 .174.1.2
3、 抗滑桩类型 .184.2 抗滑桩设计要求和设计内容 184.2.1 抗滑桩设计一般要求。 .184.2.2 抗滑桩的设计内容 .194.2.3 抗滑桩的设计计算程序 .194.3 抗滑桩设计荷载确定 204.3.1 滑坡推力的确定 .204.3.2 地基反力的确定 .204.4 抗滑桩的设计 224.4.1 抗滑桩的布设 .224.4.2 情况分类 .234.4.3 计算方法概述 .234.5 桩侧应力验算 244.6 桩的配筋计算 25第五章 锚索桩的计算 .265.1 概述 265.2 锚索桩的设计计算 265.3 锚索桩外力计算 275.4 锚索桩的内力计算 285.4.1 受荷段内力
4、计算 .285.4.2 锚固段内力计算 .315.5 桩侧应力验算 .365.6 锚索桩配筋计算 375.6.1 锚索桩构造规定 .375.6.2 正截面受弯计算 .385.6.3 斜截面受剪计算 .405.7 锚索设计 425.7.1 锚索锚杆的结构 .42107 国 道 高 陡 边 坡 稳 定 性 与 锚 索 抗 滑 桩 防 护 加 固 综 合 设 计 K9+360k9+400- II -5.7.2 锚索的工作原理 .435.7.3 锚索锚杆的设计程序 .435.7.4 锚索设计计算 .46第六章 地表排水工程设计与施工 .486.1 水对边坡稳定性的影响 486.2 滑坡处治中常见的排水
5、措施 486.2.1 地表排水措施及结构形式 .486.2.2 地下排水措施 .496.3 地表排水体系的施工 506.3.1 截水沟的施工 .506.3.2 排水沟的施工要求 .506.4 地下排水体系的施工 516.4.1 明沟施工 .516.4.2 集水暗沟施工 .516.4.3 渗沟施工 .52第七章 施工组织设计 .537.1 桩体施工一般程序 537.2 设桩工艺选择 547.3 桩体施工实施方案 547.3.1 施工准备工作 .547.3.2 桩体施工步骤及人员机具配备 .567.3.3 桩身土石方施工 .567.3.4 混凝土施工 .577.3.5 钢筋施工 .587.3.6
6、施工质量控制 .597.3.7 桩体施工中应注意的问题以及解决方案 .627.4 锚索的施工 637.4.1 造孔 .647.4.2 注浆施工 .647.4.3 锚索锚杆的张拉与锁定 .657.4.4 施工安全技术措施 .667.4.5 预防措施 .66湖 南 工 程 学 院 本 科 毕 业 设 计 论 文- III -第八章 结论与展望 .68参 考 文 献 .69致 谢 .69附录 A 格构加固边坡的设计与施工 .71A.1 格构的作用特点及适用条件 .71A.2 格构分类 .71A.3 格构加固设计的一般要求 .73A.4 格构加固结构设计与计算 .74A.4.1 计算锚固荷载所需的计算
7、参数 75A.4.2 格构的结构设计与计算 76A.4.3 锚固荷载计算 76A.5 格构的结构设计与计算 .78A.5.1 正截面受弯计算 79A.5.2 斜截面受剪计算 80A.5.3 格构的构造要求 81107 国 道 高 陡 边 坡 稳 定 性 与 锚 索 抗 滑 桩 防 护 加 固 综 合 设 计 K9+360k9+400- -摘 要边坡失稳，滑坡等边坡病害是现阶段房屋建设、交通、水利等工程建设中常见的问题。边坡稳定与否关系着人民的生命财产安全，随着人们工程建设活动规模的扩大，因此如何安全、经济地治理工程中遇到复杂的边坡灾害问题就显得非常重要。107 国道高陡边坡位于昭山大道与芙蓉大
8、道交汇处，对于该高陡边坡失稳问题，本设计中采用锚索抗滑桩支护方案，抗滑桩具有施工简便、快速、加固效果好、有效时间长，而锚索的应用能改变桩体的被动受力状态，充分发挥岩石的自身强度和稳定性。因而节约大量人力、物力和资金。在锚索抗滑桩支护设计中，滑坡滑动面土工数据由现场勘察得出，从坡体断面的测量到滑动面的强度值勘察、用不平衡推力法对滑坡推力的计算、抗滑桩的布置、抗滑桩结构设计、锚索结构设计、防排水设计、施工组织设计，一步步的按照规范和设计要求，最后完成昭山大道高陡边坡的支护设计。另外，本设计还列出锚索格构支护方案作为以供参考。关键词：边坡支护；不平衡推理法；抗滑桩结构设计湖 南 工 程 学 院 本
9、科 毕 业 设 计 论 文- I -107 国 道 高 陡 边 坡 稳 定 性 与 锚 索 抗 滑 桩 防 护 加 固 综 合 设 计 K9+360k9+400- II -AbstractSlope instability , landslides and other slope disease stage is the construction of housing construction , transportation, hydraulic engineering and other common problems. Slope stability related to the liv
10、es and property of the people, with the expansion of the scale of people s construction activity , and therefore how to safely and economically control engineering problems encountered in complex disasters slope is very important .107 State Road high and steep slope at Zhaoshan Avenue and Hibiscus A
11、venue interchange, for the high and steep slope instability problems, the design used in anti-slide piles support programs , anti-slide pile construction is simple , fast, good reinforcing effect effective for a long time , but the application can change the anti-slide piles passive stress state bod
12、ies , give full play to their strength and stability of the rock .Thus saving a lot of manpower, material and financial resources.In anti-slide piles supporting design , geotechnical landslide sliding surface data obtained by the field survey , measuring the slope from the cross-section of the slidi
13、ng surface intensity values survey , with the imbalanced thrust force method, anti-slide piles layout, anti-slide pile design, anchor cable design, waterproofing and drainage design , construction design, a step by step in accordance with the specifications and design requirements, finalize support
14、design Zhaoshan Avenue high and steep slope. In addition , the design also lists prestressed anchor wire lattice program as a reference.Key Words：Slope protection；The imbalance thrust force method；Structure design ofanti-slide piles湖 南 工 程 学 院 本 科 毕 业 设 计 论 文- III -107 国 道 高 陡 边 坡 稳 定 性 与 锚 索 抗 滑 桩
15、防 护 加 固 综 合 设 计 K9+360k9+400- 0 -第一章 前言1.1 背景近年来，随着社会进步及经济发展，越来越多在工程中涉及到边坡问题；如山区的铁路和高速公路的修建中就经常产生高边坡；又比如基坑中的边坡稳定性及支护问题。记得老师曾经讲过，在一座高楼大厦的成本中，基坑中的边坡支护成本占到整个工程造价的 30%以上，由此可见边坡工程的重要性。另外，在水电、采矿等诸多的领域，边坡工程都是关系着工程构筑物的安全生产和运营，边坡工程已经成为土木工程中很重要的一环，因此，边坡稳定性对整个工程的意义就显得尤为重要。 随着人类工程活动的规模扩大及工程建设的急剧发展，工程中遇到了大量的边坡工程
16、，且规模越来越大，其重要程度也越高，人们更注重由于边坡失稳造成的地质灾害，故边坡稳定性研究一直是一个很重要的研究领域。在我国，目前的露天采矿的人工边坡已高达300500m，而水电工程中遇到的天然边坡高度已达 5001000m，其中涉及的工程地质问题极为复杂，特别是在西南山区，边坡的变形、破坏、滑坡等灾害已成为一种常见的危害人民生命财产安全及工程正常运营的地质灾害。1.2 国内外研究现状边坡病害防治的支挡工程的结构类型多种多样，其发展大致分为以下几个阶段：第一阶段（20 世纪 50 年代之前），大量采用抗滑挡墙结合支撑锚杆，曾取得一定效果，但由于滑坡推力大，致使抗滑挡墙体积庞大、墙基必须置于滑面
17、以下一定深度，施工开挖对滑体稳定影响大。第二 阶段（20 世纪 60/70 年代），在相应疏截滑带水的情况下，采用抗滑桩支挡，工程效果明显；国外多采用钢筋混凝土钻孔桩和钢桩（直径）小，用群桩加承台共同受力 。国 内采用矩形截面的钢筋混凝土挖孔桩（最大截 4 面 m7m，长达 46m），抗滑桩因提供的抗力大，施工对滑体的扰动小 、安全、见效快，在这一时期曾被广泛采用。第三阶段（20 世纪 80 年代以后），随着锚固技术的发展 ，在滑坡前缘使用群孔疏干前部岩土，预应力锚索在边坡加固中得到了广泛的应用，在工程实践中演化出了各种各样 的结构形式，主要有：预应力锚索地墩或地梁；预应力锚索抗滑挡墙；预应力
18、锚索抗滑桩；预应力锚索抗滑桩板墙；预应力锚索格构。预应力锚索的应用大大地改善了抗滑结构的受力状态，降低了工程造价。据不完全统计，在同样的条件下，锚索抗滑桩比普通抗滑桩节约投资 30%左右 。几种常见支护手段的分析：湖 南 工 程 学 院 本 科 毕 业 设 计 论 文- 1 -(1)预应力锚索预应力锚索加固是主动地利用岩土体本身的强度去加固岩土，体是一种主动加固方法，同时具有施工中不破坏原有边坡的整体、性造价低等特点，因此在滑坡 治理中已被广泛应用。预应力锚固技术的最大特点，是尽可能少地扰动被锚固的土体或岩体，即不能破坏原有结构，并通过锚固措施合理地提高可利用岩体或土体的强度。所以预应力锚固技
19、木是最为高效和经济的加固技术，因此受到工程界的高度重视并得到迅速的发展。预应力锚固技术，在力学作用和施工工艺方面都有其鲜明的特点： 受力合理。能充分利用岩土体的抗剪强度平衡结构物的拉力，积极调用岩土体的自身强度和自稳能力，因而能大量节约建筑材料和工程投资。主动抗衡。锚索安装后即能提供足够的抗力，有效的限制岩土体的位移。改善岩土体的应力状态，能有效控制岩土体及工程结构的变形，增强了岩土工程的稳定性，并能使较弱结构面上或滑移面上的抗剪强度得以提高，同时能保证工程的长期稳定性。锚固力的作用点和作用方向可以根据需要选取，从而获得最佳的稳定效果。 在深基坑开挖工程中使用锚索可免去大量支撑，节约工作量，给
20、机械化施工创造了良好条件。(2)格构锚固结构格构锚固结构是一种复合抗滑护坡结构，它利用浆砌块石、现浇钢筋混凝土或预制预应力混凝土格构梁进行坡面防护，同时由于格构梁与坡面接触面较大，与格构梁相连 接的锚杆或锚索进行深层加固的效果很好，使得格构锚固结构既能保证深层加固又可兼顾浅层护坡。另外格构锚固结构可以与绿化防护措施相结合，比如在格构框架内植草，在稳固边坡的同时，还起到绿化边坡环境的作用。因此格构锚固结构是一种很有发展前 途的抗滑护坡结构。近年来我国也开始推广应用格构锚固结构措施。(3)预应力锚索格构梁预应力锚索格构梁，是近十余年来我国开始应用的一种新型抗滑支挡结构。1993年在深圳市罗沙公路西
21、岭山大开挖引起的滑坡治理中较早地应用了这一结构，继这一成功实例之后，深圳市进行大规模的推广和应用，以后逐渐推广到公路、铁路边坡灾害的 治理中，自 2000 年以来，预应力锚索格构梁在三峡库区边坡灾害治理中得到了广泛的应用。(4)抗滑桩抗滑桩是防治滑坡的一种工程建筑物，设于滑坡的适当部位，桩的下段均必须埋置 在滑动面以下稳定地层一定深度。根据抗滑桩类型的不同，兼有以下优点：107 国 道 高 陡 边 坡 稳 定 性 与 锚 索 抗 滑 桩 防 护 加 固 综 合 设 计 K9+360k9+400- 2 -抗滑能力强，坞工数量小，在滑坡推力大、滑动带深的情况下，能够克服抗滑 挡土墙难以克服的困难。
22、桩位灵活，可以设在滑坡体中最有利于抗滑的部位，可以单独使用，也能与其 它建筑物配合使用。可以沿桩长根据弯矩大小合理地布置钢筋。因此，在相同条件下，比一般不能分段布置不同数量钢筋的桩(如管形桩、打入桩)要经济。施工方便，设备简单。采用混凝土或少筋混凝土护壁，安全、可靠。通过开挖桩孔，能够充接校核地质情况，进而可以检验和修改原来的设计，使之更切合实际，发现问题，易于补救。本设计采用了锚索抗滑桩设计和锚索格构设计（附录 A）作为参考。1.3 选题的意义及技术路线边坡稳定的问题很常见，例如在大坝施工过程中，坝肩开挖破坏了自然坡脚，使得岩体内部应力重新分布，常常发生岩坡的不稳定现象。又如在引水隧洞的进出
23、口部位的边坡、溢洪道开挖的边坡、渠道的边坡以及公路、铁路、采矿工程等等都会遇到岩坡稳定的问题。如果岩坡由于力过大和强度过低，则它可以处于不稳定的状态，一部分岩体向下或向外坍滑，这一种现象叫做滑坡。滑坡可以造成交通瘫痪，建筑物被埋，为此在施工前，必须做好稳定分析工作。对于我们工程人，边坡治理也是一个很重要的研究方向，由于工程质量或者自然因素等原因造成了滑坡或者泥石流等地质灾害，该如何快速有效地处理这类地质灾害，这对我们新一代的工程人提出了严峻的要求。湖 南 工 程 学 院 本 科 毕 业 设 计 论 文- 3 -第二章 工程地质条件2.1 自然条件2.1.1 地理位置 昭山位于湘潭市东北 20
24、公里,地处湘潭东北角，北接长沙市暮云镇，东靠株洲市白马镇，南邻湘潭市荷塘乡，西濒湘江，湘潭昭山示范区包括昭山乡和易家湾镇全境，总面积 68 平方公里。位于长沙、株洲、湘潭三市交汇处，是三市 Y 字型的中点，扼水陆交通咽喉，距 3 市均不到 20 公里，是 3 市往来的必经之地，也是湘江生态经贸带上的重要节点，有着得天独厚的区位优势。昭山地理位置优越，自然风景秀丽，是久负盛名的省级风景名胜区；区域内建有一个千吨级泊位码头，正在建设 3 个千吨级中心港区，京珠、上瑞高速公路在此交会，107、320 国道也交会于此，京广、湘黔铁路穿境而过，水陆交通便利。 2.1.2 气候与气象湘潭市气候属于亚热带季
25、风湿润气候区，四季分明，冬冷夏热，春夏多雨，秋冬干旱，无霜期长。年平均气温 17.5，极端最高气温 42.2（1953 年 8 月 15 日），极端最低气温-11.1（1972 年 2 月 9 日）。年平均相对湿度 81%。年降水量 1200-1450mm，年最大降水量 2081mm（1953 年），年最小降水量 999.7mm（1968 年）；年平均降雨日 152 d，其中中雨（10 mm）年约 20 天，降雨多集中于 46 月。每年11 月至次年 3 月为降雪期，多年平均降雪天数 12.9 d，最大积雪厚度 25 cm。年平均蒸发量 1359.1mm。多年平均风速 2.4m/s，最大风速
26、28 m/s。常年主导风向 NNW，具有明显季风型，但在 78 月份主要以南南东风及南南西风为主，频率 39.1%，平均风 1.9 m/s，最大风速 20 m/s。冬季盛行偏北风，夏季盛行偏南风，春秋两季仍以偏北风居多，年大风日数多在 5-10 天之间。大风以春夏多，秋季少。多年平均降雾日为 20 d，多发生在春冬雨季，最长持续时间为 3 h，折算成满日，年平均 2.5 d。全年无霜期 345 天，年平均日照时数 1262.9h。2.1.3 水文湘江是工业区和全市的重要水源，也是纳污水体。湘江是长江水系的主要支流，湘江发源于广西临桂县海洋坪的龙门界，经兴安、全州至下江圩斗牛岭，进入湖南省东安县
27、，再经冷水滩、祁阳、衡阳、衡山、株洲、湘潭、长沙至湘阴的濠河口分两支107 国 道 高 陡 边 坡 稳 定 性 与 锚 索 抗 滑 桩 防 护 加 固 综 合 设 计 K9+360k9+400- 4 -注入洞庭湖，全长 856km，湖南省境内 670km，占全长的 78.2%流域面积为94660 ，湖南境内 85383 ，占总面积的 90.2%，河流平均坡降为 0.134，是洞2km2km庭湖水系中最大的河流，也是长江七大支流之一。湘江湘潭段从马家河起至易家湾，全长约 42 公里，其河谷开阔，曲流发育，河床纵比降小。河面宽为 400-800 m。平均水位 28.89m（1956 黄海高程系统，
28、下同），最高水位 39.67 m（1994 年 6 月 18 日），最低水位 25.42 m（1996 年 10 月 6 日），最大流量 21100 ，最小流量 100 ，/s3/s3多年平均流量 2160 ，断面日平均流速 0.65 m/s，最大平均流速 1.1 m/s。多年平均/s3含沙量 0.16 。丰水期为 4-7 月份，枯水期从 12 月至翌年 2 月份；河床地质为泥kg沙间有卵石，比降为 0.045%。湘潭水文站控制湘江流域面积 81638 。湘江在湘潭k市域范围内有涟水和涓水两支流汇入。多年平均水位 28.304m（黄海高程，下同），最高洪峰水位 39.664m，最低水位 25.
29、42m。2.1.4 土壤与生态该区域林木繁茂，农作物生长良好，主要品种是水稻和蔬菜，昭山及周围山丘均被绿色植物覆盖，主要为松、杉、杂木及灌木丛，无裸露的山体及荒地。该区域内无珍稀、濒危动植物。动物资源主要是农村散养的猪、牛、鸡、鸭等家畜、家禽。无珍稀动植物保护区，无重点保护的野生、珍稀濒危动物。区域矿产资源优势不明显。2.1.5 交通状况昭山示范区过境道路分别为沪昆高速、京港澳高速、红易大道、芙蓉大道。红易大道是连接株洲的主要通道，芙蓉大道是联系湘潭市与长沙市的主要通廊。京广铁路：中国南北向的主动脉，在规划区南北横跨为 7.56 公里，宽度为 15 米。武广客运专线高速铁路:中南部的主要客运廊
30、道，在规划去内全长为 11.9 公里。易家湾企业专线: 连接规划区内省民航油库、农药厂、沥青站、液化气站等，基本已停止营运。长株潭城际铁路：规划的城际铁路经过本区，并在长株潭大市场以东设立一个停靠站。2.2 地质条件2.2.1 地形、地质与地貌特征昭山位于长衡丘陵盆地中部，属湘中丘陵至湘南山地的过渡地带，岩层属第三纪衡阳红系砂岩、页岩、砾岩。区域内地层多为风化岩残积层土壤，100 米以下为石灰岩湖 南 工 程 学 院 本 科 毕 业 设 计 论 文- 5 -层，地下水在地表 10 米以下；周围无高山，地表平缓开阔。本地区地震基本烈度为 6度。2.2.2 地层地质特征昭山示范区主要地层有：第四系
31、全新统人工填土层、冲积层，更新统冲积层、残积层，白垩系碎屑岩层，泥盆系泥岩、灰岩层和元古界冷家溪群板岩层。2.3 现场勘查为了清楚的了解到昭山大道高陡边坡的各项岩土指标以及断面尺寸，指导老师特意带领我们到边坡现场进行踏勘，通过现场快剪试验，以及用全站仪和皮尺的配合，酒精燃烧法等方法配合测得了该高陡边坡坡体土体抗剪强度。现场测定主要进行了以下两种现场试验。(1)酒精燃烧法在土样中加入酒精，利用酒精在土上燃烧，使土中水分蒸发，称量烘干土样，通过燃烧前后质量变化测得土体含水率，一般燃烧三次。本法是快速测定法中较准确的一种，适用于在没有烘箱或土样较少的条件下，对细粒土进行含水率的现场测定。(2)快剪试
32、验剪切试验的原理是根据库伦定律，土的内摩擦力与剪切面上的法向压力成正比，将同一种土制备成几个土样，分别在不同的法向压力下，沿固定的剪切面直接施加水平剪力，得其剪坏时剪应力，即为抗剪强度，然后根据剪切定律确定土的抗剪强度指标内摩擦角 和内粘聚力 。而快剪试验就是在对试样施加法向压力和剪力时，都不允c许试样产生排水固结，由于在直剪仪上下盒之问存在缝隙，很难控制试样不排水，为了消除这种影响，一般在试样上下放置不透水有机玻璃圆块代替透水石，并在圆块周边涂抹凡士林以阻止水分从缝隙中逸出。待施加预定法向压力后，立即施加水平推力，并用较快的速率在 3-5min 内将试样剪损。对某些渗透性强、含水量高、密度低
33、的土要求在 30-50s 内剪损。这种方法是用来模拟现场的土体较厚、渗透性较小、施工速度较快、基本上来不及固结就迅速加载而剪切的情况。2.4 现场踏勘结果4月初，通过指导老师带领组员到现场勘测边坡土体的物理力学性质以及利用罗盘仪全站仪测量了边坡高度、倾向、走向和坡度，据勘察揭示，该边坡上部第四系杂填107 国 道 高 陡 边 坡 稳 定 性 与 锚 索 抗 滑 桩 防 护 加 固 综 合 设 计 K9+360k9+400- 6 -土和残坡积土组成，残坡积土以粘土夹碎石为主。由该区域钻孔取样试验资料综合临近场地的经验数据，得出土体的物理力学参数值，c值为24kpa， 值为 ， 值为1518.7
34、3/mkN第三章 高陡边坡稳定性分析计算3.1 稳定性分析概念及计算原理边坡一般是指具有倾斜坡面的土体或岩体，由于坡表面倾斜，在坡体本身重力及其他外力作用下，整个坡体有从高处向低处滑动的趋势，同时，由于坡体土（岩）自身具有一定的强度和任务的工程措施，它会产生阻止坡体下滑的抵抗力。一般来说，如果边坡土（岩）体内部某一个面上的滑动力超过了土（岩）体抵抗滑动的能力，边坡将产生滑动，即失去稳定；如果滑动力小于抵抗力，则认为边坡是稳定的。3.1.1 瑞典条分法瑞典条分法：是条分法中古老又最简单的方法，除假定滑动面为圆柱面及滑动土体为不变形的刚体外，并忽略土条两侧面上的作用力，因此其未知量个数为(n+1)
35、，然后利用土条底面法向力的平衡和整个滑动土条力矩平衡两个条件求出各土条底面法向力 的大小和土坡稳定性安全系数 K 的表达式。iN本设计将边坡视为均值土坡，采用瑞典条分法进行计算分析。将滑动土体分成若干土体，任取其中一土条分析其受力情况，则土条上作用力有：（1）土条自重 ，方向竖直向下，其值为：iGiihb（3.1）式中， 为土的重度， 、 分别为该土条的宽度和平均高度。将 引至分条滑ii iG动面上，可分解为通过滑弧圆心的法向力 和与滑弧相切的剪切力 。若以 表示土iNiTi条底面中点的法线与竖直线的交角，则有iiiNcos（3.2）iiiGTsn（3.3）湖 南 工 程 学 院 本 科 毕
36、业 设 计 论 文- 7 -（2）作用于土条底面的法向力与 反力 大小相等，方向相反。iNi（3）作用于土条底面的抗剪力 ，可能发挥的最大值等于土条底面上土的抗剪iT强度与滑弧长度的乘积，方向与滑动方向相反。当土坡处于稳定状态，并假定各土条底部滑动面上的安全系数等于整个滑动面上的安全系数时，其抗剪力为：（3.4)kclkcklTiiiiiffi tan)tan(若将整个滑动土体内各土条对圆心 O 取力矩平衡，则RTfii（3.5）故安全系数(3.6)iiiiiiii hbclGclTNclK sn)tao(sn)tao()tan( 若取各土条宽度相等。上式可简化为(3.7)iiihbLcsnc
37、ota式中 为滑弧的弧长。此外，计算时尚需注意土条的位置。当土条底面中心在滑L弧圆心 的垂线右侧时，剪切力 方向与滑动方向相同，起剪切作用，取正号；而当iT土条底面中心在滑弧圆心 的垂线左侧时，剪切力 方向与滑动方向相反，起抗剪作iT用，取负号。假定不同的滑弧，则可以求出不同的 K 值，其中最小的 K 值即为土坡的稳定安全系数。3.1.2 Bishop 条分法将滑动土体分成若干条，取其中任一条分析受力情况。假定各土条底部滑面上的抗滑安全系数均相同，即等于整个滑动面的平均安全系数，取单位长度土坡按平面问题计算。则作用在土条上的力有：（1）土条自重 ，方向竖直向下，其值为：iG（3.8）iihb式
38、中， 为土的重度， 、 分别为该土条的宽度和平均高度；ii107 国 道 高 陡 边 坡 稳 定 性 与 锚 索 抗 滑 桩 防 护 加 固 综 合 设 计 K9+360k9+400- 8 -(2)作用于土条底面的抗剪力 、有效法向反力 及孔隙水压力 ，其中 、fiTiN ilui分别为土条底面中点处孔隙水压力和滑弧长度；il(3)作用于土条两侧的法向力 和 及切向力 和 ， 。且 、iE1i iX1i )(1iiiXiG、 及 的作用点均在土条底面中点。fiTiNilu对土条竖直方向取力的平衡得：0cosssiniiiifii luNTXG或 (3.9) iifiiii bTXGnco当土坡
39、尚未破坏时，土条滑动面上的抗剪强度只发挥了一部分，若以有效应力表示，土条滑动面上的抗剪力为：(3.10) KNlcTiiiffi tan式中， 土的有效黏聚力；c土的有效内摩擦角；K安全系数。代入式（3.9），可解得 为iN（3.11）)sin(1 iiiai KlcbuXGmi 式中， 。)tna1(cosKmiai 然后就整个滑动土体对滑弧圆心 求力矩平衡，此时相邻土条之间侧壁作用力的力O矩将相互抵消，而各土条的 及 的作用线均通过滑弧圆心，故有iNilu（3.12）0RTxGfii将式（3.11）、式（3.12）代入式（3.10），且 ， ，可得iixsniilbcos（3.13）iii
40、iaXbucmKi snta)(1 此为毕肖普条分法计算土坡安全系数的普遍公式，但 仍为未知。毕肖普证明，i若令土条的 ，所产生的误差仅为 1%，由此可得国内外使用相当普遍的毕肖普简0iX化公式：湖 南 工 程 学 院 本 科 毕 业 设 计 论 文- 9 -（3.14）iiiaGbucmKi snta)(1由于式（3.11）中 的计算式含有安全系数 K，故上述安全系数 K 仍需试算。通ia常试算时可先假定 K=1，求出 ，再按式（3.14）求出 K，若计算的 K 与假定的 K 值i不等，则以计算的 K 值代入再求出新的 和 K，如此反复迭代，直至前后两次 K 值满ia足所需要的精度为止。3.
41、2 搜索最危险滑动面3.2.1 瑞典条分法搜索最危险滑面步骤(1)按一定比例画出土坡剖面，选择滑弧圆心，作出滑动圆弧，量出半径 R。(2)将滑动土体分成若干土条并编号。取一定宽度为土条宽度 b，土条编号以滑弧圆心的垂线开始为 0，逆滑动方向的土条依次为 0、1、2、3，顺滑动方向的土条依次为-1、-2、-3。(3)量出各土条中心高度 ，并列表计算 、 及 、 等值。ihisnicosiihsniihcos尚应注意：取等宽时，土体两端土条的宽度不一定恰好等于 b，此时需将土条的实际高度折算成相应于 b 时的高度。(4)量出滑动圆弧的中心角 ，计算滑弧弧长。(5)计算安全系数 K。(6)在 EO
42、延长线上重新选择滑弧圆心，重复上述计算，求出最小安全系数，及该边坡的稳定安全系数。3.2.2 毕肖普条分法搜索最危险滑面步骤(1)按一定比例画出土坡剖面，选择滑弧圆心，作出滑动圆弧，量出半径 R。(2)将滑动土体分成若干土条并编号。取一定宽度为土条宽度 b，土条编号以滑弧圆心的垂线开始为 0，逆滑动方向的土条依次为 0、1、2、3。(3)量出各土条中心高度 ，并列表计算 、 、 、 、 以及ihisnicosiGiisntai等值。cb(4)稳定安全系数计算。采用迭代法，直至前后两次 K 值满足精度为止。107 国 道 高 陡 边 坡 稳 定 性 与 锚 索 抗 滑 桩 防 护 加 固 综 合
43、 设 计 K9+360k9+400- 10 -(5)重新选择滑弧圆心，重复上述计算，求出最小安全系数，及该边坡的稳定安全系数。3.3 圆弧滑面安全系数计算3.3.1 滑面 计算1O图 3.1 当滑弧半径 R=31.3m 时，滑动面示意图（单位：m)其中，圆心编号： （4.60,30.96 ），量得滑弧半径 R=31.3m,取土条宽 b=5.0m1表 3.1 瑞典法计算表土条编 号 )(mhi(iisnicosiihnicos 备注-1 1.71 -3 -0.05 0.999 -0.086 1.1690 6.70 5 0.09 0.996 0.603 6.6731 11.10 13 0.242
44、0.974 2.686 10.8112 14.44 22 0.37 0.92 5.343 13.2853 15.44 33 0.54 0.84 8.338 12.9704 11.48 44 0.69 0.72 7.921 8.2665 5.18 59 0.86 0.52 4.455 2.694 29.26 54.699从图上量出-1 号土条的实际宽度为 3.91m，实际高度为2.19m，折算后的土体高度为 m71.05931.2湖 南 工 程 学 院 本 科 毕 业 设 计 论 文- 11 -量出滑动圆弧的中心角 为 78，计算滑弧弧长 mRL59.423.1780180计算安全系数， 874
45、6.026.9057.18.4sincota ihbcK故边坡处于失稳状态。3.3.2 滑面 计算2O图 3.2 当滑弧半径 R=33.7m 时，滑动面示意图（单位：m)其中，圆心编号： （0,33.7），量得滑弧半径 R=33.7m,取土条宽 b=5.0m2表 3.2 瑞典法计算表土条编 号 )(mhi(iisnicosiihnicos备注0 3.21 5 0.09 0.996 2.289 3.1971 7.26 14 0.24 0.97 1.742 7.0422 10.56 23 0.39 0.92 4.118 9.7153 12.90 33 0.54 0.84 6.966 10.8364
46、 10.72 44 0.69 0.72 7.397 7.7185 4.61 57 0.84 0.54 3.872 2.489 26.384 40.997从图上量出 0 号土条的实际宽度为 5.79m，实际高度为2.77m，折算后的土体高度为 m21.3579.2107 国 道 高 陡 边 坡 稳 定 性 与 锚 索 抗 滑 桩 防 护 加 固 综 合 设 计 K9+360k9+400- 12 -量出滑动圆弧的中心角 为 66，计算滑弧弧长 mRL80.37.6180180计算安全系数， 8752.0384.26057.189.24sincota ihbcK故边坡处于失稳状态。3.3.3 滑面
47、计算3O图 3.3 当滑弧半径 R=39.9m 时，滑动面示意图（单位：m)其中，圆心编号： （-8.79,38.95），量得滑弧半径 R=39.9m,取土条宽 b=5m3表 3.3 瑞典法计算表土条编 号 )(mhi(iisnicosiihnicos备注0 2.95 17 0.29 0.96 0.856 2.8321 5.73 26 0.44 0.90 0.521 5.1572 7.79 35 0.57 0.82 4.440 6.3883 8.72 44 0.69 0.72 6.017 6.2784 4.04 55 0.82 0.57 3.313 2.303 15.147 22.958从图上
48、量出 0 号土条的实际宽度为 6.36m，实际高度为2.32m，折算后的土体高度为 m95.236.2量出滑动圆弧的中心角 为 49，计算滑弧弧长湖 南 工 程 学 院 本 科 毕 业 设 计 论 文- 13 -mRL1.349.180180计算安全系数， 9842.0147.5.85.26802sincota ihbcK故边坡处于失稳状态。3.3.4 滑面 计算4O图 3.4 当滑弧半径 R=37.1m 时，滑动面示意图（单位：m)其中，圆心编号： （-5.07,36.73），量得滑弧半径 R=37.1m,取土条宽 b=4.5m4表 3.4 瑞典法计算表土条编 号)(mhi(iisnicosiihnicos 备注0 2.78 12 0.208 0.978 0.578 2.7191 5.82 20 0.342 0.940 1.990 5.4712 8.31 28 0.470 0.883 3.906 7.3383 10.00 36 0.588 0.809 5.880 8.0904 9.37 45 0.707 0.707 6.645 6.6455 3.85 56 0.829 0.559 0.192 2.152 19.191 32.4151 从图上量出 0 号土条的实际宽度为 5.52m，实际高度为2.27m，折算后的土体高度为 m78.254.2107 国 道 高 陡 边 坡 稳
