不良地质条件公路选线设计分析 108页

舢Y舢1舢Z删3Ⅲ0舢3㈣3㈣8Studyonthethedesignofhighwayrouteintheadverse_●-●geologicalconditionsADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：MaGuanghuaSupervisor：Prof．ZhangBiqinProf．QinJianpingChang’anUniversity,Xi’an，China 论文独创性声明本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：年月日论文知识产权权属声明本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。(保密的论文在解密后应遵守此规定)论文作者签名：年月日导师签名：孑◇碧力1年月日 摘要随着我国公路建设的进一步加快，东部地区公路网已逐步完善，中西部地区公路建设还正在进行中，我国地域辽阔，地形复杂多样，尤其是中西部地区，高原山地众多，对公路选线增加了一定难度。良好的公路路线方案除了使路线平面、纵断面和横断面各设计指标得到综合应用，节约工程造价，确保行车安全外，还应该注意沿线地质病害情况。虽然我国公路设计部门对不良地质地区公路选线采取了一定的措施，但仍然存在各种公路病害现象，增加了道路养护费用，阻碍了道路正常运营，影响了交通通畅。本文分析了公路常见地质灾害，详细说明了其表现形式和形成条件，以工程实例说明了地质灾害的严重性；结合公路沿线可能出现的路基地质、隧道地质、水文地质三个方面病害分析了其原因，根据其病害表现形式推断其发生原因，为道路选线人员识别地质灾害提供了方便。通过上述两个方面分析，总结了外业勘察的主要步骤及内容，结合地质方面专家们提出的判别地质是否稳定的方法，对路线所通过地质做定性或定量判断，并遵循道路设计新理念，提出了安全、环保、经济、美观的路线方案选择方法。本文结合吴起——定边高速公路选线过程运用了地质选线方法，通过对工程量、造价、社会长期效益三个主要方面的方案必选，得出最佳方案，得到了专家们的好评。关键词：地质灾害，道路病害，地质选线，路线方案 AbstractWiththefurtheraccelerationofhighwayconstructioninourcounty，theroadnetworkintheeasternregionhasbeen掣aduallyimproved，roadconstructionisstillunderwayincentralandwesternregions，China"svast,complexandvariedterrain,especiallyincentralandwesternregions，largenumbersofplateausandmountainsleadtoacertaindegreeofdifficultyinthedesignofthealignmentofhighway．Goodhighwayprograms，inadditiontothedesignspecificationssuchastheroadsurface，profileandcrosssectionsarecomprehensiveapplicated，savingconstructioncostsandensuringroadsafety，thegeologicaldiseasesshouldbenoted．AlthoughcertainmeasuresaretakeninbadgeologicalareasofhighwayroutebyChina’Shighwaydesigndepartment,buttherearestillavarietyofhighwaydiseases，increasingtheroadmaintenancefee，obstructingthenormaloperationoftheroad，andaffectingthetraffic．Thispaperanalyzedthecommonroadhazardandillustratedtheirformationsandconditionsinwhichitsform，thenexplainedtheseriousofthegeologicalhazardsbyresearchingseveralprojects；analyzedroaddiseasesmayOCCurinembankmentgeology，tunnelgeology,hydrogeologicalalongtheroad，finallydeducedthecausesaccordingtothediseasemanifestations，providingtheconveniencetoidentifygeologicaldisastersforpersonsofroadalignment．Throughthosetwoaspectsofanalysis，summarizedthemainstepsandcontentinthegeotechnicalinvestigationandsurveying，accordingthemeasurestojudgethegeologyisstableornottakenbygeologicalexperts，makedqualitativeorquantitativejudgmentsforthegeologyalongtheroad，followingnewideaforroaddesign，proposedsafety，environmental，economic，aestheticmethodsforroaddesign．Inthispaper,geologicalroadalignmentisusedinWuqi-Dingbianhighwayroutingprocess，throughthethreemainaspects：projectquantities，cost，long-termsocialbenefitprograms，chosethebestalignmentschemeandreceivedthepraiseofexperts．Keywords：geologicalhazards；roaddisasters；geologiclocmionofline；alignmentschem 目录第一章绪论11．1问题的提出及研究意义11．1．1问题的提出l1．1．2研究的意义21．2国内外研究现状31．2．1国外研究现状31．2．2国内研究现状41．3本课题的研究内容和技术路线61．3．1研究内容61．3．2技术路线6第二章公路常见地质灾害82．1崩塌类．．；。112．1．1崩塌的分类及表现形式112．1．2崩塌的形成条件．．142．1．3工程实例．142．2滑坡类．152．2．1滑坡的分类及表现形式152．2．2滑坡的形成条件192．2．3工程实例．202．3坍塌。2l2．3．1坍塌的分类及表现形式2l2．3．2坍塌的形成条件222．3．3工程实例222．4泥石流．．232．4．1泥石流的分类及表现形式232．4．2泥石流的形成条件．242．4．3工程实例242．5暴雨洪水灾害．．25第三章公路病害分析．．29 3．1路基设计中的地质问题分析．293．1．1路基不均匀变形．．293．1．2边坡工程地质问题343．2隧道病害调查与分析．363．2．1隧道施工中常见的不良地质问题363．3水文地质调查与分析37第四章不良地质条件选线方法．．394．1不良地质条件选线流程及外业勘察步骤和内容．394．1．1不良地质条件选线流程394．1．2勘察步骤．404．1．3路线勘察404．1．4勘察内容434．1．5勘察范围434．1．6资料要求434．2不良地质临界稳定状态判定．．444．2．1公路边坡稳定性评价方法概述454．2．2均质土边坡稳定性评价464．2．3层状松散土边坡的稳定性评价564．2．4二元结构边坡的定义及分类．574．2．5层状结构边坡稳定性评价方法614．2．6块状结构边坡的定义及分类．644．2．7碎裂结构边坡稳定性评价654．2．8散体结构边坡的定义．674．3地质路线方案比选．69第五章吴起至定边高速公路地质选线研究705．1项目概况705．2外业勘察。705．2．1自然条件735．2．2区域地质稳定性评价745．2．3工程地质评价．745．2．4水文地质评价77 5．2．5地震动峰值加速度采用及大型工程构造物区域地震动峰值加速度785．2．6气温、降雨．785．3吴起至定边高速公路选线方案比选．795．3．1研究范围．．795．3．2设线原则．795．3．3各方案工程地质条件805-3．4方案综合比选86第六章结论与建议．896．1本文主要结论．896．2进一步研究的建议．89参考文献9l攻读学位期间取得的研究成果。94致{射95 长安大学硕士学位论文第一章绪论道路选线是在规划道路的起终点之间选定一条技术上可行，经济上合理，又能符合使用要求的道路中心线的工作。为了保证选线和勘测设计质量，降低工程造价，必须全面考虑，由粗到细，由轮廓到具体，逐步深入，分阶段分步骤地加以分析比较，进行多方案比选，才能定出最合理的路线来。2004年9月，全国公路勘察设计工作会议提出了“六个坚持，六个树立"的公路勘察设计新理念，“六个坚持，六个树立"是新时期公路勘察设计工作的理论核心，也是“坚持以人为本，树立全面、协调、可持续发展的科学发展观’’在公路设计和建设中的具体体现。其核心是紧紧围绕科学发展观的要求，通过采用灵活设计(“合理选用技术标准”)和创作设计，实现“安全"、“环境优美’’、“节约资源"、“质量优良”、“系统最优"的目标。近年来由于公路建设逐渐向山区方向进展，山区地形地貌及地质条件复杂，要想选出合理的路线，必须做好前期的勘察工作，然而近代尚未形成系统的公路工程地质选线流程，大多只是遇到某种地质后再考虑解决的办法，浪费了人力物力财力，最终还不一定能得出可持续发展的对策。1．1问题的提出及研究意义1．1．1问题的提出地形、地质调查是解决“需要"与“可能”的问题。地形调查是为路线服务的，目的是在现有的地形条件下使路线满足规范要求，并尽可能的得到优化，这是设计的需要；地质调查是核对在实际地质条件上是否可能，是否可以得到一个稳定的结构物。地形状态是地质状态的表象，往往可以通过地形判断地质现象。所以在路线设计中，经常是先根据地形条件选择路线的线位，然后进行初步地质调查，根据地质条件进行初步设计，这种做法当然在沿线可能遇到各种各样的地质情况，在获得线形完美时，可能会遭遇不良地质地段，必然会增加投资；国外的设计是在大范围地质详查的基础上选择路线的走向，在初步设计过程中不断地选择调整道路中线，使路线尽量在较好的地质地段通过，从而达到提高结构的安全度和节约投资的目的，但可能会以牺牲线形的完美性为代价。l 第一章绪论实际上前期工作的力度才是节约投资的关键所在，经验表明如果在可行性研究阶段就加大加深地质工作的投入，那将是最好的选择，可以减少方案的反复调整过程。在工程可行性研究阶段一般会在比例尺为1：10000～l：25000的地形图上选线，重要路段时考虑选用1：2000的地形图上选线，此时最好有地质工程师参与定线。对于地质复杂路段应该使用大比例尺地质图，宏观判断地质状况。这个阶段非常重要，一定要在选线区域内相对地质相对较好的地质路段，有时宁可路线长些也是值得的，否则在不良地质地段设置路基或者开挖隧道才真的是很麻烦、很浪判51。我国地域辽阔，地形复杂多样，尤其是中西部地区，高原山地众多，对公路选线增加了一定难度。良好的公路路线方案除了使路线平面、纵断面和横断面各设计指标得到综合应用，节约工程造价，确保行车安全外，还应该注意沿线地质病害情况。虽然我国公路设计部门对不良地质地区公路选线采取了一定的措施，但仍然存在各种公路病害现象，增加了道路养护费用，阻碍了道路正常运营，影响了交通通畅。1．1．2研究的意义改革开放以来，我国公路设计的理念是“快速、安全、经济、舒适"。具体表现在追求高标准，强调线形的舒展平顺，平纵组合协调合理，同时达到行车舒适，视觉良好的效果。这个时期的公路建设主要强调公路使用者的利益，设计者仍然没有摆脱计划经济时期的以经济为主的思维模式，具体表现是较少考虑公路建设对自然环境的影响及环境保护问题，这样公路建设对生态环境的不利影响便逐渐凸现出来，高填、深挖常常诱发地质病害，被破坏的原有植被与水系又进一步造成水土流失的恶性循环。地质条件对线路是否经济合理和稳固，影响极大；在定线过程中，必须给予足够的重视；否则就有可能造成严重的不良后果，如公路沿线的崩塌、滑坡、泥石流等病害给公路的正常运营带来了极大障碍及经济损失，不利于可持续发展。2004年9月，在全国勘察设计工作会议上，系统提出了“六个坚持、六个树立”的公路勘察设计新理念，成为今后公路勘察设计工作的重要指导方针；充分体现了公路工程建设中安全、环保以及以人为本的指导思想和建设理念。与此同时，相关研究人员在总结实际工作经验的基础上提出了地质选线、环保选线、生态选线、安全选线等设计方法。公路选线定线是一项综合性的工作，要做到选线合理，彻底消除各种地质作用对道路的破坏，提高道路使用品质，延长其使用年限，必须做好以下两点工作。(1)避免公路沿线地质病害。认真勘察，灵活设计，精心施工、及时养护，设计、2 长安大学硕士学位论文施工、养护三者密不可分，设计是前提，施工是关键，养护是补充，这三个环节要环环相扣，缺一不可。只有做到认真设计，精心施工，及时完护，才能建立和保持完善的公路系统，有效避免公路病害，提高公路寿命。(2)尊重自然，保护环境。全面规划，统筹选线，包括路线走廊带与环境的协调配合，公路各线形要素的综合应用，一定要尊重自然规律，树立“不破坏是最大的保护”的理念，保持自然景观的完整性，降低公路建设对原始地形、地貌的自然性和稳定性的影响，减小对原生态自然环境的破坏，做到人与自然和谐发展。1．2国内外研究现状近年来，随着3S(GPS、GIS、RS)、计算机等技术的发展，公路选线方法从最初的单纯注重经济逐渐发展为兼顾环保、安全、舒适等多方面协调发展。1．2．1国外研究现状20世纪20---30年代，美国国家公路与运输协会AASHT0(AmericanAssociationofStateHighwayandTransportationOfficialS)开始进行“公园大道(parkway)"设计，通过现场勘测，考虑公路线形与地形地物协调，并对沿线景观进行保护和利用，使道路·与建筑、景观设计和工程有机的融合。20世纪30年代，德国开始修建高速公路，采用线形模型来检查和修正空间线形，实现平、纵面线形综合设计，使其达到舒适顺畅。此外，还开始采用手描透视图法来检查拟建公路与自然的配合协调情况，但它仅能对局部区域的立体线形进行检验和修正。五十年代后，美国等国家开始制订法律要求新建公路必须进行环境保护和绿化。1970年，德国的汉斯·洛伦茨博士提出了人与自然相和谐的道路设计方法，采用保护环境与野生动物、防止噪音等措施，力求使设计的公路既具有快速、安全行驶的优美线形，又具有良好的行驶环境。二十世纪七十年代末，欧美已基本建立公路环保法律体系和管理机制，在公路的规划、设计、施工与营运各阶段都考虑到环保因素。1991年，美国在《综合地面运输效率法案》(ISTEA)中提出了综合协调交通运输功能、环境生态保护和社区价值的理念，强调了公路选线设计中应综合考虑多因素影响。1997年，美国联邦公路局(FHWA)在《公路设计的灵活性》(FlexibilityinHighwayDesign)中，指出道路建设中考虑道路风景、审美、历史、环境和自然资源等综合因素的重要性，并提倡多学科团队和公众共同参与设计。灵活性并不是让设计者试图去创造 第一章绪论一个新的标准，而是强调对现有设计标准中的灵活性运用，鼓励设计者(设计小组)在处理具体项目时，创造性地采用标准和规范，提出创造性的解决方案，通过灵活设计寻求达到更符合公路沿线可持续发展的需要和利益目标。1998年，FHWA、AASHTO和马里兰州运输部在联合举办的“ThinkingBeyondthePavement"研讨会上，鼓励采用机动性和灵活性方法，将路线与所在的社区和环境相融。2000年后，美国及欧洲一些发达国家提出了一种新的设计理念一背景敏感性设计(Context--SensitiveDesign，CSD)，它是在总结过去建设经验的基础上提出了综合平衡和处理公路建设中安全、快速、环保、美学、经济要求，增加社区价值等各种因素的一种具有系统工程思想的协调方法和理念。CSD强调灵活运用设计标准，设计方法上由重视设计标准向重视使用性能转变，对设计中可以预知的影响公路质量和安全的因素，由被动防治向主动杜绝方向转变，并重视公众在规划、设计中的参与作用。目前，一些发达国家强调公路选线中应做到对资源环境(物理环境、生态环境、社会环境和生活环境等)的保护与和谐。在公路网规划初期就同步开展战略性的环境影响评价，在整个公路建设中充分体现“环保优先"原则，采取公路建设与环境保护统一规划、统一设计、统一施工。在公路选线过程中，充分利用GIS、遥感等先进技术，从选线程序上实现公路美观、环保以及与地形、地质条件的协调。安全设计方面，美国从交通事故的信息系统、发生机理、事故规律、安全评价、事故防治以及交通安全保障等六个方面对交通安全进行系统研究。在公路路线设计方面，通过建立公路几何要素与交通量的关系，对交通事故率进行预测，从而找出设计中的安全隐患，从设计程序上实现设计的安全性。1．2．2国内研究现状国内公路选线方法归纳起来大致经历了以下三个阶段：(1)第一阶段(二十世纪五十年代到七十年代)这个时期我国正处于建国后全面恢复性阶段，受国家政策和经济的影响，公路建设资金十分匮乏。制约公路设计方案的首要因素是建设投资，因此，形成了“设计的公路应该是经济的"公路设计理念，选线设计中只是单一的考虑使公路适应地形，减少工程造价。路线方案选择集中于如何最大限度地降低工程造价这个问题上，造价是选择技术标准、确定路线方案及工程方案的决定性因素。当时道路等级低，对公路的运行要求也低，以人工为主的修筑方式满足了这个时期的要求，同时也比较经济，而从人和自然环4 长安大学硕士学位论文境的角度考虑的很少。由于技术手段和环境的限制，为了适应地形的变化，充分结合有利地形进行展线，提出了回头曲线、迂回展线、螺旋展线等方法。这种设计方法虽然借助了有利地形，但对环境、地质灾害缺乏充分认识，导致不少工程在后期被迫追加大量的投资进行地质病害处理，而且路线展线系数大，行车舒适性和安全性差。(2)第二个阶段(改革开放后至九十年代中期)这个时期我国处于全面建设阶段。经济开始步入持续、快速、健康发展的轨道，综合实力日趋强盛，公路基础设施建设发生历史性转变。这一时期，公路建设开始向“提高公路的快速性”转变，主要任务是提高公路等级、质量和通行能力，高速公路开始建设，以满足国民经济对公路交通的需求。公路设计的理念是“快速、安全、经济、舒适”。具体表现在追求高标准，强调线形的舒展平顺，平纵组合协调合理，同时达到行车舒适，视觉良好的效果。这个时期的公路建设主要强调公路使用者的利益，设计者仍然没有摆脱计划经济时期的以经济为主的思维模式，具体表现是较少考虑公路建设对自然环境的影响及环境保护问题，这样公路建设对生态环境的不利影响便逐渐凸现出来，高填、深，亡挖常常诱发地质病害，被破坏的原有植被与水系又进一步造成水土流失的恶性循环。(3)第三阶段(二十世纪九十年代中期至今)这个时期国家采取了扩大内需的积极的财政政策，以推动国民经济快速，稳步的增长，扩大内需行之有效的措施是大规模启动基础建设项目，这给公路建设带来前所未有的发展机遇，加之交通增长对公路建设的强烈要求，修建高速公路成了公路建设的主旋。律。这个时期技术标准与工程造价之间矛盾已不突出，逐渐意识到环保、安全以及交通可持续发展的重要性，公路选线时兼顾地质和生态因素，公路设计理念强调“安全、快速、环保、美观"，设计人员开始考虑多目标因素进行路线设计。然而由于建设速度较快，设计周期不足以及设计理念陈旧等，全国尤其是西部公路勘察设计暴露出一些突出问题。为贯彻落实以人为本，全面、协调、可持续的科学发展观，交通部近年来在公路设计理念及灵活运用设计标准方面采取了一系列的措施：2004年，在总结川九路等项目成功经验的基础上，交通部在全国组织开展了公路勘察设计典型示范工程活动，并先后选择了30个项目作为典型示范项目；2004年9月，在全国勘察设计工作会议上，系统提出了“六个坚持、六个树立’’，成为今后公路勘察设计工作的重要指导方针；交通部颁布的新的《公路工程技术标准》、《公路路线设计规范》，进一步明确了各级公路的功能和相应的技术指标，突出体现了公路工程建设中安全、环保以及以人为本的指导思想和建设理念。与此同时，相关研究人员在总结实际工作经验的5 第一章绪论基础上提出了地质选线、环保选线、生态选线、安全选线等设计方法。1．3本课题的研究内容和技术路线1．3．1研究内容如题目所示，本文目标是提出一套系统的不良地质选线的方法，方便道路勘测人员在不良地质地区选线，为了达到目标，主要做了一下几方面工作：(1)搜集了各种资料，详述了公路选线设计中的地质问题，如崩塌、滑坡、坍塌、泥石流等地质灾害的表现形式及形成机理；(2)通过调查公路病害，分析其原因；(3)提出切实可行的不良地质条件下选线方法；(4)以吴起至定边高速公路选线设计为例，验证本文提出的选线设计方法的可行性。1．3．2技术路线根据目前工程地质选线背景，结合吴起——定边公路选线流程，通过国内外调研与实际工程相结合，本课题研究的主要技术路线如图1．1所示。6 长安大学硕士学位论文制定研究大纲llI外业调研公路病害I外业调研地质灾害整理、分析归类I整理、分析归类Ill1分析地质灾害形成机理分析道路病害形成机理l工程地质选线方法工程实例验证|得出结论及不爿图1．1技术路线图7 第二章公路常见地质灾害第二章公路常见地质灾害2009年，全国共发生地质灾害10840起，其中滑坡6657起、崩塌2309起、泥石流1426起、地面塌陷316起、地裂缝115起、地面沉降17起。造成人员伤亡的地质灾害197起，共导致331人死亡、155人失踪、315受伤，直接经济损失17．65亿元。图2-1全国地质灾害发生数量多年统计对比图2-2全国地质灾害造成人员死亡失踪多年统计对比8 长安大学硕士学位论文图2-3全国地质灾害造成直接经济损失多年统计对比图2—42009年全国地质灾害点分布图9 第二章公路常见地质灾害图2-52009年全国地质灾害造成的死亡人数、经济损失分布图山高坡陡、断裂构造发育、岩土体结构脆弱、风化严重等特殊的地质环境条件是地质灾害形成的基础和根本原因。自然条件变化和不科学的人类工程活动是地质灾害发生的主要引发因素。2009年引发地质灾害的自然因素主要有降雨、重力作用、地震、冻融、地下水位变化等，人为因素主要有削坡、采矿、水库蓄水、大量抽取地下水等。自然因素和人为因素往往共同作用引发地质灾害。以自然因素为主引发的地质灾害10189起，占总数的9405；以人为因素为主引发的651起，占总数的6％。公路已成为带动国民经济的大动脉，俗话说“要致富，先修路’’，目前，随着国民经济建设战略的调整，在20世纪90年代末期公路建设逐步向山区延伸。山区公路建设是基于山区环境载体下进行的，存在着对山区地质环境的改造，不可避免地需要进行桥梁、隧道、高填深挖的处理，对自然地质环境存在一定程度的破坏，从而导致加剧或者诱发自然灾害，直接增加公路建设的投资，延误施工工期，一定程度上会给公路运营带来安全隐患。以往“以经济为主"的高速公路指导设计思想已经不能满足山区公路的要求，在地质灾害、环境保护等方面存在一定的偏差，要建设一条兼顾交通、环保、生态等方面要求的高标准山区公路，应该重视和加强公路设计中的地质问题分析。公路所依附的山区常见的地质灾害有崩塌、滑坡、泥石流、洪水灾害等，作为公路选线人员，应熟悉这些地质灾害的成因及危害，以权衡绕避或者加设防护措施。10 长安大学硕士学位论文2．1崩塌类2．1．1崩塌的分类及表现形式崩塌、落石、碎落等是以垂直或翻滚运动形式为主的破坏。落石是单个或多个(群体)岩块在重力或其它外来作用下脱离母体或离开原位，突然从陡坡以坠落(自由落体)、滑动、弹跳、滚动或它们的某种组合方式，顺坡向下剧烈快速运动的动力地质灾害现象。崩塌类灾害可根据块体大小分为：崩塌、落石、碎落。根据崩塌的物质组成划分：土质崩塌、表层风化物崩塌、基岩崩塌。崩塌危岩体开始失稳时的运动形式包括倾倒、滑移、鼓胀、拉裂和错断(蒋爵光，1991)，2005年陈洪凯在研究三峡危岩时根据破坏力学机制进行了危岩分类，并补充了黄土崩塌。见表2．1。表2．1崩塌模式分类类型发生条件及破坏力学机制示意图滑动般在45。以下，与边坡平行或斜交，为陡崖或陡茎攀压剪．边坡直立或外凸，岩性坚硬，主控结构面倾角一型坡内缓倾角的卸荷拉张结构面或缓倾角地层软弱面。危岩体重心在主控结构面内侧。主控结构面所受荷载主要为危岩体自重及作用在危岩体的地震力及裂隙水压力。危岩体沿着主控结构面滑移变形、破坏，呈现压剪破坏力学机理。单体●’●’～—】’～危拉剪．边坡内凹或倒梯形，岩性坚硬，主控结构面倾角···．fV／／，—"、～．．．．驯．／．，，，√入岩··-·噶joI■：诖^苴·，’，·^·-··oV，≯一，一^倾倒变化较大，一般大于25。，多为陡崖或陡坡的卸荷····也V／／，，／／J··-··BA／-／·／·／·／-月······1：，u‘，·····-·＼型危张拉结构面，且主控结构面下端部潜存于陡崖或·-······、·······’^·······，、···、·····岩陡坡岩体内，多发生在硬质岩边坡。危岩体的重·······^··········、·····o····、·······^心位于主控结构面外侧是此类危岩的关键。在荷··o······、●●●●●●●●●●●、载作用下通常围绕主控结构面的下端部或下端部与临空面的交点旋转倾倒破坏，危岩体呈现拉剪破坏力学机理。 第二章公路常见地质灾害表2．1崩塌模式分类(续)类型发生条件及破坏力学机制示意图拉裂．边坡内凹或倒梯形，岩性坚硬，危岩体后部为倾坠落角大于80。的卸荷结构面或断裂结构面，多数处型危于基本贯通状态；危岩体顶部为主控结构面，近于善石水平，其逐渐扩展贯通诱发危岩体变形与失稳坠落。危岩体在荷载作用下主控结构面拉裂是控制危岩体变形与稳定的力学机理。拉裂．边坡内凹或倒梯形，岩性坚硬，要受控于两个主i；÷jj鬻西f丰羟结釉面压剪控结构面。即近于水平的主控结构面l和倾角小坠落于80。的主控结构面2，分别属于拉裂及压剪力型学机理。危岩体在荷载作用下首先是主控结构面l逐渐受拉扩展，扩展至一定程度时危岩体沿着主控结构面2滑移变形，变形达到阈值后整体失稳坠落。顶部边坡内凹或倒梯形，为软硬相间岩层，主控结构ij!j甾馘关馘诱发面倾角一般大于70。。底部端部潜存于稳定岩体破坏内。危岩体由多个危岩块体叠置构成，底部一块型或两块危岩体的重心位于主控结构面以外且具有倾倒失稳破坏趋势。上部危岩块体的重心一般位于主控结构面以内，危岩块体之间的界面近于水平且胶结强度较低。此类危岩的关键块体为顶部群危岩块体，对底部危岩块体具有反压作用，关键块体危岩体崩落或清除将劣化整个危岩体的安全状态。底部边坡岩层为软硬相间岩层，危岩的主控结构面倾；习呙．·Jt··、·§＼·鼻●尼并鳙#诱发角一般小于70。，底部端部在陡崖或陡坡临空面．．·-芝l土··乞＼—d：‘一。j、·····o、刑p1=：=：—、······r‘“ool破坏出露。危岩体由多个危岩块体叠置构成，危岩块······＼。”J·······x上／√／。甜·一·····Vy’只’：2········＼／／小疑t凝型体之间的交接面倾角较小且胶结强度低，底部危．．．、∥····、·-·、岩块体为关键块体。关键块体失稳后，上部危岩·······1-··-，··l·····-··、．．-．········^块体易于连锁变形失稳。这种危岩类型符合危岩-······-"发育的链式规律。12 长安大学硕士学位论文表2．1崩塌模式分类(续)类型发生条件及破坏力学机制示意图土压剪倾的基岩不整合接触面。在重力、地震、地下水≥坏面黄鼓胀．上部黄土垂直节理裂隙发育，下部为近水平或外的作用下，黄土底部发生错断、鼓胀，导致黄土崩塌边坡倾倒或滑塌。一一一·-此外，黄土下部软硬岩互层，其中软弱岩层风化--剥落造成上部岩土体凸出，也易形成崩塌，如图2击。图2-6山西省吕梁市中阳县_ll·16一大型黄土崩塌(2009年)图2-7四川省雅安市汉源县顺河乡猴子岩崩滑(2009年)崩塌的过程表现为岩块(或土体)顺坡猛烈地翻滚、跳跃，并相互撞击，最后堆积于坡脚，形成倒石堆，如图2—7。崩塌的主要特征：下落速度快、发生突然；崩塌体脱离母岩而运动；下落过程中崩塌体自身的整体性遭到破坏；崩塌物的垂直位移大于水平位移。具有崩塌前兆的不稳定岩土体称为危岩体。 第二章公路常见地质灾害崩塌的运动形式主要有两种：一种是脱离母岩的岩块或土体以自由落体的方式而坠落；另一种是脱离母岩的岩体顺坡滚动而崩落。前者规模一般较小，从1立方米到数百立方米；后者规模较大，一般在数百立方米以上。崩塌按照坠落物的规模、范围、大小可分为碎落、落石和崩塌等类型。碎落的块体较小，挖方边坡主要发生于松软岩石边坡，如泥页岩、千枚岩、强风化岩浆岩等；落石的块体较大，块体大于0．5米者较多，多发生于节理较发育的岩石边坡，节理裂隙切割形成的岩块决定了坠石的大小；崩塌的总体规模较前两类大很多。2．1．2崩塌的形成条件岩土类型、地质构造、地形地貌是形成崩塌的基本条件。岩土是产生崩塌的物质条件。不同类型的岩土体所形成的崩塌规模、大小不同。通常岩性坚硬的各类岩浆岩、变质岩及沉积岩的碳酸盐岩(如石灰岩、白云岩等)、石英砂岩、砂砾岩等形成规模较大的崩塌；页岩、泥灰岩等互层岩石及松散土层等，往往以落石和碎落为主。各种构造面，如节理、裂隙、层面、片理、断层等，切割分离岩体，为崩塌的形成提供了边界条件。坡体中的节理越发育越易产生崩塌，与边坡走向基本一致的陡倾角构造面，最有利于崩塌的形成。因此在确定崩塌规模时，应查明坡体中发育的节理、裂隙、岩层面、断层等构造面的产状、延展性、结构面力学性质、密度等。通常，平行斜坡延伸方向的陡倾构造面，易构成崩塌体的后部边界；斜交或垂直坡体延伸方向的陡倾构造面或临空面常形成崩塌体的两侧边界；崩塌体的底界常由倾向坡外的构造面或软弱带组成，也可由岩、土体自身折断形成。公路挖方边坡是有利于崩塌产生的部位，坡度大于l：O．5的高陡边坡尤其要注意崩塌的发生。诱发崩塌的外界因素很多，主要有地震、冻融、降雨、地表冲刷、开挖坡脚等，温度变化也会引发崩塌活动。2．1．3工程实例2007年11月20日，位于三峡库区的湖北省巴东县高阳寨处国道318线K1405发生巨型崩塌灾害，1辆客车被崩塌体掩埋，车内31人全部遇难。该崩塌灾害源距离路面以上34m处，崩塌体沿陡崖走向的长度约35m，高约24m，厚5m左右，总体积4512m3，坠落在14 长安大学硕士学位论文路面的残余块体体积500m3左右，危岩体由灰岩组成。国道318线K1405崩塌体恢复模式见图2-8。该崩塌源于3层危岩体崩落，每层危岩体共3个，则崩塌发生前在陡崖上存在9个危岩体，每个危岩体平均尺寸11．6mX5．2m×8．3m(沿陡崖走向×垂直于陡崖临空面×垂直距离)。危岩体被4条与陡崖近于垂直的陡倾角岩体结构面切割，间距1lm左右，尤其是左右两侧结构面临空，表明左右两侧危岩体在此之前已经崩落。3层危岩体后部主控结构面与陡崖临空面平行，应属于山体陡倾角的卸荷结构面，宽度5"-"6m左右，陡崖内目前发育2—3条类似的卸荷结构面。每层危岩体之间的界面为岩层层面，近似水平，且贯通度较好，其粘结强度可以忽略不计。因此，卸荷结构面控制着危岩体的稳定性态。该危岩体破坏失稳与地下水关系不密切，主要属于危岩体长期处于拉应力状态，第3层危岩主控结构面端部岩体连续损伤、突然断裂，诱发下面2层危岩体在第3层危岩加荷作用下主控结构面的加速断裂过程。研究发现危岩群发性机理可以浓缩为5个阶段，即河流下切阶段(阶段1)、差异风化或河流侧蚀阶段(阶段2)、危岩体形成阶段(阶段3)、单一危岩体崩落阶段(阶段4)和多个危岩块形成及崩落阶段(阶段5)。图24国道318线K1405危岩地质断面与危岩体复原2．2滑坡类2．2．1滑坡的分类及表现形式指滑坡、滑塌、坍塌、路基滑移等以路基剪切破坏为主要形式的破坏。参考铁路工程中滑坡的三级分类方案，第一级分类标志是“组成滑体的物质"，即15 第二章公路常见地质灾害形成滑坡的岩土类型；第二级分类标志是“主滑面成因类型”；第三级分类标志是“滑体厚度"。这一分类便于认识滑坡的特点、形成原因及规模，简单明了。表2．2滑坡综合分类表按滑体物质按主滑动面成因按滑体厚度粘性土滑坡层面滑坡浅层滑坡(<6m)堆积土滑坡堆积面滑坡中层滑坡(6-"-"20m)堆填土滑坡构造面滑坡厚层滑坡(20"--．50m)岩石滑坡同生面滑坡巨厚层滑坡(>50re)破碎岩石滑坡为便于进一步认识滑坡的破坏模式，王恭先在滑坡防治研究中根据边坡岩体型对滑坡结构进行了划分，坡体结构与滑坡破坏模式的正确判断是治理措施选择依据。表2．3坡体结构类型与滑坡的破坏模式(据王恭先)坡体结构滑坡破坏模式基本类型亚类型类均质体结构(a)均质黏性土结构(b)均质黄土状土结构旋转式滑动(c)强风化残积层结构(d)类均质堆填土结构近水平层状结构(e)河湖沉积层结构顺层滑动(n<100)。(f)黄土软岩层状结构切层滑动(g)软、硬岩互层结构切层滑动(h)厚层硬岩下伏软岩结构挤出式滑动顺倾层状结构(i)黄土顺倾层状结构顺层滑动(a>100)(j)堆积土顺倾层状结构顺层滑动(k)岩层缓倾层状结构顺层滑动(，)岩层陡倾层状结构顺层—切层滑动反倾层状结构(m)缓倾层状结构切层滑动(仅≥100)(n)陡倾层状结构倾倒一切层滑动16— 长安大学硕士学位论文表2．3坡体结构类型与滑坡的破坏模式(据王恭先)(续)坡体结构滑坡破坏模式碎裂状结构(o)碎块状结构旋转滑动(p)碎裂状结构顺构造面滑动块状结构(q)似层状结构顺构造面滑动(r)眼球状结构顺构造面滑动@、，粘性土弧形旋转滑动惫醺(d)土层顺层滑动(e)半成岩地层顺层滑动④≮蛰㈣挤出型平移滑动睡一纱三鬟一徽(i)岩层顺层平面滑动∞岩层顺曲面滑动①陡倾岩层顺层一切层滑动 第二章公路常见地质灾害一彩㈣反倾岩层切层滑动(n)反倾岩层倾倒一切(0)破碎岩层旋转滑动层滑动衫∥∥@破碎岩层顺@块状岩体顺构造面(f)构造核沿构造破碎带滑动构造面滑动泓层面)滑动图2．9边坡结构与破坏模式除具有明显滑动面的滑动破坏外，坍塌、垮塌等破坏的主要原因是坡度大于其稳定坡率，在降雨等因素诱发下发生局部破坏，破坏面为岩土体最危险剪切面，即同生面。滑坡是发生频繁、分布广泛、对山区公路危害最大的一种公路地质灾害。其主要危害表现为：掩埋公路、损毁桥隧及路基、中断交通、造成行车事故和人员伤亡等。滑坡基本特征主要表现在：(1)滑坡在平面形态上，一般具有～定的几何形状，如椭圆形、三角形、箕形及其它几何形态或不规则形态。(2)各类滑坡的滑体，绝大多数都是松散体，或己解崩的岩体，滑动体始终沿着一个或多个软弱结构面(带)滑动，岩土体中各种成因的结构面均有可能成为滑动面。如古地形面、岩层层面、不整合面、断层面、贯通的节理裂隙面等。(3)发生变形破坏的岩土体以水平位移为主，除滑动体边缘存在为数较少的碎落块和翻转现象外，滑体上相对位置在滑动前后变化不大。公路滑坡的滑出方向，绝大多数是与路线方向垂直或近于垂直，少数滑坡滑动方向与公路路线方向斜交。公路规模的大小也直接影响滑坡的规模。(4)滑坡滑动过程可以在瞬间完成，也可能持续几年或更长时间。规模较大的“整体"滑动一般为缓慢、长期或间歇的滑动。(5)公路滑坡大多数是在开挖中复活，超过90％的公路滑坡是由于公路开挖产生临空18 长安大学硕士学位论文面或加载造成的。由于人类工程活动使边坡的稳定性降低或失稳，引发老的变形体复活、加剧，易形成新的变形体一滑坡复活。(6)在公路施工中，高的填土工程由于原地面处治、边坡设计和压实技术等问题，也可造成路基滑坡。滑坡按土的性质主要分为以下几类：(1)黄土滑坡发育在黄土类土组成的边坡。黄土地区公路滑坡多发生在因开挖揭露出基岩，或基岩顶面埋深在路基标高2米以内，或因河流冲沟切割揭露出基岩等情况。按滑动面与岩层关系，可分为黄土层内的滑坡，黄土与冲(湖)积层接触界面的滑坡，黄土与红土接触界面的滑坡，黄土与基岩(前第三系)接触界面的滑坡等四种类别。其中发生最多的是黄土与红土或基岩接触面的滑坡。(2)堆积层滑坡是基岩山地主要滑坡类型，滑坡体由第四系松散堆积物(主要为残、坡积物)组成，一般厚5"--"10m，少数可达20"-"30m，滑面多为松散堆积层与基岩面的接触界面。(3)膨胀土滑坡多见于盆地及盆缘斜坡地带，是该区斜坡变形主要方式之一。盆地内分布的膨胀土，其抗剪强度有随风化程度加深而变弱的特点，在膨胀土组成的斜坡(或人工边坡)当坡度大于15。，坡高不限，在连续降雨的诱发下，坡面即产生塑性滑塌。滑坡规模小，数’量多，成群分布。滑面沿膨胀土体内风化界面产生，滑床平直，具多组滑动面，对路堑边坡和路堤稳定性危害极大。(4)岩质滑坡(基岩滑坡)多发生在页岩、砂质泥岩、板岩、干枚岩或强烈风化的花岗岩分布区。按滑动面性质及产状可分为两种：一为顺层滑坡，发育在顺向坡上，为沿岩层层面或泥、页岩等软弱夹层滑动形成；二为切层滑坡，发育在节理发育，风化强烈的基岩斜坡土，常沿破裂结构面滑动形成。岩质滑坡滑面切入基岩，滑床多呈折线状。滑坡特点是规模大，突发性强，速度快，位移大。2．2．2滑坡的形成条件滑坡的成因主要包括内因和外因两部分。滑坡形成的内在条件有：19 第二章公路常见地质灾害(1)岩土类型：岩土体是产生滑坡的物质基础。一般说，各类岩、土都有可能构成滑坡体，其中结构松散，抗剪强度和抗风化能力较低，在水的作用下其性质能发生变化的岩、土，如松散覆盖层、黄土、红粘土、页岩、泥岩、煤系地层、凝灰岩、片岩、板岩、千枚岩等及软硬相间的岩层所构成的斜坡易发生滑坡。(2)地质构造条件：组成斜坡的岩、土体只有被各种构造面切割分离成不连续状态时，才有可能向下滑动。同时构造面又为降雨等水流进入斜坡提供了通道。故各种节理、裂隙、层面、断层发育的斜坡、特别是当平行和垂直斜坡的陡倾角构造面及顺坡缓倾的构造面发育时，最易发生滑坡。(3)地形地貌条件：只有处于一定的地貌部位，具备一定坡度的斜坡，才可能发生滑坡。一般江、河、湖(水库)、海、沟的斜坡，前缘开阔的山坡、铁路、公路和工程建筑物的边坡等都是易发生滑坡的地貌部位。坡度大于10度，小于45度，下陡中缓或上陡、上部成环状的坡形是产生滑坡的有利地形。(4)水文地质条件：地下水活动，在滑坡形成中起着主要作用。它的作用主要表现在：软化岩、土，降低岩、土体的强度，产生动水压力和孔隙水压力，潜蚀岩、土，增大岩、土容重，对透水岩层产生浮托力等。尤其是对滑面(带)的软化作用和降低强度的作用最突出。滑坡形成的外在条件有：(1)地震。地震引起坡体晃动，破坏坡体平衡，从而引发滑坡。(2)融雪、降雨。特别是大暴雨，暴雨和长时间的连续降雨，使地表水渗入坡体，软化岩土及其中软弱面，产生孔隙水压力等从而引发滑坡。(3)地表冲刷、浸泡河流等地表水体不断地冲刷边脚，也能引发滑坡。(4)不合理的人类活动。如开挖坡脚，地下采空、水库蓄水、泄水等改变坡体原始平衡状态的人类活动，都会引发滑坡活动。此外，开山的爆破作用，可使斜坡的岩、土体受振动而产生滑坡；在山坡上乱砍滥伐，使坡体失去保护，便有利于雨水等水体的入渗从而引发滑坡等等。2．2．3工程实例2009年4月26日12时40分左右，云南省昭通市威信县扎西镇小坝村羊梯岩发生山体滑坡，花家坝煤矿生活区的办公楼及新建职工宿舍全部被掩埋，造成20人死亡、2人受伤(照片7)。滑坡体长60米，宽50米，厚度约2．5he，体积约8000立方米；滑动面为基 长安大学硕士学位论文岩层理面。滑坡区山高坡陡，原始斜坡高160米，地形坡度35-40。，平均坡度38。。斜坡结构类型为顺向坡，并有基岩层面临空，属易滑斜坡。在长期重力作用下，地层中部出现垂直倾向裂隙，破坏了岩体的完整性和稳定性，且有利于雨水的渗入润滑作用。2009年4月23-26日连续多天降雨，雨水下渗润滑基岩层理面，导致抗滑力下降斜坡失稳，诱发滑坡。芗图2．10云南省昭通市威信县扎西镇羊梯岩滑坡全貌2．3坍塌2．3．1坍塌的分类及表现形式坍塌是指斜坡在自然因素或人类工程活动影响下所引起特殊地质灾害类型。其具有“滑坡"和“崩塌"两种机制和“先滑后塌"的变形破坏过程。由于其突发性和频繁发生的特点，给公路造成严重危害。坍塌主要产生于边坡表面松散的风化破碎层，边坡的设计坡形和坡率超过了岩土体所能保持的稳定角，在风化、干湿循环和降雨作用下，或因开挖改变了地下水的渗流条件而使坡面渗水，岩土软化，从而引起边坡上部失稳。坍塌的基本特征：(1)坍塌发生后土体堆于坡脚，整体性完全破坏；(2)坍塌裂缝逐次向边坡上方发展，最外一条裂缝受边坡坡度控制，一般自坡脚以上平均坡度在1：1．5范围内；(3)每次坍塌均不按固定的面移动，而是按新的不规则的面移动，一直坍塌至2l 第二章公路常见地质灾害潮湿土层稳定为止；(4)坍塌体下缘均在临空面以上；(5)雨水、坡面水和地下水是诱发坍塌的重要原因，其中90％以上直接由降雨引起；(6)坍塌体厚度不大，通常小于6m。2．3．2坍塌的形成条件对于潜在的坍塌灾害，可用如下方法对灾害识别：(1)比拟法通过当地类似条件下处于极限稳定状态的自然斜坡的坡形、坡率和坡高，采用工程地质比拟法分析公路边坡的稳定性。自然斜坡的稳定性受地层岩性、地质构造、水文地质条件及变化、气候和地震、风化作用等内外营力影响，若斜坡在较长年限内能维持稳定，其坡率和坡高等参数可为工程边坡稳定性分析提供参考。同样，在基本情况一致时，若其他工程边坡有坍塌发生，说明破坏边坡的坡率大于稳定坡率，易发生坍塌；而发生坍塌之后形成的综合坡率往往接近稳定坡率，可作为削坡坡率的参考依据。(2)直接观察法主要观察坡体变形破坏特征，如：坡顶地表的张开裂缝，边坡上部局部岩土块脱落，坡面植被与周边的比较等。(3)历史分析法了解边坡坍塌发生历史，上边坡坍塌具有牵引性质，往往会重复发生，给公路养护增加难度。汛期发生过坍塌的边坡，或坡脚有坍塌堆积物，说明边坡坡率大于稳定坡率，今后还可能再次发生。(4)坍塌灾害在发生的时间以大雨或暴雨以及较长时间的连续降雨之后为最多；6级以上强烈地震常引发坍塌出现；开挖边坡未及时做防护排水，常发生坍塌，但以小型居多。2．3．3工程实例2009年6月5日15时许，重庆市武隆县铁矿乡鸡尾山山体发生大规模垮塌，掩埋了12户民房以及400多米外的铁矿矿井入口，造成10人死亡，64人失踪，8人受伤的特大灾害。垮塌块体顺坡向总体长度约720米，南侧(后缘)宽约152米，北侧(前缘)宽约125 长安大学硕士学位论文米，平均厚度约60米，平面面积约8．4万平方米，体积约500万立方米。图2．1l重庆市武隆县铁矿乡鸡尾山垮塌体地层(垮塌前)图2．12重庆市武隆县铁矿乡鸡尾山垮塌体平面分区图2．4泥石流2．4．1泥石流的分类及表现形式泥石流是流水携带有大量泥沙、块石等固体颗粒的特殊洪流，其以较大的容重而有别于一般洪水。灾害性泥石流的主要特征表现在爆发突然、历时短、来势凶猛、冲击强烈、冲於变幅大、沟道摆动幅度和速度大等方面，具有强大的破坏力。其对公路的危害方式主要有冲刷、冲击、磨蚀和於埋等。23 第二章公路常见地质灾害泥石流按物质组成分泥流、水石流和泥石流三种。泥石流按流域形态分沟谷型和山坡型。沟谷型泥石流也是由山坡泥石流转化形成，沟谷明显，分为形成区、流通区和堆积区；发生、运动、堆积过程完整，堆积区呈扇形或带状；规模大，一般流域面积大于1．Okm2，颗粒有一定磨圆；危害范围大，作用强烈，防治措施要强；一般发生在山坡较高的坡位，多为三面环山，一面开口的地形；流通区纵坡较大，并有多级坡坎。山坡型泥石流沟浅、坡陡、流程短，规模小，一般流域面积小于1．Okm2；发生、运动过程沿山坡或在坡面冲沟中进行；堆积在坡脚或冲沟沟口，堆积区呈锥形，堆积物棱角明显；多发生在2／3的山坡高度处；坡体形状为桃形较多，也有长方形和椭圆形；相对沟谷型泥石流，山坡型泥石流干扰范围小，但对公路的危害较为普遍。泥石流具有极强的塑造地貌形态的能力，常常能在顷刻之间使原有的地形发生沧桑巨变。而公路通过山麓地带由于地形宽阔平坦，又是泥石流集中抛卸的地方，地形变化更为迅速和猛烈，经常造成严重灾害。公路泥石流水毁的宏观表象可概化为四类，即：桥台泥石流水毁、上部结构泥石流水毁、泥石流淤埋桥涵和泥石流水毁路基。2．4．2泥石流的形成条件泥石流形成必须具备三个基本条件：①流域中存在丰富松散的固体物质；②有陡峭并成围椅状的地形(形成区)和较大的沟床坡降(流通区)；③流域的中、上游有强大的暴雨或冰雪强烈消融等形成的充沛水源。2．4．3工程实例2009年7月23日凌晨2时57分，四川省甘孜州康定县舍联乡干沟村响水沟发生特大泥石流灾害。泥石流直接穿过并掩埋位于沟口的长河坝水电站工地住宿区，造成16人死亡、38人失踪、4人受伤，冲毁和掩埋省道211线近千米。泥石流形成的堆积扇长约410米，最大宽度约511米，平均堆积厚度约5米，冲出物总体积约40万立方米。局地强降雨为此次特大泥石流灾害的主要诱发因素。具体成因如下：(1)响水沟泥石流沟沟口和沟头高差大，具备了形成泥石流的有利地形条件；(2)泥石流沟位于强烈构造活动区，山体破碎、固体松散物质丰富，为泥石流提供了充足的物源条件；(3)本次引发泥石流的两小时过程降雨量达56．1毫米，具备了激发大规模泥石流的水源条件；(4)长河坝水电24 长安大学硕士学位论文站建设早期，进行隧洞挖掘时，出碴形成的碎块石被直接倾倒入响水沟沟道内，挤占沟道近1／2宽度，增加了泥石流的物质来源和危险性。图2．13四川省甘孜州康定县“7·23”泥石流冲毁水电施工工棚和道路图2．14四川省甘孜州康定县泥石流沿弃碴块石堆爬高3米2．5暴雨洪水灾害1)坡面冲刷边坡降雨冲刷主要出现在无防护的土质边坡、风化严重的岩石边坡。植物防护的边坡也会出现程度轻微的冲刷，但对边坡坡面的完整与稳定影响不大。当公路边坡的坡度较大，大于坡面冲刷起始坡度，在降雨量或降雨强度较大时，未加防护的土质边坡、散状结构的岩石边坡及表面风化严重的岩体边坡出现冲刷破坏的可 第二章公路常见地质灾害能性很大，将引起水土流失和边坡坡面的环境恶化，在边坡坡脚形成堆积，堵塞边沟，甚至掩埋路面。坡面冲刷的严重程度主要取决于地表单宽径流量和土的可蚀性等因素。前者决定于降雨强度和汇水面积，后者决定于土的性质。对于土质边坡，较强的降雨条件下都会出现较为明显的冲刷，冲刷程度随土性的不同而变化，但这种变化的幅度不足以引起冲刷程度的本质改变。从水土流失角度看，公路边坡水土流失是局部的。边坡上的泥沙被搬运至坡脚后，坡度减缓，甚至到达平地，泥沙就堆积在平坦处不再移动，只有少量泥沙最终进入河道。在工程实际中所能见到的坡面冲刷严重的现象，多出现在施工期和无防护边坡的运营期。挖方边坡坡面的冲沟最大深度可达0．50m以上。在填方边坡上，填土时的包边土往往呈松散状态，在没有进行坡面防护时的冲刷可能很严重，冲刷的厚度一般不超过包边土的厚度。路基边坡经过削坡和防护后，可增强坡面的抗冲能力。防护后的边坡冲刷一般很轻微，对稳定性影响很小。冲刷侵蚀造成的主要危害是水土流失、破坏环境和景观，影响坡面表面的局部稳定。根据边坡冲刷的形态，可分为如表中所示的几种形式。表2．4边坡侵蚀的主要形式应力类型侵蚀方式侵蚀形态面蚀溅蚀、片状侵蚀、鳞片状侵蚀水力沟蚀细沟侵蚀、浅沟侵蚀、切沟侵蚀、冲沟侵蚀潜蚀碟形洼地、陷穴、水刷窝穿洞、冲蚀穴泥流泥流坡、泥流扇水力与重力泥石流粘性泥石流、稀性泥石流2)沿河路基水毁沿河路基水毁的原因一般有如下几点：(1)路基高程偏低，造成洪水期的淹没与冲刷；(2)河道行洪条件和水情变化，导致洪水超过设计流量和设计水位；(3)河湾凹岸冲刷、局部地形变化引起的顶冲或斜冲；(4)峡谷段或河道压缩形成的集中冲刷；(5)河槽摆动造成的冲刷和冲击；，6 长安大学硕士学位论文(6)下游河道的桥梁、滚水坝等建筑物造成壅水过高，回水淹没路基；(7)沿河公路设计等级、标准偏低或者设计不合理，容易遭受洪水的侵袭；或者缺少必要的防护构筑物，造成公路路基汛期的自身安全性、稳定性不足。除此之外，由于路基冲刷防护建筑物的水毁或水毁后未及时修复，其防护的功效降低或者丧失，也会导致其防护范围内的沿河路基发生水毁。表2．5沿河公路路基水毁形态承载体原因形态路基全毁，断道时间长；路基大部分损毁，断道时间较冲刷、撞击短：路基少部分损毁，只能单向通行，且行车危险大路基路基沉陷浸泡沿河公路路基坍塌、滑移淹没、淤埋路肩缺口；路基坍塌；路基过湿，强度降低，影响行车路基边坡坍塌、滑移，对行车影响不大，但有行车危险边坡冲刷路基坡脚处的岸滩变形，尚未影响行车水漫路面堵塞结构破损、失稳小桥涵冲断路基结构失稳，坍塌冲刷结构破损防护构造物撞击全部损毁，或局部破坏3)小桥涵及排水沟渠破坏山洪是造成小桥涵及排水沟渠水毁的主要致灾因子。山区小流域洪水暴涨暴落，常挟带大量泥沙和石块，具有很强的冲击和冲刷作用力，对山区公路的小桥涵及排水沟渠的安全构成威胁。小桥涵及排水沟渠的过水断面不仅要满足排洪输沙的要求，还需进行基底与壁面的加固防护，防止冲刷与渗漏。小桥涵的水毁类型可根据致灾特点分为三类：淤积破坏、冲刷破坏和渗漏破坏。27 第二章公路常见地质灾害表2．5小桥涵破坏形式小桥涵破坏形式破坏原因涵洞进口各边沟汇流排沙，导致涵洞进水口排沙不畅，造成涵洞进口进口淤积淤积涵洞出口处常与急流槽衔接，连接处开裂，易造成渗漏和冲刷，导致出口急流槽衔接开裂坡面破坏，涵洞出口破坏涵洞淤塞临河涵洞，泥沙倒灌，引起淤塞淹没破坏涵洞过流、输沙能力弱，进出口均被淹没，导致破坏进口翼墙坍塌边沟水流引排至涵洞时，衔接不完善，导致进口翼墙坍塌破坏涵洞出口段铺砌厚度和长度以及消能措施不能满足要求，导致铺砌体出口铺砌冲刷破坏冲刷破坏小桥涵一旦发生严重淤堵或水毁，轻则水漫路面，破坏路基路面，重N4,桥涵及路基被冲毁，从而中断交通。因此，小桥涵水毁是公路水毁防治的重中之重，应引起高度重视。4)浸泡指由于较长时间的高水位，使路基路面受到长期或间歇性的浸泡所导致的水毁。沿河路基长期遭受水流的作用，由于受到水的浮力、侧向压力、渗透压力及冲刷作用，造成路基水毁。5)淹没路面设计标高不够或因公路压缩河道导致局部壅水高度过大，引起洪水漫溢路面，水流沿路线纵向冲刷，冲毁路面、路基。 长安大学硕士学位论文第三章公路病害分析3．1路基设计中的地质问题分析路基是公路的重要组成部分．它主要承受车辆的动力荷载和其上部建筑的重力。坚固、稳定的路基是公路安全运行的保障。路基所出现的各种软化、变形、整体失稳一般称为路基病害。路基病害常与特殊的工程地质条件有关，其实质是路基工程地质问题。本节按照路基病害发生的特点和所处的位置，分为路基不均匀变形和边坡坡面变形破坏两部分进行介绍。3．1．1路基不均匀变形路基不均匀变形以路基沉陷变形较为常见，但也包括鼓胀变形。除路基施工碾压不够外，特殊的工程地质条件常是主要原因。软土、湿陷性黄土、多年冻土、岩溶空洞和地下矿山采空区等分布区域的路基常出现路基沉陷变形，而在盐渍土和膨胀土分布地区只的路基则出现不均匀鼓胀变形。本节主要介绍地质条件与路基病害的关系，以下按各种特殊土类和地质条件造成的路基不均匀变形分别进行叙述。(1)软土路基沉陷软土具有强度低、压缩性高、含水量大和透水性小等不利的工程性质。在软土上修筑公路时，经常遇到软土地基压缩变形和地基剪切破坏带来路堤过大沉陷和破坏两大工程问题。因此，软土地基沉陷计算(固结理论)和稳定性分桥(强度理论)是软土理论的两大课题，也是工程设计和施工必须考虑的两个主要问题。在软土地区进行工程建设，勘察工作应查明软土的分布范围和厚度、软土的垂直结构、物质成分、物理和力学性质；选线、定线时，路线应选择靠近山丘、地势较高的地段通过，应尽量远离河流、湖塘、封闭或半封闭的洼地；设计时，应根据沉降计算和稳定性分析确定路堤极限高度(临界高度)，根据工后沉降量标准制定施工工艺和地基处理方法，当基底不作特殊加固处理，用快速施工方法修筑路堤时，必须控制路堤填筑高度和速度，否则地基或路堤必须采取加固或处理措施。软土地基处理方法一般有换填法，抛石挤淤法，反压护道法，砂垫层法，预压砂井或袋装砂井、挤密砂桩、塑料扳排水法，石灰、水泥或化学药剂加固法等。 第三章公路病害分析图2．15路基沉陷示例(2)黄土地基沉陷黄土因其特殊的大孔隙、垂直节理发育等结构特性，强渗透和遇水崩解的水理特性，干燥时高强度、浸水后强度明显降低的强度特性，造成路基常出现路堤下沉、坡面冲刷、边坡滑塌和滑坡、冲沟侵蚀路基等工程病害。特别是湿陷性黄土质地疏松，大孔隙和垂直裂隙发育，富含可溶盐，浸水后结构迅速破坏而发生显著的附加下沉，工程病害更是经常发生而且强烈。黄土路基各种病害的发生与水的关系密切。路堤沉陷除施工压实不足外，常是地基湿陷、地下洞穴塌陷、路线通过冲沟时沟底地基湿软、冲沟侵蚀路基等原因造成的；雨水造成坡面冲刷、滑塌，河流冲刷坡脚或地下水软化坡脚引起滑坡；地下水位较高造成路基软化和冻胀、翻浆。因此，黄土地区进行公路建设和公路病害治理必须重视排水问题，包括地表排水和地下排水。黄土陷穴、人工坑洞、地下墓穴等人工洞穴在黄土地区较为多见。线路勘测时不易发现，运营一段时间后可能突然发生沉陷。因黄土地基湿陷造成房屋建筑、公路铁路出现变形或破坏的事例是较多的。如兰州西民族学院两幢学生楼，使用十四年后因楼内管道失修，漏水渗入地下引起沉陷，下沉量达12-20cm，楼房被迫报废。甘肃、陕西等黄土分布区的多条公路因地基湿陷造成路基、路面、桥梁涵洞变形或破坏。因此，对于黄土地区的工程建筑，必须查清建筑地区的黄土是否具有湿陷性及其湿陷性的强弱，根据情况采取夯实、换填土或化学加固等地基处理措施。注意排除地表水和地下水的渗入可能性。在有陷穴、人为洞穴分布地区，应查明陷穴、洞穴的分布规律，对已有的陷穴应回填夯实，平整地面，排除地表水和地 长安大学硕士学位论文下水的影响。(3)多年冻土路基变形多年冻土地区处于特殊的自然环境状态，年均气温低于O。C，多年冻土地层结构从地表往下依次为：随季节变化而处于冻结和融化状态的季节活动层、保持常年冻结的多年冻土层、年融化层。多年冻土层的顶面称为多年冻土上限，底面则称为下限。天然状态下，在上限以下存在厚度不等的冰层或含土冰层。多年冻土受气候、地表植被等环境条件和冻土含冰量等条件影响，处于不同稳定状态。一般地讲，气温、地温愈低，地表植被愈好，冻土稳定性因为水的热容量较大，所以含冰量愈大，冻土稳定性愈好。由于修筑公路、铁路，特别是公路铺筑沥青面层，破坏了多年冻土的水热平衡状态，吸热大于散热，多年冻土逐渐融化。上限附近不同厚度和不同含冰量的冰层融化，引起路基基底发生不均匀沉陷，或由于水分向路基上部集聚而引起冻胀、翻浆。青藏公路格尔木至拉萨段位于藏高原腹地，穿越五百多公里的多年冻土分布区，自20世纪七十年代铺筑沥青面层以来，出现了大范围较严重的路基、路面沉陷，病害主要集中出现；在不稳定和较不稳定冻土带。另外，路基下的冰丘、冰锥和季节活动层的冻融作用往往会使路基鼓胀，引起路基、路面的开裂与变形；当冰丘、冰锥融化后，路基又发生不均匀沉陷。东北大、小兴安岭多年冻土地区的道路受冰丘、冰锥的影响，鼓胀和沉陷变形较为明显；青藏公路则以路基、路面开裂较为严重。针对多年冻土特性和道路病害，多年冻土地区路基设计采用“保护、一般保护和不保护”三种原则。保护原则也称为被动原则，是采取工程措施严格控制多年冻土不发生变化；一般保护是采取工程措施，控制冻土变形速率和变形总量；不保护也称主动原则，是采取措施加速冻土融化或清除冻土以及不采取任何工程保护措施的原则。保护原则适用于重要和对变形敏感的工程结构物，且冻土为稳定或较稳定型；一般保护原则适用于受变形影响不敏感的工程，适用的冻土类型为较稳定型：不保护原则一般适用于不稳定冻土。(4)膨胀土路基变形膨胀土特殊的工程性质对工程建筑产生多种危害，而且变形破坏具有反复性。在膨胀土地区，房屋建筑常普遍出现开裂变形，路面常出现大范围、大幅度的随季节变化的波浪变形，路基常出现的病害有不均匀鼓胀和沉陷，沿路肩部位的纵裂和坍肩，在路堑边坡和路堤边坡的剥落、冲蚀、溜塌、坍滑和滑坡，有“逢堑必滑，无堤不坍”之说。这些病害的产生必须具备两个基本条件：一是膨胀土具有胀缩特性．胀缩性愈大可3l 第三章公路病害分析能产生的病害愈严重；二是水的渗入，没有含水量的变化，则不会产生土的体积变化和结构破坏，即不会产生路基的变形和破坏。因此，控制填土的性质或改善土的胀缩性，减小路基、路面水的渗入，是防治膨胀土道路病害的重要手段。膨胀土的膨胀潜势与土的初始密度和初始含水量有关，初始密度愈大、初始含水量愈小，土体膨胀潜力愈大；反之，则小。因此，采用合理的填土压实标准和碾压含水量，是减轻胀缩危害的另一重要方面。铁路科研部门经过研究得出：为减轻路基胀缩危害，应降低膨胀土路基压实标准。膨胀土的强度为典型的变动强度，具有初期强度极高、经过几个干湿循环后强度极低的特点。初期强度极高，造成施工开挖和破碎碾压困难，也不易被压实。路堤填筑后，在大气物理风化和湿胀干缩效应作用下，土块崩解，受上部重力和行车荷载作用，路堤易产生不均匀下沉。路堤愈高，沉陷量愈大，尤以桥头填土的沉陷更为严重。路肩部位常因机械碾压不到，使填土达不到要求的密实度。同时，因路肩位于临空面，受大气物理风化强烈、干湿交替频繁，其胀缩程度远大于路堤内部。所以在路肩部位常产生坍滑、沉陷和纵向裂缝等病害。膨胀土路堑边坡表层土体受大气物理风化作用明显，使土块碎解成细粒状、鳞片状，在重力作用下易发生剥落，在坡面水流作用下易发生冲蚀。经过长期湿胀干缩，边坡表层土体强度明显降低，在水和重力作用下，易发生坡体溜塌、坍滑和滑坡。膨胀土滑坡多为牵引式，呈迭瓦状，成群发生。滑坡体为纵长式，一般可从坡脚牵引至坡顶，多为浅层性，厚度1．0～3．Om，为多，一般不超过6．0m，滑坡体厚度与大气风化作用层厚度有关。膨胀土滑坡的发生与土的性质和土体结构关系密切，与边坡高度和坡度关系不明显。因此，以放缓坡度来防止膨胀土滑坡的发生效果并不明显，必须采取其它有效的工程措施。但膨胀土地区的边坡坡度还是比其它土类边坡明显较缓。(5)盐渍土路基变形我国沿海和内陆地区分布着大范围的盐渍土，当盐渍土中硫酸盐含量较高时、土的物理、力学性质和筑路性质会发生显著变化，引起许多路基病害。路基和地基土中的硫酸盐，因地表浅层水热状况的变化而引起其发生化学成分和物理性状的改变。以硫酸钠为例，硫酸钠在水中的溶解度随温度而改变。在温度为32．4。C时，硫酸钠的溶解度达到峰值，高于或低于这个数值，溶解度都将降低。当低于32．4。C时，溶解度随温度降低而急剧减小，溶液中析出物为十水硫酸钠。当高于32．4。C时．溶解度随温度升高而降低，析出物为无水硫酸钠。无水硫酸钠密度为2．689／cm3．十水硫酸铀的密度为1．489／32 长安大学硕上学位论文cm3。从理论上讲，无水硫酸钠的体积是十水硫酸钠的大约3倍。因此，盐渍土地区的路基随着温度的变化出现胀缩现象．低温季节土体膨胀，路面出现鼓包、开裂；高温季节，由于硫酸盐脱水，路基出现松软和泥泞。内陆干旱地区季节温差和昼夜温差大，盐质土地区公路、铁路、机场道面等的病害也相应严重。新疆314国道焉吉、轮台段出现了较严重盐胀病害，民航敦煌机场跑道也曾因强烈盐胀影响了正常使用。影响路基盐胀的主要因素有土质、含盐类型、含盐量、土的含水量、土体密度、温度及其变化过程等。空隙较小的粘性土和空隙较大的砂性土不利于水和盐分的迁移，对盐胀不利。因此，粘土或天然砂砾常被用作垫层以隔断地下水和盐分向路基及路面内的积聚。粉土的孔隙率较大且孔隙连通性好，孔隙的大小也有利于毛细水的迁移，毛细水上升的过程就是盐分集中的过程，所以粉土路基的盐胀作用最为强烈。各种盐类中，以硫酸盐的胀缩最为明显，其中又以Ⅳ口’观最强烈，氯盐和碳酸盐类的胀缩性较小。誊含盐量对膨胀影响的基本规律是：含盐量小于某一值时土体膨胀不明显，大于该值后膨胀量迅速增加，但盐分增加到不能被土中水完全溶解时，多余的盐分将不再形成盐胀，即盐胀不再随含盐量的增加而增加。以在盐胀中起主要作用的Na2S04为例，当含盐量小于1％时，土体无明显的膨胀；当含盐量大于2％时，膨胀量随含盐量的增加迅速增大。因此，路基设计规范规定Na2S04含量小于1％时，部分工程可用；大于2％时工程中不能使用，或采取改性措施后才可使用。含水量对盐胀的影响与含盐量有关。当含水量小于6％时，无论含盐量多少，土体膨胀都不明显；当含盐量大于2％、含水量大于6％时，随着含水量的增加盐胀率增加，但有一峰值，超过峰值后．盐胀率随含水量增加而减小，减小的原因是：含水量的增加导致了盐溶液的浓度降低而成为非饱和溶液，盐分结晶能力降低；当含盐量大于3％以后，盐胀率为峰值所对应的含水量，在14％～18％之间。土体密度对盐胀率的影响，在密度一膨胀率图上为一下凹曲线：对应于某一于密度(硫酸盐渍土为1．68／cm3)，土体盐胀率最小；小于和大于该密度，盐胀率均增加。路基要求的压实密度所对应的盐胀率是较大的。盐渍土开始产生结晶膨胀所对应的温度称为起胀温度。硫酸盐渍土的起胀温度在25℃左右，盐胀增长的温度区间很大，从起胀温度开始一直可延续到．15"C，即从秋末开33 第三章公路病害分析始一直延续到隆冬。降温速率对盐胀也有明显影响，降温缓慢盐胀量大，快时盐胀量小。(6)岩溶和采空区路基沉陷碳酸盐岩类分布地区，常常由于岩溶引起一系列工程地质问题。岩溶地区路基的主要工程地质问题有：由于地下洞穴顶板的坍塌，引起位于其上的路基及其附属构造发生坍塌、下沉或开裂；由于地下岩溶水的活动，或因地面水的消水洞穴阻塞，导致路基基底冒水、水淹路基、水冲路基以及隧道涌水等病害。因此，在岩溶地区修建公路，应全面了解路线通过地带岩溶发育的程度和岩溶形态的空间分布规律，避让或防治影响路基稳定的岩溶病害。岩溶洞穴位于地下，洞顶坍塌引起路基沉陷具有隐蔽性和长期性特点，初期不易被发现。与岩溶洞穴塌陷相似，地下矿山采空区塌陷常造成地面大范围沉陷，给位于其上的公路带来路基路面变形和破坏。山西、内蒙、陕西和安徽淮南、淮北等地的煤矿区常出现因采空区塌陷造成损失的事件。3．1．2边坡工程地质问题边坡受岩性、构造等地质条件和风化、水的渗入和冲刷等自然地质作用以及人工开挖等工程活动的影响，常出现坡面变形和整体失稳破坏二类工程病害。在山区等高等级公路建设中高大边坡大量出现，因此边坡工程地质问题愈来愈严重，破坏和造成的损失也会更加严重。(1)坡面变形坡面变形是指路堑(或路堤)边坡坡面的局部破坏，包括风化剥落、落石、冲刷和表层滑塌等类型。剥落是指岩质路堑边坡岩体在风化作用及地表各种地质应力作用下，岩体表层破裂成大小不等的岩屑，滚落在坡脚下就地堆积。剥落多发生在坡积层、页岩、泥岩和砂质泥岩组成的边坡中，强烈风化的花岗岩坡面也易发生砂状剥落。产生剥落的原因主要是温度、湿度的变化、冻胀等引起的各种物理风化作用，使岩体连结发生破坏。剥落使岩质边坡坡面缓慢变形，边坡岩体整体上是稳定的。坡面剥落发展到严重阶段．大量岩屑堆积在坡脚，堵塞侧沟，排水不畅，如不及时清理，局部剥落不断扩大可发展为较大的表层滑塌或崩塌，影响整个边坡稳定。坡面冲刷是雨水顺坡面流动时将松散的颗粒带走，而在坡面上冲刷出一条带状小纹 长安大学硕士学位论文沟。结构松散的土质边坡和黄土边坡、常常是冲刷强烈作用的部位。一条条顺坡面排列的细长的沟槽，将坡面分割得支离破碎。这些变形进一步发展，可以导致路堑或路堤更大规模的破坏。表层滑塌是由于边坡上有地下水出露，形成点状或带状湿地，产生的坡面表层滑塌现象。这类破坏由雨水浸湿、冲刷引起。它往往是边坡更大规模变形破坏的前奏。(2)整体失稳整体失稳是指边坡的整体塌滑和滑坡。塌滑时边坡上部或顶部地面下沉、出现多条拉张裂缝，边坡中、下部向外鼓胀，显示出边坡整体滑动和破坏的征兆。边坡整体塌滑和滑坡是路基工程中的重要工程地质问题。山区公路工程常常需要在斜坡坡脚开挖路堑，修建人工边坡。这种工程活动改变了斜坡内初始的应力状态，使坡脚剪应力更趋于集中，开挖的人工边坡切断斜坡岩体内各种结构面，破坏了边坡岩体的稳定性。这种由工程开挖引起的边坡滑动，常发生在岩层顺坡倾斜，层间夹有泥化的页岩或泥岩层中，倾角大于泥化层层间的内摩擦角，一旦开挖切断坡脚岩层，即刻引起顺层滑动。某一滑坡由白垩系泥质砂岩、页岩组成．岩层倾向线路．倾角为15。。边坡上部砂岩中发育两组陡倾角节理，倾向斜路，表水沿节理下渗至砂岩、页岩接触面，浸润软化页岩。施工开挖路堑后，岩体失去平衡，形成基岩滑坡。斜坡坡脚坡积物广泛分布，公路傍山修建切割坡脚，截断坡积层，降低其稳定性，i引起坡积层沿下伏基岩面向线路方向滑动。因此，山区公路坡积层内发生的滑坡是常见的边坡病害。山区河谷斜坡是自然地质作用强烈地段，河岸两侧也是边坡整体稳定病害多发地段。受河流侵蚀作用和岩层产状影响，河谷斜坡处于不同稳定状态。一般来看，顺倾向岸坡地形较缓，但整体稳定性较差；反倾向坡则相反，河流凹岸稳定性较差，凸岸稳定性则较好。岩质边坡的破坏失稳与岩体中发育的各种结构面有很大关系。结构面破坏了岩体的完整性，使岩体成为各种结构面分割的岩块组合体。相比之下结构面的强度远低于岩块。岩体破坏都是沿着结构面发生，特别是边坡岩体中结构面贯通．产状有利于滑动破坏时，尤为不利。岩质路堑边坡常见的破坏形式有单滑面和双滑面(或称楔形滑动)两种类型。(3)路基边坡坡度的确定方法路基边坡坡度的确定是勘测设计中的一项重要工作，边坡坡度直接涉及坡体稳定与35 第三章公路病害分析坡面冲刷、剥落等问题，也涉及到工程造价、环境保护等方面，是路基设计的主要内容之一。因自然条件的复杂性，边坡坡度主要是按工程地质比拟法确定，即根据岩石(土)的类型和性质、工程地质和水文地质条件、拟用的施工方法、边坡的高度等因素，参照当地自然极限山坡和已建边坡的坡度进行确定。土质边坡的稳定性受多种因素的影响，如土的类型和成因，地表水或地下水的影响等。这些因素目前还难于用定量指标表达，所以，土质边坡坡度的确定多采用详细调查边坡所在地区土的成因类型、土的性质以及边坡所处的地貌特征等工程地质和水文地质条件，结合同类土已有的人工边坡和自然斜坡的稳定情况，经过对比和综合分析确定边坡的坡度。土质均匀时，则可采用力学的计算方法确定边坡的坡度。岩质路堑边坡的稳定性主要受岩性、地质构造特征，结构面和线路的关系，裂隙发育程度，风化作用及水的作用等因素影响。一般情况下，岩浆岩边坡较陡，沉积岩、变质岩中硬岩类坡度较陡，泥页岩、千枚岩、片岩等软岩的坡度较缓；岩石风化严重、裂隙发育、地下水丰富边坡应较缓，反之则坡度宜大。3．2隧道病害调查与分析3．2．1隧道施工中常见的不良地质问题在隧道施工中的一些不良地质和特殊地质地段，隧道围岩变形大、变化快和成因复杂，事故具有不确定性和突发性的特点，施工中除了应遵守一般的技术规范外，还应该根据围岩的实际情况，在支护、衬砌过程中采取一些针对性强的辅助施工技术方法，以满足施工安全和工程质量，影响隧道施工的不良地质主要有以下几个方面：一、溶洞地段当隧道施工需穿过可溶性岩层时，一些溶洞位于隧道底部，这样就造成隧道基底难于处理；有时遇到大的水囊和暗河，岩溶水或泥砂夹水会大量涌入隧道，当含水充填物不断涌入坑道时，甚至会发生地表开裂下沉，山体压力剧增；有的溶洞岩质破碎，容易发生坍塌；还有的溶洞、暗河迂回交错，错综复杂，范围宽广，处理起来具有相当大的难度。二、高原特殊地质随着西部交通的发展，高原隧道相应增多。由于其所处地理位置、气候、自然环境特殊，因此，高海拔地区的隧道也给普通的隧道施工带来一定的影响。首先，由于海拔 长安大学硕士学位论文高、缺氧、气候寒冷等原因，高原隧道每年正常的施工时间仅有240天左右。此外，高原缺氧、气候条件恶劣，导致人、机械效率降低，所以隧道施工进度明显偏低，工期加长；其次，高原地带生态系统极其脆弱，一经破坏就很难恢复。在隧道设计和施工过程中都要考虑和评估对高原环境的影响；再次，由于隧道所处的地理位置海拔高，气温低，昼夜温差大，如果隧道发生渗漏水，水在低温下结冰，产生冻胀，将对隧道的结构产生较大的破坏。三、松散、破碎并且涌水量大的地层围岩极其松散、破碎，局部有夹层再加上涌水量大，围岩一经暴露便有发生坍塌的危险，一旦如此，会给施工，安全带来灾难性的破坏。四、煤系地层(1)含有瓦斯地段在煤系地层中，隧道开挖常常伴有瓦斯的存在，它对隧道施工机械设备和人员造成很大的安全隐患。(2)采空区地段当隧道穿越煤系地层时，常常遇到煤矿采空区。这些采空区往往规模较大，对隧道影响范围大，并且废旧的老采空区往往充满地下水或有害气体。当隧道施工时，可能造成采空区漏水，有害气体的泄露或造成大规模的塌方、沉降，对施工人员、设备的安全造成极大的威胁，将来还可能造成隧道衬砌结构的开裂，引起隧道漏水，影响隧道的正常运营。以上不良地质情况对隧道施工构成极大的影响，既拖延工期，又要耗费大量的人力、物力来治理，如处理不当，会造成人身、工程质量安全事故及工程的报废等。准确的地质资料、合理的防治措施，将最大限度地防止隧道地质灾害的发生，使灾害造成的损失降到最低，使施工安全和施工质量得以保证。3．3水文地质调查与分析公路沿线工程地质、水文地质情况的好坏，直接影响到公路工程的稳定性和耐久性，特别是这些基础资料将直接关系到工程造价问题。因此，地质选线以及详细而准确地调查沿线工程地质和水文地质对公路工程建设和使用具有十分重要的现实意义和长远的历史意义。近几年，各个部门分别对各个在建项目的施工现场进行了跟踪服务，为完善设计和37 第三章公路病害分析工程的顺利实施做了大量的工作。但从现场调研的情况来看，集中反映的一些问题，仍是工程地质和水文地质问题。工程实践表明，事先组织工程地质人员和专业设计人员对全线的地质构造成因、产状及岩性和水文地质进行详细的调绘、分析、研究，并根据其确定合理、可行的线位，就会避免好多问题发生。公路勘察设计是一个极其复杂的过程，它需要投入大量的人力、物力和财力，同时也需要足够的周期。地质勘探资料及勘测成果是设计的第一手资料，是确定设计方案的决定性因素，同时也是保证设计质量的重要前提。由于工程地质勘探资料的不准确性，或者干脆凭视觉直观得出的结论，均会导致工程实际中发生重大的变更。如路基土石方工程等级的变化，取土场的无法使用，料场缺料或者即使有料也不满足技术指标的要求，挖方土质纵向调配而实际为非适用性土等。以上事实表明，没有准确的调查和真实可靠的地质资料，想要提高设计质量，保证工程的顺利进行是完全不可能的。导致工程地质和水文地质资料不准的原因主要有：①勘察设计人员专业技术水平有待提高。②工程地质勘探与调查投入人力、物力、财力不够。③地质勘察人员责任心不强、监管督察不到位。④勘察设计周期短。38 长安大学硕士学位论文第四章不良地质条件选线方法道路总体设计必须坚持以人为本，树立全面、协调、可持续的科学发展观，做到“六个坚持，六个树立"。路线是道路的骨架，它的优劣影响道路功能的发挥和在路网中的作用。路线设计除受自然条件影响外，尚受诸多社会因素的制约。选线要综合考虑多种因素，妥善处理好各方面的关系。一个合理的道路方案，对道路本身而言，要做到以下几点：(1)路线设计应保证行车安全、舒适、快捷，即注意立体线形设计中平、纵、横面的舒顺、合理配合，应尽量采用较高的技术指标。(2)照顾道路美观。但是在实际设计中要考虑到诸多自然环境和社会等影响因素，因此要克服以下困难：(1)考虑到经济因素，一般要做到工程量小、造价低、营运费用省、效益好，并有利于施工和养护；0(2)考虑到节约资源，要少占田地，尽量不占高产田、经济作物田和经济林园(如橡胶林、茶林、果园)等，做到与农田基本建设相配合，对沿线必须占用的田地，应按国家有关法规，做好造地还田等规划和必要的设计；(3)考虑到人与自然和谐，在通过名胜、风景、古迹地区的道路应重视保护原有自然状态和重要历史文物遗址，做到与周围环境、景观相协调，注意因修建道路及汽车运行所产生的影响和污染等：(4)考虑到预防地质灾害，保证行车安全，应对工程地质和水文地质进行深入勘测，查清其对道路工程的影响。对不良地质地段和特殊地区，如滑坡、崩塌、泥石流、岩溶、泥沼等地段和沙漠、多年冻土等特殊地区，一般情况下路线应设法绕避。必须穿过时，应选择合适位置，缩小穿越范围，并采取必要的工程措施。道路设计的过程就是解决道路自身质量和其影响因素之间的矛盾，本文主要研究上述道路影响因素的第四个方面，即不良地质地区如何选线。4．1不良地质条件选线流程及外业勘察步骤和内容4．1．1不良地质条件选线流程如今，工程地质选线已越来越引起重视，但像水文地质等潜在工程地质条件调查39 第四章不良地质条件选线方法常常被忽视，公路建成运营后，公路病害频繁发生，防治养护工作加重了经济负担，同时破坏了生态环境，与建设可持续发展道路相背离。 长安大学硕士学位论文3)对规模大、分布广、治理难的不良地质和特殊性岩土地带，路线应尽量绕避。必须通过时，应选择以最短的距离、最有利的部位通过，并应对其采取切实有效的工程措施。4)各类地质条件路线布设应遵循的基本原则(1)按不同地形、地貌条件进行工程地质选线①河谷路线：路线宜布设在地势平坦或有阶地的一岸；顺岩层走向发育的纵向河谷，路线一般应布设在逆倾向坡一岸；顺大断裂发育的河谷，路线一般应布设在断层下盘岸或分支断裂较少的一岸。②越岭路线；避免沿构造轴线，尤其是大断裂的破碎带和地下水发育带布线；路线应尽可能垂直通过破碎带，避免在其上展线。(2)按不良地质路段进行工程地质选线①崩塌区：通过崩塌区．路线不宜紧靠崩塌体脚下，并设置遮挡建筑物：小型、零星落石段，宜将路线设置在崩塌落石停积区外．以路堤形式通过。②滑坡区：路线通过滑坡时，应力求不恶化滑坡体，并增强其稳定性。根据路线高低选择布线位置，一般是滑坡上缘或下缘比滑坡中部好。通过滑坡上缘，一般以挖方路基为宜；通过下缘，以路堤为宜。③泥石流区：通过泥石流区时，首先应考虑从流通区或河床比较稳定、冲淤变化不大的洪积扇顶部以桥跨越；基本稳定或规模不大的泥石流，路线可从堆积区通过．但应注意路桥结合和导流防护措施。④岩溶区：通过岩溶区时，路线应布设在可溶岩与非溶岩互层的岩溶发育相对较弱区；避免沿厚层可溶岩与非溶岩接触带、构造破碎带，褶曲轴部和倾伏端布线；通过岩溶坡立谷、丘陵区，线位宜靠山坡；通过溶蚀洼地的路线选在洞穴少、埋深大，岩溶水排泄条件弱的地段。⑤岩堆区：处于发展阶段、上方山坡有大量物质来源的岩堆应及早提坡从上方山体的稳定地带通过；趋于稳定的岩堆，若地形条件允许，路线宜在岩堆坡脚外适当距离通过。若地形受限，也可在下部以路堤形式通过；对已稳定的岩堆，布设路线应注意不破坏其稳定性和选择在堆积物较薄、基底稳定条件较好的部位。⑥水库区：路线必须设在塌岸带内时，应有确保路基稳定的工程措施，路线宜选择在基岩露头良好、土层薄的坡体稳定段；路线走向宜与主导风向一致或逆风向一侧。⑦风沙地区：路线通过沙漠地区时，宜尽量避开严重的流沙地段，选择在沙害较轻的4l 第四章不良地质条件选线方法湖盆滩地、河谷阶地、古河床及扇缘地带布线；必须通过流沙时，路线宜以最短的距离布设在沙丘起伏不大和在沙丘的中立地带；路线的走向宜与当地的主导风向大致平行；路线宜靠近材料产地和水源地。⑧采空区：通过采空区，应选择在矿层薄、埋藏深、倾角缓．垂直矿层走向等有利条件处。⑨积雪区：风吹雪地区，路线宜避开风速严重减缓区；通过山地丘陵时，应尽量利用几面通风的开阔地、台地、山梁、垅岗等；路线走向应尽可能与风雪流的主导方向平行或交角小于30。。一般积雪区，越岭或沿河路线宜设在阳坡上。⑩雪崩区：路线应尽可能绕避严重雪崩区；在森林区路线应注意靠近森林较多、较密的一侧通过；通过雪崩的沟槽时，如河谷较宽，应从堆积区的外侧通过；通过雪崩堆积区或运动区时，应结合防治雪崩的工程措施选择合理的位置。若采取拦阻雪崩或导雪措施时，路线应尽可能在堆积区的下方通过。若采用防雪走廊时，路线应尽量靠近陡坡。越岭展线地段应避免多次经过同一雪崩淘槽，山坡上路线不宜设挖方。⑩强震区：路线应力求绕避近期活动的断裂带、断层破碎带和断裂交叉带、易液化砂土及软土等松软地基，不稳定悬崖深谷、易塌陷地下空洞等抗震不利地段；路线宜选择在地势平坦或地貌单一的平缓坡地。(3)按特殊性岩土进行工程地质选线①冻土区：路线通过山坡时，宜选择在平缓、干燥、向阳的地带；在积雪地段，应选择在积雪轻微的山坡上；沿大河河谷定线，宜选择在阶地或大河融区，但应避免融区附近的多年冻土边缘地带；穿过冻土时，应以较短的距离通过多年冻土地带；路线宜选择土质良好的地带，并尽量靠近取土地点，以及砂、石和保温材料产地；在厚层地下冰和冻土沼泽地段，宜从较窄、较薄且埋藏较深处通过；在热融滑坍、冰丘、冰锥地段，路线宜在下方较高处通过。②软土区：选线应注意避开泥沼及软土地段，力求绕避陡山坡上的泥沼、古湖盆的泥沼以及中间聚水地带的泥沼；通过泥沼及软土地段时．线位应尽可能选在泥沼及软土分布范围最窄，淤泥层不厚、沼底横坡不大，有较厚覆盖层或硬壳层，地势较高，取土条件较好的地段；宽广的软土地区，路线应避免沿排灌渠道边缘或湖塘边缘布设；选线应注意利用微地貌，如风成高地及丘陵坡麓的堆积高地。42 长安大学硕士学位论文③盐渍土区：对于有可能遭受洪水冲淹的低洼地区。以及经常处于潮湿或积水的强盐渍土，过盐渍土或盐沼地带，路线应尽可能绕避；在一般的盐渍土地区或小面积岛状零星分布的盐渍土地带，路线应选择在地势较高、含盐量较小、地下水位较低、地表排水便利和通过距离最短，距渗水性土产地最近的地段。④膨胀土区；路线应选择在膨胀土分布范围窄、膨胀性能弱、膨胀土层薄的地段；路线横穿膨胀土垄岗脊时，应选择前缘部位，垂直脊线穿越；通过既有建筑区时，应尽量远离建筑群及重要建筑物。⑤黄土区：路线应选择平地的宽谷，在湿陷性比较小、地表排水较好的地带通过，避开深沟、陡坡、陷穴、冲沟密集，下伏面陡倾和地下水发育的斜坡地段。4．1．4勘察内容应重点查明与选择路线方案和确定路线走廊有关的地质问题。具体内容有：1)沿线的地形、地貌和地质构造；2)不良地质、特殊性岩土的类型、性质及分布；3)大型路基工程场地的地质条件；4)路基填筑材料的来源；5)预测可能产生工程地质病害的地段，病害性质及对工程方案的影响。4．1．5勘察范围勘察工作包括路线各个比较方案。沿路线两侧各宽150m～,200m，不良地质和特殊性岩土分布路段应视查明地质问题的需要和对路线可能影响的情况扩大勘察范围。4．1．6资料要求1)路线工程地质说明书内容：沿线地质概况；不良地质和特殊性岩土类型、分布、特性；工程地质条件对路线方案和线位的影响。2)路线工程地质图该图主要显示测区工程地质概况以及与各路线方案的相应关系。比例尺为l：50000～1：200000，标示内容主要有：地层地质时代(划分至组)或成因类型分界线；地层代表性产状，主要的地质构造线，地震基本烈度界线，大地貌单元界线，不良地质和特殊性岩土的类别、位置(用符43 第四章不良地质条件选线方法号表示)；工程地质分区及分区说明表；工程地质综合柱状图；路线工程地质纵断面示意图或区域代表性地质断面示意图。3)工程地质平面图利用路线图作底图编制，比例尺为h10000""1：20000。不良地质地段另绘比例尺为1：2000"--1：10000的工程地质平面图，较详尽地显示路线的工程地质条件。图上标示内容为：(1)地层界线：基岩按地质年代划分至组，组以下按工程地质岩组划分；第四系按成网类型划分至统。(2)地质构造：岩层与节理的代表性产状，断裂与褶曲的位置及产状。(3)工程地质区划界线及地质构造。(4)不良地质和特殊性岩土范围界线。(5)地下水露头点。(6)地震基本烈度界线。(7)地质观察点、勘探点、测试点位置。(8)各段代表性地层小柱状图：4)工程地质纵断面图水平比例尺用h2000""1：20000，垂直比例尺相应地用h200"1：2000。不良地质地段应另绘水平比例尺为l：2000--一1：10000，垂直比例尺相应地为l：100～l：l000的工程地质纵断面图。图中示出试坑、钻孔编号、孔深、岩土类型界限及地质构造等。图中下部备栏示出地质慨况、地貌类型、试坑与钻孔的地面标高及桩号等。4．2不良地质临界稳定状态判定由第二章公路病害分析知，不良地质地区，公路的主要病害在于路基是否稳定，即路基边坡是否稳定。工程界广泛使用稳定安全系数(简称稳定系数)这样的安全指标来进行边坡的稳定性评价，稳定系数大于l，意味着边坡是稳定的；小于1则是不稳定的；等于l时说明边坡处于临界状态。由于稳定性计算中含有若干不确定性，为保证设计的边坡处于稳定状态，应使计算的稳定系数大于1，以使其具有一定的安全储备，也就是要规定一个稳定系数设计限值——安全系数。边坡稳定分析中多采用稳定系数K来表征边坡的稳定程度。目前，常用的定义法为：44 长安大学硕士学位论文抗滑力和滑动力比值定义法，即稳定系数定义为滑坡体中滑动面上的抗滑力与滑动力之比。即为K=R／SR——坡体岩土提供的广义抗滑力，可以是抗剪强度、抗滑力、抗滑力矩等；S——坡体岩土的广义滑动力，可以是剪应力、下滑力、滑动力矩等。4．2．1公路边坡稳定性评价方法概述岩土体结构的复杂性、多样性，以及赋存环境的差异，决定了其失稳模式是多种多样的。所以，研究某一边坡的稳定性，首先需要判断在特定的地质条件下可能的失稳模式，在此基础上再针对已确定的失稳模式，通过数学力学和实验分析方法，确定边坡稳定的安全系数，以此制定相应的治理措施。通常评价公路边坡需要以下几个步骤，各个步骤之间的流程如图4．1。图4．1边坡稳定性评价流程图45 第四章不良地质条件选线方法(1)室内资料搜集(2)现场勘查、量测(3)初步判断边坡可能发生的破坏模式(4)现场及室内试验(5)建立地质模型(6)选用合适的分析方法定量评价边坡稳定性(7)治理措施设计(8)设立监测系统结合本人参与的长安大学范文教授、秦建平教授负责的西部交通建设科技项目《公路边坡加固技术推广及应用示范》，以下就边坡结构形式划分：均质土、层状松散土、二元结构、层状结构、块状结构、碎裂结构、散体结构边坡，分别对其稳定性做了评价和预测。4．2．2均质土边坡稳定性评价一、定性评价在保证边坡稳定的前提下，编制了各类均质土的边坡容许值表。在实际工作中，可以根据工程地质条件参照下列各表确定各类均质土边坡的容许坡度值：表4．1粘性土边坡容许坡率值容许坡度值岩土类别岩土性质坡高在5m以内坡高在5～lOm粉土S，≤0．51：1．00～l：1．251：1．25～1：1．50坚硬1：0．75～l：1．00l：1．00～1：1．25一般粘性土硬塑l：1．00～l：1．251：1．25--．1：1．50坚硬1：O．35～1：O．50l：O．50～1：O．75老粘性土硬塑1：0．50"--l：0．75l：O．75～l：1．00表4．2砂性土边坡容许坡率值边坡高度土的名称土的密实程度小于20m大于20m密实的l：1．5l：1．75～l：2粗砂中密的l：1．5～l：1．75密实的l：1．5～l：1．751：2--．1：2．25中砂中密的1：1．75密实的l：1．75～l：2．25粉细砂中密的l：2～1：2．25 长安大学硕士学位论文表4．3黄土边坡坡率参考数值边坡坡度工程分区工程分类边坡高度≤6m6～12m12"--20m20"--30m30～40m1：O．5～1：O．75----新黄土坡积1：0．51：0．751：1．0(马兰黄l：0．2～1：0．4～1：O．5～1：0．75～土)Q3-Q4洪、冲积I东南地1：0．31：0．61：0．751：1．0区新黄土(马兰黄土)1：O．3～l：O．4～l：0．6～1：0．75～1：1．0～Q31：0．41：O．61：0．751：1．01：1．25老黄土(离石黄土)1：O．1～l：0．2～1：0．3～1：O．5～1：O．75～Q2l：0．31：0．41：O．51：O．751：1．O1：0．5～1：0．75"-"新黄土坡积1：0．5l：O．751：1．0(马兰黄II中部地1：0．2～1：0．3～1：O．5～1：O．75～土)Q3-Q4洪、冲积区1：0．31：0．5l：0．751：1．O新黄土(马兰黄土)1：0．3～1：O．4～1：O．5～1：O．75"--l：1．O～Q31：O．41：0．51：0．751：1．01：1．2547 第四章不良地质条件选线方法表4,3黄土边坡坡率参考数值(续)边坡坡度工程分区工程分类边坡高度≤6m6～12m12"-"20m20～30m30----40m老黄土(离石黄土)l：0．1～1：O．2～1：O．3～1：0．5～l：0．75"-Q21：O．31：0．4l：0．51：O．751：1．O红色黄土(午城黄土)l：O．1～1：O．2～l：0-3～1：0．4～l：O．6～Ql1：0．2l：0．31：0．41：O．61：0．75l：O．5～1：O．75～l：1．O～新黄土坡积1：O．751：1．01：1．25(马兰黄洪积、冲l：0．2～l：O．4～l：O．6～l：0．75"-"土)Q3一Q4III西部积1：O．41：0．61：O．751：1．0地区新黄土(马兰黄土)1：0．4～l：O．5～l：O．75"--1：1．0～1：1．25Q3l：O．5l：0．751：1．0l：1．25老黄土(离石黄土)l：0．1～l：O．2～1：O．3～1：0．5～l：0．75"--Q21：0．31：O．41：O．51：O．751：1．01：0．5～l：O．75～1：1．0～新黄土坡积l：0．75l：1．0l：1．25(马兰黄洪积、冲1：O．2～l：O．4～1：O．6～l：O．75～土)Q3-Q4积1：0．41：0．6l：O．75l：1．0新黄土(马兰黄土)1：O．3～l：0．5～1：0．6～l：O．75～Ⅳ北部1：1．25Q3l：0．51：0．6l：O．751：1．0地区老黄土(离石黄土上1：O．1～1：0．2～1：0．3～1：0．5～l：0．75～部)Q23l：0．31：O．4l：0．5l：0．751：1．0l：0．6～老黄土(离石黄土下1：O．1～1：0．2～1：0．3～1：O．4～l：O．7部)Q13l：0．2l：0．3l：O．41：0．65注：1．本表所列数值系由公路科研、生产等单位的调查研究成果，并参照铁路、水利等有关部门的资料，经分析、汇总整理而成；2．当边坡高度H>20m时，应考虑进行力学验算；3．本表所提供的参考数值，系指一般均质土；4．黄土工程分区见图4．3．1中国黄土分区示意图。48 长安大学硕上学位论文图4．2中国黄土分区示意图表4．4膨胀土边坡坡率参考数值膨胀土类别膨胀土高度(m)边坡坡率<61：1．5弱膨胀土6～101：1．5～1：2．0<61：1．5～l：1．75中等膨胀土6～101：1．75～1：2．0<61：1．75～1：2．0强膨胀土6～101：2．O～1：2．5二、定量评价1)滑坡破坏稳定性评价(1)有限元强度折减法传统边坡稳定分析的极限平衡方法采用摩尔．库仑屈服准则，稳定系数定义为滑动面的抗滑力与下滑力之比：K：三：＆±三竺丝rf础式中：K．稳定系数；J．滑动面上的抗剪强度；f．滑动面上的实际剪应力。将上式两边同除以K，上式变为：49 第四章不良地质条件选线方法竖訾一碰!!叫埋l硼《rdt,Ib山式中“=素，tan妒F=警所以，传统的做法是将土体的抗剪强度指标c和taIl妒减少为昙和号手。在有限元边坡稳定分析中，也可通过降低岩土材料的抗剪强度的办法，使结构达到不稳定状态，有限元静力计算将不收敛，此时的折减系数就是边坡的稳定系数。f，：三K因此，有限元强度折减法稳定系数的定义在本质上与传统方法是一致的，但在计算中可自动得到边坡的滑移面。有限元计算是否收敛是边坡是否破坏的判断标准。有限元计算不收敛，表明土体己发生破坏，将此时的折减系数K值作为最小安全系数。使用有限元强度折减法不仅可以直接得出土坡的稳定安全系数，不需要事先假设滑裂面的形式和位置，还可以得到土坡内各单元的应力和变形情况，给出土体的破坏区域，从而大致给出破坏面的位置。针对均质土边坡稳定性受控因素粘聚力C、内摩擦角①、坡高H和坡角13进行工况组合，对边坡应力应变进行计算分析，通过对所选样本点进行回归分析，得到结果如下：K：1．639—0．0223宰H--O·5憾一0．0246*口_o·7247+0．0189*c-"1-0．0359"#通过大量计算，得到不同工况下边坡稳定安全系数结果，对结果进行整理，做出均质土边坡稳定性计算图表(如图4．3)；在野外对边坡进行调查时，根据边坡的形态及其物质组成，可以根据计算图表快速得出边坡的稳定安全系数取值范围，从而对边坡的稳定性进行初步评估。 长安大学硕士学位论文14^=O．9012^---．0．80^--0．70蕊．．五：!∥t锄矽四^：o．砷·憋^=O．6010^面．∞毛}，&、。、～盘黼裟≤≤§：：(、。却∞陆^=O．50^：O．20I^=o．■0·阏鋈冀≤≥S：惑^!n1^：6^----"0．05．2、’N鋈粪鋈^：O．0lI4～～≮蓬鬻雾V01530456075昏图4．3均质土边坡稳定性计算图(有限元强度折减法)研究显示，渗流状态下的均质土边坡应力集中现象更为明显，同时在边坡顶部出现了水平拉应力；模型发生破坏时剪应变要远大于不考虑渗流时边坡的剪应变，塑性区贯通至坡顶，且其安全系数显著降低，这是由于孔隙水压力的存在，增加了边坡所受到的下滑力，从而降低土坡的稳定安全系数。由于水的存在，水位以下的土体逐渐趋于饱和状态，材料力学参数会进一步降低，边坡的抗滑力随之减小，边坡的稳定安全系数会随之降低。在实际工程中，存在不同类型的原始地貌，以凸凹地貌典型均质土边坡为对象，进行数值模拟分析。研究显示：凸凹坡形情况下边坡的稳定性存在显著差别，微凹型边坡由于上部土体自重较小，剪应力集中程度明显小于凸形地貌边坡；且微凸型边坡剪应变明显大于微凹型边 第四章不良地质条件选线方法坡，模型内部塑性应变贯通至坡顶，说明边坡已经发生失稳破坏。研究表明，微凹型由于边坡土体自重较小，其稳定安全系数明显大于直线型与微凸型边坡，微凸型边坡稳定性相比最差，稳定安全系数最小。(2)极限平衡法①计算与分析a、当边坡为砂、砾或碎石土时(c值不计)，从图4．4(a)可知：当A点处于极限平衡时，即tariff=tan,j6，卢=妒故边坡角13小于图的内摩擦角由时则稳定。BC∥少T灸、lq图4．4计算模型图b、当直立边坡为粘性土时(由值不计)，从图4．4(b)可知：形=等y=等cot卢(Y一土的重度)r珊iIl卢=)"2h2cos卢只=等，(卜-破裂面长度，F广稳定系数)，NF。=1时，可得c=等sin2,B，由上式可知：i．当等Sin2fl_