地质工程分析原理结课样本.doc

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西安科技大学研究生考试试卷

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阅卷人
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总分

学号 11599
姓名 任亚平
所在学院 地环学院
学科、 专业 地质工程
考试科目 地质工程分析原理
考试日期
课程学时 54
注 意 事 项
1、 考生必须遵守考场纪律。
2、 答题必须写清楚题号。
3、 字迹要清楚, 保持卷面整洁。
4、 试题随试卷一起交回( 试题写在黑板上时, 答题时应抄写题目) 。
开( 闭) 卷 开卷

滑坡的防治技术及实例分析
任亚平 11599
( 西安科技大学 地质与环境学院, 陕西 西安, 710054)
摘要 滑坡是地表的地质灾害之一,所造成的后果严重,损失惨重。本文总结了滑坡地质灾害监测技术在国内外的发展状况, 阐述了滑坡监测的目的、 内容和主要方法。经过比较现有方法和传统方法的优缺点,明确了今后滑坡地质灾害监测技术的发展方向和工程应用前景。同时, 本文也简要介绍了当前较常见的滑坡治理方法,并结合工程实例进行分析和讲述了滑坡治理方案的具体实施过程。
关键字 滑坡 监测技术 治理方法 抗滑桩
Prevention and control technology of
Landslide and examples analysis
Abstract Landslide is one of the surface geological disaster caused serious consequences and the heavy loss. The state-of-the-arts of landslide monitoring techniques at home and abroad were summarized in this study. The objectives, contents and various techniques of landslide monitoring were introduced. By comparing the advantages and disadvantages of the traditional and current approaches, the developing trend and application of the landslide monitoring tech-niques are predicted. At the same time, this article briefly introduces the common method of landslide, and combined with engineering example analysis and concrete implementation plandslide.
Key words　landslide; monitoring techniques; method of landslide ; antislide pile.
1、 引言
滑坡是指场地由于地质结构、 水流冲刷、 人工切坡等多因素的影响,致使部分或全部土体或岩体在重力作用下,沿着地层软弱面整体滑动的不良地质现象。滑坡是人类面临的最广泛、 受害最重和时间最长的地质灾害之一。出现的频度和广度远大于地震。中国是质灾害多发国家之一,崩塌、 滑坡、 泥石流等地质灾害发生十分频繁、 灾害损失极为严重。其中尤以滑坡灾害最为频繁。滑坡之因此能造成严重损害,是因为难以事先准确预报发生的地点、 时间和强度。据不完全统计,全国有70多座城市和400多个县市受到滑坡灾害的威胁,年均经济损失达15～23亿元[1]。 特别是西部地区,每年由此造成的直接经济损失约200亿人民币。很多国家重点工程的建设运营也受到滑坡灾害的威胁,如三峡水利工程、 西南多山地区水利工程等。鉴于此,各国对滑坡地质灾害的预报和防治给予了极大关注。近年来,各种滑坡地质的监测技术得到了迅速发展,并被广泛地应用于工程实际中,取得了良好的经济和社会效益[2]。文中对滑坡地质灾害监测技术以及常见的滑坡治理方法进行了归纳总结,明确了今后滑坡地质灾害防治技术的发展方向和工程应用前景。
2、 滑坡监测
滑坡监测的主要目的是了解和掌握滑坡体的演变过程,及时捕捉滑坡灾害的特征信息,为滑坡的正确分析评价、 预测预报及治理提供可靠资料和科学依据。监测结果也是检验滑坡分析评价结果及滑坡治理工程效果的依据。因此监测既是滑坡调查、 研究和防治工程的重要组成部分,又是滑坡地质灾害预测预报信息获取的一种有效手段,经过监测可掌握滑坡的变形特征及规律,预测预报滑坡体的边界条件、 规模、 滑动方向、 失稳方式、 发生时间及危害性,及时采取防灾措施,尽量避免和减轻灾害损失。现代滑坡灾害监测内容不断扩大与完善,分析方法不断提高,逐渐了形成较为完善的监控体系。
不同类型滑坡其监测的内容也存在一定程度的差异。如降雨型土质滑坡应主要监测地下水、 地表水和降水动态变化。降雨型岩质滑坡还应增加裂缝的充水情况、 充水高度等监测内容。冲蚀型滑坡应主要监测前缘的冲蚀和开挖情况,坡角被切割的高宽度、 倾角及其变化情况等。洞掘型滑坡应监测倾斜、 地声和井下地压。另外,同一类型的滑坡由于其诱发因素不同,其监测的重点也不同。如对土质滑坡而言,南方红土地区滑坡主要诱因为降雨。因此应该重点监测雨量及降雨时间。而对西北黄土地区的土质滑坡而言,可能部分滑坡是由于冻融导致滑坡产生。在此情况下,应重点监测温度变化所引起的土中含水量的变化。
2.1滑坡监测传统方法
滑坡监测一般是将室外现场观测、 实验室试验和理论分析相结合。在理论分析和实验室研究工作中,国内外已应用了多种方法,如三重蠕变曲线地图形分析方法、 半对数曲线法和变形速度倒数法等。这些方法都是离线式和非实时性的。在现场实测中,滑坡监测方法有简易观测法、 设站观测法、 大地测量法、 地表大地变形监测法、 边坡表面裂缝监测法和边坡深部位移监测法等。下面将就各种方法的特点作简要的介绍:
(1)简易观测法
该方法经过人工观测边坡工程中地表裂缝、 地面鼓胀、 沉降、 坍塌、 建筑物变形特征(发生和发展的位置、 规模、 形态和时间等)及地下水位变化、 地温变化等现象,在边坡体关键裂缝处埋设骑缝式简易观测柱;在构筑物裂缝上设置简易玻璃条等;定期用各种长度量具测量裂缝长度、 宽度、 深度变化及裂缝形态、 开裂延伸的方向等状况。简易观测法是经过对滑塌和滑坡的变形迹象和与其有关的各种现象进行定期的观测、 记录,掌握滑坡的变形动态和发展趋势,是一种较为常见的观测方法。
(2)设站观测法
设站观测法是指在充分了解了现场的工程地质背景的基础上,在边坡上设立变形观测点(成线状、 网络状)的一种测量方法。该方法经过在变形区影响范围之外稳定地点设置固定观测站,使用经纬仪水准仪、 测距仪等仪器定期测量变形区内网点的三维位移变化。其优点是远离变形区,且无主观成分,比简单观测法客观、 精密。这种方法的缺点是须专人执守,仪器贵重,且连续观测能力较差。
(3)大地测量法
该方法主要包括有2个方向或3个方向前方交会法、 双边距离交会法、 视准线法、 小角法、 测距法、 几何水准测量法,以及精密三角高程测量法等。常见前方交会法、 距离交会法监测边坡的二维水平位移;常见视准线法、 小角法、 测距法监测等。
(4)地表大地变形监测法
地表大地变形监测是边坡监测中常见的方法。一般使用的仪器有2类:其中一类是大地测量仪器,如红外测距仪、 经纬仪、 水准仪、 全站仪、 GPS等,一般见来定期监测地表位移。对于连续监测地表位移变化一般采用位移传感器、 地表位移伸长仪等。
(5)边坡表面裂缝监测法
边坡表面裂缝监测内容包括裂缝的拉开速度和两端扩展的情况。地表裂缝位错检测可采用伸缩仪、 位错仪或千分卡直接测量。对于建筑规模小、 性质简单的土坡,在裂缝两侧设桩、 设固定标尺或在建筑物裂缝两侧贴片等方法,可直接测得位移量。
(6)边坡深部位移监测法
该方法是监测边坡整体变形的重要方法。当前国内使用较多的仪器是钻孔引伸仪和钻孔测斜仪2大类。钻孔引伸仪是一种传统的测定岩土体沿钻孔轴向移动的装置,它用于位移较大的滑体监测,分为埋设式和移动式两种。钻孔倾斜仪应用到边坡工程的时间不长,它是测量垂直钻孔内测点相对孔底的位移。观测仪器一般且能连续测出钻孔不同深度相对位移的大小。因此,这类仪器是观测岩土体深部位移,确定潜在滑动面和研究边坡变形规律较理想的设备,当前在边坡深部测量中得到较多使用。
2.2滑坡监测新技术
随着现代传感技术的进步,近年来滑坡监测方法取得了长足进步,各种新方法和新型装置已广泛应用于工程实际。滑坡监控的精度、 范围显著提高。
当前较为先进的方法主要有:
(1)GPS法　GPS定位技术当前已在滑坡、 地面沉降、 地震、 地裂缝等地质灾害监测方面得到广泛应用。经过跟踪GPS卫星的连续信号能够获取经度、 纬度及三维坐标。GPS法以坐标、 距离和角度为基础,用新值与初始坐标之差反映目标的运动,来实现监测变形的目的。该法适用于滑坡不同变形阶段地表三维位移监测。GPS滑坡监测内容包括:滑坡体与地表水平位移和垂直位移的监测。滑坡GPS监测分两级布点,即由基准点网和监测网组成。该方法可进行连续监测,具有全天候、 高精度、 全自动等优点。但在复杂地形区域卫星信号易被阻挡,多路径效应较为严重,对精度有一定影响。
(2)摄影测量法　该方法是将近景摄影仪放置在不同的固定测点上,同时对边坡范围内观测点摄影构成立体像时利用立体坐标仪量测像片上观测点三维坐标的一种新方法。该方法主要适应于变形速率较大的滑坡水平位移及危岩陡壁裂缝变化监测。它具有操作简单、 可同时多点观测等优点。所得图片信息是滑坡地表变化的实况记录。但该方法在观测中的绝对精度较低,易受气候条件影响。
(3)TDR监测法　时间域反射测试技术(Time Domain Reflectometry,简称TDR)是一种电子测量技术。长久以来一直被用于各种物体形态特征的测量和空间定位。TDR滑坡监测法的基本思想是向埋入监测孔内的电缆发射脉冲信号,当遇到电缆在孔中产生变形时,就会产生反射波信号。经过对反射信号的分析,即可确定电缆发生形变的程度和位置。该方法具有价格低廉、 监测时间短、 可遥测、 安全性高等优点。但该方法不能用于需要监测倾斜的情况。另外,TDR法监测滑坡的有效性是以其测试电缆的变形为前提,若电缆未产生变形破坏,就很难监测滑坡的位移状况。
(4)OTDR监测法　光时域反射计(Optical Time Domain Reflection,简称OTDR)是Barnoski于1977年创造的。该方法能够实时进行分布式温度测量,监测水工建筑物基础的渗流,监测水工建筑物或基础中发生得非连续性的剪切变形,监测应力、 应变等其它物理量。这种技术已在国外得到了较多的工程应用[5,6]。如Kihara等将光纤分布于日本Niyodo河和Sendai河的河堤中,用偏振光时域反射来监测河堤的滑坡位移状况,取得了良好的效果。
由于当前空间技术和网络技术的飞速发展,各种自动监测系统相继被开发,并被应用于滑坡灾害的自动监测。这类方法具有较高的自动化,可全天候实时连续的观测滑坡状况,是今后滑坡监测发展的一个重要方向。
3、 滑坡治理措施
滑坡治理应考虑滑坡类型、 成因、 工程地质和水文地质条件、 滑坡稳定性、 工程重要性和施工影响等因素进行综合分析,选取支挡和排水、 减载、 反压、 灌浆、 植被等措施[3]。概括起来,滑坡治理主要包括加固工程、 排水工程、 防护工程[4]。在滑坡治理中,单一的工程措施往往不是最佳方案,因而常采用多种工程措施组合起来进行综合整治。
为了在”滑坡报告”中包含有标准格式的整治措施信息,国际地科联滑坡工作组(IUGS,WG /L)整治委员会制定了滑坡治理措施简表(下表1)。
3.1　加固工程
3.1.1　抗滑桩加固
抗滑桩是借助桩与周围岩土共同作用,把滑坡推力传递到稳定地层的一种抗滑结构,自20世纪60年代开始使用以来,得到广泛应用。抗滑桩可而为全埋式和半埋式两种,半埋式多用于开挖路堑时因工程不当造成的滑坡,桩前有一定高度的临空面,在桩与桩之间可采用挡土板或挡土墙进行封闭。全埋式用于整治画面以上桩前有抗力的整体滑动的滑坡[5]。
在滑坡体上挖孔设桩,不会受施工影响破坏其整体稳定,具有抗滑力强、 桩位灵活、 施工简便安全等优点,是整治滑坡比较有效的措施。但由于抗滑桩一般造价较高,投资巨大,因此人们对抗滑桩的结构形式、 适用条件、 设计理论和施工方法等给予了更多的关注和研究。
表1　滑坡治理措施简表
Table 1　A brief list of landslide remedial measures
1.改变斜坡几何形态(modification of slope geometry)
1. 1削减推动滑坡产生区的物质(或以轻材料置换)
1. 2增加维持滑坡稳定区的物质(反压马道)
1. 3减缓斜坡总坡度
2.排水(Drainage)
2. 1地表排水:将水引出滑动区之外(集水明沟或管道)
2. 2充填有自由排水土工材料(粗粒填料或土工聚合物)的浅
或深排水暗沟
2. 3粗颗粒材料构筑成的支撑护坡墙(水文效果)
2. 4垂直(小口径)钻孔抽取地下水或自由排水
2. 5垂直(大口径)钻孔重力排水
2. 6近水平或近垂直的排水钻孔
2. 7真空排水
2. 8虹吸排水
2. 9电渗析排水
2. 10种植植被(蒸腾排水效果)
3.支挡结构物(Retaining structures)
3. 1重力式挡土墙
3. 2木笼块石墙
3. 3鼠笼墙(钢丝笼内充以卵石)
3. 4被动桩、 墩、 沉井
3. 5原地浇筑混凝土连续墙
3. 6有聚合物或金属条或板片等加筋材料的挡土墙(加筋土挡
墙)
3. 7粗颗粒材料构筑成的支撑护坡墙(力学效果)
3. 8岩石坡面防护网
3. 9崩塌落石阻滞或拦截系统(拦截落石的沟槽、 堤、 栅栏或钢绳网)
3. 10预防侵蚀的石块或混凝土块体
4.斜坡内部加强(Internal slope reinforcement)
4. 1岩石锚固
4. 2微桩(m icropiles)
4. 3土锚钉
4. 4锚索(有或无预应力)
4. 5灌浆

4. 6块石桩或石灰桩/水泥桩
4. 7热处理
4. 8冻结
4. 9电渗锚固
4. 10种植植被(根强的力学效果)

3.1.2　预应力锚索加固
用锚索单独稳定滑坡,一般在滑坡体面上设置若干排锚索,锚固于滑动面以下的稳定地层中,地面用梁或墩作为反力装置给滑体施加一预应力来稳定护坡[6]。根据铁道部门的设计、 论证和比较结果,采用锚索加固方案加固边坡比单独采用抗滑桩可节省工程投资约50%。但锚索措施比较适于岩石边坡或土体粘聚力较强边坡的加固,对于土体较松散、 粘聚力较小且正在活动的土边坡,容易产生土体蠕变,或产生土体严重变形而使锚索预应力损失,或使锚索应力逐渐增加到不可承受的程度,因此单独锚索加固多数用于临时工程。
3.1.3 预应力锚索抗滑桩加固
预应力锚索抗滑桩,是将桩和锚索联合用于抗滑支挡结构。桩基嵌固抗滑效果好,支挡面积大,单悬臂能力差;预应力锚索,抗拉性能好。这种方法是抗滑支挡结构的优化组合。预应力锚索加固技术已广泛应用于建筑物加固、 边坡治理工程。在抗滑桩顶部加2～4束锚索,增加一个拉力,改变了原普通抗滑桩的悬臂受力状态,接近简支梁受力,因而大大减少了抗滑桩的截面和埋置深度。
3.2　排水工程
排水工程包括地表排水和地下排水工程,如截水隧洞(一般结合渗井、 渗管)、 排水渗沟、 排水沟等,是提高滑面强度,增强滑体自身抗滑能力极为有效地工程措施。整治滑坡一般应在滑坡体外修环形截水沟,将地表水引至天然沟谷。滑体内修建树枝状排水系统,布置时主沟应尽量与滑坡方向一致,支沟与滑坡向成300°斜交[7]。为防止地表渗透,应填平夯实地表,对风化或裂隙地表应采取锚喷防护措施以及灌浆措施,另外还应重视绿化、 植被以固定土壤。
3.3　削方减载与填土反压护坡脚
削方减载的目的是减少滑坡体的体积,从而减少滑坡的下滑推力,使滑体坡面形成规则的稳定坡面形态。对推移式滑坡,滑动面不深且滑动面具有上陡下缓形状时,在滑坡上部可用减载方法;由对于牵引式滑坡则可采用在坡脚加载冲填增加抗滑能力,这是路堑式滑坡处治工程中首先应考虑采用的手段。只是在有条件进行削方减载的地方,应充分加大削方减载的力度。削方减载与填土反压护坡脚只要地形条件许可,是最经济、 提高稳定性系数最大的工程措施[8]。
3.4　其它治理方法
(1)绕避:对一些规模巨大、 难以整治的滑坡,如果对它们进行整治则工程浩大,一般采用绕避措施。
(2)岩土强度加固法:岩土强度加固法是指经过改进滑体(带)土的性质,使之坚固以达到稳定滑体的目的。
(3)抗滑明洞:人工挖方引起的工程滑坡,破坏了原来山体的平衡,是滑坡前缘临空面高,下滑力大。如果用抗滑明洞,在明洞顶部回填土恢复山体平衡,则较其它工程措施显得经济合理。
(4)柔性防护工程:柔性防护工程是一种经济有效的安全防护工程。其原理是使用控制工程,改变滑体的物理力学特性,从而减小下滑推力,以达到稳定滑坡的目的。从能量观点分析,控制工程则是经过人工的方法主动释放滑坡的能量,这个释放过程是缓慢的,在能量释放之后,滑坡处在低能量平稳或稳定状态。
(5) 质改良法
它是指经过改进滑体(带)土的性质,使之坚固以达到稳定滑体的目的,这种方法国内用得很少,有也是作为辅助方法,因此不多做论述。
(6)减重反压法
对滑坡范围外有稳定岩层外露,滑动面不深且滑动面具有上陡下缓形状时,在滑坡上部可用减载方法。而对于牵引式滑坡则可采用在坡脚加载冲填增加抗滑能力。
4、 工程实例分析
万县豆芽棚滑坡位于长江三峡工程库区内,万县市苎溪河右岸斜坡地段。滑坡区为丘陵河谷地貌,滑体位于苎溪河右岸豆芽棚冲沟中,其前缘直抵苎溪河,后缘近太白岩崩滑体Ⅱ级台阶。平面上呈纵长式倒舌状,滑体南高北低,高差79m,南北长620m,东西平均宽183m,厚1～32m,总体积170余万方,滑体表面呈台阶状(见图1)。台面标高分别为150～165m和181～201m,斜坡南陡北缓,坡角分别为15°和5°左右。豆芽棚滑坡体主要由人工填土、 老崩滑堆积体及碎石土组成。下伏侏罗系中统上沙溪庙组的紫红色砂岩和粉砂岩,岩层倾向300°,倾角3°～5°,其倾向与主滑向斜交。弯形体具有上下两层滑带土及滑动面。滑体后缘位于国本路以南(军转办区);滑体中部位于客运中心车场堡坎以南滑体前缘;滑体后缘位于49汽车队停车场围墙附近,前部车场凹凸不平,拉张裂缝发育,膨胀明显[9]。
由于滑体长期处于饱水状态,近年来,在后部大量加载及水的作用下,已形成豆芽棚滑坡复活变形体。针对滑坡体诱发的原因和滑坡的性质,采取了预应力后张拉锚索、 钻孔灌注抗滑桩、 承压台与连系梁组成的加固支挡抗滑体系、 排水工程、 减载工程相结合的综合防治体系[10]。
4.1　减载工程
引起滑坡复活一个主要原因是在滑坡体后部客运中心停车场填土过多且无夯实[11]。因此,对停车场平均卸土3.2m厚进行减载并夯实。
4.2　排水工程
排水工程包括地表排水沟与地下导水盲孔。地表排水:对减载后的停车场地表按取向l%坡度进行排水,地表用三合土封闭并用水沟将水集中沿车场西侧排出;地下排水:滑坡体内有一条排水沟用于排除附近的生活用水、 地下水以及太白岩处的大气降雨水和泉水。但由于排水沟已坏,因此必须将外来补给水截断或改线,此处用改线方式,即建两条盲沟:一条将滑体外的太白岩处降雨水及泉水沿滑体西侧引入河流;一条将滑体附近生活用水沿滑体东侧引向苎溪河。另外,按设计于车场堡坎前缘各拱顶凿成滤水井7口,用于排除车场地下水,降低地下水位。
4.3　加固工程
加固工程分两级。其中:Ⅰ级位于国本路堡坎下,包括连系梁及后锚式预应力锚索。连系梁标高194.32m,长78.80m,连系梁下开挖铺设50cm厚的垫层,连系梁上按轴间距进行锚固,锚固段探入基岩中风化带(5.33MPa)下5～6m。共施工锚索孔40个,锚索长1569.06m。位于国本路旁及其南侧院内,共施工压浆孔7个,进尺54.25m,用100kPa压力灌入水泥砂浆,充填裂缝,增强地基承载力;Ⅱ级位于停车场堡坎下,包括连系梁、 地梁及预应力锚索(同Ⅰ级) [12]。连系梁标高181.50m,长73.0m,预应力锚索孔22个,锚索长787.86m,地梁标高176.40m,长61.40m,地基梁上预应力锚固孔20个,锚索长771.35m。

图1　豆芽棚滑坡平面示意图
Figure 1 plane sketch of DouYaping landslide
4.4　支挡工程
这是本工程的主体,治理分三级进行。Ⅰ级支挡设在国本路堡坎下,先用39根9×7 3.8预应力锚索平衡上滑面的滑坡推力(滑体有两个滑面),再用预应力锚索抗滑桩进行永久性支挡,桩直径1.2～1.5m。主滑带沟谷最深处设置两排桩,桩顶用连续梁连接;Ⅱ级治理设置在汽车客运中心挡土墙上,用连系梁将22根8×7 3.8预应力锚索加固于墙上,用地基梁将20根9×73.8预应力锚索也加固于墙上。再用22根预应力锚索抗滑桩进行永久性支挡,主滑带最深处布置双排桩;Ⅲ级加固设在汽车49队后围墙外,共用33根预应力锚索桩。滑坡治理结束后,监测结果表明,治理工作效果良好。
5、 结论与建议
本文论述了滑坡地质灾害监测的目的、 内容和方法。经过比较现有方法和传统方法的优缺点,明确了今后滑坡地质灾害监测技术的发展方向和工程应用前景。经过对比可知, 新兴的智能化监测技术具有自动高效的优点,可全天候实时连续的观测滑坡状况,是今后滑坡监测发展的主要方向。
同时, 对当前常见的滑坡灾害治理措施进行了简单的论述并举例分析。滑坡治理是个综合治理的过程,应根据滑坡类型、 规模、 稳定性,并结合滑坡区工程地质条件、 建筑类型及分布情况、 施工设备和施工季节等条件,选用抗滑桩、 预应力锚索、 格构锚固、 挡土墙、 注浆、 截排水、 减载压脚等多种形式综合治理,其目的是将各种整治措施组合成为最有效的工程措施,降低整治滑坡的工程造价。
综合治理, 增加滑坡监测的投入和研究力度, 使滑坡灾害的危害降低到最小。同时, 滑坡灾害的治理过程中, 需要统筹各因素的影响以及注意对环境土地的协调, 尽量保证彻底根治, 以防后患。
中国的滑坡研究, 特别是近十年来的工作包括动态观测预报取得了较好的成绩。滑坡的治理方法也利用的日趋成熟。可是由于中国地质条件复杂, 同时经济建设蓬勃发展, 滑坡地质灾害的研究和防治依然需要重视, 同时我们也有信心, 经过人们的努力, 一定能战胜滑坡灾害。
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