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1、岩土工程课件5岩土边坡工程 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望边坡工程研究的理论基础需要多种学科的相互结合、相互渗透，不仅边坡工程研究的理论基础需要多种学科的相互结合、相互渗透，不仅包括工程数学、工程力学、工程地质学、岩土力学，还应结合计算机仿真包括工程数学、工程力学、工程地质学、岩土力学，还应结合计算机仿真技术、岩土工程测试技术等手段。经过技术、岩土工程测试技术等手段。经过100多年的研究和发展，从边坡的规多年的研究和发展，从边坡的规律性分析，到边坡
2、的变形破坏机制的研究，以及边坡稳定性评价和预测预律性分析，到边坡的变形破坏机制的研究，以及边坡稳定性评价和预测预报，均取得了令人瞩目的成果，已初步形成边坡工程独立的学科体系。这报，均取得了令人瞩目的成果，已初步形成边坡工程独立的学科体系。这一体系应包括四大部分：一体系应包括四大部分：边坡（或滑坡）的区域分布规律性研究；边坡（或滑坡）的区域分布规律性研究；边坡的变形破坏机制研究；边坡的变形破坏机制研究；边坡的稳定性评价和预测预报；边坡的稳定性评价和预测预报；边坡工程治理。边坡工程治理。概述概述 边坡工程的研究现状边坡工程的研究现状21 1 边坡工程中的岩体结构控制理论边坡工程中的岩体结构控制理论
3、边坡工程中的岩体结构控制理论边坡工程中的岩体结构控制理论 岩土力学的发展为边坡工程的研究奠定了基础，特别是岩质边坡结构十分复杂，其稳定性取决于边坡的各类结构面的特征。中科院地质所孙广忠先生提出了“岩体结构控制论”，并出版了专著岩体结构力学，孙玉科先生等将赤平投影法和实体比例投影法应用于边坡工程。美国学者石根华提出了“关键块体理论”，主要解决被多个地质结构面、开挖面所切割的边坡或硐室之稳定性问题。南京大学罗国煜教授等提出了岩坡优势面控制论，认为岩坡的变形破坏受岩坡内的优势面所控制。上述理论的共同的特点是注重岩体结构研究，各类地质结构面对边坡的变形破坏起着控制作用。32 2 边坡工程中的分形理论边
4、坡工程中的分形理论边坡工程中的分形理论边坡工程中的分形理论 分形理论是美国数学家(B.B.Mandelbort)(1973)首次提出来的，它主要是研究自然界中一些具有自相似但没有特征长度的图形或现象，其研究方法是通过确定图形或现象的分维数，以揭示该现象或图形的内在本质和规律。分形理论被广泛地应用于物理学、生物学、材料科学、岩石力学等学科中，近年来，边坡工程中开始应用分形理论进行有意义的探索。研究表明，边坡岩体结构常呈不规则分形状态，可以用分维来表征，利用分维可以定量地描述断层、层理、节理、泥化夹层等宏观结构面的形态特征、分布、产状及粗糙度等。同样，岩体的微观结构面或破坏面也呈不规则的分形状态，
5、这种不规则反应了岩体破坏时的能量耗散及微观结构效应，也可用分维来表示。分维数是岩体变形破坏的某一统计特征量，分维数可以充当岩体变形破坏变量的角色进行岩体的强度和稳定性演化过程的分析13。分形理论在边坡工程的应用有广阔的前景，目前，三峡库区、西北黄土地区及一些典型的滑坡体均有所应用，在分布规律研究、机制分析和预测预报方面取得较好成果。43 3 边坡工程中的边坡工程中的边坡工程中的边坡工程中的3S3S理论理论理论理论 在信息社会中，全球是一个开放系统，3S系统已在地学领域取得初步尝试，在1996年国际岩石力学学会年会上，充分利用3S技术在岩土工程建设中的作用已引起极大注意。所谓3S系统是指地理信息
6、系统(GIS，Geography Information System)、遥感系统(RS，Remote Sensing System)和全球卫星定位系统(GPS，Global Positioning System)。三者融为一体为边坡工程的防治与预测预报提供了新一代观测手段、描述语言和思维工具。集GIS、GPS和RS为一体的3S系统，是一个完整的有机整体。例如针对三峡库区边坡，崔政权大师率先提出“3S工程”的概念和设想，从1997年着手建立“三峡库区边坡稳态3S实时工程分析系统”，并给出了系统的框图，何满潮教授将该系统按功能分为三大部分，即3S接收处理系统、GIS地理信息系统和工程分析专家系统
7、。54 4 边坡工程中的人工神经网络方法边坡工程中的人工神经网络方法边坡工程中的人工神经网络方法边坡工程中的人工神经网络方法 人工神经网络（简称NN-Neural network）是指由大量简单神经元经广泛互连构成的一种计算结构，它是一种广义的并行处理系统。人脑的认知模式被认为是一种并行的分布式模式，神经网络采用类似于人大脑的神经网络的体系结构来构造模型仿真人大脑的功能，即把对信息的储存和计算推理同时储存在一个单元里。因此，在某种程度上神经网络被认为可以模拟生物神经系统的工作过程。特别是通过抽象、简化和模拟手段，神经网络部分反映了人脑的某些功能特征，且具有高度非线性、自组织、自学习、动态处理、
8、联想记忆、容错性等特征。近年来，人工神经网络开始应用于边坡工程的稳定性分析和评价，对于解决复杂的边坡系统工程的稳定性问题提供了一条新的途径。65 5 边坡工程中的数值计算和仿真边坡工程中的数值计算和仿真边坡工程中的数值计算和仿真边坡工程中的数值计算和仿真 从70年代开始，数值计算被广泛地应用于边坡工程，比较成熟的三大数值方法是有限单元法、边界单元法和离散单元法。其中有限单元法有限单元法有限单元法有限单元法是通过离散化，建立近似函数把有界区域内的无限问题简化为有限问题，并通过求解联立方程对工程问题进行应力位移分析的数值模拟方法，它假定工程岩体是连续的力学介质，并在许多的重大工程中得到应用。边界单
9、元法边界单元法边界单元法边界单元法是采用在区域内部满足控制条件但不满足边界条件的近似函数逼近原问题解的数值方法，它与有限单元法相比，具有方程个数少，所需数据量小等特点。由于岩坡的地质构造复杂，一些边坡呈碎裂结构和层状碎裂结构，构成非连续性力学介质，利用有限单元法和边界单元法求解遇到了困难，取而代之的是离散单元法，一些学者称其为散体元法散体元法散体元法散体元法。离散单元法离散单元法离散单元法离散单元法由Cundall于1971年提出，该方法充分考虑了节理岩体的非连续性，以分离的块体为出发点，将岩块假定为刚体的移动或转动，并允许块体有较大的位移，甚至脱离母体而自由下落，特别适用于节理化岩体或碎裂结
10、构的岩质边坡。由于其原理明了，并且容易结合CAD技术仿真边坡变形破坏的演变过程，因此倍受人们的青睐。76 6 边坡工程中的可靠性分析理论边坡工程中的可靠性分析理论边坡工程中的可靠性分析理论边坡工程中的可靠性分析理论 可靠性分析最早主要应用于宇航、电子工业界，之后逐渐推广到机械工程，可靠性分析方法从70年代开始应用于边坡工程领域，它基于对边坡岩体性质、荷载、工程地质条件等的不确定性认识，借鉴结构工程可靠性理论方法，结合边坡工程的具体情况，用可靠指标或破坏概率描述边坡工程质量的理论体系，它较传统的确定性理论能更好地反映边坡工程实际状态，正确合理地解释许多用确定性理论无法解释的工程问题，更为重要的是
11、概率模型有助于形成新的考虑风险与可靠性的观念。85.1 锚杆l5.1.1 概述概述 锚杆技术指的是在天然地层中钻孔至稳定地层中，锚杆技术指的是在天然地层中钻孔至稳定地层中，插入锚拉杆，然后在孔中灌注水泥砂浆。置于稳插入锚拉杆，然后在孔中灌注水泥砂浆。置于稳定地崖中的锚杆部分称为锚固段，利用锚固段的定地崖中的锚杆部分称为锚固段，利用锚固段的抗拔能力，维持土体或岩体的边坡抗拔能力，维持土体或岩体的边坡(或地基或地基)稳定。稳定。9l锚杆是一种受拉杆件，它的一端与支护结构等联结，另一端锚固在岩土体中，将支挡结构和其他结构所承受的荷载（侧向土压力、水压力以及上浮力、倾覆力、拉拔力等）通过拉杆传递到稳定
12、岩土层中的锚固体上，在由锚固体将传来的荷载分散到周围稳定的岩土层中去。l锚杆不仅可用于临时性支护结构，在永久性建筑工程中应用比较广泛。10应用实例 锚杆技术是建筑工程中的一项实用新技术，在国内外得到了广泛的、愈来愈多的运用。11深圳黄贝岭边坡工程深圳黄贝岭边坡工程深圳黄贝岭边坡工程深圳黄贝岭边坡工程 12居民住宅边坡居民住宅边坡居民住宅边坡居民住宅边坡 131415161718山西省运城三门峡高速公路山西省运城三门峡高速公路K14+200K14+200高边坡（高高边坡（高64m64m）治理后）治理后19山西省运城三门峡高速公路山西省运城三门峡高速公路K14+420K14+420整治后砂质高边坡
13、整治后砂质高边坡20徽杭高速公路竹岭隧道徽杭高速公路竹岭隧道西进口左侧滑坡治理工程近竣工西进口左侧滑坡治理工程近竣工21徽杭高速公路竹岭隧道徽杭高速公路竹岭隧道西进口右侧高边坡失稳治理工程近竣工西进口右侧高边坡失稳治理工程近竣工22徽杭高速公路竹岭隧道徽杭高速公路竹岭隧道西洞口左侧滑坡治理工程在施工中西洞口左侧滑坡治理工程在施工中23242526l1 锚杆的构造锚杆的构造 锚杆一般为灌浆锚杆，由拉杆、锚头、腰梁、自由段保护套管和锚固体等组成。27（1）锚头装置28l（2）腰梁）腰梁 腰梁是传力结构，将锚头的轴向拉力传导支挡结构上。腰梁设计要充分考虑支护结构的特点、材料、锚杆倾角、受力（特别是轴
14、向力的垂直分力的大小）等情况。29l（3）拉杆 常用的锚杆拉杆有钢管、粗钢筋、钢丝束常用的锚杆拉杆有钢管、粗钢筋、钢丝束和钢绞线，一般把采用钢管或粗钢筋作拉和钢绞线，一般把采用钢管或粗钢筋作拉杆的锚杆称锚杆，而用钢丝束或钢绞线的杆的锚杆称锚杆，而用钢丝束或钢绞线的称为锚索。究竟采用荷重拉杆，主要根据称为锚索。究竟采用荷重拉杆，主要根据设计轴向承载力和现有材料的情况来选择。设计轴向承载力和现有材料的情况来选择。30l（4）锚固体）锚固体 锚固体是指处于潜在滑动面以外的稳定土体中的锚杆尾端部分，通过锚固体与土体之间的相互作用，将拉杆的轴力传递到稳定土层。锚固体提供的锚固力的大小是保证支挡结构等稳定
15、的关键。31l（5）自由段保护套管）自由段保护套管 自由段保护套管对自由段的锚杆起防腐和隔离自由段保护套管对自由段的锚杆起防腐和隔离作用。作用。32l2 锚杆的类型锚杆的类型（1）按拉杆材料分类 可分为：钢管锚杆、钢筋锚杆、钢丝束锚杆、钢绞线锚杆。（2）按锁定应力情况分类 可分为：预应力锚杆、普通锚杆。（3）按使用期限分类 可分为：临时性锚杆和永久性锚杆。335.1.2锚杆计算5.1.2.1锚杆破坏形式和承载力计算锚杆破坏形式和承载力计算锚杆的作用原理锚杆的作用原理 当锚杆锚固段受力时，首先通过拉杆与周边水当锚杆锚固段受力时，首先通过拉杆与周边水泥沙浆（水泥浆）固结体之间的握裹力传到固泥沙浆（
16、水泥浆）固结体之间的握裹力传到固结体中，然后通过固结体传到周围岩土体。传结体中，然后通过固结体传到周围岩土体。传递过程随着荷载的增加，拉杆与固结体之间的递过程随着荷载的增加，拉杆与固结体之间的握裹力发挥到最大时，锚固体与岩土体之间就握裹力发挥到最大时，锚固体与岩土体之间就会发生相对位移，产生土与锚固体之间的摩阻会发生相对位移，产生土与锚固体之间的摩阻力，直到极限摩阻力。力，直到极限摩阻力。34l锚杆的破坏形式锚杆的破坏形式锚杆的破坏形式通常有锚杆的破坏形式通常有4种：种：锚拉杆被拉断；锚拉杆被拉断；拉筋拉筋(锚拉杆锚拉杆)从筋浆界面处脱出；从筋浆界面处脱出；锚固体从浆土界面处脱出；锚固体从浆土
17、界面处脱出；连锚带岩土一起拔出。连锚带岩土一起拔出。前前3种指的是单根锚杆的抗拔力种指的是单根锚杆的抗拔力(即承载力即承载力)问题，问题，属于锚杆的强度破坏问题；属于锚杆的强度破坏问题；第第种即破坏面在土体内部的破坏形式，属于锚种即破坏面在土体内部的破坏形式，属于锚杆与土总体稳定性破坏问题杆与土总体稳定性破坏问题355.1.2.2 灌浆锚杆的抗拔力（承载力计算）363738日本锚杆协会提出的锚固段周边的抗剪强度值39我国铁道部科学研究院提出的锚固段周边的抗剪强度值405.1.3 锚杆的稳定性验算414243445.1.4锚杆试验与检验l基本试验基本试验 基本试验目的是确定所设计的锚杆在设计位置
18、的极限抗拔力，了解锚杆抵抗破坏时和承受荷载后的力学性状，为锚固工程设计提供可靠的依据。基本试验数量不应少于3根，其锚杆参数、材料、施工工艺、地质条件和拟设计的锚杆相同。l验收试验验收试验 验收试验的木的是为了检验锚杆在超过实际拉力并接近极限拉力条件下的工作性能，及时发现锚杆设计施工中的缺陷，并判定工程锚杆是否符合设计要求。验收试验锚杆的数量应取锚杆总数的5%，且不得少于最初施做的3根。l试验结果的分析曲线试验结果的分析曲线 施工完成后待砂浆达到70%以上的强度才能进行抗拔试验，试验开始时每级荷载按事先预计极限荷载的1/10施工，同时按有关规程读数，最终绘制成荷载变位曲线图和变位量稳定时间曲线，
19、以明显的转折点作为屈服拉力。45465.1.5锚杆的施工要点l5.1.5.1成孔47l5.1.5.2安放锚拉杆安放锚拉杆48l5.1.5.3灌浆49 抗滑桩是防止滑坡的一种工程结构，抗滑桩是防止滑坡的一种工程结构，设于滑坡的适当部位，一般完全埋置于地设于滑坡的适当部位，一般完全埋置于地下下(有时也露出地面有时也露出地面)，桩的下段须埋置在，桩的下段须埋置在滑动面以下稳定地层的一定深度。滑动面以下稳定地层的一定深度。5.2.1概述概述5.2抗滑桩设计与计算5051525354555657 抗滑桩的分类施工方式打入桩打入桩钻孔桩钻孔桩挖孔桩挖孔桩材 料木木 桩桩钢钢 桩桩钢筋混凝土桩钢筋混凝土桩截
20、面形态 圆形桩圆形桩管形桩管形桩矩形桩矩形桩刚 度刚性桩刚性桩弹性桩弹性桩结构形式排式单桩排式单桩承台式桩承台式桩排架桩排架桩 58(1)圆桩圆桩 (2)方桩方桩 (3)挡土墙挡土墙排式单桩品字形排桩5960承台式桩承台式桩61抗滑桩的优点(1)抗滑能力强，圬工数量小，在滑坡推力抗滑能力强，圬工数量小，在滑坡推力大、滑动带深的情况下，能够克服抗滑大、滑动带深的情况下，能够克服抗滑挡土墙难以克服的困难。挡土墙难以克服的困难。(当单排桩所承当单排桩所承受的滑坡推力超过受的滑坡推力超过200吨吨,桩长超过桩长超过35m时需作可行性论证时需作可行性论证)。(2)桩位灵活，可以设在滑坡体中最有利于桩位灵
21、活，可以设在滑坡体中最有利于抗滑的部位，可以单独使用，也可与其抗滑的部位，可以单独使用，也可与其他构筑物配合使用。他构筑物配合使用。(3)可以沿桩长根据弯矩大小合理地布置钢可以沿桩长根据弯矩大小合理地布置钢筋筋(优于管形状、打入桩优于管形状、打入桩)。62(4)施工方便，设备简单。采用混凝施工方便，设备简单。采用混凝土或少筋混凝土护壁，安全、可靠。土或少筋混凝土护壁，安全、可靠。(5)间隔开挖桩孔，不易恶化滑坡状态，间隔开挖桩孔，不易恶化滑坡状态，有利于抢修工程。有利于抢修工程。(6)通过开挖桩孔，可直接揭露校核通过开挖桩孔，可直接揭露校核地质情况，修正原设计方案。地质情况，修正原设计方案。(
22、7)施工影响范围小，对外界干扰小。施工影响范围小，对外界干扰小。63应用实例应用实例64坡脚锚索桩、坡上锚索地梁加固坡脚锚索桩、坡上锚索地梁加固65上下两排桩加固上下两排桩加固666768695.2.2抗滑桩的设计与计算抗滑桩的设计与计算抗滑桩设计的要求和步骤抗滑桩设计的要求和步骤(一一)抗滑桩设计应满足的要求抗滑桩设计应满足的要求(1)整个滑坡体具有足够的稳定性，即抗滑稳整个滑坡体具有足够的稳定性，即抗滑稳定安全系数满足设计要求值，保证滑体不从桩顶定安全系数满足设计要求值，保证滑体不从桩顶滑出，不从桩间挤出。滑出，不从桩间挤出。(2)桩身要有足够的强度和稳定性。桩的断面桩身要有足够的强度和稳
23、定性。桩的断面和配筋合理，能满足桩内应力和桩身变形的要求。和配筋合理，能满足桩内应力和桩身变形的要求。(3)桩周的地基抗力和滑体的变形在容许范围桩周的地基抗力和滑体的变形在容许范围内。内。(4)抗滑桩的间距、尺寸、埋深等都较适当，抗滑桩的间距、尺寸、埋深等都较适当，保证安全，方便施工，并使工程量最省。保证安全，方便施工，并使工程量最省。70 抗抗滑滑桩桩的的设设计计任任务务就就是是根根据据以以上上要要求求，确确定定抗抗滑滑桩桩的的桩桩位位，间间距距、尺尺寸寸、埋埋深深、配配筋筋、材材料料和和施施工工要要求求等等。这这是是一一个个很很复复杂杂的的问问题题，常常要经分析研究才能得出合理的方案。常常
24、要经分析研究才能得出合理的方案。（二）抗滑桩设计计算步骤抗滑桩设计计算步骤(1)首首先先查查明明滑滑坡坡的的原原因因、性性质质、范范围围、厚厚度度等等基基本本条条件件，分分析析滑滑坡坡的的稳稳定定状状态态、发发展展趋趋势。势。(2)根根据据滑滑坡坡地地质质剖剖面面及及滑滑动动面面处处岩岩（土土）的的抗剪强度指标，计算抗剪强度指标，计算滑坡推力滑坡推力。71(3)根根据据地地形形、地地质质及及施施工工条条件件等等确确定定设设桩桩的的位位置置及范围及范围。(4)根根据据滑滑坡坡推推力力大大小小、地地形形及及地地层层性性质质，拟拟定定桩桩长、锚固深度、桩截面尺寸及桩间距等桩参数。长、锚固深度、桩截面
25、尺寸及桩间距等桩参数。(5)确确定定桩桩的的计计算算宽宽度度，并并根根据据滑滑体体的的地地层层性性质质，选定选定地基系数地基系数。(6)根根据据选选定定的的地地基基系系数数及及桩桩的的截截面面形形式式、尺尺寸寸，计计算算桩桩的的变变形形系系数数（或或）及及其其计计算算深深度度（h或或 h），据据此此判判断断是是按按刚刚性性桩桩还还是是按按弹弹性性桩桩来设计。来设计。(7)根根据据桩桩底底的的边边界界条条件件采采用用相相应应的的公公式式计计算算桩桩身身各各截截面面的的位位移移(变变形形)、内内力力及及侧侧壁壁应应力力等等，并并计计算确定最大剪力、弯矩及其部位。算确定最大剪力、弯矩及其部位。72(
26、8)校校核核地地基基强强度度:若若桩桩身身作作用用于于地地基基的的弹弹性性应应力力超超过过地地层层容容许许值值或或者者小小于于其其容容许许值值过过多多时时，则则应应调调整整桩桩的的埋埋深深或或桩桩的的截截面面尺尺寸寸，或或桩桩的的间间距距，重重新新计计算算，直直至符合要求为止。至符合要求为止。(9)根根据据计计算算的的结结果果，绘绘制制桩桩身身的的剪剪力力图图和弯矩图和弯矩图。(10)对于钢筋混凝土桩，还需进行对于钢筋混凝土桩，还需进行配筋配筋设计设计。735.2.3 抗滑桩的计算方法抗滑桩的计算方法理论基础：将地基土视为弹性介质，应用弹性将地基土视为弹性介质，应用弹性地基梁的计算原理，以捷克
27、学者温克勒提出的地基梁的计算原理，以捷克学者温克勒提出的“弹性地基弹性地基”的假说作为计算的理论基础。的假说作为计算的理论基础。计算方法悬臂桩法悬臂桩法地基系数法地基系数法有限元法有限元法(矩矩阵分析法阵分析法)m法法K法法m-k法法74地面地面地面地面滑面滑面滑面滑面MQ悬臂桩法悬臂桩法受荷段受荷段锚固段锚固段m1m275地面地面地面地面滑面滑面滑面滑面地基系数法地基系数法地面地面地面地面m1m276抗滑桩设计的基本假定抗滑桩设计的基本假定 (一一)作用于抗滑桩上的力系作用于抗滑桩上的力系 作用于抗滑桩的外力包括：滑坡推力、受荷作用于抗滑桩的外力包括：滑坡推力、受荷段地层（滑体）抗力、锚固段
28、地层抗力、桩侧摩段地层（滑体）抗力、锚固段地层抗力、桩侧摩阻力和粘着力以及桩底应力等。这些力均为分布阻力和粘着力以及桩底应力等。这些力均为分布力。力。(1)滑坡推力滑坡推力：滑坡推力作用于滑面以上部分的桩：滑坡推力作用于滑面以上部分的桩背上，可假定与滑面平行。一般假定每根桩所承背上，可假定与滑面平行。一般假定每根桩所承受的滑坡推力等于桩距（中至中）范围之内的滑受的滑坡推力等于桩距（中至中）范围之内的滑坡推力。坡推力。77SSS一般情况下，所算得的滑坡推力一般情况下，所算得的滑坡推力f为单位宽度滑为单位宽度滑体的推力，最用在桩体的推力，最用在桩(单排桩单排桩)上的推力应为上的推力应为fs。78(
29、2)根据设桩的位置及桩前滑坡体的稳定情况，抗滑桩可根据设桩的位置及桩前滑坡体的稳定情况，抗滑桩可分为悬臂式和全埋式两种。当桩前滑坡体不能保持稳定分为悬臂式和全埋式两种。当桩前滑坡体不能保持稳定可能滑走的情况下，抗滑桩应按悬臂式桩考虑；而当桩可能滑走的情况下，抗滑桩应按悬臂式桩考虑；而当桩前滑坡体能保持稳定，抗滑桩将按全埋式桩考虑。前滑坡体能保持稳定，抗滑桩将按全埋式桩考虑。不能提供不能提供抗力抗力可提供抗力可提供抗力79(3)岩土抗力岩土抗力：埋于滑床中的桩将滑坡推力传递：埋于滑床中的桩将滑坡推力传递给桩周的岩（土），桩的锚固段前、后岩（土）给桩周的岩（土），桩的锚固段前、后岩（土）受力后发生
30、变形，从而产生由此引起的岩（土）受力后发生变形，从而产生由此引起的岩（土）抗力作用。抗力作用。(4)桩周摩阻力桩周摩阻力：抗滑桩截面大，桩周面积大，：抗滑桩截面大，桩周面积大，桩与地层间的摩阻力、粘着力必然也较大，由桩与地层间的摩阻力、粘着力必然也较大，由此产生的平衡弯矩对桩有利。但其计算复杂，此产生的平衡弯矩对桩有利。但其计算复杂，一般不予考虑。一般不予考虑。(5)基底应力基底应力：抗滑桩的基底应力，主要是由自：抗滑桩的基底应力，主要是由自重引起的。而桩侧摩阻力、粘着力又抵消了大重引起的。而桩侧摩阻力、粘着力又抵消了大部分自重。实测资料表明，桩底应力一般相当部分自重。实测资料表明，桩底应力一
31、般相当小，为简化计算，桩底应力可忽略不计。小，为简化计算，桩底应力可忽略不计。80（二）抗滑桩的计算宽度（二）抗滑桩的计算宽度 抗滑桩受滑坡推力的作用产生位移，则桩抗滑桩受滑坡推力的作用产生位移，则桩侧岩土体对桩将产生抗力。当岩（土）变形处侧岩土体对桩将产生抗力。当岩（土）变形处于弹性变形阶段时，桩受到岩（土）的弹性抗于弹性变形阶段时，桩受到岩（土）的弹性抗力作用。岩（土）对桩的弹性抗力及其分布与力作用。岩（土）对桩的弹性抗力及其分布与桩的作用范围有关。桩的作用范围有关。为了将空间的受力简化为平面受力，并考为了将空间的受力简化为平面受力，并考虑桩截面形状的影响，将桩的设计宽度（或直虑桩截面形状
32、的影响，将桩的设计宽度（或直径）换算成相当于实际工作条件下的矩形桩宽径）换算成相当于实际工作条件下的矩形桩宽BP，此，此BP称为桩的称为桩的计算宽度计算宽度。811试验表明，对不同尺寸的圆形桩和矩形桩施加水平荷试验表明，对不同尺寸的圆形桩和矩形桩施加水平荷载时，直径为载时，直径为d的圆形桩与正面边长为的圆形桩与正面边长为0.9d的矩形桩，的矩形桩，在其两侧土体开始被挤出的极限状态下，其临界水平在其两侧土体开始被挤出的极限状态下，其临界水平荷载值相等。所以，矩形桩的形状换算系数为荷载值相等。所以，矩形桩的形状换算系数为Kf=1，而圆形桩的形状换算系数为而圆形桩的形状换算系数为Kf=0.9。2同时
33、，由于将空间受力状态简化成为平面受力状态，同时，由于将空间受力状态简化成为平面受力状态，在决定桩的计算宽度时，应将实际宽度乘以受力换算在决定桩的计算宽度时，应将实际宽度乘以受力换算系数系数KB。由试验资料可知，对于正面边长。由试验资料可知，对于正面边长b大于或等大于或等于于1m的矩形桩受力换算系数的矩形桩受力换算系数KB为为(1+1/b)，对于直径，对于直径d大于或等于大于或等于1m的圆形桩受力换算系数的圆形桩受力换算系数KB为为(1+1/d)。故桩的计算宽度应为：故桩的计算宽度应为：矩形桩：矩形桩：圆形桩：圆形桩：82KfKBKfKB附注：附注：只有在计算桩侧弹性抗力时，采只有在计算桩侧弹性
34、抗力时，采用桩的正面计算宽度。计算桩底反力时，用桩的正面计算宽度。计算桩底反力时，仍用桩的实际宽度。仍用桩的实际宽度。BpdbBp833桩的截面形状应从经济合理及施工方便考虑。桩的截面形状应从经济合理及施工方便考虑。目前多用矩形桩，边长目前多用矩形桩，边长23m，以，以1.5m 2.0m及及2.0m 3.0m两种尺寸的截面为常见。两种尺寸的截面为常见。(三三)桩侧岩（土）的地基系数桩侧岩（土）的地基系数 桩侧岩（土）的弹性抗力系数简称地基系数，桩侧岩（土）的弹性抗力系数简称地基系数，是地基承受的侧压力与桩在该处产生的侧向位是地基承受的侧压力与桩在该处产生的侧向位移的比值。移的比值。虎克定律：虎
35、克定律：f=kx弹性抗力：作用于桩侧任一点弹性抗力：作用于桩侧任一点y处的弹性抗力处的弹性抗力y:xy:地层地层y处的水平位移，处的水平位移，K：地基系数，：地基系数，Bp:桩的计算宽度桩的计算宽度。84 (1)认为认为地基系数是常数地基系数是常数，不随深度而变化，以，不随深度而变化，以“K”表示之，相应的计算方法称为表示之，相应的计算方法称为“K”法法，可用于地基较为可用于地基较为完整硬质岩层、未扰动的硬粘完整硬质岩层、未扰动的硬粘土或性质相近的半岩质地层土或性质相近的半岩质地层。(2)认为认为地基系数随深度按直线比例变化地基系数随深度按直线比例变化，即在，即在地基内深度为地基内深度为y处的
36、水平地基系数为处的水平地基系数为K=my或或K=K0+my，相应这一假定的计算方法称为，相应这一假定的计算方法称为“m”法，法，可用于可用于硬塑硬塑半坚硬的砂粘土、碎石半坚硬的砂粘土、碎石土或风化破碎成土状的软质岩层以及重度随深土或风化破碎成土状的软质岩层以及重度随深度增加的地层度增加的地层。(3)地基系数地基系数K及比例系数及比例系数m应通过试验确定；应通过试验确定；当无试验资料时，可采用工程地质类比方法确当无试验资料时，可采用工程地质类比方法确定。定。85KKKKyK法法m法法C法法n=0n=10n186（四）刚性桩与弹性桩的区分（四）刚性桩与弹性桩的区分 抗滑桩受到滑坡推力后，将产生一抗
37、滑桩受到滑坡推力后，将产生一定的变形。根据桩和桩周岩（土）的性定的变形。根据桩和桩周岩（土）的性质和桩的几何性质，其变形可有两种情质和桩的几何性质，其变形可有两种情况。况。(1)桩的位置虽发生了偏离，但是桩轴仍桩的位置虽发生了偏离，但是桩轴仍保持原有的线型；它之所以变形是由于保持原有的线型；它之所以变形是由于桩周的岩（土）变形所致桩周的岩（土）变形所致刚性桩刚性桩。(2)桩的位置和桩轴线型同时发生改变，桩的位置和桩轴线型同时发生改变，即桩轴和桩周岩（土）同时发生变形即桩轴和桩周岩（土）同时发生变形弹性桩弹性桩。87ff刚性桩刚性桩弹性桩弹性桩88 试试验验研研究究表表明明，当当桩桩埋埋入入稳稳
38、定定地地层层(即即滑滑动动面面以以下下)内内的的计计算算深深度度（桩桩的的锚锚固固深深度度h2与与桩桩的的变变形形系系数数或或的的乘乘积积）为为某某一一临临界界值值时时，不不管管按按刚刚性性桩桩或或按按弹弹性性桩桩计计算算，其其水水平平承承载载力力及及传传递递到到地地层层的的压压力力图图形形均均比比较较接接近近。因因此此，目目前前将将这这个个临临界界值作为判别刚性桩或弹性桩的标准。值作为判别刚性桩或弹性桩的标准。临界值规定如下：临界值规定如下：(1)(1)按按K K法计算法计算当当h2 1.0时，抗滑桩属刚性桩时，抗滑桩属刚性桩当当h2 1.0时，抗滑桩属弹性桩时，抗滑桩属弹性桩89其中：其中
39、：为桩的变形系数，以为桩的变形系数，以m-1计，可按下式计，可按下式计算：计算：式中：式中：K地基系数（地基系数（kN/m3）；）；BP桩的正面计算宽度（桩的正面计算宽度（m）；）；E桩的弹性模量（桩的弹性模量（kPa）；）；I桩的截面惯性矩（桩的截面惯性矩（m4）。）。90(2)(2)按按m m法计算法计算当当 h22.5时，抗滑桩属刚性桩时，抗滑桩属刚性桩;当当 h22.5时，抗滑桩属弹性桩。时，抗滑桩属弹性桩。其中：其中：为桩的变形系数，以为桩的变形系数，以m-1计，可按下式计，可按下式计算：计算：式中：式中：m水平方向地基系数随深度而变化的水平方向地基系数随深度而变化的比例系数（比例系
40、数（kN/m4）。）。91抗滑桩的要素设计 （一）桩的平面位置及其间距（一）桩的平面位置及其间距 抗滑桩的平面位置和间距，抗滑桩的平面位置和间距，一般应根据滑坡的地层性质、一般应根据滑坡的地层性质、推力大小、滑动面坡度、滑坡推力大小、滑动面坡度、滑坡厚度、施工条件、桩截面大小厚度、施工条件、桩截面大小以及锚固深度等因素综合考虑以及锚固深度等因素综合考虑决定。决定。(1)滑体的上部，滑动面滑体的上部，滑动面陡，拉张裂缝多，不宜设桩；陡，拉张裂缝多，不宜设桩；中部滑动面往往较深且下滑力中部滑动面往往较深且下滑力大，亦不宜设桩；下部滑动面大，亦不宜设桩；下部滑动面较缓，下滑力较小或系抗滑地较缓，下滑
41、力较小或系抗滑地段，经常是较好的设桩位置。段，经常是较好的设桩位置。9293 (2)抗滑桩的间距受许多因素的影抗滑桩的间距受许多因素的影响，目前尚无较成熟的计算方法。合适响，目前尚无较成熟的计算方法。合适的桩间距应该使桩间土体具有足够的稳的桩间距应该使桩间土体具有足够的稳定性，在下滑力作用下不致从桩间挤出。定性，在下滑力作用下不致从桩间挤出。也就是说，可按桩间土体与两侧被桩所也就是说，可按桩间土体与两侧被桩所阻止的土体的摩擦力大于桩所承受的滑阻止的土体的摩擦力大于桩所承受的滑坡推力来估算坡推力来估算。规范规定抗滑桩桩间距。规范规定抗滑桩桩间距宜为宜为510m，一般取，一般取56m。94（二）桩
42、的锚固深度（二）桩的锚固深度 桩桩埋埋入入滑滑面面以以下下稳稳定定地地层层内内的的适适宜宜锚锚固固深深度度，与与该该地地层层的的强强度度、桩桩所所承承受受的的滑滑坡坡推推力力、桩桩的的相相对对刚刚度度以以及及桩桩前前滑滑面面以上滑体对桩的反力等有关。以上滑体对桩的反力等有关。确确定定标标准准：抗抗滑滑桩桩传传递递到到滑滑面面以以下下地地层层的的侧侧向向压压应应力力不不大大于于该该地地层层的的容容许许侧侧向向抗抗压压强强度度，桩桩基基底底的的最最大大压压应应力力不不得得大于地基的容许承载力。大于地基的容许承载力。95式中：式中：地层岩（土）的容重，（地层岩（土）的容重，（kN/m3）；）；地层岩
43、（土）的内摩擦角，（地层岩（土）的内摩擦角，（）；）；c地层岩（土）的粘聚力（地层岩（土）的粘聚力（kPa）；）；h地面至计算点的深度，（地面至计算点的深度，（m）。）。1桩侧支承条件桩侧支承条件(1)土层及严重风化破碎岩层土层及严重风化破碎岩层 桩身对地层的侧压应力（桩身对地层的侧压应力（kPa）应符合下列条）应符合下列条件：件：一般检算桩身侧压应力最大处，若不符合上式的要求，则一般检算桩身侧压应力最大处，若不符合上式的要求，则调整桩的锚固深度或桩的截面尺寸、间距，直至满足为止。调整桩的锚固深度或桩的截面尺寸、间距，直至满足为止。96(2)比较完整的岩质、半岩质地层比较完整的岩质、半岩质地层
44、桩身对围岩的侧向压应力应符合下列条件：桩身对围岩的侧向压应力应符合下列条件：式式中中：K 换换算算系系数数，根根据据岩岩层层在在水水平平方方向向的的容容许许承载力大小取定，取承载力大小取定，取0.51.0；C折折减减系系数数，根根据据岩岩层层的的裂裂隙隙、风风化化和和软软化化程度，取程度，取0.30.5；R岩石单轴挤压极限强度岩石单轴挤压极限强度(kPa)。计算结果若不符合上式，则调整桩的锚固深度计算结果若不符合上式，则调整桩的锚固深度或截面尺寸、间距，直至满足为止。或截面尺寸、间距，直至满足为止。97对于圆形截面桩，因桩周最大压应力为平均对于圆形截面桩，因桩周最大压应力为平均应力的应力的1.
45、27倍，上式应改写为：倍，上式应改写为：上述公式只能作为决定桩的锚固深度及校上述公式只能作为决定桩的锚固深度及校核地基强度的参考。常用的锚固深度，对于土核地基强度的参考。常用的锚固深度，对于土层或软质岩层约为层或软质岩层约为1/31/2桩长，对于完整、较桩长，对于完整、较坚硬的岩层可采用坚硬的岩层可采用1/4桩长。桩长。三峡规范的建议三峡规范的建议值为值为1/32/5。982桩底的支承条件桩底的支承条件 抗抗滑滑桩桩的的顶顶端端，一一般般为为自自由由支支承承；而而底底端端，由由于于锚锚固固程程度度不不同同，可可以以分分为为自自由由支支承承、铰铰支支承、固定支承三种，通常采用前两种。承、固定支承
46、三种，通常采用前两种。99 （1）自由支承）自由支承当当锚锚固固段段地地层层为为土土体体、松松软软破破碎碎岩岩时时，现现场场试试验验表表明明，在在滑滑坡坡推推力力作作用用下下，桩桩底底有有明明显显的的位位移移和和转转动动。桩桩底底可可按按自自由由支支承承处处理理，即即令令QB=0、MB=0。（2）铰支承）铰支承当当桩桩底底岩岩层层完完整整，并并较较AB段段地地层层坚坚硬硬，但但桩桩嵌嵌入入此此层层不不深深时时，桩桩底底可可按按铰铰支支承承处处理理，即即令令xB=0，MB=0。（3）固定支承）固定支承 当当桩桩底底岩岩层层完完整整、极极坚坚硬硬，桩桩嵌嵌入入此此层层较较深深时时，桩桩身身B点点处
47、处可可按按固固定定端端处处理理，即即令令xB=0、B=0。但但抗抗滑滑桩桩出出现现此此种种支支承承情情况况是是不不经经济济的的，故故应应少采用。少采用。1005.2.4 刚性桩的计算 刚刚性性桩桩的的计计算算方方法法较较多多，目目前前常常用用是是悬悬臂臂桩法：桩法：滑滑面面以以上上抗抗滑滑桩桩受受荷荷段段上上所所有有的的力力均均当当做做外外荷荷载载看看等等，桩桩前前的的滑滑体体抗抗力力按按其其大大小小从从外外荷荷载载中中予予以以折折减减，将将滑滑坡坡推推力力和和桩桩前前滑滑面面以以上上的的抗抗力力折折算算成成在在滑滑面面上上作作用用的的弯弯矩矩和和剪剪力力并并作作为为外外荷荷载载。而而抗抗滑滑
48、桩桩的的锚锚固固段段，则则把把桩桩周周岩岩土土视视为为弹弹性性体体计计算算侧侧向向应应力力和和土土的的抗抗力力，从从而而计计算算桩的内力。桩的内力。1011021031045.2.5 弹性桩的计算 弹性桩系指埋于滑床部分的桩身受力后桩弹性桩系指埋于滑床部分的桩身受力后桩轴和桩周岩（土）均发生变形。轴和桩周岩（土）均发生变形。在此仅介绍在此仅介绍悬臂桩法悬臂桩法:(1)将滑面以上抗滑将滑面以上抗滑桩受荷段上所有作用力均当做外荷载，桩受荷段上所有作用力均当做外荷载，(2)根根据桩周地层的性质确定弹性抗力系数据桩周地层的性质确定弹性抗力系数(即地基即地基系数系数)，建立桩的挠曲微分方程式，建立桩的挠
49、曲微分方程式，(3)通过数通过数学求解可得滑面以下桩身任一截面的变位和内学求解可得滑面以下桩身任一截面的变位和内力计算的一般表达式。力计算的一般表达式。(4)根据桩底边界条件根据桩底边界条件计算出计算出滑面滑面处的位移和转角，处的位移和转角，(5)计算桩身任计算桩身任一深度处的变位和内力。一深度处的变位和内力。105推力推力桩前剩余抗滑桩前剩余抗滑力或土压力力或土压力1061071081095.2.5.2无量纲法110111112l例5.2 自学1135.3挡土结构l在港口、水利、路桥及房屋建筑等工程中，挡土在港口、水利、路桥及房屋建筑等工程中，挡土结构物（挡土墙）是一种常见的建筑物。结构物（
50、挡土墙）是一种常见的建筑物。l挡土结构物的作用是用来挡住墙后的填土并承受挡土结构物的作用是用来挡住墙后的填土并承受来自填土的压力。来自填土的压力。1141151161171181191201215.3.1重力式挡土墙l重力式挡土墙是以挡土墙自身重力来维持重力式挡土墙是以挡土墙自身重力来维持其在水土压力等作用下的稳定。其在水土压力等作用下的稳定。l它广泛应用于我国铁路、公路、水利、矿它广泛应用于我国铁路、公路、水利、矿山等工程；其缺点是工程量大，地基沉降山等工程；其缺点是工程量大，地基沉降大，它适合于挡土墙高度在大，它适合于挡土墙高度在56m的小型的小型工程。工程。1225.3.1.1重力式挡土