5巖土邊坡工程巖土邊坡工程是巖土工程的重要組成部分。邊坡的工作狀況直接或間接地影響工程建筑物的穩(wěn)定和安全。維持邊坡穩(wěn)定性的方法：1借助擋土墻的自重來平衡墻后巖土體傳來的推力；2在巖土體中“釘釘子”；如錨桿，抗滑樁3改變土體的性質(zhì)；如加筋本章將介紹：錨桿、抗滑樁、擋土結(jié)構(gòu)、支護結(jié)構(gòu)和巖石邊坡工程的設(shè)計和運用1邊坡工程研究的理論基礎(chǔ)需要多種學(xué)科的相互結(jié)合、相互滲透，不僅包括工程數(shù)學(xué)、工程力學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)、巖土力學(xué)，還應(yīng)結(jié)合計算機仿真技術(shù)、巖土工程測試技術(shù)等手段。經(jīng)過100多年的研究和發(fā)展，從邊坡的規(guī)律性分析，到邊坡的變形破壞機制的研究，以及邊坡穩(wěn)定性評價和預(yù)測預(yù)報，均取得了令人矚目的成果，已初步形成邊坡工程獨立的學(xué)科體系。這一體系應(yīng)包括四大部分：①邊坡（或滑坡）的區(qū)域分布規(guī)律性研究；②邊坡的變形破壞機制研究；③邊坡的穩(wěn)定性評價和預(yù)測預(yù)報；④邊坡工程治理。概述邊坡工程的研究現(xiàn)狀21邊坡工程中的巖體結(jié)構(gòu)控制理論

巖土力學(xué)的發(fā)展為邊坡工程的研究奠定了基礎(chǔ)，特別是巖質(zhì)邊坡結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，其穩(wěn)定性取決于邊坡的各類結(jié)構(gòu)面的特征。中科院地質(zhì)所孫廣忠先生提出了“巖體結(jié)構(gòu)控制論”，并出版了專著《巖體結(jié)構(gòu)力學(xué)》，孫玉科先生等將赤平投影法和實體比例投影法應(yīng)用于邊坡工程。美國學(xué)者石根華提出了“關(guān)鍵塊體理論”，主要解決被多個地質(zhì)結(jié)構(gòu)面、開挖面所切割的邊坡或硐室之穩(wěn)定性問題。南京大學(xué)羅國煜教授等提出了巖坡優(yōu)勢面控制論，認為巖坡的變形破壞受巖坡內(nèi)的優(yōu)勢面所控制。上述理論的共同的特點是注重巖體結(jié)構(gòu)研究，各類地質(zhì)結(jié)構(gòu)面對邊坡的變形破壞起著控制作用。

32邊坡工程中的分形理論

分形理論是美國數(shù)學(xué)家(B.B.Mandelbort)(1973)首次提出來的，它主要是研究自然界中一些具有自相似但沒有特征長度的圖形或現(xiàn)象，其研究方法是通過確定圖形或現(xiàn)象的分維數(shù)，以揭示該現(xiàn)象或圖形的內(nèi)在本質(zhì)和規(guī)律。分形理論被廣泛地應(yīng)用于物理學(xué)、生物學(xué)、材料科學(xué)、巖石力學(xué)等學(xué)科中，近年來，邊坡工程中開始應(yīng)用分形理論進行有意義的探索。研究表明，邊坡巖體結(jié)構(gòu)常呈不規(guī)則分形狀態(tài)，可以用分維來表征，利用分維可以定量地描述斷層、層理、節(jié)理、泥化夾層等宏觀結(jié)構(gòu)面的形態(tài)特征、分布、產(chǎn)狀及粗糙度等。同樣，巖體的微觀結(jié)構(gòu)面或破壞面也呈不規(guī)則的分形狀態(tài)，這種不規(guī)則反應(yīng)了巖體破壞時的能量耗散及微觀結(jié)構(gòu)效應(yīng)，也可用分維來表示。分維數(shù)是巖體變形破壞的某一統(tǒng)計特征量，分維數(shù)可以充當(dāng)巖體變形破壞變量的角色進行巖體的強度和穩(wěn)定性演化過程的分析[13]。分形理論在邊坡工程的應(yīng)用有廣闊的前景，目前，三峽庫區(qū)、西北黃土地區(qū)及一些典型的滑坡體均有所應(yīng)用，在分布規(guī)律研究、機制分析和預(yù)測預(yù)報方面取得較好成果。43邊坡工程中的3S理論

在信息社會中，全球是一個開放系統(tǒng)，3S系統(tǒng)已在地學(xué)領(lǐng)域取得初步嘗試，在1996年國際巖石力學(xué)學(xué)會年會上，充分利用3S技術(shù)在巖土工程建設(shè)中的作用已引起極大注意。所謂3S系統(tǒng)是指地理信息系統(tǒng)(GIS，GeographyInformationSystem)、遙感系統(tǒng)(RS，RemoteSensingSystem)和全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS，GlobalPositioningSystem)。三者融為一體為邊坡工程的防治與預(yù)測預(yù)報提供了新一代觀測手段、描述語言和思維工具。集GIS、GPS和RS為一體的3S系統(tǒng)，是一個完整的有機整體。例如針對三峽庫區(qū)邊坡，崔政權(quán)大師率先提出“3S工程”的概念和設(shè)想，從1997年著手建立“三峽庫區(qū)邊坡穩(wěn)態(tài)3S實時工程分析系統(tǒng)”，并給出了系統(tǒng)的框圖，何滿潮教授將該系統(tǒng)按功能分為三大部分，即3S接收處理系統(tǒng)、GIS地理信息系統(tǒng)和工程分析專家系統(tǒng)。54邊坡工程中的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（簡稱NN-Neuralnetwork）是指由大量簡單神經(jīng)元經(jīng)廣泛互連構(gòu)成的一種計算結(jié)構(gòu)，它是一種廣義的并行處理系統(tǒng)。人腦的認知模式被認為是一種并行的分布式模式，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采用類似于人大腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)來構(gòu)造模型仿真人大腦的功能，即把對信息的儲存和計算推理同時儲存在一個單元里。因此，在某種程度上神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)被認為可以模擬生物神經(jīng)系統(tǒng)的工作過程。特別是通過抽象、簡化和模擬手段，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)部分反映了人腦的某些功能特征，且具有高度非線性、自組織、自學(xué)習(xí)、動態(tài)處理、聯(lián)想記憶、容錯性等特征。近年來，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)開始應(yīng)用于邊坡工程的穩(wěn)定性分析和評價，對于解決復(fù)雜的邊坡系統(tǒng)工程的穩(wěn)定性問題提供了一條新的途徑。65邊坡工程中的數(shù)值計算和仿真

從70年代開始，數(shù)值計算被廣泛地應(yīng)用于邊坡工程，比較成熟的三大數(shù)值方法是有限單元法、邊界單元法和離散單元法。其中有限單元法是通過離散化，建立近似函數(shù)把有界區(qū)域內(nèi)的無限問題簡化為有限問題，并通過求解聯(lián)立方程對工程問題進行應(yīng)力位移分析的數(shù)值模擬方法，它假定工程巖體是連續(xù)的力學(xué)介質(zhì)，并在許多的重大工程中得到應(yīng)用。邊界單元法是采用在區(qū)域內(nèi)部滿足控制條件但不滿足邊界條件的近似函數(shù)逼近原問題解的數(shù)值方法，它與有限單元法相比，具有方程個數(shù)少，所需數(shù)據(jù)量小等特點。由于巖坡的地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，一些邊坡呈碎裂結(jié)構(gòu)和層狀碎裂結(jié)構(gòu)，構(gòu)成非連續(xù)性力學(xué)介質(zhì)，利用有限單元法和邊界單元法求解遇到了困難，取而代之的是離散單元法，一些學(xué)者稱其為散體元法。離散單元法由Cundall于1971年提出，該方法充分考慮了節(jié)理巖體的非連續(xù)性，以分離的塊體為出發(fā)點，將巖塊假定為剛體的移動或轉(zhuǎn)動，并允許塊體有較大的位移，甚至脫離母體而自由下落，特別適用于節(jié)理化巖體或碎裂結(jié)構(gòu)的巖質(zhì)邊坡。由于其原理明了，并且容易結(jié)合CAD技術(shù)仿真邊坡變形破壞的演變過程，因此倍受人們的青睞。76邊坡工程中的可靠性分析理論

可靠性分析最早主要應(yīng)用于宇航、電子工業(yè)界，之后逐漸推廣到機械工程，可靠性分析方法從70年代開始應(yīng)用于邊坡工程領(lǐng)域，它基于對邊坡巖體性質(zhì)、荷載、工程地質(zhì)條件等的不確定性認識，借鑒結(jié)構(gòu)工程可靠性理論方法，結(jié)合邊坡工程的具體情況，用可靠指標(biāo)或破壞概率描述邊坡工程質(zhì)量的理論體系，它較傳統(tǒng)的確定性理論能更好地反映邊坡工程實際狀態(tài)，正確合理地解釋許多用確定性理論無法解釋的工程問題，更為重要的是概率模型有助于形成新的考慮風(fēng)險與可靠性的觀念。85.1錨桿5.1.1概述錨桿技術(shù)指的是在天然地層中鉆孔至穩(wěn)定地層中，插入錨拉桿，然后在孔中灌注水泥砂漿。置于穩(wěn)定地崖中的錨桿部分稱為錨固段，利用錨固段的抗拔能力，維持土體或巖體的邊坡(或地基)穩(wěn)定。9錨桿是一種受拉桿件，它的一端與支護結(jié)構(gòu)等聯(lián)結(jié)，另一端錨固在巖土體中，將支擋結(jié)構(gòu)和其他結(jié)構(gòu)所承受的荷載（側(cè)向土壓力、水壓力以及上浮力、傾覆力、拉拔力等）通過拉桿傳遞到穩(wěn)定巖土層中的錨固體上，在由錨固體將傳來的荷載分散到周圍穩(wěn)定的巖土層中去。錨桿不僅可用于臨時性支護結(jié)構(gòu)，在永久性建筑工程中應(yīng)用比較廣泛。10應(yīng)用實例錨桿技術(shù)是建筑工工程中的一項實用用新技術(shù)，在國內(nèi)內(nèi)外得到了廣泛的的、愈來愈多的運運用。11深圳黃貝嶺邊坡工工程12居民住宅邊坡131415161718山西省運城～三門門峽高速公路K14+200高邊坡（高64m）治理后19山西省運城～三門門峽高速公路K14+420整治后砂質(zhì)高邊坡坡20徽杭高速公路竹嶺嶺隧道西進口左側(cè)滑坡治治理工程近竣工21徽杭高速公路竹嶺嶺隧道西進口右側(cè)高邊坡坡失穩(wěn)治理工程近近竣工22徽杭高速速公路竹竹嶺隧道道西洞口左左側(cè)滑坡坡治理工工程在施施工中232425261錨桿的構(gòu)構(gòu)造錨桿一般般為灌漿漿錨桿，，由拉桿桿、錨頭頭、腰梁梁、自由由段保護護套管和和錨固體體等組成成。27（1）錨頭裝裝置28（2）腰梁腰梁是傳傳力結(jié)構(gòu)構(gòu)，將錨錨頭的軸軸向拉力力傳導(dǎo)支支擋結(jié)構(gòu)構(gòu)上。腰腰梁設(shè)計計要充分分考慮支支護結(jié)構(gòu)構(gòu)的特點點、材料料、錨桿桿傾角、、受力（（特別是是軸向力力的垂直直分力的的大?。┑惹闆r況?！?9（3）拉桿常用的錨錨桿拉桿桿有鋼管管、粗鋼鋼筋、鋼鋼絲束和和鋼絞線線，一般般把采用用鋼管或或粗鋼筋筋作拉桿桿的錨桿桿稱錨桿桿，而用用鋼絲束束或鋼絞絞線的稱稱為錨索索。究竟竟采用荷荷重拉桿桿，主要要根據(jù)設(shè)設(shè)計軸向向承載力力和現(xiàn)有有材料的的情況來來選擇。。30（4）錨固體體錨固體是是指處于于潛在滑滑動面以以外的穩(wěn)穩(wěn)定土體體中的錨錨桿尾端端部分，，通過錨錨固體與與土體之之間的相相互作用用，將拉拉桿的軸軸力傳遞遞到穩(wěn)定定土層。。錨固體體提供的的錨固力力的大小小是保證證支擋結(jié)結(jié)構(gòu)等穩(wěn)穩(wěn)定的關(guān)關(guān)鍵。31（5）自由段段保護套套管自由段保保護套管管對自由由段的錨錨桿起防防腐和隔隔離作用用。322錨桿的類類型（1）按拉桿桿材料分分類可分為：：鋼管錨錨桿、鋼鋼筋錨桿桿、鋼絲絲束錨桿桿、鋼絞絞線錨桿桿。（2）按鎖定定應(yīng)力情情況分類類可分為：：預(yù)應(yīng)力力錨桿、、普通錨錨桿。（3）按使用用期限分分類可分為：：臨時性性錨桿和和永久性性錨桿。。335.1.2錨桿計算算5.1.2.1錨桿破壞壞形式和和承載力力計算錨桿的作作用原理理當(dāng)錨桿錨錨固段受受力時，，首先通通過拉桿桿與周邊邊水泥沙沙漿（水水泥漿））固結(jié)體體之間的的握裹力力傳到固固結(jié)體中中，然后后通過固固結(jié)體傳傳到周圍圍巖土體體。傳遞遞過程隨隨著荷載載的增加加，拉桿桿與固結(jié)結(jié)體之間間的握裹裹力發(fā)揮揮到最大大時，錨錨固體與與巖土體體之間就就會發(fā)生生相對位位移，產(chǎn)產(chǎn)生土與與錨固體體之間的的摩阻力力，直到到極限摩摩阻力。。34錨桿的破破壞形式式錨桿的破破壞形式式通常有有4種：①錨拉桿桿被拉斷斷；②拉筋(錨拉桿)從筋漿界面面處脫出；；③錨固體從從漿土界面面處脫出；；④連錨帶巖巖土一起拔拔出。前3種指的是單單根錨桿的的抗拔力(即承載力)問題，屬于于錨桿的強強度破壞問問題；第④種即破破壞面在土土體內(nèi)部的的破壞形式式，屬于錨錨桿與土總總體穩(wěn)定性性破壞問題題．355.1.2.2灌漿錨桿的的抗拔力（（承載力計計算）363738日本錨桿協(xié)協(xié)會提出的的錨固段周周邊的抗剪剪強度值39我國鐵道部部科學(xué)研究究院提出的的錨固段周周邊的抗剪剪強度值405.1.3錨桿的穩(wěn)定定性驗算414243445.1.4錨桿試驗與與檢驗基本試驗基本試驗?zāi)磕康氖谴_定定所設(shè)計的的錨桿在設(shè)設(shè)計位置的的極限抗拔拔力，了解解錨桿抵抗抗破壞時和和承受荷載載后的力學(xué)學(xué)性狀，為為錨固工程程設(shè)計提供供可靠的依依據(jù)?；颈驹囼灁?shù)量量不應(yīng)少于于3根，其錨桿桿參數(shù)、材材料、施工工工藝、地地質(zhì)條件和和擬設(shè)計的的錨桿相同同。驗收試驗驗收試驗的的木的是為為了檢驗錨錨桿在超過過實際拉力力并接近極極限拉力條條件下的工工作性能，，及時發(fā)現(xiàn)現(xiàn)錨桿設(shè)計計施工中的的缺陷，并并判定工程程錨桿是否否符合設(shè)計計要求。驗驗收試驗錨錨桿的數(shù)量量應(yīng)取錨桿桿總數(shù)的5%，且不得少少于最初施施做的3根。試驗結(jié)果的的分析曲線線施工完成后后待砂漿達達到70%以上的強度度才能進行行抗拔試驗驗，試驗開開始時每級級荷載按事事先預(yù)計極極限荷載的的1/10施工，同時時按有關(guān)規(guī)規(guī)程讀數(shù)，，最終繪制制成荷載—變位曲線圖圖和變位量量—穩(wěn)定時間曲曲線，以明明顯的轉(zhuǎn)折折點作為屈屈服拉力。。45465.1.5錨桿的施工工要點5.1.5.1成孔475.1.5.2安放錨拉桿桿485.1.5.3灌漿49抗滑樁是防防止滑坡的的一種工程程結(jié)構(gòu)，設(shè)設(shè)于滑坡的的適當(dāng)部位位，一般完完全埋置于于地下(有時也露出出地面)，樁的下段段須埋置在在滑動面以以下穩(wěn)定地地層的一定定深度。5.2.1概述5.2抗滑樁設(shè)計計與計算5051525354555657抗滑樁的分分類施工方式打入樁鉆孔樁挖孔樁材料料木樁樁鋼樁樁鋼筋混凝土土樁截面形態(tài)圓形樁管形樁矩形樁剛度剛性樁彈性樁結(jié)構(gòu)形式排式單樁承臺式樁排架樁……58(1)圓樁(2)方樁(3)擋土墻排式單樁品字形排樁5960承臺式樁承臺式樁61抗滑樁的優(yōu)點抗滑能力強，圬圬工數(shù)量小，在在滑坡推力大、、滑動帶深的情情況下，能夠克克服抗滑擋土墻墻難以克服的困困難。(當(dāng)單排樁所承受受的滑坡推力超超過200噸,樁長超過35m時需作可行性論論證)。樁位靈活，可以以設(shè)在滑坡體中中最有利于抗滑滑的部位，可以以單獨使用，也也可與其他構(gòu)筑筑物配合使用。?？梢匝貥堕L根據(jù)據(jù)彎矩大小合理理地布置鋼筋(優(yōu)于管形狀、打打入樁)。62(4)施工方便，設(shè)備備簡單。采用混混凝土或少筋混混凝土護壁，安安全、可靠。(5)間隔開挖樁孔，，不易惡化滑坡坡狀態(tài)，有利于于搶修工程。(6)通過開挖樁孔，，可直接揭露校校核地質(zhì)情況，，修正原設(shè)計方方案。(7)施工影響范圍小小，對外界干擾擾小。63應(yīng)用實例64坡腳錨索樁、坡坡上錨索地梁加加固65上下兩排樁加固固666768695.2.2抗滑樁的設(shè)計與與計算抗滑樁設(shè)計的要要求和步驟(一)抗滑樁設(shè)計應(yīng)滿滿足的要求(1)．整個滑坡體具具有足夠的穩(wěn)定定性，即抗滑穩(wěn)穩(wěn)定安全系數(shù)滿滿足設(shè)計要求值值，保證滑體不不從樁頂滑出，，不從樁間擠出出。(2)．樁身要有足夠夠的強度和穩(wěn)定定性。樁的斷面面和配筋合理，，能滿足樁內(nèi)應(yīng)應(yīng)力和樁身變形形的要求。(3)．樁周的地基抗抗力和滑體的變變形在容許范圍圍內(nèi)。(4)．抗滑樁的間距距、尺寸、埋深深等都較適當(dāng)，，保證安全，方方便施工，并使使工程量最省。。70抗滑樁的設(shè)計任任務(wù)就是根據(jù)以以上要求，確定定抗滑樁的樁位位，間距、尺寸寸、埋深、配筋筋、材料和施工工要求等。這是是一個很復(fù)雜的的問題，常常要要經(jīng)分析研究才才能得出合理的的方案。（二）抗滑樁設(shè)計計算算步驟(1)首先查明滑坡的的原因、性質(zhì)、、范圍、厚度等等基本條件，分析滑坡的穩(wěn)穩(wěn)定狀態(tài)、發(fā)展展趨勢。(2)根據(jù)滑坡地質(zhì)剖剖面及滑動面處處巖（土）的抗抗剪強度指標(biāo)，，計算滑坡推力。71(3)根據(jù)地形、地質(zhì)質(zhì)及施工條件等等確定設(shè)樁的位置及范圍。(4)根據(jù)滑坡推力大大小、地形及地地層性質(zhì)，擬定定樁長、錨固深深度、樁截面尺尺寸及樁間距等等樁參數(shù)。(5)確定樁的計算寬寬度，并根據(jù)滑滑體的地層性質(zhì)質(zhì)，選定地基系數(shù)。(6)根據(jù)選定的地基基系數(shù)及樁的截截面形式、尺寸寸，計算樁的變變形系數(shù)（或）及其計算深度度（h或h），據(jù)此判斷是按剛性樁還是按彈性樁來設(shè)計。(7)根據(jù)樁底的邊界界條件采用相應(yīng)應(yīng)的公式計算樁樁身各截面的位移(變形)、內(nèi)力及側(cè)壁應(yīng)應(yīng)力等，并計算確定定最大剪力、彎彎矩及其部位。。72(8)校核地基強度:若樁身作用于地地基的彈性應(yīng)力力超過地層容許許值或者小于其其容許值過多時時，則應(yīng)調(diào)整樁樁的埋深或樁的的截面尺寸，或或樁的間距，重重新計算，直至至符合要求為止止。(9)根據(jù)計算的結(jié)果果，繪制樁身的的剪力圖和彎矩圖圖。(10)對于鋼筋混凝土土樁，還需進行行配筋設(shè)計。735.2.3抗滑樁的計算方法法理論基礎(chǔ)：將地基土視為彈性性介質(zhì)，應(yīng)用彈性性地基梁的計算原原理，以捷克學(xué)者者溫克勒提出的““彈性地基”的假假說作為計算的理理論基礎(chǔ)。計算方法懸臂樁法地基系數(shù)法有限元法(矩陣分析法)m法K法m-k法74地面地面滑面滑面MQ懸臂樁法受荷段錨固段m1m275地面地面滑面滑面地基系數(shù)法地面地面m1m276抗滑樁設(shè)計的基本本假定(一)作用于抗滑樁上的的力系作用于抗滑樁的外外力包括：滑坡推推力、受荷段地層層（滑體）抗力、、錨固段地層抗力力、樁側(cè)摩阻力和和粘著力以及樁底底應(yīng)力等。這些力力均為分布力。(1)滑坡推力：滑坡推力作用于于滑面以上部分的的樁背上，可假定定與滑面平行。一一般假定每根樁所所承受的滑坡推力力等于樁距（中至至中）范圍之內(nèi)的的滑坡推力。77SSS一般情況下，所算算得的滑坡推力f為單位寬度滑體的的推力，最用在樁樁(單排樁)上的推力應(yīng)為fs。78(2)根據(jù)設(shè)樁的位置及及樁前滑坡體的穩(wěn)穩(wěn)定情況，抗滑樁樁可分為懸臂式和和全埋式兩種。當(dāng)當(dāng)樁前滑坡體不能能保持穩(wěn)定可能滑滑走的情況下，抗抗滑樁應(yīng)按懸臂式式樁考慮；而當(dāng)樁樁前滑坡體能保持持穩(wěn)定，抗滑樁將將按全埋式樁考慮慮。不能提供抗力可提供抗力79(3)巖土抗力：埋于滑床中的樁樁將滑坡推力傳遞遞給樁周的巖（土土），樁的錨固段段前、后巖（土））受力后發(fā)生變形形，從而產(chǎn)生由此此引起的巖（土））抗力作用。(4)樁周摩阻力：抗滑樁截面大，，樁周面積大，樁樁與地層間的摩阻阻力、粘著力必然然也較大，由此產(chǎn)產(chǎn)生的平衡彎矩對對樁有利。但其計計算復(fù)雜，一般不不予考慮。(5)基底應(yīng)力：抗滑樁的基底應(yīng)應(yīng)力，主要是由自自重引起的。而樁樁側(cè)摩阻力、粘著著力又抵消了大部部分自重。實測資資料表明，樁底應(yīng)應(yīng)力一般相當(dāng)小，，為簡化計算，樁樁底應(yīng)力可忽略不不計。80（二）抗滑樁的計計算寬度抗滑樁受滑坡推力力的作用產(chǎn)生位移移，則樁側(cè)巖土體體對樁將產(chǎn)生抗力力。當(dāng)巖（土）變變形處于彈性變形形階段時，樁受到到巖（土）的彈性性抗力作用。巖（（土）對樁的彈性性抗力及其分布與與樁的作用范圍有有關(guān)。為了將空間的受力力簡化為平面受力力，并考慮樁截面面形狀的影響，將將樁的設(shè)計寬度（（或直徑）換算成成相當(dāng)于實際工作作條件下的矩形樁樁寬BP，此BP稱為樁的計算寬度。811．試驗表明，對不同同尺寸的圓形樁和和矩形樁施加水平平荷載時，直徑為為d的圓形樁與正面邊邊長為0.9d的矩形樁，在其兩兩側(cè)土體開始被擠擠出的極限狀態(tài)下下，其臨界水平荷荷載值相等。所以以，矩形樁的形狀狀換算系數(shù)為Kf=1，而圓形樁的形狀換換算系數(shù)為Kf=0.9。2．同時，由于將空空間受力狀態(tài)簡化化成為平面受力狀狀態(tài)，在決定樁的的計算寬度時，應(yīng)應(yīng)將實際寬度乘以以受力換算系數(shù)KB。由試驗資料可知，，對于正面邊長b大于或等于1m的矩形樁受力換算算系數(shù)KB為(1+1/b)，對于直徑d大于或等于1m的圓形樁受力換算算系數(shù)KB為(1+1/d)。故樁的計算寬度應(yīng)應(yīng)為：矩形樁：圓形樁：82KfKBKfKB附注：只有在計計算樁側(cè)側(cè)彈性抗抗力時，，采用樁樁的正面面計算寬寬度。計計算樁底底反力時時，仍用用樁的實實際寬度度。BpdbBp833．樁的截面面形狀應(yīng)應(yīng)從經(jīng)濟濟合理及及施工方方便考慮慮。目前前多用矩矩形樁，，邊長2~3m，以1.5m2.0m及2.0m3.0m兩種尺寸寸的截面面為常見見。(三)樁側(cè)巖（（土）的的地基系系數(shù)樁側(cè)巖（（土）的的彈性抗抗力系數(shù)數(shù)簡稱地地基系數(shù)數(shù)，是地地基承受受的側(cè)壓壓力與樁樁在該處處產(chǎn)生的的側(cè)向位位移的比比值。虎克定律律：f=kx彈性抗力力：作用用于樁側(cè)側(cè)任一點點y處的彈性性抗力бy:xy:地層y處的水平平位移，，K：地基系系數(shù)，Bp:樁的計算算寬度。84(1)認為地基系數(shù)數(shù)是常數(shù)數(shù)，不隨深深度而變變化，以以“K”表示之，，相應(yīng)的的計算方方法稱為為“K”法，可用于地地基較為為完整硬質(zhì)質(zhì)巖層、、未擾動動的硬粘粘土或性性質(zhì)相近近的半巖巖質(zhì)地層層。(2)認為地基系數(shù)數(shù)隨深度度按直線線比例變變化，即在地地基內(nèi)深深度為y處的水平平地基系系數(shù)為K=m··y或K=K0+my，相應(yīng)這一一假定的的計算方方法稱為為“m”法，可用于硬塑~半堅硬的的砂粘土土、碎石石土或風(fēng)風(fēng)化破碎碎成土狀狀的軟質(zhì)質(zhì)巖層以以及重度度隨深度度增加的的地層。(3)地基系數(shù)數(shù)K及比例系系數(shù)m應(yīng)通過試試驗確定定；當(dāng)無無試驗資資料時，，可采用用工程地地質(zhì)類比比方法確確定。85KKKKyK法m法C法n=0n=10<n<1n>186（四）剛剛性樁與與彈性樁樁的區(qū)分分抗滑樁受受到滑坡坡推力后后，將產(chǎn)產(chǎn)生一定定的變形形。根據(jù)據(jù)樁和樁樁周巖（（土）的的性質(zhì)和和樁的幾幾何性質(zhì)質(zhì)，其變變形可有有兩種情情況。(1)樁的位置置雖發(fā)生生了偏離離，但是是樁軸仍仍保持原原有的線線型；它它之所以以變形是是由于樁樁周的巖巖（土））變形所所致——剛性樁。(2)樁的位置置和樁軸軸線型同同時發(fā)生生改變，，即樁軸軸和樁周周巖（土土）同時時發(fā)生變變形——彈性樁。87ff剛性樁彈性樁88試驗研究究表明，，當(dāng)樁埋埋入穩(wěn)定定地層(即滑動面面以下)內(nèi)的計算算深度（（樁的錨錨固深度度h2與樁的變變形系數(shù)數(shù)α或β的乘積））為某一一臨界值值時，不不管按剛剛性樁或或按彈性性樁計算算，其水水平承載載力及傳傳遞到地地層的壓壓力圖形形均比較較接近。。因此，，目前將將這個臨臨界值作作為判別別剛性樁樁或彈性性樁的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。臨界值規(guī)定如如下：(1)．按K法計算當(dāng)h2β≤1.0時，抗滑樁屬屬剛性樁當(dāng)h2β>1.0時，抗滑樁屬屬彈性樁89其中：為樁的變形系系數(shù)，以m-1計，可按下式式計算：式中：K——地基系數(shù)（kN/m3）；BP——樁的正面計算算寬度（m）；E——樁的彈性模量量（kPa）；I——樁的截面慣性性矩（m4）。90(2)．按m法計算當(dāng)h2≤2.5時，抗滑樁屬屬剛性樁;當(dāng)h2>2.5時，抗滑樁屬屬彈性樁。其中：為樁的變形系系數(shù)，以m-1計，可按下式式計算：式中：m——水平方向地基基系數(shù)隨深度度而變化的比比例系數(shù)（kN/m4）。91抗滑樁的要素素設(shè)計（一）樁的平平面位置及其其間距抗滑樁的平面面位置和間距距，一般應(yīng)根根據(jù)滑坡的地地層性質(zhì)、推推力大小、滑滑動面坡度、、滑坡厚度、、施工條件、、樁截面大小小以及錨固深深度等因素綜綜合考慮決定定。(1)滑體的上部，，滑動面陡，，拉張裂縫多多，不宜設(shè)樁樁；中部滑動動面往往較深深且下滑力大大，亦不宜設(shè)設(shè)樁；下部滑滑動面較緩，，下滑力較小小或系抗滑地地段，經(jīng)常是是較好的設(shè)樁樁位置。9293(2)抗滑樁的間距距受許多因素素的影響，目目前尚無較成成熟的計算方方法。合適的的樁間距應(yīng)該該使樁間土體體具有足夠的的穩(wěn)定性，在在下滑力作用用下不致從樁樁間擠出。也也就是說，可可按樁間土體體與兩側(cè)被樁樁所阻止的土土體的摩擦力力大于樁所承承受的滑坡推推力來估算。。規(guī)范規(guī)定定抗滑樁樁間間距宜為5~10m，一般取5~6m。94（二）樁的錨錨固深度樁埋入滑面以以下穩(wěn)定地層層內(nèi)的適宜錨錨固深度，與與該地層的強強度、樁所承承受的滑坡推推力、樁的相相對剛度以及及樁前滑面以以上滑體對樁樁的反力等有有關(guān)。確定標(biāo)準(zhǔn)：抗滑樁傳遞遞到滑面以下下地層的側(cè)向向壓應(yīng)力不大大于該地層的的容許側(cè)向抗抗壓強度，樁樁基底的最大大壓應(yīng)力不得得大于地基的的容許承載力力。95式中：——地層巖（土））的容重，（（kN/m3）；——地層巖（土））的內(nèi)摩擦角角，（）；c——地層巖（土））的粘聚力（（kPa）；h——地面至計算點點的深度，（（m）。1．樁側(cè)支承條條件(1)土層及嚴重風(fēng)風(fēng)化破碎巖層層樁身對地層的的側(cè)壓應(yīng)力（（kPa）應(yīng)符合下列條條件：一般檢算樁身身側(cè)壓應(yīng)力最最大處，若不不符合上式的的要求，則調(diào)調(diào)整樁的錨固固深度或樁的的截面尺寸、、間距，直至至滿足為止。。96(2)比較完整的巖巖質(zhì)、半巖質(zhì)質(zhì)地層樁身對圍巖的的側(cè)向壓應(yīng)力力應(yīng)符合下列列條件：式中：K——換算系數(shù)，根根據(jù)巖層在水水平方向的容容許承載力大大小取定，取取0.5~1.0；C——折減系數(shù)，根根據(jù)巖層的裂裂隙、風(fēng)化和和軟化程度，，取0.3~0.5；R——巖石單軸擠壓壓極限強度(kPa)。計算結(jié)果若不不符合上式，，則調(diào)整樁的的錨固深度或或截面尺寸、、間距，直至至滿足為止。。97對于圓形截面面樁，因樁周周最大壓應(yīng)力力為平均應(yīng)力力的1.27倍，上式應(yīng)改改寫為：上述公式只能能作為決定樁樁的錨固深度度及校核地基基強度的參考考。常用的錨錨固深度，對對于土層或軟軟質(zhì)巖層約為為1/3~1/2樁長，對于完完整、較堅硬硬的巖層可采采用1/4樁長。三峽規(guī)范的建建議值為1/3~2/5。982．樁底的支承承條件抗滑樁的頂端端，一般為自自由支承；而而底端，由于于錨固程度不不同，可以分分為自由支承承、鉸支承、、固定支承三三種，通常采采用前兩種。。99（1）自由支承當(dāng)錨固段地層為土土體、松軟破碎巖巖時，現(xiàn)場試驗表表明，在滑坡推力力作用下，樁底有有明顯的位移和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動。樁底可按自自由支承處理，即即令QB=0、MB=0。（2）鉸支承當(dāng)樁底巖層完整，，并較AB段地層堅硬，但樁樁嵌入此層不深時時，樁底可按鉸支支承處理，即令xB=0，MB=0。（3）固定支承當(dāng)樁底巖層完整、、極堅硬，樁嵌入入此層較深時，樁樁身B點處可按固定端處處理，即令xB=0、B=0。但抗滑樁出現(xiàn)此種種支承情況是不經(jīng)經(jīng)濟的，故應(yīng)少采采用。1005.2.4剛性樁的計算剛性樁的計算方法法較多，目前常用用是懸臂樁法：滑面以上抗滑樁受受荷段上所有的力力均當(dāng)做外荷載看看等，樁前的滑體體抗力按其大小從從外荷載中予以折折減，將滑坡推力力和樁前滑面以上上的抗力折算成在在滑面上作用的彎彎矩和剪力并作為為外荷載。而抗滑滑樁的錨固段，則則把樁周巖土視為為彈性體計算側(cè)向向應(yīng)力和土的抗力力，從而計算樁的的內(nèi)力。1011021031045.2.5彈性樁的計算彈性樁系指埋于滑滑床部分的樁身受受力后樁軸和樁周周巖（土）均發(fā)生生變形。在此僅介紹懸臂樁法:(1)將滑面以上抗滑樁樁受荷段上所有作作用力均當(dāng)做外荷荷載，(2)根據(jù)樁周地層的性性質(zhì)確定彈性抗力力系數(shù)(即地基系數(shù))，建立樁的撓曲微微分方程式，(3)通過數(shù)學(xué)求解可得得滑面以下樁身任任一截面的變位和和內(nèi)力計算的一般般表達式。(4)根據(jù)樁底邊界條件件計算出滑面處的位移和轉(zhuǎn)角，，(5)計算樁身任一深度度處的變位和內(nèi)力力。105推力樁前剩余抗滑力或土壓力1061071081095.2.5.2無量綱法110111112例5.2自學(xué)1135.3擋土結(jié)構(gòu)在港口、水利、路路橋及房屋建筑等等工程中，擋土結(jié)結(jié)構(gòu)物（擋土墻））是一種常見的建建筑物。擋土結(jié)構(gòu)物的作用用是用來擋住墻后后的填土并承受來來自填土的壓力。。1141151161171181191201215.3.1重力式擋土墻重力式擋土墻是以以擋土墻自身重力力來維持其在水土土壓力等作用下的的穩(wěn)定。它廣泛應(yīng)用于我國國鐵路、公路、水水利、礦山等工程程；其缺點是工程程量大，地基沉降降大，它適合于擋擋土墻高度在5～6m的小型工程。1225.3.1.1重力式擋土墻的穩(wěn)穩(wěn)定性（1）抗傾覆穩(wěn)定驗算算123（2）抗滑穩(wěn)定驗算1245.3.1.2增加擋土墻穩(wěn)定性性的措施(1)增加抗滑穩(wěn)定的措措施①將擋土墻基底做做成逆坡，利用滑滑動面上部分反力力抗滑。②在擋墻底部增設(shè)設(shè)凸榫基礎(chǔ)(防滑鍵)，以增大抗滑力。。③在擋土墻基底鋪鋪砂或碎石墊層以以提高μ值，增大抗滑力。。(2)增加抗傾覆穩(wěn)定的的方法①將墻背做成仰斜斜，可減小土壓力力，但施工不方便便。②做卸荷臺，如圖圖5．24所示，它位于擋土土墻豎直墻背上。。卸荷臺以上的土土壓力不能傳遞到到卸荷臺以下，土土壓力呈兩個小三三角形，因而減小小了總土壓力，減減小了傾覆力矩。。③伸長墻前趾，加加大穩(wěn)定力矩力臂臂。該措施混凝土土用量增加不多，，但需增加鋼筋用用量。1255.3.1.3墻背地下水對擋土土墻穩(wěn)定性的影響響擋土墻建成使用時時，如遇暴雨，有有大量雨水經(jīng)墻后后填土下滲，結(jié)果果使填土的內(nèi)摩擦擦角減小，重度增增大，土的抗剪強強度降低，土壓力力增大，同時墻后后積水，增加動水水壓力或靜水壓力力，對墻的穩(wěn)定性性產(chǎn)生不利影響。。在一定條件下，，或因水壓力過大大，或因地基軟化化而導(dǎo)致?lián)跬翂ζ破茐摹跬翂ζ茐膲拇蟛糠质且驗闊o無排水措施或排水水不良而造成的，，因此擋土墻設(shè)計計中必須設(shè)置排水水。為使墻后積水易排排出，通常在擋土土墻的下部設(shè)置泄泄水孔。當(dāng)墻高H>12m時，可在墻的中部部加一排泄水孔，，一般泄水孔直徑徑為50～lOOmm，間距為2—3m。為了減小動水力力對擋土墻的影響響，應(yīng)增密泄水孔孔，加大泄水孔尺尺寸或增設(shè)縱向排排水措施。1265.3.2錨桿擋土墻與錨釘釘墻5.3.2.1錨桿擋土墻錨桿擋土墻是由鋼鋼筋混凝土面板及及錨桿組成的支擋擋結(jié)構(gòu)物。面板起起支護邊坡土體并并把土的側(cè)壓力傳傳遞給錨桿，錨桿桿通過其錨固在穩(wěn)穩(wěn)定土層中的錨固固段所提供的拉力力來保證擋土墻的的穩(wěn)定，而一般擋擋土墻是靠自重來來保持其穩(wěn)定。錨桿擋土墻可作為為山邊的支擋結(jié)構(gòu)構(gòu)物，也可用于地地下工程的臨時支支撐。對于開挖工工程，它可避免內(nèi)內(nèi)支撐，以擴大工工作面而有利于施施工，目前，錨桿桿在我國已得到廣廣泛應(yīng)用。127錨桿擋土墻按其鋼鋼筋混凝土面板的的不同，可分為柱柱板式和板壁式兩兩種型式。128129(1)錨桿的布置與長度度計算錨桿布置包括確定定錨桿的層數(shù)、錨錨桿的水平間距和和錨桿的傾角等。。①錨桿的層數(shù)錨桿的層數(shù)取決于于支擋結(jié)構(gòu)的截面面和其所受的荷載載，要考慮挖土后后未經(jīng)設(shè)置錨桿時時支擋結(jié)構(gòu)所能承承受力的大小和位位移控制的要求。。錨桿層數(shù)越多施施工工期越長。因因此，錨桿層數(shù)的的多少，必須根據(jù)據(jù)支擋結(jié)構(gòu)承載力力的大小、基坑工工程的位移控制要要求和基坑的穩(wěn)定定性進行合理的計計算確定。在設(shè)計計錨桿層位時，應(yīng)應(yīng)盡量避免在流砂砂層設(shè)置錨頭，以以防流砂從錨孔流流出。一般情況下下，受層錨桿的錨錨固段的上覆土層層不小于4m，相鄰排間距不不小于2m。130②錨桿的水平間間距錨桿的水平間距距取決于支擋結(jié)結(jié)構(gòu)承受的荷載載和每根錨桿能能承受的拉力值值。在支擋結(jié)構(gòu)構(gòu)的荷載一定的的情況下，錨桿桿水平間距越大大，每根錨桿承承受的拉力則越越大，因此，需需經(jīng)過計算確定定。另外，錨桿桿的水平間距過過小，則錨桿間間回產(chǎn)生相互影影響，使單根錨錨桿的抗拔力降降低。錨桿的水水平間距一般要要大于1.5。③錨桿的傾角錨桿傾角是指拉拉桿軸線與水平平方向的夾角，，其大小決定了了錨桿水平分力力和垂直分力的的大小，也影響響作錨固段和自自由段的劃分，，對錨桿的整體體穩(wěn)定性和施工工的便易也有影影響。錨桿傾角角一般為10-45，且不大于45。131④錨桿長度：1325.3.2.2錨釘墻（1）土釘墻土釘墻是由放置置在土體中的土土釘體，被加固固的土體和噴射射混凝土面板組組成，三者形成成一個類似重力力式墻的土擋土土墻(圖5．27)，以此來抵抗抗墻后傳來的土土壓力．我們稱稱這個土擋土墻墻為土釘墻。①土釘支護的加加固機理土釘墻的加固機機理表現(xiàn)在以下下幾個方面：a．土釘對復(fù)合土土體起著箍束骨骨架作用，從而而提高了原位土土體強度。b．土釘與土體間間的相互作用。。②土釘墻的穩(wěn)定分分析133土釘支護的施工工步驟分層向下開挖，，即開挖設(shè)計規(guī)規(guī)定的較小厚度度的一層土體；；在這一層土體的的作業(yè)面上，按按設(shè)計位置設(shè)置置一排土釘；在這一層土體的的作業(yè)面上，構(gòu)構(gòu)筑混凝土面層層，并使土釘筋筋體與面層聯(lián)結(jié)結(jié)牢固；重復(fù)上述施工步步驟，直到設(shè)計計的基坑開挖深深度。134土釘支護的施工工步驟土釘墻施工順序圖135（2）錨釘墻①強錨弱釘支護護體系該體系以錨桿為為基坑邊坡的主主要加固手段，，抑制基坑邊坡坡的整體剪切失失穩(wěn)破壞，然后后輔以土釘支護護，抑制基坑邊邊坡局部破壞；；②強釘弱錨支護護體系即以土釘為基坑坑邊坡的主要加加固手段，形成成土釘墻，然后后輔以錨桿支護護，限制土釘墻墻及墻后土體的的位移。1365.3.3錨碇板擋墻錨碇板擋墻是由由墻面板、鋼拉桿及錨碇板和填料組成，如圖5．29。鋼拉桿外端與墻墻面板相連，內(nèi)內(nèi)端與錨碇板相相連，它與錨桿桿擋墻的區(qū)別是是它不是靠鋼拉拉桿與填料間摩摩阻力來提供抗抗拔力，而是由由錨碇板提供。。它是一種適合于于填土的輕型支支擋結(jié)構(gòu)。1375.3.3.1錨碇板（1）內(nèi)力計算按中心有支點的的單向受彎構(gòu)件件計算138（2）抗拔力計算1395.3.4加筋土擋墻組成：加筋土擋墻(圖5．32)由墻面板、拉筋筋和填料3部分組成。工作原理：是依靠填料與拉拉筋間的摩擦力力，來平衡墻面面板上所承受的的土壓力；并以以加筋與填料形形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)構(gòu)來抵抗拉筋尾尾部填料所產(chǎn)產(chǎn)生的土壓力，，從而保證加筋筋土擋墻的穩(wěn)定定性。140141Soilreinforcementconcept142公路、鐵路中