4岩石边坡地质及处理精编课件

4.7边坡岩体设计施工中的工程地质问题活动断裂及断裂带边坡问题4.7.1岩质边坡的破坏方式及影响因素3．影响边坡稳定的因素影响边坡稳定的因素有：岩石性质、岩体结构、水的作用、风化作用、地震力、地形地貌及人为因素等。1)岩石性质：岩石的成因类型、矿物成分、结构和强度等是决定边坡稳定性的重要因素。由坚硬(密实)、矿物稳定、抗风化能力好、强度较高的岩石构成的边坡，其稳定性一般较好；反之稳定性就较差。2)岩体结构与软弱结构面：岩体结构完整且岩层呈水平层状或向内倾的岩层不容易发生边坡失稳；岩体结构破碎或岩层向外倾及有软弱结构面的岩层容易产生滑坡。3)地形地貌：岩体临空面的存在及边坡的坡度较陡、高度高且向外倾的岩层或土层容易引起边坡失稳。4)风化裂隙：风化裂隙发育的高陡岩层，透水性增强，抗剪强度降低容易引起边坡失稳。有断层破碎带的岩层也容易引起边坡失稳。5)水的作用：水的渗入使岩土体软化导致抗剪强度降低，容易加快边坡失稳。暴雨期间边坡更容易失稳。6)地震等外力作用：地震或人工振动等外力作用使高陡边坡岩体的动剪应力增大导致失稳。7)地应力：开挖边坡使边坡岩体的初始应力状态改变，坡角出现剪应力集中带，坡顶与坡面的一些部位可能出现张应力区。在新构造运动强烈地区，开挖边坡能使岩体中的残余构造应力释放，可直接引起边坡的变形破坏。8)人为因素：边坡不合理的开挖施工、边坡堆载、爆破施工及植被破坏雨水渗入等都容易诱发边坡失稳。4.7.2岩质边坡的赤平面投影1.赤平极射投影基本原理赤平极射投影，是利用一个球体作投影工具，通过球心作一平面EAWC，这个平面通过球体赤道，所以叫赤平面。从球体的一个极点S或N(南极或北极)发出射线，叫极射。射线与赤平面交点M，即为投影。这种投影形式，称为赤平极射投影。赤平极射投影就是把物体放在球体的中心，将物体上各部分的位置投影于赤平面上，化立体为平面的一种投影。下面仅介绍从南极开始，投影上半球的物体：1）点的投影：以南极S为发射点，犹如自S仰观上半球物体，视线与赤平面相交，点为投影点。如图4-23，P为上半球面上任意一点，作SP连线交赤平面于M，M即为P点在赤平面上的投影，若P点绕N旋转一周，它的投影点M亦绕O点旋转一周。2）线的投影：如图4-24，OB为一直线与赤平面夹角为α，从S仰视，则OB线在赤平面上的投影为OM。从图上可看出：当B点位置移动时，M点亦随之移动，MO的方向与BO线的倾向一致。OM线段的长度随夹角α的大小而变，α角愈大，OM线愈短，反之愈长。当α＝90º时，OM=0，即为O点。当α=0º时，OM=OW。因此，将OW线段由W至O点按比例划分为90º，则WM线的长度代表夹角α。3）面的投影：如图4-25，ABCD为一通过球心的倾斜平面，与赤平面相交于A、C，与赤平面夹角为α。自S仰视上半球ABC面，则其在赤平面上的投影为AMC，AMC为一圆弧。若将赤平面从球体中拿出来，即如图4-25。从图可知：AC线代表ABCD面的走向。同线的投影一样，OM线的长短随面的夹角α的大小而变，若将WO划分为90º，则WM代表面的夹角α。若有两个相交的面，其投影如图4-26，MO则为两面交线的投影，MO的方向代表交线的倾向，PM代表交线的倾角。同上述原理，可求出三个面或更多的面的交线特征。3.赤平面投影结构面边坡稳定性分析1)一组结构面边坡2)两组结构面边坡4.7.3边坡的稳定计算1.滑动面为一平面时的计算2.滑动面为折线时的计算4.7.4不稳定边坡的加固措施对于不稳定的边坡，为了确保工程的安全，必须采取一些有效的防治措施。目前国内外常用的方法有：1．削坡处理2．引导水流或降低地下水位3．边坡锚杆注浆土钉墙等加固4．边坡坡面喷射钢筋混凝土面层加固5．边坡内部滑动界面注浆加固6．抗滑桩加固7．坡脚采用挡土墙加固网格护坡边坡护面措施： 覆盖法，挂网法，挂网抹面法，土袋、砌砖压坡法[见图1-12]（１）薄膜覆盖。对基础施工期较短的临时性基坑边坡，采取在边坡上铺塑料薄膜，在坡顶及坡脚用编织袋装土压住。为防止薄膜脱落，在上部及底部均搭盖不少于８０ｃｍ。同时，在坡脚设排水沟，坡顶截水沟。（２）土袋压坡法。对深度在５ｍ以内的临时基坑边坡，在边坡下部用草袋或聚丙烯扁丝编织袋装土堆砌压住坡脚。边坡高３ｍ以内可采用单排顶砌法，５ｍ以内且水位较高可用两排顶砌或一排一顶构筑法保持坡脚稳定。在坡顶设挡水土堤或排水沟，防止冲刷坡面，在底部作排水沟，防止冲坏坡脚。（３）挂网抹面法。对基础施工期短，土质较差的临时性基坑边坡，可在垂直坡面楔入直径１０～１２ｍｍ，长４０～６０ｃｍ插筋，纵横间距１ｍ，上铺２０＃铁丝网，在铁丝网上抹２．５～３．５ｃｍ厚水泥混合砂浆（配合比为水泥∶石灰膏∶砂子＝１∶１∶１．５）。同时，在坡顶坡脚设排水沟。（４）喷射混凝土或混凝土护面法。对邻近有建筑物的深基坑边坡，可在坡面垂直楔入直径１０～１２ｍｍ，长４０～５０ｃｍ插筋，纵横间距１ｍ，上铺２０＃铁丝网，在表面喷射４０～６０ｍｍ厚的Ｃ１５细石混凝土直到坡顶和坡脚；亦可不铺铁丝网，而在坡面铺φ４～φ６＠２５０～３００ｍｍ钢筋网片，浇筑５０～６０ｍｍ厚的细石混凝土，表面抹光。天然土体通过钻孔、插筋、注浆来设置土钉(亦称砂浆锚杆)并与喷射砼面板相结合，形成类似重力挡墙的土钉墙，以抵抗墙后的土压力，保持开挖面的稳定。也称为喷锚网加固边坡或喷锚网挡墙。土钉墙支护钻孔插筋、注浆铺设钢筋网喷射砼护面土钉墙支护2.3深基坑的支护土钉墙支护工程施工土钉墙由密集的土钉群、被加固的原位土体、喷射的混凝土面层等组成，如图2-1所示。土钉是用来加固或同时锚固现场原位土体的细长杆件。通常采用钢筋外裹水泥砂浆或水泥净浆浆体，沿通长与周围土体接触，并形成一个结合体。采用土钉加固的基坑侧壁土体与护面等组成的支护结构称为土钉墙。锚杆又称土层锚杆，一般由锚头、锚头垫座、钻孔、防护套管、拉杆（拉索）、锚固体等组成，如图2-2所示。通常，锚杆以外拉方式与排桩墙组成“排桩—锚杆”支护体系。１—土钉；２—喷射细石混凝土面层；３—垫板１—排桩墙；２—土层锚杆；３—主动滑动面；Lｆ—自由段长度；Lｅ—锚固段长度土钉墙设计与构造土钉墙支护结构设计、施工与监测宜由具有专业承包企业资质的地基与基础工程施工单位负责。１.１.１　土钉墙的构造要求（１）土钉墙、预应力锚杆复合土钉墙的坡度不宜大于１∶0.2；当基坑较深、土的抗剪强度较低时，宜取较小坡度。（２）成孔注浆型钢筋土钉的构造应符合下列要求：１）成孔直径宜取７０-１２０ｍｍ；土钉水平间距和竖向间距宜为１-２ｍ；土钉倾角宜为５°-２０°，其夹角应根据土性和施工条件确定。２）土钉钢筋宜采用ＨＲＢ４００级钢筋，钢筋直径应根据土钉抗拔承载力设计要求确定，且宜取１６-３２ｍｍ；３）应沿土钉全长设置对中定位支架，其间距宜取1.5-2.5ｍ，土钉钢筋保护层厚度不宜小于２０ｍｍ；４）土钉孔注浆材料可采用水泥浆或水泥砂浆，其强度不宜低于20ＭＰａ。（３）喷射混凝土面层的构造应符合下列要求：１）喷射混凝土面层厚度宜取８０-１００ｍｍ；２）喷射混凝土设计强度等级不宜低于Ｃ２０；３）喷射混凝土面层中应配置钢筋网和通长的加强钢筋，钢筋网宜采用ＨＰＢ３００级钢筋，钢筋直径宜取６-１０ｍｍ，钢筋网间距宜取150-250ｍｍ；钢筋网间的搭接长度应大于300ｍｍ；加强钢筋的直径宜取14-20ｍｍ。（４）土钉与加强钢筋宜采用焊接连接，其连接应满足承受土钉拉力的要求。（５）当土钉墙墙后存在滞水时，应在含水土层部位的墙面设置泄水孔或其他疏水措施。１.２　土钉墙支护工程施工工艺土钉墙支护工程施工工艺适用于地下水位以上或经人工降低地下水位后的人工填土、黏性土、粉质黏土、粉土的基坑支护。１.２.１　施工准备１．技术准备（１）熟悉土钉墙的设计文件，了解设计做法和构造要求。（２）研究岩土工程勘察报告。（３）了解地下水位及其变化情况，确定降水措施。（４）查明施工区域地下构筑物及地下管线情况，考虑施工对邻近建筑物或地域的影响。２．物资准备（１）用作土钉的钢筋和钢筋网片必须符合设计要求，并有出厂合格证和现场复试的试验报告。（２）土钉所用的钢材需要焊接连接时，其接头必须经过试验，合格后方可使用。（３）水泥用强度等级为４２．５级的普通硅酸盐水泥，并有出厂合格证和现场复试的试验报告；所用的速凝剂必须有出厂合格证和现场复试的试验报告。（４）砂用中砂；石子用５-１０ｍｍ碎石。（５）各种材料应按计划逐步进场。原材三证：生产许可证，出厂合格证，试验报告螺旋钻机３．施工机械（１）成孔机具：螺旋钻机、洛阳铲等成孔工具。（２）注浆机械：注浆泵和灰浆搅拌机等（３）混凝土喷射机应密封良好，输料连续均匀，输送水平距离不宜小于１００ｍ、垂直距离不宜小于３０ｍ。空压机应满足喷射机所需的工作风压和风量要求。（４）混凝土搅拌机：宜采用强制式搅拌机。（５）其他工具：挖土、运土工具；扎丝钩、铁锹、平铲、手推车等工具。（６）监测装置：经纬仪、水准仪等定位测量工具。１.２,２　工艺流程１,２,３　操作要求１．土方开挖（１）土钉墙应按每层土钉及混凝土面层分层设置、分层开挖基坑的步序施工。一是为土钉墙提供作业面；二是防止边坡塌方。（２）在完成上一作业面土钉与喷射混凝土面层达到设计强度的７０％以前，不得进行下一层土层的开挖。２．修坡成孔（１）在机械开挖后，应辅以人工修整坡面，坡面平整度的允许偏差宜为±２０ｍｍ。（２）成孔前按设计要求定出孔位做出标记和编号。（３）根据土层特点，选用洛阳铲或专用钻孔设备成孔，在进钻和抽出过程不能引起塌孔；成孔直径宜为８０-１２０ｍｍ，成孔时注意保持孔中心线与水平夹角符合设计要求。３．安放土钉钢筋（１）插入土钉钢筋前要进行清孔检查，若孔中出现局部渗水、塌孔或掉落松土应立即处理。（２）土钉钢筋一般采用ＨＲＢ３３５级热轧钢筋。钢筋入孔前先焊接定位支架，使钢筋位于钻孔中心位置，支架沿钢筋长向间距约为１．５～２．５ｍ。（３）检查土钉钢筋安装质量，将检查结果填写《土钉墙土钉钢筋安装 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 》。４．压力注浆（１）注浆前应将孔内残留的虚土清除干净，注浆管应随土钉钢筋同时插入孔内。（２）注浆材料可选用水泥浆或水泥砂浆。水泥浆的水灰比宜取0.5～0.55；水泥砂浆的水灰比宜取0.40～0.45，同时，灰砂比宜取0.5～1.0，拌和用砂宜选用中粗砂，按重量计的含泥量不得大于３％。（３）采用重力注浆法，水泥浆或水泥砂浆应拌和均匀，一次拌和的水泥浆或水泥砂浆应在初凝前注入孔内。注浆及拔管时，注浆管口应始终埋入注浆液面内，当新鲜浆液从孔口溢出后停止注浆，当浆液液面下降时，应进行补浆。５．绑扎钢筋网钢筋网可采用绑扎固定。钢筋网宜采用ＨＰＢ３００级钢筋，钢筋直径宜取６～１０ｍｍ，钢筋网间距宜取１５０～２５０ｍｍ，钢筋网间距的允许偏差为±３０ｍｍ；钢筋网间的搭接长度应大于３００ｍｍ。６．喷射混凝土（１）喷射混凝土强度等级不宜低于Ｃ２０，配合比应通过试验确定。粗骨料最大粒径不宜大于１２ｍｍ；水灰比不宜大于０．４５。（２）喷射混凝土前，埋好控制喷射混凝土厚度的标志，面层厚度不宜小于８０ｍｍ。喷射作业应分段依次进行，同一分段内喷射顺序应自下而上均匀喷射，一次喷射混凝土厚度宜为３０-８０ｍｍ，喷射厚度超过１００ｍｍ时要分两层喷射。钢筋与坡面的间隙应大于２０ｍｍ。（３）喷射时喷头与受喷面应垂直，宜保持０．６～１．０ｍ的距离，在钢筋部位应先填充钢筋后方可再喷钢筋前方，以防止钢筋背面出现空隙。（４）喷射混凝土终凝２ｈ后，采用喷水方法养护、养护时间不少于３-７ｄ。（５）制作试块。每批至少留取３组（每组３块）试件。（６）护坡混凝土施工结束后，填写《注浆及护坡混凝土施工记录表》。７．土钉与面层连接土钉必须和面层有效连接成整体，以下两种方法任选其一。方法一：喷射混凝土面层中配置通长的加强钢筋，土钉与加强钢筋采用焊接连接，其连接应满足承受土钉拉力的要求；当在土钉拉力作用下喷射混凝土面层的局部受冲切承载力不足时，应采用设置承压钢板等加强措施。方法二：将端头螺丝杆件套丝，并与土钉对焊，喷射混凝土前将螺杆用塑料布包好，待面层混凝土有一定强度后，套入混凝土承压板及螺母，拧紧螺母，可以起预加应力作用。13.5.3土工合成材料的主要作用土工合成材料在岩土工程中所起的作用，可以概括为反滤、排水、隔离、加筋、防渗和防护等。1）反滤作用2）排水作用3）隔离作用4）加筋作用土工合成材料边坡简易护理边坡主动防护网石笼网护坡石笼网护岸漓江石笼护岸4.8岩石地基设计施工中的工程地质问题4.8.1岩石地基上浅基础的设计原则岩石地基作为建筑物的浅基础地基一般是比较好的地基。设计时要考虑以下几个步骤：1．要详细阅读岩土工程勘察报告，了解岩石地基的工程地质条件，尤其要查明岩石地基垂直风化带的特性和是否存在溶洞土洞等不良地质条件。2．岩石地基的浅基础设计要掌握以下原则1）岩石地基上的基础埋置深度要满足抗滑要求；2）当地下室底板置于地下水位以下时应进行抗浮验算；基础抗浮的加固可采用锚杆加固或桩基加固两种方式3）岩石地基的浅基础形式可以采用筏板基础、箱型基础或其它基础形式，要根据地质报告来确定基础承载力，对于普通多层建筑可以采用全风化岩、强风化岩作为持力层基础，对于高层超高层建筑一般应采用中等风化岩作为基础持力层。4）建筑物应进行变形验算。对地基基础设计等级为甲、乙级的高层建筑物，同一建筑物的地基存在坚硬程度不同，两种或多种岩体变形模量差异达2倍及2倍以上，应进行地基变形验算；地基主要受力层深度内存在软弱下卧层时，应考虑软弱下卧层影响进行地基稳定性验算。5）对于风化裂隙发育、破碎程度较高的不稳定岩体，可采用灌浆加固和清爆填塞等措施。对遇水易软化和膨胀、暴露后易崩解的煤层、泥质、炭质等岩石，应注意软化、膨胀和崩解作用对岩体承载力的影响。6）地基基础位于地下水位以下时，应考虑地基施工排水措施，基坑施工抽排地下水时应考虑对相邻建（构）筑物及环境的不利影响。基坑边坡应该加固处理。7）基底和基坑边坡开挖应控制爆破，到达持力层后，对软岩、极软岩表面应及时封闭保护。8）位于斜坡和岸边的建筑物，应对斜坡场地和地基进行稳定性验算，浅基础应进入潜在滑动面以下的稳定岩体中。对于基础附近有临空面，应验算向临空面倾覆和滑移的稳定性。9）对于岩溶地区的岩石地基要查明基础下方是否存在溶洞并评价对建筑物浅基础的影响程度。本章小结(1)岩体是指由一种或多种岩石组成并由各类结构面及其所切割的结构体所构成的且赋存于一定的地质环境中的刚性地质体。岩体可按照岩石坚硬程度分为坚硬岩，较坚硬岩，较软岩，软岩和极软岩5类；岩体按照完整程度可分为完整，较完整，较破碎，破碎和极破碎5类；岩体按基本质量(BQ)分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类和Ⅴ类，同时要考虑地下水，主要软弱结构面产状和初始应力状态对岩体的基本质量指标(BQ)的影响。(2)结构体指岩体中被结构面切割而产生的单个岩石块体。由于各种成因结构面的组合，在岩体中可形成大小、形状不同的结构体。结构体的大小，可用岩体单位体积内的总裂隙(裂隙数/m3)—体积裂隙数Jv来表示。(3)结构面是指存在于岩体中的各种不同成因、不同特征的地质构造形迹界面，如断层、节理、层理、软弱夹层及不整合面等。结构面包括物质分异面及不连续面。是在地质发展的历史中，在岩体内形成的具有不同方向、不同规模、不同形态以及不同特性的面、缝、层、带状的地质界面。按地质成因可把结构面分为原生结构面、构造结构面和次生结构面三类。结构面按破裂面的受力类型又可分为剪性结构面和张性结构面两类。结构面的特征包括结构面的规模、形态、物质组成、延展性、密集程度、张开度和充填胶结特征等，它们对结构面的物理力学性质有很大的影响。(4)岩体结构是指岩体中结构面与结构体的组合形式，它包括结构面和结构体两个要素。结构面是指存在于岩体中的各种不同成因、不同特征的地质构造形迹界面，如断层、节理、层理、软弱夹层及不整合面等。结构体是指岩体被结构面切割后形成的岩石块体。岩体结构包括整体结构、块状结构、层状结构、碎裂结构和散体结构等。(5)软弱结构面，又称不连续面，指岩体中延伸较远、两壁较平滑、充填有一定厚度软弱物质的层面，如软弱夹层、泥化夹层、片理、劈理、节理、断层破碎带等。坚硬岩体的工程地质性质，严格受其中软弱面的强度、延展性、方向性、组合关系及密度等所控制。软弱夹层指岩体中夹有强度很低或被泥化、软化、破碎的薄层。(6)岩体的破坏方式与破坏机制与受力条件及岩体的结构特征有关。一般当岩体结构类型不同时，其破坏方式也不同。岩体的破坏方式主要有4种：脆性崩塌破裂、整体滑动破坏、局部剪切破坏、基底隆起鼓胀破坏四种。正确判断岩体破坏失稳的型式，是进行岩体稳定分析的基础。(7)岩体的变形通常包括结构面变形和结构体变形两部分。由于岩体结构类型的不同，实际的岩体应力-应变曲线不同。影响岩体变形性质的因素较多，主要包括组成岩体的岩性、结构面发育特征及荷载条件，试件尺寸、试验方法和温度等等。(8)岩体强度是指岩体抵抗外力破坏的能力，岩体是由岩块和结构面组成的地质体，因此其强度必然受到岩块和结构面强度及其组合方式(岩体结构)的控制，和岩块一样，也有抗压强度、抗拉强度和剪切强度之分。岩体内任一方向剪切面，在法向应力作用下所能抵抗的最大剪应力，称为岩体的剪切强度。通常又可细分为抗剪断强度、抗剪强度和抗切强度三种。岩体的剪切强度主要受结构面、应力状态、岩块性质、风化程度及其含水状态等因素的影响。(9)岩体的动力学性质是岩体在动荷载作用下所表现出来的性质，包括岩体中弹性波的传播规律及岩体动力变形和强度性质。岩体的动力学特性可以通过波速测试、现场震动试验等方法来测定。(10)水在岩体中的作用包括两个方面：一方面是水对岩石的物理化学作用，在工程上常用岩体的软化系数来表示；另一方面是水与岩体相互耦合作用下的力学效应，包括空隙水压力与渗流动水压力等的力学作用效应。(11)地壳表层的岩石，在太阳辐射、大气、水和生物等风化营力作用下，发生物理和化学的变化，使岩石崩解破碎以致逐渐分解的作用，称为风化作用。根据风化作用的因素和性质可将其分为三种类型：物理风化作用、化学风化作用、生物风化作用。(12)按照岩石风化壳的垂直分带将风化岩分为未风化岩、微风化岩、中等风化岩、强风化岩、全风化岩五类。(13)岩石风化的防治方法主要有：挖除法，抹面法，胶结灌浆法、排水法、挡墙、锚杆注浆及抗滑桩等。只有在进行详细调查研究以后，才能提出切合实际的防止岩石风化的处理措施。(14)岩体中天然应力一般包括自重应力、构造应力、温度应力及流体应力等。在地壳表层，常以自重应力和构造应力为主。(15)目前在国内外最常用的应力量测是水压致裂法、钻孔套心应力解除法和应力恢复法（扁千斤顶法）三种方法。(16)洞室围岩的破坏方式主要包括洞室顶部围岩冒顶破坏、洞室两侧围岩侧向鼓出破坏和洞室底部围岩隆起破坏三种。地下洞室开挖过程中应充分考虑围岩的应力重分布对洞室稳定性的影响，同时要采取合理的措施保证围岩的稳定性。可采用洞室洞壁的支撑、注浆加固、衬砌、注浆锚杆加固、喷射混凝土护壁等，同时应加强围岩稳定性监测。(17)影响边坡稳定的因素有：岩石性质、岩体结构、水的作用、风化作用、地震力、地形地貌及人为因素等。岩体稳定性分析常用的方法有三种，即工程地质类比法、赤平面投影法和边坡稳定性理论计算法。目前国内外边坡处理措施常用的方法有：削坡处理、引导水流或降低地下水位、边坡锚杆注浆土钉墙等加固、边坡坡面喷射钢筋混凝土面层加固、边坡内部滑动界面注浆加固、抗滑桩加固、坡脚采用挡土墙加固等。(18)岩石地基的总体处理方法为在地基基础设计前应进行岩土工程地质勘察，然后根据勘察资料进行地基抗压承载力验算、变形验算、稳定性验算、基础抗浮验算和抗渗流验算。边坡简易护理边坡主动防护网石笼网护坡石笼网护岸漓江石笼护岸