边坡-毕业设计-土木工程.docx
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河南理工大学本科毕业设计摘要
摘要
巴东县云沱段连接线公路旁部分二级边坡，边坡类型为岩质边坡。
由于组成边坡的岩体节理、裂隙极其发育，岩石风化程度较强，以及边坡开挖产生卸荷拉张裂隙，边坡大部分地段处于极限稳定状态，使得坡面岩块及碎块石土常发生坍塌，坠落现象，使得该路段通行危险性较大，这就严重影响了该路段的正常通行，边坡的支护治理工程迫在眉睫。
本边坡支护设计，根据实际情况采用了两种支护方式：
第一，位于边坡顶部高度大概有3m的碎石土覆盖层部分，为了防止覆盖层的下滑，采用重力式挡土墙支护，首先进行了挡土墙的选型，然后进行挡土墙抗滑移和抗倾覆稳定性验算、地基承载力验算和墙身强度验算；第二，公路旁边坡主体0~16m高度是破碎岩石、风化带，首先利用理正软件，采用圆弧滑动法进行了稳定性分析和剩余下滑力的计算，为了防止边坡出现滑动，同时避免坡面岩体崩落伤及路面行人，采用锚喷支护方式，计算了锚杆截面积、锚固长度等，并在坡角设置了3m高的浆砌块石护坡，此外简单的介绍了边坡绿化及坡面排水；最后简单的提到了一些施工问题。
关键字：
重力式挡土墙；理正边坡稳定性分析；锚喷支护；截水沟排水
56
河南理工大学本科毕业设计Abstract
Abstract
PartofthesecondrockrankoftheslopeinyuntuoBadongcounty.Rockmassjoints、cracksisextremelywell-developed,degreeofrockweatheringisstronger，andslopeexcavationcauserelaxed-tensioncranny,mostpartoftheslopeisinlimitequilibriumstate,thatmakesidesloperocksandrockfragmentscollapsing、fallingfrequently，allofthesemakeitdangerouscomingthough，sothesehaveaseriousimpactonroadpassage，slopeprotectingworksisfiring.
Thisdesignoftheslopesupport，accordingtotheactualconditions,designstwokindofsupportmeans：
firstly，rockfragmentsonthetopoftheslope，whichisthreemetershigh，wedesigngravitationalretaining-soilwallstructureincaseofrockfragmentsfalling，thisdesignincludethegravitationalretaining-soilwallstructuretype、thecheckingcomputationofanti-slidingstability、thecheckingcomputationantiofoverturningstability、thecheckingoftheslopebasebearingcapacityandwallstrengthchecking；Secondly，slopebodyisbreakingrocksandweatheringzone，IuseLiZhengsoftwareanalyzeslopeanalysisofstructuralstabilityandcalculationoftheremainingslidepower，accordingtoresult，Idesignboltspraysupporting，calculatethelengthoftheboltsectionalareaandsoon.AlsoIbrieflyintroduceslopegreeningandslopedrainage;Finally,abriefmentionofsomeconstructionissues.
Keywords:
gravityretainingwall;LiZhengslopestabilityanalysis;boltingandshotcretelining;cutdrainageditch.
河南理工大学本科毕业设计目录
目录
摘要 I
Abstract II
第一章前言 1
1.1选题目的和意义 1
1.2发展现状 1
1.3本设计内容 2
第二章工程概况 4
2.1工程概况 4
2.2工程地质资料 4
第三章挡土墙设计 8
3.1设计基本资料 8
3.2挡土墙选型 9
3.3抗倾覆稳定性验算 10
3.4抗滑移稳定性验算 13
3.5挡土墙重新设计 15
3.6地基承载力验算 18
3.7强度验算 20
第四章边坡稳定性分析 24
4.1安全系数 24
4.2规范一般规定 24
4.3计算工况 25
4.4荷载条件 25
4.5稳定性计算 25
4.6边坡稳定性评价 33
4.7剩余下滑力的计算 33
第五章边坡支护 40
5.1支护准备 40
5.2岩石侧压力计算 41
5.3锚杆轴向拉力标准值 41
5.4锚杆钢筋截面积计算 42
5.5锚固长度 43
5.6护坡及马道绿化 45
5.7排水措施设计 46
第六章部分施工要点 49
6.1施工安全 49
6.2施工准备 49
6.3现场平面布置 50
6.4锚杆施工 51
6.5钢筋网喷射混凝土 52
6.6坡面防护与绿化 55
6.7边坡排水 56
参考文献 57
附录 58
致谢 59
河南理工大学本科毕业设计第一章前言
第一章前言
1.1选题目的和意义
在大量的工程实践过程中，大都存在对边坡工程病害特征和性质认识不清，治理工程措施不力等诸多问题，常常会造成边坡工程的变形和破坏。
或因治理方案过于保守，造成不必要的浪费。
因此，预测边坡失稳的破坏时间、规模，以及危害程度，事先采取防治措施，减轻地质灾害，达到满足经济合理和安全可靠的双重目标，对高边坡病害特征的深入分析和对其治理工程方案的慎重选择显得尤为重要。
本科生毕业论文（设计）的编写是教学计划中必不可缺的重要组成部分，是培养、锻炼我们本科生综合能力的必备环节，是对我们所学基础知识和专业知识水平及能力的检验，提升我们掌握科学研究的方法和发现问题、分析问题、解决问题的能力，使我们能把书本理论知识应用于实际工作中。
通过这次毕业论文，同时对我们的动手动笔能力均得到很大的锻炼，对我们踏入社会去竞争，创造自信心，充分培养学生实践能力，创新能力和创业能力的奠定有极其重要的意义是一个理论联系实际的过程。
1.2发展现状
（1）边坡研究历史
边坡灾害防治的支护设计的结构类型丰富多样，其发展可大致分为以下几个阶段：
第一阶段（20世纪50年代以前），大量采用抗滑挡墙结合支撑锚杆，曾取得一定效果，但由于滑坡推力大，致使抗滑挡墙体积庞大、胸坡缓，墙基必须置于滑面以下一定深度，施工开挖对滑体稳定影响大。
第二阶段（20世纪60、70年代），在相应疏截滑带水的情况下，采用抗滑桩支挡，工程效果明显；国外多采用钢筋混凝土钻孔桩和钢桩，用群桩加承台共同受力。
国内采用矩形截面的钢筋混凝土挖孔桩（最大截面4m×7m，长达46米），抗滑桩因提供的抗力大，施工对滑体的扰动小、安全、见效快，在这一时期曾被广泛采用。
第三阶段（20世纪80年代以后），随着锚固技术的发展，在滑坡前缘使用群孔疏干前部岩土，预应力锚索在边坡加固中得到了广泛的应用，在工程实践中演化出了各种各样的结构形式，主要有：
①预应力锚索地墩或地梁；②预应力锚索抗滑挡墙；③预应力锚索抗滑桩；④预应力锚索抗滑桩板墙；⑤预应力锚索格构。
预应力锚索的应用大大地改善了抗滑结构的受力状态，降低了工程造价。
据不完全统计，在同样的条件下，锚索抗滑桩比普通抗滑桩节约投资30%左右。
（2）发展趋势
边坡稳定性问题的考虑是工程建设中必不可少的一块，传统的稳定性分析方法如瑞典圆弧法，不平衡传递系数法，简布法等依然是现在实际工程在分析边坡稳定性时主要运用的方法。
随着科学力量的进步，一些新的分析方法也在不断的出现，如用有限元法对边坡的岩土体在计算机上进行模拟，设置各种支护形式进行对比，以确定最有效的支护方案。
但是随着边坡形式的不断变化，人类的工程越来越大，边坡的高度不断增加，遇到的地质问题日益复杂，我们以后所面临的边坡加固及支护问题也会愈加复杂，对欠稳定的边坡的支护要求越来越高，采用综合防护必将是未来发展的趋势。
计算机程序在边坡领域内的模拟和计算的开发会更进一步的得到很好的利用。
GPS等高科技手段会更进一步将边坡工程动态化、信息化，是其更精确更快速。
因此边坡的稳定性分析方法将朝着更加新的理论、新的方法、新的技术迈进，更能将安全可靠和经济效益双目标结合在一起，更进一步的满足人类的需求。
1.3本设计内容
本文首先介绍了边坡的工程地质条件，而后岩质边坡支护设计，根据实际情况采用了两种支护方式：
第一，位于边坡顶部高度大概有3m的碎石土覆盖层部分，为了防止覆盖层的下滑，采用重力式挡土墙支护，设计进行了挡土墙抗滑移和抗倾覆稳定性验算、地基承载力验算、墙身抗剪强度验算和墙身抗压强度验算；第二，公路旁边坡主体0~16m高度是破碎、风化带，为了防止边坡出现滑动，同时避免坡面岩体崩落伤及路面行人，采用锚喷支护方式。
首先进行了稳定性分析，稳定性分析采用了圆弧滑动法，利用理正岩土软件采用简化bishop方法计算安全系数，确定边坡处于不稳定的状态，然后利用理正软件计算边坡剩余下滑力，为锚喷支护提供参数。
考虑到边坡的美观本文还并简单的介绍了马道绿化和边坡坡面绿化的绿化措施。
在边坡排水中，采用了排水沟和截水沟设计，计算了排水沟的设计流量和地表排水沟水力计算，设计了截面形状和面积。
河南理工大学本科毕业设计第二章工程概况
第二章工程概况
2.1工程概况
巴东县位于湖北省西南部，长江中上游两岸。
巴东县新县城到云沱段区间的运托连接线边坡，位于在建公路旁，该边坡东起一栋六层民房处，西止于黄家沟大桥桥头，总长216m，高度2~17m，坡度为50°~270°，边坡类型为岩质边坡。
由于组成边坡的岩体节理、裂隙极其发育，岩石风化程度较强，以及边坡开挖产生卸荷拉张裂隙，边坡大部分地段处于极限稳定状态，使得坡面岩块及碎块石土常发生坍塌，坠落现象，使得该路段通行危险性较大，这就严重影响了该路段的正常通行，边坡的支护治理工程迫在眉睫。
2.2工程地质资料
（1）地形、地貌
勘察边坡位于黄家沟东侧，黄家沟位于长江南岸，沟谷处坡脚约为50°，自南向北流入长江。
该短边颇为近期修建连接线公路时凿山生成，高度0~17m，边坡走向180°~270°，坡角50°~90°，边坡处于极限稳定状态，破面岩块及碎石土常有零星崩塌、坠落现象发生。
（2）岩土工程特征
边坡区地层结构简单，由上往下可分为以下几层：
坡积土（Q4el+dl）：
黄褐色，由粉质粘土夹碎石组成，碎石含量20%~30%，碎石棱角分明，粒径10~100mm，其成分主要为下浮泥质灰岩，灰岩风化残积物，厚度一般为1.5~3.0m。
该层土下部以棕黄色粉质粘土为主。
泥质灰岩（T2b3）：
青灰色、黄灰色，中厚—巨厚层状泥质灰岩。
单层厚度一般为0.2~1.0m。
岩体裂隙发育，多为层状结构，局部为块状结构。
本层总厚度达392m，按风化程度和构造成因不同，本次勘察将其分为强风化带、中风化带和断层破碎带。
在地质构造上属扬子淮地台次级构造单元，—上扬子台折带八面山弧形褶皱地带的东北端，其北部为大巴山台褶带，西部为四川坳陷，东部为江汉坳陷。
八面山弧形褶皱带，其结构线在南部为北东走向至北部逐渐转向东南走向。
该段边坡自桩号0+00~0+79m，岩层倾向为168°~190°，自1+03~2+13m段岩层倾向为330°~335°，从产状及野外观察综合分析，此段边坡为向倾，其轴面向南东方向倾斜，两翼倾角变化较大，属斜歪褶皱，其核部位于桩号0+79
~0+103m之间，该地段岩层裂隙较发育，岩体类型为Ⅲ类。
除向斜构造外，该段边坡桩号1+77~1+86段发育一个小规模断层F1，断面产状160°∠75°，属于逆断层，整个E-E'剖面总长达到了400m，破碎带裂隙密度大且不规则，岩体不完整，呈现镶嵌、碎裂结构，碎块间结合较差，岩体类型为Ⅲ类（E-E'部分地质剖面图见图2.1）。
图2.1工程地质剖面图（单位：
m）
节理裂隙：
根据现场调查统计资料，该段边坡发育的节理、裂隙主要为三组（见表2.1）。
从裂隙方向的光滑程度等判断，绝大部分节理为剪性，裂隙面平整或者略有起伏，多呈现闭合状，部分微张裂隙间由岩石碎屑和粘性土填充。
三组裂隙倾向与坡向相反或大角度相交，对边坡稳定性有利。
表2.1边坡节理裂隙表
倾向（°）
倾角（°）
平均间距（m）
第一组
160°~195°
70°~75°
0.7m~1.0m
第二组
0°~15°
60°~75°
1.5m~1.8m
第三组
70°~80°
51°~55°
1.6m
（3）地质资料
该边坡西侧与黄家沟相邻，黄家沟为季节性冲沟，沟谷下切较深，边坡区地表径流条件好，排水条件畅通，雨季时地表水流由南向北排入长江，边坡区地势较高，地下水埋深度大，故未见有地下水出露，边坡的坡面处于相对干燥状态，边坡提水文地质条件简单。
地下水对该边坡基本无影响。
巴东县处于亚热带气候区，具有空气湿润、雨量充沛、少冰雪、严寒等特点，多年平均气温17.5℃，七月份平均气温28.3℃，最高气温达41.4℃，一月平均气温5.9℃，最低气温﹣9.1℃。
相对湿度66%~81%，常年主导风向为东南。
多年平均降雨量为1082.74mm，最大年降雨量为1532.44mm（1954年），最小降雨量为625.2mm（1970）。
由于地处鄂西暴雨中心，降雨量有集中、强度大的特点，每年5—9月份为雨季，其降雨量占全年降雨量的80.4%，一小时最大降雨量75.98mm（1991.8.6），1月最大降雨量193.3mm（1982.7.5），七月最大降雨量237.5mm，特殊的气象条件是诱发各种地质灾害的重要原因。
（4）边坡等级的确定
边坡工程应该根据其破坏后可能产生的破坏后果（危及人的生命、造成经济损失、产生不良社会影响）的严重性、边坡类型和边坡高度等因素，按表2.2确定边坡工程安全等级。
根据《建筑边坡工程技术规范》（GB50330—2013）：
一个边坡工程的各段，可根据实际情况采用不同的安全等级；
对危害性极严重、环境地质条件复杂的边坡工程，其安全等级应根据工程情况适当提高；
很严重：
造成重大人员伤亡；严重：
可能造成人员伤亡或者财产损失；不严重：
可能造成财产损失。
破坏后果严重很严重的下列边坡工程，其安全等级应该定为一级：
有外倾软弱结构面控制的边坡工程；
工程滑坡地段的边坡工程；
边坡塌滑区有重要建（构）筑物的边坡工程。
该段边坡为近期修建公路时开挖形成的边坡，其坡高≤10m，段长115m，占总长的53.24%；介于10m和15m之间，段长38m，占总长的17.69%；高度为15~17m，段长为63m，占总长29.16%。
边坡体基本属于岩质边坡类型，破体下方为一般城市道路，破坏后果严重，根据表2.2综合确定此段边坡工程安全等级为二级。
（5）岩土力学参数
根据岩土体物理力学实验结果，结合巴东县类似地质条件边坡物理力学特性，综合确定边坡支护设计参数参考值（表2.3）
表2.2边坡工程安全等级
边坡类型
边坡高度H（m）
破坏后果
安全等级
岩
质
边
坡
岩体类型为
I类或II类
H≤30
很严重
一级
严重
二级
不严重
三级
岩体类型为
III类或IV类
15＜H≤30
很严重
一级
严重
二级
H≤15
很严重
一级
严重
二级
不严重
三级
土
质
边
坡
10＜H≤15
很严重
一级
严重
二级
H≤10
很严重
一级
严重
二级
不严重
三级
表2.3边坡支护工程设计参数一览表
岩
土
名
称
重度
（kN/m3）
变形
模量
E0
（Gpa）
泊松比
μ
单轴抗压强度
frc
（Mpa）
抗剪强度
岩石对挡墙基底摩察系数μ
岩土体锚固体粘结强度特征值frb
（kPa）
等效内摩擦角φ
（°）
C
（kPa）
Φ
（°）
碎石土
21.5
0.015
0
25
60
30
泥质
灰岩
强风
化带
26.0
4.5
0.37
60
32
250
50
中风
化带
26.5
8.0
0.35
21.7
110
35
0.60
400
60
断层破碎带
26.0
55
32
0.60
150
50
裂隙结构面
55
25
河南理工大学本科毕业设计第三章挡土墙设计
第三章挡土墙设计
3.1设计基本资料
挡土墙高度H≤5m，属于小型挡土墙，高度不大，断面较大，放置于边坡顶部，自重合适，可以维持墙体的稳定，计划用石料砌筑，设计浆砌块石重力式挡土墙，以防止覆盖层的滑落。
（1）安全系数的确定
依据《建筑边坡工程技术规范》（GB50330—2013）有如下规定。
抗滑移安全系数：
Fs=1.3；
抗倾覆安全系数：
Fh=1.6；
挡土墙地基承载力验算中，f根据《砌体结构设计规范》（GB50003—2011）,挡土墙应进行墙身强度验算，毛石砌体抗压强度设计值如表3.1，抗剪强度设计值如表3.2，
表3.1毛石砌体抗压强度设计值（摘录）（单位：
Mpa）
砌体强度等级
砂浆强度等级
MU30
M7.5
M5
M2.5
0
0.69
0.61
0.53
0.18
表3.2抗剪强度设计值（摘录）（单位：
Mpa）
砂浆强度等级
M5
M2.5
M1
M0.4
0.16
0.11
0.07
0.04
（2）设计工况及荷载
工况：
自重+饱和水；
设计荷载：
自重，土压力。
各种设计参数荷载绘制如下表格：
表3.3表各设计参数取值
土体饱和重度
γkN/m3
土体等效内摩察角φ（°）
挡土墙重度
γ0kN/m3
墙背与土体见摩擦角δ（°）
承载力特征值f
（kPa）
21.8
30
22
15
200
3.2挡土墙选型
挡土墙选型需要考虑墙顶、墙背形式、基础和填料等等内容。
考虑到施工的便利，采用直背式挡土墙，其坡面坡度采用1:
0.25；
挡土墙墙顶高度设计略大于人体肩宽，采用70cm墙顶宽；
挡土墙的稳定性和强度，在很大程度上取决于基础的稳定性和强度。
实际工程中，挡土墙的破坏很多情况下都是由于基础不良引起的。
由于挡土墙基底位于边坡顶部，为了减小基地应力和增加倾覆稳定性，采用扩大基础。
基础各尺寸见图3.1；
挡土墙后填料选择非常重要，填料要有利于减少主动土压力和就地取材。
在计算主动土压力时，内摩擦角φ大，有利于减少主动土压力，所以采用碎石土；
墙身排水孔见图3.1。
采用直径为5cm的圆形孔，泄水孔间距采用2.5m，泄水孔向外侧倾斜5%，为防止水分渗入地基，最下一排泄水孔的出水处的底部
将铺设厚度为0.5m的粘土隔水层，泄水孔的进口处将设置粗粒料的反滤层，以防止孔道堵塞。
图3.1挡土墙剖面图（单位：
mm）
3.3抗倾覆稳定性验算
（1）土压力采用库伦土压力计算，不考虑墙前被动土压力的影响。
Ea=12γH2Ka（3.1）
Ka=sin（α+β）sin2αsin2α+β-φ-δKqsinα+δsinα-δ+sinφ+δsinφ-β+2ηsinαcosφcosα+β-φ-δ-2Kqsinα+βsinφ-β+ηsinαcosφ×Kqsinα-δsinφ+δ+ηsinαcosφ（3.2）
Kq=1+2qsinαcosβγHsinα+β（3.3）
η=2cγH（3.4）
式中：
Ea——相应于荷载标准组合的主动土压力合力（kN/m）；
Ka——主动土压力系数；
H——挡土墙高度取，3.2m；
γ——土体重度，21.8kN/m3；
c——土的粘聚力，由于是碎石土，0kPa；
φ——土的内摩擦角，30°；
q——地表均布荷载标准值，为0；
δ——土对挡土墙墙背的摩擦角，可按表3.4取值，0.5φ=15°；
β——填土表面与水平面的夹角，20°；
α——支挡结构墙背与水平面的夹角，90°。
表3.4土对挡土墙背的摩擦角
挡土墙情况
摩擦角δ
墙背平滑，排水良好
（0.00~0.33）φ
墙背粗糙，排水良好
（0.33~0.50）φ
墙背很粗糙，排水良好
（0.50~0.67）φ
墙背与填土间不可能滑动
（0.67~1.00）φ
首先
Kq=1+2qsinαcosβγHsinα+β=1+2×0×sin90°cos20°21.8×
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