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[分享]边坡抗变形支护结构岩土荷载实用计算方法探讨

发表于2018-10-04     1022人浏览     1人跟帖    复制链接  只看楼主

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张琦0001


摘要 抗变形支护结构不仅仅用于变形对坡顶建(构)筑物基础有影响的边坡。为防范边坡发生明显的侧向拉裂变形,对有较大自稳高度、坡顶无建(构)筑物基础或侧向拉裂变形不影响坡顶建(构)筑物基础的边坡也需要进行抗变形支护。本文分析了当前边坡抗变形支护结构岩土荷载计算方法存在的问题,提出了静止岩土压力修正法。该方法在不降低实用性的条件下能弥补当前方法的不足。
0 引言
边坡变形对坡顶建(构)筑物基础有影响时需对边坡进行抗变形支护是不言而喻的。为防范边坡发生明显的侧向拉裂变形,对有较大自稳高度、坡顶无建筑物基础或侧向拉裂变形不影响坡顶建筑物基础的边坡也需要设置抗变形支护结构。
岩体完整性较高时,若无外倾结构面,高度为数十米的直立岩质边坡很难发生剪切破坏因而无需进行抗滑支护,但在进行边坡处理时,还是需要将坡率降到一个较小的水平或者进行支护。之所以如此,是因为完整性较好的岩质边坡较高较陡时,坡顶还可能会发生侧向拉裂变形,随着时间的增长,侧向拉裂变形会逐渐加大加深最后可能会发生倒塌,也就是说,边坡可能由侧向拉裂变形演变为破坏。由于勘察时切坡还未实施或还没有到位或到位时间还不长,拉裂还未发展甚至还未发生因而危岩还未形成,无法通过勘察期间的危岩稳定性分析评价来防范这类破坏。岩体完整、较完整或较破碎的陡立岩质边坡就是这类既可能无需进行抗滑支护或只需进行低强度的抗滑支护又可能发生明显侧向拉裂变形的边坡。对这类岩质边坡需要进行边坡变形控制。
坚硬、硬塑粘性土边坡也是如此。从抗滑稳定角度而言,这类边坡也有一定的自稳高度(工程上岩土体稳定的条件不是岩土体稳定系数不小于1而是岩土体稳定系数不小于安全系数,故直立边坡自稳高度应是无支护时直立边坡抗滑稳定系数不小于安全系数的最大高度)。但如果对高度不超过自稳高度的边坡不实施支护或对高度略大于自稳高度的边坡仅按抗滑稳定要求实施低强度的支护,这样的陡立边坡也会发生明显的侧向拉裂变形,同样给人不安全感,甚至引起垮塌。
边坡侧向拉裂变形是由应力释放造成的,如果减小应力释放量,使坡面应力依然为压应力或者让支护结构(如锚杆)来承担拉应力,就能避免侧向拉裂变形或减小侧向拉裂变形的危害,因此,当不能采取放坡措施时,为控制边坡变形,需要对边坡进行支护以施加约束。显然,相应支护结构是抗变形支护结构而不是抗失稳支护结构,相应岩土荷载是形变荷载而不是破坏荷载。
本文对边坡抗变形支护结构岩土荷载实用计算方法进行探讨。
1 当前的边坡抗变形支护结构岩土荷载计算方法
1.1 岩质边坡
目前,岩质边坡(包括永久的和临时的)抗变形支护结构岩石荷载计算方法【1】是:
1.坡顶无重要建(构)筑物时,分支护结构是否为预应力锚杆挡墙两种情况。
支护结构不是预应力锚杆挡墙时,取主动岩石压力。对坡面直立边坡以岩体等效内摩擦角为强度参数按土压力公式进行计算,岩体等效内摩擦角和破裂角按表1取值;对坡面倾斜边坡以岩体粘聚力和岩体内摩擦角为强度参数按下式进行计算:

式中,c为岩土体粘聚力,为岩土体内摩擦角,为坡角,为破裂角,h为边坡高度,为岩土体重度。
支护结构是预应力锚杆挡墙时,取支护结构不是预应力锚杆挡墙时的岩石荷载的1.1倍。
2.坡顶建(构)筑物基础外边缘到坡脚水平距离小于基底到坡脚垂直距离0.5倍时,分有无外倾结构面两种情况。
无外倾结构面时,采用以岩体强度参数算得的主动岩石压力乘以增大系数的方法计算,主动岩石压力增大系数根据(主要由岩体完整性、结构面结合程度和外倾结构面倾角决定的)边坡岩体类型取值(见表2)。主动岩石压力计算中的岩体等效内摩擦角按表1取值。
注:临时边坡取小值。
有外倾结构面时,计算由外倾结构面控制的岩石压力,将其乘以1.15的增大系数后与无外倾结构面时的形变荷载进行比较,取较大值。
1.2 土质边坡
目前,土质边坡(包括永久的和临时的)抗变形支护结构土体荷载计算方法【1】是:
1.坡顶无建(构)筑物时,分支护结构是否为锚杆挡墙或高度不小于5m的重力式挡墙两种情况。
支护结构不是锚杆挡墙也不是高度不小于5m的重力式挡墙时,不考虑抗变形支护(即仅考虑抗滑支护)。
支护结构是锚杆挡墙或是高度不小于5m的重力式挡墙时,需考虑抗变形支护,对预应力锚杆将主动土压力(包括由外倾结构面控制的土压力)乘以1.2~1.3的增大系数,对非预应力锚杆将主动土压力(包括由外倾结构面控制的土压力)乘以1.1~1.2的增大系数,重力式挡墙高度为5~8m时将主动土压力(包括由外倾结构面控制的土压力)乘以1.1的增大系数,重力式挡墙高度大于8m时将主动土压力(包括由外倾结构面控制的土压力)乘以1.2的增大系数。
2.坡有重要顶建(构)筑物时,分有无外倾结构面两种情况。
无外倾结构面时,对坡顶建(构)筑物基础外边缘到坡脚水平距离小于基底到坡脚垂直距离0.5倍的情形,取静止土压力;对坡顶建(构)筑物基础外边缘到坡脚水平距离不小于基底到坡脚垂直距离0.5倍而不大于基底到坡脚垂直距离1倍的情形,取静止土压力和主动岩石压力的平均值。
有外倾结构面时,计算由外倾结构面控制的土压力,将其乘以1.30的增大系数后与无外倾结构面时的形变荷载进行比较,取较大值。
需要指出的是,相关标准并没有明确提出抗变形支护结构的概念,但因坡顶有建(构)筑物基础、因重力式挡墙高度不小于5m和因采用锚杆挡墙而增大了岩土荷载或者采用静止土压力做岩土荷载的支护结构在事实上是抗变形支护结构,对能自稳的岩质边坡设置的、相应岩石荷载以岩体等效内摩擦角为强度参数进行计算的支护结构在事实上也是抗变形支护结构。
2 当前的边坡抗变形支护结构岩土荷载计算方法存在的问题
2.1 岩质边坡
当前的岩质边坡抗变形支护结构岩石荷载计算方法存在下列问题:
1.以受外倾结构面控制的主动岩石压力与增大系数的乘积做形变荷载有时未实现控制变形的目标。
控制边坡变形应先保证边坡稳定,若不能保证边坡稳定,则无法控制边坡变形。主动岩石压力概念建立在挡墙反力作用下岩体处于剪切极限平衡状态的基础上,只有抗滑不稳定(即抗滑稳定系数小于1)时才有大于0的主动岩石压力,抗滑基本稳定和欠稳定时主动岩石压力为0或为负值。当沿外倾结构面滑动的抗滑稳定系数不小于1而小于抗滑稳定安全系数时,受外倾结构面控制的主动岩石压力就为0或为负值【2】。此时,无论乘以多大的增大系数,受外倾结构面控制的主动岩石压力为0或为负值的情况均不改变,但实际上需要进行抗滑支护,也就是说,存在大于0的抗滑支护结构岩土荷载(笔者已提供抗滑支护结构岩土荷载计算方法即按抗滑稳定性计算公式反算法【2】)。当由岩体强度参数决定的主动岩石压力与增大系数的乘积小于应有的抗滑支护结构岩土荷载时,抗滑稳定的目标并没有实现。
2.以岩体等效内摩擦角为强度参数算得的主动岩石压力做形变荷载造成岩质边坡抗滑稳定性结论和变形破坏模式混乱。
主动岩石压力概念建立在挡墙反力作用下岩体处于剪切极限平衡状态的基础上,只有抗滑不稳定(即抗滑稳定系数小于1)时才有大于0的主动岩石压力,抗滑基本稳定和欠稳定时主动岩石压力为0或为负值【2】,而由岩体等效内摩擦角计算的主动岩石压力在任何情况下均大于0。这在概念上意味着岩质边坡在任何情况下抗滑不稳定。而事实上岩体完整性高且不受外倾结构面控制的非极软岩边坡很难发生滑动破坏,用岩体内摩擦角和岩体粘聚力进行抗滑稳定性计算的结果也表明其抗滑稳定性极高。因此,岩体等效内摩擦角与岩体内摩擦角和岩体粘聚力的作用远不等效,在形变荷载计算中采用岩体等效内摩擦角概念和主动岩石压力概念将造成岩质边坡抗滑稳定性结论和变形破坏模式的混乱。
3.以岩体等效内摩擦角为强度参数算得的主动岩石压力做形变荷载时形变荷载的影响因素选择不当。
在坡高和坡率相同情况下,岩质边坡抗变形支护结构岩土荷载取决于边坡岩体抗侧向变形能力。边坡岩体抗侧向变形能力主要取决于岩石坚硬程度和岩体完整程度:岩石越坚硬、岩体越完整,不仅岩体抗拉强度越大从而侧向拉裂变形越小,而且施工造成应力释放所占的比例越大,因此,岩石越坚硬、岩体越完整,需要抗变形支护结构承担的荷载越小。边坡岩体抗侧向变形能力也受结构面产状影响:当结构面陡倾时,与边坡走向接近平行的结构面比其他结构面更易因拉裂的发生和发展引起和加大侧向变形。因此,边坡岩体抗侧向变形能力应根据岩石坚硬程度、岩体完整程度和结构面产状(有无垂直坡向的陡倾结构面)进行分级,此项工作已经完成【3】。
表1和表2中的边坡岩体类别(主要由岩体完整性、结构面结合程度和外倾结构面倾角决定)不是边坡岩体抗侧向变形能力分级,故不能作为岩质边坡抗变形支护结构岩土荷载的影响因素。
4.坡面直立、坡顶水平时以岩体强度参数算得的库伦型主动岩石压力有三个结果。
(1)以岩体等效内摩擦角为强度参数按不含破裂角符号的库伦公式计算可获得一个主动岩石压力结果。
(2)因当前方法已给出不同情况的破裂角值(见表1)而这些值并不是库伦理论中的破裂角(如取墙背摩擦角为0,坡面直立、坡顶水平且无附加荷载情况下的理论破裂角均为),若以岩体等效内摩擦角为强度参数按含破裂角符号的库伦主动土压力公式(如有限范围填土主动土压力公式、沿外倾结构面滑动的主动岩石压力公式)计算,主动岩石压力必将是另一个结果。当墙背摩擦角取0时,因表1中的破裂角不是最危险的直线滑面倾角(除表1中破裂角取
外),故按表1中不取
的破裂角数据算得的主动岩石压力必然小于按取
的破裂角数据算得的主动岩石压力。
(3)当前方法对坡面倾斜边坡以岩体粘聚力和岩体内摩擦角为强度参数按(1)式和(2)式进行主动岩石压力计算,式中破裂角按(3)式进行计算。坡面直立是坡面倾斜的特例,对坡面倾斜边坡适用的公式对坡面直立边坡也适用。当前方法对坡面直立、坡顶为台阶式的边坡也以岩体粘聚力和岩体内摩擦角为强度参数按库伦型公式进行主动岩石压力计算。坡面直立、坡顶水平是坡顶为台阶式的特例,对坡面直立、坡顶为台阶式的边坡适用的公式对坡面直立、坡顶水平的边坡也适用。因岩体等效内摩擦角与岩体粘聚力和岩体内摩擦角远远不等效【4】,以岩体粘聚力和岩体内摩擦角为强度参数按库伦型公式计算出的主动岩石压力必然不同于以岩体等效内摩擦角为强度参数按库伦型公式计算出的主动岩石压力。除非岩石强度极低或岩体完整性极差,以岩体粘聚力和岩体内摩擦角为强度参数按库伦型公式计算出的主动岩石压力总是小于以岩体等效内摩擦角为强度参数按库伦型公式计算出的主动岩石压力,前者一般小于0,后者总是大于0。
5.以岩体粘聚力和岩体内摩擦角为强度参数算得的主动岩石压力做形变荷载一般未实现控制变形的目标。
前面已经指出,以岩体粘聚力和岩体内摩擦角为强度参数按库伦型公式计算出的直立岩质边坡主动岩石压力一般为负值,这意味着直立岩质边坡无需进行支护。但岩质边坡坡率允许值一般均小于1∶0.00,即直立岩质边坡坡率一般超过了允许值。这说明以岩体粘聚力和岩体内摩擦角为强度参数算得的主动岩石压力做形变荷载一般未实现控制变形的目标。
6.坡顶无重要建(构)筑物时分支护结构是否为预应力锚杆挡墙两种情况不恰当。
如果坡顶无重要建(构)筑物时岩质边坡抗变形支护结构岩土荷载计算需要区分支护结构是否为预应力锚杆挡墙,那么,坡顶有重要建(构)筑物时,岩质边坡抗变形支护结构岩土荷载计算也需要区分支护结构是否为预应力锚杆挡墙。
2.2 土质边坡
当前的土质边坡抗变形支护结构土体荷载计算方法存在下列问题:
1.以土体强度参数算得的主动土压力与增大系数的乘积做形变荷载有时未实现控制变形的目标。
控制边坡变形应先保证边坡稳定,若不能保证边坡稳定,则无法控制边坡变形。主动土压力概念建立在挡墙反力作用下土体处于剪切极限平衡状态的基础上,只有抗滑不稳定(即抗滑稳定系数小于1)时才有大于0的主动土压力,抗滑基本稳定和欠稳定时主动土压力为0或为负值。当抗滑稳定系数不小于1而小于抗滑稳定安全系数时,主动土压力就为0或为负值。此时,无论乘以多大的增大系数,主动土压力为0或为负值的情况均不改变,但实际上需要进行抗滑支护,也就是说,存在大于0的抗滑支护结构岩土荷载(笔者已提供抗滑支护结构岩土荷载计算方法即按抗滑稳定性计算公式反算法【2】)。当主动土压力与增大系数的乘积小于应有的抗滑支护结构岩土荷载时,抗滑稳定的目标并没有实现。
2.以主动土压力和静止土压力的平均值做形变荷载有时未实现控制变形的目标。
当边坡高度较小且土体粘聚力较大时,主动土压力为为负值。当为负值的主动土压力绝对值较大时,主动土压力和静止土压力的平均值过小,用其做形变荷载可能未实现控制变形的目标。
3.以受外倾结构面控制的主动土压力与增大系数的乘积做形变荷载有时未实现控制变形的目标。
控制边坡变形应先保证边坡稳定,若不能保证边坡稳定,则无法控制边坡变形。当沿外倾结构面滑动的抗滑稳定系数不小于1而小于抗滑稳定安全系数时,受外倾结构面控制的主动土压力就为0或为负值【2】。此时,无论乘以多大的增大系数,受外倾结构面控制的主动土压力为0或为负值的情况均不改变,但实际上需要进行抗滑支护,也就是说,存在大于0的抗滑支护结构岩土荷载(笔者已提供抗滑支护结构岩土荷载计算方法即按抗滑稳定性计算公式反算法【2】)。当静止土压力【对坡顶建(构)筑物基础外边缘到坡脚水平距离小于基底到坡脚垂直距离0.5倍的情形】或静止土压力与主动土压力的平均值【对坡顶建(构)筑物基础外边缘到坡脚水平距离不小于基底到坡脚垂直距离0.5倍而不大于基底到坡脚垂直距离1倍的情形】小于应有的抗滑支护结构岩土荷载时,抗滑稳定的目标并没有实现。
4.对坡顶无重要建(构)筑物且抗滑稳定的陡立边坡不考虑抗侧向拉裂变形支护不恰当。
当土体粘聚力较大时,一定高度的直立边坡抗滑稳定,因而无需抗滑支护。若不实施抗变形支护,这样的边坡也会发生明显的侧向拉裂变形,同样给人不安全感,甚至引起垮塌。这与坡顶无重要建(构)筑物且抗滑稳定的陡立岩质边坡需要进行抗侧向拉裂变形支护(按当前方法,抗侧向拉裂变形支护结构岩土荷载是采用以岩体等效内摩擦角为强度参数算得的主动岩石压力)是一个道理。
5.当坡顶无重要建(构)筑物且支护结构不是锚杆挡墙也不是高度不小于5m的重力式挡墙时不考虑抗变形支护不恰当。
如果因重力式挡墙变形约束小,对高度不小于5m的重力式挡墙需通过增大岩土荷载来控制变形,那么对高度不小于5m的悬臂式或扶壁式挡墙也需通过增大岩土荷载来控制变形。如果因锚杆挡墙变形约束大,对锚杆挡墙需通过增大岩土荷载来控制变形,那么,对锚拉桩也需通过增大岩土荷载来控制变形。如果对变形约束小和对变形约束大的支护结构均需通过增大岩土荷载来控制变形,那么,各种支护结构均需通过增大岩土荷载来控制变形。
6.对坡顶无重要建(构)筑物的重力式挡墙根据坡高不同取值范围取不同的岩土荷载增大系数不恰当。
对坡顶无重要建(构)筑物的重力式挡墙根据坡高不同取值范围取不同的岩土荷载增大系数这种做法造成岩土荷载随坡高变化间断,不随坡高连续变化:坡高4.99m和5m 时的岩土荷载相差约1.1倍,坡高8m和8.01m 时的岩土荷载也相差约1.1倍。
3 静止岩土压力修正法
当前的边坡抗变形支护结构岩土荷载计算方法存在的问题均与主动岩土压力有关,对岩质边坡还与边坡岩体分类有关。据此,建议采用静止岩土压力修正法确定边坡抗变形支护结构岩土荷载,其要点如下:
1.边坡抗变形支护分为抗侧向拉裂变形支护和抗地基侧向变形支护。
对坡率超过控裂坡率但坡顶无房屋且无其他对变形敏感建筑物(或坡顶有房屋或有其他对变形敏感建筑物,但基础外边缘与坡脚连线斜率小于1:0.50)的岩质边坡和坡率超过控裂坡率但坡顶无房屋且无其他对变形敏感建筑物(或坡顶有房屋或有其他对变形敏感建筑物,但基础外边缘与坡脚连线斜率小于1:1.00)的坚硬、硬塑粘性土边坡,无论稳定性是否满足要求,均进行抗侧向拉裂变形支护结构岩土荷载计算。
对坡顶有房屋或有其它对变形敏感建筑物且其基底外边缘与坡脚连线斜率大于或等于1:0.50的岩质边坡或其基底外边缘与坡脚连线斜率大于或等于1:1.00的土质边坡,无论稳定性是否满足要求,均进行抗地基侧向变形支护结构岩土荷载计算。
2.边坡抗侧向拉裂变形支护结构岩土荷载计算分坡面直立和坡面倾斜两种情况。
坡面直立时,边坡抗侧向拉裂变形支护结构岩土荷载按下式计算:

式中:
—边坡抗变形支护结构岩土荷载(kN/m);
—岩土体重度(kN/m3);h—边坡高度(m);q—坡顶均布连续荷载(m);坡顶有局部荷载、坡顶倾斜或为台阶式时,换算为坡顶均布连续荷载;
—形变压力系数,对岩质边坡根据边坡岩体类别按表3取值,对土质边坡,坚硬土取0.66
,硬塑土取0.64
为土体侧压力系数,临时边坡取较小值)。
注:临时边坡取小值附近的值。
坡面倾斜时,边坡抗侧向拉裂变形支护结构岩土荷载取坡面直立时的计算结果与坡率影响系数的乘积,坡率影响系数按下式计算:
注:1 本表不适用于由特殊性岩石组成的边坡;
2 临时边坡取大值附近的值。
注:1 本表不适用于由特殊性土组成的边坡;
2 临时边坡取大值附近的值。
3.抗地基侧向变形支护结构岩土荷载计算分坡面直立和坡面倾斜两种情况。
坡面直立时,抗地基侧向变形支护结构岩土荷载按(5)式计算,但式中形变压力系数,对岩质边坡乘以形变压力增大系数根据边坡岩体类别按表6取值),对土质边坡按表7取值。

注:坡顶建筑物对边坡变形控制要求较高时取较高值。

坡面倾斜时,抗地基侧向变形支护结构岩土荷载取坡面直立时计算结果与坡率影响系数的乘积,坡率影响系数按(6)式计算,但式中变形控制界面斜率,对岩质边坡,取1:0.50与控裂坡率两者的较小值;对坚硬、硬塑粘性土边坡,取1:1.00与控裂坡率两者的较小值,对其它土质边坡,取1:1.00。

4.边坡岩体类别按边坡抗侧向变形能力划分(表8)。

注:1 平行边坡走向的陡倾结构面系指其走向与边坡走向夹角不大于30°、外倾时倾角不小于60°、内倾时倾角不小于70°的结构面;
2 岩石在边坡工程运行期处于水下或水位变动带时,划分岩石坚硬程度所用单轴抗压强度标准值取饱和值,其它情况取天然值;
3 强风化岩体为Ⅳ类;
4 对坚硬程度不同的岩石互层的边坡,先划分各层的边坡岩体类型,再根据各层相对厚度和位置综合确定。
5.抗变形支护结构带有锚杆时,锚固段从变形控制界面起算。
对抗侧向拉裂变形支护结构,变形控制界面斜率取控裂斜率,岩质边坡控裂坡率根据坡高和边坡岩体类型按表4取值,坚硬、硬塑粘性土边坡控裂坡率根据坡高和土体状态按表5取值。
对抗地基侧向变形支护结构,变形控制界面斜率,对岩质边坡取1:0.50与控裂坡率两者的较小值,对土质边坡取1:1.00与控裂坡率两者的较小值。
6.将抗变形支护置于边坡和边坡地基均稳定的前提下。为此,将边坡支护分为抗失稳支护和抗变形支护,对稳定性不满足要求的边坡需采用按稳定性计算公式反算法【2】进行抗失稳支护结构岩土荷载计算,对充当建(构)筑物地基的边坡,还以该岩土荷载的反力做支护力进行边坡地基承载力验算。
当边坡地基承载力不满足要求时,还应采用按稳定性计算公式反算法【2】进行抗边坡地基失稳支护结构岩土荷载计算,计算时,对土质地基,基底压力应乘以2(当基底面积乘以允许应力法设计时)或2附近的值(当基底面积乘以单一安全系数法设计时),对岩质地基,基底压力应乘以3(当基底面积乘以允许应力法设计时)或3附近的值(当基底面积乘以单一安全系数法设计时),而边坡抗滑稳定安全系数均取1,且除特定结构面充当滑面外,滑面应从基底内边缘通过【6】。
边坡抗失稳支护结构应既能承担抗边坡失稳支护结构岩土荷载,又能承担抗边坡地基失稳支护结构岩土荷载。
边坡支护结构应既能承担抗失稳支护结构岩土荷载,又能承担抗变形支护结构岩土荷载。采用分项系数法设计时,采用按稳定性公式反算法算得的抗失稳支护结构岩土荷载不乘荷载分项系数,采用静止岩土压力修正法算得的抗变形支护结构岩土荷载需乘荷载分项系数1.35;采用单一安全系数法设计时,采用静止岩土压力修正法算得的抗变形支护结构安全系数需明显大于采用按稳定性计算公式反算法算得的抗失稳支护结构安全系数。
4 静止岩土压力修正法与当前方法的比较
4.1 静止岩土压力修正法与当前方法的相同或类似之处
1.无论是对岩质边坡还是对土质边坡,坡顶建(构)筑物基础外边缘到坡脚的水平距离与基底到坡脚垂直距离之比
的分段均与当前方法相同。
2.直立岩质边坡抗变形(包括抗侧向拉裂变形和抗地基侧向变形)支护结构岩石荷载计算公式虽是静止岩石压力修正式,但结果与当前以岩体等效内摩擦角为强度参数进行计算的方法相当,因为:岩体形变压力系数取值表(表3)各栏上下限取当前方法中的以表1所列岩体等效内摩擦角为强度参数计算的主动岩石压力系数上下限即
,是当前方法中的用岩体等效内摩擦角计算的直立岩质边坡主动岩石压力系数】;岩体形变压力增大系数取值表(表6)与当前方法中的主动岩石压力修正系数取值表(表2)相同即:
3.对坡顶建筑物基础外边缘与坡脚连线斜率大于或等于1:0.5的直立土质边坡,因静止土压力修正系数取1,故计算方法与当前方法相同。
4.在土体无粘性且无外倾结构面的情况下,直立边坡静止土压力大约是主动土压力的1.2~1.4倍或者说主动土压力大约是静止土压力的0.71~0.83倍,静止土压力和主动土压力的平均值大约是静止土压力的0.85~0.92倍。因此,从表7可以看出,对坡顶建筑物基础外边缘与坡脚连线斜率1:0.5>>1:1的直立土质边坡,计算结果与当前方法(静止土压力和主动土压力的平均值)相当。
4.2 静止岩土压力修正法与当前方法的不同之处
1.对岩质边坡和土质边坡,对坡顶建(构)筑物基础的不同位置,静止岩土压力修正法的边坡抗变形支护结构岩土荷载计算采用统一的公式(均是静止岩土压力与修正系数的乘积),只是不同情况(包括是岩质边坡还是土质边坡、是永久边坡工程还是临时边坡工程、坡顶建(构)筑物基础的不同位置)下修正系数取值不同。静止岩土压力修正法不涉及主动岩土压力的计算。
2.静止岩土压力修正系数不区分支护结构类型和坡高。
3.对岩质边坡,修正系数不受控于主要由岩体完整性、结构面结合程度和外倾结构面倾角决定的边坡岩体类型而受控于由岩石坚硬程度和岩体完整性以及结构面产状(有无与边坡走向平行的陡倾结构面)决定的边坡岩体抗侧向变形能力分级。
4.对坡顶无重要建(构)筑物但坡率超过控裂坡率的边坡(包括岩质边坡和坚硬、硬塑粘性土边坡),无论是否抗滑稳定,均进行抗侧向拉裂变形支护结构岩土荷载计算。
5.明确区分抗失稳支护和抗变形支护,要求边坡支护结构能承担抗失稳支护结构岩土荷载和抗变形支护结构岩土荷载这两类岩土荷载。因边坡抗滑稳定安全系数取值较大,由按抗滑稳定性计算公式反算法算得的抗滑支护结构岩土荷载明显大于相应主动岩土压力,对其不乘增大系数。
由此可知,静止岩土压力修正法在不降低实用性的条件下弥补了当前方法的不足。
6 结论 
1.为防范边坡发生明显的侧向拉裂变形,对有较大自稳高度、侧向拉裂变形不明显影响坡顶建筑物基础的边坡也需要进行支护。相应支护结构同侧向变形明显影响坡顶建筑物基础的边坡支护结构一样是抗变形支护结构,相应支护结构岩土荷载是形变荷载。
2.当前的岩质边坡抗变形支护结构岩石荷载计算方法存在下列问题:(1)以受外倾结构面控制的主动岩石压力与增大系数的乘积做形变荷载有时未实现控制变形的目标;(2)以岩体等效内摩擦角为强度参数算得的主动岩石压力做形变荷载造成岩质边坡抗滑稳定性结论和变形破坏模式混乱;(3)以岩体等效内摩擦角为强度参数算得的主动岩石压力做形变荷载时形变荷载的影响因素选择不当;(4)坡面直立、坡顶水平时以岩体强度参数算得的库伦型主动岩石压力有三个结果;(5)以岩体粘聚力和岩体内摩擦角为强度参数算得的主动岩石压力做形变荷载一般未实现控制变形的目标;(6)坡顶无重要建(构)筑物时分支护结构是否为预应力锚杆挡墙两种情况不恰当。
3.当前的土质边坡抗变形支护结构土体荷载计算方法存在下列问题:(1)以主动土压力与增大系数的乘积做形变荷载有时未实现控制变形的目标;(2)以主动土压力和静止土压力的平均值做形变荷载有时未实现控制变形的目标;(3)以受外倾结构面控制的主动土压力与增大系数的乘积做形变荷载有时未实现控制变形的目标;(4)对坡顶无重要建(构)筑物且抗滑稳定的陡立边坡不考虑抗侧向拉裂变形支护不恰当;(5)当坡顶无重要建(构)筑物且支护结构不是锚杆挡墙也不是高度不小于5m的重力式挡墙时不考虑抗变形支护不恰当;(6)对坡顶无重要建(构)筑物的重力式挡墙根据坡高不同取值范围取不同的岩土荷载增大系数不恰当。
4.本文提出边坡抗变形支护结构岩土荷载计算方法——静止岩土压力修正法。对直立岩质边坡,据此计算的结果与当前以岩体等效内摩擦角为强度参数进行计算的方法相当;对直立土质边坡,在土体无粘性且无外倾结构面的情况下,据此计算的结果也与当前方法相当。但这种方法在不降低实用性的条件下弥补了当前方法的不足。
5.除岩土体粘聚力极低的边坡外,边坡支护结构岩土荷载计算应包括抗失稳支护结构岩土荷载计算和抗变形支护结构岩土荷载计算,边坡支护结构应同时满足抗失稳和抗变形要求。
来源:方玉树(原创)中国岩土网
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 发表于2018-10-04  | 只看该作者      

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抗变形支护结构不仅仅用于变形对坡顶建(构)筑物基础有影响的边坡。为防范边坡发生明显的侧向拉裂变形,对有较大自稳高度、坡顶无建(构)筑物基础或侧向拉裂变形不影响坡顶建(构)筑物基础的边坡也需要进行抗变形支护。

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