第１２卷 第ｚ１期 ２０１２住 Ｖｏ１．１２ Ｍａｙ Ｎｏ．Ｚ１ ２０１２ ５月 瑞典条分法在类土质边坡的稳定性分析及应用 李政钧，吕增淼，饶绍平 （浙江省第七地质大队，浙江而水３２３０００） 摘要：根据类土质边坡继承或部分继承了原岩体的结构面，表现出异于均质土坡或岩质边坡的特性，分析了其可 能的破坏模型，并对破坏模型间的联系进行简单分析，确定采用瑞典条分法能满足类土质边坡稳定性评价的要求， 并通过实践工程实例，对瑞典条分法在类土质边坡稳定性分析过程中遇多条滑动面的情况进行分析，提出合理的解 决办法。 关键词：类土质边坡；稳定性；瑞典条分法；圆弧滑动 中图分类号：ＴＵ４３ 引言 Ｆ文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—７９７３（２０１２）ＯＺ１—０１９７—０３ 一、类土质边坡是指：“由花岗岩、熔岩等火山岩或其它岩土 体风化而成的具有岩土体特征的土质或破碎岩土体物质组成 ：—ｉ ｃｏｓａ＂ｉｔａｎ６ｐｉ）］Ｒ ［Ｅｃｉｌ，＋Ｅ（ｙｉｂｉｈ—（１） （ 式中： 、 ６ ｈ ｓｉｎｏｔ￣）Ｒ 分别为第 土条的粘聚 为圆弧半径， 的边坡…，包括残坡积土质边坡、碎石土质边坡、全风化和 强风化软岩边坡等”，这类边坡继承或部分继承了原岩体的结 构面，表现出异于均质土坡或岩质边坡的特性ｌ２１。分析发现， 这类边坡破坏既不受层面或结构面控制，也不沿固有圆弧面 滑动，其破坏面与边坡走向行，即破坏后主滑方向与边 坡走向垂直。除岩质边坡外，工程中类土质边坡分析时，按 Ｙｉ、ｂ 、ｈ 、 力、弧长、重度、条宽、条高、内摩擦角， 为第 土条度面中心的法线（过圆心）与过圆心Ｏ的铅直 线问的夹角，公式适用于多层非均质土（类土质边坡），分条 的宽度越小，计算精度越高。经验表明，条宽不大时，在边 坡稳定分析中，忽略条间力的作用对计算结果的影响不显著。 该法应用的时间很长，积累了丰富的工程经验。该法与简化 Ｂｉｓｈｏｐ法、Ｊａｎｂｕ法相比，得到的安全系数偏低（较保守）， 圆弧滑动法对稳定性进行判断，确定类土质边坡滑动面并加 应用。 二、类土质边坡破坏模型及稳定性分析方法 １．圆弧滑动模型 但计算简便，故目前仍然是工程上常用的方法。 ２．简单平面滑动模型 圆弧滑模型多发生在类土质边坡、均质边坡中，以粘性 土为主的残坡积边坡、以全风化为主的边坡等属这一类。根 简单平面滑动模型多发生在砂性土质边坡中，如花岗片 麻岩类，其特点是岩土体粘聚力很小，甚至为零。坡体由均 质岩土体组成且无粘聚力，无地下水影响时（图２（Ａ）），式 据大量的观测表明，此类破裂面多呈近似的圆弧状，根据土 体极限平衡理论，可以导出类土质边坡的滑动面为对数螺线 曲面，形状近似于圆柱面。在工程实践中常假定滑动面为圆 （１）可简化成式（２）： 弧面，可采用瑞典条分法（或费伦纽斯法）【３Ｊ、简化Ｂｉｓｈｏｐ 法、Ｊａｎｂｕ法等，其中瑞典条分法是极限平衡方法中最早而 又最简单的方法，即将滑动坡体竖向分成若干土条（图Ｉ）， 各土条当成刚塑体，分别求作用于各土条上的力对圆心的滑 （Ａ） 无渗流时 （Ｂ） 有渗流时 动力矩和抗滑力矩，然后求边坡的稳定安全系数，见式（１）。 图２无粘性土质边坡稳定性分析图 Ｆｔａｎｆａ ：—（２） 。ｔａｎ ８ 此类边坡稳定性受坡角、岩土体内摩擦角控制，而受边 坡高度影响很小，当 ＞ 时，可初步判定边坡稳定。边坡开 挖过程中遇水位骤降或强降雨，坡体除受岩土体重力作用外， 还受渗透水流作用，促使下滑力增大，抗滑力减少，分析过 程如下：沿渗流方向渗透力为 ＝ｉ・ 图１ 圆弧条分法分析图 由 对单元体产生 的下滑力和法向分力分别为ｉｙ ｃｏｓ（ｌ一 ）和ｉｆｙ ｓｉｎ（ｌ一 ），ｆ 收稿日期：２０１２—０３—１１ 作者简介：李政钧（１９７８一），男，浙江省第七地质大队工程师。 吕增淼（１９６４一），男，浙江省第七地质大队工程师。 饶绍平（１９７８一），男，浙江省第七地质大队工程师。 １９８ 中国水运 第１２卷 式中 为渗透水力坡度， 为水的容重，０为渗流方向与水 本文结合青田县高湾小区性住房（二期）工程北东侧 边坡勘察项目，利用瑞典条分法对边坡稳定性进行分析、评价。 拟开挖边坡场地北东侧为山体，地形坡度３０￣４０。。边 坡后缘植被发育一般，相对坡脚高３．０￣３４．Ｏｍ，局部已开挖， 坡度约６０。，局部近直立，部分边坡呈台阶状，高 ２．６０－Ｉ５．８０ｍ，宽２．０—１０．Ｏｍ。场地切坡后含碎石粘土及 平面夹角（图２（Ｂ）），将上述内容代入式（２）可得： Ｆ：—［ｙ＇ｃｏｓ／３－ｉｙｗ ｓｉｎ（ｌ－０）ｆ］ｔａｎ｛０ —（３） ｓｉｎ ＋ｉｒ￣ｃｏｓ（ｌ一目）ｆ 当渗流方向为顺坡时， 式为： ＝ ，ｉ＝ｓｉｎ ，则Ｆ表达 ： ！ ！ ！ ： ：—ｔａｎ—（ｐ． （４） ｙ ｓｉｎ／３＋ｙ￣ｓｉｎｐ ４－Ｙｗ）ｔａｎｆｌ ｔａｎｆｌ ｙ ｓ ｔ 式中： ’为岩土体有效重度， １，说明渗流方向 ２ 为顺坡时，与干燥状态边坡相比，安全系数为降低为原来一 半。 当渗流方向水平逸出坡面时，０＝０， ＝ｔａｎｆｌ，则 表 达式为： ｔａｎ 塑（５） ｔａｎ ８ ｙ 式中： 二 兰！ ‘ １，说明渗流方向为顺坡时，与干 ｙ ￡ 燥状态边坡相比，安全系数为降低为原来一半多。 根据式（４）、（５）两式分析，有渗流情况砂土类边坡当 时，才能保持基本稳定，故边坡中不稳定岩土体及其 ２ 影响范围，需采用排水措施将水体及时排走，保证边坡稳定。 ３．类土质边坡的破坏机制分析 类岩土体边坡受过不同程度地质构造作用，形成大小等、 方向各异的结构面，经长期风化作用形成的类土质边坡，视 风化强弱不同，继承或局部继承上述结构面，边坡开挖后坡 脚凌空，应力重新分布，使岩土体原有闭合或微张裂隙拉张， 新裂隙产生，裂隙遇雨水侵入后使岩土体强度降低，受水体 （静水压力、动水压力及浮力）及自酋作用，或以圆弧形破 坏、或简单平面形破坏失稳产生崩塌、滑坡。 当岩土体粘聚力为零时，为简单平面滑动破坏模型，可 根据式（４）、式（５）评价其稳定性；当粘聚力不为零时， 可根据式（１）评价其稳定性。根据上述圆弧滑动模型及简单 平面滑动模型分析可知，简单平面滑动模型实际上是圆弧滑 动模型的特例（图３），可应用于类土质边坡及均质边坡。 Ｏ卜＼ ：、、、、 、、～ 图３边坡滑动类型分析图 三、工程实例应用 各风化花岗岩出露，形成３．０－３Ｉ．Ｏｍ高边坡。根据勘察报 告提供数据，拟开挖边坡影响范围岩土层参数如下表１。 表１ 边坡各土层物理力学性能指标表 场地边坡长约３３０ｍ，根据边坡高度、出露岩土层，将 拟开挖边坡分成ＡＢ、ＢＣ、ＣＤ、ＤＥ四段，根据坡脚距拟建 安置房间距，空许放坡坡率１：０．３０—１：１．００（７３－４５。）， 局部须分级放坡。以ＤＥ段边坡ｉ—Ｉ’剖面为例，进行计算 如表２。 表２ ＡＢ段边坡卜１’剖面稳定性计算一览表 根据文献分析，安全系数小于１．００的属不稳定状态，介 于１．００￣１．０５间属塑性带（图４），岩土体易沿该带滑动， 介于Ｉ．０５一Ｉ．２５（１．３０视边坡重要性等级确定）属基本稳定 状态。计算结果边坡稳定性评价取最小值，治理设计取 １．０５－１．１５间圆弧半径最大滑动面，取Ｆ。＝１．００按ｃ值反算 值，或按 值反算ｃ值，再根据反算确定的ｃ值、 值计 算边坡剩余下滑力，并进行防护设计。 剖面稳定性分析图 （下转第２００页） ２Ｏ０ 中国水运 第１２卷 后再缓慢加压钻进，若经过往返几次操作后钻机仍不能正常 浆回路是否通畅。破开时实际压力在２－５Ｍｐａ之间。 ４．注浆液制备 工作，则需拆除钻具，查明原因并处理完毕后再恢复施工。 钻进过程中随时捞取钻渣，判断地层并检验泥浆指标， 根据地层变化情况，采用不同钻速、钻压，适时调整泥浆性 能。 注浆液由普通硅酸盐水泥、膨润土、水、减水剂组成．通 过试验确定配合比；比重１７－１８ＫＮ／ｍ。，水灰比０．５－０．７； ７ｄ最小抗压强度＞５ＭＰａ，２８ｄ抗压强度＞Ｃ ；初凝时间 ２￣３ｈ，终凝时间＞７ｈ，粘度为７￣９ｓ，可添加适当缓凝剂。 在砂层中钻进时，及时开启泥浆分离器，降低含砂率， 保证钻进速度和孔壁的稳定。 （４）钻孔中垂直度的控制措施 浆液要求流动性好，泌水小。浆液制备后应放置５分钟后使用， 以消除浆液中的空气；如浆液搁置时间超过初凝时间，则废 弃不用。浆液应按每个循环使用量配置备用，使用前浆液需 经过过滤，防止杂物堵塞压浆孔。 ５．注浆 钻头上部带导正器钻进，浅孔时导正器适当配重，钻机 上部的主吊钩要始终承受部分钻具的重力，使钻杆呈铅锤态 旋转。 钻头导向腰带加宽至２００ｍｍ，使钻头不易挤入土层中， 真正起到导正作用。 钻头通水性能要好，防止钻头包泥而扩大，发现长时间 无进尺要提钻检查。 混凝土龄期达到１ ４ｄ，对桩基进行超声波检测后可开始 进行桩底注浆。方案原计划将注浆分两个阶段进行（间歇时 间不得超过４ｈ），每个阶段依次完成三个回路的管道注浆； 第一阶段注浆后，要用水清洗回路以免堵塞，之后准备第二 阶段注浆。但因本工程注浆采用双控，以注浆量为主，注浆 压力为辅，且实际施工时，浆液压入顺畅，压力稳定无异常 波动，故采取了一次注浆完成的工艺；其中直径１．８ｍ桩注 入水泥３．５ｔ，直径１．２ｍ桩注入水泥３．０ｔ，每个回路各注入 约三分之一。注浆终止时压力均在５Ｍｐａ￣６Ｍｐａ之间（设计 为７Ｍｐａ），之后持荷１０ｍｉｎ，若压力稳定则关闭阀门，完 成压浆。 在淤泥层、粘土层中钻进时，钻速应每小时不超过３ｍ。 每加２节钻杆，检查一次钻机水平度和钻杆垂直度情况， 合格后继续钻进。 成孔后，采用超声波探测仪进行孔径、孔深、垂直度等 各方面的检查，合格后方可进行下道工序施工。 三、钻子Ｌ灌注桩桩底注浆施工工艺 １．管路布置 每根钻孔灌注桩设计有３根￣ｐ６０ｍｍ声测管和３根 ２５ｍｍ注浆管，一根声测管与一根注浆管通过ｕ型钢管焊接 连接，共形成３个回路；Ｕ型钢管底段紧贴桩底且该段沿管 五、结语 （１）导向架是保证护筒埋设垂直度的关键设备，为钻孔 桩成孔垂直度的控制提供了前提保证；钻孔平台固定及水平 度控制、钻进压力及速度是保证成孔垂直度的重要技术措施。 身均布１８个直径为６ｍｍ的小孔形成花管，花管段外套 ０．１ ５ｃｍ厚度的橡胶管，两端用铁丝扎紧，再用胶带缠绕封 闭，防止浆液漏入从而堵塞注浆管路。 ２．注浆设备 （２）桩端后注浆能胶结固化桩底沉渣、桩周土体，消除 了降低普通钻孔灌注桩承载力的诸多因素，改善了桩的承载 性能，而且实用价值较高，经济效益和社会效益都十分显著。 因此，桩端后注浆施工技术在工程领域得到了广泛的应用。 参考文献 『１１ ＪＴＧ／Ｔ Ｆ５Ｏ一２ｆ）１ １，公路桥涵施工技术规范『ｓ１． 【２】ｃｌＪ ２—２０Ｏ８，城市桥梁工程施工与质量验收规范ｌＳ１． ３ＳＮＳ型往复式三柱活塞注浆泵，ＺＪ一４００型涡流制浆 机，薄钢板所制ｌｍｘ ｌｍＸ ｌｍ储浆箱、压力表、浆液分配 器、溢流安全阀、球形阀、水泵。 ３．注浆准备工作 桩身混凝土灌注后２４ｈ内开始压水，目的是将花管外包 裹的橡胶管在其外砼未凝固时压破、打通管路，同时检查注 【３】李恒太．复杂地质条件下钻孔灌注桩钻孔技术研究【『１．工 程质量．２０１２，（０１）：２３－２５． （上接第１９８页） 由表２数据知，该剖面圆弧法计算结果为多条滑动面， 边坡安全系数Ｆ。介于０．９６２￣１．２２２之间。作为边坡稳定性 行判断、取舍。 本文仅从瑞典条分法对边坡稳定性进行简单分析、评价， 未结合岩土体结构面对边坡稳定性影响方面考虑，是此文的 评价取小值，则１—１’剖面安全系数取Ｆ。＝０，９６２，同理计算 可得ＢＣ段边坡安全系数取Ｆ。＝０，９２５，ＣＤ段边坡安全系数 不足之处，在以后实践中学习、改进。 参考文献 【１］赵晓彦，胡厚田等．类土质边坡开挖的卸荷作用及卸荷带 宽度的确定 岩土力土与工程学报，２００５，２４（４）． 【２】潘健，蔡红超．类土质边坡的稳定性分析卟汕头大学学 报（自然科学版），２００９，２４（３）． 取Ｆ ＝１．１６９，ＤＥ段边坡安全系数取Ｆ ＝１．１９５，边坡开挖 后处于临界一基本稳定状态。根据该边坡开挖后稳定性，采用 锚喷防护，目前施工已经结束，取得了良好的防护效果。 四、结语 类土质边坡破坏模式与均质土质边坡类似，可采用瑞典 ［３】杨剑，蒋国勇，王新军．瑞典条分法与毕肖普法在土质边 坡稳定分析中的应用和研究Ⅲ．盐城工学院学报（自然科 学版），２００５，１８（２ 条分法对进行稳定性评价。工程实例分析表明，瑞典条分法 计算结果遇多条圆弧滑动面情况，需结合工程特点对滑面进
