DL T 5353 2006 水电水利工程边坡设计规范5

 

附录F

（规范性附录）

持久与短暂设计状况水荷载估算方法

F.1  持久设计状况：无雨时，按实测雨季最高地下水位作为基准

值或初始值，边坡设计的水荷载参见图F.l。

图E1  降雨在边坡内产生最不利哲态水压力分布示意圈

F.1.1 水荷载的初始值应按地下水位产生的静水压力乘以折减

系数β,该值根据不同情况在不大于l范围内选择。有条件时可

在同一钻孔不同高程埋设渗压计，按实测水压或水位求得β值：

也可进行初始渗压场分析求取β值。即静水压力按示意图中△BCD

计算。

    在有顺坡向卸荷裂隙发育而雨水不易排走时，降雨暂态水压

力可按β=l取值，即按示意图△BCD计算。

F.1.2当坡内在地下水位以下深度为ho处有排水措拖时，认为该

处静水压力为0，其上部作用的静水压力按示意图中△BCD计算，

即：以深度为(2/3) ho处为界，其上方静水压力按正的直角三角

形分布，其下方静水压力按倒的直角三角形分布。

F.2短暂设计状况：降雨时，临时地下水位高出地下水位△h，其

以下各深度静水压力均按叠加一增量βγ△h计算。

F.2.1无排水措施时，按示意图中△ACG计算。

F.2.2当坡内在地下水位以下深度为ho处有排水措施时，认为该

处静水压力为0，作用的静水压力按示意图中△ACG计算，印：以

深度为(2/3) ho处为界，其上方静水压力按正的直角三角形分布，

其下方静水压力按倒的直角三角形分布。

F.2.3对南方多雨地区，或气象记录有连续大雨5h以上，且地

面未设防渗层时，地下水位可升至地面。对北方干旱地区，或地

面加设防渗层，地下水面应适当低于地面。

F.3  当地下排水设施不能有效排水时，该深度静水压力应大于

O，可根据分析判断设定。

    附录G

  （资料性附录）

边坡岩土体的力学参数

G.1岩质边坡抗剪（断）强度参数取值

G.l.l  边坡岩体抗剪断强度。

G.l.l.l具有整体块状结构、层状结构的硬质岩体，呈脆性破坏

时，采用峰值强度参数概率分布的0.2分位值、或小值平均值、

或优定斜率法的下限值作为标准值。

1.1.2具有无充填、闭合的镶嵌碎裂结构、碎裂结构及隐微裂

隙发育岩体，呈塑性破坏或弹塑性破坏时，采用屈服强度的平均

值作为标准值。

G．1.1.3无特定控制性结构面的各向同性节理岩体的抗剪强度，

可以采用霍克一布朗岩体破坏准则和GSI或RMR系统，结合岩

体质量分级和试验成果确定。该方法见附录H。

G.l.2规划、预可行性研究阶段，当边坡岩体力学参数试验资料

不足时，可结合边坡地质条件，根据表Gl进行折减选择地质建

议值或设计采用值（转摘GB 50287附录D.0.3条）。

 

表G．1边坡参照使用的岩体力学参数

岩体 分类	j巨凝土与岩体		岩体		变形模量
	f'	c'     MPa	f'	c'     MPa	Eo     GPa
I	1 50≥f'>1.30	1.50≥c'>1.30	11.60≥f'>l.40	2.50≥c'>2.00	E> 20.0
l	1.30≥f'>l.10	1.30≥c'>l.10	1.40≥f'>1.20	2.OO≥c'>1.50	20.O≥Eo>10.0
III	1.10≥f'>0.90	l.10≥c'>0.70	1.20≥f'> 0.80	1.50≥c'>0.70	IO.O≥Eo>5．O
IV	0.90 ≥f'> O.70	0.70≥c'>0.30	O.SO≥f'>0.55.	0.70≥c'>0.30	5.0≥Eo> 2.0
V	0.70≥f'>0．40	0.30≥c'>0.05	0.55≥f'>0.40	0.30≥c'>.O1	2,0≥Eo>0.2
注1：表中f'，c'为抗剪断强度参数．  注2：表中参数限于硬质岩，软质岩应撖据软化系致折减.

 

 

G.1.3规划、预可行性研究阶段，当结构面、软弱层、断层的抗

剪断强度试验资料不足时，可结合边坡地质条件，根据表G2进

行折减选择地质建议值或设计采用值（转摘GB 50287附录D.0.5

条）。

表G.2岩体结构面、软弱层和断层的抗剪断强度参数

 

G．1.4稳定且尚无变形迹象的工程边坡，应考虑其变形或稳定标

准，确定岩土体和结构面抗剪（断）强度参数的设计采用值。’

G．1.4.1  地基边坡物理力学性质参数宜按下述原则确定：

    1)软弱结构面采用与允许变形量相应的强度，或屈服强度，

    或流变强度标准值或地质建议值作为设计采用值。

    2)硬性结构面采用比例极限强度标准值或地质建议值作为

    设计采用值。

    3)成组节理按其采用的优势方向考虑其连通率，计入岩桥

    效应，按比例极限标准值或地质建议值作为设计采用值。

  4)岩体变形模量或弹性模量根据建筑物最大作用下相应变

    形曲线关系的相应标准值或地质建议值作为设计采用值。

G.1.4.2非地基边坡：处于稳定状态的自然边坡和采用控制爆破、

边挖边锚及先固后挖的人工边坡，其抗剪强度参数可按下述原则

确定：

    1)软弱结构面采用峰值抗剪强度的标准值或地质建议值作

    为设计采用值。

    2)硬性结构面采用抗剪断峰值强度标准值或地质建议值作

    为设计采用值。

    3)成组节理按其采用的优势方向考虑其连通率，计入岩桥

    效应，按抗剪断峰值标准值或地质建议值作为设计采用

    值。

G.1.5变形边坡稳定分析采用的岩土物理力学参数宜按以下规

定执行：

    根据边坡岩体变形程度，可按传统稳定安全系数等于1.05～l

的极限平衡条件反算综合强度参数。当变形边坡接近破坏时，可

认为稳定系数等于l。

G.1.6滑坡或已失稳岩体边坡稳定分析采用的物理力学参数宜

按以下规定执行：

    1  滑面和滑体内部已经开裂的结构面摩擦系数采用残余强

度作为标准值，凝聚力忽略不计。

    2根据滑动速度和岩体破坏程度，可按安全系数等于0.95～

0.99反算发生滑动时滑面的强度参数，反算时凝聚力可采用较小

值或忽略不计。

G.2土质边坡抗剪强度取值

G．2.1边坡土体抗剪强度取值。

G.2.1.1士的抗剪强度，直剪试验宜采用峰值。强度指标的标准

值应取试验资料的小值平均值或概率分布的0.2分位值。

G．2.1.2  除人工堆积土边坡可采用扰动土样外，土体试样应尽盘

采用原状样，当原状样难于取得时应采用模拟原状的扰动样。’

G.2.1.3地下水浸润线以上土体采用天然原状土试验成果，地下

水浸润线以下土体采用饱和原状土试验成果。

G．2.1.4砂性土质边坡，宣采用有效应力法计算抗滑稳定安全系

数。抗剪强度参数试验方法可采用三轴仪固结排水剪(CD)和直

剪仪慢剪(S)。

G．2.1.5黏性土质边坡，宜采用有效应力法计算抗滑稳定安全系

数。抗剪强度参数试验方法可采用三轴仪固结排水剪(CD)，或

测孔隙水压力的固结不排水剪(CU)，直剪仪慢剪(S)。当采用

总应力法计算时，试验方法为：三轴仪固结不排水剪(CU)，直

剪仪固结快剪(CQ)。

G.2.1.6具有流变特性的特殊土边坡，应采用流变强度。

G.2.1.7滑坡和大变形土体边坡的滑带土可采用扰动土样的残

余强度小值平均值，．应特别注意含水量变化对土体强度的影响，

采用天然或饱和含水量。

G.2.2应根据边坡稳定状态采用相应抗剪强度参数：稳定边坡和

变形边坡以峰值强度为基础，已失稳边坡以残余强度为基础。

G.2.3可根据边坡的临界稳定状态反算推求滑面的综合抗剪强

度参数，一般来说，变形边坡抗滑稳定安全系数取1.05～1，失稳

边坡抗滑稳定安全系数取0.95～0.99．

    跗录H

    （资料性附录）

确定各向同性节理岩体抗剪强度的RMR与GSI系统

H．1岩体的质量指标RMR按表H．1定，

表H.1 RMR系统分类及其评分值表

分类参数			数值范围
I	完整 岩石 强度   MPa	点荷我 强度指 标	>10	4～10	2～4	1～2	建议使用单轴   抗压强度
		单轴 抗压 强度	>250	100～250	50～100	25～50	5～ 25	1～5	<1
	评分值		15	12	7	4	2	1	0
2	岩芯质五指标     RQD     %		90—lffl	75^ 90	50—75	25～50	<25
	评分值		20	17	13	8	3
3	节理间距 cm		>200	60～200	20～60	6～20	<6
	评分值		20	15	10	8	5
4	节理条件		面报 租箍，节 理不连 续，宽度 为O，节理 面岩石来 风化	面稍翘 撞，宽度小 于1mm，节 理面岩石轻 微风化	面稍糨 髓．宽应小 于1mm，节 理面岩石严 重风化	面光滑或 古厚度小于 5mm的软弱夹 层，节理开口 宽度1mm～ 5mm，节理连 续	古厚度大干 5mm的软弱夹 层，开口宽度 5mm，节理连续
	评分位		30	25	20	IO	0

表H.l（续）

分类参数			散位范围
5	地 下 水	每10m 长的隧 洞涌水 L/min	0	<10	10～25	25～125	>125
		节理水 压力/ 最大主 应力	0	<O.I	0.1～Ol	0.2～0.5	> 0.5
		总条件	完全干燥	湿	滴水	流水
		评分值	15	10	7	4	0
注：在应用RMR确定强度指标时，地下水系致一律取15．有关地下水的影响在稳定分       析中将通过计入孔隙水压力予以考虑，故不在此直复考虑。

 

H.2岩石的地质强度指标GSI可以通过表H.2确定。

 

表H.2节理岩体地质强度指标(GSI值)

节理岩体地质强度指标（Hoek and  Marinos．2000）．从岩性、岩体结构和 结构面表面特征确定平均GSI值．不必试图太精确·引用范围值GSI=33～37比取GSI=35更切实际．此表不适用于由结构面控制破坏的情形．那些与开挖面具有不衬组合平直的软弱结构面将控制岩体特性．有地下水存在的岩件中抗剪度会因含水状态的变化趋向恶化，在非常差的类中进行岩体开挖时，遇潮湿条件．GSI取值应在图中往右移，水压力的作用通过有效应力分析解决或处理	结构 面表 面特   征	很好： 十分 粗糙， 新鲜 来风 化的 结构   面	好： 粗糙， 微风 化，结 构面 有铁 质渲   染	中等： 光滑， 中等 风化： 有蚀 变现 象的 结构   面	差： 表面 有擦 痕，强 风化， 泥膜 覆盖 或棱 角碎 块	很差： 有擦 痕，强 风化， 黏土 覆盖 或充 填的 结构   面．
岩体结构		结构面表面质盘由强至弱

 

表H．2（续）

①完整或整体结构，完整岩     体或野外大体积范田内分布     有扳少的间距大的结构面	／／ 么	钐	钐	N/A	N/A
②块状结掏．紧密结合未     扰动岩体，三组节理相互切     割形成立方块体	勿	形	∥	／／／	／／／
③镶嵌结构．结构体相互咬     合，由四组或更多的节理形     成多面棱角块体，部分扰动	∥	∥	∥	／／。	／／7
④块状/扰动/裂缝．摺曲（挠曲）     由梭角块体（结燃）组成，结     构体由许多相互切割的节理切     割而忍层面或片理面连续	7／／	／／7	叶u   “	／／	／／
⑤风化岩体．块伴同结合程     度差，由棱角状或圆状岩块     组成的严重碎裂结构岩体	／／	／／	‘／|	0	H
⑥层状，剪切带．由于密集片     理或剪切面作1日，只有极少     的块体组成的岩体	N/A	N/A	j|／7	I  ／	H

 

  注：N/A为不可能出现的情况．

 

H.3 RMR和GSI的关系，

    按H．1确定的RMR和按H.2确定的GSI存在以下经验关

系：

            GSI= RMR-5    (H．1)

H.4 GSI或RMR确定抗剪强度指标。

    根据GSI或RMR确定抗剪强度指标的步骤如下：

H.4.1  按表H.3对不同岩性按表确定完整岩石常数m；

表H.3  按岩组确定完整岩石常数m

岩石 类型	等级	岩组	岩  石  结  构
			辊粒	中粒	细粒	极细粒
沉积    岩	碎屑岩类		砾岩   角砾岩	砂岩 17±14	粉砂岩7±2 杂砂岩 (18±3)	粘土岩4±2 页岩(6±2) 泥灰岩(7±2)
	碎屑   岩	碳酸   盐类	粗晶   石灰岩   (12±13)	亮晶石灰岩   （10±2）	徽晶石灰岩     (9+2)	白云岩     (9±3)
		蒸发   岩类		石膏8±2	硬石膏12±2
		有机 质类				白型7±2
变质 岩	无片状构造		大理岩     9±3	角页岩     (19±4)     变质砂岩     ( 19±3)	石英岩20±3
	微状构造		混合岩   (29±3)	角闪岩26±6	片麻岩28±5
	片状构造			片岩12±3	千枚岩(7±3)	扳岩7±4
火成 岩	深成    岩	浅色	花岗岩32±3     闪长岩25±5     花岗闪长岩( 29±3)
		黑色	辉长岩27±3     粗粒玄岩（16±5）     长岩20±5
	浅成岩		斑岩(20±5)		辉绿岩   (15±5)	橄榄岩   (25±5)
	喷出    岩	熔岩		流纹岩(25t5)  安山岩25:t5	石英安长岩   ( 25±3) 玄武岩(25±5)
		火山碎  屑岩	集块岩   (19±3)	角砾岩   (19±5)	凝灰岩   (13土5)
·砾岩、角砾岩的m取值范围很宽，取决于胶结成分的性质和胶结程度，其值变化范     田可从相当于砂岩至细粒沉积物(甚至可能小于IO)．   ”该值是在完整岩石试样上垂直于层面或片理面试验得到．若沿弱面破坏，则帕值     将与点荷载试验值有明显不同·   注：注意表中括号内的位为估计值，不同材料的取位范围取决于结晶构造的粒皮和咬     台状态——取值越高，对应的结晶颗拉咬合越紧密且摩擦越大，

H.4.2在GSI基础上确定强度指标Hoek-Brown通用经验公式

为：

     
                       (H．2)

上式中的，s和α口为岩体材料常数，可按以下两种情况求解：

  
                          (H．3)

    当GSl> 25（非扰动岩体）：

  
                               (H．4)

     α=0.5                                     (H．5)

    当GSI<25（非扰动岩体）：

    s=0                                         (H．6)

   
                                  （H.7）

 

H.4.3确定抗剪强度指标。

    可按式(H．2)通过拟合确定抗剪强度指标（Hoek提供了一

个电子表格，可参考）．也可采用以下近似方法。相应某一有效法

向应力，抗剪强度表示为：

                             (H．8)

    式中：

    ——完整岩石的单轴抗压强度．

  
                            （H.9）

  
                            （H.10）

DL/T 5353 - 2006

      
                                （H．11)

    通过式(H．8)确定不同法向应力水平岛的剪应力，然后通

过线性回归的方法确定在此应力水平邻近线性化后的c和。

H.5使用RMR和GSI确定抗剪强度指标的具体规定。

    l对于没有很好的控制爆破措施的边坡，应对所获得的GSI

评分减去10分。

    2在使用条文说明中介绍的Hoek提供的电子表格进行强度

指标的拟合成果时，c值应减少25﹪。

    3当存在地下水时，对宜取湿单轴抗压强度。

    4在进行RMR和GSI计分和按式(G8)确定抗剪强度时输

入的所有力学参数均为相应概率分布的0.2分位值。

附 录 I

（资料性附录）

抗 滑 桩 计 算

I.l  抗滑桩单桩所受推力方向与滑体滑动方向平行，单排单桩所

受推力大小按桩中心两侧各1／2中心距范围内滑动岩土体满足设

计安全系数要求所需平衡的剩余下滑力计算。

I.2抗滑桩所受推力可根据滑坡体的物质结构和变形滑移特性，

按三角形、矩形或梯形分布考虑。

1.3单桩承载面积应按桩的计算宽度计算。对于单桩或单排桩：

    矩形截面桩，当b≥1m时，= b+l             (I．1)

                当b<1m时，= 1.5b+0.5         (I．2)

    圆形截面桩．当d≥1m时，= 0.9（d+1）      (I．3)

                当d<lm时，= 0.9(1.5d+0.5)    (I．4)

    式中：

    ——．桩的计算宽度，m;

     b——矩形桩的宽度，m：

     d——圆形桩的直径，m。

    对单排n根桩的计算宽度总和，应满足，n≤B十1    (I．5)

    式中：

         B-——边桩外侧所包的总宽度，m。

1.4抗滑桩桩前土自身稳定，不被冲刷破坏时，其桩前土压力可

取桩前滑体的剩余抗滑力，分布为矩形。当被动土压力小于滑体

剩余抗滑力时，桩前的阻滑力按被动土压力计算。桩前被动土压

力可按下式计算：

                        (I.6)

    式中：

    ——被动土压力，kN/m;

——桩前岩土体的重度，kN/m3:

    ——桩前岩土体的内摩擦角或等效内摩擦角，(°)：

    ——抗滑桩受荷段长度，m。

1.5假定抗滑桩嵌固段为文克尔地基：假定桩的水平位移与该处

岩土体水平位移一致，桩与岩土体之间只传递压应力，不传递拉

应力与剪应力：假定桩顶与地面平齐，在水平力和力矩作用下，

桩顶在地面处产生水平位移和转角。

    抗滑桩嵌固段地基水平抗力系数，或称水平基床系数、地基

系数，以下统称地基系数，可按下式计算：

               K=m(y+yo)ⁿ                   (I．7)

    式中：

    K——嵌固段地基系数，KN/m³;

    M——地基系数随深度增加的比例系数；

    N——与岩土特性有关的参数；

    y—一抗滑桩桩前滑体厚度，m：

   yo——嵌固段底端距滑面深度，m。

    地基系数与滑床岩体特性有关，工程常用者可简单概括为下

列三种情况：

    1 置法：地基系数为常数，K=m，即在式(I．7)中n=0．

一般认为适用于以凝聚力为主要抗剪特性的材料或小位移的情况。

    2 m法：地基系数随深度里线性变化，K=my，即在式(I．7)

中n=1．yo=0，一般认为适用于以内摩擦为主要抗剪特性的材料，

或位移较大的情况．

    3 C法：地基系数随深度呈外凸抛物线变化，即在式(I．7)

中O<n<l，一般取yo=0．n=0.5。

    一般采用K法和m法，第三种情况应通过现场试验确定。

    抗滑桩设计地基系数的经验值参见表I．1。

1.6抗滑桩底和桩侧岩土压力应小于相应岩土强度的设计值。抗

滑桩嵌固段围岩允许侧压力可按以下计算式确定：

    I  较完整硬质岩体。

                                     (I．8)

    式中：

   ——嵌固段围岩允许最大侧压力值，MPa;

    ——折减系数，与岩土特性有关，可根据实际情况取

            0.1～0.5：

    ——岩石单轴抗压强度，MPa。

  2严重风化破碎岩层、堆积体或土体。

                              (I.9)

  式中：

 ——嵌固段岩土体允许最大侧压力值，MPa:

       ——折减系数，与岩土特性有关，可根据实际情况取

                 0.5～1.0.

       ——桩前被动土压力，MPa;

       ——桩后主动土压力，MPa。

哀I.l岩石物理力学指标与抗滑桩地基系数Ⅳ值表

地层种类	内摩擦角	弹性模量 104kPa	泊松比	地基系数K 1 04kPa/m( kN/ml)
细粒花岗岩、正长 岩、辉绿岩、玢岩	80°以上	5430～69(D 6700～7870	0.25～0.30 0.28	2.0～2.5 2.5
中拉花岗岩、粗 粒正长岩、坚硬 白云岩	80°以上	30～6500	O．25 0.25	1.8～2．O
坚硬石灰岩、坚 硬砂岩 大理岩、糖粒诧 岗岩 花岗片麻岩	80°以上	4400～10000 4660～5430 S430～6000	0．Z5～0.30	1.2～2.0

表I．1（续）

 

地层种类	内摩擦角	弹性棋盘Ea 10kPa	泊松比	地基系效K l0kPa/m( kN/m3)
较坚硬石灰岩 较坚硬砂岩 不坚硬花岗岩	75°～80°	4400～9000 4460 ～5000 5430～6000	0. 25 ～0.30	0.8～1.2
坚硬页岩 普通石灰岩 普通砂岩	70°～75°	2000～5500 4400～8000 460Q～5000	0.15 ～0.30 0.25 ～0.30 0.25～30	0.4～0．8
坚硬泥灰岩 较坚硬页岩 不坚硬石灰岩 不坚硬砂岩	70°	800 ～1200 1980～3600 4400 ～6000 1000～2780	0,29～0.38 0.25～0.30 0.25～0.30 O.25～0.30	0.3～0.4
较坚硬泥灰岩 普通页岩 软石灰岩	65°	700～900 1900～3000 4400～5000	0.29 ～0.38 0.13～0.20 0.25	0.2～0.3
不坚硬泥灰岩 硬化黏± 软片岩 硬煤	45°	30～500 10～300 100～700 50～300	0.29～0.38 0.30～0.37 O.15～0.18 0.30～0.40	0.06～0.12
密实黏土 普通煤 胶结卵石 掺石士	30°～45°	10～300 50～300 30～100 50～100	0.30～0.37 0.30～0.40	0.3～0.4
注：本表引自?铁路路基支挡结构物设计规则?(TBJ 25-1990)．

 

i.7  在进行内力计算时，应首先判定抗滑桩属于刚性桩还是弹性

桩，选用相应的内力计算公式。抗滑桩的属性根据桩的变形系数

按以下计算式判定；

    l  按置法计算的情况，桩的变形系数为β(m-l)：

                                       (1.10)

    式中：

           K-——地基系数，kN/m³;

    ——桩的计算宽度，m;

     E——桩的弹性模量，kPa;

     I——桩截面惯性矩，m⁴。

    判别条件：若βh₂≤1.O，属刚性桩；βh₂>1.0，属弹性桩。其

中h₂为嵌固段长(m)．

  2 按m法计算的情况，桩的变形系数为a(m^-1)：

                                     (I．11)

  式中：

      M——地基系数随深度变化的比例系数．kN/m³，其余符号同

            式(I．10)。

    判别条件：若≤2.5，属刚性桩：> 2.5，属弹性桩。其

中h₂为嵌固段长。

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