摘 要

陇城隧道入口处边坡为二级边坡，边坡类型为含有极薄土层的岩质边坡。隧道洞口的岩石弱风化砂砾岩裂隙较发育，岩体较破碎，岩芯完整性差。如果设计边坡时，对边坡潜在危害因素的特征和性质认识不清，或者治理措施不够，容易出现各种问题，甚至会影响到该路段的正常通行，所以要严格设计该路段的边坡工程。

本次边坡工程设计中，首先根据边坡的工程概况利用坡率法进行放坡并设计边坡台阶。然后利用理正软件，采用圆弧滑动法进行稳定性分析和剩余下滑力计算。左侧边坡需进行支护，仰坡及右侧边坡无需进行支护。根据实际情况采用了两种支护方式：第一，位于左侧边坡上层台阶处，含有部分的极薄亚黏土层，为了防止边坡出现滑动，同时考虑到城市道路绿化问题，采用TBS三维网支护；第二、左侧边坡中间层及下层台阶，为岩质边坡，为了防止边坡滑动，采用钢筋混凝土喷锚支护，计算锚杆截面积、锚固长度等。最后，为减少地表水对边坡的冲刷作用，设计一条环形截水沟。

关键字：边坡台阶设计；理正边坡稳定性分析；台阶支护；截水沟排水

Abstract

The slope at the entrance of Long Cheng Tunnel is a second grade slope, and the slope type is a rock slope with extremely thin soil layer.The weak weathering sand gravel rock fissure is relatively developed, the rock mass is relatively broken, and the core integrity is poor.If the characteristics and properties of the potential hazard factors of the slope are not well understood when the slope is designed, or if the treatment measures are not enough, it is easy to appear various problems, and even affect the normal passage of the section, so it is necessary to design the slope engineering of the section strictly.

According to the general situation of slope engineering, the slope support design is carried out by slope rate method and slope steps are designed.Then, the stability analysis and residual gliding force calculation are carried out by arc sliding method with the help of straightening software.The left side slope needs to be supported, and the vertical slope and the right side slope need not be supported.According to the actual situation, two kinds of support methods are adopted:First, located on the upper steps of the left side slope, there is a part of extremely thin subclay layer. In order to prevent the slope from sliding and taking into account the problem of urban road greening, TBS three-dimensional mesh support is adopted.The second , left side slope intermediate layer and the lower layer step are rock slopes . In order to prevent the slope from sliding , the cross - sectional area and the anchoring length of the anchor rod are calculated by using the reinforced concrete shotcrete support .Finally, in order to reduce the erosion effect of surface water on the slope, a circular gully is designed.

Key words: slope step design; stability analysis of Li Zheng slope; step support; drainage of intercepting ditch

目录

第一章绪论 1

1.1选题的目的及意义 1

1.2发展现状 1

1.2.1边坡发展历史 1

1.2.2发展趋势 1

第二章工程概况 3

2.1工程概况 3

2.2地质概况 3

2.2.1工程地质 3

2.2.2水文地质 3

第三章边坡台阶设计 4

3.1左侧边坡台阶设计 4

3.2仰坡台阶设计 4

3.3右侧边坡台阶设计 4

3.4碎落台 4

第四章边坡稳定性分析 5

4.1安全系数 5

4.2计算工况 5

4.3荷载条件 5

4.4稳定性计算 5

4.4.1计算原则 5

4.4.2左侧边坡计算过程 6

4.4.3仰坡计算过程 8

4.4.4右侧边坡计算过程 10

4.5稳定性分析 11

4.6剩余下滑力计算 12

第五章边坡支护 15

5.1左侧边坡支护 15

5.1.1支护准备 15

5.1.2岩石侧压力计算 15

5.1.3锚杆轴向拉力标准值 16

5.1.4上层台阶支护设计 16

5.1.5中间层及下层台阶支护设计 18

5.1.6护坡 19

第六章排水措施设计 20

6.1截水沟设计 20

第七章结论 22

参考文献 23

致谢 24

第一章绪论

1.1选题的目的及意义

随着我国经济的快速发展，交通运输成为经济发展的大命脉。我国是一个多山的国家，除了广阔的西部地区外，还包括华东、华南等沿海的经济发展地区。所以在建设道路隧道工程时，需重视隧道入口边坡的设计。隧道入口边坡的设计在隧道工程建设中占据着十分重要的作用。边坡由于大面积暴露在空间，长期受自然因素的作用，物理力学性质容易发生变化，边坡的变形和破坏会严重影响到隧道工程，使工程的投资增大，甚至造成人身财产损失。

在工程实践中，如果对边坡潜在危害因素的特征和性质认识不清，或者治理措施不够，常常会造成各种问题。所以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，正是本次设计重点需要满足的要求。

本次毕业设计是教学计划中必不可缺的重要部分，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。

1.2发展现状

1.2.1边坡发展历史

第一阶段（20世纪50年代前），大量采用抗滑挡墙结合支撑锚杆，具有一定的效果，但由于滑坡推力大，致使抗滑挡墙体积庞大，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），在相应疏截排水的情况下，采用抗滑桩支撑，工程效果明显；国外采用钢筋混凝土钻孔桩和钢桩。国内采用矩形面积的钢筋混凝土挖孔桩，抗滑桩因提供的抗力大，施工对滑体的扰动小、安全、见效快，在这一时间曾被广泛应用。

第三阶段（20世纪80年代以后），随着锚固技术的发展，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来了各种各样的结构格式，主要有预应力锚索抗滑桩、预应力锚索格构等。预应力锚索大大的改善了抗滑结构的受力状态，降低了工程造价。

1.2.2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部分，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中分析边坡稳定性主要运用的方法。随着科学的进步，一些新的分析方法也在不断的出现，如用有限单元法对边坡的岩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更加复杂，对欠稳定的边坡的支护要求越来越高，采用综合防护必然是未来发展的趋势。

计算机程序在边坡领域内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工程动态化、信息化。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，更进一步满足人类的需求。

第二章工程概况

2.1工程概况

陇城隧道位于广州市开发区西区东出入口市政道路工程地段，隧道起点桩号为K3 770。隧道入口为保税区端，位于南西向斜坡上。最大高程为52.62m，保税区山脚下地面高程为8.1~8.8m，隧道底板高程为21.17~24.997 m，隧道顶板高程为31.22~35.047 m。场地地貌单元属于低山，中部地势高，向北东和南西方向渐低，南西部坡度稍陡。

隧道入口主要包括三个边坡：隧道洞口左侧道路边坡、右侧道路边坡和隧道仰坡。左侧道路边坡最高，仰坡和右侧道路边坡相对较低。

2.2地质概况

2.2.1工程地质

陇城隧道入口的斜坡上覆盖有0.8~1.0m的残积硬塑状亚粘土层（硬塑状亚黏土层指液性指数大于0且小于等于0.25的介于黏土和砂土之间的一种地基土），1~3m的弱风化砂砾岩，0~3m的微风化岩砂砾岩和未风化岩，斜坡自然坡度5°~22°。洞口岩石弱风化砂砾岩裂隙较发育，岩体较破碎，岩芯完整性差。围岩分级为Ⅳ，开挖拱部无支护易坍塌，雨季渗水。洞口条件较差，围岩较易坍塌，如果处理不当可能出现大体积坍塌及冒顶。进口边坡为逆向坡，有利于边坡稳定。

在揭露深度范围内，没有发现断裂构造痕迹及其它不良工程地质现象，场地构造稳定性好，利于边坡稳定。

2.2.2水文地质

粘性土层的透水性微弱且厚度较薄，含水量很少。基岩在钻探过程中未发现漏水现象，说明基岩裂隙连通性差，含裂隙水较贫乏。地下水的补给主要来源于大气降水，属基岩裂隙水，透水性极微弱，含水贫乏。

陇城地区属南亚热带季风气候区，地表受太阳辐射量较多，同时受季风的影响，形成高温、高湿、多雨的气候。高温高湿的天气会增加边坡的风化程度，多雨的天气会形成对边坡的冲刷作用。陇城地区的平均年降雨量为1623mm，最近几十年的最大降雨量45mm/h，要考虑地表水对边坡的冲刷作用，采取截流，疏排措施。

第三章边坡台阶设计

3.1左侧边坡台阶设计

左侧边坡坡高28.5米，属于高度较大的永久性边坡。根据地质条件，边坡周围没有相邻建筑物，所以不会对边坡产生不利影响。地下水主要来自于岩层裂隙水，含水贫乏。边坡主要为微风化及未风化岩层，稳定性较强。边坡的工程安全等级为二级，地质条件环境简单。工程场地有放坡条件，而且没有不良的地质作用，所以采用坡率法进行放坡。

放坡施工开挖时应自上而下有序进行，并应保持两侧边坡的稳定性，及时清理弃土、弃渣，以免堆填而导致边坡附加变形或破坏。

在边坡保持整体稳定的条件下，土质边坡及岩质边坡开挖的坡率允许值应根据工程经验，按工程类比的原则，结合已有已有稳定边坡的坡率值分析确定。根据规范及以往工程经验，各岩土层的坡率：残积硬塑亚粘土1：1.00，弱风化岩1：0.5，微风化岩1：0.2。

由于边坡的坡度较大，所以采用分级开挖边坡。根据地质资料，该边坡主要由极薄的土质边坡及岩质边坡构成。土质边坡的台阶高度一般为8~12米，岩质边坡的台阶高度不超过15米。根据规范里土质边坡及岩质边坡的坡率允许值将边坡设计为三个台阶。

上层台阶的坡率1:1，坡高8.5米；中间层台阶的坡率1:0.5,坡高10米；下层台阶的坡率1:0.2,坡高10米。

3.2仰坡台阶设计

隧道仰坡是隧道顶沿掘进防线按照一定的坡度开始直至地平面的坡面。该边坡的坡底为隧道顶板，所以仰坡的边坡稳定性对隧道有着十分重要的影响。边坡高度15米，根据地质资料及边坡设计规范，设计边坡的坡率为1:1，台阶高10米。

3.3右侧边坡台阶设计

与右侧边坡相比，左侧的边坡坡高较低，且周围没有建筑物，地下水贫乏。坡高5米，根据坡率法进行放坡，坡率1:1，台阶高度5米。

3.4碎落台

碎落台是指在路堑边坡坡脚与边沟外侧边缘或边坡上，为防止碎落物落入边沟而设置的具有一定宽度的纵向平台。其宽度视边坡高度和地质而定，最小不得小于1米。若边坡高度小于2米，可以不设碎落台。由地质概况可知，隧道洞口岩石弱风化砂砾岩裂隙较发育，岩体较破碎，岩芯完整性差。根据边坡台阶高度及地质情况，每个台阶的坡脚设置1米宽的碎落台。

第四章边坡稳定性分析

4.1安全系数

边坡稳定性安全系数是指沿假定滑裂面的抗滑力与滑动力的比值，是判断边坡是否稳定的依据。工程界经常用安全系数来进行边坡稳定性评价，这种做法不仅简单容易操作，而且其中有很多的经验成分。由于稳定性计算有很多的不确定因素，为保证设计的边坡处于稳定状态，应使计算的稳定系数大于1。用极限平衡法分析边坡稳定性时，一般采用边坡稳定性安全系数与规范规定的设计参数进行对比并判断，当边坡稳定性安全系数大于设计安全系数时，边坡就是稳定的；否则，边坡就是不稳定的。

确定安全系数的允许值是关乎建筑安全和工程投资的重大问题。边坡设计安全系数是根据边坡工程的重要性、外界条件对边坡的影响、边坡的性质及规模、边坡失稳的后果及整体的难易程度等因素综合考虑后对对安全系数的限值，取值的大小 与采用的分析方法有关，同时在一定程度上也反映了社会经济水平及风险接受水平，在进行边坡工程的设计时，必须参照技术标准来选择设计安全系数，只有这样边坡的安全稳定才有保障。

在计算边坡安全系数之前，应根据边坡工程的地质条件对边坡的可能破坏方式及相应破坏方向、破坏范围、影响范围等作出判断。判断边坡的可能破坏方式时应该同时考虑到手岩土体强度控制的破坏和受结构面控制的破坏。

本次设计的边坡稳定性分析通过刚体极限平衡来计算稳定性安全系数。采用该方法进行计算时，由于岩体较破碎，所以拟采用圆弧滑动法。

4.2计算工况

该坡段主要由亚塑形黏土层、弱风化岩、微风化岩及未风化岩构成。洞口岩石弱风化砂砾岩裂隙较发育，岩体较破碎，岩芯完整性差。雨季渗水，所以在计算过程中土体重度按饱和重度计算。计算基本工况为天然条件。

4.3荷载条件

自重：基本工况取饱和容重。

地下水：根据水文地质条件，地下水类型属于基岩裂隙水，无外来补给水体，含水贫乏。岩层裂隙连通性差，含裂隙水较贫乏，所以在基本工况下不考虑裂隙水。

4.4稳定性计算

4.4.1计算原则

本次设计边坡稳定性计算采用刚体极限平衡法。边坡的裂隙较发育，岩体较破碎，可能存在的破坏类型为滑移型。边坡的岩体结构完整，不存在导致大规模块体失稳的不利结构面组合。根据边坡类型和可能的破坏形式，边坡的稳定性计算采用圆弧滑动法。

4.4.2左侧边坡计算过程

利用理正岩土软件，采用瑞典圆弧法，自动搜索最危险滑面，计算安全系数。

根据已知的地质条件及台阶设计，建立坡面模型，如图：

图4.1左侧边坡台阶模型

输入各个结构面的重度、粘聚力、内摩擦角等参数，如表：

表4.1岩土层参数

图4.2土层参数输入图

根据地质条件，由于裂隙水及地下水较贫乏，所以不考虑裂隙水对岩层的影响。

计算结果如图：

图4.3左侧边坡计算结果图

经计算，岩土条块数为27个，左侧边坡的滑动安全系数为1.267。

4.4.3仰坡计算过程

仰坡稳定性安全系数的计算过程与左侧边坡基本相同，采用瑞典圆弧法，自动搜索最危险滑面，根据坡高及坡率建立边坡模型，输入各个结构面的重度、粘聚力、内摩擦角等参数，如图：

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