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水利工程边坡设计规范


(一)规范的主要内容
《水利工程边坡设计规范》的章节 1、“1 总则” “1.0.1 制定本规范的本标准的目的” 主要强调设计应“安全适用、经济合理,并充分考虑国内最新 技术水平”。 “1.0.2 规范适用范围” 1)适用边坡类型 本规范适用的范围,将根据已竣工边坡工程的类型、数量,以 及不同类型边坡的覆盖面而定。 按与水利工程安全的关系密切程度可分为边坡、水库边坡和河

道边坡: (1)开挖边坡: 开挖边坡是水利水电工程建设中人类活动形成的 边坡,如隧洞进出口及其附近、溢洪道、坝肩及其附近、船闸、地面电 站厂房、枢纽区公路等永久开挖边坡,以及枢纽区建筑物开挖的临时边 坡。这类边坡一般与工程安全有直接关系。 (2)水库边坡:水库蓄水后,水库塌岸是常见现象。此类边坡失 稳是否会威胁工程安全,与距工程的距离远近、规模等有关。在通航河 道所建的水利水电工程中,边坡失稳还可能对航运安全形成威胁。一座 水利水电工程中,水库边坡,往往数量多、规模大,处理工作量和费用 均可能很大。

(3)河道边坡: 此类边坡的失稳由此引起的灾害划为自然灾害更 为合适。一般而言,与是否修建了水利水电工程没有直接关系。 河道边坡与是否修建了水利水电工程没有直接关系。工程开挖 边坡一般与水利工程关系较密切。 不容忽视的水利水电工程中经常遇到的古滑坡,这种滑坡可以 出现在上述各类边坡中。 按边坡岩性,可分为岩石边坡、土质边坡和土石混合边坡。 按 2001 年 12 月 24~27 日大纲审议意见, 规范规定适用范围时 不区分边坡类型,统称为“适用于水利水电工程边坡”。顾名思义“水 利水电工程边坡” 主要指与工程关系密切的岩石、 土以及岩土混合边坡。 2) 适用边坡级别 按 2001 年 12 月 24~27 日大纲审议意见,适用于 1、2、3 级边 坡。边坡级别的划分见第 3 章。 3) 适用用边坡高度 条文中给出恰当的边坡计算高度的定义。初步考虑按以下方法 计算边坡高度: (1)对于工程开挖边坡, 按其开挖面坡顶底最大高差计算边坡高 度; (2)对于自然边坡, 按最危险滑动面上、 下沿高差计算边坡高度。 在规范编制过程中,根据收集的边坡情况,研究是否需要修正 边坡高度的计算方法。 最大和最小适用高度, 有待于对已建工程边坡高度统计后确定。

确定适用高度的原则为: (1)边坡高度统计样品尽量多; (2)在统计范围内,其中 5%~10%的高边坡或高于某一高度的超 高边坡专门研究。 (3)在统计范围内,其中 5%~10%左右的低边坡或低于某一高度 的低边坡不包含在规范规定的适用范围之内。 (4)在统计范围内, 其中 80%~90%左右的工程经验较多的边坡包 含在规范规定的范围适用之内。 边坡的高度划分见第 3 章。 2、“2 主要术语” 根据规范内容确定术语条目,术语定义按照有关术语标准,并 同时考虑国内使用惯例和与国际专业术语定义接轨的因素。 3、“3 基本规定” “3.1 边坡级别” 划分边坡级别的目的是: 1)按不同级别确定安全系数标准; 2)加固处理的要求严格程度有所区别 边坡级别划分的初步设想: 1)与工程和主要建筑物安全有直接关系的边坡 主要指工程开挖初步考虑其级别与工程主要建筑物级别一致。 2)与工程和主要建筑物安全没有直接关系的边坡不划分边坡级 别,安全标准参照 1)和工程类比确定。

4)按边坡失事后,遭受的损失大小对边坡级别进行修正。 “3.2 边坡类型划分” 边坡的可能失稳破坏模式、稳定计算方法的选用、最小稳定安 全标准确定,以及加固处理措施选用等均与边坡类型有密切的关系,因 此规范中需要划分边坡类型。 初步考虑从以下几方面进行边坡类型划分: 1)按成因划分 (1)工程开挖边坡 (2)自然边坡(古滑坡) 2)按组成物质划分 (1)岩石边坡 (2)土质边坡 除一般均质土坡外,还包含黄土边坡、膨胀性土边坡。但后面 有关章节中,对特殊土质的土坡的计算和处理需进行专门规定。 (3)土石混合边坡 包含上部堆积体可能沿与基岩接触面滑动的边坡、花岗岩残积 边坡。 3)按高度划分 根据统计的 117 个边坡工程,高度统计结果如下
坡高 h(m) 工程边坡 水库边坡 河岸边坡 合计 <50 2 1 --3 50~100 11 1 2 14 100~200 23 8 5 36 >200 6 36 22 64

初步考虑按大坝高度拟定,30m 以下为低边坡,30~70m 中等高 度边坡,70m 以上为高边坡。最终还需根据实际工程中边坡高度分布情 况、高度对稳定性和加固处理措施、工程量,以及加固处理的实际工程 经验等影响进行调整。 “3.3 边坡工作条件” 初步考虑划分为以下几种: 1)正常工作条件 (1)对于不挡水边坡,工程竣工后的正常运用期。 (2)对于挡水边坡,正常运用水位及其经常性变化和降落。 2)非常工作条件Ⅰ (1)各种边坡的施工期; (2)挡水边坡的非常性的水位降落。 3)非常工作条件Ⅱ 正常工作条件遇地震。 “3.4 最小稳定安全系数标准” 初步计划主要规定滑动稳定安全系数标准, 对于崩塌和蠕变(指 倾倒、溃屈和侧向张裂)等失稳情况,则根据工程实际经验和规范条文 操作性,决定是否规定稳定安全系数标准。 先按边坡级别、 工作条件规定出基本的最小稳定安全系数标准。 最小稳定安全系数标准应在大量工程实际采用情况的统计基础上, 尽量 与国内其他行业、国外技术标准相协调,同时考虑水利水电行业边坡工 程特点,以及国内经济发展水平等确定。

在确定了基本最小安全系数标准的基础上,再根据边坡类型、 稳定计算方法等不同因素分别做出补充规定。比如土坡稳定分析,当采 用不考虑条间作用力的方法时,最小稳定安全系数标准应有所区别。 确定最小稳定安全系数标准中,根据规范专题研究成果,考虑 与国外同类技术标准接轨,适当引入风险分析的内容,结合工程失事所 造成的危害,提出对安全标准的修正条款。 4、“4 边坡岩土抗剪强度指标的确定” “4.1 边坡坡体质量评价” 本节主要规定评定岩石边坡质量,规定评价岩体质量需要进行 的地质工作。规定需要采用的一种或(和)几种岩体质量评价方法,及其 适用条件。相关技术标准已有具体的方法,本规范仅列出该规范名称和 编号,本规范新规定的方法,在“附录 A 边坡岩体评价及抗剪强度确 定”作出具体规定。 在规定岩体质量评价方法中,应在 GB 50287-99 规定的基础上, 根据边坡工程实际需要,以及评价方法可操作性和普及难度等情况,选 择与国际接轨又便于推广的方法,规定的详细程度和深度应仔细研究。 “4.2 岩体抗剪强度确定方法” 正文中要规定应执行的试验规程,岩石抗剪强度公式与 SL264 ——2001《水利水电工程岩石试验规程》尽量保持一致。对岩石抗剪试 验的样品选取和数量等应提出要求。 本节条文应与“附录 A 边坡岩体评价及抗剪强度确定”统一考 虑条文内容安排。正文规定原则和基本规定,附录规定具体内容。

条文规定的岩石抗剪强度确定内容应要求综合岩体质量和岩石抗剪试 验结果,确定能代表岩体实际情况的抗剪强度指标。 确定岩体抗剪强度指标应考虑其风化程度、节理发育情况;确 定层间软弱夹层需规定连通率、起伏度等因素对抗剪强度指标的影响。

“4.3 土体抗剪强度确定方法”
正文条文可参照 SL***——2002《碾压式土石坝设计规范》第 8.3.2 条、 第 8.3.3 条、 第 8.3.5 条等起草。 附录部分的条文参照 SL*** ——2002《碾压式土石坝设计规范》附录 D 第 D.1 节的条文起草。 5、“5 稳定分析” “5.1 一般规定” 1)规定应进行计算的各种工况,尤其对实际工程中容易出现滑 坡的情况,应要求进行计算。提出动力稳定分析中动荷载的考虑方法, 注意与 SL203——97《水工建筑物抗震设计规范》的协调和单一稳定安 全系数方法与分项系数法的区别。 2)应明确规定区分加固处理前后都应进行稳定分析(若需要进 行处理时)。 3)明确提出本规范的稳定分析以边坡整体稳定为主,对于加固 工程措施本身的稳定,要求按相关规范的规定计算。如挡土墙的稳定分 析,需按照 SL***——****《水工挡土墙设计规范》(新开编)规定进行。 4)对于上部为土坡、下部岩坡的混合边坡,以及岩石风化破碎 严重和断裂构造发育的岩石边坡, 应要求根据实际情况研究采用符合工 程实际的稳定分析方法。

5)规定稳定分析所需的基本资料和计算参数(除抗剪强度指标 外),以及获取方法。 6)给出渗流、渗透稳定,以及和地质力学模型试验等一般规定。 “5.2 边坡失稳初步判定” 1)边坡岩体结构分类 综合工程实践中应用情况、国外和国内相关行业实际应用情况 相关规范的规定,工程地质惯例,考虑水利水电工程特点,根据边坡稳 定分析需要,提出便于操作的结构分类方法 正文中给出基本规定,具体分类方法放在“附录 B 边坡岩体结构分类” 中。 2)失稳模式初步判定 依据岩体结构类型,给出判定失稳模式的方法。失稳的初步分 类可按崩塌、滑动、蠕变和流动四大类,在此基础上再进行详细划分。 正文中提出基本规定,具体失稳模式判定方法和分类放在“附 录 C 岩石边坡失稳模式判别”。 3)边坡稳定性初步判别 为减少边坡工程设计中计算工作量,判断稳定计算结果的合理 性, 考虑采用国内外较常用的且具有一定实际应用经验和便于实际操作 的方法,对边坡的稳定性进行初步判别,以确定边坡失稳的可能性。 初步考虑采用极射赤平投影方法。在规范编制过程中,同时收 集国内和国外技术标准和手册等,综合分析比较后,最终规定一种或几 种方法。

正文中给出基本的规定,具体的判别方法放在“附录 C 岩石边 坡失稳初步判别”中。 “5.3 岩石边坡稳定分析” 岩石边坡稳定分析按暂按崩塌、滑动、蠕变和流动四大类的稳 定分析分别分别作出规定。这种分类方法与 GB 50287-99《水利水电工 程地质勘察规范》是一致的。
失稳破坏类型 崩塌 滑 动 平面型 弧面型 楔形体 倾倒 蠕 变 溃屈 侧向张裂 流动 破坏特征 边坡岩体坠落或滚动 边坡岩体沿某一结构面滑动 散体或碎裂的岩石边坡沿弧形面滑动 结构面组合的楔形体,沿交线方向滑动 反倾向层状结构的边坡,岩层倾角与坡角 顺层向层状结构的边坡,岩层倾角与坡脚大致相似,边坡下部岩 层逐渐向上鼓起,产生层面拉裂和脱开 双层结构的边坡,下部软岩产生塑性变形,使上部岩层发生扩张、 移动张裂和下沉 崩塌碎屑类堆积向坡脚流动,形成碎屑流

不同边坡的失稳情况统计见下表
岩体结构 失稳类型 崩塌 滑动 溃屈 倾倒 拉裂 流动 复合 (个) 合计 (%) 合计 (个) 6 51 3 4 2 0 4 70 100 (%) 8.6 72.9 4.3 5.7 2.8 0 5.7

块状 1 8 0 0 1 0 0 10 14.3

层状 4 18 3 4 1 0 4 34 48.6

碎裂 0 2 0 0 0 0 0 26 37.1

散体 1 23 0 0 0 0 0

起草条文时,需在初步拟定的上述四大类失稳模式中,根据实 际工程遭遇的几率、工程经验和可操作性等多种因素,有侧重的作出定 量规定。 是否能在规范中明确规定某种计算方法,应重点考虑的问题主 要有: (1)该种方法在以往边坡工程的应用和普及情况。 (2)以往的国内工程实践中是否有足够数量的安全系数资料, 以 便可统计出较符合工程实际和我国经济发展水平的稳定安全系数标准; (3)能否按相关的试验规程规定的试验方法得到试件的抗剪强 度指标。 对于国外应用已较成熟, 且在不远的将来(比如 2~3 年之内)有 可能在国内推广的计算分析方法,也应考虑。 根据初步掌握的实际情况,滑动破坏所占的比例最大,且滑动 稳定分析方法的应用也较普遍,理论研究相对较成熟。因此,本节条文 主要拟以滑动破坏模式为主,来规定稳定分析计算方法。但随边坡岩体 构造不同,滑动破坏有多种形式。对于不同形式的滑动破坏也应根据工 程实际情况确定条文规定的详细程度和严格程度。初步考虑: 1)滑动稳定分析计算方法以极限平衡分析类的方法为主。对于 一般节理岩体,sarma 法是重点考虑的计算方法之一。对于由于受结构 面和软弱面控制有可能形成空间楔形体滑动的情况, 楔体法是重点考虑 的计算方法。 2)对于数值分析类的计算方法,如有限元法、边界元法等。本

着“鼓励采用,但不做硬性规定”的原则,在条文中适当反映这方面的 内容。 对于其他失稳破坏情况,还需要通过工程实践的调查,在规范 中适当有所反映。 正文部分主要针对不同的滑动破坏模式, 规定采用的计算方法。 计算公式,及其公式使用的限制条件可放在“附录 D 岩石边坡稳定分 析方法”。 “5.4 土质边坡和混合边坡稳定分析” 一般情况下,土质边坡和混合边坡稳定分析的有关条文可参照 SL274——2001《碾压式土石坝设计规范》第 8.3.9 条编写,但要注意 与填筑的坝坡的不同。 对于土石混合边坡,尤其滑动面是上部为土下部为岩石,且滑 动面穿切岩层,沿岩层中软弱夹层滑动时,应引起注意。 对于黄土边坡和膨胀土边坡的稳定分析应特别提出与一般土质 边坡的不同之处。 6、“6 边坡处理” “6.1 一般要求” 1)提出“应根据边坡类型、重要性和地形地质条件等,经技术 经济比较,综合研究确定边坡处理方案”的原则要求。 2)规定“边坡处理应满足稳定、变形要求”,“必要时,还应 满足渗流要求”。 3)对于工程开挖边坡的布置,提出“应满足枢纽建筑物总体布

置要求”,并通过边坡布置方案优化提高边坡本身的稳定能力。 4)提出“首先研究提高边坡自承稳定能力,再根据需要进行加 固”的基本设计原则。 5)要求对存在严重威胁边坡安全的特殊地质构造,提出“研究 避开不良地质条件的可能性”。不可避免时,应专门进行研究。 6)若采用的加固处理措施的缺乏工程实践经验,规定应进行专 门要求,必要时进行试验验证。 “6.2 岩石边坡处理” 1)条文中应要求根据不同的边坡岩体结构特征,研究符合地质 构造实际情况的处理方法。 2)条文中应规定边坡处理应综合考虑开挖减载、排水、坡面支 护、深层加固和灌浆等多种处理措施,使得边坡处理方案满足安全和经 济的要求。 3)应根据边坡工程中实际应用情况和经验成熟程度,在条文中 分别顺序列出开挖减载、排水、坡面支护和深层加固等处理方法中常用 的处理措施,并规定如何合理选用这些处理方法,组成符合工程实际的 综合处理方案。规定可采用的具体处理措施时,应注意与土坡处理措施 的异同 4)对于开挖减载、排水、坡面支护和深层加固方法中,对于技 术问题较复杂的某些处理措施, 按照岩坡处理的要求进一步规定该措施 的适用条件、应注意的问题和主要的计算内容。比如:坡体排水孔在一 般岩体与破碎带不、 断层带和软岩的排水孔, 对排水孔结构的不同要求,

排水孔数量的确定应考虑可能失效问题对排水效果的影响; 锚索和预应 力锚索的适用条件和选用原则,提高锚索耐久性的要求等。 5)结构计算 对设计的处理措施,已有相关规范规定的,计算方法按照相关 规范的规定执行, 如挡土墙稳定、 受力等计算; 对没有相关规范规定的, 如抗滑桩、锚固洞的计算,其具体的计算方法可纳入附录 F 中。 常用的加固处理措施有: 1)开挖和压脚: 上部开挖,下部压脚。 2)地面排水: 排水沟网。 3)地下排水: 排水孔、排水洞、排水垫层等。 3)坡面支护: 喷混凝土、喷纤维混凝土、混凝土面板、沥青混 凝土面板、锚杆和混凝土塞等。 4)深层加固: 锚索(杆)、预应力锚索(杆)、锚固洞等。 5)灌浆处理: 水泥灌浆和化学灌浆等。 6)支挡措施: 各类挡土墙和防护网等。 “6.3 土质边坡处理” 1)条文中应规定边坡处理应综合考虑开挖减载、排水、坡面支 护和深层加固等多种处理措施, 使得边坡处理方案满足安全和经济的要 求。 2)应根据边坡工程中实际应用情况和经验成熟程度,在条文中 分别顺序列出开挖减载、排水、坡面支护和深层加固等处理方法中主要 的常用处理措施,并规定如何合理选用这些处理方法,组成符合工程实

际的综合处理方案。规定可采用的具体处理措施时,应注意与岩坡处理 措施的异同 3)对于开挖减载、排水、坡面支护和深层加固方法中,对于技 术问题较复杂的某些处理措施, 按照岩坡处理的要求进一步规定该措施 的适用条件、应注意的问题和主要的计算内容。 4)结构计算 规定各种处理措施应进行的计算内容和计算方法,已有相关规范的,指 出应遵循的规范编号、年号和名称;无相关规范的,计算方法在附录附 录 F 中列出。 常用的加固处理措施有: 1)开挖和压脚: 上部开挖,下部压脚。 2)地面排水: 水沟网。 3)地下排水: 排水孔、排水垫层等。 3)坡面支护: 干砌石、浆砌石、植被、刚性框格等。 4)深层加固: 土锚索(杆)等。 5)支挡措施: 各类挡土墙和防护网等。 “6.4 天然滑坡处理” 1)定性规定天然滑坡处理的原则; 2)提出具有一定实践经验的处理方法; 3)规定“必要时,进行地质力学模型试验。 7、“第 7 章 安全监测设计” “7.1 一般要求”

主要包括以下内容: 1)安全监测设计的基本原则 (1)要求考虑边坡的等级、类型和高度,以及失事后造成的危害 等因素,确定观测的项目、仪器数量。 (2)应能监测边坡的安全,能正确反映边坡的性状。 (3)根据施工期的监测资料,控制边坡处理施工和修正设计。 (4)为科学研究提供基础资料。 2)监测项目的选择原则 (1)参照已建工程经验,布设的常规监测项目,以便进行统计和 类比分析,总结经验。 (2)突出重点,反映本工程的特点,以便了解边坡安全性状的实 际情况。 (3)少而精,以便减少投资。 (4)临时监测与永久监测向结合, 以便保持监测资料的连续性和 减少投资。 3)监测仪器的选择原则 选择的监测仪器在满足“可靠、耐久、适用、经济”的前提下, 力求技术性能和监测数据采集的先进性,并便于实现监测自动化。 4)监测断面数量和位置选择和布置 要求按照已建工程的统计情况和实际效果,对不同级别和类型 的边坡提出监测断面的数量、布置位置。 5)提出应遵循的相关规范、规程等。

6)对重要大型工程适当提出监测自动化要求。 “7.2 监测项目” 1)按不同级别、不同类型边坡工程,规定监测项目的选定和仪 器数量的选择和确定等。 2)监测项目应按边坡的特点选取变形观测、渗流观测、应力(应 变)观测(针对加固工程),对于相对独立同时又特别重要的工程应进行 环境量观测。 3)规定边坡应布设的监测项目时,区别工程开挖边坡与自然边 坡的区别、 挡水边坡与不挡水边坡的区别、 永久边坡与临时边坡的区别、 土质边坡与岩石边坡的区别。 4)对于有可能失稳而需要处理的天然滑坡,条文中提出在处理 施工前预埋监测设施的要求, 以便监测边坡性状和为边坡处理设计提供 依据。 条文编制要求: 1)条文规定的广度、深度和严格程度应与工程的等级和重要性 有关,并应与当前工程实际应用情况相一致。 2)条文中确定监测项目和监测仪器时,应与目前国内埋设施工 技术水平相适应,并注意实际应用效果。 35 个边坡工程变形监测方法统计见下表。
外部监测 监测项目 工程数量 三角网 22 沉降 多点 钢筋 视准线 倾斜仪 水准 位移计 计 14 8 18 10 4 内部监测 测缝 应力 收敛计 地下水位 计 传感器 3 2 4 8

8、“附录 A 边坡岩体评价及抗剪强度指标确定” A.1 岩体质量评价 A.2 岩体抗剪强度指标确定 A.3 土体抗剪强度指标确定 9、“附录 B 边坡岩体结构分类” 10、“附录 C 岩石边坡失稳初步判别” 11、“录 D 岩石边坡稳定分析方法” 1)极限平衡法 (1)常用极限平衡法的主要特点 (2)基本计算公式 (3)计算方法选用的初步设想 2)数值分析方法 (1)常用极限平衡法的主要特点 (2)本构模型 (3)计算方法选用的初步设想 12、“附录 E 土坡边坡稳定分析方法” 13、“附录 F 加固措施结构计算(暂定)”


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