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輸電線路塔基距坡頂邊緣的安全避讓距離的研究

文檔作者：于生飛，高　鵬，劉　燦，孫長(zhǎng)帥文檔來(lái)源：山東電力工程咨詢?cè)河邢薰?/div>		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年10月15日
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輸電線路塔基距坡頂邊緣的安全避讓距離的研究
于生飛，高　鵬，劉　燦，孫長(zhǎng)帥
（山東電力工程咨詢?cè)河邢薰?，山東濟(jì)南２５００１３）
摘　要：通過(guò)對(duì)坡頂輸電線路塔基距坡頂邊緣的最小安全避讓距離的研究，得出立塔位置與坡頂邊緣的最小安全避
讓距離的定量分析評(píng)判方法，并根據(jù)各種土層邊坡模型的計(jì)算結(jié)果，提出了坡頂高壓線塔距坡頂邊緣的最小安全避讓
距離的一種簡(jiǎn)捷的速查方法。
關(guān)鍵詞：邊坡；穩(wěn)定性分析；安全避讓距離；輸電線路
中圖分類號(hào)：ＴＭ７５４
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（ＳｈａｎｄｏｎｇＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｎｓｕｌｔｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏｒｐ．，Ｌｔｄ．，Ｊｉｎａｎ２５００１３，Ｃｈｉｎａ）
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收稿日期：２０１９０１２１
作者簡(jiǎn)介：于生飛（１９８６－），碩士研究生，從事巖土工程勘察與
邊坡工程的研究。
０ 引言
我國(guó)山體丘陵分布廣泛，大量的電力高壓線塔等建
（構(gòu)）筑物建造于坡體環(huán)境中，如何保證邊坡及坡頂?shù)倪@些
建（構(gòu)）筑物的安全是巖土業(yè)界必須面對(duì)的理論及技術(shù)課
題。目前在巖土工程領(lǐng)域，對(duì)單純邊坡穩(wěn)定性分析的研究
較多，至今也已形成很多邊坡的穩(wěn)定性分析方法，在工程
領(lǐng)域應(yīng)用最為普遍的主要是極限平衡分析法［１］。但將邊坡
與坡頂建（構(gòu)）筑物放在一起研究，以此來(lái)探討坡頂建（構(gòu)）
筑物距坡頂邊緣的最小安全避讓距離， 目前研究成果
很少。
邊坡和坡頂建（構(gòu)）筑物是一個(gè)相互作用的統(tǒng)一體系。
當(dāng)坡頂建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)至坡頂邊緣的水平距離較近且坡頂
建筑荷載較大時(shí)，建筑附加荷載將對(duì)邊坡的變形及穩(wěn)定性
產(chǎn)生不利影響，可能導(dǎo)致邊坡的穩(wěn)定性降低，邊坡滑裂面
位置及滑動(dòng)范圍發(fā)生改變，甚至可能導(dǎo)致邊坡產(chǎn)生過(guò)大變
形或失穩(wěn)，進(jìn)而造成坡頂建筑地基土體由于側(cè)向約束的弱
化而發(fā)生不均勻沉降，導(dǎo)致坡頂建筑的開(kāi)裂或傾倒，因此
邊坡和坡頂建（構(gòu)）筑物間的相互影響不容忽視。實(shí)際工程
設(shè)計(jì)分析中必須將兩者作為一個(gè)共同作用的整體進(jìn)行綜合
考慮，從而保證邊坡和建（構(gòu)）筑物的安全。邊坡的穩(wěn)定性
與邊坡巖土體的物質(zhì)組成、邊坡高度、邊坡坡角、坡頂建
筑荷載、建筑基礎(chǔ)形式及坡頂建筑基礎(chǔ)至坡頂邊緣的水平
距離等因素有關(guān)，因此建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)至坡頂邊緣距離的
遠(yuǎn)近對(duì)邊坡及坡頂建（構(gòu)）筑物的安全影響至關(guān)重要。
目前，現(xiàn)場(chǎng)塔基定位時(shí)，立塔與高陡邊坡邊緣的安全
距離只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判定，無(wú)定量的科學(xué)分析判斷方法，線
路定位時(shí)常因偏于保守而造成不必要的改線、返工等，或
因偏于冒進(jìn)，給塔基安全埋下隱患。為此，在輸電線路中
的高陡土質(zhì)邊坡地段，研究立塔位置與坡頂邊緣的最小安
全避讓距離的定量分析評(píng)判方法，找到科學(xué)的方法來(lái)確定
桿塔基礎(chǔ)與高陡土坡坡頂邊緣的避讓距離，對(duì)于優(yōu)化工作
量、保障線路安全有重要意義。
１ 邊坡穩(wěn)定性影響因素及其分析方法
１．１ 邊坡穩(wěn)定性的概念
組成邊坡的巖土體，在重力作用下會(huì)產(chǎn)生向下滑動(dòng)的
力，同時(shí)由于自身具有一定的強(qiáng)度以及人為的工程措施影
響，會(huì)產(chǎn)生阻止坡體下滑的抵抗力。通常，如果邊坡土體
內(nèi)某個(gè)面上的滑動(dòng)力超過(guò)抗滑力，那么邊坡將會(huì)產(chǎn)生滑
動(dòng)，即失去穩(wěn)定。如果下滑力小于抗滑力，那么認(rèn)為邊坡
是穩(wěn)定的。在工程設(shè)計(jì)中，判斷邊坡穩(wěn)定性的大小習(xí)慣上
用安全系數(shù)來(lái)衡量。畢肖普定義的土坡穩(wěn)定安全系數(shù)為：
４２
電工技術(shù)　電氣設(shè)計(jì)
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犉ｓ＝τ犳／τ
式中，τ犳為沿整個(gè)滑面上的平均抗剪強(qiáng)度；τ 為沿整個(gè)滑
面上的平均剪應(yīng)力。
按上述定義，當(dāng)犉ｓ＞１時(shí)土坡穩(wěn)定，犉ｓ＜１時(shí)土坡失
穩(wěn)，犉ｓ＝１時(shí)土坡處于臨界狀態(tài)。該定義物理意義明確、
概念清晰、闡述簡(jiǎn)潔，在實(shí)際工程中應(yīng)用十分廣泛，但其
關(guān)鍵問(wèn)題在于尋找滑裂面，并且要確定滑裂面上的平均抗
剪強(qiáng)度和平均剪應(yīng)力。
１．２ 邊坡穩(wěn)定性的影響因素
影響邊坡穩(wěn)定性的因素很多，自然因素包括地質(zhì)環(huán)
境、地質(zhì)作用、氣候影響等，人為因素包括工程設(shè)計(jì)、施
工質(zhì)量等。
（１）邊坡坡度：可用坡高與水平長(zhǎng)度之比來(lái)表示，也
可用坡角θ來(lái)表示，θ越小，邊坡越穩(wěn)定。
（２）邊坡高度犎：坡腳至坡頂?shù)你U直距離，對(duì)于黏性
土坡，在相同條件下?tīng)仍叫?，邊坡越穩(wěn)定。
（３）邊坡的巖性、土層性質(zhì)：邊坡土體的犮、φ 值越
高，邊坡越穩(wěn)定。
（４）氣象、水文條件：雨水的滲入、地下水的滲流，
尤其是滲透力與滑動(dòng)方向一致時(shí)， 都會(huì)使邊坡穩(wěn)定性
降低。
（５）荷載和地震條件：坡頂存在超載或動(dòng)荷載，以及
地震，都會(huì)對(duì)邊坡的穩(wěn)定造成影響。
（６）施工質(zhì)量和加固措施等。
１．３ 邊坡穩(wěn)定性分析方法
極限平衡法是土坡穩(wěn)定分析中最早采用的方法，也是
最常用的方法［２］。它根據(jù)邊坡上的滑體或滑體分塊的力學(xué)
平衡原理（即靜力平衡原理），分析邊坡在各種破壞模式下
的受力狀態(tài)，再根據(jù)邊坡滑體上的抗滑力和下滑力間的關(guān)
系來(lái)評(píng)價(jià)邊坡的穩(wěn)定性。常用的極限平衡法有Ｆｅｌｌｅｎｉｕｓ法
（瑞典條分法）、Ｂｉｓｈｏｐ法（畢肖普法）和Ｊａｎｂｕ法（簡(jiǎn)布
法）等［１］
２ 塔基距離坡頂邊緣安全避讓距離驗(yàn)算原則
２．１ 驗(yàn)算參數(shù)的選擇
根據(jù)目前的分析成果，邊坡穩(wěn)定性敏感系數(shù)較大的參
數(shù)主要有邊坡土體的內(nèi)摩擦角、黏聚力，坡率（坡角）、坡
頂荷載及坡高等?？紤]到輸電線路工程中的實(shí)際情況，本
文主要把邊坡土體的內(nèi)摩擦角、黏聚力、重度，坡率（坡
角）、坡頂荷載及坡高等參數(shù)作為計(jì)算模型的驗(yàn)算參數(shù)。
２．２ 驗(yàn)算模型的建立
根據(jù)ＧＢ５０３３０—２０１３《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》第
５．３．１條中邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，邊坡穩(wěn)定性可劃分為以
下?tīng)顟B(tài)：犉ｓ＜１．００，為不穩(wěn)定狀態(tài)；１．００≤犉ｓ＜１．０５，為
欠穩(wěn)定狀態(tài)；１．０５≤犉ｓ＜犉ｓｔ， 為基本穩(wěn)定狀態(tài)；犉ｓ≥
犉ｓｔ，為穩(wěn)定狀態(tài)［３］。其中，犉ｓｔ為邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)。
結(jié)合輸電線路工程實(shí)際情況，假設(shè)鐵塔荷載在坡頂上
的附加應(yīng)力分布均勻，則通過(guò)ｓｌｉｄｅｖ５．０軟件，假定塔基
荷載施加到坡頂后， 通過(guò)各種參數(shù)組合（邊坡坡角、高
度，塔基荷載，及邊坡土體的黏聚力、內(nèi)摩擦角和重度
等）來(lái)驗(yàn)算。當(dāng)邊坡體恰好處于基本狀態(tài)（邊坡體的穩(wěn)定安
全系數(shù)犉ｓ＝１．０５）時(shí)，得到的塔基邊緣與坡頂邊緣的距離
即為最小安全避讓距離。假定的驗(yàn)算模型如圖１所示。
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３ 桿（塔）位相對(duì)坡頂最小安全避讓距離驗(yàn)算
３．１ 土質(zhì)邊坡體計(jì)算模型及參數(shù)的選取
根據(jù)輸電線路工程中常遇到的土質(zhì)邊坡情況，參考
《工程地質(zhì)手冊(cè)》（第４版）［４］等相關(guān)手冊(cè)、規(guī)范中土層的物
理力學(xué)參數(shù)經(jīng)驗(yàn)值，將本次土質(zhì)邊坡體假設(shè)為單一均質(zhì)土
坡，計(jì)算模型參數(shù)選取情況見(jiàn)表１。另外，模型計(jì)算中的
邊坡坡高分別按５、１０、１５ｍ 情況考慮，坡角分別考慮
３０、４５、６０°情況，坡頂塔基荷載按１００ｋＰａ考慮。
表１ 計(jì)算模型參數(shù)的選取
Ｔａｂ．１Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓ
土質(zhì)狀態(tài)（密實(shí)度） 重度狉／（ｋＮ／ｍ３） 黏聚力／ｋＰａ 內(nèi)摩擦角／（°） 坡頂荷載／ｋＰａ
黏性土
粉土
砂土
可塑１８．５ ２０ １５
硬塑１９．０ ２８ １８
堅(jiān)硬１９．５ ３５ ２２
稍密１８．５ ６ １８
中密１９．０ ６ ２２
密實(shí)１９．５ ６ ２６
稍密１９．０ ０ ２０
中密１９．５ ０ ２５
密實(shí)２０．０ ０ ３０
１００
３．２ 單一均質(zhì)土坡模型計(jì)算結(jié)果
根據(jù)以上土質(zhì)邊坡體計(jì)算模型及參數(shù)，并考慮不同坡
高、不同坡角及坡頂塔基荷載等因素的情況下，根據(jù)各種
土質(zhì)邊坡體計(jì)算模型得出的桿（塔）位相對(duì)坡頂邊緣的最小
安全避讓距離犛，以及坡高、坡度與最小安全避讓距離的
關(guān)系曲線（如圖２～４所示）。
由圖２～４可知，坡頂塔位的最小安全避讓距離受邊
坡的坡高、坡度和邊坡土體的密實(shí)軟弱程度影響較大。該
距離與邊坡的坡高、坡度呈正相關(guān)的關(guān)系，坡高越高、坡
４３
電氣設(shè)計(jì)　電工技術(shù)
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近似簡(jiǎn)單地根據(jù)不同土質(zhì)的軟弱、密實(shí)度狀態(tài)，先分別按
單一土質(zhì)邊坡確定坡頂塔位基礎(chǔ)相對(duì)最小安全避讓距離，
以此取最大值作為該復(fù)雜土質(zhì)邊坡條件下塔位相對(duì)最小安
全避讓距離。
４ 結(jié)語(yǔ)
本文通過(guò)研究坡頂建（構(gòu)）筑物與坡頂邊緣的最小安全
避讓距離，提出了坡頂高壓線塔與坡頂邊緣的最小安全避
讓距離的一種簡(jiǎn)捷速查方法。該方法可有效提高輸電線路
土質(zhì)邊坡地段塔基定位的效率，減少線路定位工日，降低
不必要的改線工作量，并為塔基的穩(wěn)定性與線路安全性提
供保障。
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電工技術(shù)　電氣設(shè)計(jì)

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