專(zhuān)題

斜坡巖(土)體穩(wěn)定性的工程地質(zhì)分析本專(zhuān)題內(nèi)容研究意義邊坡的應(yīng)力分布特征邊坡的變形與破壞邊坡變形破壞的基本特征崩塌與滑坡邊坡變形與破壞的平面問(wèn)題邊坡變形與破壞的空間問(wèn)題邊坡工程

緒論－基本概念及研究意義

斜坡巖(土)體穩(wěn)定性的工程地質(zhì)分折涉及兩個(gè)方面的任務(wù)：一方面要對(duì)斜坡的穩(wěn)定性作出評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)；另一方面要為設(shè)計(jì)合理的人工邊坡以及制定有效整治措施提供依據(jù)。查納滑坡

貴陽(yáng)沙沖路滑坡

龍羊峽庫(kù)岸滑坡2003年7月13日三峽庫(kù)區(qū)沙鎮(zhèn)溪發(fā)生千將坪滑坡，致使24人失蹤?；卤诨轮芙?/p>

西藏易貢特大崩滑災(zāi)害鹽池河崩塌新灘滑坡全貌泥石型水石型泥流型坡面型泥石流溝谷型泥石流

這樣一次巨震，發(fā)生在人口相對(duì)密集、地質(zhì)環(huán)境本身就比較脆弱的四川西部的中、高山地區(qū)，其觸發(fā)地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量之多,分布之廣是可以想象的，同時(shí)也是超出人們所預(yù)料的！地震觸發(fā)了大量的次生地質(zhì)災(zāi)害！震后9671處截至7.20日，經(jīng)實(shí)地排查，44個(gè)重災(zāi)縣(市)，震后新增地質(zhì)災(zāi)害隱患9671處。在統(tǒng)計(jì)的8627中，滑坡3627處、崩塌2383處、泥石流837處、不穩(wěn)定斜坡1694處，其他86處。直接威脅804945名群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。

還有難以計(jì)數(shù)的“野”滑坡。據(jù)估計(jì)，其總數(shù)在5萬(wàn)處以上！極重災(zāi)區(qū)平均3.5個(gè)/km2.類(lèi)型規(guī)模百分比(/%)巨型大型中型小型滑坡38340108121683627/41崩塌5830376112602383/28泥石流9092300355837/10不穩(wěn)定斜坡或震裂山體119240711841694/20總計(jì)197/2.3%837/9.7%2549/29.5%4967/57.6%8541/99*8627處統(tǒng)計(jì)，其中其他86處不在統(tǒng)計(jì)之列。512汶川大地震地質(zhì)災(zāi)害規(guī)模分類(lèi)4km1km2km安縣大光包滑坡5.12地震誘發(fā)災(zāi)難性滑坡、崩塌一覽表

(死亡>30人，17個(gè))1000600遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)過(guò)去20年全國(guó)因地質(zhì)災(zāi)害而死亡的人數(shù)的總和！

地質(zhì)災(zāi)害直接和間接死亡人數(shù)約為總遇難人數(shù)的1/3，達(dá)2.5-3.0萬(wàn)人。1600人死亡！

老縣城9.24泥石流后的北川縣城

斜坡(slope)統(tǒng)指地表一切具有側(cè)向臨空面的地質(zhì)體，包括天然斜坡和人工邊坡。天然斜坡(簡(jiǎn)稱(chēng)斜坡）是指自然地質(zhì)作用形成未經(jīng)人工改造的斜坡。人工邊坡(簡(jiǎn)稱(chēng)邊坡）是指經(jīng)人工開(kāi)挖或改造形成的斜坡。研究目的：研究邊坡變形破壞的機(jī)理(包括應(yīng)力分布及變形破壞特征)與穩(wěn)定性，為邊坡預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)及整治提供巖體力學(xué)依據(jù)。其中穩(wěn)定性計(jì)算是巖體邊坡穩(wěn)定性分析的核心。§6.1邊坡巖體中的應(yīng)力分布特征一、應(yīng)力分布特征在巖體中進(jìn)行開(kāi)挖，形成人工邊坡后，由于開(kāi)挖卸荷，在近邊坡面一定范圍內(nèi)的巖體中，發(fā)生應(yīng)力重分布作用，使邊坡巖體處于重分布應(yīng)力狀態(tài)。邊坡巖體為適應(yīng)重分布應(yīng)力狀態(tài)，將發(fā)生變形和破壞。因此，研究邊坡巖體重分布應(yīng)力特征是進(jìn)行穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)。邊坡中的應(yīng)力分分析現(xiàn)有方法一（1）應(yīng)力測(cè)量法；（2）室內(nèi)光彈性和模擬實(shí)驗(yàn)法；（3）數(shù)值計(jì)法；（4）近似計(jì)算法邊坡面附近的主應(yīng)力跡線發(fā)生偏轉(zhuǎn)。最大主應(yīng)力與坡面近于平行，最小主應(yīng)力與坡面近于正交，向坡體內(nèi)逐漸恢復(fù)初始應(yīng)力狀態(tài)。坡面上徑向應(yīng)力為零，為雙向應(yīng)力狀態(tài)，向坡內(nèi)逐漸轉(zhuǎn)為三向應(yīng)力狀態(tài)。應(yīng)力的重分布3坡面附近產(chǎn)生應(yīng)力集中帶。在坡腳附近，最大剪應(yīng)力增高，最易發(fā)生剪切破壞。在坡肩附近，常形成拉應(yīng)力帶。邊坡愈陡，則此帶范圍愈大，因此，坡肩附近最易拉裂破壞。4最大剪應(yīng)力跡線為凹向坡面的弧線。應(yīng)力重分布二、影響邊坡應(yīng)力分布的因素(1)

原始應(yīng)力狀態(tài)的影響巖體的原始應(yīng)力狀態(tài)中，水平剩余應(yīng)力的大小對(duì)坡體應(yīng)力狀態(tài)的影響尤為顯著。它不但使主應(yīng)力跡線的分布形式有所不同，而且明顯地改變了各應(yīng)力值的大小，尤其對(duì)坡腳應(yīng)力集中帶和張力帶的影響最大。在坡腳區(qū)，根據(jù)圖２—2可見(jiàn)，坡底的切向應(yīng)力最大值約相當(dāng)于原始水平應(yīng)力的三倍左右。當(dāng)有側(cè)向水平應(yīng)力時(shí)，該值成倍增高，如當(dāng)σL＝3ρgh時(shí)，該值可達(dá)7-10ρgh，與σL=0的情況相比，相差十分懸殊。圖２－2用有限元解出的位移跡線圖（上）和主應(yīng)力跡線圖（下）（a）重力場(chǎng)條件（N＝0.33）；（b）以水平應(yīng)力為主的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)條件下（N＝3）(2)坡形、坡高、坡角及坡底寬度坡高不改變應(yīng)力等值線的形狀，但改變主應(yīng)力的大小。

坡角影響邊坡巖體應(yīng)力分布圖象。坡底寬度對(duì)坡腳巖體應(yīng)力有較大的影響。坡面形狀對(duì)重分布應(yīng)力也有明顯的影響。圖6－3斜坡張力帶分布狀況及其與水平剩余應(yīng)力（σL）、坡角（β）關(guān)系示意圖（據(jù)Stacey，1970）圖6－4坡角最大剪應(yīng)力與坡腳和坡 底寬（W）關(guān)系圖解（據(jù)Stacey，1970）(3)巖體性質(zhì)及結(jié)構(gòu)特征巖體變形模量對(duì)邊坡應(yīng)力影響不大，泊松比對(duì)邊坡應(yīng)力影響較大。這是由于泊松比的變化，可以使水平自重應(yīng)力發(fā)生改變。(4)結(jié)構(gòu)面結(jié)構(gòu)面的存在使坡體中應(yīng)力發(fā)生不連續(xù)分布，并在結(jié)構(gòu)面周邊或端點(diǎn)形成應(yīng)力集中帶或阻滯應(yīng)力的傳遞，這種情況在堅(jiān)硬巖體邊坡中尤為明顯。§6.2邊坡巖體的變形與破壞巖體邊坡的變形與破壞是邊坡發(fā)展演化過(guò)程中兩個(gè)不同的階段，變形屬量變階段，而破壞則是質(zhì)變階段，它們形成一個(gè)累進(jìn)性變形破壞過(guò)程。一、邊坡巖體變形的基本類(lèi)型二、邊坡破壞的基本類(lèi)型三、影響巖體邊坡變形破壞的因素一、邊坡巖體變形的基本類(lèi)型

1、卸荷回彈在成坡過(guò)程中，由于荷重不斷減少，邊坡巖體在減荷方向(臨空面)產(chǎn)生伸長(zhǎng)變形，即卸荷回彈。天然應(yīng)力越大，向臨空方向的回彈變形量也越大。往往會(huì)伴隨產(chǎn)生一系列的張性結(jié)構(gòu)面。2、蠕變變形邊坡巖體中的應(yīng)力對(duì)于人類(lèi)工程活動(dòng)的有限時(shí)間來(lái)說(shuō)，可以認(rèn)為是保持不變的。在這種近似不變的應(yīng)力作用下，邊坡巖體的變形也將會(huì)隨時(shí)間不斷增加，這種變形稱(chēng)為蠕變變形。當(dāng)邊坡內(nèi)的應(yīng)力未超過(guò)巖體的長(zhǎng)期強(qiáng)度時(shí)，則這種變形所引起的破壞是局部的。反之，這種變形將導(dǎo)致邊坡巖體的整體失穩(wěn)。這種破裂失穩(wěn)是經(jīng)過(guò)局部破裂逐漸產(chǎn)生的，幾乎所有的巖體邊坡失穩(wěn)都要經(jīng)歷這種逐漸變形破壞過(guò)程。二、邊坡破壞的基本類(lèi)型單平面滑動(dòng)雙平面滑動(dòng)多平面滑動(dòng)邊坡破壞的基本類(lèi)型楔形狀滑動(dòng)圓弧形滑動(dòng)平面滑動(dòng)滑坡傾倒破壞崩塌崩塌：斜坡巖土體被結(jié)構(gòu)面分割的塊體，突然脫離母體以垂直運(yùn)動(dòng)為主、翻滾跌躍而下的現(xiàn)象與過(guò)程滑坡：斜坡巖土體在重力作用下，沿著貫通的剪切破壞面（帶），產(chǎn)生以水平運(yùn)動(dòng)為主的整體運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，稱(chēng)為滑坡。傾倒破壞：由陡傾或直立板狀巖體組成的斜坡，當(dāng)巖層走向與坡面走向近平行時(shí)，在自重應(yīng)力的長(zhǎng)期作用下，由前緣開(kāi)始向臨空方向彎曲、折裂，并逐漸向坡內(nèi)發(fā)展的現(xiàn)象稱(chēng)為傾倒破壞（彎曲傾倒）。三、影響巖體邊坡變形破壞的因素1、巖性決定巖體邊坡穩(wěn)定性的物質(zhì)基礎(chǔ)。2、巖體結(jié)構(gòu)巖體結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)面的發(fā)育特征是巖體邊坡破壞的控制因素。3、水的作用使巖土的質(zhì)量增大、滑動(dòng)面的滑動(dòng)力增大；巖土軟化、抗剪強(qiáng)度降低；對(duì)巖體產(chǎn)生動(dòng)水壓力和靜水壓力。4、風(fēng)化作用使巖體內(nèi)裂隙增多、擴(kuò)大，透水性增強(qiáng)，抗剪強(qiáng)度降低。5、地形地貌直接影響邊坡內(nèi)的應(yīng)力分布特征，進(jìn)而影響邊坡的變形破壞形式及邊坡的穩(wěn)定性。6、地震產(chǎn)生地震慣性力7、天然應(yīng)力8、人為因素三、影響巖體邊坡變形破壞的因素§9.3邊坡巖體穩(wěn)定性分析的步驟定性分析是在工程地質(zhì)勘察工作的基礎(chǔ)上，對(duì)邊坡巖體變形破壞的可能性及破壞形式進(jìn)行初步判斷。定量分析是在定性分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用一定的計(jì)算方法對(duì)邊坡巖體進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算及定量評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)方法數(shù)學(xué)力學(xué)分析法模型模擬試驗(yàn)法工程類(lèi)比法圖解法塊體極限平衡法彈性力學(xué)、彈塑性力學(xué)法有限元法等數(shù)值方法第九章

邊坡巖體穩(wěn)定性分析塊體極限平衡法假設(shè)條件(1)邊坡巖體將沿某一結(jié)構(gòu)面（滑動(dòng)面）產(chǎn)生滑移剪切破壞；(2)滑體在滑動(dòng)過(guò)程中相對(duì)位置不變化，即為剛體；(3)滑動(dòng)面上的應(yīng)力分布均勻；(4)不考慮滑體兩側(cè)的抗滑力。穩(wěn)定性系數(shù)=滑動(dòng)面上可能利用抗滑力/滑動(dòng)力>1

穩(wěn)定≦1不穩(wěn)定在多數(shù)情況下，計(jì)算的穩(wěn)定性系數(shù)都有一定誤差，因此，為保險(xiǎn)起見(jiàn)，引入安全系數(shù)的概念。第九章

邊坡巖體穩(wěn)定性分析塊體極限平衡法步驟可能滑動(dòng)巖體幾何邊界條件的分析受力條件分析確定計(jì)算參數(shù)計(jì)算穩(wěn)定性系數(shù)確定安全系數(shù)，進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)第九章

邊坡巖體穩(wěn)定性分析一、幾何邊界條件分析幾何邊界條件是指構(gòu)成可能滑動(dòng)巖體的各種邊界面及其組合關(guān)系，包括滑動(dòng)面、切割面和臨空面三種?；瑒?dòng)面是指起滑動(dòng)(即失穩(wěn)巖體沿其滑動(dòng))作用的面，包括潛在破壞面。切割面是指起切割巖體作用的面，由于失穩(wěn)巖體不沿該面滑動(dòng)，因而不起抗滑作用，如平面滑動(dòng)的側(cè)向切割面。臨空面指臨空的自由面，它的存在為滑動(dòng)巖體提供活動(dòng)空間，臨空面常由地面或開(kāi)挖面組成。第九章

邊坡巖體穩(wěn)定性分析幾何邊界條件分析的內(nèi)容是查清巖體中的各類(lèi)結(jié)構(gòu)面及其組合關(guān)系，確定出可能的滑移面、切割面。幾何邊界條件分析的目的是確定邊坡中可能滑動(dòng)巖體的位置、規(guī)模及形態(tài)，定性地判斷邊坡巖體的破壞類(lèi)型及主滑方向。幾何邊界條件的分析可通過(guò)赤平投影、實(shí)體比例投影等圖解法或三角幾何分析法進(jìn)行。一、幾何邊界條件分析第九章

邊坡巖體穩(wěn)定性分析二、受力條件分析在工程使用期間，可能滑動(dòng)巖體或其邊界面上承受的力的類(lèi)型及大小、方向和合力的作用點(diǎn)統(tǒng)稱(chēng)為受力條件。邊坡巖體上承受的力常見(jiàn)有：巖體重力、靜水壓力、動(dòng)水壓力、建筑物作用力及震動(dòng)力等等。1.地震作用水平地震作用：FEK=1G第九章

邊坡巖體穩(wěn)定性分析2.水壓力：包括滲透靜水壓力和滲透動(dòng)水壓力。靜水壓力——水對(duì)巖體的靜壓力，數(shù)值上等于巖體受到的浮力。動(dòng)水壓力——與水力梯度有關(guān)，數(shù)值上等于巖體受到的滲流阻力。第九章

邊坡巖體穩(wěn)定性分析三、確定計(jì)算參數(shù)從偏安全的角度起見(jiàn)，一般選用的計(jì)算參數(shù)，應(yīng)接近于殘余強(qiáng)度。研究表明：殘余強(qiáng)度與峰值強(qiáng)度的比值，大多變化在0.6~0.9之間，因此，在沒(méi)有獲得殘余強(qiáng)度的條件下，建議摩擦系數(shù)計(jì)算值在峰值摩擦系數(shù)的60％~90％之間選取，內(nèi)聚力計(jì)算值在峰值內(nèi)聚力的10％~30％之間選取。經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)極限狀態(tài)下的反算數(shù)據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)第九章

邊坡巖體穩(wěn)定性分析四、穩(wěn)定性系數(shù)的計(jì)算和穩(wěn)定性評(píng)價(jià)穩(wěn)定性系數(shù)=可供利用的抗滑力/滑動(dòng)力第九章

邊坡巖體穩(wěn)定性分析五、確定安全系數(shù)，進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)安全系數(shù)：根據(jù)各種因素規(guī)定的允許的穩(wěn)定性系數(shù)。大小是根據(jù)各種影響因素人為規(guī)定的，必須大于1。影響因素：①巖體工程地質(zhì)特征研究的詳細(xì)程度；②各種計(jì)算參數(shù)誤差的大??；③計(jì)算穩(wěn)定性系數(shù)時(shí)，是否考慮了全部作用力；④計(jì)算過(guò)程中各種中間結(jié)果的誤差大??；⑤工程的設(shè)計(jì)年限、重要性以及邊坡破壞后的后果。安全系數(shù)一般=1.05~1.5

第九章

邊坡巖體穩(wěn)定性分析§9.4邊坡巖體穩(wěn)定性計(jì)算一、單平面滑動(dòng)1、僅有重力作用時(shí)滑動(dòng)面上的抗滑力Fs=Gcosβtgφj+CjL

滑動(dòng)力

Fr＝Gsinβ穩(wěn)定性系數(shù)第九章

邊坡巖體穩(wěn)定性分析滑動(dòng)體極限高度Hcr為∴當(dāng)Cj=0，φj＜β時(shí)，η＜1，Hcr=0忽略滑動(dòng)面上內(nèi)聚力(Cj=0)時(shí)

第九章

邊坡巖體穩(wěn)定性分析2、有水壓力作用作用于CD上的靜水壓力V作用于AD上的靜水壓力U為邊坡穩(wěn)定性系數(shù)為第九章

邊坡巖體穩(wěn)定性分析3、有水壓力作用與地震作用邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)FEK=1G水平地震作用第九章

邊坡巖體穩(wěn)定性分析二、同向雙平面滑動(dòng)第一種情況為滑動(dòng)體內(nèi)不存在結(jié)構(gòu)面，視滑動(dòng)體為剛體，采用力平衡圖解法計(jì)算穩(wěn)定性系數(shù)第二種情況為滑動(dòng)體內(nèi)存在結(jié)構(gòu)面并將滑動(dòng)體切割成若干塊體的情況，這時(shí)需分塊計(jì)算邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)第九章

邊坡巖體穩(wěn)定性分析1.滑動(dòng)體為剛體的情況

ABCD為可能滑動(dòng)體，根據(jù)滑動(dòng)面產(chǎn)狀分為Ⅰ、Ⅱ兩個(gè)塊體。FⅠ為塊體Ⅱ?qū)K體Ⅰ的作用力，F(xiàn)Ⅱ?yàn)閴K體Ⅰ對(duì)塊體Ⅱ的作用力，F(xiàn)Ⅰ和FⅡ大小相等，方向相反，其作用方向的傾角為θ?；瑒?dòng)面AB以下巖體對(duì)塊體Ⅰ的反力R1(摩阻力)與AB面法線的夾角為φ1。第九章

邊坡巖體穩(wěn)定性分析2.滑動(dòng)體內(nèi)存在結(jié)構(gòu)面的情況

在滑動(dòng)過(guò)程中，滑動(dòng)體除沿滑動(dòng)面滑動(dòng)外，被結(jié)構(gòu)面分割開(kāi)的塊體之間還要產(chǎn)生相互錯(cuò)動(dòng)。采用分塊極限平衡法和不平衡推力傳遞法進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。AB面BC面BD面第九章

邊坡巖體穩(wěn)定性分析塊體Ⅰ塊體Ⅱ塊體Ⅰ塊體Ⅱ塊體Ⅱ第九章

邊坡巖體穩(wěn)定性分析三、多平面滑動(dòng)邊坡巖體的多平面滑動(dòng)，分為一般多平面滑動(dòng)和階梯狀滑動(dòng)兩個(gè)亞類(lèi)。階梯狀滑動(dòng)，破壞面由多個(gè)實(shí)際滑動(dòng)