工程地質(zhì)的資料第1頁/共81頁第一節(jié)巖體的結(jié)構(gòu)特性

為什么要研究巖體結(jié)構(gòu)?大量實踐證明;巖體的穩(wěn)定性主要取決于巖體的結(jié)構(gòu)特征；巖體的變形和破壞既有巖石材料的變形與破壞、也有巖體結(jié)構(gòu)的變形與破壞，而主要是巖體結(jié)構(gòu)的變形與破壞，因此巖體結(jié)構(gòu)是分析巖體穩(wěn)定性的基礎(chǔ)，可以提供巖體穩(wěn)定性分析的邊界條件和破壞機理。

a.結(jié)構(gòu)面是巖體中力學強度相對較薄弱的部位，導致巖體的不連續(xù)性、不均一性和各面異性。

b.巖體結(jié)構(gòu)特征對巖體的變形、破壞方式和強度特征起重要的控制作用。

c.在地表的巖體，其結(jié)構(gòu)特征在很大程度上決定了外營力對巖體的改造過程。第2頁/共81頁工程地質(zhì)之所以要將巖體的結(jié)構(gòu)特征作為重要研究對象，意義如下：⑴巖體中的結(jié)構(gòu)面是巖體力學強度相對薄弱的部位，它導致巖體力學性能的不連續(xù)性、不均一性和各向異性。只有掌握巖體的結(jié)構(gòu)特征，才有可能闡明巖體不同荷載下內(nèi)部的應力分布和應力狀況。⑵巖體的結(jié)構(gòu)特征對巖體在一定荷載條件下的變形破壞方式和強度特征起著重要的控制作用。巖體中的軟弱結(jié)構(gòu)面，常常成為決定巖體穩(wěn)定性的控制面，各結(jié)構(gòu)面分別為確定壩肩巖體抗滑穩(wěn)定的分割面和滑移控制面。⑶靠近地表的巖體，其結(jié)構(gòu)特征在很大程度上確定了外營力對巖體的改造進程。這是由于結(jié)構(gòu)面往往是風化、地下水等各種外營力較活動的部位，也常常是這些營力的改造作用能深入巖體內(nèi)部的重要通道，往往發(fā)展為重要的控制面。總之，對巖體的結(jié)構(gòu)特征的研究，是分析評價區(qū)域穩(wěn)定性和巖體穩(wěn)定性的重要依據(jù)。第3頁/共81頁一.巖體

1.

定義：是指工程作用范圍內(nèi)經(jīng)受過變形、遭受過破壞、具有一定巖石成分、特定結(jié)構(gòu)類型并賦存于一定環(huán)境條件的復合地質(zhì)體。

可見巖體不同于巖石：

1).巖體經(jīng)歷了原始建造、構(gòu)造改造及次生改造，因此巖體內(nèi)含有各種各樣的節(jié)理裂隙系統(tǒng)；

2).巖體是不連續(xù)的、非均值、各向異性的結(jié)構(gòu)體；

3).巖體內(nèi)存在著初始應力場；

4).巖體處于地下環(huán)境、受地下水等因素的影響。第4頁/共81頁2.巖體的主要特征

巖體是地質(zhì)體的一部分，因此，巖石、地質(zhì)構(gòu)造、溫度、地下水及巖體中的天然應力狀態(tài)對巖體的穩(wěn)定有很大影響。要研究巖體，不僅要研究現(xiàn)狀還要研究其歷史。巖體中的結(jié)構(gòu)面是巖體力學強度相對薄弱的部位，它將導致巖體力學性能不連續(xù)性、不均一性和各向異性。軟弱的結(jié)構(gòu)面常常形成巖體穩(wěn)定性的控制面。巖體在工程荷載的作用下產(chǎn)生變形和破壞，主要受各種結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)及其組合形式的控制，即受巖體結(jié)構(gòu)控制。巖體結(jié)構(gòu)特征不同，巖體的變形與破壞機制也不同。巖體中存在天然的應力場，在多數(shù)情況下，巖體中不僅存在自重應力還有構(gòu)造應力，這些應力的存在，使得巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)復雜化。第5頁/共81頁

結(jié)構(gòu)面堅硬結(jié)構(gòu)面(干凈的)巖體結(jié)構(gòu)單元軟弱結(jié)構(gòu)面(夾泥的，夾層)

結(jié)構(gòu)體塊狀結(jié)構(gòu)體(短軸的)

板狀結(jié)構(gòu)體(長厚比大于15)1).結(jié)構(gòu)面：指存在于巖體中的各種不同成因、不同特征的具有一定方向、延展較大而厚度較小的二維面狀地質(zhì)界面，它包括物質(zhì)分異面和不連續(xù)面，如：斷層、節(jié)理、層理、片理面、軟弱夾層及不整合面等；2).結(jié)構(gòu)體：由結(jié)構(gòu)面切割后形成的巖石塊體；二.巖體結(jié)構(gòu)

1.結(jié)構(gòu)單元：第6頁/共81頁結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體按力學性能可分為若干類型，不同類型的巖體結(jié)構(gòu)單元在巖體內(nèi)組合、排列的形式即為巖體結(jié)構(gòu)。故巖體結(jié)構(gòu)是指巖體中結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體兩個要素的組合特征。包含以下三方面內(nèi)容：

第一巖體的結(jié)構(gòu)單元或結(jié)構(gòu)要素；

第二結(jié)構(gòu)要素的組合特征（不同類型要素的搭配）；

第三結(jié)構(gòu)要素的排列特征（是否有序、是否貫通等）。

2.

巖體結(jié)構(gòu)：第7頁/共81頁

三.

結(jié)構(gòu)面的特征結(jié)構(gòu)面的特征包括:

第一類為結(jié)構(gòu)面的幾何特征------組數(shù)、間距、密度、產(chǎn)狀、延伸程度等-----結(jié)構(gòu)面的發(fā)育程度。第二類為結(jié)構(gòu)面的性狀特征-----張開度、粗糙度、起伏情況、充填情況、充填物賦水情況等-----結(jié)構(gòu)面的結(jié)合程度。具體來講主要包括下面七個方面的特征:第8頁/共81頁1.結(jié)構(gòu)面的成因類型（1）

第9頁/共81頁第10頁/共81頁玄武巖的原生柱狀裂隙第11頁/共81頁結(jié)構(gòu)面的成因類型（2）

第12頁/共81頁2.

結(jié)構(gòu)面的規(guī)模

結(jié)構(gòu)面的規(guī)模

一級結(jié)構(gòu)面：區(qū)域性的斷裂破碎帶，延展數(shù)十公里以上。它直接關(guān)系到工程所在區(qū)域的穩(wěn)定性，一般在規(guī)劃選點時盡量避開如大型斷裂帶、大型不整合面等，。

二級結(jié)構(gòu)面：延展性較強，貫穿整個工程地區(qū)或在一定工程范圍內(nèi)切斷整個巖體的結(jié)構(gòu)面。它的組合與分布，控制了山體及工程巖體的破壞方式及滑動邊界。如一般斷層、大型層間錯動等。

三級結(jié)構(gòu)面：包括走向與傾向方向，延伸有限。這些結(jié)構(gòu)面控制巖體的破壞和滑移機理，常常是工程穩(wěn)定的控制性因素及邊界條件。如小斷層、開裂的層面、不含泥的大節(jié)理等。

四級結(jié)構(gòu)面：延展性差，一般在數(shù)米至數(shù)十米的范圍內(nèi)的節(jié)理、片理等，它們僅在小范圍內(nèi)將巖體切割成塊狀。

五級結(jié)構(gòu)面：延展性極差的一些微小裂隙。它主要影響巖塊的力學性質(zhì)。巖塊的破壞由于微裂隙的存在具有隨機性。第13頁/共81頁結(jié)構(gòu)面規(guī)模等級劃分：按其對巖體力學行為所起控制作用，可劃分為三個等級，即貫通性宏觀軟弱面（A類）；顯現(xiàn)結(jié)構(gòu)面（B類）；和隱微結(jié)構(gòu)面（C類）。

類型主要特征力學性質(zhì)代表性結(jié)構(gòu)面A.貫通性宏觀結(jié)構(gòu)面連續(xù)性好，延伸方向確定，通常具一定厚度與方向破壞巖體的連續(xù)性，構(gòu)成巖體力學性質(zhì)作用邊界，控制巖體變形破壞方向，穩(wěn)定性計算的邊界層面，軟弱夾層，斷層面或斷層破碎帶B.顯現(xiàn)結(jié)構(gòu)面硬性結(jié)構(gòu)面，隨機斷續(xù)分布，延伸長度米級-數(shù)十米，具有統(tǒng)計優(yōu)勢方位破壞巖體的完整性，使巖體力學性質(zhì)具各向異性特征，影響巖體變形破壞方式各類原生和構(gòu)造裂隙，表生破裂結(jié)構(gòu)面C.隱微結(jié)構(gòu)面短小閉合，長度從毫米級至厘米級，隨機分布可有統(tǒng)計優(yōu)勢方位影響巖塊的強度和變形破壞特征巖石的隱微裂隙第14頁/共81頁3.結(jié)構(gòu)面形態(tài)

起伏度平直型：包括大多數(shù)層面、片理和剪切破裂面。

波狀起伏型：如波痕層面、輕度揉曲的片理鋸齒狀型：張扭性結(jié)構(gòu)面不規(guī)則型

粗糙度粗糙的平滑的鏡面的結(jié)構(gòu)面的形態(tài)特征結(jié)構(gòu)面的形態(tài)(平整性、光滑性)直接影響巖體的力學性能和水力性質(zhì)。結(jié)構(gòu)面的起伏程度用起伏角表示；粗糙程度用粗糙度表示。第15頁/共81頁4.結(jié)構(gòu)面的延展性

結(jié)構(gòu)面的延展性也稱連續(xù)性，是決定巖體穩(wěn)定性的決定性因素，對巖體的變形、變形破壞機理、強度、滲透性都有很大影響。一般用連續(xù)性系數(shù)表示：即沿結(jié)構(gòu)面延伸方向上結(jié)構(gòu)面各段長度之和與測線長度的比值。5.結(jié)構(gòu)面的組合關(guān)系結(jié)構(gòu)面的組合關(guān)系控制著可能滑移巖體的幾何邊界條件、形態(tài)、規(guī)模、滑動方向、滑移破壞類型等。因此需分析結(jié)構(gòu)面之間及其與臨空面之間的組合關(guān)系。

第16頁/共81頁

發(fā)育程度等級基本特征附注裂隙不發(fā)育裂隙1~2組，規(guī)則，構(gòu)造型，間距在1米以上，多為密閉裂隙。巖體被切割成巨塊狀對基礎(chǔ)工程無影響，在不含水且無其他不良因素時，對巖體穩(wěn)定性影響不大裂隙較發(fā)育裂隙2~3組，呈X型，較規(guī)則，以構(gòu)造型為主，多數(shù)間距大于0.4米，多為密閉裂隙，部分為微張裂隙，少有填充物。巖體被切割成大塊狀對基礎(chǔ)工程影響不大，對其他工程可能產(chǎn)生相當影響裂隙發(fā)育裂隙3組以上，不規(guī)則，以構(gòu)造型或風化型為主，多數(shù)間距小于0.4米，大部分為張開裂隙，部分有填充物。巖體被切割成小塊狀對工程建筑物可能產(chǎn)生很大影響裂隙很發(fā)育裂隙3組以上，雜亂，以風化型和構(gòu)造型為主，多數(shù)間距小于0.2米，以張開裂隙為主，一般均有填充物。巖體被切割成碎石狀對工程建筑物產(chǎn)生嚴重影響6.結(jié)構(gòu)面的發(fā)育程度第17頁/共81頁7.結(jié)構(gòu)面的張開度和填充膠結(jié)特征結(jié)構(gòu)面的張開程度：是指結(jié)構(gòu)面兩壁之間的垂直距離，它影響結(jié)構(gòu)面的強度、變形、滲透。一般分為下列四級：

δ﹤1mm閉合的;

δ=1-3mm微張的;

δ=3-5mm張開的;

δ﹥5mm寬張的;張性斷裂面，為次生充填和地下水活動提供條件，顯著降低其抗剪強度；產(chǎn)生靜、動水壓力，影響巖體穩(wěn)定性；結(jié)構(gòu)面經(jīng)充填膠結(jié)后，力學性質(zhì)有所改善，，改善程度因充填物不同而不同。以鐵硅質(zhì)膠結(jié)的強度高，一般不予研究；以泥質(zhì)和鈣質(zhì)膠結(jié)的強度低、抗水性差。充填物以砂質(zhì)、礫質(zhì)的好、泥質(zhì)和易溶鹽類的差；按充填物厚度和連續(xù)性，結(jié)構(gòu)面的充填可分為：薄膜充填、斷續(xù)充填、連續(xù)充填、厚層充填四種。第18頁/共81頁軟弱夾層第19頁/共81頁四.結(jié)構(gòu)體

結(jié)構(gòu)體與結(jié)構(gòu)面相互依存：結(jié)構(gòu)體形狀與結(jié)構(gòu)面組數(shù)密切相關(guān)，巖體內(nèi)結(jié)構(gòu)面組數(shù)越多，結(jié)構(gòu)體形狀越復雜；結(jié)構(gòu)體塊度或尺寸與結(jié)構(gòu)面間距密切相關(guān)。結(jié)構(gòu)面間距越大，結(jié)構(gòu)體塊度（尺寸）越大。結(jié)構(gòu)體級序與結(jié)構(gòu)面級序有相互依存的關(guān)系

結(jié)構(gòu)體的一般類型：柱狀、塊狀、板狀、楔形、菱形、錐形等；強烈破碎部位可能有:片狀、鱗片狀、碎塊狀、碎屑狀。第20頁/共81頁五.巖體結(jié)構(gòu)的類型

第21頁/共81頁不同結(jié)構(gòu)類型巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)

整體塊狀結(jié)構(gòu)巖體：結(jié)構(gòu)面稀疏、延展性差、結(jié)構(gòu)體塊度大且常為硬質(zhì)巖石，故整體強度高、變形特征接近于各向同性的均質(zhì)彈性體，變形模量、承載能力與抗滑能力均較高，抗風化能力一般也較強，故這類巖體具有良好的工程地質(zhì)性質(zhì)，是較理想的各類工程建筑地基、邊坡巖體及洞室圍巖。

層狀結(jié)構(gòu)巖體：結(jié)構(gòu)面以層面與不密集的節(jié)理為主，結(jié)構(gòu)面多閉合~微張狀、一般風化微弱、結(jié)合力一般不強，結(jié)構(gòu)體塊度較大且保持著母巖巖塊性質(zhì)，故這類巖體總體變形模量和承載能力均較高，可作為工程建筑地基，但應注意結(jié)構(gòu)面結(jié)合力不強的情況。

碎裂結(jié)構(gòu)巖體：節(jié)理、裂隙發(fā)育、常有泥質(zhì)充填物質(zhì)，結(jié)合力不強，其中層狀巖體常有平行層面的軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)育，結(jié)構(gòu)體塊度不大，巖體完整性破壞較大，其中鑲嵌結(jié)構(gòu)巖體因其結(jié)構(gòu)體為硬質(zhì)巖石，尚具較高的變形模量和承載能力，工程地質(zhì)性能尚好；而層狀碎裂結(jié)構(gòu)和碎裂結(jié)構(gòu)巖體則變形模量、承載能力均不高，工程地質(zhì)性質(zhì)較差。

散體結(jié)構(gòu)巖體：節(jié)理、裂隙很發(fā)育，巖體十分破碎，巖石手捏即碎，屬于碎石土類，可按碎石土類研究。第22頁/共81頁塊狀結(jié)構(gòu)巖體第23頁/共81頁層狀結(jié)構(gòu)巖體第24頁/共81頁層狀碎裂結(jié)構(gòu)第25頁/共81頁（碎裂結(jié)構(gòu)）第26頁/共81頁散體結(jié)構(gòu)第27頁/共81頁公路工程中巖體工程地質(zhì)問題路塹邊坡的穩(wěn)定問題路橋地基穩(wěn)定問題隧道圍巖的穩(wěn)定問題一.

巖體穩(wěn)定性：是指在一定的時間內(nèi)、一定的自然條件和人為因素的影響下，巖體不產(chǎn)生破壞性的剪切滑動、塑性變形或張裂破壞。剪切滑動是最常見和最主要的。第二節(jié)

巖體穩(wěn)定性分析

大量的工程實踐證明:第28頁/共81頁

巖體穩(wěn)定性分析常用方法：

定性：工程地質(zhì)類比法、圖解法（結(jié)構(gòu)分析法）剛性極限平衡法

定量數(shù)值計算法：有限元法、邊界元法、離散元法、模型試驗法半定量圖解法—赤平投影結(jié)合實體比例投影法可靠度法第29頁/共81頁規(guī)范中的相關(guān)規(guī)定１、關(guān)于巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性分析目前為止，對于巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性分析，可以說仍沒有一套比較完善統(tǒng)一的體系，我國的相關(guān)規(guī)范中建議使用赤平投影的方法進行定性分析，說明該方法在定性分析方面是比較成熟的。２、建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范GB50330-2002

第30頁/共81頁3、公路路基設(shè)計規(guī)范JTGD30-2004第31頁/共81頁二.巖體穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)分析1.巖體穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)分析的實質(zhì)：

工程中巖體的滑移破壞，往往是一部分不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體沿著某些結(jié)構(gòu)面拉開，并沿著另一些結(jié)構(gòu)面向著一定的臨空面滑移的結(jié)果；

這就揭示了巖體穩(wěn)定性破壞必須具備的邊界條件：切割面、滑動面和臨空面；

巖體穩(wěn)定性分析的實質(zhì)就是：通過對巖體結(jié)構(gòu)要素的分析(有各種方法)，明確巖體滑移破壞的上述邊界條件是否具備，對巖體的穩(wěn)定性做出判斷。

第32頁/共81頁2.巖體穩(wěn)定分析步驟:

首先對巖體中發(fā)育的結(jié)構(gòu)面的類型、產(chǎn)狀及特征進行調(diào)查、統(tǒng)計、研究；其次對各種結(jié)構(gòu)面及其空間組合關(guān)系以及結(jié)構(gòu)體的立體形式進行圖解分析；最后，對巖體的穩(wěn)定性做出評價。

第33頁/共81頁3.極射赤平投影

1).極射赤平投影----簡稱赤平投影，主要用來表示線、面的方位，及其相互之間的角距關(guān)系和運動軌跡，把物體三維空間的幾何要素（面、線）投影到平面上來進行研究。特點：方法簡便、直觀、是一種形象、綜合的定量圖解。在構(gòu)造地質(zhì)、工程地質(zhì)、結(jié)晶學和航海上被廣泛地應用。第34頁/共81頁2).投影要素

(1)、投影球

(2)、赤平面:過投影球球心的水平面

(3)、基圓:赤平面與球面相交的大圓（赤平大圓）。凡過球心的平面與球面相交的大圓，統(tǒng)稱為大圓，不過球心的平面與球面相交所成的圓統(tǒng)稱小圓。

(4)、極射點:球上兩極發(fā)射點，分上半球投影和下球投影第35頁/共81頁3）、面和線的赤平投影（1）.投影原理任何一個過球心的無限伸展的平面（巖層面、斷層面、節(jié)理面或軸面等）和線，必然與球面相交成球面大圓和點。球面大圓與極射點的連線必然穿過赤平面，在赤平面上這些穿透點的連線即為該平面的相應大圓的赤平投影，簡稱大圓弧。第36頁/共81頁即取一球體及其赤平面；將結(jié)構(gòu)面通過球心放置；從極點上發(fā)射線，到達結(jié)構(gòu)面的射線與赤平面交點（穿透點）連線即為物體的赤平極射投影，即化立體為平面的一種投影。

WENSOABCDM第37頁/共81頁AC為結(jié)構(gòu)面的走向線，其所指示的方位角為結(jié)構(gòu)面的走向；MO為結(jié)構(gòu)面的傾向；FM的長度反映了結(jié)構(gòu)面傾角的大小。第38頁/共81頁(2）作法：A.利用吳爾夫投影網(wǎng)①.吳爾夫網(wǎng)盤的方位角畫出結(jié)構(gòu)面的走向；②.轉(zhuǎn)動網(wǎng)盤，使0-180直線與結(jié)構(gòu)面走向重合；③.根據(jù)結(jié)構(gòu)面的傾向和傾角大小，利用經(jīng)線方向的刻度線，做出結(jié)構(gòu)面的投影或讀取坡角。B.當無上述投影網(wǎng)時：第39頁/共81頁附：投影網(wǎng)---吳爾網(wǎng)的結(jié)構(gòu)及成因原理

吳氏網(wǎng)的結(jié)構(gòu)：基圓、徑向大圓弧、緯向小圓弧、東西、南北經(jīng)緯線，間距2°，誤差±0.5°。

（1）、基圓：赤平大圓，代表水平面，0°-360°方位角刻度。

（2）、兩條直徑：EW，SN。

（3）、經(jīng)向大圓弧：由一系列走向SN的，向東或西傾斜，傾角不同（0°-90°），間隔2°的投影大圓?。ù韮A斜平面）組成。

（4）、緯向小圓“為一系列走向東西、直立小圓的投影小圓弧組成。他們將SN直徑、經(jīng)向大圓和基圓等分，每小格為2°。第40頁/共81頁第41頁/共81頁4).利用赤平極射投影圖可分析的內(nèi)容:(1).初步判斷巖體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性

(2).推斷邊坡的穩(wěn)定坡角(3).確定滑動面、切割面、臨空面的產(chǎn)狀

(4).確定不穩(wěn)定體滑動的方向

4.

邊坡巖體穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)分析:

1）.邊坡上發(fā)育一組結(jié)構(gòu)面的分析：

結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀近于水平時----這種情況下邊坡的穩(wěn)定性不受影響。

結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀近于直立時---這種情況下邊坡的穩(wěn)定性也不受影響。

結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀傾向時---這種情況下邊坡的穩(wěn)定性需做如下分析：

第42頁/共81頁（1）.走向和邊坡走向一致---順向邊坡

穩(wěn)定性分析：

傾向相反：結(jié)構(gòu)面投影弧位于邊坡投影弧對側(cè)半圓，屬于穩(wěn)定的邊坡；

傾向相同：結(jié)構(gòu)面投影弧位于邊坡投影弧同側(cè)半圓內(nèi)，

①、結(jié)構(gòu)面的傾角大于邊坡傾角，結(jié)構(gòu)面投影弧在邊坡投影弧內(nèi)，屬于基本穩(wěn)定的邊坡。②、結(jié)構(gòu)面的傾角小于邊坡傾角，結(jié)構(gòu)面投影弧在邊坡投影弧外，屬于不穩(wěn)定的邊坡；

穩(wěn)定坡角的分析：反向邊坡，穩(wěn)定角度不限；同向邊坡，穩(wěn)定坡角就是結(jié)構(gòu)面的傾角－最大穩(wěn)定坡角。

第43頁/共81頁上述J1、J2穩(wěn)定結(jié)構(gòu)面J3不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)面分析時:由右側(cè)剖面的穩(wěn)定性分析(是否同時具備巖體滑移破壞的三個邊界條件)再投影到赤平面上觀察之.第44頁/共81頁

（2）走向和邊坡走向斜交---斜向邊坡

穩(wěn)定性分析:

這種情況下，邊坡一般是穩(wěn)定的,若邊坡破壞，則應同時滿足以下兩個條件：①、邊坡破壞一定是沿著結(jié)構(gòu)面進行的；②、假想有一直立的并垂直于結(jié)構(gòu)面的最小抗剪面作為切割面；

結(jié)構(gòu)面與最小抗剪面所夾的楔形體為不穩(wěn)定體；穩(wěn)定坡角確定:

將楔形不穩(wěn)定體全部挖除的邊坡為穩(wěn)定邊坡，其坡角為穩(wěn)定坡角。即穩(wěn)定坡角為兩結(jié)構(gòu)面交線的傾角.

（3）走向與邊坡走向近于垂直----橫向邊坡

這種情況下邊坡的穩(wěn)定性不受影響。第45頁/共81頁第46頁/共81頁ADK代表一組結(jié)構(gòu)面，DEK為其最小抗切面；ADEK為不穩(wěn)定體，AEK為不穩(wěn)定邊坡；開挖將不穩(wěn)定體完全挖除的邊坡為穩(wěn)定邊坡，其通過結(jié)構(gòu)面與最小抗切面的交線，傾角θ如上圖所示。AA為結(jié)構(gòu)面的投影，BB為其最小抗切面的投影；DD為穩(wěn)定邊坡，其通過AA與BB的交點；穩(wěn)定邊坡的坡角如下圖所示。第47頁/共81頁2）.邊坡上發(fā)育兩組結(jié)構(gòu)面

（1）穩(wěn)定性分析：邊坡破壞一定是沿著兩組結(jié)構(gòu)面同時進行，兩組結(jié)構(gòu)面所夾的楔形體為不穩(wěn)定體；

當兩組結(jié)構(gòu)面的投影交點位于邊坡投影對側(cè)時，屬于穩(wěn)定邊坡；

當兩組結(jié)構(gòu)面的投影交點位于邊坡投影同側(cè)時，若位于邊坡投影弧內(nèi)部屬于基本穩(wěn)定，若位于邊坡投影弧外部，則屬于不穩(wěn)定邊坡。

(2)穩(wěn)定坡角的確定:第48頁/共81頁第49頁/共81頁第50頁/共81頁a)圖，邊坡投影位于結(jié)構(gòu)面交線的對側(cè)，邊坡穩(wěn)定b)圖，邊坡投影位于結(jié)構(gòu)面交線的同側(cè)，但邊坡投影位于結(jié)構(gòu)面投影交點的外側(cè)，邊坡穩(wěn)定；d)圖，從投影圖來看，CS位于結(jié)構(gòu)面投影交點的內(nèi)側(cè)，但從剖面圖來看結(jié)構(gòu)面交線未出露于坡頂，故穩(wěn)定；e）圖，CS位于結(jié)構(gòu)面投影交點的內(nèi)側(cè)，而且從剖面圖來看結(jié)構(gòu)面交線出露于坡頂，故不穩(wěn)定；第51頁/共81頁3).多組結(jié)構(gòu)面分析

有更多的交點（如三組有三個、四組有四個，有時有六個）但有的交點位于邊坡投影弧的對側(cè)，不影響邊坡的穩(wěn)定性。位于邊坡投影弧的同側(cè)的交點，如位于邊坡投影弧的內(nèi)部，對穩(wěn)定性影響不大；位于邊坡投影弧的同側(cè)的交點，如位于邊坡投影弧的外部，對邊坡穩(wěn)定性有影響；

判斷穩(wěn)定性時，要選擇交線傾角最大，但小于邊坡坡角的點來分析；

判斷穩(wěn)定坡角時，要選擇邊坡投影弧外面的最靠外的點分析。第52頁/共81頁4).結(jié)構(gòu)體的滑移方向分析

做出全部赤平投影，找出結(jié)構(gòu)面1、2的傾向線AO、BO及結(jié)構(gòu)面組合交線MO；（1）若MO位于AO和BO之間，則MO為滑動方向，兩組結(jié)構(gòu)面都是滑動面；（2）若MO在AO和BO之外，則位于中間的一傾向線為滑移方向，其結(jié)構(gòu)面為滑動面；（3）若結(jié)構(gòu)面的交線MO與一傾向線重合，則這重合的傾向線為滑動方向，其結(jié)構(gòu)面為主滑面，另一個為滑動時摩阻力較小的依附面。

第53頁/共81頁作業(yè)(二)

（一周內(nèi)完成）1.某公路采用路塹形式通過一段巖質(zhì)山坡，現(xiàn)已將路塹邊坡走向AA’和山坡巖體中出現(xiàn)的一組結(jié)構(gòu)面J按赤平極射投影原理作圖如右，請設(shè)計此邊坡的合理坡度Θ，用角距標在圖上，并簡要說明設(shè)計步驟。第54頁/共81頁2.某公路采用路塹形式通過一段巖質(zhì)山坡，現(xiàn)已將路塹邊坡走向AA’和山坡巖體中出現(xiàn)的兩組結(jié)構(gòu)面J1和J2按赤平極射投影原理作圖如右，請判斷邊坡的穩(wěn)定性并設(shè)計此邊坡的合理坡度Θ，用角距標在圖上，并簡要說明設(shè)計步驟。第55頁/共81頁第三節(jié)巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析邊坡內(nèi)部的應力隨著邊坡的演化不斷變化；不穩(wěn)定的巖體在各種因素誘導下發(fā)生變形和破壞；構(gòu)成修建中和修建后，必須保證邊坡有足夠的穩(wěn)定性。第56頁/共81頁一.斜坡應力分布特征原始應力狀態(tài)：H13第57頁/共81頁

1).斜坡周圍主應力跡線發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn):

愈接近臨空面,最大主應力1愈接近平行于臨空面,3與之正交,向坡內(nèi)逐漸恢復到原始狀態(tài)。

重分布應力的特點：第58頁/共81頁2).在坡腳及坡肩附近形成應力集中區(qū)(1)坡腳附近最大主應力顯著增高,且愈近表面愈高;最小主應力顯著降低。

這一帶是坡體中應力差或最大剪應力最高的部位，形成最大剪應力增高帶，往往產(chǎn)生與坡面或坡底面平行的壓裂面。1在坡頂面和坡面的某些部位,坡面的徑向應力和坡頂面的切向力可轉(zhuǎn)化為拉應力,形成張力帶,易形成與坡面平行的拉裂面。第59頁/共81頁

3).與主應力跡線偏轉(zhuǎn)相聯(lián)系,坡體內(nèi)最大剪應力跡線由原來的直線變成近似圓弧線,弧的下凹方向朝著臨空方向。4).坡面處由于側(cè)向壓力趨于零,實際上處于兩向受力狀態(tài),而向坡內(nèi)逐漸變?yōu)槿蚴芰顟B(tài)。第60頁/共81頁第61頁/共81頁二影響斜坡應力分布的因素巖體初始應力的影響

初始應力場、尤其水平剩余應力使坡體中主應力跡線的分布形式有所不同，明顯改變了各應力值的大??；使應力分異現(xiàn)象加劇,尤其對坡腳應力集中帶和坡面張力帶的影響最大。第62頁/共81頁2.坡形的影響

(1)坡高：不改變應力等值線圖象，應力隨坡高而增高。

(2)坡角：坡角變化明顯改變了應力分布圖象。隨坡角變陡，張力帶的范圍有所擴大，坡腳應力集中帶最大剪應力值也隨之增高。第63頁/共81頁(4)坡面形態(tài)：平面上的凹形坡，應力集中明顯減緩。圓形和橢圓形邊坡，坡腳最大剪應力僅為一般斜坡的1/2。當水平應力坡形于橢圓形礦坑長軸時，應力集中較緩和。(3)坡底寬度：當W<0.8H時,坡

腳最大剪應力隨底寬增大

而急劇減小。當W>0.8H時，

則保持為一常值（稱為“殘余坡角應力”）第64頁/共81頁3.斜坡巖土體特性和結(jié)構(gòu)特征的影響:11

巖土體的變形模量對均質(zhì)坡體的應力分布無明顯影響.

泊松比可改變主應力和剪應力的分布,引起張力帶變化。隨著增高，坡面和坡頂?shù)膹埩е饾u擴展；而在坡底則反之，增高，張力帶收縮。結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀、性質(zhì)的差別，使斜坡中的應力分布出現(xiàn)了不連續(xù)性，在不連續(xù)面或軟弱面的周邊形成應力集中或發(fā)生應力阻滯。第65頁/共81頁三.巖質(zhì)邊坡變形破壞

1.穩(wěn)定性分析的內(nèi)容邊坡破壞的邊界條件巖體的受力條件力學參數(shù)選擇計算方法選擇確定安全系數(shù)邊坡穩(wěn)定性的變化趨勢第66頁/共81頁2.邊坡穩(wěn)定性評價的步驟判斷邊坡的破壞形式，推斷穩(wěn)定的坡角；選擇計算參數(shù)，進行穩(wěn)定性計算；分析邊坡變形破壞的趨勢，對邊坡變形破壞進行預報。第67頁/共81頁3.形成邊坡后應力狀態(tài)的變化靠近臨空面，最大主應力接近平行于臨空面，最小主應力趨于正交；坡腳附近最大主應力顯著升高，最小主應力顯著降低，與表面處降為零，甚至轉(zhuǎn)化為拉應力；坡緣附近在一定條件下可轉(zhuǎn)化為拉應力區(qū)；第68頁/共81頁4.邊坡變形松弛張裂回彈裂隙坡面、坡頂拉應力區(qū)裂隙坡腳應力集中帶裂隙表層蠕動蠕動深層蠕動軟弱基層蠕動坡體蠕動變形方式第69頁/共81頁70/33一邊坡變形邊坡變形實際上在其形成過程中既已發(fā)生，表現(xiàn)為卸荷回彈和蠕變兩種主要方式卸荷回彈——在成坡過程中，由于巖體內(nèi)積存的彈性應變能的釋放，而使斜坡巖體向臨空方向回彈膨脹，使巖體原有結(jié)構(gòu)松弛或產(chǎn)生一系列新的表生結(jié)構(gòu)面的現(xiàn)象。卸荷帶——斜坡中經(jīng)卸荷回彈而松弛，并含有與之有關(guān)的表生結(jié)構(gòu)面的那部分巖體。第70頁/共81頁1、卸荷回彈峽谷地區(qū)卸荷發(fā)育示意圖第71頁/共81頁2、蠕動變形（蠕變）

蠕動變形是指邊坡巖體主要在重力作用下向臨空方向發(fā)生長期緩慢的塑性變形的現(xiàn)象，有表層蠕動和深層蠕動兩種類型。（1）表層蠕動主要表現(xiàn)為邊坡表部巖體發(fā)生彎曲變形，多是從下部未經(jīng)變動的部分向上逐漸連續(xù)向臨空方向彎曲，甚至倒轉(zhuǎn)、破裂、傾倒。表層蠕動多發(fā)生在陡傾層狀巖層或陡傾結(jié)構(gòu)面發(fā)育的巖體中，層面或結(jié)構(gòu)面走向與斜坡面走向平行或交角很小。一般反坡向傾斜或傾角大于60o者更易發(fā)生。第72頁/共81頁73/33板巖中巖體的蠕變第73頁/共81頁（2）深層蠕動多發(fā)生于堅硬巖層組成的邊坡，其底部存在較厚的軟弱巖層。