第八章巖坡穩(wěn)定分析

Chapter8StabilityAnalysisofRockSlope學習內(nèi)容→ 巖坡及其破壞形式，巖坡的穩(wěn)定性分析和計算；圓弧法、多邊形法、力的代數(shù)疊加法等；巖坡的加固方法。學習對象→ 巖坡、巖坡穩(wěn)定、巖坡的加固學習目的→ 了解巖坡及其破壞形式，巖坡的穩(wěn)定性分析和計算；掌握圓弧法、多邊形法、力的代數(shù)疊加法等巖坡的穩(wěn)定性分析和計算的方法，巖坡的加固方法，如用混凝土填塞巖石斷裂部分，錨栓或預應力錨索加固，用混凝土擋墻或支墩加固，擋墻與錨索或錨桿相結(jié)合的加固。學習提示

LearningHints巖石力學課程Chapter8§8.1概述

邊坡：

※土質(zhì)邊坡—均勻介質(zhì)，滑動面主要受應力條件控制

※巖質(zhì)邊坡

※混合邊坡—土質(zhì)和巖質(zhì)的結(jié)合面巖石力學課程Chapter8

巖坡的特點§8.1概述

巖坡——顧名思義，由巖體構(gòu)成的邊坡，由于巖體結(jié)構(gòu)復雜，由斷層，節(jié)理，裂隙切割巖塊極不規(guī)則，因此，巖坡的穩(wěn)定性主要由結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀及組合形式控制。

影響巖坡穩(wěn)定的主要因素 1.巖體結(jié)構(gòu)（控制性結(jié)構(gòu)面）

2.降雨：結(jié)構(gòu)面強度參數(shù)降低；滲透壓力

3.地震

4.開挖，爆破

5.蓄水等巖石力學課程Chapter8§8.1概述

巖坡失穩(wěn)表現(xiàn)形式1.巖崩——高陡邊坡，坡頂巖體由風化，凍融，松動壓力等因素作用而脫離并向坡腳堆積

2.滑坡——邊坡殘巖及巖體，沿著軟弱結(jié)構(gòu)面或剪斷巖體，向臨空方向滑動巖石力學課程Chapter8§8.1概述青?；≈裂肺r體南昆鐵路八渡滑坡川藏公路滑坡巖石力學課程Chapter8§8.1概述云南元磨高速公路砂泥巖高邊坡滑坡三峽庫區(qū)奉節(jié)縣城古滑坡巖石力學課程Chapter8§8.1概述貴州印江巖口滑坡堵江成壩黃河李家峽水電站2#滑坡巖石力學課程Chapter8§8.1概述黃河李家峽水電站壩前滑坡小灣電站左壩肩邊坡高500m，6#山頭發(fā)生10萬m3崩塌巖石力學課程Chapter8§8.1概述

滑坡類型1.平面滑動——由一個或多個走向與坡面近于平行的滑裂面構(gòu)成，且順走向方向的長度遠大于坡高---可簡化為平面滑動分析2.楔形滑動——沿多個滑裂面交線滑動“空間滑坡”按空間問題分析3.旋轉(zhuǎn)滑動——指滑裂面呈弧狀，滑塊繞一中心位置旋轉(zhuǎn)滑動，多發(fā)生于土質(zhì)邊坡或均質(zhì)巖坡巖石力學課程Chapter8

滑坡的單一指標分類

序號

分類指標類型1按滑體物質(zhì)組成土質(zhì)滑坡巖質(zhì)滑坡2按滑體受力狀態(tài)牽引式（后退式）滑坡推動式滑坡3按滑坡發(fā)生時代古滑坡（全新世以前的）老滑坡（全新世以來發(fā)生，現(xiàn)未活動）新滑坡（正在活動）4按主滑面與層面的關系順層滑坡切層滑坡5按滑坡的規(guī)模小型滑坡（10萬立方米）中型滑坡（10萬~50萬立方米）大型滑坡（50萬~100萬立方米）特大型（巨型）滑坡（＞100萬立方米）§8.1概述巖石力學課程Chapter8

滑坡的單一指標分類§8.1概述序號分類指標類別6按滑體含水狀態(tài)一般滑坡塑性滑坡塑流性滑坡7

按滑體的厚度淺層滑坡（厚度H<6M）中層滑坡(6M<H<20M)厚層滑坡(20M<H<50M)巨厚層滑坡(H>50M)8按滑面出口的位置坡體滑坡坡基滑坡9按滑坡滑動速度緩慢滑坡間歇性滑坡崩塌性滑坡高速滑坡巖石力學課程Chapter8

滑坡的綜合指標分類§8.1概述按滑體物質(zhì)按主滑動面成因按滑體厚度粘性土滑坡黃土滑坡堆積土滑坡堆填土滑坡巖石滑坡破碎巖石滑坡層面滑坡堆積面滑坡構(gòu)造面滑坡同生面滑坡淺層滑坡中層滑坡厚層滑坡巨厚層滑坡巖石力學課程Chapter8

滑坡的基本要素§8.1概述圖1-4滑坡要素平、剖面示意圖1.滑坡體；2.滑坡周界；3.滑坡壁；4.滑動面；5.滑坡床；6.滑坡剪出口；7.滑坡舌與滑坡鼓丘；8.滑坡臺階；9.滑坡后緣；10.滑坡前緣；11.滑坡洼地（滑坡湖）；12.拉張裂縫；13.剪切裂縫；14.羽狀裂縫；15.鼓脹裂縫；16.扇形裂縫；17.牽引性裂縫；18.主滑線巖石力學課程Chapter8§8.2巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性評價方法

有限元法

離散元法DDA法

拉格朗日元法

剛體極限平衡法

無單元法傳統(tǒng)有限元方法（E,P）有限元強度折減法有限元超載法圓弧法塊體法（二維、三維）巖石力學課程Chapter8§8.3圓弧法巖坡穩(wěn)定分析

對于土坡，由于沒有明顯的軟弱結(jié)構(gòu)面，滑動面多呈圓弧狀，采用圓弧法對于均質(zhì)巖坡也可借用?；驹?.假定坡體沿O點旋轉(zhuǎn)滑動2.條分（6～10條）3.計算第i條滑動力阻滑力矩滑動力矩重量巖石力學課程Chapter8§8.3圓弧法巖坡穩(wěn)定分析

特點：由于圓心O及滑面是任意假設的，需試驗確定(Ks)min

和最危險滑面位置，實際計算，可查有關設計手冊，教材進行基本原理

對于土坡，由于沒有明顯的軟弱結(jié)構(gòu)面，滑動面多呈圓弧狀，采用圓弧法對于均質(zhì)巖坡也可借用。4.計算滑坡安全系數(shù)巖石力學課程Chapter8§8.4單一滑動巖坡穩(wěn)定分析關于L，W參數(shù)詳細計算見書P197?；驹?/p>

基本假定：坡體中存在傾角β，走向坡面的結(jié)構(gòu)面，坡頂由于風化等因素，形成張開裂隙，深度Z，其中水，邊坡坡高H，坡角

穩(wěn)定分析：ABCD巖塊穩(wěn)定安全系數(shù)→CD裂隙面→沿BA滑動滑動力阻滑力巖石力學課程Chapter8§8.5雙平面滑動巖坡穩(wěn)定分析一、滑坡體中無軟弱結(jié)構(gòu)面情況

巖坡受二條結(jié)構(gòu)面切割，形成雙平面滑動情況（AB+BC）分析較單一滑面復雜

主要特點：方程數(shù)少于待求未知數(shù)→補充條件方程求解。AB面阻滑力

假定滑塊安全系數(shù)K→則當滑面AB與BC阻滑力降低K倍，滑塊即處于極平衡。BC面阻滑力巖石力學課程Chapter8§8.5雙平面滑動巖坡穩(wěn)定分析補充條件：滑塊ABCD滑動時，必然離開AB面，即N1＝0巖石力學課程Chapter8§8.5雙平面滑動巖坡穩(wěn)定分析二、滑坡體中存在軟弱面情況

在ABC滑體中存在BD軟弱結(jié)構(gòu)面，切割ABC塊體為ABD+BCD兩塊剛體。存在相互錯動，作用力P。分析思路：1.分別分析ABD+BCD兩塊；2.建立兩塊間的聯(lián)系具體常用兩種方法1.不平衡推力法2.等K法巖石力學課程Chapter8§8.5雙平面滑動巖坡穩(wěn)定分析二、滑坡體中存在軟弱面情況1）計算第①塊不平衡推力P(滑塊在滑面S1+P作用下極限平衡)1.不平衡推力法沿AB滑面平衡條件：沿AB法向：巖石力學課程Chapter8§8.5雙平面滑動巖坡穩(wěn)定分析二、滑坡體中存在軟弱面情況2）分析第②塊：1.不平衡推力法沿BC滑面：沿BC滑面法向：巖坡整體安全系數(shù)巖石力學課程Chapter8§8.5雙平面滑動巖坡穩(wěn)定分析二、滑坡體中存在軟弱面情況2.等K法塊①：抗滑力滑動力塊②：抗滑力滑動力巖石力學課程Chapter8§8.6多滑面形成的平面滑坡體分析

假定n個巖塊組成平面滑坡體，第i塊，滑面傾角αi，作用力Si,Ni，假定多滑塊具有相同K（即等K法）

設第i塊作用于i+1塊不平衡推力Pi，方向平行于第i滑面：抗滑力滑動力正應力巖石力學課程Chapter8§8.6多滑面形成的平面滑坡體分析考慮第i塊抗滑安全系數(shù):將Ni代入，可導出：同理：第n塊（最后一塊）

由（13）式可看出，要計算最后一塊K，須先計算Pn-1即需要由（12）式遞推公式，逐塊計算P1，P2……Pn-1(其中：P1計算時，P0=0)巖石力學課程Chapter8§8.6剛體極限平衡法基本假定“精確”解析解與工程實際不符“精確”求解的過程與方法精確基本假定？數(shù)學解析方法剛塑性假定同時破壞假定不考慮滑床變形無法考慮開挖剛體極限平衡法1.1誤差的由來誤差巖石力學課程Chapter8§8.6剛體極限平衡法1.2剛體極限平衡法存在的不足②強度參數(shù)的選?、塾嬎惴椒ǖ木窒蔻懿环稀芭思义P極大值原理”⑤適用范圍單一⑥評價方法單一①破壞標準的判定破壞的標準是按照滑動面同時破壞而制定的，并沒有考慮滑坡的漸進破壞在計算中要么選取峰值強度，要么選取殘余強度，沒有考慮峰值強度向殘余強度的變化無法模擬邊坡施工過程、開挖引起的二次應力場，加固措施、加固時機、滲流、地震等作用的影響

無法體現(xiàn)出滑面上的拉剪應力的傳遞與轉(zhuǎn)移及滑體內(nèi)部的內(nèi)力調(diào)整，滑面將發(fā)揮最大抗滑能力的特性

只能模擬均質(zhì)性較強的土質(zhì)邊坡，無法模擬真實巖質(zhì)邊坡的非均質(zhì)、各向異性的性態(tài)以及連續(xù)變形與非連續(xù)變形的破壞模式只能模擬均質(zhì)性較強的土質(zhì)邊坡，無法模擬真實巖質(zhì)邊坡的非均質(zhì)、各向異性的性態(tài)以及連續(xù)變形與非連續(xù)變形的破壞模式

巖石力學課程Chapter8§8.7有限單元法

有限單元法是目前應用最廣泛的數(shù)值分析方法。它由于部分地考慮了邊坡巖體的非均質(zhì)、不連續(xù)介質(zhì)特征，考慮了巖體的應力應變特征，可以避免將坡體視為剛體、過于簡化邊界條件的缺點，能夠接近實際地從應力應變特征分析邊坡的變化破壞機制，對了解邊坡的應力分布及應變位移變化很有利。它的基本思想是將一個連續(xù)體離散化，變換成有限數(shù)量的有限大的單元集合，這些單元之間只通過結(jié)點來連接和制約，用變換后的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)代替實際的系數(shù)采用標準的結(jié)構(gòu)分析來進行處理。巖石力學課程Chapter8§8.7有限單元法◆符合滑坡實際的破壞模式◆引入塑性理論，隨拉剪應力超限，強度參數(shù)由峰值強度向殘余強度轉(zhuǎn)化◆符合潘家錚“極大值原理”，能反映滑坡破壞的內(nèi)力與應力的調(diào)整◆能夠模擬各種性態(tài)的滑坡均質(zhì)性較強的土質(zhì)滑坡；非均質(zhì)、各向異性的巖質(zhì)滑坡◆評價方法全面既能穩(wěn)定性控制，又能整體、局部的變形控制巖石力學課程Chapter8§8.7有限單元法2.1傳統(tǒng)有限元法（彈性,彈塑性分析）滑動面的模擬——界面單元、摩擦單元通過有限元方法模擬真實條件下邊坡的巖層、斷層、風化層參數(shù)與工程性狀，獲得接近真實情況下的應力、變形等成果

安全系數(shù)——界面單元、摩擦單元的分析成果（法向應力與剪切應力成果）①彈性分析②彈塑性分析不考慮拉應力初級思想巖石力學課程Chapter8§8.7有限單元法2.3有限元超載法*臨界滑動條件的判定標準①、不收斂；②、發(fā)散；③、折減過程中位移曲線的突變點理想彈塑性——不計殘余強度，峰值強度=殘余強度彈塑軟化——計入殘余強度*計算的過程*超載的方式巖石力學課程Chapter8§8.7有限單元法2.2有限元強度折減法*臨界滑動條件的判定標準①、不收斂；②、發(fā)散；③、折減過程中位移曲線的突變點*折減的內(nèi)容①、所有結(jié)構(gòu)面按同一比例同時折減?；②、只折減控制結(jié)構(gòu)面（K大于1.0的那個面)；

理想彈塑性——不計殘余強度，峰值強度=殘余強度

彈塑性軟化——計入殘余強度，殘余強度<峰值強度,c、f不同*折減的過程巖石力學課程Chapter8§8.7巖塊加固7.1.1巖坡的原型觀測

地震

深部變形特別應注意暴雨量～邊坡變形量關系！多點位移計測斜儀水準測量網(wǎng)，觀測地表變形；一般表現(xiàn)：樹木斜生、前緣剪出、后裂抗裂

巖石力學課程Chapter8§8.7巖塊加固7.1.2邊坡加固措施（三條途徑）

通過開挖主滑體中減載、排水措施減小下滑力

采用壓腳，預錨主動增加阻滑力或采用抗滑樁、擋