基于赤平投影法和HSMR法的某邊坡穩(wěn)定性分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u6566基于赤平投影法和HSMR法的某邊坡穩(wěn)定性分析案例 1130271.1基于赤平投影的穩(wěn)定性分析 17401.1.1赤平極射投影理論 1148221.1.2赤平極射投影邊坡結構面穩(wěn)定性分析 2289931.2HSMR法邊坡穩(wěn)定性分析 54501.2.1HSMR邊坡評價體系 524231.2.2上木江坪邊坡HSMR分析 8286371.3小結 12邊坡穩(wěn)定性分析中的定性分析法能夠快速有效地對邊坡進行穩(wěn)定分析，解答直觀有效。本章采用赤平投影法和HSMR法對上木江坪邊坡進行穩(wěn)定性分析，通過邊坡結構面組合形式計算穩(wěn)定性系數(shù)以及對邊坡各項指標加權評分對邊坡穩(wěn)定性進行評估，并分析其破壞模式。1.1基于赤平投影的穩(wěn)定性分析1.1.1赤平極射投影理論赤平極射投影（簡稱赤平投影）是以球體模擬地球，用投影的方式將三維的結構面的幾何要素以點、線的形式投影在二維的赤平面上，用點、線在二維平面表現(xiàn)三維結構面之間的空間關系。在邊坡工程應用中，常用赤平投影來分析和判斷結構面發(fā)育巖體的穩(wěn)定性、巖體滑移方向和邊坡破壞模式。本文采用蔣爵光ADDINNE.Ref.{4B36F8C4-6113-47E5-B903-D7929190B195}[80]提出的赤平投影分析方法分析邊坡穩(wěn)定性，該方法將坡面與結構面的關系在赤平投影上表現(xiàn)出來，結構面運動方向位于坡面投影外的塊體有向臨空面運動的趨勢，反之則相對穩(wěn)定。接下來根據(jù)蔣爵光提出的赤平投影分析法對上木江邊坡進行巖體穩(wěn)定性分析，將3.1野外勘查獲得三組優(yōu)勢節(jié)理面與坡面建立赤平投影模型，來分析上木江坪邊坡赤平投影中節(jié)理產(chǎn)狀與坡面產(chǎn)狀之間的空間關系，并分析各滑塊的的穩(wěn)定性系數(shù)。各種類型滑塊的穩(wěn)定系數(shù)K的計算公式如下：直接墜落K=0（4-1）單滑面K=cotα雙滑面K=cos式中：αiγijγi、γj——雙滑面交線的法線分別與所交的兩個滑面Pi、P1.1.2赤平極射投影邊坡結構面穩(wěn)定性分析根據(jù)3.1野外勘查測量數(shù)據(jù)，代入公式（4-1）（4-2）（4-3）計算結果，上木江坪邊坡沿雙滑面滑動滑塊的結構參數(shù)見下表4-1。表4-1雙滑面滑塊的γij、γiQUOTE、γjQUOTE沿雙滑面滑動的滑塊γijγiγj1230.9172.4412.171352.3961.9119.982311.4729.9953.67根據(jù)公式（4-1）（4-2）（4-3）計算，坡體滑塌體的構成及穩(wěn)定系數(shù)見下表4-2。表4-2滑快的構成及穩(wěn)定系數(shù)滑塊滑移方向構成滑塊的結構面構成滑塊的棱邊穩(wěn)定系數(shù)（K）P1P2P3g12g13g23墜落Gg下下下g12g13g230沿單滑面滑動1g1下上上g12g13-g230.282g2上下上g12g13g231.673g3下下上g12g13g230.82沿雙滑面滑動12g12上上上g12g13g232.1013g13上下上g12g13g231.1023g23下上上g12g13g235.70注：①“上”“下”表示滑塊處于Pi滑面的上盤或者下盤：②gij根據(jù)上文蔣爵光的理論分析，由實地調查節(jié)理數(shù)據(jù)，從邊坡巖體赤平投影圖（圖4-1）可以看出，該邊坡巖體主要發(fā)育三組節(jié)理，將巖體切割形成了7個滑塊，分別是滑塊1、2、3沿單滑面滑動，滑塊12、13、23沿雙滑面滑動，以及墜落體G，各個滑塌體滑動方向如圖4-1所示。分析滑塌體穩(wěn)定性，從赤平投影圖中可以看出：單滑面滑快2、3以及雙滑面滑塊12、13、23在坡面投影之外，單滑面滑塊2、3的滑動方向分別為316°和324°，雙滑面滑塊12、13和23的滑動方向分別為301°、310°和243°。其中滑塊2、3、12、13滑動方向為近坡向，其中滑塌體3的K=0.82小于1，易沿J2發(fā)生平面滑移，滑塌體1的K=0.28，易沿J1發(fā)生平面滑動，而其他滑塌體K值均大于1，相對較為穩(wěn)定。說明在自然狀態(tài)下，該斜坡由節(jié)理裂隙切割的巖石塊體較為穩(wěn)定。圖4-1斜坡節(jié)理赤平投影圖赤平投影分析結合現(xiàn)場勘查和可知，巖塊1和巖塊3滑動方向指向坡面臨空方向，根據(jù)表4-1中的穩(wěn)定性分析可知巖塊1的穩(wěn)定系數(shù)為0.28，巖塊3的穩(wěn)定系數(shù)為0.82。巖體3可能在重力作用下沿J3滑移并且后緣沿J2分離，發(fā)生滑移-拉裂破壞（圖4-2和圖4-3）；巖體1在三組節(jié)理切割后可能發(fā)生崩落。該處節(jié)理裂隙極為發(fā)育，巖石表面風化，降雨雨水、冰雪融水以及地震作用在巖體表面拉應力增大，使得巖體連接較為脆弱的節(jié)理面剪切破壞，從而發(fā)生滑移-拉裂破壞（圖4-3）。圖4-2巖體滑移圖圖4-3滑移巖體與滑移面在層狀體邊坡和塊狀體邊坡中常發(fā)生滑移-拉裂破壞。巖體以近水平結構面向坡外滑動，使得塊體發(fā)生拉裂破壞。結構面的產(chǎn)狀與性質決定巖體破壞時是否受其控制。當滑移面的阻力小于巖體的下滑力時，當滑移面與后緣拉裂面出現(xiàn)較大裂縫時，蠕變過程加速，當裂縫完全貫通時，前部巖體快速滑動。因此當滑移面傾角大于其基本摩擦角時，易發(fā)生滑移-拉裂破壞，當傾角近似等于下伏結構面的內(nèi)摩擦角時，坡體破壞模式向滑動逐漸演化，演化為從坡前至坡頂?shù)闹鸩交瑒咏怏w的塊狀滑坡。上木江坪邊坡的滑移-拉裂破壞模式即為以上描述。圖4-4滑移-拉裂示意圖1.2HSMR法邊坡穩(wěn)定性分析1.2.1HSMR邊坡評價體系上個世紀70年代，BieniawskiZ.T.和ROMANAM.先后提出RMR（RockMassRating）和SMR法對邊坡穩(wěn)定性進行分級和評價ADDINNE.Ref.{09F99157-42F5-48FE-8614-E4D650DA3AF7}[81]。之后CSMR法被提出，增加了更多評價因素在評價體系中ADDINNE.Ref.{62C02C08-F4F4-4F6A-B589-432D017A52F9}[82]。石豫川ADDINNE.Ref.{2DE998F0-50AC-43A9-8211-E572A7F888AC}[83,84]認為RMR和SMR法與基于地質宏觀判斷的經(jīng)驗評分有一定的出入，例如CSMR法評價結果中出現(xiàn)高于100分的現(xiàn)象，這與地質工作經(jīng)驗不符，也不滿足該方法評分標準。石豫川法針對西南地區(qū)113個公路高邊坡進行研究，歸納出HSMR（HighwayrockMassrating），這一套全新的評價體系適用于我國西南地區(qū)高陡公路巖質邊坡穩(wěn)定性快速評價。HSMR分級體系是石豫川提出的基于SMR~CSMR系統(tǒng)的邊坡分級體系，其對RMR、SMR和CSMR系統(tǒng)的評分體系進行了修正，并對評分細則進行了合理改進。HSMR評分的計算公式如下：HSMR=ξRMR?ληF式中RMR、ξ、λ、η、F1、F2、F3和F4的評價體系如下：（1）RMRRMR（RockMassRating）是由美國學者BieniawsakiZ.T.提出的巖體分類系統(tǒng)，對巖體進行評分從而分類，也被稱為地質力學系統(tǒng)或巖體權值系統(tǒng)。RMR系統(tǒng)從未擾動巖石材料強度、鉆孔巖芯質量RQD、結構面間距、結構面條件和地下水條件這五個參數(shù)對巖體進行分級評分。由于不同參數(shù)對于巖體分類的影響大小不同，用評分來標志參數(shù)的重要性，評分權值越大，表示巖體條件越好，詳見表4-3。表4-3RMR參數(shù)及評分標準表參數(shù)評分標準巖石力學指標（MPa）點荷載強度＞104~102~41~2＜1單軸抗壓強度＞250100~25050~10025~50025~1評分1512742~0巖石質量指標RQD(%)90~10075~9050~7525~50＜25評分20171383結構面間距(cm)＞20060~20020~606~20＜6評分20151085結構面形態(tài)粗糙度極粗糙粗糙較粗糙光滑鏡面評分65310充填物（mm）無＜5(硬)＞5(硬)＜5(軟)＞5(軟)評分64210張開度（mm）未張開＜0.10.1~11~5＞5評分65410結構面長度（m）＜11~33~1010~20＞20評分64310巖石風化程度未風化微風化中風化強風化全風化評分65310地下水條件狀態(tài)干燥潮濕濕潤滴水流水透水率(Lu)＜0.10.1~11~1010~100＞100評分1510740（2）坡高修正系數(shù)ξ表4-4坡高修正系數(shù)條件當βj＜βαj?αβj＞β60°＜αj坡高修正系數(shù)ξξ注：αs：邊坡傾向；βs：邊坡傾角；αj（3）結構面條件修正系數(shù)λ表4-5結構面條件修正系數(shù)結構面條件層面貫通裂隙節(jié)理λ0.90.80.7（3）巖性組合系數(shù)η表4-6巖性組合系數(shù)η邊坡巖性組合類型劃分類型η取值軟硬巖交替軟硬巖垂直分布軟巖下伏I2-11.2硬巖下伏I2-20.8軟硬巖等厚互層水平-中傾順坡巖層II11.1中-陡傾順坡向巖層軟巖暴露于外II2-1以軟巖評價，η取1.0硬巖暴露于外II2-2以硬巖評價，η取1.0橫-反坡向坡向巖層II31.0軟硬巖不等厚互層順坡向巖層軟巖夾硬巖III1-10.8硬巖夾軟巖III1-21.2橫-反坡向巖層III21.0注：軟硬巖水平分布時應分段進行評價，η取1.0；“斷層、夾泥層”按Ⅲ1-2類取值。（4）F1、F2、F3和F4的取值F1是邊坡坡向與結構面傾向間關系調整值，F(xiàn)2是結構面傾角大小調整值，F(xiàn)3是坡面傾角與結構面間傾間關系調整值。其取值如表4-7所示：表4-7結構面產(chǎn)狀修正破壞機制情況很有利有利一般不利很不利Pα＞30°30~20°20~10°10~5°＜5°TαP/TF0.150.400.700.851.00Pβ＜20°20~30°30~35°35~45°＞45°PF0.150.400.700.851.00TF11111Pβ＞10°10~0°0°0~(-10°)＜-10°Tβ＜110°110~120°＞120°--P/TF06255060注:P為滑動破壞；T為傾倒破壞；βs為邊坡傾角；αs為邊坡傾向；βjF4是通過大量邊坡工程經(jīng)驗統(tǒng)計總結得出的邊坡開挖方法調整參數(shù)。其取值情況如表4-8所示：表4-8邊坡開挖方法調整值開挖方法自然邊坡預裂爆破光面爆破一般方法或機械開挖欠缺爆破破F4+15+10+80-8根據(jù)以上參數(shù)以及公式（4-），可以得出HSMR的最終值，以20分為一級，劃分5個等級，分值0~100，如表4-9所示：表4-9HSMR分級級別VIVIIIIIIHSMR＜2021~4041~6061~80＞80穩(wěn)定性很壞壞一般好很好破壞形式沿大型結構面滑移或類似土體崩塌沿結構面構成平面滑移或大楔形體滑塌沿少量結構面構成平面滑移或楔形體滑塌少量塊體滑落無1.2.2上木江坪邊坡HSMR分析通過第三章的實地勘察得知上木江坪邊坡主要發(fā)育三組節(jié)理，其特征見表3-：在計算RMR巖石質量分類中的巖石強度時，參考《工程地質手冊》，選取花崗巖抗壓強度100MPa。巖石質量指標RQD根據(jù)圖4-5現(xiàn)場鉆孔計算，其中每一箱為1m，值為63%。上木江坪邊坡RMR各項評分值如表4-10所示：圖4-5實地鉆孔表4-10RMR取值表參數(shù)抗壓強度（MPa）RQD（%）結構面間距（cm）延伸長度（m）張開度（mm）參數(shù)或描述1006360~200127mm評分7131510參數(shù)填充物（mm）風化程度地下水條件粗糙度RMR值參數(shù)或描述軟土、植被弱風化潮濕粗糙-評分0310554巖體的RMR值為54，在RMR巖體質量分級中評級為中等。根據(jù)三組節(jié)理以及坡體產(chǎn)狀的不同組成形式（表），坡高350m，通過表4-、4-計算，其F1、F2、F3、F4、λ、η和ξ的和取值如表4-11：表4-11各結構面參數(shù)取值表結構面傾向（°）傾角（°）F1F2F3F4ληξJ1202750.151.000150.711.12J2136330.400.7060150.710.92J3144500.151.0050150.710.92J1-J2122320.850.7060150.710.92J1-J3130490.701.0060150.710.92J2-J363110.150.1560150.710.92坡面11360得到以上參數(shù)，代入到公式（4-4），得到HSMR值，根據(jù)表4-9，得出各滑面組合可能的破壞模式，如表4-12。表4-12上木江坪邊坡HSMR評分表滑面組合HSMR穩(wěn)定性可能破壞形式J175.48好整體J252.92一般平面滑移J357.18一般平面滑移J1-J228.98壞楔形體滑移J1-J322.68壞楔形體滑移J2-J363.33好整體平均50.10一般平面滑移或楔形體滑移根據(jù)HSMR分類體系的分級描述表（表4），邊坡整體穩(wěn)定性一般，其中J1的評分為75.48分，J2-J3滑面組合的評分為63.33分，其穩(wěn)定性好；J2滑面的評分為52.92分和J3滑面的評分為57.18分，其穩(wěn)定性一般，可能發(fā)生平面滑移；J1-J2滑面組合的評分為28.98分和J1-J3滑面組合的評分為22.68分，其滑面組合的穩(wěn)定性評價為壞，可能發(fā)生楔形體滑移；坡體整體平均評分為50.10分，在自然狀態(tài)下穩(wěn)定性一般，破壞模式可能是平面滑移或楔形體滑移。J1-J2滑面組合和J1-J3滑面組合的評級為壞，可能發(fā)生沿雙滑面滑移的楔形體滑移（圖4-4）。這類楔形體滑移破壞也是滑移-拉裂破壞的一種破壞模式，楔形體以兩個節(jié)理面為滑面，楔形體后緣沿結構面拉裂，有向臨空面滑移的趨勢，在一定