巖石力學(xué)課程Chapter8課件精品ppt

1、巖(Yan)坡穩(wěn)定分析第一頁，共四十一頁。學(xué)習(xí)內(nèi)容 巖坡及其破(Po)壞形式，巖坡的穩(wěn)定性分析和計(jì)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(xué)習(xí)對(duì)象巖坡(Po)、巖坡(Po)穩(wěn)定、巖坡(Po)的加固學(xué)習(xí)目的 了解巖坡及其破壞形式，巖坡的穩(wěn)定性分析和計(jì)算；掌握?qǐng)A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(jì)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(yù)應(yīng)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(xué)習(xí)提示Learning Hints第二頁，共四十一頁。8.1 概(Gai)述 邊坡： 土質(zhì)邊坡均勻介質(zhì)，滑動(dòng)面主要受應(yīng)力(Li)條件控制 巖質(zhì)

2、邊坡 混合邊坡土質(zhì)和巖質(zhì)的結(jié)合面第三頁，共四十一頁。 巖(Yan)坡的特點(diǎn)8.1 概(Gai)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(fù)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(qiáng)度參數(shù)降低；滲透壓力3.地震4.開挖，爆破5.蓄水等第四頁，共四十一頁。8.1 概(Gai)述 巖(Yan)坡失穩(wěn)表現(xiàn)形式 1. 巖崩高陡邊坡，坡頂巖體由風(fēng)化，凍融，松動(dòng)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(dòng)第五頁，共四十一頁。8.1

3、 概(Gai)述青?；?Long)至循化公路危巖體南昆鐵路八渡滑坡川藏公路滑坡第六頁，共四十一頁。8.1 概(Gai)述云南元磨高速公路砂(Sha)泥巖高邊坡滑坡三峽庫區(qū)奉節(jié)縣城古滑坡第七頁，共四十一頁。8.1 概(Gai)述貴州(Zhou)印江巖口滑坡堵江成壩黃河李家峽水電站2#滑坡第八頁，共四十一頁。8.1 概(Gai)述黃河李家(Jia)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崩塌第九頁，共四十一頁。8.1 概(Gai)述 滑坡類(Lei)型 1. 平面滑動(dòng)由一個(gè)或多個(gè)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(yuǎn)大于坡高-可簡(jiǎn)化為平面滑動(dòng)分析 2.

4、楔形滑動(dòng)沿多個(gè)滑裂面交線滑動(dòng) “空間滑坡” 按空間問題分析 3. 旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)指滑裂面呈弧狀，滑塊繞一中心位置旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)，多發(fā)生于土質(zhì)邊坡或均質(zhì)巖坡第十頁，共四十一頁。 滑坡(Po)的單一指標(biāo)分類8.1 概(Gai)述 序 號(hào) 分類指標(biāo)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(dòng)式滑坡3按滑坡發(fā)生時(shí)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(dòng)）新滑坡（正在活動(dòng)）4按主滑面與層面的關(guān)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）第十一頁，共四十一頁。

5、 滑(Hua)坡的單一指標(biāo)分類8.1 概(Gai)述序 號(hào)分 類 指 標(biāo)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H6M）中層滑坡(6MH20M)厚層滑坡(20MH50M)8按滑面出口的位置坡體滑坡坡基滑坡9按滑坡滑動(dòng)速度緩慢滑坡間歇性滑坡 崩塌性滑坡高速滑坡第十二頁，共四十一頁。 滑坡的綜合指(Zhi)標(biāo)分類8.1概(Gai)述按滑體物質(zhì)按主滑動(dòng)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 第十三頁，共四十一頁。 滑坡的基本(Ben)要素8.1 概(Gai

6、)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(dòng)面；5.滑坡床；6.滑坡剪出口；7.滑坡舌與滑坡鼓丘；8.滑坡臺(tái)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.主滑線第十四頁，共四十一頁。8.2 巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性(Xing)評(píng)價(jià)方法 有限(Xian)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(qiáng)度折減法有限元超載法圓弧法塊體法（二維、三維）第十五頁，共四十一頁。8.3 圓(Yuan)弧法巖坡穩(wěn)

7、定分析 對(duì)于土坡，由于沒有明顯的軟弱結(jié)構(gòu)面，滑動(dòng)面多呈圓弧狀，采用圓弧法對(duì)于均(Jun)質(zhì)巖坡也可借用。基本原理1. 假定坡體沿O點(diǎn)旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)2. 條分（610條）3. 計(jì)算第i條 滑動(dòng)力阻滑力矩滑動(dòng)力矩重量第十六頁，共四十一頁。8.3 圓弧法巖坡(Po)穩(wěn)定分析 特點(diǎn)：由于圓心O及滑面是任意假設(shè)的，需試驗(yàn)確定(Ks)min 和最危險(xiǎn)滑面位置，實(shí)際計(jì)算，可查有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)，教材(Cai)進(jìn)行基本原理 對(duì)于土坡，由于沒有明顯的軟弱結(jié)構(gòu)面，滑動(dòng)面多呈圓弧狀，采用圓弧法對(duì)于均質(zhì)巖坡也可借用。4. 計(jì)算滑坡安全系數(shù)第十七頁，共四十一頁。8.4 單一滑動(dòng)巖坡穩(wěn)(Wen)定分析關(guān)于L，W參數(shù)詳細(xì)計(jì)算見(Jia

8、n)書P197?；驹?基本假定：坡體中存在傾角，走向 坡面的結(jié)構(gòu)面，坡頂由于風(fēng)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(dòng) 滑動(dòng)力阻滑力第十八頁，共四十一頁。8.5 雙平面滑(Hua)動(dòng)巖坡穩(wěn)定分析一、滑坡體中無軟弱結(jié)構(gòu)(Gou)面情況 巖坡受二條結(jié)構(gòu)面切割，形成雙平面滑動(dòng)情況（AB+BC）分析較單一滑面復(fù)雜 主要特點(diǎn)：方程數(shù)少于待求未知數(shù)補(bǔ)充條件方程求解。AB面阻滑力 假定滑塊安全系數(shù)K 則當(dāng)滑面AB與BC阻滑力降低K倍，滑塊即處于極平衡。BC面阻滑力第十九頁，共四十一頁。8.5 雙平面滑動(dòng)巖坡穩(wěn)(Wen)定分析補(bǔ)充條

9、件：滑塊ABCD滑動(dòng)時(shí)，必然(Ran)離開AB面，即N10第二十頁，共四十一頁。8.5 雙平面滑動(dòng)巖坡穩(wěn)(Wen)定分析二、滑坡體中存在軟弱(Ruo)面情況 在ABC滑體中存在BD軟弱結(jié)構(gòu)面，切割A(yù)BC塊體為ABD+BCD兩塊剛體。存在相互錯(cuò)動(dòng)，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法第二十一頁，共四十一頁。8.5 雙平面(Mian)滑動(dòng)巖坡穩(wěn)定分析二、滑坡體(Ti)中存在軟弱面情況 1）計(jì)算第塊不平衡推力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：第二十二頁，共四十一頁

10、。8.5 雙平面滑(Hua)動(dòng)巖坡穩(wěn)定分析二、滑坡體(Ti)中存在軟弱面情況 2）分析第塊：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)第二十三頁，共四十一頁。8.5 雙平面滑動(dòng)巖坡穩(wěn)定(Ding)分析二(Er)、滑坡體中存在軟弱面情況 2. 等K法塊：抗滑力滑動(dòng)力塊：抗滑力滑動(dòng)力第二十四頁，共四十一頁。8.6多滑面形(Xing)成的平面滑坡體分析 假定n個(gè)巖塊組成平面滑(Hua)坡體，第i塊，滑面傾角i，作用力Si,Ni，假定多滑塊具有相同K（即等K法） 設(shè)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(dòng)力正應(yīng)力第二十五頁，共四十一頁。8.6多滑面形成的平

11、(Ping)面滑坡體分析考慮第i塊抗滑安(An)全系數(shù):將Ni代入，可導(dǎo)出：同理：第n塊（最后一塊） 由（13）式可看出，要計(jì)算最后一塊K，須先計(jì)算Pn-1即需要由（12）式遞推公式，逐塊計(jì)算P1，P2Pn-1(其中：P1計(jì)算時(shí)，P0=0)第二十六頁，共四十一頁。8.6剛體(Ti)極限平衡法基本(Ben)假定“精確”解析解與工程實(shí)際不符“精確”求解的過程與方法精確基本假定？數(shù)學(xué)解析方法剛塑性假定同時(shí)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 誤差的由來誤差第二十七頁，共四十一頁。8.6剛體極限平衡(Heng)法1.2 剛體極限平衡法存在的不(Bu)足 強(qiáng)度參數(shù)的選取 計(jì)算方法的局限

12、 不符合“潘家錚極大值原理” 適用范圍單一 評(píng)價(jià)方法單一 破壞標(biāo)準(zhǔn)的判定破壞的標(biāo)準(zhǔn)是按照滑動(dòng)面同時(shí)破壞而制定的，并沒有考慮滑坡的漸進(jìn)破壞在計(jì)算中要么選取峰值強(qiáng)度，要么選取殘余強(qiáng)度，沒有考慮峰值強(qiáng)度向殘余強(qiáng)度的變化無法模擬邊坡施工過程、開挖引起的二次應(yīng)力場(chǎng)，加固措施、加固時(shí)機(jī)、滲流、地震等作用的影響 無法體現(xiàn)出滑面上的拉剪應(yīng)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(qiáng)的土質(zhì)邊坡，無法模擬真實(shí)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(qiáng)的土質(zhì)邊坡，無法模擬真實(shí)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

13、破壞模式 第二十八頁，共四十一頁。8.7 有(You)限單元法 有限單元法是目前應(yīng)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(yīng)力應(yīng)變特征，可以避免將坡體視為剛體、過于簡(jiǎn)化邊界條件的缺點(diǎn)，能夠接近實(shí)際地從應(yīng)力應(yīng)變特征分析邊坡的變化破壞機(jī)制，對(duì)了解邊坡的應(yīng)力分布及應(yīng)變位移變化很有利。 它的基本思想是將一個(gè)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)(Jie)點(diǎn)來連接和制約，用變換后的結(jié)(Jie)構(gòu)系統(tǒng)代替實(shí)際的系數(shù)采用標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)(Jie)構(gòu)分析來進(jìn)行處理。 第二十九頁，共四十一頁。8.7 有限單元(Yuan)法符合滑坡實(shí)際(Ji)

14、的破壞模式引入塑性理論，隨拉剪應(yīng)力超限，強(qiáng)度參數(shù)由峰值強(qiáng)度向殘余強(qiáng)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(yīng)力的調(diào)整能夠模擬各種性態(tài)的滑坡 均質(zhì)性較強(qiáng)的土質(zhì)滑坡；非均質(zhì)、各向異性的巖質(zhì)滑坡評(píng)價(jià)方法全面 既能穩(wěn)定性控制，又能整體、局部的變形控制第三十頁，共四十一頁。8.7 有限單元(Yuan)法 2.1 傳統(tǒng)有限元法（彈性,彈塑(Su)性分析）滑動(dòng)面的模擬界面單元、摩擦單元通過有限元方法模擬真實(shí)條件下邊坡的巖層、斷層、風(fēng)化層參數(shù)與工程性狀，獲得接近真實(shí)情況下的應(yīng)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(yīng)力與剪切應(yīng)力成果）彈性分析彈塑性分析不考慮拉應(yīng)力初級(jí)思想第三

15、十一頁，共四十一頁。8.7 有(You)限單元法2.3 有限(Xian)元超載法*臨界滑動(dòng)條件的判定標(biāo)準(zhǔn)、不收斂；、發(fā)散；、折減過程中位移曲線的突變點(diǎn)理想彈塑性不計(jì)殘余強(qiáng)度，峰值強(qiáng)度=殘余強(qiáng)度彈塑軟化計(jì)入殘余強(qiáng)度*計(jì)算的過程*超載的方式第三十二頁，共四十一頁。8.7 有(You)限單元法2.2 有(You)限元強(qiáng)度折減法*臨界滑動(dòng)條件的判定標(biāo)準(zhǔn)、不收斂；、發(fā)散；、折減過程中位移曲線的突變點(diǎn)*折減的內(nèi)容 、所有結(jié)構(gòu)面按同一比例同時(shí)折減? ；、只折減控制結(jié)構(gòu)面（K大于1.0的那個(gè)面)； 理想彈塑性不計(jì)殘余強(qiáng)度，峰值強(qiáng)度=殘余強(qiáng)度 彈塑性軟化計(jì)入殘余強(qiáng)度，殘余強(qiáng)度峰值強(qiáng)度, c、f不同*折減的過程第

16、三十三頁，共四十一頁。8.7巖塊加(Jia)固7.1.1 巖坡的(De)原型觀測(cè) 地震 深部變形特別應(yīng)注意暴雨量邊坡變形量關(guān)系！多點(diǎn)位移計(jì)測(cè)斜儀 水準(zhǔn)測(cè)量網(wǎng)，觀測(cè)地表變形；一般表現(xiàn)：樹木斜生、前緣剪出、后裂抗裂 第三十四頁，共四十一頁。8.7巖塊加(Jia)固7.1.2 邊坡加(Jia)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(yù)錨主動(dòng)增加阻滑力或采用抗滑樁、擋墻、預(yù)錨被 動(dòng)增加阻滑力 采用排水、化灌、麻面爆破、基礎(chǔ)置換措施，植被護(hù)坡等技術(shù)。 提高滑面c、值第三十五頁，共四十一頁。8.7巖塊加(Jia)固7.1.2 邊坡(Po)加固措施混凝土填塞巖石斷裂部分 錨栓或預(yù)應(yīng)力錨索加固第三十六頁，共四十一頁。8.7巖塊(Kuai)加固7.1.2 邊坡加固(Gu)措施混凝土擋墻或支墩加固擋墻與錨索或錨桿相結(jié)合的加固第三十七頁，共四十一頁。8.7巖塊加(Jia)固7.1.2 邊坡加(Jia)固措施植被護(hù)坡第三十八頁，共四十一頁。8.7巖塊(Kuai)加固7.1.2 邊坡加固(Gu)措施柔性（掛網(wǎng)）護(hù)坡第三十九頁，共四十一頁。THANK YOU!第四十頁，共四十一頁。內(nèi)(Nei)容總結(jié)巖坡穩(wěn)定分析。巖坡及其破壞形式，巖坡的穩(wěn)定性分析和計(jì)算。圓弧法、多邊形法、力的代數(shù)疊加法等。了解巖坡及其破壞形式，巖坡的穩(wěn)定性分析和計(jì)算。1. 平面滑動(dòng)由一個(gè)或多個(gè)走向與