巖體力學第八章巖體力學在邊坡工程中的應(yīng)用課件

第八章巖體力學在邊坡工程中的應(yīng)用一、邊坡中的應(yīng)力分分析現(xiàn)有方法：（1）應(yīng)力測量法；（2）室內(nèi)光彈性和模擬實驗法；（3）數(shù)值計法；（4）近似計算法第八章巖體力學在邊坡工程中的應(yīng)用一、邊坡中的應(yīng)力分分析1巖體力學第八章巖體力學在邊坡工程中的應(yīng)用課件2巖體力學第八章巖體力學在邊坡工程中的應(yīng)用課件3巖體力學第八章巖體力學在邊坡工程中的應(yīng)用課件4巖體力學第八章巖體力學在邊坡工程中的應(yīng)用課件5巖體力學第八章巖體力學在邊坡工程中的應(yīng)用課件6從力學特性來看分為五類1、巖石崩塌2、平移滑動3、旋轉(zhuǎn)滑移4、巖塊流動5、巖層曲折二、巖坡破壞形式與分類1、巖石崩塌(圖8-6a)原因：裂隙水壓力、凍脹力致從力學特性來1、巖石崩塌2、平移滑動3、旋轉(zhuǎn)滑移4、巖塊流動7由于外界條件干擾（開挖、風化、震動）滑移體沿弱面滑移3、旋轉(zhuǎn)滑動(圖8-6c)由于外界條件干擾，在均質(zhì)頁巖或泥巖中產(chǎn)生新的圓弧破裂面，巖體沿此圓弧面產(chǎn)生滑移。4、巖塊流動(圖8-6d)高應(yīng)力作用下，生產(chǎn)脆性破裂（破壞）面。不規(guī)則。5、巖層曲折(圖8-6e)在自重與裂隙水壓力共同作用下巖層面發(fā)生2、平移滑動(圖8-6b)由于外界條件干擾（開挖、風化、震動）滑移體沿弱面滑移28巖石崩塌平移滑動旋轉(zhuǎn)滑移巖塊流動巖層曲折巖石崩塌平移滑動旋轉(zhuǎn)滑移巖塊流動巖層曲折9三、巖石崩塌的力學穩(wěn)定分析圖(8-7)巖塊的翻轉(zhuǎn)發(fā)生于剪切破壞不可能的地方，這時，巖塊受到側(cè)向的推力(如靜水壓力或凍脹力等)，而引起翻轉(zhuǎn)破壞，又稱傾倒破壞。楔體翻轉(zhuǎn)的臨界中心角：d1和d2分別為水平節(jié)理間距和垂直節(jié)理間距。當為穩(wěn)定狀態(tài)當為不穩(wěn)定狀態(tài)一般認為，當巖坡的坡度大于600時該類巖坡就可然處于不穩(wěn)定狀態(tài)三、巖石崩塌的力學穩(wěn)定分析圖(8-7)10抗翻轉(zhuǎn)力強，不容易翻轉(zhuǎn)抗翻轉(zhuǎn)力弱，容易翻轉(zhuǎn)抗翻轉(zhuǎn)力強，不容易翻轉(zhuǎn)抗翻轉(zhuǎn)力弱，容易翻轉(zhuǎn)11圖8-8平面剪切破壞滑動體滑動面W四、平移滑動的力學穩(wěn)定性分析要點：1、單一連續(xù)滑動面圖8-8平面剪切破壞滑動體滑動面W四、平移滑動的力學穩(wěn)定性12（1）滑動體的體積：（2）滑移面AB上總粘結(jié)力：總摩擦力：（3）穩(wěn)定系數(shù)：（4）邊坡臨界高度將K=1和W的值代入(3)得致滑力：（1）滑動體的體積：（2）滑移面AB上總粘結(jié)力：總摩擦力13（5）注：在實際觀測中，順層滑動體不是ABD楔體，而是AECD楔體。EBC楔體仍保留在原處不動。這說明靠近滑體的后部產(chǎn)生張應(yīng)力，使滑體后緣產(chǎn)生了許多張裂縫CE。CBE穩(wěn)定塊體K>1，DCEA滑動體張裂縫CE的理論深度：（5）注：在實際觀測中，順層滑動體不是ABD楔體，而是AEC14①基本假設(shè)1.滑動面和張性斷裂面與邊坡面走向平行。2.張性斷裂是豎直向的，并注滿水,水深為Zw。3.水沿張性斷裂的底部進入滑面，并沿滑面滲透

4.各個力都通過滑動面的形心起作用5.滑面的抗剪強度由粘結(jié)力和內(nèi)摩擦角確定，符合庫侖方程6.計算厚度為單位厚度，巖片兩側(cè)有釋放面2、張性斷裂邊坡單面滑動①基本假設(shè)2、張性斷裂邊坡單面滑動15WU-水壓力在滑動面上產(chǎn)生的浮力V-張性斷裂面上的水壓力WU-水壓力在滑動面上產(chǎn)生的浮力V-張性斷裂面上的水壓力16②穩(wěn)定性系數(shù)式中：（8-9）②穩(wěn)定性系數(shù)式中：（8-9）173、滑體沿兩個平面剪切

剛性滑移體abc主滑面輔助面總外力3、滑體沿兩個平面剪切剛性滑移體abc主滑面輔助面總外力18極限平衡分析：總合外力R分解為X、Y方向；并與兩個滑移面上的正壓力N和剪切力S構(gòu)成平衡條件。其中：K-穩(wěn)定系數(shù)K<1巖坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)K>1巖坡處于穩(wěn)定狀態(tài)K=1巖坡處于極限狀態(tài)極限平衡分析：總合外力R分解為X、Y方向；并與19

以上極限平衡分析得到兩個方程，其中含有3個未知數(shù)、無法求解，再找一個方程。在極限狀態(tài)下，ab面脫離母體，則N1=0。由前方程求得：由此得：式中：(8-20)

以上極限平衡分析得到兩個方程，其中含有3個未知數(shù)、無法求20

注1：由式(8-20)求得的K值為上限值。注2：如果計算K值為負，則表示不可能失穩(wěn)。注3：此分析適合于主滑面較長、輔助面較短的情況。如果輔助面較平坦、較長、則計算K值偏大。（三）、楔體穩(wěn)定的力學分析兩組及兩組以上的結(jié)構(gòu)面切割成一個的楔形滑體。如圖四面體ABCD沿F1、F2兩面滑位

21巖體力學第八章巖體力學在邊坡工程中的應(yīng)用課件22雙面滑移體穩(wěn)定系數(shù)其中：N1、N2分別為作用于F1、F2上的法向壓力。由正弦定律得：N1N2雙面滑移體穩(wěn)定系數(shù)其中：N1、N2分別為作用23四面滑位體體的自重：主、輔滑動面的面積：-兩滑移面的法線與F1滑面法線的夾角-兩滑移面的法線與F2滑面法線的夾角四面滑位體體的自重：主、輔滑動面的面積：-兩滑移面24五、轉(zhuǎn)動滑動的力學穩(wěn)定分析五、轉(zhuǎn)動滑動的力學穩(wěn)定分析25此類一般在土坡中遇見，但在風化巖、頁巖或節(jié)理切割破碎的巖坡中也有發(fā)生。1、滑面：弧形面、圓弧狀面或?qū)?shù)螺成面2、假設(shè)：①破壞面是圓柱面②作為平面問題來分析③巖層抗剪力符合庫侖理論④破壞面上每點發(fā)揮最大抗剪力⑤巖石分條上鉛垂側(cè)水平力不計⑥邊坡簡化為如圖8-12應(yīng)力狀態(tài)此類一般在土坡中遇見，但在風化巖、頁巖或節(jié)理切割破碎的巖坡263、K值計算Ni，Ti---巖條單元滑動面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力4、存在裂隙水壓力時計算K值公式中的Ni，Ti變成其中：--巖條單元重量引起的剪應(yīng)力和滲透力之和。--巖條單元滑動面長度和靜水壓力。--滑移面的總弧長3、K值計算Ni，Ti---巖條單元滑動面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力27巖體力學第八章巖體力學在邊坡工程中的應(yīng)用課件28六、巖塊流動的力學分析高應(yīng)力下的脆性破壞，通過應(yīng)力分析和強度條件判定期穩(wěn)定狀態(tài)。發(fā)生脆性破壞的條件：七、邊坡巖層曲折分析

要點當邊坡坡面有順向的巖層分布，而且?guī)r層厚度不大時，如果沿著巖層有垂直節(jié)理切割，也就是使巖層成為長細柱體結(jié)構(gòu)沿著坡面分布，在沿坡面傾向的重力分量作用下，導(dǎo)致巖層彎曲破壞。六、巖塊流動的力學分析高應(yīng)力下的脆性破壞，通過應(yīng)力分29圖8-14邊坡曲折的力學分析圖8-14邊坡曲折的力學分析30

用壓桿失穩(wěn)判斷的歐拉公式，可近似確定巖層曲折的荷載：如果將巖層簡化為在坡頂處為鉸接，在坡趾處為固接的力學模型(圖8-14.b)。則由歐拉公式得：注：如果巖層的傾角大于邊坡的傾角，則折曲破壞不會這樣發(fā)生用壓桿失穩(wěn)判斷的歐拉公式，可近似確定巖層曲折的荷載：31

擋墻措施：①排水②減荷③加固樁基錨桿注漿巖坡失穩(wěn)兩方面因素下滑力增加抗滑力降低八、巖坡加固措施返回擋墻巖坡失穩(wěn)32第八章巖體力學在邊坡工程中的應(yīng)用一、邊坡中的應(yīng)力分分析現(xiàn)有方法：（1）應(yīng)力測量法；（2）室內(nèi)光彈性和模擬實驗法；（3）數(shù)值計法；（4）近似計算法第八章巖體力學在邊坡工程中的應(yīng)用一、邊坡中的應(yīng)力分分析33巖體力學第八章巖體力學在邊坡工程中的應(yīng)用課件34巖體力學第八章巖體力學在邊坡工程中的應(yīng)用課件35巖體力學第八章巖體力學在邊坡工程中的應(yīng)用課件36巖體力學第八章巖體力學在邊坡工程中的應(yīng)用課件37巖體力學第八章巖體力學在邊坡工程中的應(yīng)用課件38從力學特性來看分為五類1、巖石崩塌2、平移滑動3、旋轉(zhuǎn)滑移4、巖塊流動5、巖層曲折二、巖坡破壞形式與分類1、巖石崩塌(圖8-6a)原因：裂隙水壓力、凍脹力致從力學特性來1、巖石崩塌2、平移滑動3、旋轉(zhuǎn)滑移4、巖塊流動39由于外界條件干擾（開挖、風化、震動）滑移體沿弱面滑移3、旋轉(zhuǎn)滑動(圖8-6c)由于外界條件干擾，在均質(zhì)頁巖或泥巖中產(chǎn)生新的圓弧破裂面，巖體沿此圓弧面產(chǎn)生滑移。4、巖塊流動(圖8-6d)高應(yīng)力作用下，生產(chǎn)脆性破裂（破壞）面。不規(guī)則。5、巖層曲折(圖8-6e)在自重與裂隙水壓力共同作用下巖層面發(fā)生2、平移滑動(圖8-6b)由于外界條件干擾（開挖、風化、震動）滑移體沿弱面滑移240巖石崩塌平移滑動旋轉(zhuǎn)滑移巖塊流動巖層曲折巖石崩塌平移滑動旋轉(zhuǎn)滑移巖塊流動巖層曲折41三、巖石崩塌的力學穩(wěn)定分析圖(8-7)巖塊的翻轉(zhuǎn)發(fā)生于剪切破壞不可能的地方，這時，巖塊受到側(cè)向的推力(如靜水壓力或凍脹力等)，而引起翻轉(zhuǎn)破壞，又稱傾倒破壞。楔體翻轉(zhuǎn)的臨界中心角：d1和d2分別為水平節(jié)理間距和垂直節(jié)理間距。當為穩(wěn)定狀態(tài)當為不穩(wěn)定狀態(tài)一般認為，當巖坡的坡度大于600時該類巖坡就可然處于不穩(wěn)定狀態(tài)三、巖石崩塌的力學穩(wěn)定分析圖(8-7)42抗翻轉(zhuǎn)力強，不容易翻轉(zhuǎn)抗翻轉(zhuǎn)力弱，容易翻轉(zhuǎn)抗翻轉(zhuǎn)力強，不容易翻轉(zhuǎn)抗翻轉(zhuǎn)力弱，容易翻轉(zhuǎn)43圖8-8平面剪切破壞滑動體滑動面W四、平移滑動的力學穩(wěn)定性分析要點：1、單一連續(xù)滑動面圖8-8平面剪切破壞滑動體滑動面W四、平移滑動的力學穩(wěn)定性44（1）滑動體的體積：（2）滑移面AB上總粘結(jié)力：總摩擦力：（3）穩(wěn)定系數(shù)：（4）邊坡臨界高度將K=1和W的值代入(3)得致滑力：（1）滑動體的體積：（2）滑移面AB上總粘結(jié)力：總摩擦力45（5）注：在實際觀測中，順層滑動體不是ABD楔體，而是AECD楔體。EBC楔體仍保留在原處不動。這說明靠近滑體的后部產(chǎn)生張應(yīng)力，使滑體后緣產(chǎn)生了許多張裂縫CE。CBE穩(wěn)定塊體K>1，DCEA滑動體張裂縫CE的理論深度：（5）注：在實際觀測中，順層滑動體不是ABD楔體，而是AEC46①基本假設(shè)1.滑動面和張性斷裂面與邊坡面走向平行。2.張性斷裂是豎直向的，并注滿水,水深為Zw。3.水沿張性斷裂的底部進入滑面，并沿滑面滲透

4.各個力都通過滑動面的形心起作用5.滑面的抗剪強度由粘結(jié)力和內(nèi)摩擦角確定，符合庫侖方程6.計算厚度為單位厚度，巖片兩側(cè)有釋放面2、張性斷裂邊坡單面滑動①基本假設(shè)2、張性斷裂邊坡單面滑動47WU-水壓力在滑動面上產(chǎn)生的浮力V-張性斷裂面上的水壓力WU-水壓力在滑動面上產(chǎn)生的浮力V-張性斷裂面上的水壓力48②穩(wěn)定性系數(shù)式中：（8-9）②穩(wěn)定性系數(shù)式中：（8-9）493、滑體沿兩個平面剪切

剛性滑移體abc主滑面輔助面總外力3、滑體沿兩個平面剪切剛性滑移體abc主滑面輔助面總外力50極限平衡分析：總合外力R分解為X、Y方向；并與兩個滑移面上的正壓力N和剪切力S構(gòu)成平衡條件。其中：K-穩(wěn)定系數(shù)K<1巖坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)K>1巖坡處于穩(wěn)定狀態(tài)K=1巖坡處于極限狀態(tài)極限平衡分析：總合外力R分解為X、Y方向；并與51

以上極限平衡分析得到兩個方程，其中含有3個未知數(shù)、無法求解，再找一個方程。在極限狀態(tài)下，ab面脫離母體，則N1=0。由前方程求得：由此得：式中：(8-20)

以上極限平衡分析得到兩個方程，其中含有3個未知數(shù)、無法求52

注1：由式(8-20)求得的K值為上限值。注2：如果計算K值為負，則表示不可能失穩(wěn)。注3：此分析適合于主滑面較長、輔助面較短的情況。如果輔助面較平坦、較長、則計算K值偏大。（三）、楔體穩(wěn)定的力學分析兩組及兩組以上的結(jié)構(gòu)面切割成一個的楔形滑體。如圖四面體ABCD沿F1、F2兩面滑位

53巖體力學第八章巖體力學在邊坡工程中的應(yīng)用課件54雙面滑移體穩(wěn)定系數(shù)其中：N1、N2分別為作用于F1、F2上的法向壓力。由正弦定律得：N1N2雙面滑移體穩(wěn)定系數(shù)其中：N1、N2分別為作用55四面滑位體體的自重：主、輔滑動面的面積：-兩滑移面的法線與F1滑面法線的夾角-兩滑移面的法線與F2滑面法線的夾角四面滑位體體的自重：主、輔滑動面的面積：-兩滑移面56五、轉(zhuǎn)動滑動的力學穩(wěn)定分析五、轉(zhuǎn)動滑動的力學穩(wěn)定分析57此類一般在土坡中遇見，但在風化巖、頁巖或節(jié)理切割破碎的巖坡中也有發(fā)生。1、滑面：弧形面、圓弧狀面或?qū)?shù)螺成面2、假設(shè)：①破壞面是圓柱面②作為平面問題來分析③巖層抗剪力符合庫侖理論④破壞面上每點發(fā)揮最大抗剪力⑤巖石分條上鉛垂側(cè)水平力不計⑥邊坡簡化為如圖8-12應(yīng)力狀態(tài)此類一般在土坡中遇見，但在風化巖、頁巖或節(jié)理切割破碎的巖坡583、K值計算Ni，Ti---巖條單元滑動面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力4、存在裂隙水壓力時計算K