邊坡課件(自制)

邊坡巖體穩(wěn)定性分析§.1概述§.2邊坡巖體中的應(yīng)力分布特征§.3邊坡巖體的變形與破壞§.4邊坡巖體穩(wěn)定性分析步驟§.5邊坡巖體穩(wěn)定性計(jì)算秭歸縣新灘滑坡（1985年），體積3000萬(wàn)立方米，造成長(zhǎng)江斷航，千年新灘古鎮(zhèn)被毀。秭歸縣千將坪滑坡（2003年），體積2400萬(wàn)立方米，造成24人死亡或失蹤及重大經(jīng)濟(jì)損失。

斜坡(slope)統(tǒng)指地表一切具有側(cè)向臨空面的地質(zhì)體，包括天然斜坡和人工邊坡。天然斜坡(簡(jiǎn)稱(chēng)斜坡）是指自然地質(zhì)作用形成未經(jīng)人工改造的斜坡。人工邊坡(簡(jiǎn)稱(chēng)邊坡）是指經(jīng)人工開(kāi)挖或改造形成的斜坡。研究目的：研究邊坡變形破壞的機(jī)理(包括應(yīng)力分布及變形破壞特征)與穩(wěn)定性，為邊坡預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)及整治提供巖體力學(xué)依據(jù)。其中穩(wěn)定性計(jì)算是巖體邊坡穩(wěn)定性分析的核心。§.1概述§.2邊坡巖體中的應(yīng)力分布特征

在巖體中進(jìn)行開(kāi)挖，形成人工邊坡后，由于開(kāi)挖卸荷，在近邊坡面一定范圍內(nèi)的巖體中，發(fā)生應(yīng)力重分布作用，使邊坡巖體處于重分布應(yīng)力狀態(tài)。邊坡巖體為適應(yīng)重分布應(yīng)力狀態(tài)，將發(fā)生變形和破壞。因此，研究邊坡巖體重分布應(yīng)力特征是進(jìn)行穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)。邊坡面附近的主應(yīng)力跡線(xiàn)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。最大主應(yīng)力與坡面近于平行，最小主應(yīng)力與坡面近于正交，向坡體內(nèi)逐漸恢復(fù)初始應(yīng)力狀態(tài)。坡面上徑向應(yīng)力為零，為雙向應(yīng)力狀態(tài)，向坡內(nèi)逐漸轉(zhuǎn)為三向應(yīng)力狀態(tài)。hV坡面附近產(chǎn)生應(yīng)力集中帶。在坡腳附近，最大剪應(yīng)力增高，最易發(fā)生剪切破壞。在坡肩附近，常形成拉應(yīng)力帶。邊坡愈陡，則此帶范圍愈大，因此，坡肩附近最易拉裂破壞。最大剪應(yīng)力跡線(xiàn)為凹向坡面的弧線(xiàn)?！?3邊坡巖體的變形與破壞巖體邊坡的變形與破壞是邊坡發(fā)展演化過(guò)程中兩個(gè)不同的階段，變形屬量變階段，而破壞則是質(zhì)變階段，它們形成一個(gè)累進(jìn)性變形破壞過(guò)程。一、邊坡巖體變形的基本類(lèi)型二、邊坡破壞的基本類(lèi)型三、影響巖體邊坡變形破壞的因素一、邊坡巖體變形的基本類(lèi)型

1、卸荷回彈在成坡過(guò)程中，由于荷重不斷減少，邊坡巖體在減荷方向(臨空面)產(chǎn)生伸長(zhǎng)變形，即卸荷回彈。當(dāng)邊坡內(nèi)的應(yīng)力未超過(guò)巖體的長(zhǎng)期強(qiáng)度時(shí)，則這種變形所引起的破壞是局部的。反之，這種變形將導(dǎo)致邊坡巖體的整體失穩(wěn)。幾乎所有的巖體邊坡失穩(wěn)都要經(jīng)歷這種逐漸變形破壞過(guò)程。2、蠕變變形邊坡巖體自重應(yīng)力作用下，邊坡巖體的變形將會(huì)隨時(shí)間不斷增加，蠕變變形。二、邊坡破壞的基本類(lèi)型滑坡(剪破壞)傾倒破壞邊坡破壞的基本類(lèi)型楔形體滑動(dòng)圓弧形滑動(dòng)單平面滑動(dòng)雙平面滑動(dòng)多平面滑動(dòng)平面滑動(dòng)崩塌(拉破壞)劃分依據(jù)：滑面形態(tài)、數(shù)目、組合特征和力學(xué)機(jī)理。三、影響巖體邊坡變形破壞的因素1、巖性決定巖體邊坡穩(wěn)定性的物質(zhì)基礎(chǔ)。2、巖體結(jié)構(gòu)巖體結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)面的發(fā)育特征是巖體邊坡破壞的控制因素。3、水的作用使巖土的質(zhì)量增大、滑動(dòng)面的滑動(dòng)力增大；巖土軟化、抗剪強(qiáng)度降低；對(duì)巖體產(chǎn)生動(dòng)水壓力和靜水壓力。4、風(fēng)化作用使巖體內(nèi)裂隙增多、擴(kuò)大，透水性增強(qiáng)，抗剪強(qiáng)度降低。5、地形地貌直接影響邊坡內(nèi)的應(yīng)力分布特征，進(jìn)而影響邊坡的變形破壞形式及邊坡的穩(wěn)定性。6、地震產(chǎn)生地震慣性力7、天然應(yīng)力8、人為因素§.4邊坡巖體穩(wěn)定性分析的步驟定性分析是在工程地質(zhì)勘察基礎(chǔ)上，對(duì)邊坡巖體破壞的可能性及破壞形式進(jìn)行初步判斷。定量分析是在定性分析的基礎(chǔ)上，用一定的計(jì)算方法對(duì)邊坡巖體進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算分析。分析方法數(shù)學(xué)力學(xué)分析法模型模擬試驗(yàn)法工程類(lèi)比法圖解法塊體極限平衡法彈性力學(xué)、彈塑性力學(xué)法有限元法等數(shù)值方法塊體極限平衡法基本原理假設(shè)條件(1)邊坡巖體將沿某一結(jié)構(gòu)面（或組合面）產(chǎn)生滑移破壞；(2)滑體為剛體，即滑動(dòng)過(guò)程中相對(duì)位置不變化；(3)滑動(dòng)面上的應(yīng)力分布均勻；(4)不考慮滑體兩側(cè)的抗滑力。在以上假定條件下，分析滑動(dòng)面上抗滑力與滑動(dòng)力關(guān)系抗滑力>滑動(dòng)力，穩(wěn)定；抗滑力≦滑動(dòng)力，不穩(wěn)定穩(wěn)定評(píng)價(jià)時(shí)，引入安全系數(shù)（KS）的概念。塊體極限平衡法步驟可能滑動(dòng)體，幾何邊界條件分析受力條件分析確定計(jì)算參數(shù)計(jì)算穩(wěn)定性系數(shù)確定安全系數(shù)，進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)一、幾何邊界條件分析幾何邊界條件是指構(gòu)成可能滑動(dòng)巖體的各種邊界面及其組合關(guān)系，包括滑動(dòng)面、切割面和臨空面三種?；瑒?dòng)面是指起滑動(dòng)(即失穩(wěn)巖體沿其滑動(dòng))作用的面，包括潛在破壞面。切割面是指起切割巖體作用的面，由于失穩(wěn)巖體不沿該面滑動(dòng)，因而不起抗滑作用，如平面滑動(dòng)的側(cè)向切割面。臨空面指臨空的自由面，它的存在為滑動(dòng)巖體提供活動(dòng)空間，臨空面常由地面或開(kāi)挖面組成。幾何邊界條件分析的內(nèi)容是查清巖體中的各類(lèi)結(jié)構(gòu)面及其組合關(guān)系，確定出可能的滑移面、切割面。幾何邊界條件分析的目的是確定邊坡中可能滑動(dòng)巖體的位置、規(guī)模及形態(tài)，定性地判斷邊坡巖體的破壞類(lèi)型及主滑方向。幾何邊界條件的分析可通過(guò)赤平投影、實(shí)體比例投影等圖解法或三角幾何分析法進(jìn)行。二、受力條件分析在工程使用期間，可能滑動(dòng)巖體或其邊界面上承受的力的類(lèi)型及大小、方向和合力的作用點(diǎn)統(tǒng)稱(chēng)為受力條件。邊坡巖體上承受的力常見(jiàn)有：巖體重力、建筑物作用力及震動(dòng)力、靜水壓力、動(dòng)水壓力等等。

1.地震作用水平地震作用：FEK=1G2.滲透壓力：包括滲流靜水壓力和滲流動(dòng)水壓力。靜水壓力——數(shù)值上等于巖體受到的浮力。動(dòng)水壓力——與水力梯度有關(guān)，數(shù)值上等于巖體受到的滲流阻力。Vguw=r三、確定計(jì)算參數(shù)選用的計(jì)算參數(shù)，一般應(yīng)接近于殘余強(qiáng)度。研究表明：殘余強(qiáng)度與峰值強(qiáng)度的比值，大多變化在0.6~0.9之間摩擦系數(shù)計(jì)算值在峰值摩擦系數(shù)的60％~90％之間選取，內(nèi)聚力計(jì)算值在峰值內(nèi)聚力的10％~30％之間選取。經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)極限狀態(tài)下的反算數(shù)據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)四、穩(wěn)定性系數(shù)的計(jì)算和穩(wěn)定性評(píng)價(jià)穩(wěn)定性系數(shù)=可供利用的抗滑力/滑動(dòng)力

安全系數(shù)KS

：根據(jù)各種因素規(guī)定的允許的穩(wěn)定性數(shù)。

大小是根據(jù)各種影響因素人為規(guī)定的，必須大于1

各種因素：①巖體工程地質(zhì)特征研究的詳細(xì)程度；②各種計(jì)算參數(shù)誤差的大??；③計(jì)算穩(wěn)定性系數(shù)時(shí)，是否考慮了全部作用力；④計(jì)算過(guò)程中各種中間結(jié)果的誤差大?。虎莨こ痰脑O(shè)計(jì)年限、重要性以及邊坡破壞后的后果。安全系數(shù)KS一般取1.05~1.5

邊坡穩(wěn)定性工程地質(zhì)評(píng)價(jià)的任務(wù)：

1.對(duì)與工程活動(dòng)有關(guān)的天然斜坡或工程邊坡的穩(wěn)定性作出定性和定量評(píng)價(jià)

2.為設(shè)計(jì)合理的工程邊坡和邊坡變形破壞的防治措施提供依據(jù)。邊坡穩(wěn)定分析應(yīng)收集的資料1地形和地貌特征地層巖性和巖土體結(jié)構(gòu)特征斷層、裂隙和軟弱層的分布、產(chǎn)狀、充填物質(zhì)以及結(jié)構(gòu)面的組合與連通率邊坡巖體風(fēng)化、卸荷深度各類(lèi)巖土和潛在滑動(dòng)面的物理力學(xué)參數(shù)以及巖體應(yīng)力邊坡穩(wěn)定分析應(yīng)收集的資料2巖土體變形監(jiān)測(cè)和地下水觀(guān)測(cè)資料坡腳淹沒(méi)、地表水位變幅和坡體透水與排水資料降雨歷時(shí)、降雨強(qiáng)度和凍融資料地震基本烈度和動(dòng)參數(shù)邊坡施工開(kāi)挖方式、開(kāi)挖程序、爆破方法、邊坡外荷載、坡腳采空和開(kāi)挖坡的高度和坡度等傾倒破壞邊坡破壞的基本類(lèi)型楔形體滑動(dòng)圓弧形滑動(dòng)單平面滑動(dòng)同向雙平面滑動(dòng)多平面滑動(dòng)平面滑動(dòng)§.5邊坡巖體穩(wěn)定性計(jì)算單滑面平面滑動(dòng)破壞這是順向邊坡最常見(jiàn)的破壞形式。據(jù)極限平衡理論，穩(wěn)定系數(shù)按下式計(jì)算：

上式中：φ為滑面內(nèi)摩擦角，度；

C為滑面粘聚力，kPa；

γ為滑體容重，kN／m3；

h為滑體厚度，m；

a為滑面傾角，度；

β為邊坡坡角，度同傾向雙滑面型滑動(dòng)破壞