邊坡巖體穩(wěn)定性分析

邊坡巖體穩(wěn)定性分析第1頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四斜坡(slope)：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)稱斜坡）：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)稱邊坡）：經(jīng)人工開挖或改造形成的斜坡?！?.1邊坡巖體中的應(yīng)力分布特征第九章

邊坡巖體穩(wěn)定性分析第2頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四研究目的

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邊坡巖中的應(yīng)力分布特征第3頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四一、應(yīng)力分布特征巖體中開挖→人工邊坡→開挖卸荷→近邊坡面一定范圍內(nèi)的巖體中應(yīng)力重分布→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)。第4頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四邊坡面附近：主應(yīng)力跡線發(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)。第5頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四(3)坡面附近：應(yīng)力集中帶。坡腳附近，最大剪應(yīng)力增高，易剪切破壞；坡肩附近，拉應(yīng)力帶。邊坡愈陡，范圍愈大，∴，坡肩附近最易拉裂破壞。(4)最大剪應(yīng)力跡線為凹向坡面的弧線。第6頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四二、影響邊坡應(yīng)力分布的因素(1)天然應(yīng)力水平天然應(yīng)力使坡體應(yīng)力重分布作用加劇。(2)坡形、坡高、坡角及坡底寬度坡高不改變應(yīng)力等值線的形狀，但改變主應(yīng)力的大小。

坡角影響邊坡巖體應(yīng)力分布圖象。坡底寬度對(duì)坡腳巖體應(yīng)力有較大的影響。坡面形狀對(duì)重分布應(yīng)力也有明顯的影響。第7頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四(3)巖體性質(zhì)及結(jié)構(gòu)特征巖體變形模量影響不大，泊松比對(duì)邊坡應(yīng)力影響較大?！卟此杀鹊淖兓墒顾阶灾貞?yīng)力發(fā)生改變。(4)結(jié)構(gòu)面使坡體中應(yīng)力發(fā)生不連續(xù)分布，在結(jié)構(gòu)面周邊或端點(diǎn)形成應(yīng)力集中帶或阻滯應(yīng)力的傳遞，堅(jiān)硬巖體邊坡中明顯。第8頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四§8.2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，形成一個(gè)累進(jìn)性變形破壞過程。一、邊坡巖體變形的基本類型二、邊坡破壞的基本類型三、影響巖體邊坡變形破壞的因素第9頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四一、邊坡巖體變形的基本類型

1、卸荷回彈成坡過程中，荷重不斷減少→邊坡巖體在減荷方向(臨空面)伸長(zhǎng)變形→卸荷回彈。天然應(yīng)力越大，向臨空方向的回彈變形量也越大。往往會(huì)伴隨產(chǎn)生一系列的張性結(jié)構(gòu)面。第10頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四2、蠕變變形當(dāng)邊坡內(nèi)的應(yīng)力未超過巖體的長(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)。破裂失穩(wěn)是經(jīng)過局部破裂逐漸產(chǎn)生的，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程。第11頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四二、邊坡破壞的基本類型單平面滑動(dòng)雙平面滑動(dòng)多平面滑動(dòng)邊坡破壞的基本類型楔形狀滑動(dòng)圓弧形滑動(dòng)平面滑動(dòng)滑坡傾倒破壞崩塌第12頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四崩塌：斜坡巖土體被結(jié)構(gòu)面分割的塊體，突然脫離母體以垂直運(yùn)動(dòng)為主、翻滾跌躍而下的現(xiàn)象與過程滑坡：斜坡巖土體沿著貫通的剪切破壞面（帶），產(chǎn)生以水平運(yùn)動(dòng)為主的現(xiàn)象。傾倒破壞（彎曲傾倒）：由陡傾或直立板狀巖體組成的斜坡，當(dāng)巖層走向與坡面走向近平行時(shí)，在自重應(yīng)力的長(zhǎng)期作用下，由前緣開始向臨空方向彎曲、折裂，并逐漸向坡內(nèi)發(fā)展的現(xiàn)象。第13頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四第14頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四崩塌單平面滑動(dòng)第15頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四多平面滑動(dòng)圓弧滑動(dòng)第16頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四楔形狀滑動(dòng)傾倒破壞第17頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四三、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。第18頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四5、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、人為因素三、影響巖體邊坡變形破壞的因素第19頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四§8.3邊坡巖體穩(wěn)定性分析的步驟定性分析：在工程地質(zhì)勘察工作基礎(chǔ)上，對(duì)邊坡巖體變形破壞的可能性及破壞形式進(jìn)行初步判斷。定量分析：在定性分析基礎(chǔ)上，應(yīng)用一定的計(jì)算方法對(duì)邊坡巖體進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算及定量評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)方法數(shù)學(xué)力學(xué)分析法模型模擬試驗(yàn)法工程類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)值方法第20頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四塊體極限平衡法假設(shè)條件(1)邊坡巖體將沿某一結(jié)構(gòu)面（滑動(dòng)面）產(chǎn)生滑移剪切破壞；(2)滑體為剛體在滑動(dòng)過程中相對(duì)位置不變化(3)滑動(dòng)面上應(yīng)力分布均勻；(4)不考慮滑體兩側(cè)的抗滑力。穩(wěn)定性系數(shù)=滑動(dòng)面上可能利用抗滑力/滑動(dòng)力>1

穩(wěn)定≦1不穩(wěn)定在多數(shù)情況下，計(jì)算的穩(wěn)定性系數(shù)都有一定誤差，因此，引入安全系數(shù)。第21頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四塊體極限平衡法步驟可能滑動(dòng)巖體幾何邊界條件的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)第22頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四一、幾何邊界條件分析幾何邊界條件：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：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：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：臨空自由面，為滑動(dòng)巖體提供活動(dòng)空間，臨空面常由地面或開挖面組成。第23頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四分析內(nèi)容：

查清巖體中的各類結(jié)構(gòu)面及其組合關(guān)系，確定出可能的滑移面、切割面。分析目的：

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型及主滑方向。分析方法：赤平投影、實(shí)體比例投影等圖解法或三角幾何分析法。一、幾何邊界條件分析第24頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四二、受力條件分析受力條件：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型及大小、方向和合力的作用點(diǎn)。邊坡巖體上承受的力常見有：巖體重力、靜水壓力、動(dòng)水壓力、建筑物作用力及震動(dòng)力等等。1.地震作用水平地震作用：FEK=1G第25頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四2.水壓力：包括滲透靜水壓力和滲透動(dòng)水壓力。靜水壓力——水對(duì)巖體的靜壓力，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。第26頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四三、確定計(jì)算參數(shù)從偏安全的角度起見，一般選用的計(jì)算參數(shù)，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，因此，在沒有獲得殘余強(qiáng)度的條件下，建議摩擦系數(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)第27頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四四、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)力第28頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四五、確定安全系數(shù)，進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)安全系數(shù)：根據(jù)各種因素規(guī)定的允許的穩(wěn)定性系數(shù)。大小是根據(jù)各種影響因素人為規(guī)定的，必須＞1。影響因素：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)算過程中各種中間結(jié)果的誤差大??；⑤工程的設(shè)計(jì)年限、重要性以及邊坡破壞后的后果。安全系數(shù)一般=1.05~1.5

第29頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四§8.4邊坡巖體穩(wěn)定性計(jì)算一、單平面滑動(dòng)1、僅有重力作用時(shí)滑動(dòng)面上的抗滑力Fs=Gcosβtgφj+CjL

滑動(dòng)力

Fr＝Gsinβ穩(wěn)定性系數(shù)第30頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四滑動(dòng)體極限高度Hcr為∴當(dāng)Cj=0，φj＜β時(shí)，η＜1，Hcr=0忽略滑動(dòng)面上內(nèi)聚力(Cj=0)時(shí)

第31頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四2、有水壓力作用作用于CD上的靜水壓力V作用于AD上的靜水壓力U為邊坡穩(wěn)定性系數(shù)為第32頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四3、有水壓力作用與地震作用邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)FEK=1G水平地震作用第33頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四

思考題1、巖質(zhì)邊坡有那幾種破壞類型，各有何特征？2、按經(jīng)驗(yàn)不利于巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定的條件有那些？3、巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析方法有那些？極限平衡法的原理是什么？第34頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四

計(jì)算題1、在圖中,坡高滑面AC上的粘結(jié)力，內(nèi)摩擦角巖體容重，求此邊坡的穩(wěn)定系數(shù)。第35頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四2、已探明某巖石邊坡的滑面為AB,坡頂裂縫BC深，裂縫內(nèi)水深，坡高，坡角，滑坡傾角