巖體力學在邊坡工程中的應用(之二).doc

精品文檔一、內(nèi)容提要：本講主要講述斜坡穩(wěn)定性評價方法和斜坡變形破壞的防治二、重點難點：斜坡穩(wěn)定性評價各種方法的理論原理三、內(nèi)容講解：四、斜坡穩(wěn)定性評價方法斜坡穩(wěn)定性評價的目的是：合理設計人工邊坡，使之既穩(wěn)定安全，又不浪費開挖工作量；評定、核算與工程有關的天然斜坡穩(wěn)定性現(xiàn)狀及受工程影響后的穩(wěn)定性狀況；對已建成的人工邊坡檢查其穩(wěn)定性狀況；為整治斜坡提供設計依據(jù)。斜坡穩(wěn)定性評價方法有多種，常用的有：自然歷史分析法、力學計算法、圖解法和工程地質(zhì)類比法。大體上分定性評價和定量評價兩大類?！纠}1】斜坡穩(wěn)定性評價方法有多種，下列不屬于其中的方法的是（ ）。A. 自然歷史分析法B. 力學計算法C. 工程地質(zhì)類比法D.應力解除法答案:D【例題2】邊坡工程設計的合理性在于（ ）。A.邊坡穩(wěn)定安全B.邊坡開挖經(jīng)濟上合理C.設計符合規(guī)范要求D.A+B答案:D【例題3】對已建成的人工邊坡，邊坡穩(wěn)定性評價的目的是（ ）。A. 合理設計人工邊坡，使之既穩(wěn)定安全，又不浪費開挖工作量B. 評定、核算與工程有關的天然斜坡穩(wěn)定性現(xiàn)狀及受工程影響后的穩(wěn)定性狀況C. 檢查其穩(wěn)定性狀況D. 為整治斜坡提供設計依據(jù)答案:C(一)自然歷史分析法這是一種定性評價的方法。主要通過研究斜坡形成的地質(zhì)歷史和所處的自然地理及地質(zhì)環(huán)境、斜坡的地貌和地質(zhì)結(jié)構(gòu)、發(fā)展演化階段及變形破壞形跡，來分析主要的和次要的影響因素，從而對斜坡穩(wěn)定性做出初步評價。所以這種方法實際上是通過追溯斜坡發(fā)生、發(fā)展演化的全過程，來進行穩(wěn)定性評價的。它對研究斜坡穩(wěn)定性的區(qū)域性規(guī)律尤為適用。自然歷史分析法主要包括三方面研究內(nèi)容：(1)區(qū)域地質(zhì)背景的研究，包括區(qū)域構(gòu)造、地層巖性分布和地形地貌特點以及近期地殼運動強烈程度(如地殼運動形式、地應力狀態(tài)、有否活斷層分布及其特征等)，并結(jié)合斜坡變形破壞的分布和特征，就可以建立起斜坡變形破壞現(xiàn)象與區(qū)域地質(zhì)背景間的相關關系?？捎牲c到面來研究斜坡變形破壞的某些規(guī)律。這是一項基礎性且?guī)в腥忠饬x的研究工作。例如我國四川盆地主要由侏羅系紅色砂、泥巖互層組成，屬典型的擋式褶皺構(gòu)造，近期江河強烈下切，因此在處于同向坡的背、向斜轉(zhuǎn)折部位，尤其在河谷地帶，斜坡變形破壞現(xiàn)象十分發(fā)育。(2)分析使斜坡演變的主導因素及觸發(fā)因素。尤其是一些周期性因素(氣候、水文、地震)與斜坡變形破壞間的相關性。(3)預測斜坡所處的演化階段和發(fā)展趨勢，可能的破壞方式。可通過斜坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)、外形及變形破壞形跡來進行，也可通過必要的監(jiān)測手段來研究。需要指出的是：自然歷史分析法雖屬初步的、定性的評價方法，但是它是其他各種評價方法的基礎，沒有這種評價方法，其他評價方法將難以進行?！纠}4】下列哪項不屬于自然歷史分析法當中所主要包括的研究內(nèi)容（ ）。A. 區(qū)域地質(zhì)背景的研究B. 分析使斜坡演變的主導因素及觸發(fā)因素C. 預測斜坡所處的演化階段和發(fā)展趨勢，可能的破壞方式D. 分析坡上有漏水，水流沖刷坡腳或因河水位急劇升降引起岸坡內(nèi)動水壓力的強烈作用答案:D【例題5】在下列斜坡穩(wěn)定性評價方法當中，哪種方法是屬于初步的、定性的評價方法，但它是其他各種評價方法的基礎，沒有這種評價方法，其他評價方法將難以進行。（ ）。A. 自然歷史分析法B. 力學計算法C. 工程地質(zhì)類比法D.圖解法答案:A(二)力學計算法力學計算法主要適用于滑坡類破壞型式，是一種定量評價的方法。常用的是剛體極限平衡法。采用這種方法的前提條件是：只考慮破壞面上的極限平衡狀態(tài)，而不考慮巖土體的變形即視巖土體為剛體；破壞面(滑動面)上的強度由凝聚力和摩擦力(c、 值)控制，即遵循庫侖判據(jù)；滑體中的應力，以壓應力與剪應力的方式，集中作用于滑面上，即均為集中力；以平面(二維)課題來處理，這是為了求解方便而對實際情況的簡化。剛體極限平衡法表面上看來是一種嚴格的定量評價方法，但是由于上述的前提條件，以及邊界條件確定和計算參數(shù)的取得都還存在不少問題。因此在實際工作中，常根據(jù)斜坡或邊坡工程的重要性及具體情況，用一個安全穩(wěn)定系數(shù)Kc來保證計算的安全度。一般規(guī)定Kc=1.11.5，即要求計算所得斜坡或工程邊坡的穩(wěn)定系數(shù)大于這個數(shù)字才是安全穩(wěn)定的，否則將是不安全的。巖質(zhì)斜坡的穩(wěn)定性，一般取決于軟弱結(jié)構(gòu)面的特點及其組合關系。進行穩(wěn)定性計算時應先確定可能的滑動面，即巖體中存在的軟弱結(jié)構(gòu)面。其中比較簡單的是單一同向結(jié)構(gòu)面的斜坡。由二組或二組以上結(jié)構(gòu)面控制的斜坡，條件就比較復雜了。這里介紹單一同向結(jié)構(gòu)面和折線形滑面兩種斜坡的穩(wěn)定性計算。【例題6】斜坡穩(wěn)定性評價方法當中的力學計算法屬于（ ）。A.定性評價方法B.定量評價方法C.半定量評價方法1單一同向結(jié)構(gòu)面斜坡斜坡穩(wěn)定性受傾向與坡向一致的一組軟弱結(jié)構(gòu)面控制。其穩(wěn)定性計算可沿滑動方向取一單寬剖面(圖17-1-14)。D.定性或半定量評價方法答案:B【例題7】巖質(zhì)斜坡的穩(wěn)定性，一般情況下取決于（ ）。A.坡形B.斜坡要素C.巖石的抗剪強度指標D.軟弱結(jié)構(gòu)面的特點及其組合答案:D1單一同向結(jié)構(gòu)面斜坡斜坡穩(wěn)定性受傾向與坡向一致的一組軟弱結(jié)構(gòu)面控制。其穩(wěn)定性計算可沿滑動方向取一單寬剖面(圖17-1-14)。式中h為由坡頂至滑動面的高度，也稱為變形體高度；其他符號意義同前。由上面的計算式可看出，這類斜坡的滑動面長度L對其穩(wěn)定性無影響，而變形體高度h和滑動面傾角 的影響則較大，即 和h愈大斜坡穩(wěn)定性愈差。而滑動面的性質(zhì)對斜坡穩(wěn)定性影響是很大的，如果該面很軟弱(如泥化夾層)，而且平整光滑時，斜坡的穩(wěn)定程度則大大下降。尤其當結(jié)構(gòu)面上的粘聚力很小，甚至接近于零時，則滑體的穩(wěn)定性僅取決于摩擦阻力的大小，即答案:A【例題9】對于單一同向結(jié)構(gòu)面斜坡，其穩(wěn)定性與下列哪一項無關？（ ）A. 粘聚力B.內(nèi)摩擦角C.坡高D.滑動面長度答案:D【例題10】對于無粘性土邊坡，其穩(wěn)定性與土坡的下列哪一項指標有關？（ ）A. 粘聚力B.內(nèi)摩擦角C.坡高D.滑動面長度答案:B2折線形滑動面的斜坡斜坡的滑動面不規(guī)則。在自然界中此類滑坡較多見，坡積層(沿下伏基巖面滑移的)滑坡也屬之。計算這類斜坡穩(wěn)定性時，一般是根據(jù)所查明的滑動面起伏情況，劃分為折線形的塊段，每一塊段底部滑面為平直的斜面，并確定各段的計算參數(shù)(圖17-1-15)。然后可根據(jù)我國鐵道部門采用的滑坡推力計算法來計算斜坡的穩(wěn)定性。計算時假定滑坡作整體滑動，各段之間不考慮擠壓和拉裂，所以可不考慮塊段兩側(cè)力的作用?，F(xiàn)將計算過程及需要注意的問題說明如下：【例題11】當坡積層沿下伏基巖面滑移形成滑坡時，其滑動面的形狀為（ ）。A.直線型 B.平面型 C.圓弧型 D.折線型 答案:D【例題12】對于折線形滑動面的斜坡，當計算其穩(wěn)定性時，各塊段底部的滑面為（ ）。A.平面 B.不規(guī)則曲面 C.規(guī)則曲面 D.平直的斜面 答案:D【例題13】對于折線形滑動面的斜坡，當計算其穩(wěn)定性時，各塊段兩側(cè)部應考慮（ ）。A.擠壓力作用 B.拉裂力作用 C.摩擦力作用 D.不考慮塊段兩側(cè)力的作用答案:D(三)圖解法 圖解法是一種定性或半定量的評價方法。在斜坡穩(wěn)定性評價中，一般采用兩種圖解法，即圖表計算法和圖解分析法。圖表計算法種類較多，其基本原理一般都是根據(jù)斜坡所處的條件，先確定某一無因次量，并繪制不同坡角情況下無因次量與穩(wěn)定系數(shù)關系曲線圖，或不同穩(wěn)定系數(shù)情況下的無因次量與坡角關系曲線圖。借助于曲線圖，在已知等參數(shù)后，就可直接從關系曲線上查得穩(wěn)定系數(shù)。圖表計算法與力學計算法相比較，其結(jié)果精度差些。但是，在進行邊坡初步設計時是可以滿足要求的。【例題14】圖表計算法與力學計算法相比較，二者在計算結(jié)果精度上為（ ）。A.相同B.圖表計算法差些C.力學計算法差些D.無法比較答案:B【例題15】圖表計算法可在邊坡設計的哪一個階段采用，且能滿足精度要求。（ ）。A.初步設計B.技術設計C.施工圖設計答案:A下面主要介紹一下圖解分析法。圖解分析法以赤平極射投影為基礎。通過對斜坡巖體結(jié)構(gòu)面的大量調(diào)查統(tǒng)計，掌握了優(yōu)勢軟弱結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀特征，據(jù)以分析它們對斜坡穩(wěn)定性的影響?，F(xiàn)就單一軟弱面和兩組軟弱面的情況分析斜坡的穩(wěn)定性?！纠}16】圖解分析法以（ ）為基礎。A. 赤平極射投影B. 自然歷史分析法而C. 力學計算法D.圖解法答案:A【例題17】根據(jù)圖17-1-16分析，除了圖中（e）所示的斜坡不太穩(wěn)定以外，其余各圖中最不穩(wěn)定的斜坡是（ ）。A. (a)B. (b)C. (c)D. (d)答案:B【例題18】斜交坡的穩(wěn)定情況需根據(jù)（ ）而定。A. 弱面傾向B.坡面傾向C. 坡角、弱面傾角大小D. 弱面傾向與坡面傾向之間的夾角答案:D二組軟弱結(jié)構(gòu)面的斜坡，其穩(wěn)定性由弱面交線的產(chǎn)狀控制，大致可分三種情況。交線傾向坡內(nèi)(圖17-1-17(a)。在赤平投影圖上，兩組結(jié)構(gòu)面投影弧交線與坡面投影弧相對，斜坡是穩(wěn)定的。交線的傾向與坡面傾向一致，但其傾角小于坡角圖17-1-17(b)。在赤子投影圖上，結(jié)構(gòu)面投影弧交線與坡面弧同在一側(cè)，但位于坡面弧的外側(cè)。這種情況說明斜坡是不穩(wěn)定的。交線的傾向與坡面傾向一致，但其傾角大于坡角圖17-1-17(c)，這種情況斜坡比較穩(wěn)定。三組軟弱面構(gòu)成的斜坡情況比較復雜，但用赤平投影圖加以分析也可判斷斜坡穩(wěn)定性的情況。上述赤平投影法是純粹定性地判斷斜坡穩(wěn)定性，它僅給出斜坡穩(wěn)定性的可能情況，在初步分析斜坡穩(wěn)定性時可采用。下面介紹一種基于赤平投影法的半定量評價斜坡穩(wěn)定性方法摩擦錐法【例題19】當利用摩擦錐圓法評價單滑面巖質(zhì)斜坡穩(wěn)定性時，如果重量矢量落在視摩擦錐內(nèi)，斜坡上塊體將（ ）。A.處于極限平衡狀態(tài)B.不會滑動C.滑動D.無法判斷答案:B(四)工程地質(zhì)類比法當采用工程地質(zhì)類比法時，應全面分析比較邊坡工程與已有邊坡的巖性、結(jié)構(gòu)、自然環(huán)境、變形主導因素等方面的相似性；評價邊坡工程的穩(wěn)定性和發(fā)展趨勢對以下內(nèi)容進行分析：(1)邊坡及其相鄰地段滑坡、崩塌、沉陷等不良地質(zhì)現(xiàn)象。(2)巖質(zhì)邊坡中的夾泥、頁巖等易風化、軟化巖層或軟硬交互的不利巖層組合。(3)土質(zhì)邊坡中網(wǎng)狀裂隙發(fā)育，有軟弱夾層，或邊坡體由膨脹巖土組成。(4)軟弱結(jié)構(gòu)面與坡面傾向一致；或交角小于45且結(jié)構(gòu)面傾角小于坡角；或基巖面傾向坡外且傾角較大。(5)地層滲透性差異大，地下水在弱透水層或基巖面上積聚流動，斷層及裂隙中有承壓水出露。(6)坡上有漏水，水流沖刷坡腳或因河水位急劇升降引起岸坡內(nèi)動水壓力的強烈作用。(7)邊坡處于強震區(qū)或相鄰地段采用大爆破施工。在以上分析的基礎上，可選取坡角及其他計算參數(shù)，但僅能用于地質(zhì)條件簡單的中、小型邊坡。巖土工程勘察規(guī)范在考慮巖石的性質(zhì)、風化程度及邊坡的設計高度等因素影響下，給出了巖質(zhì)邊坡的容許坡高值，見表17-l-4。【例題20】對于中等風化硬質(zhì)巖石，當坡高在8m以內(nèi)時，容許邊坡值為（ ）。A. 1：0.1B. 1：0.25C. 1：0.40D. 1：0.50答案:B五、斜坡變形破壞的防治斜坡變形破壞的防治應貫徹“以防為主，及時治理”的原則。以防為主，指的是對不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)類型的斜坡預先采取措施，以防止變形；工程布置應盡量繞避嚴重不穩(wěn)定斜坡地段，或采取相應的設計方案。及時治理，指的是對已發(fā)生變形的斜坡應及時采取治理措施，使之不再繼續(xù)向破壞的方向發(fā)展，以保證工程順利施工和安全使用。為此要進行工程地質(zhì)勘察，查清斜坡地段工程地質(zhì)條件和影。向斜坡穩(wěn)定性的各項因素，并查明斜坡變形破壞的邊界條件和規(guī)模，目前所處的演化階段等。針對工程的重要性，因地制宜地采取不同的防治措施?！纠}21】斜坡變形破壞的防治原則為（ ）。A.以防為主，及時治理B.防治并重C.以治為主，提倡預防 D.不預防，注重治理答案:A針對不同情況，斜坡變形破壞的防治措施大致可分為以下幾類。(一)支擋工程支擋工程是改善斜坡力學平衡條件。提高斜坡抗滑力最常用的措施，主要有擋墻、抗滑樁、錨桿(索)和支撐工程等。擋墻也叫擋土墻，是目前較普遍使用的一種抗滑工程。它位于滑體的前緣，借助于自身的重量以支擋滑體的下滑力，且與排水措施聯(lián)合使用。按建筑材料和結(jié)構(gòu)形。式不同，有抗滑片石垛、抗滑片石竹籠、漿砌石抗滑擋墻、混凝土或鋼筋混凝土抗滑擋墻等。擋墻的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)比較簡單，可以就地取材，而且能夠較快地起到穩(wěn)定滑坡的作用。但一定要把擋墻的基礎設置于最低滑動面之下的穩(wěn)固層中，墻體中應預留泄水孔，并與墻后的盲溝連續(xù)起來(圖17-1-21)?？够瑯妒怯靡灾趸w的下滑力，使之固定于滑床的樁柱。它的優(yōu)點是：施工安全、方便、省時、省工、省料。且對坡體的擾動少，所以也是國內(nèi)外廣為應用的一種支擋工程。它的材料有木、鋼、混凝土及鋼筋混凝土等。施工時可灌注，也可錘擊貫人?？够瑯兑话慵性O置在滑坡的前緣部位，且將樁身全長的1314埋置于滑坡面以下的穩(wěn)固層中(圖17-1-22)。錨桿(索)是一種防治巖質(zhì)斜坡滑坡和崩塌的有效措施。利用錨桿(索)上所施加的預應力，以提高滑動面上的法向應力。進而提高該面的抗滑力，改善剪應力的分布狀況(圖17-1-23)。支撐主要用來防治陡峭斜坡頂部的危巖體，防止其崩落(圖17-1-24)?！纠}22】通過設置擋墻、抗滑樁、錨桿(索)和支撐工程等支工程，可改善斜坡力學平衡條件，提高（ ）。A. 巖土體的抗剪強度B.地基承載力C. 斜坡下滑力D. 斜坡抗滑力答案:D(二)排水斜坡變形破壞常與水的作用有密切關系，因此要采取措施排除斜坡地段的地表水和地下水，以消除或減輕水對斜坡的危害作用。首先要攔截流入被保護斜坡區(qū)或滑坡地段的地表水流。應在斜坡保護區(qū)或滑坡區(qū)外設置環(huán)形截水溝，將水流旁引。該截水溝的迎水面溝壁上應設置泄水孔，以排除部分地下水。在被保護的斜坡區(qū)或滑坡體內(nèi)，也應充分利用地形和自然溝谷，布置樹枝狀排水系統(tǒng)，以阻止地表水沖刷坡面和滲入地下(圖17-1-25)。排水溝應該用片石或混凝土鋪砌。排除地下水可使坡體的含水量及其中的空隙水壓力降低，以增強抗滑力和減小下滑力。排水的措施較多，有截水溝、盲溝、水平鉆孔、盲洞、集水井等。排水措施一般是與其他措施配合使用的?！纠}23】排除地下水可使坡體的含水量及其中的空隙水壓力降低，以提高坡體的穩(wěn)定性，這是因為排水可（ ）。A. 提高巖土體的抗剪強度B. 增強抗滑力C. 減小下滑力D. B+C答案:D(三)減荷反壓這一方法在滑坡防治中應用較廣。減荷的目的在于降低坡體的下滑力，其主要的方法，將滑坡體后緣的巖土體削去一部分或?qū)⑤^陡的斜坡減緩。但是單純的