西南科技大學(xué)本科工程地質(zhì)8斜坡變形破壞工程地質(zhì)研究-3

1、工程地質(zhì)學(xué)工程地質(zhì)學(xué)ENGINEERING GEOLOGY主講人：劉歲海主講人：劉歲海lecturerlecturer：Liu SuihaiLiu Suihai 斜坡變形破壞工程地質(zhì)研究斜坡變形破壞工程地質(zhì)研究Engineering geology study of slope deformation failure 第七節(jié)斜坡穩(wěn)定性評價(jià)第七節(jié)斜坡穩(wěn)定性評價(jià)斜坡穩(wěn)定性評價(jià)的目的斜坡穩(wěn)定性評價(jià)的目的：1、合理設(shè)計(jì)人工邊坡，使之既穩(wěn)定安全，又不浪費(fèi)開挖工作量；2、評定、核算與工程有關(guān)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；3、對已建成的人工邊坡檢查其穩(wěn)定性狀況；4、為整治斜坡提供設(shè)計(jì)依據(jù)。

2、1 1、自然歷史分析法、自然歷史分析法2 2、工程地質(zhì)類比法、工程地質(zhì)類比法3 3、圖解法、圖解法4 4、數(shù)學(xué)力學(xué)計(jì)算法、數(shù)學(xué)力學(xué)計(jì)算法斜坡穩(wěn)定性評價(jià)的方法：斜坡穩(wěn)定性評價(jià)的方法：一、自然歷史分析法一、自然歷史分析法是一種定性評價(jià)定性評價(jià)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，分析主要的和次要的影響因素，從而對斜坡穩(wěn)定性作出初步評價(jià)初步評價(jià)。這種方法實(shí)質(zhì)是通過追溯斜坡發(fā)生、發(fā)展演化的全斜坡發(fā)生、發(fā)展演化的全過程，來進(jìn)行穩(wěn)定性評價(jià)過程，來進(jìn)行穩(wěn)定性評價(jià)。它對研究斜坡穩(wěn)定性的區(qū)域性規(guī)律尤為適用。區(qū)域地質(zhì)背景區(qū)域地質(zhì)背景

3、分析影響因素分析影響因素 預(yù)測發(fā)展趨勢預(yù)測發(fā)展趨勢1 1、 從從地質(zhì)構(gòu)造地質(zhì)構(gòu)造方面分析方面分析結(jié)構(gòu)面的位置、性質(zhì)、連通情況，結(jié)構(gòu)面與臨空面的關(guān)系，斜坡可能破壞的類型、規(guī)模等。2、從地形地貌方面分析、從地形地貌方面分析地形地貌特征 斜坡穩(wěn)定性狀態(tài)或滑坡的不同發(fā)育階段 滑坡的微地貌調(diào)查 穩(wěn)定性判斷的定量數(shù)值，如滑動(dòng)距離、 垂直位移高度和多級(jí)滑動(dòng)面等。 類比法類比法是將所要研究的斜坡或擬設(shè)計(jì)的人工邊坡與已研究過的斜坡或人工邊坡進(jìn)行類比，來評價(jià)其穩(wěn)定性或確定其坡角和坡高。 類比時(shí)必須全面分析研究工程地質(zhì)條件和影響斜坡穩(wěn)定性的各項(xiàng)工程地質(zhì)條件和影響斜坡穩(wěn)定性的各項(xiàng)因素因素，比較其相似性和差異性相似性和

4、差異性。相似性愈高，則類比依據(jù)愈充分，所得結(jié)果愈可靠。 類比的基礎(chǔ)是相似類比的基礎(chǔ)是相似，只有相似程度較高才可進(jìn)行類比。所以類比法一定要充分做好工程地質(zhì)調(diào)查研究工程地質(zhì)調(diào)查研究工作，而且要有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。工程地質(zhì)類比法工程地質(zhì)類比法 依據(jù)相似原則依據(jù)相似原則 斜（邊）坡類型類比 破壞類型類比 條件類比 圖解法圖解法是一種定性或半定量定性或半定量的評價(jià)方法。 在斜坡穩(wěn)定性評價(jià)中,一般采用兩種圖解法，即圖表計(jì)算法和圖圖表計(jì)算法和圖解分析法解分析法。 圖表計(jì)算法圖表計(jì)算法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(guān)系曲線圖，或不同穩(wěn)定系數(shù)情況下

5、的無因次量與坡角關(guān)系曲線圖。借助于曲線圖，在已知C、tg、H等參數(shù)后，即可直接從關(guān)系曲線上查得穩(wěn)定系數(shù)。 圖表計(jì)算法與力學(xué)計(jì)算法相比較，其結(jié)果精度差些。但是，在進(jìn)行邊坡初步設(shè)計(jì)邊坡初步設(shè)計(jì)時(shí)是可以滿足要求的。 圖解分析法：圖解分析法： 圖解分析法以極射赤平投影極射赤平投影為基礎(chǔ)，通過對斜坡巖體結(jié)構(gòu)面的統(tǒng)計(jì)調(diào)查，掌握優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面優(yōu)勢結(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。 單一軟弱面單一軟弱面情況 兩組軟弱面兩組軟弱面情況四、數(shù)學(xué)力學(xué)計(jì)算方法四、數(shù)學(xué)力學(xué)計(jì)算方法1 1、極限平衡計(jì)算方法極限平衡計(jì)算方法剛體極限平衡法剛體極限平衡法 假設(shè)前提假設(shè)前提： （1 1）只考慮破壞面上的）只考慮破壞

6、面上的極限破壞狀態(tài)極限破壞狀態(tài)，而不考慮巖土體的變，而不考慮巖土體的變形，即視形，即視巖土體為剛體巖土體為剛體。（2 2）破壞面上的強(qiáng)度由）破壞面上的強(qiáng)度由C C、 值決定，遵循值決定，遵循庫侖庫侖判據(jù)。判據(jù)。 （3 3）滑體中的壓力以）滑體中的壓力以正應(yīng)力和剪應(yīng)力正應(yīng)力和剪應(yīng)力的形式集中作用于滑面的形式集中作用于滑面上，均視為上，均視為集中力集中力。 （4 4）三維問題簡化為二維（平面）問題來求解。）三維問題簡化為二維（平面）問題來求解。 穩(wěn)定性系數(shù)穩(wěn)定性系數(shù)：下滑力抗滑力K 安全系數(shù)安全系數(shù)：在巖土體穩(wěn)定性評價(jià)中，由于邊界條件、在巖土體穩(wěn)定性評價(jià)中，由于邊界條件、荷載條件、巖土體強(qiáng)度等難以

7、精確確定，通常在荷載條件、巖土體強(qiáng)度等難以精確確定，通常在設(shè)計(jì)上設(shè)計(jì)上考考慮上述因素及建筑物重要性而綜合確定一經(jīng)驗(yàn)值。慮上述因素及建筑物重要性而綜合確定一經(jīng)驗(yàn)值。土質(zhì)斜坡土質(zhì)斜坡穩(wěn)定性計(jì)算穩(wěn)定性計(jì)算A A、無粘性土坡、無粘性土坡B B、粘性土坡、粘性土坡圓弧法、條分法：瑞典條分法、圓弧法、條分法：瑞典條分法、BishopBishop法法巖質(zhì)斜坡巖質(zhì)斜坡穩(wěn)定性計(jì)算穩(wěn)定性計(jì)算 A A 、平面滑動(dòng)：單平面、同向雙平面、多平面、平面滑動(dòng)：單平面、同向雙平面、多平面 B B 、楔形體滑動(dòng)、楔形體滑動(dòng)均質(zhì)土坡均質(zhì)土坡瑞典條分法瑞典條分法 如圖：一簡單均質(zhì)土坡，取一假定如圖：一簡單均質(zhì)土坡，取一假定滑弧圓心

8、為滑弧圓心為O O，半徑為，半徑為R R和滑弧和滑弧ACAC。 將滑動(dòng)土體沿鉛直方向分成若干土將滑動(dòng)土體沿鉛直方向分成若干土條（條（R/10-R/20R/10-R/20） 取第取第i i條分析，不考慮土條間的作用條分析，不考慮土條間的作用力，則第力，則第i i條作用在滑弧面上的力有：條作用在滑弧面上的力有：（1 1）、由土條自重）、由土條自重WiWi在滑弧上引起在滑弧上引起的切向力為的切向力為順坡為正，逆坡為負(fù)。，線與園弧法線間的夾角為該土條底面中心鉛直為該土條平均高度；條土寬度；為第為重力加速度；為土的密度；式中：iiiiiiiiihibghbgWTsinsin（2 2）、由土條自重）、由土

9、條自重WiWi在滑弧上引起的法向力所產(chǎn)生的抗滑力為：在滑弧上引起的法向力所產(chǎn)生的抗滑力為：（3 3）、滑動(dòng)面上的凝聚力產(chǎn)生的抗滑力為：）、滑動(dòng)面上的凝聚力產(chǎn)生的抗滑力為：為滑動(dòng)面上的摩擦角。式中：tghbgtgWtgNFiiiiiificoscos土條的弧長。為第為滑動(dòng)面上的凝聚力；式中：iLCLCFiiciiw 若斜坡滑動(dòng)時(shí)，各土條圍繞圓心若斜坡滑動(dòng)時(shí)，各土條圍繞圓心O O旋轉(zhuǎn)，則斜坡的穩(wěn)旋轉(zhuǎn)，則斜坡的穩(wěn)定性系數(shù)為該土條的總抗滑力矩與總滑動(dòng)力矩之比：定性系數(shù)為該土條的總抗滑力矩與總滑動(dòng)力矩之比：為滑弧全長。式中：若各土條寬度相等，則LhbghtgbgLCKRhbgRtghbgLCKiiiii

10、iiiiiiisincossincos最危險(xiǎn)滑面的確定：最危險(xiǎn)滑面的確定： 對于均質(zhì)粘性土斜坡最危險(xiǎn)滑動(dòng)面應(yīng)通過坡腳，對于均質(zhì)粘性土斜坡最危險(xiǎn)滑動(dòng)面應(yīng)通過坡腳，圓心圓心O O的位置按以下步驟確定：的位置按以下步驟確定：（1 1）根據(jù)下表中坡角值）根據(jù)下表中坡角值 查查 1 1和和 2 2，找出，找出0 0點(diǎn)點(diǎn) （2 2）按下圖所示確定）按下圖所示確定E E點(diǎn)；點(diǎn)； （3 3）連接）連接EOEO，在，在EOEO的延長線上取一系列圓心的延長線上取一系列圓心O O1 1，O O2 2，,O,On n; ; （4 4）分別計(jì)算）分別計(jì)算O O1 1，O O2 2，,O,On n所對應(yīng)滑動(dòng)圓弧上的穩(wěn)定性

11、系數(shù)所對應(yīng)滑動(dòng)圓弧上的穩(wěn)定性系數(shù)K K1 1，K K2 2，K Kn n，聯(lián)其端點(diǎn)，所得曲線上最小的，聯(lián)其端點(diǎn)，所得曲線上最小的K Kminmin值所對應(yīng)的值所對應(yīng)的O Om m點(diǎn)，點(diǎn)，即為最危險(xiǎn)滑弧圓心。即為最危險(xiǎn)滑弧圓心。 若土層復(fù)雜，則若土層復(fù)雜，則O Om m不一不一定是最危險(xiǎn)滑動(dòng)弧圓心，為此，定是最危險(xiǎn)滑動(dòng)弧圓心，為此，可過點(diǎn)作垂直可過點(diǎn)作垂直O(jiān)EOE的線段，在該的線段，在該線段上取其相應(yīng)的線段上取其相應(yīng)的K K值，用上述值，用上述方法求得最小的方法求得最小的K K值。值。 根據(jù)滑面縱剖面的起伏情況，取單位寬度考慮，根據(jù)滑面縱剖面的起伏情況，取單位寬度考慮，把滑體劃分成若干塊段，把滑

12、體劃分成若干塊段，1 1，2 2，n n 第第i i條塊的受力情況分析：條塊的受力情況分析：折線滑面折線滑面剩余推力法剩余推力法 滑塊兩側(cè)的摩擦力和滑體自身擠壓力不考慮滑塊兩側(cè)的摩擦力和滑體自身擠壓力不考慮 自重自重 WiWi、水平地震力水平地震力 KcWiKcWi、側(cè)水壓力側(cè)水壓力 P PW W、上一條塊的剩余下滑力上一條塊的剩余下滑力 Ei-1Ei-1、本條的剩余下滑力本條的剩余下滑力 EiEi的反力、揚(yáng)壓力的反力、揚(yáng)壓力 UiUi、法向反力法向反力NiNi、切向反力切向反力TiTi基本荷載（僅考慮重力）計(jì)算如下：基本荷載（僅考慮重力）計(jì)算如下：11sinW1塊：下滑力：第11111LCt

13、gcosW抗滑力：11111111LCtgcosWsinWE2222112221122LCtg)sin(EcosW)cos(EsinW2抗滑力：塊：下滑力：第傳遞系數(shù)212222222221211222222222221122211222ELCtgcosWsinWtg)sin()cos(ELCtgcosWsinWLCtg)sin(EcosW)cos(EsinWEi1iiiiiiiiiELCtgcosWsinWE:i塊第n1nnnnnnnnnELCtgcosWsinWE:n塊第，斜坡體穩(wěn)定若，斜坡體不穩(wěn)定若00nnEE 有地下水時(shí)，需要考慮邊界上的水壓力：有地下水時(shí)，需要考慮邊界上的水壓力：iw

14、iiiLhhU)(2121底面浮托力：222121211iwiWiwiWhPhP兩側(cè)水壓力：1111sin(cos)cos()sin()00iiiiiiiiiiiiiissiitgEWWtgC LEKKEE當(dāng)時(shí)，取 。考慮安全儲(chǔ)備，減小抗滑力)sin()cos(sin)(cos1cos)(sin11111iiiiiiiiiiWiWiiiiiiWiWiiiKstgELCPPUWtgKsPPWE系數(shù)，即為滑坡的整體穩(wěn)定性這時(shí)的，直至偏小，則取，表明如果，再計(jì)算偏大，則取，表明如果迭代得的位置，代入公式中，先假定一個(gè)計(jì)算整體穩(wěn)定性系數(shù)時(shí)KEnKKKKEnEnKKKEnEnKsK00002110100

15、穩(wěn)定性計(jì)算穩(wěn)定性計(jì)算編程迭代過程：編程迭代過程：第九節(jié)斜坡變形破壞的防治第九節(jié)斜坡變形破壞的防治防治防治目標(biāo)目標(biāo)：減災(zāi)、防災(zāi)、保護(hù)環(huán)境防治防治原則原則：以防為主，及時(shí)治理應(yīng)該把防災(zāi)貫穿到工程建設(shè)的各個(gè)環(huán)節(jié)，在工程規(guī)劃選址、設(shè)應(yīng)該把防災(zāi)貫穿到工程建設(shè)的各個(gè)環(huán)節(jié)，在工程規(guī)劃選址、設(shè)計(jì)、施工各階段均應(yīng)注重防災(zāi)減災(zāi)。例如災(zāi)害預(yù)測及危險(xiǎn)性評估正計(jì)、施工各階段均應(yīng)注重防災(zāi)減災(zāi)。例如災(zāi)害預(yù)測及危險(xiǎn)性評估正體現(xiàn)了這一原則。體現(xiàn)了這一原則。防治指的是預(yù)防與治理兩方面：防治指的是預(yù)防與治理兩方面： 滑坡預(yù)防滑坡預(yù)防：指的是滑坡災(zāi)害沒有產(chǎn)生以前，人們已經(jīng)了解其存在的危險(xiǎn)性和危害性，并采取相應(yīng)的措施加以防范，使滑坡?lián)p

16、失降至最小程度。預(yù)防是以勘察分析、預(yù)測預(yù)報(bào)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測為基礎(chǔ)，同時(shí)提出有效的預(yù)防措施及相應(yīng)的設(shè)計(jì)施工工作。 滑坡治理滑坡治理：指的是對潛在不穩(wěn)定體采取有針對性的工程措施，確保其穩(wěn)定，從根本上消除隱患。治理是一項(xiàng)工程，它包括對災(zāi)害體的勘察、評價(jià)，提出經(jīng)濟(jì)合理的工程措施，并付之實(shí)施。防治依據(jù)防治依據(jù)1、工程措施的技術(shù)可能性及必要性技術(shù)可能性及必要性.場地的合理選擇與規(guī)劃的預(yù)見性.消除或改變不利因素的可能性.增強(qiáng)斜坡穩(wěn)定性的工程措施之必要性2、工程措施的經(jīng)濟(jì)合理性經(jīng)濟(jì)合理性是制定具體整治方案應(yīng)遵循的經(jīng)濟(jì)原則，包含以下內(nèi)容： .按工程的重要性分別對待 .工程措施方案的優(yōu)化3、工程措施的社會(huì)環(huán)境效應(yīng)斜坡治

17、理往往是社會(huì)環(huán)境綜合治理的一個(gè)組成部分，因而在防治中應(yīng)考慮以下因素：.斜坡所處社會(huì)環(huán)境特征及其工程措施的社會(huì)效益.斜坡運(yùn)行的管理水準(zhǔn) .斜坡的環(huán)境效應(yīng)滑坡災(zāi)害防治基本程序滑坡災(zāi)害防治基本程序滑坡防治方案設(shè)計(jì)滑坡防治方案設(shè)計(jì)滑坡防治工程施工滑坡防治工程施工滑坡防治竣工驗(yàn)收滑坡防治竣工驗(yàn)收工程治理工程治理搬遷避讓搬遷避讓監(jiān)測預(yù)警監(jiān)測預(yù)警防治方案可行性研究防治方案可行性研究防治方案初步設(shè)計(jì)防治方案初步設(shè)計(jì)防治方案施工圖設(shè)計(jì)防治方案施工圖設(shè)計(jì)滑坡工程地質(zhì)勘滑坡工程地質(zhì)勘(調(diào)調(diào))查查工程地質(zhì)條件工程地質(zhì)條件+人文因素人文因素1 1、防預(yù)防預(yù)措施措施（1 1）、繞避：改線）、繞避：改線 架橋跨越架橋跨越

18、隧道穿越隧道穿越 （2 2）、攔截：攔石墻）、攔截：攔石墻 攔柵網(wǎng)攔柵網(wǎng)（3 3）、排水：地表排水：排水溝、坡面防滲）、排水：地表排水：排水溝、坡面防滲 地下排水：盲溝、排水洞、排水孔地下排水：盲溝、排水洞、排水孔（4 4）、監(jiān)測預(yù)警）、監(jiān)測預(yù)警 2 2、治理治理措施措施（1 1） 排水措施排水措施（2 2） 削方、堆壓削方、堆壓（3 3） 支擋工程：擋土墻：砌置擋墻支擋工程：擋土墻：砌置擋墻 加筋土擋墻加筋土擋墻 錨固：單一錨桿（索）錨固：單一錨桿（索） 掛網(wǎng)掛網(wǎng)+ +噴漿噴漿+ +錨桿（索）錨桿（索） 構(gòu)構(gòu)+ +錨桿（索）錨桿（索） 抗滑樁：鋼管樁抗滑樁：鋼管樁 鋼筋鋼筋+ +砼樁砼樁 砼

19、樁砼樁 結(jié)合形式：樁結(jié)合形式：樁+ +錨錨 樁樁+ +墻（板、梁）墻（板、梁）（4 4） 坡面防護(hù)：橫向護(hù)坡坡面防護(hù)：橫向護(hù)坡 植基綠色護(hù)坡植基綠色護(hù)坡 （5 5） 其它：其它： 固結(jié)灌漿固結(jié)灌漿 阻滑鍵（栓）阻滑鍵（栓） 繞、避工程繞、避工程削坡、壓載工程削坡、壓載工程韓城電廠滑坡上部減重韓城電廠滑坡上部減重排水工程排水工程攔截系統(tǒng)攔截系統(tǒng)抗滑擋墻抗滑擋墻 布置：對于中、小型滑坡，可在滑坡前緣，布置：對于中、小型滑坡，可在滑坡前緣， 將墻設(shè)在滑坡中下部有穩(wěn)定將墻設(shè)在滑坡中下部有穩(wěn)定巖層的鎖口處巖層的鎖口處抗滑樁抗滑樁 特點(diǎn)：設(shè)樁位置靈活，施工簡單，開挖面積小。特點(diǎn)：設(shè)樁位置靈活，施工簡單，開挖面積小。 適用條件：適用于非塑流性滑