巖石力學(xué)課程Chapter8PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1巖石力學(xué)課程巖石力學(xué)課程Chapter8第1頁/共40頁 邊坡：邊坡： 土質(zhì)邊坡土質(zhì)邊坡均勻介質(zhì)，滑動面主要受應(yīng)力條件控制均勻介質(zhì)，滑動面主要受應(yīng)力條件控制 巖質(zhì)邊坡巖質(zhì)邊坡 混合邊坡混合邊坡土質(zhì)和巖質(zhì)的結(jié)合面土質(zhì)和巖質(zhì)的結(jié)合面第2頁/共40頁p 巖坡的特點巖坡的特點 巖坡巖坡顧名思義，由巖體構(gòu)成的邊坡，由于巖體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由斷顧名思義，由巖體構(gòu)成的邊坡，由于巖體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由斷層，節(jié)理，裂隙切割巖塊極不規(guī)則，因此，巖坡的穩(wěn)定性主要由結(jié)構(gòu)面層，節(jié)理，裂隙切割巖塊極不規(guī)則，因此，巖坡的穩(wěn)定性主要由結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀及組合形式控制。產(chǎn)狀及組合形式控制。p 影響巖坡穩(wěn)定的主要因素影響巖坡穩(wěn)定的主要因素1

2、.巖體結(jié)構(gòu)（控制性結(jié)構(gòu)面）巖體結(jié)構(gòu)（控制性結(jié)構(gòu)面）2.降雨：結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度參數(shù)降低；滲透壓力降雨：結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度參數(shù)降低；滲透壓力3.地震地震4.開挖，爆破開挖，爆破5.蓄水等蓄水等第3頁/共40頁p 巖坡失穩(wěn)表現(xiàn)形式巖坡失穩(wěn)表現(xiàn)形式 1. 巖崩巖崩高陡邊坡，坡頂巖體由風(fēng)化，凍融，松動壓力等因素作高陡邊坡，坡頂巖體由風(fēng)化，凍融，松動壓力等因素作用而脫離并向坡腳堆積用而脫離并向坡腳堆積 2. 滑坡滑坡邊坡殘巖及巖體，沿著軟弱結(jié)構(gòu)面或剪斷巖體，向臨空邊坡殘巖及巖體，沿著軟弱結(jié)構(gòu)面或剪斷巖體，向臨空方向滑動方向滑動第4頁/共40頁青青海?；÷≈林裂仿肺Ｎr巖體體南南昆昆鐵鐵路路八八渡渡滑滑坡

3、坡川川藏藏公公路路滑滑坡坡第5頁/共40頁云南元磨高速公路云南元磨高速公路砂泥巖高邊坡滑坡砂泥巖高邊坡滑坡三峽庫區(qū)奉節(jié)縣城古滑三峽庫區(qū)奉節(jié)縣城古滑坡坡第6頁/共40頁貴州印江巖口滑坡貴州印江巖口滑坡堵江成壩堵江成壩黃河李家峽水電站黃河李家峽水電站2#滑滑坡坡第7頁/共40頁黃河李家峽水電站黃河李家峽水電站壩前滑坡壩前滑坡小灣電站左壩肩邊坡高小灣電站左壩肩邊坡高500m，6#山頭發(fā)生山頭發(fā)生10萬萬m3崩塌崩塌第8頁/共40頁p 滑坡類型滑坡類型 1. 平面滑動平面滑動由一個或多個走向與坡面近于平行的滑裂由一個或多個走向與坡面近于平行的滑裂面構(gòu)成，且順走向方向的長度遠(yuǎn)大于坡高面構(gòu)成，且順走向方向

4、的長度遠(yuǎn)大于坡高-可簡化為平面滑動可簡化為平面滑動分析分析 2. 楔形滑動楔形滑動沿多個滑裂面交線滑動沿多個滑裂面交線滑動 “空間滑坡空間滑坡” 按空間問題分析按空間問題分析 3. 旋轉(zhuǎn)滑動旋轉(zhuǎn)滑動指滑裂面呈弧狀，滑塊繞一中心位置旋轉(zhuǎn)指滑裂面呈弧狀，滑塊繞一中心位置旋轉(zhuǎn)滑動，多發(fā)生于土質(zhì)邊坡或均質(zhì)巖坡滑動，多發(fā)生于土質(zhì)邊坡或均質(zhì)巖坡第9頁/共40頁p 滑坡的單一指標(biāo)分類滑坡的單一指標(biāo)分類 序序 號號 分類指標(biāo)分類指標(biāo)類類 型型1按滑體物質(zhì)組成按滑體物質(zhì)組成土質(zhì)滑坡土質(zhì)滑坡巖質(zhì)滑坡巖質(zhì)滑坡2按滑體受力狀態(tài)按滑體受力狀態(tài)牽引式（后退式）滑坡牽引式（后退式）滑坡推動式滑坡推動式滑坡3按滑坡發(fā)生時代按

5、滑坡發(fā)生時代古滑坡（全新世以前的）古滑坡（全新世以前的）老滑坡（全新世以來發(fā)生，現(xiàn)未活動）老滑坡（全新世以來發(fā)生，現(xiàn)未活動）新滑坡（正在活動）新滑坡（正在活動）4按主滑面與層面的關(guān)系按主滑面與層面的關(guān)系順層滑坡順層滑坡切層滑坡切層滑坡5按滑坡的規(guī)模按滑坡的規(guī)模小型滑坡（小型滑坡（10萬立方米）萬立方米）中型滑坡（中型滑坡（10萬萬50萬立方米）萬立方米）大型滑坡（大型滑坡（50萬萬100萬立方米）萬立方米）特大型（巨型）滑坡（特大型（巨型）滑坡（100萬立方米）萬立方米）第10頁/共40頁p 滑坡的單一指標(biāo)分類滑坡的單一指標(biāo)分類序序 號號分分 類類 指指 標(biāo)標(biāo)類類 別別6按滑體含水狀態(tài)按滑體含

6、水狀態(tài)一般滑坡一般滑坡塑性滑坡塑性滑坡塑流性滑坡塑流性滑坡7 按滑體的厚度按滑體的厚度淺層滑坡（厚度淺層滑坡（厚度H6M）中層滑坡中層滑坡(6MH20M)厚層滑坡厚層滑坡(20MH50M)8按滑面出口的位置按滑面出口的位置坡體滑坡坡體滑坡坡基滑坡坡基滑坡9按滑坡滑動速度按滑坡滑動速度緩慢滑坡緩慢滑坡間歇性滑坡間歇性滑坡 崩塌性滑坡崩塌性滑坡高速滑坡高速滑坡第11頁/共40頁p 滑坡的綜合指標(biāo)分類滑坡的綜合指標(biāo)分類按滑體物質(zhì)按滑體物質(zhì)按主滑動面成因按主滑動面成因按滑體厚度按滑體厚度粘性土滑坡粘性土滑坡黃土滑坡黃土滑坡堆積土滑坡堆積土滑坡堆填土滑坡堆填土滑坡巖石滑坡巖石滑坡破碎巖石滑坡破碎巖石滑坡

7、層面滑坡層面滑坡堆積面滑坡堆積面滑坡構(gòu)造面滑坡構(gòu)造面滑坡同生面滑坡同生面滑坡淺層滑坡淺層滑坡中層滑坡中層滑坡厚層滑坡厚層滑坡巨厚層滑坡巨厚層滑坡 第12頁/共40頁p 滑坡的基本要素滑坡的基本要素圖圖1-4 滑坡要素平、剖面示意圖滑坡要素平、剖面示意圖1.滑坡體；2.滑坡周界；3.滑坡壁；4.滑動面；5.滑坡床；6.滑坡剪出口；7.滑坡舌與滑坡鼓丘；8.滑坡臺階；9.滑坡后緣；10.滑坡前緣；11.滑坡洼地（滑坡湖）；12.拉張裂縫；13.剪切裂縫；14.羽狀裂縫；15.鼓脹裂縫；16.扇形裂縫； 17.牽引性裂縫； 18.主滑線第13頁/共40頁p 有限元法p 離散元法p DDA法p 拉格朗

8、日元法p 剛體極限平衡法p 無單元法l傳統(tǒng)有限元方法（E,P）l有限元強(qiáng)度折減法l有限元超載法l圓弧法l塊體法（二維、三維）第14頁/共40頁 對于土坡，由于沒有明顯的軟弱結(jié)構(gòu)面，對于土坡，由于沒有明顯的軟弱結(jié)構(gòu)面，滑動面多呈圓弧狀，采用圓弧法對于均質(zhì)巖滑動面多呈圓弧狀，采用圓弧法對于均質(zhì)巖坡也可借用。坡也可借用。基本原理基本原理1. 假定坡體沿假定坡體沿O點旋轉(zhuǎn)滑動點旋轉(zhuǎn)滑動2. 條分（條分（610條）條）3. 計算第計算第i條條 iisinW滑動力滑動力RlctgcosWMiiiiiiR阻滑力矩阻滑力矩RsinWMiiiS滑動力矩滑動力矩iW重量重量第15頁/共40頁niiiniiiiii

9、niiSniiSssinWlctgcosWMMK1111滑動力矩抗滑力矩 特點特點：由于圓心：由于圓心O及滑面是任意假設(shè)的，需試驗確定及滑面是任意假設(shè)的，需試驗確定(Ks)min 和最和最危險滑面位置，實際計算，可查有關(guān)設(shè)計手冊，教材進(jìn)行危險滑面位置，實際計算，可查有關(guān)設(shè)計手冊，教材進(jìn)行基本原理基本原理 對于土坡，由于沒有明顯的軟弱結(jié)構(gòu)面，對于土坡，由于沒有明顯的軟弱結(jié)構(gòu)面，滑動面多呈圓弧狀，采用圓弧法對于均質(zhì)巖滑動面多呈圓弧狀，采用圓弧法對于均質(zhì)巖坡也可借用。坡也可借用。4. 計算滑坡安全系數(shù)計算滑坡安全系數(shù)第16頁/共40頁cosVsinWtgsinVUcosWLcFiis滑動力抗滑力關(guān)于

10、關(guān)于L，W參數(shù)詳細(xì)計算見書參數(shù)詳細(xì)計算見書P197?；驹砘驹?基本假定基本假定：坡體中存在傾角：坡體中存在傾角，走向，走向 坡面的結(jié)坡面的結(jié)構(gòu)面，坡頂由于風(fēng)化等因素，形成張開裂隙，深度構(gòu)面，坡頂由于風(fēng)化等因素，形成張開裂隙，深度Z，其中水，其中水 ，邊坡坡高，邊坡坡高H，坡角，坡角 穩(wěn)定分析穩(wěn)定分析：ABCD巖塊穩(wěn)定安全系數(shù)巖塊穩(wěn)定安全系數(shù)CD裂隙裂隙面面沿沿BA滑動滑動 cosVsinW滑動力滑動力iitgsinVUcosWLc阻滑力阻滑力第17頁/共40頁一、滑坡體中無軟弱結(jié)構(gòu)面情況一、滑坡體中無軟弱結(jié)構(gòu)面情況 巖坡受二條結(jié)構(gòu)面切割，形成雙平面滑動情況（巖坡受二條結(jié)構(gòu)面切割，形成雙

11、平面滑動情況（AB+BC）分析較單）分析較單一滑面復(fù)雜一滑面復(fù)雜 主要特點：方程數(shù)少于待求未知數(shù)主要特點：方程數(shù)少于待求未知數(shù)補(bǔ)充條件方程求解。補(bǔ)充條件方程求解。222222SFcSNfKAB面阻滑力面阻滑力 假定滑塊安全系數(shù)假定滑塊安全系數(shù)K 則當(dāng)滑面則當(dāng)滑面AB與與BC阻滑力降低阻滑力降低K倍，滑塊即處倍，滑塊即處于極平衡。于極平衡。BC面阻滑力面阻滑力111111SFcSNfK第18頁/共40頁0yF22112211sinSsinScosNcosNW0 xF22112211cosScosSsinNsinNKNN、四個方程涉及2121SS12111222(cossin)(cossin)ff

12、NNKK112212sinsinc Fc FWKK 12112211122212(sincos)(sincos)coscosffc Fc FNNKKKK補(bǔ)充條件：滑塊補(bǔ)充條件：滑塊ABCD滑動時，必然離開滑動時，必然離開AB面，即面，即N10第19頁/共40頁二、滑坡體中存在軟弱面情況二、滑坡體中存在軟弱面情況 在在ABC滑體中存在滑體中存在BD軟弱結(jié)構(gòu)面，軟弱結(jié)構(gòu)面，切切割割A(yù)BC塊體為塊體為ABD+BCD兩塊剛體。兩塊剛體。存在相存在相互錯動，作用力互錯動，作用力P。 分析思路：分析思路：1.分別分析分別分析ABD+BCD兩塊兩塊；2.建立兩塊間的聯(lián)系建立兩塊間的聯(lián)系A(chǔ)CBS2N1W121

13、N2S1DPSN軟弱面具體常用兩種方具體常用兩種方法法1. 不平衡推力法不平衡推力法2. 等等K法法第20頁/共40頁二、滑坡體中存在軟弱面情況二、滑坡體中存在軟弱面情況 1）計算第塊不平衡推力）計算第塊不平衡推力P(滑塊在滑面滑塊在滑面S1+P作用下極限平衡作用下極限平衡)ACBS2N1W121N2S1DPSN軟弱面1. 不平衡推力法不平衡推力法PDS11W1N1BABDC2N2S2W222P沿沿AB滑面平衡條件：滑面平衡條件：111sinWPS111111111sinsin()PWSWc Ff N沿沿AB法向：法向：111cosNW1111111sin(cos)PWc FfW第21頁/共4

14、0頁二、滑坡體中存在軟弱面情況二、滑坡體中存在軟弱面情況 2）分析第塊：分析第塊：ACBS2N1W121N2S1DPSN軟弱面1. 不平衡推力法不平衡推力法PDS11W1N1BABDC2N2S2W222P沿沿BC滑面滑面：沿沿BC滑面滑面法向：法向：22212sincos()SWP22212cossin()NWP22222122212cossin()sincos()c FfWPKWP巖坡整體安全系數(shù)巖坡整體安全系數(shù)第22頁/共40頁二、滑坡體中存在軟弱面情況二、滑坡體中存在軟弱面情況 2. 等等K法法塊：塊：抗滑力抗滑力1111111111()(cos)SPc Ff NPc FfWP滑動力滑動

15、力11sinW塊：塊：抗滑力抗滑力222222222212cossin()Sc Ff Nc Ff WP滑動力滑動力2212sincos()WP11111111cossinc Ff WPKKW222221222212cossin()sincos()c FfWPKKWP第23頁/共40頁 假定假定n個巖塊組成平面滑坡體，第個巖塊組成平面滑坡體，第i塊，滑面傾角塊，滑面傾角i，作用力，作用力Si,Ni，假，假定多滑塊具有相同定多滑塊具有相同K（即等（即等K法）法）N11S1P1S2N22P2Pi-1PiiiPn-1n-1n-1SnNnnn 設(shè)第設(shè)第i塊作用于塊作用于i+1塊不平衡推力塊不平衡推力Pi

16、，方向平行于第，方向平行于第i滑面：滑面：Pi-1i-1i-WiiNiSiPi抗滑力抗滑力()iiiiiiiSPc Ff NP滑動力滑動力11cos()siniiiiiPW11cossin()iiiiiiNWP正應(yīng)力正應(yīng)力第24頁/共40頁考慮第考慮第i塊抗滑安全系數(shù)塊抗滑安全系數(shù):11()cos()siniiiiiiiiiic Ff NPKPW1111(cossin()cos()siniiiiiiiiiiiiiic Ff WPPKPW將將Ni代入，可導(dǎo)出：代入，可導(dǎo)出：同理：第同理：第n塊（最后一塊）塊（最后一塊）1111cossincos()sinnnnnnnnnnnnnnfWPc FKP

17、WnnnnnSf Nc F11cos()sinnnnnnPW11cossin()nnnnnnN WP 由（由（13）式可看出，要計算最后一塊）式可看出，要計算最后一塊K，須先計算，須先計算Pn-1即需要由（即需要由（12）式遞推公式，逐塊計算）式遞推公式，逐塊計算P1，P2Pn-1(其中：其中：P1計算時，計算時，P0=0)第25頁/共40頁基本假定“精確精確”解析解解析解與工程實際不符與工程實際不符“精確精確”求解的過程與方法求解的過程與方法精確精確基本假定基本假定？數(shù)學(xué)解析方法剛塑性假定剛塑性假定同時破壞假定同時破壞假定不考慮滑床變形不考慮滑床變形無法考慮開挖無法考慮開挖剛體極限平衡法剛體

18、極限平衡法1.1 誤差的由來誤差的由來誤差誤差第26頁/共40頁1.2 剛體極限平衡法存在的不足剛體極限平衡法存在的不足 強(qiáng)度參數(shù)的選取 計算方法的局限 破壞標(biāo)準(zhǔn)的判定破壞的標(biāo)準(zhǔn)是按照滑動面同時破壞而制定的，并沒有考慮滑坡的漸進(jìn)破壞在計算中要么選取峰值強(qiáng)度，要么選取殘余強(qiáng)度，沒有考慮峰值強(qiáng)度向殘余強(qiáng)度的變化無法模擬邊坡施工過程、開挖引起的二次應(yīng)力場，加固措施、加固時機(jī)、滲流、地震等作用的影響 第27頁/共40頁1.2 剛體極限平衡法存在的不足剛體極限平衡法存在的不足 不符合“潘家錚極大值原理” 適用范圍單一 評價方法單一無法體現(xiàn)出滑面上的拉剪應(yīng)力的傳遞與轉(zhuǎn)移及滑體內(nèi)部的內(nèi)力調(diào)整，滑面將發(fā)揮最大

19、抗滑能力的特性 只能模擬均質(zhì)性較強(qiáng)的土質(zhì)邊坡，無法模擬真實巖質(zhì)邊坡的非均質(zhì)、各向異性的性態(tài)以及連續(xù)變形與非連續(xù)變形的破壞模式 只能模擬均質(zhì)性較強(qiáng)的土質(zhì)邊坡，無法模擬真實巖質(zhì)邊坡的非均質(zhì)、各向異性的性態(tài)以及連續(xù)變形與非連續(xù)變形的破壞模式 第28頁/共40頁 有限單元法是目前應(yīng)用最廣泛的數(shù)值分析方法。它由于部分地考慮了邊坡巖體的非均質(zhì)、不連續(xù)介質(zhì)特征，考慮了巖體的應(yīng)力應(yīng)變特征，可以避免將坡體視為剛體、過于簡化邊界條件的缺點，能夠接近實際地從應(yīng)力應(yīng)變特征分析邊坡的變化破壞機(jī)制，對了解邊坡的應(yīng)力分布及應(yīng)變位移變化很有利。 它的基本思想是將一個連續(xù)體離散化，變換成有限數(shù)量的有限大的單元集合，這些單元之間

20、只通過結(jié)點來連接和制約，用變換后的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)代替實際的系數(shù)采用標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)分析來進(jìn)行處理。 第29頁/共40頁o 符合滑坡實際的破壞模式o 引入塑性理論，隨拉剪應(yīng)力超限，強(qiáng)度參數(shù)由峰值強(qiáng)度向殘余強(qiáng)度轉(zhuǎn)化o 符合潘家錚“極大值原理”能反映滑坡破壞的內(nèi)力與應(yīng)力的調(diào)整o 能夠模擬各種性態(tài)的滑坡均質(zhì)性較強(qiáng)的土質(zhì)滑坡；非均質(zhì)、各向異性的巖質(zhì)滑坡o 評價方法全面既能穩(wěn)定性控制，又能整體、局部的變形控制第30頁/共40頁滑動面的模擬界面單元、摩擦單元通過有限元方法模擬真實條件下邊坡的巖層、斷層、風(fēng)化層參數(shù)與工程性狀，獲得接近真實情況下的應(yīng)力、變形等成果 安全系數(shù)界面單元、摩擦單元的分析成果 （法向應(yīng)力與剪切應(yīng)力成果）彈性分析彈塑性分析不考慮拉應(yīng)力tantaniiniiimiiisiiiinmClClFll初級思想taniniiisiniClFl第31頁/共40頁sF 臨界滑動條件下誘發(fā)失穩(wěn)荷載邊坡現(xiàn)狀條件下同性質(zhì)不利荷載*臨界滑動條件的判定標(biāo)準(zhǔn)、不收斂；、發(fā)散；、折減過程中位移曲線的突變點理想彈塑性不計殘余強(qiáng)度，峰值強(qiáng)度=殘余強(qiáng)度彈塑軟化計入殘余強(qiáng)度*計算的過程*超載的方式第32頁/共40頁*臨界滑動條件的判定標(biāo)準(zhǔn)、不收斂；、發(fā)散；、折減過程中位移曲線的突變、不收斂；、發(fā)散；、折減過程中位移曲線的突變點點*折減的內(nèi)容 、所有結(jié)構(gòu)面按同一比例同時折減、所有結(jié)構(gòu)面按同