第七章邊坡變形及防治..課件

1、第七章 斜坡的工程地質(zhì)研究 71 巖體結(jié)構(gòu)72 斜坡的變形與破壞73 影響斜坡穩(wěn)定性的因素74 斜坡穩(wěn)定分析與評(píng)價(jià) 75 不穩(wěn)定斜坡的處理措施 71 巖體結(jié)構(gòu)巖體內(nèi)存在的層理、層面、斷層、節(jié)理、劈理、層間錯(cuò)動(dòng)面等各種類型的地質(zhì)界面統(tǒng)稱結(jié)構(gòu)面。由結(jié)構(gòu)面切割成的大小、形狀不同的巖石塊稱結(jié)構(gòu)體。結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體的組合稱巖體結(jié)構(gòu)。巖體結(jié)構(gòu)的突出特點(diǎn)是不連續(xù)性。這種不連續(xù)性使巖體在力學(xué)性質(zhì)上的各向異性更加增強(qiáng)。在受到力的作用時(shí)，巖體結(jié)構(gòu)控制著巖體的變形和破壞。巖體的變形和破壞，多沿結(jié)構(gòu)面剪切、滑移或開裂。所以，研究巖體的關(guān)鍵在于研究巖體結(jié)構(gòu)，其重點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)面。一、巖體結(jié)構(gòu)面按結(jié)構(gòu)面成因分為原生結(jié)構(gòu)面和次生

2、結(jié)構(gòu)面兩類。原生結(jié)構(gòu)面：巖石形成時(shí)生成的結(jié)構(gòu)面。如沉積巖的層理面、不同巖類的接觸面、巖漿冷凝時(shí)生成的裂隙面、變質(zhì)巖的片理面等。次生結(jié)構(gòu)面：巖石在內(nèi)、外營(yíng)力的作用下所形成的結(jié)構(gòu)面。內(nèi)力作用而成的斷層面、褶皺錯(cuò)動(dòng)面、節(jié)理面，叫做構(gòu)造結(jié)構(gòu)面。由外動(dòng)力地質(zhì)作用形成的風(fēng)化面、應(yīng)力釋放后的卸荷裂隙面、人為爆破而成的破裂面等，又叫非構(gòu)造結(jié)構(gòu)面。二、巖石結(jié)構(gòu)體結(jié)構(gòu)體是被不同形狀結(jié)構(gòu)組合切割形成的大小不一形態(tài)各異的單元巖塊。 三、巖體結(jié)構(gòu)類型P123表6-5給出了巖體結(jié)構(gòu)類型及特征。72 邊坡的變形與破壞斜坡包括天然斜坡和人工開挖的邊坡。它具有一定的坡度和高度，在重力和其它地質(zhì)營(yíng)力作用下不斷地發(fā)展變化著。自然界

3、的山坡、谷壁、河岸等各種斜坡之形成，正是這些地質(zhì)營(yíng)力作用的結(jié)果。人類工程活動(dòng)也經(jīng)常開挖出人工邊坡，如路塹邊坡，運(yùn)河渠道、船閘、溢洪道邊坡，房屋基坑邊坡和露天礦坑的邊幫等。巖體結(jié)構(gòu)的基本類型 巖體結(jié)構(gòu)類別地質(zhì)背景結(jié)構(gòu)面特征結(jié)構(gòu)體特征整體塊狀結(jié)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)巖性單一、構(gòu)造變形輕微的巨厚層沉積巖、變質(zhì)巖和火山溶巖、火成侵入巖結(jié)構(gòu)面少，一般不超過(guò)三組，延續(xù)性極差，多呈閉合狀態(tài)，無(wú)填充或含少量碎屑巨型塊狀塊狀結(jié)構(gòu)巖性較單一，受輕微構(gòu)造作用的厚層沉積巖和變質(zhì)巖、火成巖侵入體結(jié)構(gòu)面一般2-3組，裂隙延續(xù)性極差，多呈閉合狀態(tài)。層面有一定的結(jié)合力塊狀、菱形塊狀層狀結(jié)構(gòu)受構(gòu)造破壞或較輕的中厚層(大于30cm)巖體結(jié)構(gòu)

4、面2-3組，以層面為主，有時(shí)也有軟弱夾層或?qū)娱g錯(cuò)動(dòng)面，其延續(xù)性較好，層間結(jié)合力較差塊狀、柱狀、厚板狀層狀結(jié)構(gòu)薄層狀結(jié)構(gòu)厚度小于30cm，在構(gòu)造作用下發(fā)生強(qiáng)烈褶曲和層間錯(cuò)動(dòng)層理、片理發(fā)達(dá)，原生軟弱夾層、層間錯(cuò)動(dòng)和小斷層不時(shí)出現(xiàn)。結(jié)構(gòu)面多為泥膜、碎屑和泥質(zhì)充填板狀、薄板狀碎裂結(jié)構(gòu)鑲嵌結(jié)構(gòu)一般發(fā)育于脆硬巖層中，結(jié)構(gòu)組數(shù)較多，密度較大以規(guī)模不大的結(jié)構(gòu)面為主，但組數(shù)多，密度大，延續(xù)性差，閉合無(wú)填充或充填少量碎屑形狀不規(guī)則，但菱角顯著層狀碎裂結(jié)構(gòu)受構(gòu)造裂隙切割的層狀巖體以層面、軟弱夾層、層間錯(cuò)動(dòng)面等為主，構(gòu)造裂隙甚發(fā)達(dá)以碎塊狀、板狀、短柱狀為主碎裂結(jié)構(gòu)巖性復(fù)雜，構(gòu)造破碎較強(qiáng)烈，弱風(fēng)化帶延續(xù)性差的結(jié)構(gòu)面，密

5、度大，相互交切碎屑和大小不等的巖塊。形狀多種，不規(guī)則散體結(jié)構(gòu)構(gòu)造破碎帶、強(qiáng)烈的風(fēng)化帶裂隙和節(jié)理很發(fā)達(dá)，無(wú)規(guī)則巖屑、碎片、碎塊、巖粉一、斜坡變形坡斜變形以坡體末出現(xiàn)貫通性的破壞面為特點(diǎn)，但在坡體各個(gè)局部，特別是在結(jié)構(gòu)面附近出現(xiàn)了一定程度的破裂與松動(dòng)，而從整體看，并末產(chǎn)生滑動(dòng)破壞。它表現(xiàn)為松動(dòng)和蠕動(dòng)。(一)松動(dòng)斜坡形成初始階段，坡體表面往往出現(xiàn)一系列與坡向近于平行的陡傾角張開裂隙，被這種裂隙切割的巖體向臨空方向松開，移動(dòng)。這種過(guò)程和現(xiàn)象稱為松動(dòng)。它是一種斜坡卸荷回彈的過(guò)程和現(xiàn)象。(二)蠕動(dòng)斜坡巖土體在以自重應(yīng)力為主的坡體應(yīng)力長(zhǎng)期作用下，向臨空方向的緩慢而持續(xù)的變形，稱為蠕動(dòng)。蠕動(dòng)可劃分為表層蠕動(dòng)和

6、深層蠕動(dòng)兩種基本類型。1表層蠕動(dòng)斜坡淺部巖土體在重力的長(zhǎng)期作用下，向臨空方向緩慢變形，向坡體內(nèi)部逐漸降低直至消失，這便是表層蠕動(dòng)。破碎的巖質(zhì)斜坡及松散的土質(zhì)斜坡，表層蠕動(dòng)甚為典型。2深層蠕動(dòng)深層蠕動(dòng)主要發(fā)育在斜坡下部或坡體內(nèi)部。按形成機(jī)制特點(diǎn)，深層蠕動(dòng)有軟弱基座蠕動(dòng)和坡體蠕動(dòng)兩類。小灣水電站階梯狀蠕滑-拉裂變形模式 索風(fēng)營(yíng)水電站2號(hào)危巖體 二、斜坡的破壞(一) 崩塌主要發(fā)生于裂隙發(fā)育的巖質(zhì)斜坡以及垂直節(jié)理發(fā)育的黃土斜坡上，當(dāng)開挖形成高度大、坡度陡的斜坡時(shí)，斜坡前緣的巖土體突然脫離母體，發(fā)生崩落或滾動(dòng)，規(guī)模大小不等。根據(jù)崩塌巖石性質(zhì)，可分為巖崩和土崩。大小不等，零亂無(wú)序的巖塊(土塊)呈錐狀堆積在

7、坡腳的堆積物稱崩積物，也可稱為巖堆或倒石堆。按照崩塌體的規(guī)模、范圍、大小可分為剝落、墜石和崩落等類型。剝落的塊度較小，塊度大于 0.5 m 者占 25% 以下，產(chǎn)生剝落的山坡一般在 3040 ；墜石的塊度較大，塊度大于 0.5 m 者占 5070% ，山坡角在 3040 范圍內(nèi)；崩落的塊度更大，塊度大于 0.5 m 者占 75% 以上，山坡角多大于 40 。 (二) 滑坡1. 滑坡的概念斜坡上的巖土體由于各種原因在重力作用下沿一定的軟弱面(或軟弱帶)整體向下滑動(dòng)的現(xiàn)象叫滑坡。俗稱“走山”、“垮山”、“地滑”、“土溜”等。73 影響斜坡穩(wěn)定性的因素主要有內(nèi)在因素和外部因素兩方面。內(nèi)在因素包括斜坡

8、的地貌特征、巖土體的性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、巖土體結(jié)構(gòu)、巖體初始應(yīng)力等。外部因素包括水的作用、地震、巖體風(fēng)化程度、工程荷載條件及人為因素。內(nèi)在因素對(duì)邊坡的穩(wěn)定性起控制作用，外部因素起誘發(fā)破壞作用。一、內(nèi)在因素1.巖土類型巖土體是產(chǎn)生滑坡的物質(zhì)基礎(chǔ)。一般說(shuō)，各類巖、土都有可能構(gòu)成滑坡體，其中結(jié)構(gòu)松散，抗剪強(qiáng)度和抗風(fēng)化能力較低，在水的作用下其性質(zhì)能發(fā)生變化的巖、土，易發(fā)生滑坡。如黃土、頁(yè)巖、泥巖、凝灰?guī)r、片巖、板巖、千枚巖等，以及軟硬相間的巖層所構(gòu)成的斜坡等。2. 地質(zhì)構(gòu)造條件組成斜坡的巖、土體只有被各種構(gòu)造面切割分離成不連續(xù)狀態(tài)時(shí)，才有向下滑動(dòng)的可能。同時(shí)，構(gòu)造面又為降雨等水流進(jìn)入斜坡提供了通道，特別是

9、當(dāng)平行和垂直斜坡的陡傾角構(gòu)造面及順坡緩傾的構(gòu)造面發(fā)育時(shí)。3. 地形地貌條件只有處于一定的地貌部位，具備一定坡度的斜坡，才可能發(fā)生滑坡。江、河、湖泊(水庫(kù))、海洋、溝谷的岸邊斜坡，前緣開闊的山坡、鐵路、公路和工程建筑物的邊坡等都是易發(fā)生滑坡的地貌部位。坡度1045、下陡中緩上陡、上部成環(huán)狀的坡形是產(chǎn)生滑坡的有利地形。4.水的作用 地表水和地下水是影響邊坡穩(wěn)定性的重要因素。它的作用主要表現(xiàn)在：軟化巖、土；產(chǎn)生孔隙水壓力；產(chǎn)生動(dòng)水壓力；增大巖、土容重；對(duì)透水巖層產(chǎn)生浮托力。尤其是對(duì)滑動(dòng)面(帶)的軟化作用和降低強(qiáng)度的作用最突出。二、外部因素外界因素和作用，可以使產(chǎn)生滑坡的基本條件發(fā)生變化，從而誘發(fā)滑坡

10、。故也稱誘發(fā)因素，主要的誘發(fā)因素有：1.自然因素：地震、降雨、融雪；地表水沖刷、浸泡、河流等地表水體對(duì)斜坡坡腳的不斷沖刷。還有海嘯、風(fēng)暴潮、凍融等作用也可誘發(fā)滑坡。2.人為因素：不合理的人類工程活動(dòng)，如坡腳的開挖、坡體上部堆載、爆破、水庫(kù)蓄(泄)水、礦山開采等都可誘發(fā)滑坡.74 斜坡穩(wěn)定分析與評(píng)價(jià)一、不穩(wěn)定斜坡的簡(jiǎn)易識(shí)別方法不穩(wěn)定斜坡體常具有下列跡象：滑坡體表面總體坡度較陡；有滑坡平臺(tái)、面積不大，且有向下緩傾現(xiàn)象；滑坡表面有泉水、濕地，且有新生沖溝；滑坡表面有不均勻沉陷的局部平臺(tái)，參差不齊；滑坡前緣土石松散，小型坍塌時(shí)有發(fā)生，并面臨河水沖刷的危險(xiǎn)；崩塌滑坡體上有裂縫、房屋傾斜、開裂和出現(xiàn)醉漢林

11、、馬刀樹等。二、斜坡的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的目的，一是對(duì)天然斜坡的穩(wěn)定性作出定性和定量評(píng)價(jià)；二是要為合理地設(shè)計(jì)人工斜坡和斜坡變形破壞的防治措施提供依據(jù)。斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的方法有很多，可分為定性分析和定量評(píng)價(jià)兩大類。簡(jiǎn)介如下：（一）定性分析通過(guò)分析影響斜坡穩(wěn)定性的主要因素、失穩(wěn)的力學(xué)機(jī)制、變形破壞的可能方式等，對(duì)斜坡的成因及演化歷史進(jìn)行分析，以此評(píng)價(jià)邊坡穩(wěn)定性及其可能的發(fā)展趨勢(shì)。其優(yōu)點(diǎn)是綜合考慮影響斜坡穩(wěn)定性的因素，快速地對(duì)斜坡的穩(wěn)定性做出評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)。1.地質(zhì)分析法也稱歷史成因分析法,是根據(jù)邊坡的地形地貌形態(tài)、地質(zhì)條件和邊坡變形破壞的基本規(guī)律，追溯邊坡演變的全過(guò)程，預(yù)測(cè)邊坡穩(wěn)定性發(fā)展的總趨勢(shì)及

12、其破壞方式，從而對(duì)邊坡的穩(wěn)定性做出評(píng)價(jià)，對(duì)已發(fā)生過(guò)滑坡的邊坡，則判斷其能否復(fù)活或轉(zhuǎn)化。2.工程地質(zhì)類比法其實(shí)質(zhì)是把已有的自然邊坡或人工邊坡的研究設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用到條件相似的新邊坡的研究和人工邊坡的研究設(shè)計(jì)中去。它雖然是一種經(jīng)驗(yàn)方法，但在邊坡設(shè)計(jì)中，特別是在中小型工程的設(shè)計(jì)中是很通用的方法。3.圖解法常用的是赤平極射投影分析法及實(shí)體比例投影法。是利用圖形的方法求解邊坡變形破壞的邊界條件或邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)，由此評(píng)價(jià)邊坡的穩(wěn)定程度或求出穩(wěn)定坡角或極限坡高。4.斜坡穩(wěn)定專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)使得一般工程技術(shù)人員在解決工程地質(zhì)問(wèn)題時(shí)能象有經(jīng)驗(yàn)的專家給出比較正確的判斷并做出結(jié)論，因此，專家系統(tǒng)的應(yīng)用為工程地質(zhì)的發(fā)展

13、提供了一條新思路。（二）定量評(píng)價(jià)方法其實(shí)是半定量的方法，雖然評(píng)價(jià)結(jié)果表現(xiàn)為確定的數(shù)值，但最終判定仍依賴人為的判斷。目前，所有定量的計(jì)算方法都是建立定性分析的基礎(chǔ)之上。1. 極限平衡法極限平衡法在工程中應(yīng)用最為廣泛，這個(gè)方法是將滑坡體劃分為若干條塊，建立作用在這些條塊上的力的平衡方程式，求解安全系數(shù)。該方法的關(guān)鍵在于對(duì)滑體的范圍和滑面的形態(tài)進(jìn)行分析，正確選用的滑面計(jì)算參數(shù)，正確地分析滑體的各種荷載。基于該原理的方法很多，如條分法、圓弧法、Bishop法、Janbu法、不平衡傳遞系數(shù)法等。2. 數(shù)值分析方法主要是利用某種方法求出斜坡的應(yīng)力分布和變形情況，研究巖體中應(yīng)力和應(yīng)變的變化過(guò)程,求得各點(diǎn)上的

14、局部穩(wěn)定系數(shù)，由此判斷邊坡的穩(wěn)定性。主要有以下幾種：有限單元法（FEM）該方法是目前應(yīng)用最廣泛的數(shù)值分析方法。其解題步驟已經(jīng)系統(tǒng)化,并形成了很多通用的計(jì)算機(jī)程序。邊界單元法（BEM）該方法只需對(duì)已知區(qū)的邊界極限離散化，因此具有輸入數(shù)據(jù)少的特點(diǎn)。邊界元法的計(jì)算精度較高，在處理無(wú)限域方面有明顯的優(yōu)勢(shì)。離散元法（DEM）該方法是利用中心差分法解析動(dòng)態(tài)松弛求解，為一種顯式解法，不需要求解大型矩陣,計(jì)算比較簡(jiǎn)便。離散元法可以直觀地反映巖體變化的應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)及速度場(chǎng)等各個(gè)參量的變化，可以模擬邊坡失穩(wěn)的全過(guò)程。塊體理論（BT）該方法是利用拓?fù)鋵W(xué)理論來(lái)評(píng)價(jià)三維不連續(xù)巖體穩(wěn)定性。塊體理論為三維分析方法，隨著關(guān)

15、鍵塊體類型的確定，能找出具有潛在危險(xiǎn)的關(guān)鍵塊體在臨空面的位置及其分布。塊體理論不提供大變形下的解答，能較好地應(yīng)用于選擇邊坡開挖的方向和形狀。75 不穩(wěn)定斜坡的處理措施一、防治原則邊坡的治理應(yīng)根據(jù)工程措施的技術(shù)可能性和必要性、工程措施的經(jīng)濟(jì)合理性、工程措施的社會(huì)環(huán)境特征與效應(yīng)，并考慮工程的重要性及社會(huì)效應(yīng)來(lái)制定具體的整治方案。防治原則應(yīng)以防為主，及時(shí)治理。二、防治措施常用的防治措施可歸納如下五方面。 1. 防滲與排水防滲與排水包括排除地表水和地下水。一般要在可能滑動(dòng)巖體外圍的頂部和兩側(cè)修筑排水溝,排水溝要有防滲措施。對(duì)滲入到不穩(wěn)定巖體內(nèi)部的地下水，通?？刹捎玫叵屡潘ǖ?，將水截流、集中并迅速排走。2.削坡、減量與反壓將較陡的邊坡減緩或?qū)⑵渖喜繋r體挖除一部分，并把削減下來(lái)的土石堆于坡腳，這些都是