道路邊坡工程

1、道路邊坡工程 第1頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)37分，星期四 邊坡巖體的穩(wěn)定性受多種因素的影響，可分為內(nèi)在因素和外在因素。內(nèi)在因素主要包括邊坡巖體的地層、組成邊坡巖體的巖性、地質(zhì)構(gòu)造、巖(土)體結(jié)構(gòu)、地應(yīng)力以及水的作用等;外部因素主要指邊坡形態(tài)的改造、氣象變化、振動(dòng)作用、工程荷載、植被作用以及人為因素的影響等。 研究分析影響邊坡穩(wěn)定性的因素，特別是研究影響邊坡變形破壞的主要因素是穩(wěn)定性分析和邊坡防治的一項(xiàng)重要任務(wù)。第2頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)37分，星期四內(nèi)在因素地層與巖性 地質(zhì)構(gòu)造和地應(yīng)力 巖體結(jié)構(gòu)影響邊坡穩(wěn)定性的因素外部因素水的因素 震動(dòng)的作用 風(fēng)化作用

2、第3頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)37分，星期四3.1 內(nèi)在因素 1）地層與巖性地層與巖性是決定邊坡工程地質(zhì)特征的基本因素，也是研究邊坡穩(wěn)定性的重要依據(jù)，因此，地層巖性的差異往往是影響邊坡穩(wěn)定的主要因素。不同地層不同巖性各有其常見的變形破壞形式，古老的泥質(zhì)變質(zhì)巖系，如千枚巖、片巖等地層，都屬于易滑地層，在這些地層形成的邊坡，其穩(wěn)定性必然較差。第4頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)37分，星期四巖性對(duì)邊坡的變形破壞也有直接影響。所謂巖性是指組成巖石的物理、化學(xué)、水理和力學(xué)性質(zhì)、這些性質(zhì)的變化或改變，在一定程度上影響著邊坡的穩(wěn)定。由于地層與巖性對(duì)邊坡的形成、發(fā)展和穩(wěn)定狀態(tài)的

3、控制作用，使各種變形破壞形式帶有一定的區(qū)城性。在黃土地區(qū)，邊坡變形破壞形式以滑坡為主;在花崗巖和厚層石灰?guī)r風(fēng)化強(qiáng)烈地區(qū)，往往以崩塌為主，但當(dāng)巖體中節(jié)理、裂隙發(fā)育、巖體被結(jié)構(gòu)面切割嚴(yán)重時(shí)，邊坡變形破壞的形式也以滑坡為主。第5頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)37分，星期四2）地質(zhì)構(gòu)造和地應(yīng)力 地質(zhì)構(gòu)造主要指區(qū)域構(gòu)造特點(diǎn)、邊坡地質(zhì)的褶皺形態(tài)、巖層產(chǎn)狀、斷層和節(jié)理裂隙發(fā)育特征以及區(qū)域新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活動(dòng)特點(diǎn)等。它對(duì)邊坡巖體的穩(wěn)定，特別是對(duì)巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的影響十分顯著。在區(qū)域構(gòu)造比較復(fù)雜的地區(qū)，邊坡的穩(wěn)定性較差。例如、在我國(guó)西南地區(qū)的橫斷山脈地段、金沙江地區(qū)的深切峽谷、邊坡的崩塌體、滑動(dòng)體極其發(fā)育

4、，常出現(xiàn)超大型滑坡及滑坡群，滑坡、崩塌、泥石流等新老堆積物到處可見。第6頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)37分，星期四第7頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)37分，星期四地應(yīng)力是控制邊坡巖體節(jié)理發(fā)育裂隙擴(kuò)展以及邊坡變形特征的重要因素。此外，地應(yīng)力還可直接引起邊坡巖體的變形甚至破壞。在實(shí)際公路工程建設(shè)中，由于開挖使得坑壁出現(xiàn)臨空，引起應(yīng)力釋放，使基坑人工邊坡內(nèi)的地應(yīng)力重新調(diào)整，引起基坑邊坡巖休的軟弱夾層產(chǎn)生位移，使巖體沿層面發(fā)生錯(cuò)位，急劇變形期達(dá)3個(gè)月之久，平均每月變形約20mm，而巖體的位移錯(cuò)動(dòng)方向和實(shí)測(cè)最大主應(yīng)力方向相同，但不受巖層傾向控制，甚不沿與巖層傾向相反的方位錯(cuò)

5、動(dòng)?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)最大平應(yīng)力為3Mpa，其值遠(yuǎn)大于由重力引起的水平分力，因此分析穩(wěn)定性時(shí)需要對(duì)其進(jìn)行分析和判斷。第8頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)37分，星期四3）巖體結(jié)構(gòu)近年來(lái)，在巖體強(qiáng)度及其穩(wěn)定性的研究中，證實(shí)了巖體中的斷層、層理、節(jié)理和片理是邊坡穩(wěn)定性的控制因素。所以，結(jié)構(gòu)面被認(rèn)為是特別重要的影響因素，結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度比巖石本身強(qiáng)度低很多，根據(jù)巖塊強(qiáng)度計(jì)算穩(wěn)定的巖體邊坡可以高達(dá)數(shù)百米，然而巖體內(nèi)含有不利方位的結(jié)構(gòu)面時(shí)，高度不大的邊坡也可能發(fā)生破壞。其根本原因就在于巖體中有結(jié)構(gòu)面存在，降低了巖體的整體強(qiáng)度，增大了巖體的變形性和流變性，形成巖體的不均勻性和非連續(xù)性。大量邊坡的失事證明：一個(gè)

6、或多個(gè)結(jié)構(gòu)面組合邊界的剪切滑移、張拉破壞和錯(cuò)動(dòng)變形是造成邊坡巖體失穩(wěn)的主要原因。第9頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)37分，星期四第10頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)37分，星期四第11頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)37分，星期四 從邊坡穩(wěn)定性考慮，要特別研究巖體結(jié)構(gòu)面的下列主要特征，即:結(jié)構(gòu)面的成因類型、結(jié)構(gòu)面的組數(shù)和數(shù)量、結(jié)構(gòu)面連續(xù)性及其間距、結(jié)構(gòu)面的起伏度及粗糙度、結(jié)構(gòu)面表面結(jié)合狀態(tài)及充填物、結(jié)構(gòu)面狀況及其與邊坡臨空面的關(guān)系等。這些特征及其組合將對(duì)邊坡穩(wěn)定狀態(tài)、可能的滑落類型、巖體強(qiáng)度等起著重要的影響。第12頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，1

7、2點(diǎn)37分，星期四結(jié)構(gòu)面的成因類型 結(jié)構(gòu)面按其成因可分為：構(gòu)造結(jié)構(gòu)面次生結(jié)構(gòu)面原生結(jié)構(gòu)面第13頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)37分，星期四原生結(jié)構(gòu)面：為成巖階段形成的結(jié)構(gòu)面,按成巖作用可分為沉積結(jié)構(gòu)面,火成結(jié)構(gòu)面和變質(zhì)結(jié)構(gòu)面；構(gòu)造結(jié)構(gòu)面：是在地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中受構(gòu)造應(yīng)力作用所產(chǎn)生的破裂面和裂隙帶； 次生結(jié)構(gòu)面：是在原生結(jié)構(gòu)面的基礎(chǔ)上,因風(fēng)化、地下水和卸荷作用，使原有的結(jié)構(gòu)面規(guī)模加大以及性質(zhì)改變的結(jié)果。不同成因的結(jié)構(gòu)面對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響程度也不同，一般來(lái)說(shuō)，構(gòu)造結(jié)構(gòu)面是影響最大的，其次是次生結(jié)構(gòu)面。第14頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)37分，星期四結(jié)構(gòu)面的組數(shù)和數(shù)量 邊坡

8、受一組結(jié)構(gòu)面和多組結(jié)構(gòu)面的切割，其對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響程度是不同的。當(dāng)邊坡巖體受多組相互交切的結(jié)構(gòu)面切割時(shí)，不僅使整個(gè)邊坡巖體變形的可能性會(huì)更大，而且使切割面、滑動(dòng)面、甚至臨空面產(chǎn)生的機(jī)會(huì)更多，因而組成可能滑動(dòng)的塊體的條件會(huì)更多，同時(shí)也給地下水活動(dòng)提供了有利的條件，對(duì)邊坡穩(wěn)定性顯然是不利的。另外，結(jié)構(gòu)面數(shù)量的多少，將直接影響到被切割巖塊的形狀和大小，同時(shí)也影響到邊坡變形破壞的形式。第15頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)37分，星期四結(jié)構(gòu)面連續(xù)性及其間距 結(jié)構(gòu)面的間距是指在結(jié)構(gòu)面法線方向上，兩相鄰結(jié)構(gòu)面間的距離。有時(shí)也用密度表示其發(fā)育程度而稱為裂隙度。其定義是指在法線方向單位長(zhǎng)度上結(jié)構(gòu)

9、面的數(shù)目。 結(jié)構(gòu)面間距和密度表明巖體結(jié)構(gòu)面的發(fā)育程度和被結(jié)構(gòu)面切割巖塊的大小。結(jié)構(gòu)面間距小或密度大的邊坡巖體易于破壞，因此在解決工程實(shí)際問題時(shí)，認(rèn)真研究結(jié)構(gòu)面的連續(xù)性和間距具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。第16頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)37分，星期四結(jié)構(gòu)面的起伏度及粗糙度 結(jié)構(gòu)面一般是粗糙不平的，這種特性對(duì)結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度有重要影響，特別是當(dāng)結(jié)構(gòu)面之間相互鑲嵌而沒有明顯位移的情況下更為明顯。結(jié)構(gòu)表面按其起伏不平的程度可用起伏度和粗糙度來(lái)表征，規(guī)模較大的起伏不平稱為起伏度，規(guī)模較小的起伏不平稱為粗糙度它們對(duì)結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度的影響，一般認(rèn)為是粗糙度所表征的起伏不平，在巖體滑動(dòng)的剪切過(guò)程中會(huì)

10、被剪切掉，從而增大結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度。第17頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)37分，星期四結(jié)構(gòu)面表面結(jié)合狀態(tài)及充填物 結(jié)構(gòu)面的結(jié)合狀態(tài)，充填物的特性及其厚度對(duì)結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度有重要影響，一般分為幾種情況。結(jié)構(gòu)面是閉合的、干凈無(wú)充填物;結(jié)構(gòu)面是閉合的，但有泥質(zhì)或礦物質(zhì)薄膜等；結(jié)構(gòu)面是張開的、或被大量不連續(xù)巖粉、巖屑所充填或者充水充氣；結(jié)構(gòu)面間被連續(xù)的充填物所充填，兩相鄰的結(jié)構(gòu)面不直接接觸。第18頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)37分，星期四結(jié)構(gòu)面狀況及其與邊坡臨空面的關(guān)系 結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀對(duì)邊坡巖體是否沿某一結(jié)構(gòu)面滑動(dòng)起著控制作用。結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀表示結(jié)構(gòu)面在空間的分布與延展的方向，

11、是用走向、傾向和傾角表示的?，F(xiàn)就結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀與邊坡走向的關(guān)系對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響進(jìn)行分析。 a.當(dāng)結(jié)構(gòu)面的走向與邊坡的走向近于垂直，結(jié)構(gòu)面對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響較小，它一般只能作為平面滑動(dòng)的分離面(剝裂面)或邊界面，如圖所示。第19頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)37分，星期四第20頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)37分，星期四b.當(dāng)結(jié)構(gòu)面的走向與邊坡面走向近于平行時(shí)，則對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響取決于結(jié)構(gòu)面的傾角和傾向。c.當(dāng)結(jié)構(gòu)面呈水平狀態(tài)時(shí)邊坡屬穩(wěn)定邊坡。d.當(dāng)結(jié)構(gòu)面的傾向與邊坡傾向方向相反時(shí)，邊坡也屬穩(wěn)定邊坡。第21頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)37分，星期四（4

12、）邊坡幾何形狀及表面形態(tài)a.邊坡的外形邊坡的外形影響邊坡的穩(wěn)定性，其走向的表面形狀不同，可影響邊坡巖體內(nèi)的應(yīng)力性質(zhì)。對(duì)于凸形邊坡，由于巖體突出，兩側(cè)水平易受拉應(yīng)力，所以穩(wěn)定性較差。對(duì)于凹形邊坡，由于邊坡巖體表面處于二向受壓狀態(tài)，所以穩(wěn)定性較好。同時(shí)凹形邊坡，邊坡等高線曲率半徑越小，越有利于邊坡穩(wěn)定。同時(shí)圓形封閉圈的邊坡比相同地質(zhì)條件的矩形封閉圈的邊坡穩(wěn)定。第22頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)37分，星期四b.邊坡的坡度與高度對(duì)于均質(zhì)巖土邊坡，坡度越陡，坡高越大，其穩(wěn)定性越不好。當(dāng)邊坡的穩(wěn)定性受同向傾斜滑動(dòng)面控制時(shí)，邊坡的穩(wěn)定性與邊坡坡度的大小關(guān)系不大，而主要取決于邊坡的高度。另外

13、，當(dāng)邊坡的坡度越陡(即邊坡角越大)，使坡頂與坡面拉應(yīng)力帶的范圍也越大，坡腳應(yīng)力集中帶的最大剪應(yīng)力增加，不利于邊坡穩(wěn)定.第23頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)37分，星期四c.邊坡的斷面形狀凹形斷面平面邊坡凸形斷面邊坡的斷面形狀第24頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)37分，星期四c.邊坡的斷面形狀（a）凸形 （b）平面 （c）凹形 第25頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)37分，星期四平面邊坡：(也稱直線邊坡)在設(shè)計(jì)中經(jīng)常采用，這種邊坡形式的繪制和計(jì)算最簡(jiǎn)單，但平面邊坡是按組成邊坡巖體的平均性質(zhì)考慮的。如果組成邊坡巖體的強(qiáng)度有強(qiáng)有弱，且彼此懸殊較大時(shí)，即使采用較

14、大安全系數(shù)，也難免在弱巖層發(fā)生破壞。凹形邊坡：根據(jù)松散介質(zhì)力學(xué)計(jì)算出來(lái)的邊坡，上陡下緩。凸形邊坡：適用于深露天礦邊坡的斷面形狀。第26頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)37分，星期四3.2 外部因素 1）水的作用水對(duì)邊坡巖體穩(wěn)定性的影響不僅是多方面的，而且是非?；钴S的。大量事實(shí)證明，大多數(shù)邊坡巖體的破壞和滑動(dòng)都與水的作用有關(guān)。在某些地區(qū)的冰霜解凍和降雨季節(jié)，滑坡事故較多，說(shuō)明水是影響邊坡巖體穩(wěn)定性的主要因素。巖體中的水大部分來(lái)自大氣降水，因此，在低緯度濕熱地帶，大氣降水頻繁，地下水補(bǔ)給豐富，水對(duì)穩(wěn)定性的影響比干早地區(qū)更嚴(yán)重。第27頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)37分，星

15、期四水的作用BECDA靜水壓力和浮托力動(dòng)水壓力(或稱滲透力)水對(duì)邊坡巖體的物理化學(xué)的破壞地下水的流動(dòng)與斷層透水性的優(yōu)劣地下水的存在和水位的高低第28頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)37分，星期四a.靜水壓力和浮托力當(dāng)?shù)叵滤嬖谟趲r體裂隙中時(shí).水對(duì)裂隙兩壁產(chǎn)生靜水壓力，它是一種促使邊坡破壞的推動(dòng)力。此浮托力和沿著面作用的正壓力方向相反，抵消了一部分正壓力，從而減少了沿該面抗滑的摩擦阻力，對(duì)邊坡穩(wěn)定不利。第29頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)37分，星期四b.動(dòng)水壓力(或稱滲透力) 當(dāng)?shù)叵滤趲r休中的裂隙流動(dòng)時(shí)，施加于所流經(jīng)的巖石顆粒上的壓力稱為動(dòng)水壓力或稱滲透力(滲透壓力

16、)。這是由于地下水在土體或破碎巖體中流動(dòng)時(shí)，受到土顆粒或巖石碎塊的阻力，水要流動(dòng)就得對(duì)土顆?；驇r石碎塊施以作用力，以克服它們對(duì)水的阻力，于是形成了動(dòng)水壓力或滲透力。在計(jì)算土體邊坡和散體結(jié)構(gòu)邊坡時(shí)，應(yīng)考慮動(dòng)水壓力的作用，因?yàn)樗且环N推動(dòng)巖體向下滑動(dòng)的力。由于滲流方向不定，計(jì)算下滑力時(shí)、采用飽和容重;計(jì)算抗滑力時(shí)、采用浮容重。第30頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)37分，星期四c.水對(duì)邊坡巖體的物理化學(xué)的破壞（1）物理化學(xué)破壞作用：在一定條件下、巖體礦物吸收或失去水分而發(fā)生水化作用和脫水作用。吸水或脫水過(guò)程中都能引起礦物體積的膨脹或收縮，從而導(dǎo)致巖體松散、破碎或改變其化學(xué)成分。特別是當(dāng)

17、水中含有CO2等氣體時(shí)，水的化學(xué)溶解和潛蝕能力將大大增強(qiáng)。（2）物理作用：水對(duì)邊坡巖體的物理作用是使巖體碎裂。水本身賦存于滑動(dòng)面間而形成了潤(rùn)滑介質(zhì)，使顆粒間和滑面間的摩擦系數(shù)在一定范圍內(nèi)隨濕度的增大而急劇下降，使邊坡巖體的穩(wěn)定程度降低。同時(shí)，水流沖刷對(duì)河谷邊坡會(huì)產(chǎn)生侵蝕下切等?？傊畬?duì)邊坡巖體物理化學(xué)的破壞作用是極為嚴(yán)重的。第31頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)37分，星期四第32頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)37分，星期四第33頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)37分，星期四d.地下水的存在和水位的高低第34頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)37

18、分，星期四e.地下水的流動(dòng)與斷層透水性的優(yōu)劣 (a)不利 (b)不利 (c)有利第35頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)37分，星期四第36頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)37分，星期四2）振動(dòng)的作用a.振動(dòng)波對(duì)邊坡巖體的破壞作用地震所產(chǎn)生的橫波在地表引起周期性晃動(dòng)，破壞力最大;縱波在地表引起上下顛波，破壞力較小。在地震振動(dòng)的作用下，首先使邊坡巖休的結(jié)構(gòu)面張裂、松弛，地下水狀態(tài)發(fā)生較大的變化，然后在地震力的反復(fù)振動(dòng)沖擊下，邊坡巖體結(jié)構(gòu)面發(fā)生位移變形，直至破壞。根據(jù)我國(guó)地震統(tǒng)計(jì)資料表明，在8級(jí)以上的地震中、每次都發(fā)生了滑坡。第37頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)

19、37分，星期四2011年日本發(fā)生大地震時(shí)邊坡發(fā)生失穩(wěn)破壞第38頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)37分，星期四b.振動(dòng)速度對(duì)邊坡巖體穩(wěn)定性的影響 經(jīng)專門研究證明，振動(dòng)對(duì)巖體造成的破壞，取決于巖體質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度的大小，影響程度可用下列臨界速度估計(jì):第39頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)37分，星期四第40頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)37分，星期四c.風(fēng)化作用風(fēng)化作用使邊坡巖體隨時(shí)間的推移而不斷發(fā)生破壞，最終也可能嚴(yán)重地威脅邊坡穩(wěn)定。邊坡巖體的風(fēng)化速度和風(fēng)化程度是比較復(fù)雜的問題，一般來(lái)說(shuō)，風(fēng)化速度與巖石本身的成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造有關(guān)，同時(shí)也與氣候條件如溫度、濕度、降雨、地下水以及爆破震動(dòng)等因素有關(guān)。強(qiáng)度越小的巖石風(fēng)化速度越快。服務(wù)年限長(zhǎng)的深露天礦邊坡巖體風(fēng)化程度比服務(wù)年限短的邊坡嚴(yán)重。在同一露大礦，同一巖性的邊坡，其上部比下部的風(fēng)化程度要大，穩(wěn)定條件相應(yīng)較差。第41頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)37分，星期四第42頁(yè)，共