第二章破壞模式及穩(wěn)定性分析

破壞模式：

整體破壞：平面滑動、圓弧滑動、折線滑動、楔形體滑動。

局部破壞：局部坍塌、崩塌、落石、碎落。2邊坡的破壞模式平面滑動：其特點(diǎn)是邊坡巖體沿某一結(jié)構(gòu)面如層面、節(jié)理或斷層面發(fā)生滑動，通常發(fā)生在滑動面的傾向與邊坡面的傾向一致，而滑動面的傾角小于邊坡角，但由于其內(nèi)摩擦角的層狀或有粘土夾層的巖體中，也可能發(fā)生在有較厚破碎帶的巖體中。這類破壞一般情況下走向范圍可能較大。2邊坡的破壞模式圓弧形滑動：滑動面為一圓弧面，這種破壞常發(fā)生在均質(zhì)松散的巖體或土體邊坡上，散體結(jié)構(gòu)巖體或坡高較大的裂隙巖體邊坡也可能產(chǎn)生這種破壞形式。2邊坡的破壞模式楔體滑動：當(dāng)邊坡巖休中有兩組或兩組以上結(jié)構(gòu)面與邊坡斜交，且相互切割成楔形體，當(dāng)兩結(jié)構(gòu)面的組臺交線的傾向與邊坡傾向近于一致，組合交線的傾角小于邊坡角而大于其內(nèi)摩擦角時，較易發(fā)生這類破壞。2邊坡的破壞模式折線型滑動：滑體內(nèi)部軟弱面不規(guī)則的情形，或者路基填方界面為折線形。實(shí)際工程中滑坡滑面往往呈折線形，規(guī)則的圓弧形（土質(zhì)）、平面滑動（巖質(zhì)）都是特殊的情形。2邊坡的破壞模式局部坍塌，是上層、堆積層或風(fēng)化破碎巖層斜坡，由于土壤中水和裂隙水的作用、河流沖刷或人工開挖坡陡于巖體自身強(qiáng)度所能保持的坡度而產(chǎn)生逐層塌落的變形現(xiàn)象。這是一種非常普遍的現(xiàn)象，一直塌到巖土體自身的穩(wěn)定角時方可自行穩(wěn)定。2邊坡的破壞模式

崩塌，是陡坡上的巨大巖體或土體，在重力和其他外力作用下，突然向下崩落的現(xiàn)象。崩塌過程中巖體(或土體)猛烈地翻滾、跳躍、互相撞擊，最后堆于坡腳，原巖體(或土體)結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)承破壞。崩塌形成機(jī)理示意圖2邊坡的破壞模式落石：局部塊體的崩落、滾落2邊坡的破壞模式風(fēng)化剝落：淺表層風(fēng)化碎落、剝落現(xiàn)象，養(yǎng)護(hù)清掃麻煩。2邊坡的破壞模式3影響邊坡穩(wěn)定性的因素3.1概述內(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

切坡、震動的作用

風(fēng)化作用支護(hù)性能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。3影響邊坡穩(wěn)定性的因素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)動活動特點(diǎn)等。它對邊坡巖體的穩(wěn)定，特別是對巖質(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。3影響邊坡穩(wěn)定性的因素3）巖體結(jié)構(gòu)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，一個或多個結(jié)構(gòu)面組合邊界的剪切滑移、張拉破壞和錯動變形是造成邊坡巖體失穩(wěn)的主要原因。3影響邊坡穩(wěn)定性的因素結(jié)構(gòu)面:巖體中具有一定方向、力學(xué)強(qiáng)度相對較低，兩向延伸（或具有一定厚度）的各種地質(zhì)界面（或帶）。包括物質(zhì)分界面、巖層層面、軟弱夾層和溶蝕面等，規(guī)模大者如斷層帶，小者如節(jié)理。由于這種界面中斷了巖體的連續(xù)性，故又稱不連續(xù)面。

結(jié)構(gòu)體:是由不同產(chǎn)狀的結(jié)構(gòu)面組合起來，將巖體切割成各種形狀的單元塊體。整體與塊狀結(jié)構(gòu)層狀結(jié)構(gòu)坡體結(jié)構(gòu)·層狀結(jié)構(gòu)類碎裂狀結(jié)構(gòu)坡體結(jié)構(gòu)·碎裂結(jié)構(gòu)類

受構(gòu)造結(jié)構(gòu)面（斷裂面、節(jié)理面、劈理面）控制坡體結(jié)構(gòu)·碎裂結(jié)構(gòu)類

受構(gòu)造結(jié)構(gòu)面（斷裂面、節(jié)理面、劈理面）控制散體狀結(jié)構(gòu)巖體結(jié)構(gòu)包括結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體特征，但最重要的是結(jié)構(gòu)面的影響：①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a.垂直坡、大角度斜交坡對穩(wěn)定有利主控結(jié)構(gòu)面同邊坡的產(chǎn)狀組合關(guān)系是決定巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的敏感因素。b.當(dāng)結(jié)構(gòu)面的走向與邊坡面走向近于平行時，則對邊坡穩(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，邊坡也屬穩(wěn)定邊坡。（4）邊坡幾何形狀及表面形態(tài)a.邊坡的外形（a）凸形（b）平面（c）凹形3.2外部因素1）水的作用水的作用BECDA靜水壓力和浮托力動水壓力(或稱滲透力)水對邊坡巖體的物理化學(xué)的破壞地下水的流動與斷層透水性的優(yōu)劣地下水的存在和水位的高低3.2外部因素1）水的作用（既要考慮自然水，也要考慮周圍水環(huán)境的改變造成影響）2）振動的作用a.振動波對邊坡巖體的破壞作用3）不當(dāng)挖填方的影響4）風(fēng)化作用5）植被生長的影響6）支護(hù)性能4.1穩(wěn)定性的基本含義4邊坡穩(wěn)定性分析方法穩(wěn)定性系數(shù)=可供利用的抗滑力/滑動力邊坡穩(wěn)定性分析方法邊坡穩(wěn)定性分析方法極限分析法

瑞典圓弧法Janbu條分法Bishop條分法物理模擬方法數(shù)學(xué)模擬方法其他方法極限平衡法數(shù)值分析方法

斯賓塞法

摩根斯坦－普賴斯法

平面滑動法

傳遞系數(shù)法有限單元法(FEM)離散單元法(DEM)、塊體理論和不連續(xù)變形分析(DDA)邊界元法

快速拉格朗日法(FLAC)流形元法《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》中的基本規(guī)定邊坡:

巖質(zhì)邊坡與土質(zhì)邊坡。巖質(zhì)邊坡的破壞形式按下表劃分：確定巖質(zhì)邊坡的巖體類型應(yīng)考慮主要結(jié)構(gòu)面與坡向的關(guān)系、結(jié)構(gòu)面傾角大小和巖體完整程度等因素。確定巖質(zhì)邊坡的巖體類型時，由堅硬程度不同的巖石互層組成且每層厚度小于5m的巖質(zhì)邊坡宜視為由相對軟弱巖石組成的邊坡。當(dāng)邊坡巖體由兩層以上單層厚度大于5m的巖體組合時，可分段確定邊坡類型。

《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》中的基本規(guī)定1）邊坡穩(wěn)定性評價應(yīng)在充分查明工程地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，根據(jù)邊坡巖土類型和結(jié)構(gòu)，綜合采用工程地質(zhì)類比法和剛體極限平衡計算法進(jìn)行。2）對土質(zhì)較軟、地面荷載較大、高度較大的邊坡，其坡角地面抗隆起和抗?jié)B流等穩(wěn)定性評價應(yīng)按現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。3）在進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性計算之前，應(yīng)根據(jù)邊坡水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、巖體結(jié)構(gòu)特征以及已經(jīng)出現(xiàn)的變形破壞跡象，對邊坡的可能破壞形式和邊坡穩(wěn)定性狀態(tài)做出定性判斷，確定邊坡破壞的邊界范圍、邊坡破壞的地質(zhì)模型，對邊坡破壞趨勢作出判斷。

《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》中的基本規(guī)定4）邊坡穩(wěn)定性計算方法，根據(jù)邊坡類型和可能的破壞形式，可按下列原則確定：

(1)土質(zhì)邊坡和較大規(guī)模碎裂結(jié)構(gòu)巖質(zhì)邊坡宜采用圓弧滑動法計算；

(2)對可能產(chǎn)生平面滑動的邊坡宜采用平面滑動法計算；

(3)對可能產(chǎn)生折線滑動的邊坡宜采用折線滑動法計算；

(4)當(dāng)邊坡破壞機(jī)制復(fù)雜時，宜結(jié)合數(shù)值分析法進(jìn)行分析。圓弧法：均質(zhì)土層。4.2穩(wěn)定性分析方法4邊坡穩(wěn)定性分析方法4邊坡穩(wěn)定性分析方法平面滑動法：順層、巖土層界面滑動。4.2穩(wěn)定性分析方法4邊坡穩(wěn)定性分析方法折線滑動法：滑動面不規(guī)則的情形。4.2穩(wěn)定性分析方法楔形體滑動的滑動面由兩個傾向相反、且其交線傾向與坡面傾向相同、傾角小于邊坡角的軟弱結(jié)構(gòu)面組成。4.3楔形體滑動首先將滑體自重G分解為垂直交線BD的分量N和平行交線的分量(即滑動力Gsinβ)，然后將N投影到兩個滑動面的法線方向，求得作用于滑動面上的法向力N1和N2，最后求得抗滑力及穩(wěn)定性系數(shù)?？赡芑瑒芋w的滑動力為Gsinβ，垂直交線的分量為N＝Gcosβ。將Gcosβ投影到△ABD和△BCD面的法線方向上，求得法向力N1、N2邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)邊坡的抗滑力4.4多平面滑動邊坡巖體的多平面滑動，分為一般多平面滑動和階梯狀滑動兩個亞類。階梯狀滑動，破壞面由多個實(shí)際滑動面和受拉面組成，呈階梯狀，其穩(wěn)定性的計算思路與單平面滑動相同，即將滑動體的自重(僅考慮重力作用時)分解為垂直滑動面的分量和平行滑動面的分量。4.5

傳遞系數(shù)法——折線形滑動計算剖面地震力重力建筑荷載處理土：重度取值4.5

傳遞系數(shù)法——折線形滑動計算荷載4.5

傳遞系數(shù)法——折線形滑動計算公式4.5

傳遞系數(shù)法——折線形滑動計算公式計算工況工況一（現(xiàn)狀工況）：天然狀態(tài)工況二（校核工況）：天然狀態(tài)+地震工況三（雨季工況）：天然狀態(tài)+暴雨工況四……4.5

傳遞系數(shù)法——折線形滑動SLIDE軟件－邊坡的極限平衡分析系統(tǒng)

SLIDE是一種功能強(qiáng)大的邊坡穩(wěn)定性分析軟件，主要針對土質(zhì)或巖石邊坡進(jìn)行圓弧或非圓弧失效面的穩(wěn)定性計算。主要特色特色包括：圓弧或非圓弧滑動面的滑面搜尋法；

Bishop、Janbu、Spencer、GLE/Morgenstern-Price以及其它分析方法；包含各向異性、非線性莫爾-庫侖材料和其它多種材料模型；地下水－皮茲面、Ru因子、孔隙壓力網(wǎng)格和有限單元滲流分析；邊坡穩(wěn)定性概率分析，給出邊坡失效的概率（或可靠指標(biāo)）；外載－線性、均布以及地震力的作用等；支護(hù)－土釘、錨索（桿）、樁等的前后處理與分析；可視化功能強(qiáng)大。（b）極限平衡分析

（a）SLIDEV.5.0界面（c）滑動面搜索

（d）加固效果分析

圖1SLIDE軟件及其分析結(jié)果邊坡研究框圖開挖后的重分布應(yīng)力、大小力學(xué)模型建立（介質(zhì)模型、應(yīng)力、力學(xué)參數(shù)、變形破壞機(jī)理、邊界條件…..）穩(wěn)定性分析計算（剛體極限平衡理論、有限元…..）數(shù)學(xué)、力學(xué)分析法邊坡巖體地質(zhì)特征（地層、巖性、結(jié)構(gòu)面特征及分布、地下水等）地質(zhì)模型建立（平、剖面圖）工程地質(zhì)研究方法巖塊、結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)（室內(nèi)試驗(yàn)：求變形、強(qiáng)度參數(shù)）應(yīng)力條件（建筑物作用力、天然應(yīng)力、水壓力、地震力等）巖體力學(xué)性質(zhì)，力學(xué)參數(shù)（現(xiàn)場試驗(yàn)、模擬試驗(yàn)）試驗(yàn)法綜合評價工程設(shè)計要求安全系數(shù)不穩(wěn)定、不合理綜合評價法穩(wěn)定、合理其它判別指標(biāo)工程設(shè)計修改方案或修改角施工4.5數(shù)值方法：有限元強(qiáng)度折減系數(shù)法進(jìn)行強(qiáng)度折減非線性有限元分析要有一個過硬的非線性有限元程序和收斂性能良好的本構(gòu)模型。因?yàn)槭諗渴】赡鼙砻鬟吰乱呀?jīng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，也可能僅僅是有限元模型中某些數(shù)值問題造成計算不收斂。

通過有限元強(qiáng)度折減，求得的滑動面所示,它是最先貫通的塑性區(qū)。塑性區(qū)貫通并不等于破壞，當(dāng)塑性區(qū)貫通后塑性發(fā)展到一定程度，巖體發(fā)生整體破壞，同時出現(xiàn)第二、三條貫通的塑性區(qū)，程序還可以動畫模擬邊坡失去穩(wěn)定的過程，從動畫演示過程可以看出邊坡的破壞過程也整體破壞的過程。

首先貫通的滑動面滑動面繼續(xù)發(fā)展如果使有限元計算保持足夠的計算精度，那么有限元法較傳統(tǒng)的方法具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(a)能夠?qū)哂袕?fù)雜地貌、地質(zhì)的邊坡進(jìn)行計算;(b)考慮了土體的非線性彈塑性本構(gòu)關(guān)系，以及變形對應(yīng)力的影響；(c)能夠模擬土坡的失穩(wěn)過程及其滑移面形狀。由圖可見滑移面大致在水平位移突變的地方，也是在塑性區(qū)塑性發(fā)展最充分的地方，呈條帶狀；(d)能夠模擬土體與支護(hù)的共同作用，圖7為無錨桿（錨桿單元被殺死）時邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)為1.1，圖8為有錨桿支護(hù)時安全系數(shù)為