第五章邊坡穩(wěn)定性工程地質

中國礦業(yè)大學

工程地質學基礎第五章邊坡穩(wěn)定性工程地質分析主講：董青紅教授第五章

邊坡穩(wěn)定性工程地質分析1.邊坡概念2.邊坡變形破壞的類型和機制3.影響邊坡穩(wěn)定性的因素

4.邊坡穩(wěn)定性評價

第一節(jié)

邊坡概念一.邊坡概念1.邊坡是指地殼表層一切具有側向臨空面的地質體.

2.分類:可以分為自然邊坡:如:山坡,海岸,河湖岸等;人工邊坡:如:路塹,礦坑,人工開挖基坑等;

邊坡實況邊坡滑移破壞第一節(jié)

邊坡概念第一節(jié)

邊坡概念二.邊坡特征

1.邊坡在內外營力作用下,不斷的改變坡高和坡角,使內力分布隨之而變化;2.自然斜坡破壞是山區(qū)重要的工程動力地質作用;3.人工邊坡在水電,鐵路,采礦等工程重造成巨大損失;4.邊坡是一類環(huán)境地質災害;第一節(jié)

邊坡概念三.邊坡中應力分布第一節(jié)

邊坡概念1.斜坡中的應力分布狀態(tài)(1)斜坡形成前，天然狀態(tài)下巖土體內處于原始應力狀態(tài)，自重應力,構造應力;

主應力方向為鉛直,水平狀態(tài);(2)形成斜坡后,側向臨空面產(chǎn)生卸荷回彈,引起主應力重新分布,集中;

研究方法：數(shù)值模擬(有限單元)，光彈試驗，模型試驗(3)應力重分布分析:a.斜坡面附近的主應力軌跡明顯發(fā)生偏轉;b.最大主應力平行于坡面,而最小主應力則垂直于坡面,在坡面附近產(chǎn)生應力集中帶，坡腳和坡肩應力集中明顯;c.主應力發(fā)生偏轉,坡體內的最大剪應力也發(fā)生變化,由直線狀>凹向坡面的圓弧狀;

d.坡面處于二向應力狀態(tài),坡面處的徑向應力實際為0;第一節(jié)

邊坡概念第一節(jié)

邊坡概念2.影響斜坡應力分布的因素第一節(jié)

邊坡概念2.影響斜坡應力分布的因素

(1)巖體初始應力狀態(tài)的影響,主要是水平構造應力;(2)坡形的影響,如坡高和坡角等,W/H，坡面形態(tài)的凹凸;(3)巖土體的性質和結構,泊松比,結構面等，蠕動變形特性;第二節(jié)斜坡變形破壞的的類型和機制一.斜坡變形的類型型1.拉裂:在局部拉應力和和張力帶內,形成張裂隙的變變形形式2.蠕滑:巖土體沿局部剪剪切面向臨控方方向的緩慢剪切切滑移.若貫通,則演變成滑坡.一般發(fā)生在坡體體內.3.彎折傾倒:由陡傾板狀巖石石組成的斜坡,當走向與坡面平平行時,在重力作用下所所發(fā)生的向臨空空方向同步彎曲曲的現(xiàn)象.第二節(jié)斜坡變形破壞的的類型和機制第二節(jié)斜坡變形破壞的的類型和機制二.斜坡破壞類型1.崩塌(1)特點:突然脫離母體,發(fā)生在高陡邊坡坡的坡肩部位,質點位移Sy>Sx,在垂直方向運動動為主;其無依附面,飛躍而下,規(guī)律復雜,爆發(fā)突然。(2)分類:從規(guī)模上上,由墜石,山崩等;從物質成成分上,由土崩,巖崩;(3)產(chǎn)生的機機制：是是由于動動力學平平衡條件件被打第二節(jié)斜坡變形形破壞的的類型和和機制2.滑坡(1)特點:沿剪切面面滑移,形成滑移移面,有依附面面存在;質點位移移,Sx>Sy;速度慢,規(guī)模大;具有整體體性,破壞嚴重重;斜坡破壞壞形式中中分布最最廣，危危害最嚴嚴重的一一種(2)機制:下滑力>抗滑力,安全系(3)規(guī)模:可達數(shù)億立方米;滑坡舌滑坡體滑坡側壁壁滑坡臺階階滑坡床滑坡面后緣環(huán)狀拉裂裂隙滑坡后壁我國滑坡和泥泥石流分布圖圖2004年12月11日晚10時30分左右，甬臺臺溫高速公路路柳市附近突突發(fā)達大面積積山體滑坡事事故，致使溫溫州大橋白鷺鷺嶼至樂成鎮(zhèn)鎮(zhèn)一段的高速速公路雙向車車道全部癱瘓瘓。瓦伊昂水庫滑滑坡滑動前位位移觀測資料料（a）和地質剖面面圖（b）（據(jù)L.Muller，1974）①——灰?guī)r；②——含粘土夾層的的薄層灰?guī)r（（侏羅系）；；③——含燧石的厚巖巖灰?guī)r（白堊堊系）；④——泥灰質灰?guī)r（（白堊系）；；⑤——老滑坡；⑥——滑移面；⑦⑦——滑動后地面線線雅壟江霸王山山滑坡形成過過程示意圖第二節(jié)斜坡變形破壞壞的類型和機機制某高速公路一一順層巖質滑滑坡的形成及及治理第二節(jié)斜坡變形破壞的類類型和機制第二節(jié)斜坡變形破壞的類類型和機制三.崩塌的危害及形成成條件1.危害

崩塌一一般危害交通,航運,房屋建筑等;2.形成條件(1)巖性:脆,硬性巖石,高陡邊坡,發(fā)生于砂巖,石英巖,灰?guī)r處;

(2)節(jié)理構造:在重力作用下,卸荷,產(chǎn)生張裂縫,陡傾節(jié)理發(fā)育,延展范圍大,切割成快體獨立;

(3)地形,坡形的影響:坡角>45度;

(4)風化作用:在風化營力作用下下,裂隙加深;

(5)地震:地震作用下,裂隙水作用;第二節(jié)斜坡變形破壞的類類型和機制3.運動特征質質點點位移,Sx<Sy,在垂直方向運動為為主,突然脫離母體;在懸崖處符合自由由落體運動規(guī)律;其運動形式主要為為跳躍和滾動,規(guī)律復雜,爆發(fā)突然,其動能形式:I轉動慣量,w角速度;第二節(jié)斜坡變形破壞的類類型和機制四.滑坡1.形態(tài)要素其其主要組成為滑滑坡體,滑坡床,滑動面(帶),滑坡周界,滑坡壁,滑坡臺階,滑坡舌,滑坡裂隙等;此外,還有一些滑坡標志志:封閉洼地,滑坡鼓丘,滑坡泉,馬刀樹,醉漢林等.第二節(jié)斜坡變形破壞的類類型和機制2.識別滑坡識別是研究滑滑坡的最基礎的工工作。正在活動的的滑坡形態(tài)要素清清晰容易識別；老老滑坡則因后期改改造強烈難于識別別。==》找滑坡要素及特征征實際滑坡調查：遙遙感信息、地面地地質測繪、勘探試試驗其中航片上識別滑滑坡形態(tài)要素；地面地質測繪搜勘探了解滑坡體的結構、巖石破碎程度、地下水位、滑動面（帶）的位置。3.滑坡活動的階段性總體上是動態(tài)變化的，往往具有周期性。每個周期的運動學特征可以概括為四個階段：（1）蠕滑階段—變形階段，斜坡內不連續(xù)剪切破壞面出現(xiàn)，持續(xù)時間長（2）滑動階段滑動面貫通，前方出現(xiàn)剪出口，移動速率增大（3）劇滑階段滑動速率迅速增大（4）穩(wěn)定階段滑動速率降低或停止第二節(jié)斜坡變形破壞的類類型和機制4.分類（1）按滑動面與巖層層層面的關系分:均質滑坡,順層滑坡,切層滑坡等（2）按滑坡始滑動部部位分：推動式滑滑坡、牽引式滑坡坡、混合式滑坡、、平移式滑坡（3）按巖土類型分類類：基巖滑坡和土土體滑坡勻質滑坡順層滑坡切層滑坡沿巖層面滑坡沿交界面滑坡五.斜坡破壞后的運動動特征（1）崩(墜)落塊石的運動特征征其運動方式隨接受受塊石斜坡的坡度度、坡形和性能不不同而不同。研究究表明(只有在坡度小于某某一臨界值(約27。)時，崩落體才停停積于崖腳：隨隨坡度增大，可可分別表現(xiàn)為滑滑動、滾動、跳跳躍和自由崩落落等方式，大部部或全部被搬運運至坡腳。（2）運動狀態(tài)的““流體”化一定條件下，滑滑坡體或崩塌休休可在繼續(xù)運動動過程中轉化為為“流體”狀態(tài)態(tài)，稱“流體””化。主要表現(xiàn)現(xiàn)為碎屑流、泥泥流或土爬、泥泥石(洪)流和濁流等。第二節(jié)斜坡變形破壞的的類型和機制碎屑流和泥流或或土爬系指由滑滑坡體或崩塌體體自身轉化而成成的流體。前者者是一種高速散散體狀流體，后后者則是一種速速度不太大的塑塑性粘滯流。泥石(洪)流按其定義應屬屬一種洪流。它它總是與暴雨或或山洪相聯(lián)系，，是在有足夠酌酌外部水流(或降雨)參與下形成成的一種高高密度“流體”。我國1981、1982四川暴雨滑滑坡發(fā)生期期間，有不不少這樣的的實例。濁流)系指水下的的高密度流流或異重流流，見于水水下滑坡。?；胨兄械幕禄蚧虮浪w，，也可部分分轉化為濁濁流。第二節(jié)斜坡變形破破壞的類型型和機制泥石型水石型泥流型坡面型泥石石流溝谷型泥石石流第三節(jié)影響滑坡穩(wěn)穩(wěn)定性的因因素一.影響因素分分析主要可以分分為三類:影響斜坡巖巖土體強度度巖巖性、風化化等影響斜坡的的形狀河河流沖沖刷、人工工開挖等影響斜坡內內的應力狀狀態(tài)堆堆載，爆爆破、地震震、水壓力力等根據(jù)影響程程度劃分為為二類：主導因素：：巖土類型型性質、地地質構造和和巖體結構構、風化作作用、地下下水活動觸發(fā)因素：：地震、洪洪水、暴雨雨、堆載、、人工爆破破等。第三節(jié)影響滑坡穩(wěn)穩(wěn)定性的因因素二.巖土體類型型,性質堅硬巖土抗抗變形能力力強，斜坡坡穩(wěn)定粘性類土,黃土類土中中發(fā)育較多多,形成易滑組組合;軟弱地層常常發(fā)生滑坡坡三.巖體結構和和構造平疊坡順向坡逆向坡橫交坡斜交坡四.地形地貌主要發(fā)育在在山地環(huán)境境中;第三節(jié)影響滑坡穩(wěn)穩(wěn)定性的因因素五.地下水作用用主要考慮沖沖刷,軟化,靜水壓力、、動水壓力力、浮托力力;六.地震地震主要產(chǎn)產(chǎn)生山崩和和滑坡;七.人類因素素主要是人人類工程程經(jīng)濟活活動順向層狀狀體斜坡坡水動力力學基本本模型左：包氣氣帶－季季節(jié)變動動帶水動動力型：：（a）（b）間歇裂裂隙充水水承壓型型（陰影影曲線代代表空隙隙水壓力力分布狀狀況），，（c）間歇下下滲－潛潛水型，，（d）間歇潛潛水型；；右：層層間含水水層水動動力型:（a）弱循環(huán)環(huán)承壓型型，（b）、（c）強循環(huán)環(huán)承壓型型第四節(jié)邊坡穩(wěn)定定性評價價一.意義實行邊坡坡穩(wěn)定性性評價,是為研究究應力平平衡,并提出有有力的防防治措施施.二.自然歷史史分析法法1.進行區(qū)域域地質背背景研究究;2.分析促使使斜坡變變形破壞壞的主導導因素和和觸發(fā)因因素;3.預測斜坡所處處的演化階段第四節(jié)邊坡穩(wěn)定性評評價三.力學計算法(解析計算和數(shù)數(shù)值模擬)(一)對于土質斜坡坡穩(wěn)定系數(shù)Fs=抗滑力/下滑力1）對無粘性土土：2）對粘性土:(二）對單一結結構面(三）對折線形形結構面求取安全系數(shù)數(shù)，判別穩(wěn)定定性(四）數(shù)值模擬擬第四節(jié)邊坡穩(wěn)定性評評價(一)對于土質斜坡坡1)無粘性土土坡坡穩(wěn)定性（1）干的及水下下的無粘性土土土坡（2）滲流作用下下的無粘性土土土坡2)粘性土土坡穩(wěn)穩(wěn)定性分析（1）瑞典圓弧法法（2）瑞典條分法法1）無粘性土土土坡穩(wěn)定性（1）干的及水下下的無粘性土土土坡無粘性土的土土坡穩(wěn)定系數(shù)數(shù)NTWJ滲透力J產(chǎn)生的下滑力力和法向力分分別為NTWJ（2）滲流作用下下的無粘性土土土坡hh1h2AAL總滲透力wh1A=wh2A+JJ=wh1A-wh2A=w（h1-h2）A=whA總滲透力（Seepageforce）wh1A=wh2A+JJ=wh1A-wh2A=w（h1-h2）A=whA單位體積的滲透力力j=J/AL=whA/AL=wIj——滲透力，KN/m3；I——水力坡度；w——水的重度，KN/m3滲透力為體積力分析：1.當滲流順坡時=與干土相比降低1/2NTWJ分析：2.滲流方向水平時與干坡相比降低了了一半多2）粘性土土坡穩(wěn)定定性分析（1）瑞典圓弧法(Swedishcirclemethod)基本假定:均質粘性土坡滑動動時,滑動面近似為圓弧弧形狀,假定滑動面以上的的土體為剛體,假定屬于平面應變變問題OaADRWEOaADRW原理:將滑動土體分成若若干豎直土條,求各土條對滑動圓圓心的抗滑力矩和和滑動力矩,各取其總和,計算安全系數(shù)。簡便法（Fellenius）（2）瑞典條分法(Swedishslicemethod)（2