邊坡巖體穩(wěn)定性分析

邊坡巖體穩(wěn)定性分析第1頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四斜坡(slope)：地表一切具有側(cè)向臨空面的地質(zhì)體，包括天然斜坡和人工邊坡。天然斜坡(簡稱斜坡）：自然地質(zhì)作用形成未經(jīng)人工改造的斜坡。人工邊坡(簡稱邊坡）：經(jīng)人工開挖或改造形成的斜坡?！?.1邊坡巖體中的應(yīng)力分布特征第九章

邊坡巖體穩(wěn)定性分析第2頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四研究目的

研究邊坡變形破壞的機理(包括應(yīng)力分布及變形破壞特征)與穩(wěn)定性，為邊坡預(yù)測預(yù)報及整治提供巖體力學依據(jù)。其中穩(wěn)定性計算是巖體邊坡穩(wěn)定性分析的核心?！?.1邊坡巖中的應(yīng)力分布特征第3頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四一、應(yīng)力分布特征巖體中開挖→人工邊坡→開挖卸荷→近邊坡面一定范圍內(nèi)的巖體中應(yīng)力重分布→邊坡巖體處于重分布應(yīng)力狀態(tài)。邊坡巖體為適應(yīng)重分布應(yīng)力狀態(tài)，將發(fā)生變形和破壞。因此，研究邊坡巖體重分布應(yīng)力特征是進行穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)。第4頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四邊坡面附近：主應(yīng)力跡線發(fā)生偏轉(zhuǎn)。最大主應(yīng)力與坡面近于平行，最小主應(yīng)力與坡面近于正交，向坡體內(nèi)逐漸恢復(fù)初始應(yīng)力狀態(tài)。坡面上徑向應(yīng)力為零，為雙向應(yīng)力狀態(tài)，向坡內(nèi)逐漸轉(zhuǎn)為三向應(yīng)力狀態(tài)。第5頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四(3)坡面附近：應(yīng)力集中帶。坡腳附近，最大剪應(yīng)力增高，易剪切破壞；坡肩附近，拉應(yīng)力帶。邊坡愈陡，范圍愈大，∴，坡肩附近最易拉裂破壞。(4)最大剪應(yīng)力跡線為凹向坡面的弧線。第6頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四二、影響邊坡應(yīng)力分布的因素(1)天然應(yīng)力水平天然應(yīng)力使坡體應(yīng)力重分布作用加劇。(2)坡形、坡高、坡角及坡底寬度坡高不改變應(yīng)力等值線的形狀，但改變主應(yīng)力的大小。

坡角影響邊坡巖體應(yīng)力分布圖象。坡底寬度對坡腳巖體應(yīng)力有較大的影響。坡面形狀對重分布應(yīng)力也有明顯的影響。第7頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四(3)巖體性質(zhì)及結(jié)構(gòu)特征巖體變形模量影響不大，泊松比對邊坡應(yīng)力影響較大?！卟此杀鹊淖兓?，可使水平自重應(yīng)力發(fā)生改變。(4)結(jié)構(gòu)面使坡體中應(yīng)力發(fā)生不連續(xù)分布，在結(jié)構(gòu)面周邊或端點形成應(yīng)力集中帶或阻滯應(yīng)力的傳遞，堅硬巖體邊坡中明顯。第8頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四§8.2邊坡巖體的變形與破壞巖體邊坡的變形與破壞是邊坡發(fā)展演化過程中兩個不同的階段，變形屬量變階段，而破壞則是質(zhì)變階段，形成一個累進性變形破壞過程。一、邊坡巖體變形的基本類型二、邊坡破壞的基本類型三、影響巖體邊坡變形破壞的因素第9頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四一、邊坡巖體變形的基本類型

1、卸荷回彈成坡過程中，荷重不斷減少→邊坡巖體在減荷方向(臨空面)伸長變形→卸荷回彈。天然應(yīng)力越大，向臨空方向的回彈變形量也越大。往往會伴隨產(chǎn)生一系列的張性結(jié)構(gòu)面。第10頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四2、蠕變變形當邊坡內(nèi)的應(yīng)力未超過巖體的長期強度時，則這種變形所引起的破壞是局部的。反之，這種變形將導致邊坡巖體的整體失穩(wěn)。破裂失穩(wěn)是經(jīng)過局部破裂逐漸產(chǎn)生的，幾乎所有的巖體邊坡失穩(wěn)都要經(jīng)歷這種逐漸變形破壞過程。第11頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四二、邊坡破壞的基本類型單平面滑動雙平面滑動多平面滑動邊坡破壞的基本類型楔形狀滑動圓弧形滑動平面滑動滑坡傾倒破壞崩塌第12頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四崩塌：斜坡巖土體被結(jié)構(gòu)面分割的塊體，突然脫離母體以垂直運動為主、翻滾跌躍而下的現(xiàn)象與過程滑坡：斜坡巖土體沿著貫通的剪切破壞面（帶），產(chǎn)生以水平運動為主的現(xiàn)象。傾倒破壞（彎曲傾倒）：由陡傾或直立板狀巖體組成的斜坡，當巖層走向與坡面走向近平行時，在自重應(yīng)力的長期作用下，由前緣開始向臨空方向彎曲、折裂，并逐漸向坡內(nèi)發(fā)展的現(xiàn)象。第13頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四第14頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四崩塌單平面滑動第15頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四多平面滑動圓弧滑動第16頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四楔形狀滑動傾倒破壞第17頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四三、影響巖體邊坡變形破壞的因素1、巖性決定巖體邊坡穩(wěn)定性的物質(zhì)基礎(chǔ)。2、巖體結(jié)構(gòu)巖體結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)面的發(fā)育特征是巖體邊坡破壞的控制因素。3、水的作用使巖土的質(zhì)量增大、滑動面的滑動力增大；巖土軟化、抗剪強度降低；對巖體產(chǎn)生動水壓力和靜水壓力。4、風化作用使巖體內(nèi)裂隙增多、擴大，透水性增強，抗剪強度降低。第18頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四5、地形地貌直接影響邊坡內(nèi)的應(yīng)力分布特征，進而影響邊坡的變形破壞形式及邊坡的穩(wěn)定性。6、地震產(chǎn)生地震慣性力7、天然應(yīng)力8、人為因素三、影響巖體邊坡變形破壞的因素第19頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四§8.3邊坡巖體穩(wěn)定性分析的步驟定性分析：在工程地質(zhì)勘察工作基礎(chǔ)上，對邊坡巖體變形破壞的可能性及破壞形式進行初步判斷。定量分析：在定性分析基礎(chǔ)上，應(yīng)用一定的計算方法對邊坡巖體進行穩(wěn)定性計算及定量評價。評價方法數(shù)學力學分析法模型模擬試驗法工程類比法圖解法塊體極限平衡法彈性力學、彈塑性力學法有限元法等數(shù)值方法第20頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四塊體極限平衡法假設(shè)條件(1)邊坡巖體將沿某一結(jié)構(gòu)面（滑動面）產(chǎn)生滑移剪切破壞；(2)滑體為剛體在滑動過程中相對位置不變化(3)滑動面上應(yīng)力分布均勻；(4)不考慮滑體兩側(cè)的抗滑力。穩(wěn)定性系數(shù)=滑動面上可能利用抗滑力/滑動力>1

穩(wěn)定≦1不穩(wěn)定在多數(shù)情況下，計算的穩(wěn)定性系數(shù)都有一定誤差，因此，引入安全系數(shù)。第21頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四塊體極限平衡法步驟可能滑動巖體幾何邊界條件的分析受力條件分析確定計算參數(shù)計算穩(wěn)定性系數(shù)確定安全系數(shù)，進行穩(wěn)定性評價第22頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四一、幾何邊界條件分析幾何邊界條件：構(gòu)成可能滑動巖體的各種邊界面及其組合關(guān)系，包括滑動面、切割面和臨空面三種?；瑒用妫浩鸹瑒?即失穩(wěn)巖體沿其滑動)作用的面，包括潛在破壞面。切割面：起切割巖體作用的面，由于失穩(wěn)巖體不沿該面滑動，因而不起抗滑作用，如平面滑動的側(cè)向切割面。臨空面：臨空自由面，為滑動巖體提供活動空間，臨空面常由地面或開挖面組成。第23頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四分析內(nèi)容：

查清巖體中的各類結(jié)構(gòu)面及其組合關(guān)系，確定出可能的滑移面、切割面。分析目的：

確定邊坡中可能滑動巖體的位置、規(guī)模及形態(tài)，定性地判斷邊坡巖體的破壞類型及主滑方向。分析方法：赤平投影、實體比例投影等圖解法或三角幾何分析法。一、幾何邊界條件分析第24頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四二、受力條件分析受力條件：在工程使用期間，可能滑動巖體或其邊界面上承受的力的類型及大小、方向和合力的作用點。邊坡巖體上承受的力常見有：巖體重力、靜水壓力、動水壓力、建筑物作用力及震動力等等。1.地震作用水平地震作用：FEK=1G第25頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四2.水壓力：包括滲透靜水壓力和滲透動水壓力。靜水壓力——水對巖體的靜壓力，數(shù)值上等于巖體受到的浮力。動水壓力——與水力梯度有關(guān)，數(shù)值上等于巖體受到的滲流阻力。第26頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四三、確定計算參數(shù)從偏安全的角度起見，一般選用的計算參數(shù)，應(yīng)接近于殘余強度。研究表明：殘余強度與峰值強度的比值，大多變化在0.6~0.9之間，因此，在沒有獲得殘余強度的條件下，建議摩擦系數(shù)計算值在峰值摩擦系數(shù)的60％~90％之間選取，內(nèi)聚力計算值在峰值內(nèi)聚力的10％~30％之間選取。經(jīng)驗數(shù)據(jù)極限狀態(tài)下的反算數(shù)據(jù)試驗數(shù)據(jù)第27頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四四、穩(wěn)定性系數(shù)的計算和穩(wěn)定性評價穩(wěn)定性系數(shù)=可供利用的抗滑力/滑動力第28頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四五、確定安全系數(shù)，進行穩(wěn)定性評價安全系數(shù)：根據(jù)各種因素規(guī)定的允許的穩(wěn)定性系數(shù)。大小是根據(jù)各種影響因素人為規(guī)定的，必須＞1。影響因素：①巖體工程地質(zhì)特征研究的詳細程度；②各種計算參數(shù)誤差的大?。虎塾嬎惴€(wěn)定性系數(shù)時，是否考慮了全部作用力；④計算過程中各種中間結(jié)果的誤差大?。虎莨こ痰脑O(shè)計年限、重要性以及邊坡破壞后的后果。安全系數(shù)一般=1.05~1.5

第29頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四§8.4邊坡巖體穩(wěn)定性計算一、單平面滑動1、僅有重力作用時滑動面上的抗滑力Fs=Gcosβtgφj+CjL

滑動力

Fr＝Gsinβ穩(wěn)定性系數(shù)第30頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四滑動體極限高度Hcr為∴當Cj=0，φj＜β時，η＜1，Hcr=0忽略滑動面上內(nèi)聚力(Cj=0)時

第31頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四2、有水壓力作用作用于CD上的靜水壓力V作用于AD上的靜水壓力U為邊坡穩(wěn)定性系數(shù)為第32頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四3、有水壓力作用與地震作用邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)FEK=1G水平地震作用第33頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四

思考題1、巖質(zhì)邊坡有那幾種破壞類型，各有何特征？2、按經(jīng)驗不利于巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定的條件有那些？3、巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析方法有那些？極限平衡法的原理是什么？第34頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四

計算題1、在圖中,坡高滑面AC上的粘結(jié)力，內(nèi)摩擦角巖體容重，求此邊坡的穩(wěn)定系數(shù)。第35頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四2、已探明某巖石邊坡的滑面為AB,坡頂裂縫BC深，裂縫內(nèi)水深，坡高，坡角，滑坡傾角