斜坡穩(wěn)定性及其評(píng)價(jià)方法

CHINAUNIVERSITYOFGEOSCIENCES工程地質(zhì)學(xué)讀書報(bào)告題目：斜坡穩(wěn)定性及其評(píng)價(jià)方法學(xué)號(hào):班級(jí)：01211姓名:指導(dǎo)老師：斜坡穩(wěn)定性及其評(píng)價(jià)方法斜坡是地殼表面所有擁有側(cè)向臨空的地質(zhì)體。在各種內(nèi)外營(yíng)力的作用下，其坡角坡高不斷變化，從而坡體中的作用位置也隨之改變，若形成坡體的巖土體不適應(yīng)這種應(yīng)力分布時(shí)，就造成了坡體的變形破壞。斜坡穩(wěn)定性與人類生產(chǎn)生活及生命財(cái)產(chǎn)息息相關(guān)，因此，對(duì)斜坡穩(wěn)定性的研究及評(píng)價(jià)有利于預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，及避免生命財(cái)產(chǎn)的損失。-斜坡穩(wěn)定性及其影響因素影響斜坡穩(wěn)定性的因素復(fù)雜多樣，有自然的和人為的，其中主要是斜坡巖土類型和性質(zhì)、巖體結(jié)構(gòu)和地質(zhì)構(gòu)造、風(fēng)化、水的作用、地震和人類工程活動(dòng)等。各種因素主要從三方面影響著斜坡的穩(wěn)定。第一方面影響斜坡巖土體的強(qiáng)度，如巖性、巖體結(jié)構(gòu)、風(fēng)化和水對(duì)巖土的軟化作用等。第二方面影響著斜坡的形狀，如河流沖刷、地形和人工開挖斜坡、填土等。第三方面影響著斜坡的內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)，如地震、地下水壓力、堆載和人工爆破等。他們的負(fù)影響表現(xiàn)在增大下滑力而降低抗滑力，促使斜坡向不穩(wěn)定方向轉(zhuǎn)化。上述諸因素中，巖土的類型性質(zhì)、巖土體結(jié)構(gòu)是最主要的因素，其他因素通過它才能起作用。根據(jù)各因素對(duì)斜坡穩(wěn)定性的影響程度，可將它分為兩大類：一類為內(nèi)部因素，是長(zhǎng)期起作用的因素，有巖土的類型和性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造和巖體結(jié)構(gòu)、風(fēng)化作用、地下水活動(dòng)等；另一類為外部因素，是臨時(shí)起作用的因素，有地震、洪水、暴雨、堆載、人工爆破等。下面分述各主要因素。1、 巖土類型和性質(zhì)巖土類型和性質(zhì)是影響斜坡穩(wěn)定性的根本因素。在坡高和坡角相同時(shí)，顯然巖土體越堅(jiān)硬，抗變形能力越強(qiáng)，則斜坡的穩(wěn)定性越好，反之穩(wěn)定性越差。同時(shí)，巖體的節(jié)理、斷層及軟弱夾層的存在會(huì)減弱其穩(wěn)定性。2、 巖體結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)巖質(zhì)斜坡的變形破壞多數(shù)是受巖體中結(jié)構(gòu)面的控制。所以結(jié)構(gòu)面的成因、性質(zhì)、巖性特征、密度以及不同方向結(jié)構(gòu)面的組合關(guān)系等是非常重要的。按結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀與臨空面的關(guān)系，可分為：平迭坡：主要軟弱結(jié)構(gòu)面是水平的。這種斜坡一般比較穩(wěn)定，但厚層軟弱相間的巖層會(huì)形成崩塌破壞，厚層軟弱巖會(huì)發(fā)生滑坡。逆向坡:主要軟弱結(jié)構(gòu)面的傾向與坡面的傾向相反。這種斜坡是最穩(wěn)定的，有時(shí)有崩塌發(fā)生，而滑坡的可能性很小。順向坡：主要軟弱結(jié)構(gòu)面的傾向與坡面的傾向一致。其穩(wěn)定性與傾角和坡角的相對(duì)大小有關(guān)。當(dāng)坡角6〉弱面傾角a時(shí)，斜坡穩(wěn)定性最差，極易發(fā)生順層滑坡。當(dāng)a<6時(shí)，穩(wěn)定性較好，但還有其他結(jié)構(gòu)面的存在，特別是向坡外緩傾的結(jié)構(gòu)面組合，還可能發(fā)生滑坡。斜交坡：主要軟弱結(jié)構(gòu)面與坡面成斜交關(guān)系。其交角越小，穩(wěn)定性就越差。橫交坡：主要軟弱結(jié)構(gòu)面的走向與坡面走向近于垂直，穩(wěn)定性較好，很少發(fā)生大規(guī)模的滑坡。3、 地形地貌條件斜坡坡度越大、越高，斜坡穩(wěn)定性越差。從區(qū)域地形地貌條件看，斜坡變形破壞主要集中發(fā)育于山地環(huán)境中，尤其在河谷強(qiáng)烈切割的峽谷地帶。4、 水的作用水不僅是流動(dòng)體的組成部分，也是流動(dòng)體的搬運(yùn)介質(zhì)，水對(duì)巖土體的浸泡使之成為流塑狀態(tài)，減小與地面坡角的摩擦力，對(duì)斜坡穩(wěn)定產(chǎn)生顯著影響，主要包括軟化作用、沖刷作用、靜水壓力、動(dòng)水壓力和浮托作用等。軟化作用水的軟化作用指由于水的活動(dòng)使巖土體強(qiáng)度降低的作用。當(dāng)巖體或其中的軟弱夾層親水性較強(qiáng)，有易溶于水的礦物存在時(shí)，浸水后的巖石和巖體結(jié)構(gòu)遭到破壞，發(fā)生崩解泥化現(xiàn)象，使之抗剪強(qiáng)度降低，影響斜坡的穩(wěn)定性。沖刷作用河谷岸坡因水流沖刷而使斜坡變高、變陡，不利于斜坡的穩(wěn)定性。沖刷還可使坡角和滑動(dòng)面臨空，易導(dǎo)致滑動(dòng)。水流沖刷也常是岸坡崩塌的原因。此外，大壩下游在高速水流沖刷下形成沖刷坑，其發(fā)展的結(jié)果會(huì)使沖刷邊坡不斷崩落，以威脅大壩安全。靜水壓力作用于斜坡上的靜水壓力主要有三種情況，其一是當(dāng)斜坡被水淹沒時(shí)作用在坡面上的靜水壓力；其二是巖質(zhì)斜坡張裂隙充水時(shí)的靜水壓力；其三是作用于滑體底部滑動(dòng)面的靜水壓力。當(dāng)斜坡被水淹沒，而斜坡的表部相對(duì)不透水時(shí)，坡面上就承受一定的靜水壓力。由于該靜水壓力指向坡面且與其正交，所以對(duì)斜坡穩(wěn)定有利。巖質(zhì)斜坡的張裂隙，如果因降雨或地下水活動(dòng)使裂隙充水，則裂隙將承受靜水壓力的作用。該靜水壓力公式為：pw=：h?l?pw?g式中：h為裂隙水的水頭；L為充水裂隙的長(zhǎng)度；玲為水的密度；g為重力加速度。如果斜坡上部為相對(duì)不透水的巖土體，則當(dāng)河水位上漲或水庫(kù)蓄水時(shí)，地下水位上升，斜坡內(nèi)不透水巖體底部將受到靜水壓力的作用，削減該結(jié)構(gòu)面上的有效應(yīng)力，從而降低了抗滑力，不利于斜坡的穩(wěn)定性。顯然，地下水位越高，對(duì)斜坡穩(wěn)定越不利。動(dòng)水壓力如果斜坡巖土體是透水的，地下水在其中滲流時(shí)由于水力梯度作用，就會(huì)對(duì)斜坡產(chǎn)生動(dòng)水壓力，其方向與滲流方向一致，指向臨空面，因而對(duì)斜坡穩(wěn)定是不利的。在河谷帶當(dāng)洪水過后河水位迅速下降時(shí)，岸坡內(nèi)可產(chǎn)生較大的動(dòng)水壓力，往往使之失穩(wěn)。同樣，當(dāng)庫(kù)水位急劇下降時(shí)，庫(kù)岸也會(huì)由于很大的動(dòng)水壓力而致失穩(wěn)。此外，地下水的潛蝕作用，會(huì)削弱甚至破壞土體的結(jié)構(gòu)連結(jié)，對(duì)斜坡穩(wěn)定性也是有影響的浮托力處于水下的透水斜坡，將承受浮托力的作用，使坡體有效重量減輕，對(duì)斜坡穩(wěn)定不利。一些由松散堆積物組成庫(kù)岸的水庫(kù)，當(dāng)蓄水時(shí)岸坡發(fā)生變形破壞，原因之一就是浮托力的作用。5、 地震

地震對(duì)斜坡穩(wěn)定性影響較大。強(qiáng)烈地震時(shí)由于水平地震力的作用，常引起山崩、滑坡等斜坡破壞現(xiàn)象。地震對(duì)斜坡穩(wěn)定性的影響，是因?yàn)樗降卣鹆κ狗ㄏ驂毫ο鳒p和下滑力增強(qiáng)，促使斜坡易于滑動(dòng)，此外，強(qiáng)烈地震的振動(dòng)，使地震帶附近巖土體結(jié)構(gòu)松動(dòng)，也給斜坡穩(wěn)定帶來(lái)潛在威脅。二斜坡穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)方法斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)在工程地質(zhì)工作中是一個(gè)非常重要的課題。其目的是，合理設(shè)計(jì)人工邊坡，使之既穩(wěn)定又安全，又不浪費(fèi)開挖工作量；評(píng)定、核算與工程有關(guān)的天然斜坡穩(wěn)定性現(xiàn)狀及受工程影響后的穩(wěn)定性狀況；對(duì)已建成的人工邊坡檢查其穩(wěn)定性狀況；為整治斜坡提供設(shè)計(jì)依據(jù)。斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法有很多，常用的有：自然歷史分析法、力學(xué)計(jì)算法、圖解法和工程地質(zhì)類比法。1、自然歷史分析法這種方法主要通過研究斜坡形成的地質(zhì)歷史和所處的自然地理及地質(zhì)環(huán)境、斜坡的地貌和地質(zhì)結(jié)構(gòu)、發(fā)展演化階段及變形破壞形跡，來(lái)分析主要的和次要的影響因素，從而對(duì)斜坡穩(wěn)定性做出初步評(píng)價(jià)。自然歷史分析法主要包括三方面的研究?jī)?nèi)容：區(qū)域地質(zhì)背景的研究，即在區(qū)域地質(zhì)背景下分析斜坡的成因、斜坡結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)面的位置、性質(zhì)、連通情況；結(jié)構(gòu)面與臨空面的關(guān)系；斜坡可能破壞的類型、規(guī)模等。分析促使斜坡演變的主導(dǎo)因素，即分析區(qū)域氣候、地震、庫(kù)水等影響因素或因素組合對(duì)斜坡穩(wěn)定性的影響。預(yù)測(cè)斜坡所處的演化階段和發(fā)展趨勢(shì)。2、力學(xué)計(jì)算法力學(xué)計(jì)算法主要適用于滑坡類破壞形式，是一種定量評(píng)價(jià)的方法。常用的是剛體極限平移法。采用這種方法的前提是：①只考慮破壞面上的極限平衡狀態(tài)，而不考慮巖土體的變形，即視巖土體為剛體；②破壞面上的強(qiáng)度由凝聚力和摩擦力(C、巾值)控制，即遵循庫(kù)倫定律；③滑體中的應(yīng)力，以正應(yīng)力和剪應(yīng)力的方式，集中作用于滑面上；④以平面課題來(lái)處理。(一)土質(zhì)斜坡穩(wěn)定性計(jì)算土質(zhì)斜坡可分為無(wú)粘性土斜坡和粘性土斜坡，對(duì)這兩種斜坡的穩(wěn)定性計(jì)算方法是不同的。1、無(wú)粘性土斜坡干燥條件下，設(shè)坡角為。，坡面上土體自重為W，則W可分解為平行坡面的力T和垂直坡面的力N。其計(jì)算公式為：{T=W-sin。N=W-cosPT為切向力；由法向力N引起的抗滑力為粒間的摩擦力tg6(巾為內(nèi)摩擦角)。tgP則沙土坡的穩(wěn)定性系數(shù)K為:tgP2、粘性土斜坡粘性土斜坡穩(wěn)定性計(jì)算最常用的方法是圓弧法。這種方法假定滑動(dòng)面的空間形狀為一圓柱面，在剖面上則為一圓弓瓜。下面介紹目前國(guó)內(nèi)外廣泛采用的瑞典條分法。如圖：一簡(jiǎn)單均質(zhì)土坡，取一假定滑孤圓心為O,半徑為R和滑孤AC。將滑動(dòng)土體沿鉛直方向分成若干土條。取第i條分析，不考慮土條間的作用力，則第i條作用在滑孤面上的力有:由土條自重Wt在滑孤上引起的切向力為T=W-sin以=p-g-b-hsin以由土條自重W-在滑孤上引起的法向力所產(chǎn)生的抗滑力為：?b-h-cos以.-tg8F=N-tg8=W-cos以?tg?b-h-cos以.-tg8滑動(dòng)面上的凝聚力產(chǎn)生的抗滑力為：F「=C?、若斜坡滑動(dòng)時(shí)，各土條圍繞圓心0旋轉(zhuǎn)，則斜坡的穩(wěn)定性系數(shù)為該土條的總抗滑力矩與總滑動(dòng)力矩之比：K=[ZC.(￡(p.g?b??.cos%)tg8]?R- ￡(p?g.b.h?sin%).R(二)巖質(zhì)斜坡穩(wěn)定性的計(jì)算巖性斜坡的穩(wěn)定性，一般取決于軟弱結(jié)構(gòu)面的特點(diǎn)及其組合關(guān)系。進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)應(yīng)先確定可能的滑動(dòng)面，即軟弱結(jié)構(gòu)面。其中比較簡(jiǎn)單的是單一同向結(jié)構(gòu)面的斜坡。1、單一同向結(jié)構(gòu)面斜坡斜坡穩(wěn)定性受傾向與坡向一致的一組軟弱結(jié)構(gòu)面控制。其穩(wěn)定性計(jì)算可沿滑動(dòng)方向取一單寬剖面。由滑動(dòng)巖體自重所產(chǎn)生的下滑力T和抗滑力F分別為T=W?sinaF=N?tg中+C?L=W?cosa?tg中+C?LW?cosa?tg中+C?LW?sinW?sina因?yàn)閣=2?p?g-h-cosa?L因?yàn)?CK=4CK=迎+tgap-g-h-sin2a式中：h為由坡頂至滑動(dòng)面的距離，也稱變形體高度。當(dāng)結(jié)構(gòu)面上的凝聚力很小，甚至接近零時(shí)，則滑體的穩(wěn)定性僅取決于摩擦阻K=111tga所以力的大小，即剩余下滑力:E二W剩余下滑力:E二Wsina—第二塊：下滑力:抗滑力:1 1 1Wsina+E

Wcosa+EW1cosa1tg。1-C1L1cos(a—a)sin(a-a)]?tg當(dāng)滑坡區(qū)地下水位較高，滑動(dòng)體為相對(duì)隔水層時(shí)，在斜坡穩(wěn)定性計(jì)算中一定要將滑動(dòng)面上地下水的靜壓力計(jì)入，有此可得斜坡穩(wěn)定系數(shù)為W-cosa-Pw）tg^+C?LW-sina2、折線形滑動(dòng)面的斜坡斜坡滑動(dòng)面不規(guī)則，在自然界中多見。計(jì)算這類斜坡穩(wěn)定性時(shí)，一般是根據(jù)所查明的滑動(dòng)面起伏情況，劃分為若干折線形的塊段1、2、3...n（如圖），每一塊段底部滑面為平直的斜面，并確定各段的計(jì)算參數(shù)，然后可根據(jù)我國(guó)鐵道部門采用的滑坡推理計(jì)算法來(lái)計(jì)算斜坡的穩(wěn)定性?；瑝K兩側(cè)的摩擦力和滑體自身擠壓力不考慮.基本荷載（僅考慮重力）計(jì)算如下：第一塊：下滑力：W1加a1抗滑力：W1cosa1tg。1+C1L1剩余下滑力:E2=W2sina2E2=W2sina2+Ecos(a—a)—Wcosa+Esin(a—a=W2sina2—W2cosa2tg02—C2L2+ELos(11 2山a—a)—sin(a-a2)tg02 ]=Wsina—Wcosatg0—CL+E中2 2 2 2 2 22 1 1第i塊:E第i塊:E=Wsini ia—Wcosi iatg0,-CL+E1中.第n塊:E=Wsina—Wcosatg? —CL+E中E>0,斜坡將會(huì)失穩(wěn)，反之斜坡則是穩(wěn)定的。由于各塊段計(jì)算參數(shù)存在一定誤差，為了安全起見，將抗滑力部分除以一個(gè)安全系數(shù)KS。則E=E.]?中.]+W?sina—(W.?cosa.?tgQ+C?L.)—ii-1i-1 i ixi i1iivks需要指出的是，凡計(jì)算中的任一塊段的E值為負(fù)時(shí)，表示其無(wú)剩余下滑力。考慮到斜坡中裂隙不能承受拉力，這時(shí)E取為零，然后自以下的塊段重新計(jì)算推力。3、 圖解法圖解法是一種定性或半定量的評(píng)價(jià)方法，以赤平極射投影為基礎(chǔ)，通過對(duì)斜坡巖體結(jié)構(gòu)面的大量調(diào)查統(tǒng)計(jì)，掌握了優(yōu)勢(shì)軟弱結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀特性，據(jù)以分析他們對(duì)斜坡穩(wěn)定性的影響。在斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中，一般采用兩種圖解法，即圖表計(jì)算法和圖解分析法。圖表計(jì)算法種類較多，其基本原理都是根據(jù)斜坡所處的條件，來(lái)確定某一無(wú)因次量，并繪制不同坡角情況下無(wú)因次量與穩(wěn)定