边坡岩体稳定性分析专题1.pptx

2024/4/15 周一工程地质分析本专题内容研究意义边坡的应力分布特征边坡的变形与破坏 边坡变形破坏的基本特征崩塌与滑坡边坡变形与破坏的平面问题边坡变形与破坏的空间问题边坡工程2024/4/15 周一工程地质分析 绪论绪论基本概念及研究意义基本概念及研究意义 斜坡岩(土)体稳定性的工程地质分折涉及两个方面的任务：一方面要对斜坡的稳定性作出评价和预测；另一方面要为设计合理的人工边坡以及制定有效整治措施提供依据。2024/4/15 周一工程地质分析崩塌、滑坡名称崩塌、滑坡名称发生日期发生日期 方量（方量（10104 4m m3 3）运动速度运动速度最大运动距离（最大运动距离（m m）死亡人数死亡人数斜坡类型斜坡类型诱发因素诱发因素盐池河崩塌盐池河崩塌（湖北）（湖北）1980.6.31980.6.310010034 m/s34 m/s（最大值）（最大值）400400284284 平缓层状，软平缓层状，软弱基座弱基座地下采矿地下采矿铁西滑坡铁西滑坡（四川，成昆线）（四川，成昆线）1981.7.81981.7.82202204m/h4m/h(平均值）平均值）7070 中倾外层状体，中倾外层状体，老滑体局部复活老滑体局部复活地面采石地面采石渡口灰岩矿山滑坡渡口灰岩矿山滑坡（四川，攀枝花）（四川，攀枝花）1981.6.11981.6.10 04164165.5m/min5.5m/min（平均值）（平均值）220220 中倾外层状体中倾外层状体斜坡斜坡地面采石地面采石四川盆地西部四川盆地西部暴雨滑坡暴雨滑坡1981.1981.7 7月，月，9 9月月 数百个，单数百个，单个滑坡方量大多个滑坡方量大多小于小于100100万万m m3 35 m/s5 m/s100 100 约约1010人人 多种类型层状多种类型层状体斜坡体斜坡暴雨（数十年一暴雨（数十年一遇，暴雨强度遇，暴雨强度200mm/d200mm/d）鸡扒子滑坡鸡扒子滑坡（四川，长江云阳）（四川，长江云阳）1982.7.21982.7.24 4150015003 31010m/min m/min 150150200200 变角倾外层状变角倾外层状体斜坡，老滑坡局体斜坡，老滑坡局部复活部复活暴雨暴雨洒勒山滑坡碎屑流洒勒山滑坡碎屑流（甘肃）（甘肃）1983.3.71983.3.7300030004000400032 m/s32 m/s（最大值）（最大值）900900237237 平缓层状体斜平缓层状体斜坡坡新滩滑坡新滩滑坡（湖北，长江新滩）（湖北，长江新滩）1985.6.11985.6.12 23000300010 m/s10 m/s8080 老滑坡复活老滑坡复活马家坝滑坡马家坝滑坡（湖北，姊归）（湖北，姊归）1986.7.11986.7.16 624002400中速中速数十米数十米 缓倾外层状体缓倾外层状体斜坡，老滑坡复活斜坡，老滑坡复活暴雨暴雨西宁滑坡碎屑流西宁滑坡碎屑流（四川，巫溪）（四川，巫溪）1988.1.11988.1.10 0700700181850 50 m/sm/s8008002626 倾内层状体斜倾内层状体斜坡，软弱基底坡，软弱基底溪口滑坡碎屑流溪口滑坡碎屑流（四川，华蓥山）（四川，华蓥山）1989.7.11989.7.10 02020202030 30 m/sm/s15001500221221 倾内层状体斜倾内层状体斜坡坡暴雨暴雨昭通滑坡碎屑流昭通滑坡碎屑流（云南，金沙江支流）（云南，金沙江支流）1991.9.21991.9.23 3150015002000200075m/s75m/s（平均）（平均）45004500216216 倾外层状斜坡倾外层状斜坡暴雨暴雨表表1 1 我国我国8080年代重大崩、滑灾害事件年代重大崩、滑灾害事件斜坡结构类型分类原则相见9.3节。2024/4/15 周一工程地质分析查纳滑坡2024/4/15 周一工程地质分析 贵阳沙冲路滑坡贵阳沙冲路滑坡2024/4/15 周一工程地质分析 龙羊峡库岸滑坡龙羊峡库岸滑坡2024/4/15 周一工程地质分析2003年5月11日贵州省三穗县平溪特大桥滑坡致使35人死亡，毁坏桥墩2024/4/15 周一工程地质分析2003年年7月月13日日 三峡库区沙镇溪发生千将坪滑坡，三峡库区沙镇溪发生千将坪滑坡，致使致使24人失踪。人失踪。2024/4/15 周一工程地质分析滑坡壁滑坡壁滑坡周界滑坡周界2024/4/15 周一工程地质分析 西藏易贡特大崩滑灾害西藏易贡特大崩滑灾害2024/4/15 周一工程地质分析鸡扒子滑坡全貌2024/4/15 周一工程地质分析盐池河崩塌2024/4/15 周一工程地质分析新滩滑坡全貌2024/4/15 周一工程地质分析泥泥石石型型水石型水石型泥流泥流型型2024/4/15 周一工程地质分析2024/4/15 周一工程地质分析坡面型泥石流坡面型泥石流2024/4/15 周一工程地质分析沟谷型泥石流沟谷型泥石流2024/4/15 周一工程地质分析 这样一次巨震，发生在人口相对密集、地质环境本身就比较脆弱的四川西部的中、高山地区，其触发地质灾害数量之多,分布之广是可以想象的，同时也是超出人们所预料的！地震触发了大量的次生地质灾害！2024/4/15 周一工程地质分析震前5184处“5.12”地震重灾区的44个县(市)，震前发现的地质灾害隐患点就达5184处，其中滑坡3300处、崩塌492处、泥石流604处、不稳定斜坡751处，直接威胁到291098名群众的生命财产安全。2024/4/15 周一工程地质分析震后9671处截至7.20日，经实地排查，44个重灾县(市)，震后新增地质灾害隐患9671处。在统计的8627中，滑坡3627处、崩塌2383处、泥石流837处、不稳定斜坡1694处，其他86处。直接威胁804945名群众的生命财产安全。n还有难以计数的“野”滑坡。据估计，其总数在5万处以上！极重灾区平均3.5个/km2.2024/4/15 周一工程地质分析类类 型型规规 模模百分比百分比(/%)巨型巨型大型大型中型中型小型小型滑 坡38340108121683627/41崩 塌5830376112602383/28泥石流9092300355837/10不稳定斜坡或震裂山体119240711841694/20总 计 197/2.3%837/9.7%2549/29.5%4967/57.6%8541/99*8627处统计，其中其他86处不在统计之列。512汶川大地震地质灾害规模分类2024/4/15 周一工程地质分析4km1km2km安县大光包滑坡2024/4/15 周一工程地质分析满目疮痍！2024/4/15 周一工程地质分析5.12地震诱发灾难性滑坡、崩塌一览表(死亡30人，17个)2024/4/15 周一工程地质分析1000600远远超过过去20年全国因地质灾害而死亡的人数的总和！地质灾害直接和间接死亡人数约为总遇难人数的1/3，达2.5-3.0万人。2024/4/15 周一工程地质分析王家岩滑坡新北川中学滑坡老县城 新县城2024/4/15 周一工程地质分析700人死亡！新北川中学岩崩2024/4/15 周一工程地质分析1600人死亡！老县城 2024/4/15 周一工程地质分析9.24泥石流后的北川县城 2024/4/15 周一工程地质分析斜坡(slope)统指地表一切具有侧向临空面的地质体，包括天然斜坡和人工边坡。天然斜坡(简称斜坡）是指自然地质作用形成未经人工改造的斜坡。人工边坡(简称边坡）是指经人工开挖或改造形成的斜坡。研究目的：研究边坡变形破坏的机理(包括应力分布及变形破坏特征)与稳定性，为边坡预测预报及整治提供岩体力学依据。其中稳定性计算是岩体边坡稳定性分析的核心。6.1 边坡岩体中的应力分布特征2024/4/15 周一工程地质分析2024/4/15 周一工程地质分析一、应力分布特征在岩体中进行开挖，形成人工边坡后，由于开挖卸荷，在近边坡面一定范围内的岩体中，发生应力重分布作用，使边坡岩体处于重分布应力状态。边坡岩体为适应重分布应力状态，将发生变形和破坏。因此，研究边坡岩体重分布应力特征是进行稳定性分析的基础。2024/4/15 周一工程地质分析边坡中的应力分分析边坡中的应力分分析现有方法一一 （1）应力测量法；（2）室内光弹性和模拟实验法；（3）数值计法；（4）近似计算法2024/4/15 周一工程地质分析2024/4/15 周一工程地质分析2024/4/15 周一工程地质分析2024/4/15 周一工程地质分析2024/4/15 周一工程地质分析2024/4/15 周一工程地质分析1.边坡面附近的主应力迹线发生偏转。最大主应力与坡面近于平行，最小主应力与坡面近于正交，向坡体内逐渐恢复初始应力状态。2.坡面上径向应力为零，为双向应力状态，向坡内逐渐转为三向应力状态。应力的重分布2024/4/15 周一工程地质分析3 坡面附近产生应力集中带。在坡脚附近，最大剪应力增高，最易发生剪切破坏。在坡肩附近，常形成拉应力带。边坡愈陡，则此带范围愈大，因此，坡肩附近最易拉裂破坏。4 最大剪应力迹线为凹向坡面的弧线。应力重分布2024/4/15 周一工程地质分析二、影响边坡应力分布的因素(1)原始应力状态的影响原始应力状态的影响 岩体的原始应力状态中，水平剩余应力的大小对坡体应力状态的影响尤为显著。它不但使主应力迹线的分布形式有所不同，而且明显地改变了各应力值的大小，尤其对坡脚应力集中带和张力带的影响最大。在坡脚区，根据图2可见，坡底的切向应力最大值约相当于原始水平应力的三倍左右。当有侧向水平应力时，该值成倍增高，如当 L3gh时，该值可达7-10gh，与L=0的情况相比，相差十分悬殊。2024/4/15 周一工程地质分析图2 用有限元解出的位移迹线图（上）和主应力迹线图（下）（a）重力场条件（N0.33）；（b）以水平应力为主的构造应力场条件下（N3）2024/4/15 周一工程地质分析(2)坡形、坡高、坡角及坡底宽度v坡高不改变应力等值线的形状，但改变主应力的大小。坡角影响边坡岩体应力分布图象。v坡底宽度对坡脚岩体应力有较大的影响。v坡面形状对重分布应力也有明显的影响。2024/4/15 周一工程地质分析图63 斜坡张力带分布状况 及其与水平剩余应力（L）、坡角（）关系示意图 （据Stacey，1970）图64 坡角最大剪应力与坡脚和坡底宽（W）关系图解（据Stacey，1970）2024/4/15 周一工程地质分析(3)岩体性质及结构特征v岩体变形模量对边坡应力影响不大，泊松比对边坡应力影响较大。这是由于泊松比的变化，可以使水平自重应力发生改变。(4)结构面v结构面的存在使坡体中应力发生不连续分布，并在结构面周边或端点形成应力集中带或阻滞应力的传递，这种情况在坚硬岩体边坡中尤为明显。2024/4/15 周一工程地质分析6.2 边坡岩体的变形与破坏岩体边坡的变形与破坏是边坡发展演化过程中两个不同的阶段，变形属量变阶段，而破坏则是质变阶段，它们形成一个累进性变形破坏过程。一、边坡岩体变形的基本类型二、边坡破坏的基本类型三、影响岩体边坡变形破坏的因素2024/4/15 周一工程地质分析一、边坡岩体变形的基本类型1、卸荷回弹、卸荷回弹在成坡过程中，由于荷重不断减少，边坡岩体在减荷方向(临空面)产生伸长变形，即卸荷回弹。天然应力越大，向临空方向的回弹变形量也越大。往往会伴随产生一系列的张性结构面。2024/4/15 周一工程地质分析2、蠕变变形、蠕变变形边坡岩体中的应力对于人类工程活动的有限时间来说，可以认为是保持不变的。在这种近似不变的应力作用下，边坡岩体的变形也将会随时间不断增加，这种变形称为蠕变变形。当边坡内的应力未超过岩体的长期强度时，则这种变形所引起的破坏是局部的。反之，这种变形将导致边坡岩体的整体失稳。这种破裂失稳是经过局部破裂逐渐产生的，几乎所有的岩体边坡失稳都要经历这种逐渐变形破坏过程。2024/4/15 周一工程地质分析二、边坡破坏的基本类型单平面滑动双平面滑动多平面滑动边坡破坏的基本类型楔形状滑动圆弧形滑动平面滑动滑坡倾倒破坏崩塌2024/4/15 周一工程地质分析崩塌：斜坡岩土体被结构面分割的块体，突然脱离母体以垂直运动为主、翻滚跌跃而下的现象与过程滑坡：斜坡岩土体在重力作用下，沿着贯通的剪切破坏面（带），产生以水平运动为主的整体运动现象，称为滑坡。倾倒破坏：由陡倾或直立板状岩体组成的斜坡，当岩层走向与坡面走向近平行时，在自重应力的长期作用下，由前缘开始向临空方向弯曲、折裂，并逐渐向坡内发展的现象称为倾倒破坏（弯曲倾倒）。2024/4/15 周一工程地质分析2024/4/15 周一工程地质分析2024/4/15 周一工程地质分析2024/4/15 周一工程地质分析2024/4/15 周一工程地质分析三、影响岩体边坡变形破坏的因素1、岩性 决定岩体边坡稳定性的物质基础。2、岩体结构 岩体结构及结构面的发育特征是岩体边坡破坏的控制因素。3、水的作用 使岩土的质量增大、滑动面的滑动力增大；岩土软化、抗剪强度降低；对岩体产生动水压力和静水压力。4、风化作用 使岩体内裂隙增多、扩大，透水性增强，抗剪强度降低。2024/4/15 周一工程地质分析5、地形地貌 直接影响边坡内的应力分布特征，进而影响边坡的变形破坏形式及边坡的稳定性。6、地震 产生地震惯性力 7、天然应力8、人为因素三、影响岩体边坡变形破坏的因素2024/4/15 周一工程地质分析9.3 边坡岩体稳定性分析的步骤定性分析是在工程地质勘察工作的基础上，对边坡岩体变形破坏的可能性及破坏形式进行初步判断。定量分析是在定性分析的基础上，应用一定的计算方法对边坡岩体进行稳定性计算及定量评价。评价方法数学力学分析法模型模拟试验法工程类比法图解法块体极限平衡法弹性力学、弹塑性力学法有限元法等数值方法第九章边坡岩体稳定性分析2024/4/15 周一工程地质分析块体极限平衡法假设条件(1)边坡岩体将沿某一结构面（滑动面）产生滑移剪切破坏；(2)滑体在滑动过程中相对位置不变化，即为刚体；(3)滑动面上的应力分布均匀；(4)不考虑滑体两侧的抗滑力。稳定性系数=滑动面上可能利用抗滑力/滑动力1 稳定 1 不稳定在多数情况下，计算的稳定性系数都有一定误差，因此，为保险起见，引入安全系数的概念。第九章边坡岩体稳定性分析2024/4/15 周一工程地质分析块体极限平衡法步骤可能滑动岩体几何边界条件的分析受力条件分析确定计算参数计算稳定性系数确定安全系数，进行稳定性评价第九章边坡岩体稳定性分析2024/4/15 周一工程地质分析一、几何边界条件分析几何边界条件是指构成可能滑动岩体的各种边界面及其组合关系，包括滑动面、切割面和临空面三种。滑动面是指起滑动(即失稳岩体沿其滑动)作用的面，包括潜在破坏面。切割面是指起切割岩体作用的面，由于失稳岩体不沿该面滑动，因而不起抗滑作用，如平面滑动的侧向切割面。临空面指临空的自由面，它的存在为滑动岩体提供活动空间，临空面常由地面或开挖面组成。第九章边坡岩体稳定性分析2024/4/15 周一工程地质分析几何边界条件分析的内容是查清岩体中的各类结构面及其组合关系，确定出可能的滑移面、切割面。几何边界条件分析的目的是确定边坡中可能滑动岩体的位置、规模及形态，定性地判断边坡岩体的破坏类型及主滑方向。几何边界条件的分析可通过赤平投影、实体比例投影等图解法或三角几何分析法进行。一、几何边界条件分析第九章边坡岩体稳定性分析2024/4/15 周一工程地质分析二、受力条件分析在工程使用期间，可能滑动岩体或其边界面上承受的力的类型及大小、方向和合力的作用点统称为受力条件。边坡岩体上承受的力常见有：岩体重力、静水压力、动水压力、建筑物作用力及震动力等等。1.地震作用地震作用水平地震作用：FEK=1G第九章边坡岩体稳定性分析2024/4/15 周一工程地质分析2.水压力水压力：包括渗透静水压力和渗透动水压力。静水压力水对岩体的静压力，数值上等于岩体受到的浮力。动水压力与水力梯度有关，数值上等于岩体受到的渗流阻力。第九章边坡岩体稳定性分析2024/4/15 周一工程地质分析三、确定计算参数从偏安全的角度起见，一般选用的计算参数，应接近于残余强度。研究表明：残余强度与峰值强度的比值，大多变化在0.60.9之间，因此，在没有获得残余强度的条件下，建议摩擦系数计算值在峰值摩擦系数的6090之间选取，内聚力计算值在峰值内聚力的1030之间选取。经验数据极限状态下的反算数据试验数据第九章边坡岩体稳定性分析2024/4/15 周一工程地质分析四、稳定性系数的计算和稳定性评价稳定性系数=可供利用的抗滑力/滑动力第九章边坡岩体稳定性分析2024/4/15 周一工程地质分析五、确定安全系数，进行稳定性评价q安全系数：根据各种因素规定的允许的稳定性系数。大小是根据各种影响因素人为规定的，必须大于1。影响因素：岩体工程地质特征研究的详细程度；各种计算参数误差的大小；计算稳定性系数时，是否考虑了全部作用力；计算过程中各种中间结果的误差大小；工程的设计年限、重要性以及边坡破坏后的后果。安全系数一般=1.051.5 第九章边坡岩体稳定性分析2024/4/15 周一工程地质分析9.4 边坡岩体稳定性计算一、单平面滑动1、仅有重力作用时、仅有重力作用时滑动面上的抗滑力Fs=Gcostgj+CjL 滑动力FrGsin稳定性系数第九章边坡岩体稳定性分析2024/4/15 周一工程地质分析滑动体极限高度Hcr为当Cj=0，j时，1，Hcr=0忽略滑动面上内聚力(Cj=0)时第九章边坡岩体稳定性分析2024/4/15 周一工程地质分析2、有水压力作用、有水压力作用作用于CD上的静水压力V作用于AD上的静水压力U为边坡稳定性系数为第九章边坡岩体稳定性分析2024/4/15 周一工程地质分析3、有水压力作用与地震作用、有水压力作用与地震作用边坡的稳定性系数FEK=1G水平地震作用第九章边坡岩体稳定性分析2024/4/15 周一工程地质分析二、同向双平面滑动第一种情况为滑动体内不存在结构面，视滑动体为刚体，采用力平衡图解法计算稳定性系数第二种情况为滑动体内存在结构面并将滑动体切割成若干块体的情况，这时需分块计算边坡的稳定性系数第九章边坡岩体稳定性分析2024/4/15 周一工程地质分析1.滑动体为刚体的情况滑动体为刚体的情况ABCD为可能滑动体，根据滑动面产状分为、两个块体。F为块体对块体的作用力，F为块体对块体的作用力，F和F大小相等，方向相反，其作用方向的倾角为。滑动面AB以下岩体对块体的反力R1(摩阻力)与AB面法线的夹角为1。第九章边坡岩体稳定性分析2024/4/15 周一工程地质分析2.滑动体内存在结构面的情况滑动体内存在结构面的情况在滑动过程中，滑动体除沿滑动面滑动外，被结构面分割开的块体之间还要产生相互错动。采用分块极限平衡法和不平衡推力传递法进行稳定性计算。AB面BC面BD面第九章边坡岩体稳定性分析2024/4/15 周一工程地质分析块体块体块体块体块体第九章边坡岩体稳定性分析2024/4/15 周一工程地质分析三、多平面滑动边坡岩体的多平面滑动，分为一般多平面滑动和 阶梯状滑动两个亚类。阶梯状滑动，破坏面由多个实际滑动面和受拉面组成，呈阶梯状，坡稳定性的计算思路与单平面滑动相同，即将滑动体的自重(仅考虑重力作用时)分解为垂直滑动面的分量和平行滑动面的分量。第九章边坡岩体稳定性分析2024/4/15 周一工程地质分析楔形体滑动的滑动面由两个倾向相反、且其交线倾向与坡面倾向相同、倾角小于边坡角的软弱结构面组成。四、楔形体滑动第九章边坡岩体稳定性分析2024/4/15 周一工程地质分析首先将滑体自重G分解为垂直交线BD的分量N和平行交线的分量(即滑动力Gsin)，然后将N投影到两个滑动面的法线方向，求得作用于滑动面上的法向力N1和N2，最后求得抗滑力及稳定性系数。可能滑动体的滑动力为Gsin，垂直交线的分量为NGcos。将Gcos投影到ABD和BCD面的法线方向上，得法向力N1、N2稳定性系数计算的基本思路第九章边坡岩体稳定性分析2024/4/15 周一工程地质分析边坡的稳定性系数n边坡的抗滑力第九章边坡岩体稳定性分析2024/4/15 周一工程地质分析上机实习题目右图所示的同向双平面滑体，滑体尺寸见各点坐标（单位：m），岩体天然密度=2300kg/m3，岩体强度m=25，Cm=40kPa，结构面强度j=20，Cj=25kPa。试计算存在结构面BD和不存在结构面BD两种情况下滑体的稳定性系数。ABCDA(0,0)B(280,100)C(400,260)D(100,260)第九章边坡岩体稳定性分析