土質(zhì)邊坡破壞模式及穩(wěn)定性計算公式

1、土質(zhì)邊坡破壞模式與穩(wěn)定性計算公土質(zhì)邊坡破壞模式與穩(wěn)定性計算公式式主講人：ppt制作與資料匯總：資料收集：一、土質(zhì)邊坡的結(jié)構(gòu)類型1二、土質(zhì)邊坡破壞形式及破壞機理2三、均質(zhì)土邊坡各種破壞模式3四、穩(wěn)定性影響因素分析4五、穩(wěn)定性分析與計算5目錄CONTENTS土質(zhì)邊坡：泛指具有傾斜面的土體，根據(jù)土體結(jié)構(gòu)可分為三類：一、土質(zhì)邊坡的結(jié)構(gòu)類型類型類型結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)特征穩(wěn)定性穩(wěn)定性影響影響因素因素均質(zhì)土邊坡整個坡體由均質(zhì)土構(gòu)成，基本不含節(jié)理、裂隙、沒有貫通性的結(jié)構(gòu)面土體強度和坡形土體強度和坡形層狀松散土由不同類型的松散土層構(gòu)成，控制性結(jié)構(gòu)面是沉積層面土體強度、坡形土體強度、坡形、沉積層面產(chǎn)狀與坡面的組合關(guān)系二

2、元結(jié)構(gòu)土由巖層與上覆土松散堆積層構(gòu)成或軟硬差別較大上下土層，控制性結(jié)構(gòu)面是巖土分界面和沉積層面土體強度、坡形土體強度、坡形、二元結(jié)構(gòu)層面產(chǎn)狀與坡面結(jié)合關(guān)系 我們目前遇到的大部分是均質(zhì)土邊坡均質(zhì)土邊坡。根據(jù)物質(zhì)的不同均質(zhì)土邊坡又可以分為: 一般粘性土邊坡、黃土邊坡、砂性土邊坡、軟土邊坡和膨脹土邊坡。 1.整體失穩(wěn)：崩塌、滑坡、坍塌二、土質(zhì)邊坡破壞形式及破壞機理破壞類型破壞類型外形特征外形特征運動特征運動特征破壞機理破壞機理崩塌 崩塌是發(fā)生在高陡邊坡體上的巖土塊體自高處滑出、傾倒或崩墜而下的現(xiàn)象。崩落體常翻滾而下堆于緩坡之上和坡腳附近，形成具有一定天然休止角的巖土堆。 邊坡上局部巖土體松動、脫落，

3、主要運動形式為自由墜落或滾動 彎曲-拉裂、剪切-滑移。存在臨空面，當結(jié)合力小于重力時，發(fā)生滾動或崩落滑坡圓弧滑動 滑坡是邊坡在重力、水、振動以及坡形改變等因素的作用下，增大沿滑帶的剪應(yīng)力，或者因震動液化、受水淋濾、自然和人為開挖等破壞滑帶巖土的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致邊坡上的巖土體沿滑帶作整體或大塊向下、向前移動的一種變形現(xiàn)象。 沿圓弧形滑動面滑移 剪切-滑移。人工開挖增大坡角，或地表水入滲使內(nèi)摩擦角和內(nèi)聚力降低，達到臨界值沿圓弧形滑動面滑移平面滑動 巖土體沿莫一弱面或朝向坡外的結(jié)構(gòu)面整體向下滑移 拉裂、剪切-滑移。層面或貫通性結(jié)構(gòu)面形成滑動面，結(jié)構(gòu)面臨空，坡腳巖層被切斷或坡腳巖層擠壓剪切坍塌 坡體松弛帶內(nèi)

4、的巖土由于震動、或側(cè)向卸荷、與坡面加載以及四季中時干時濕等使松弛帶內(nèi)巖土的結(jié)合密實度在不斷變化而塌坡，塌至與其相適應(yīng)的斜率為止 因自重應(yīng)力超過巖土體強度而產(chǎn)生張剪性破壞，由坡頂向坡內(nèi)逐漸擴展 張拉、剪切、彎折。自重應(yīng)力和巖土體強度能夠維持平衡的最深張裂面 崩塌滑坡坍塌2.坡面破壞：坡面侵蝕、剝落坡面侵蝕1、各種破壞形式形成條件及巖土結(jié)構(gòu)三、均質(zhì)土邊坡各種破壞模式形成條件（即出現(xiàn)下列情況應(yīng)采取措施）形成條件（即出現(xiàn)下列情況應(yīng)采取措施）巖土結(jié)構(gòu)巖土結(jié)構(gòu)崩崩塌塌 土質(zhì)邊坡的開挖坡角較陡(大于60)，或下部存在軟弱層；坡體上常發(fā)育數(shù)組陡立或傾向臨空面的裂面；坡體上豎向節(jié)理發(fā)育，且裂縫形狀不規(guī)則并紊亂成

5、網(wǎng)，破壞體趨向于發(fā)展成楔體；邊坡面上有泉水出露；邊坡處于地震多發(fā)帶或附近有爆破施工。 土質(zhì)邊坡中黃土邊坡有較好的直立性，所以開挖坡度往往較陡，土體中本身存在裂隙、空洞，在開挖卸荷后擴大，導(dǎo)致坡體局部易出現(xiàn)崩塌破壞?；缕?開挖深度較大或開挖坡度較陡；坡內(nèi)有傾向臨空面的軟弱層(帶)、結(jié)構(gòu)面或?qū)用?；開挖邊坡面出現(xiàn)上層滯水面、潛水面或有泉出露；有明顯的滑移剪切面出露；在不良土質(zhì)地區(qū)，如軟土、膨脹土；在較惡劣的氣候下施工，如雨季、寒冬季節(jié)。 對于土質(zhì)邊坡來講，滑坡多產(chǎn)生于3055之間的土坡，這類邊坡易發(fā)生整體滑坡破壞。坍坍塌塌1、地形條件：坡度一般要大于巖屑的休止角,要大于33；坡地的相對高度大于5

6、0米時,可發(fā)生大型崩塌.2、地質(zhì)條件：軟弱面與坡面的傾向和傾角的關(guān)系不同,斜坡發(fā)生崩塌的可能性也不一樣.3、氣候條件：溫差較大,降水較多的地區(qū)易發(fā)生崩塌.4、地震,強烈的融冰化雪.5、人工開挖邊坡.。 坍塌產(chǎn)生于易風化的土質(zhì)邊坡和類土質(zhì)邊坡，尤其在膨脹土邊坡或處于凍脹作用強烈區(qū)的邊坡，一般發(fā)生在坡度大于20時，隨坡度增大發(fā)生坍塌的幾率也越大，在暴雨季節(jié)，邊坡表層巖土強度迅速降低，也會促使坍塌破壞發(fā)生我們實際中考慮滑坡的破壞性2、土質(zhì)邊坡破壞機理三、均質(zhì)土邊坡各種破壞模式 邊坡的失穩(wěn)破壞主要是由于邊坡內(nèi)所受的應(yīng)力超過巖土體或結(jié)構(gòu)面的強度，從而導(dǎo)致邊坡結(jié)構(gòu)破壞。邊坡變形表現(xiàn)為卸荷回彈和蠕變兩種主要

7、方式。（具體破壞機理見下表。）破壞破壞形式形式破壞機理破壞機理各類土的破壞形式各類土的破壞形式滑坡破壞 土質(zhì)邊坡發(fā)生滑坡破壞根本原因在于邊坡沿潛在滑動面所受到的抗滑力(矩)小于其下滑力(矩)，則邊坡將沿潛在滑動面發(fā)生滑坡破壞，主要表現(xiàn)為邊坡整體的剪切滑移。 1、對于粘聚力為零的砂性均質(zhì)土邊坡，發(fā)生滑坡破壞時，表現(xiàn)為平面滑動，破壞面在截面上為一條通過坡腳的直線；對于存在粘聚力的粘性均質(zhì)土邊坡，則表現(xiàn)為圓弧面滑動，破壞面在截面上為通過坡腳的圓弧 2、黃土邊坡坡體破壞形式主要為滑坡和崩塌?；禄虮浪男纬膳c邊坡原始坡度有關(guān)：對于小于50的不穩(wěn)定邊坡，其破壞模式主要是滑坡；5170的不穩(wěn)定邊坡破壞模式

8、以滑坡為主，并伴有崩塌；當邊坡大于70時，基本不發(fā)生滑坡，主要破壞模式為崩塌。 3、均質(zhì)土邊坡發(fā)生坍塌破壞，主要由于大部分巖土受濕，彼此結(jié)合的密實度減小，使坡體中綜合內(nèi)摩擦角變小不能支持原邊坡坡度而塌坡，上部塌至與當時含水程度及密實度相適應(yīng)的綜合內(nèi)摩擦角為止，下部則是堆積坍下的土石其斜坡坡度更緩。崩塌破壞 土質(zhì)邊坡發(fā)生崩塌破壞主要因為開挖引起坡表巖土體向臨空面發(fā)生位移，并可能在坡項或體內(nèi)產(chǎn)生順坡面向的裂隙，或其出口為上大下小的楔狀體的楔尖先壓碎破壞，上部巖土在失去承托和支頂下失穩(wěn)。崩塌破壞主要以張拉破壞為主，形式上主要表現(xiàn)為巖土體的翻轉(zhuǎn)、滾動、彎曲折斷，崩塌體翻倒時，在空間的方位是隨便改變的。

9、坍塌破壞坡體松弛帶內(nèi)的巖土為雨雪水和上層滯水等活動作用所及的范圍，由于震動、或側(cè)向卸荷、與坡面加載以及四季中時干時濕等使松弛帶內(nèi)巖土的結(jié)合密實度在不斷變化，特別雨季中或融雪后受濕的巖土自重增大、且強度降低，其結(jié)合密實度不能支持旱季中斜坡的陡度而塌坡，塌至與其相適應(yīng)的斜率(受濕時的綜合內(nèi)摩擦角)為止。3、均質(zhì)土邊坡各種破壞模式三、均質(zhì)土邊坡各種破壞模式邊坡類邊坡類型型主要特征主要特征影響穩(wěn)定的主要影響穩(wěn)定的主要因因 素素可能的主要變形模式可能的主要變形模式粘性土邊坡以粘粒為主，一般干時堅硬，遇水膨脹崩解。某些粘土具大孔隙性(如山西南部的粘土)，某些粘土甚堅固(如南方網(wǎng)紋紅土)，某些粘土呈半成巖，

10、但含可溶鹽量高(如黃河上游的粘土)，某些粘土具水平層理(如淮河下游的粘土)1礦物成分，特別是親水、膨脹、溶濾性礦物含量；2節(jié)理裂隙的發(fā)育狀況；3水的作用；4冰融作用1裂隙性粘土常沿光滑裂隙面形成滑面，含膨脹性親水礦物粘土易產(chǎn)生滑坡，巨厚層半成巖粘土高邊坡因坡腳蠕變可導(dǎo)致高速滑坡；2因凍融產(chǎn)生剝落；3坍塌砂性土邊坡以砂礫為主，結(jié)構(gòu)較疏松，凝聚力低為其特點，透水性較大，包括厚層全風化花崗巖殘積層1顆粒成分及均勻程度；2含水情況；3振動；4地表水及地下水作用1飽和均質(zhì)砂性土邊坡，在振動力作用下，易產(chǎn)生液化滑坡；2管涌、流土；3坍塌和剝落黃土邊坡以粉粒為主、質(zhì)地均一。一般含鈣量高，無層理，但柱狀節(jié)理發(fā)

11、育，天然水含水量低，干時堅固，部分黃土遇水濕陷，有時呈固結(jié)狀，有時呈多元結(jié)構(gòu)主要是水的作用，因水濕陷，或?qū)吰陆荩聺B使下墊隔水粘土層泥化等1崩塌；2張裂：3濕陷；4高或超高邊坡可能出現(xiàn)高速滑坡三、均質(zhì)土邊坡各種破壞模式 根據(jù)上表，可以看出土質(zhì)邊坡影響穩(wěn)定性的因素主要是土體強度和水的作用，而產(chǎn)生的破壞形式以滑坡為多，崩塌和坍塌是開挖邊坡過程中常見的（該處應(yīng)該加上坡高、坡角、坡形的影響）3、均質(zhì)土邊坡各種破壞模式內(nèi)在因素指開挖邊坡，坡腳附近出現(xiàn)剪應(yīng)力集中帶，坡頂和坡面的一些部位可能出現(xiàn)張應(yīng)力區(qū)，可直接引起邊坡變形破壞。巖土的成因類型、組成的礦物成分、巖土結(jié)構(gòu)和強度，是決定邊坡穩(wěn)定的重要因素。

12、結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)面形狀、與坡面的關(guān)系是邊坡穩(wěn)定的控制因素。臨空面、坡高、坡度、坡面形狀等直接與邊坡穩(wěn)定性有關(guān)。初始應(yīng)力初始應(yīng)力巖土體性質(zhì)巖土體性質(zhì)巖土體結(jié)構(gòu)巖土體結(jié)構(gòu)和構(gòu)造和構(gòu)造 地形地貌及地形地貌及臨空條件臨空條件四、穩(wěn)定性影響因素分析四、穩(wěn)定性影響因素分析時間因素巖土體的流變性質(zhì)是影響邊坡穩(wěn)定及邊坡加固措施的一個重要因素人為因素邊坡的不合理設(shè)計、開挖或加載，大量施工用水的滲入及爆破等都能造成邊坡失穩(wěn)。地震地震作用除了巖土體受到地震加速度的作用而增加下滑力外，在地震作用下，巖土中的孔隙水壓力增加和巖土體強度降低都對邊坡的穩(wěn)定不利。風化作用風化作用使巖土的強度減弱、裂隙增加，影響斜坡的形狀和坡度

13、，水的作用水的入滲使巖土體質(zhì)量增大，巖土因被軟化而抗剪強度降低，并使孔(裂)隙水壓力升高四、穩(wěn)定性影響因素分析四、穩(wěn)定性影響因素分析外在因素：外在因素：四、穩(wěn)定性影響因素四、穩(wěn)定性影響因素分析分析ABC巖土強度參數(shù)：巖土強度參數(shù)：粘聚力和內(nèi)摩擦系數(shù)是邊坡穩(wěn)定性的敏感因素，穩(wěn)定系數(shù)K隨粘聚力C和內(nèi)摩擦系數(shù)tan的增大均呈線性增大，變化明顯。結(jié)構(gòu)面強度參數(shù)：邊坡巖土體中的結(jié)構(gòu)面對邊坡穩(wěn)定性影響較大。邊坡穩(wěn)定系數(shù)K隨結(jié)構(gòu)面粘聚力c和內(nèi)摩擦系數(shù)tan的增大均呈對數(shù)關(guān)系增大，變化較明顯。結(jié)構(gòu)面的強度與結(jié)構(gòu)面的貫通度及面內(nèi)填充物相關(guān)。（不同土層面間的粘聚力和內(nèi)摩擦角怎么確定）結(jié)構(gòu)面傾角：結(jié)構(gòu)面的存在，降低

14、了土體的整體強度，增大了坡體的變形性能，加強了土體的流變力學(xué)特性，加深了巖土體的不均勻性、各向異性和非連續(xù)性等性質(zhì)。邊坡的穩(wěn)定系數(shù)隨接觸面傾角的增大而減?。ǚ€(wěn)定系數(shù)與接觸面傾角的tan值呈線性關(guān)系）1、內(nèi)在因素、內(nèi)在因素四、穩(wěn)定性影響因素分析四、穩(wěn)定性影響因素分析 、坡高：邊坡穩(wěn)定性隨坡高的增加成冪函數(shù)減小，在20m以下邊坡的穩(wěn)定性變化較大，坡高大于20m，穩(wěn)定系數(shù)的變化趨勢趨緩。坡高對邊坡穩(wěn)定性的影響較大，屬于敏感因素。隨著坡高的增大，邊坡發(fā)生破壞時位移和應(yīng)變急劇增加，發(fā)生突變，由此可將其視為坡體即將發(fā)生破壞的依據(jù)； 、坡度：坡度對邊坡的穩(wěn)定性影響最大，邊坡的穩(wěn)定系數(shù)隨坡度增大呈冪函數(shù)減小，

15、坡度小于50 時變化較大，大于50 變化趨緩。隨著坡度的增大，坡體位移與剪應(yīng)變急劇增加，發(fā)生突變，由此可將其視為坡體即將發(fā)生破壞的判據(jù)； 、坡形：邊坡開挖時階梯型邊坡比一坡到頂?shù)倪吰路€(wěn)定性好，并且臺階越寬、臺階數(shù)越多穩(wěn)定性越好，設(shè)計時結(jié)合造價和旅工難易程度進行取舍。坡表形態(tài)中，微凹型、直線型、微凸型邊坡穩(wěn)定性依次減小。1、內(nèi)在因素、內(nèi)在因素臨空條件：臨空條件： 、水對土體有軟化作用，會使土體的抗剪強度降低，而且還會對結(jié)構(gòu)面起到潤滑作用；2 2外外在在因因素素、在土體結(jié)構(gòu)面中會形成一定的地下靜水壓力，隨著時間的推移會促使滑面變形而使土體失穩(wěn)；、會產(chǎn)生凍脹現(xiàn)象。所以水文條件也是影響邊坡穩(wěn)定性的重要

16、因素。、增加了土體的重度，也就增加了土體的下滑力；、當水發(fā)生滲流時會產(chǎn)生動水壓力；四、穩(wěn)定性影響因素分析四、穩(wěn)定性影響因素分析2、外在、外在因素因素地 震：地震作用對邊坡的穩(wěn)定性不利，主要是由于地震力的水平分力，在橫波的作用下，使邊坡巖土體產(chǎn)生向臨空面的拉力，易造成邊坡失穩(wěn)破壞。另外，地震可能引起砂土液化、地下水位驟變、坡體應(yīng)力急劇改變、巖土體松動等多種不利因素，所以地震造成邊坡失穩(wěn)的情況非常復(fù)雜，要做到合理的防護，還有待開展更多的地震工程的研究。地震的發(fā)震時間、地點及地震震級都是很難準確預(yù)測人為因素：人為因素的影響主要考慮施工步驟對邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響，主要是坡形四、穩(wěn)定性影響因素分析四、穩(wěn)

17、定性影響因素分析1.直線滑動面法：直線滑動面法： 松散的砂類土邊坡，滲水性強，粘性差，邊坡穩(wěn)定主要靠其內(nèi)摩擦力。失穩(wěn)土體的滑動面近似直線狀態(tài)，故直線滑動面法適用于砂類土：如下圖所示，驗算時，先通過坡腳或變坡點假設(shè)一直線滑動面，將邊坡斜上方分割出下滑土楔體ABD，沿假設(shè)的滑動面AD滑動，其穩(wěn)定系數(shù)K按下式計算(按邊坡縱向單位長度計)：五、穩(wěn)定性分析與計算五、穩(wěn)定性分析與計算1.直線滑動面法直線滑動面法：2、圓弧滑動面條分法 瑞典圓弧滑動面條分法是將假定滑動面以上的土體分成n個垂直土條，對作用于各土條上的力和力矩平衡分析，求出在極限平衡狀態(tài)下土體穩(wěn)定的安全系數(shù)。該法由于忽略土條之間的相互作用力的影

18、響，因此是條分法中最簡單的一種方法。首先要確定最危險滑動圓弧的形狀，即首先要找出最危險滑動圓弧的滑動圓心，然后找坡角圓即可畫出最危險滑動圓弧。欲找出K值最小的最危險滑動圓弧，可根據(jù)不同的土質(zhì)采用不同的方法： 最危險的滑動圓弧為坡腳圓，可按下述步驟求最危險滑動圓弧的滑動圓心： a、根據(jù)坡角查出坡底角1和坡頂角2 b、在坡底和坡頂分別畫出坡底角和坡頂角，兩線的交點即最危險滑動圓弧的滑動圓心。 內(nèi)摩擦角=0的高塑性粘土：坡角坡角坡底角坡底角1坡頂角坡頂角2坡角坡角坡底角坡底角1坡頂角坡頂角29033403026367532402634253560294015243745283811192537334726351、4.5H法 內(nèi)摩擦角 0的土可按4.5H法或36 線法確定 a、根據(jù)上法找出圓心O；