邊坡穩(wěn)定性分析

1、第9章 邊坡穩(wěn)定性分析學(xué)習(xí)指導(dǎo)：本章介紹了邊坡的破壞類型，即：巖崩和巖滑；著重介紹了邊坡穩(wěn)定性分析與評(píng)價(jià)基本方法，包括圓弧法巖坡穩(wěn)定分析、平面滑動(dòng)法巖坡穩(wěn)定分析、雙平面滑動(dòng)巖坡穩(wěn)定分析、力多邊形法巖坡穩(wěn)定分析及近代理論計(jì)算法；介紹了巖坡處理的措施。重 點(diǎn)：1邊坡的變形與破壞類型；2影響邊坡穩(wěn)定性的因素；3邊坡穩(wěn)定性分析與評(píng)價(jià)。9.1 邊坡的變形與破壞類型 概述 隨著社會(huì)進(jìn)步及經(jīng)濟(jì)發(fā)展，越來越多地在工程活動(dòng)中涉及邊坡工程問題，通過長(zhǎng)期的工程實(shí)踐，工程地質(zhì)工作者已對(duì)邊坡工程形成了比較完善的理論體系，并通過理論對(duì)人類工程活動(dòng)，進(jìn)行有效地指導(dǎo)。近年來，隨著環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增加及國(guó)際減輕自然災(zāi)害十年來的開

2、展，人類已認(rèn)識(shí)到：邊坡誕生不僅僅是其本身的歷史發(fā)展，而是與人類活動(dòng)密切相關(guān)；人類在進(jìn)行生產(chǎn)建設(shè)的同時(shí)，必須顧及到邊坡的環(huán)境效應(yīng)，并且把人類的發(fā)展置于環(huán)境之中，因而相繼開展了工程活動(dòng)與地質(zhì)環(huán)境相互作用研究領(lǐng)域，在這些領(lǐng)域中，邊坡作為地質(zhì)工程的分支之一，一直是人們研究的重點(diǎn)課題之一。在水電、交通、采礦等諸多的領(lǐng)域，邊坡工程都是整體工程不可分割的部分，為保證工程運(yùn)行安全及節(jié)約經(jīng)費(fèi)，廣大學(xué)者對(duì)邊坡的演化規(guī)律、邊坡穩(wěn)定性及滑坡預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)等進(jìn)行了廣泛研究。然而，隨著人類工程活動(dòng)的規(guī)模擴(kuò)大及經(jīng)濟(jì)建設(shè)的急劇發(fā)展，邊坡工程中普遍出現(xiàn)了高陡邊坡穩(wěn)定性及大型災(zāi)害性滑坡預(yù)測(cè)問題。在我國(guó)，目前的露天采礦的人工邊坡已高達(dá)3

3、00500m，而水電工程中遇到的天然邊坡高度已達(dá)5001000米，其中涉及的工程地質(zhì)問題極為復(fù)雜，特別是在西南山區(qū)，邊坡的變形、破壞極為普遍，滑坡災(zāi)害已成為一種常見的危害人民生命財(cái)產(chǎn)安全及工程正常運(yùn)營(yíng)的地質(zhì)災(zāi)害。 因此，廣大工程地質(zhì)和巖石力學(xué)工作者對(duì)此問題進(jìn)行了長(zhǎng)期不懈的探索研究，取得了很大的進(jìn)展；從初期的工程地質(zhì)類比法、歷史成因分析法等定性研究發(fā)展到極限平衡法、數(shù)值分析法等定量分析法，進(jìn)而發(fā)展到系統(tǒng)分析法、可靠度方法灰色系統(tǒng)方法等不確定性方法，同時(shí)輔以物理模擬方法，并且誕生了工程地質(zhì)力學(xué)理論、巖(土)體結(jié)構(gòu)控制論等，這些無疑為邊坡工程及滑坡預(yù)報(bào)研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為人類工程建設(shè)做出了重大貢

4、獻(xiàn)。在工程中常要遇到巖坡穩(wěn)定的問題，例如在大壩施工過程中，壩肩開挖破壞了自然坡腳，使得巖體內(nèi)部應(yīng)力重新分布，常常發(fā)生巖坡的不穩(wěn)定現(xiàn)象。又如在引水隧洞的進(jìn)出口部位的邊坡、溢洪道開挖的邊坡、渠道的邊坡以及公路、鐵路、采礦工程等等都會(huì)遇到巖坡穩(wěn)定的問題。如果巖坡由于力過大和強(qiáng)度過低，則它可以處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，一部分巖體向下或向外坍滑，這一種現(xiàn)象叫做滑坡?；略斐晌：艽螅瑸榇嗽谑┕で?，必須做好穩(wěn)定分析工作。 巖坡不同于一般土質(zhì)邊坡，其特點(diǎn)是巖體結(jié)構(gòu)復(fù)雜、斷層、節(jié)理、裂隙互相切割，塊體極不規(guī)則，因此巖坡穩(wěn)定有其獨(dú)特的性質(zhì)。它同巖體的結(jié)構(gòu)、塊體密度和強(qiáng)度、邊坡坡度、高度、巖坡表面和頂部所受荷載，邊坡的滲

5、水性能，地下水位的高低等有關(guān)。 巖體內(nèi)的結(jié)構(gòu)面，尤其是軟弱結(jié)構(gòu)面的的存在，常常是巖坡不穩(wěn)定的主要因素。大部分巖坡在喪失穩(wěn)定性時(shí)的滑動(dòng)面可能有三種。一種是沿著巖體軟弱巖層滑動(dòng)；另一種是沿著巖體中的結(jié)構(gòu)面滑動(dòng)；此外，當(dāng)這兩種軟弱面不存在時(shí)，也可能在巖體中滑動(dòng)，但主要的是前面兩種情況較多。在進(jìn)行巖坡分析時(shí)，應(yīng)當(dāng)特別注意結(jié)構(gòu)面和軟弱層的影響。 軟弱巖層主要是粘土頁(yè)巖、凝灰?guī)r、泥灰?guī)r、云母片巖、滑石片巖以及含有巖鹽或石膏成分的巖層。這類巖層遇水浸泡后易軟化，強(qiáng)度大大地降低，形成軟弱層。在堅(jiān)硬的巖層中(如石英巖、砂巖等等)應(yīng)當(dāng)查明有無這類軟弱夾層存在。 結(jié)構(gòu)面包括沉積作用的層面、假整合面、不整合面；火成巖

6、侵入結(jié)構(gòu)面以及冷縮結(jié)構(gòu)面；變質(zhì)作用的片理，構(gòu)造作用的斷裂結(jié)構(gòu)面等等。巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析時(shí)，應(yīng)當(dāng)研究巖體中應(yīng)力場(chǎng)和各種結(jié)構(gòu)面的組合關(guān)系。巖坡的滑動(dòng)就是在應(yīng)力作用下巖體破壞了平衡而沿著某種面(很可能是結(jié)構(gòu)面)產(chǎn)生的。巖體的應(yīng)力是由巖體重量、滲透壓力、地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力以及外界因素，如地震慣性力、風(fēng)力、溫度應(yīng)力等所形成的邊坡剪應(yīng)力，這種剪應(yīng)力超過結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度就促使巖體沿著結(jié)構(gòu)面滑動(dòng)。有時(shí)沿某一結(jié)構(gòu)面滑動(dòng)，有時(shí)沿著多種結(jié)構(gòu)面所組合的滑動(dòng)面滑動(dòng)。通常以后者為多數(shù)。 結(jié)構(gòu)面中如夾有粘土或其它泥質(zhì)充填物，則就成為軟弱結(jié)構(gòu)面。地質(zhì)構(gòu)造作用形成的斷裂和節(jié)理在地殼表層是最多的，這種結(jié)構(gòu)面往往都夾有粘土或泥質(zhì)充填物，遇

7、水浸泡后，結(jié)構(gòu)面中的軟弱充填物就容易軟化，強(qiáng)度大大地降低，促使巖坡沿著它發(fā)生滑動(dòng)。因此，巖坡分析中，對(duì)結(jié)構(gòu)面，特別是軟弱結(jié)構(gòu)面的類型、性質(zhì)、組合形式、分布特征以有及由各種軟弱面切割后的塊體形等進(jìn)行仔細(xì)分析是十分重要的。 巖坡的破壞類型 巖坡的破壞類型從形態(tài)上來看可分為巖崩和巖滑兩種。巖崩一般發(fā)生在邊坡過陡的巖坡中，這時(shí)大塊的巖體與巖坡分離而向前傾倒，如圖9-1(a)所示，或者坡頂巖體因某種原因脫落而在坡腳下堆積，見圖9-1(b)、(c)，它經(jīng)常產(chǎn)生于坡頂裂隙發(fā)育的地方。其起因或由于風(fēng)化等原因減弱了節(jié)理面的凝聚力，或由于雨水進(jìn)入裂隙產(chǎn)生水壓力所致；或者也可能由于氣溫變化、凍融松動(dòng)巖石的結(jié)果；其它

8、如植物根造成膨脹壓力、地震、雷擊等都可造成巖崩現(xiàn)象。巖滑是指一部分巖體沿著巖體較深處某種面的滑動(dòng)。巖滑可分為平面滑動(dòng)、楔形滑動(dòng)以及旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)。平面滑動(dòng)是一部分巖體在重力作用下沿著某一軟面(層面、斷層、裂隙)的滑動(dòng)，見圖9-2(a)，滑動(dòng)面的傾角必大于該平面的內(nèi)摩擦角。平面滑動(dòng)不僅滑體克服了底部的阻力，而且也克服了兩側(cè)的阻力。在軟巖中(例如頁(yè)巖)，如底部?jī)A角遠(yuǎn)陡于內(nèi)摩擦角，則巖石本身的破壞即可解除側(cè)邊約束，從而產(chǎn)生平面滑動(dòng)。而在硬巖中，如果不連續(xù)面橫切坡頂，邊坡上巖石兩側(cè)分離，則也能發(fā)生平面滑動(dòng)。楔形滑動(dòng)是巖體沿兩組(或兩組以上)的軟弱面滑動(dòng)的現(xiàn)象，見圖9-2(b)。在挖方工程中，如果兩個(gè)不連續(xù)面

9、的交線出露，則楔形巖體失去下部支撐作用而滑動(dòng)。法國(guó)馬爾帕塞壩的崩潰(1959年)就是巖基楔形滑動(dòng)的結(jié)果。旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)的滑動(dòng)面通常呈弧形狀，見圖9-2(c)，這種滑動(dòng)一般產(chǎn)生于非成層的均質(zhì)巖體中。 巖坡的滑動(dòng)過程一般可分為三個(gè)階段。初期是蠕動(dòng)變形階段，這一階段中坡面和坡頂出現(xiàn)拉張裂縫并逐漸加長(zhǎng)和加寬，滑坡前緣有時(shí)出現(xiàn)擠出現(xiàn)象，地下水位發(fā)生變化，有時(shí)會(huì)發(fā)出響聲。第二階段是滑動(dòng)破壞階段，此時(shí)滑坡后緣迅速下陷，巖體以極大的速度向下滑動(dòng)，此一階段往往造成極大的危害。最后是逐漸穩(wěn)定階段，這一階段中，疏松的滑體逐漸壓密，滑體上的草木逐漸生長(zhǎng)，地下水滲出由渾變清等。 在進(jìn)行巖坡穩(wěn)定性分析時(shí)，首先應(yīng)當(dāng)查明巖坡可能的

10、滑動(dòng)類型，然后對(duì)不同類型采用相應(yīng)的分析方法。嚴(yán)格而言，巖坡滑動(dòng)大多屬空間滑動(dòng)類型，然后對(duì)只有一個(gè)平面構(gòu)成的滑裂面或者滑裂面由多個(gè)平面組成而這些面的走向又大致平行者，且沿著走向長(zhǎng)度大于坡高時(shí)，則也可按平面滑動(dòng)進(jìn)行分析，其結(jié)果偏于安全方面，在平面分析中，常常把滑動(dòng)面進(jìn)行穩(wěn)定驗(yàn)算。本章從第四節(jié)起將分別闡述各種分析方法。 經(jīng)驗(yàn)證明，許多滑坡的發(fā)生都與巖體內(nèi)的滲水作用有關(guān)，這是由于巖體內(nèi)滲水后巖石強(qiáng)度惡化和應(yīng)力增加的緣故。因此，做好巖坡的排水工作是防止滑坡的手段之一。意大利瓦依昂(Vajont)水庫(kù)巖坡滑動(dòng)而造成的事故是聞名于全世界的。水庫(kù)的岸坡由分層的石灰?guī)r組成，水庫(kù)蓄水后在1960年10月就發(fā)現(xiàn)上坡

11、附近有主要裂隙，同時(shí)直接在沿河的陡坡上曾經(jīng)發(fā)生過一次較小的滑坡，從該時(shí)起，這整個(gè)區(qū)域都處于運(yùn)動(dòng)中，這運(yùn)動(dòng)的速度為每天若干個(gè)十分之一毫米到十毫米以上。在1963年10月9日夜晚，岸坡發(fā)生驟然的崩坍，在一分多鐘時(shí)間內(nèi)大約有2.5億立方米的巖石崩入水庫(kù)，頓時(shí)造成高達(dá)150米到250米的水浪，洪水漫過270米高的拱壩，致使下游的郎加朗市鎮(zhèn)遭到了毀滅性的破壞，2400多人死亡。 圖9-3 瓦依昂滑坡斷面圖1-滑前地面;2-滑后地面;3-滑面;4-斷層;5-洼地在圖9-3上示有瓦依昂山坡崩坍的二個(gè)斷面圖。由此看來，巖坡崩坍所造成的事故是危害極大的，必須嚴(yán)加防止。因此設(shè)計(jì)之前應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)工程地質(zhì)的勘測(cè)工作，以及

12、在設(shè)計(jì)時(shí)做好巖坡穩(wěn)定分析工作。 圖9-4 康德斯特格隧洞1-山崩;2-壓力隧洞;3-滲水;4-泉水;5-透水巖石;6-不透水巖石 圖9-4表示康德斯特格(Kandersteg)隧洞由于滲水作用巖坡山崩而失事的例子。 隧洞原來設(shè)計(jì)為無壓隧洞，但后來卻成為有壓隧洞。中等程度的水壓力使襯砌造成裂縫。隧洞中的水從裂縫中滲出，流過透水層最后聚集在不透水巖層的頂部(圖9-4)。在山坡底部流出一股泉水，滲水使巖石性質(zhì)惡化，山坡變?yōu)椴环€(wěn)定而造成山體崩滑，使附近居民的生命財(cái)產(chǎn)受到很大的損失。這次失事，主要是襯砌部分受力過高而地質(zhì)條件又不好而引起的。巖石中的滲水是這次事故中的外因，巖石強(qiáng)度不夠是內(nèi)因，外因通過內(nèi)因

13、而起作用，滲水使巖石強(qiáng)度降低，造成了這次事故。這是一個(gè)典型的例子，可以說明許多類似失事的原因。9.2 影響邊坡穩(wěn)定性的因素 影響邊坡穩(wěn)定性的因素主要有內(nèi)在因素和外部因素兩方面，內(nèi)在因素包括組成邊坡的地貌特征、巖土體的性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、巖土體結(jié)構(gòu)、巖體初始應(yīng)力等。外部因素包括水的作用、地震、巖體風(fēng)化程度、工程荷載條件及人為因素。內(nèi)在因素對(duì)邊坡的穩(wěn)定性起控制作用，外部因素起誘發(fā)破壞作用。 1)巖土性質(zhì)和類型 巖性對(duì)邊坡的穩(wěn)定及其邊坡的坡高和坡角起重要的控制作用。堅(jiān)硬完整的塊狀或厚層狀巖石如花崗巖、石灰?guī)r、礫巖等可以形成數(shù)百米的陡坡，如長(zhǎng)江三峽峽谷。而在淤泥或淤泥質(zhì)軟土地段，由于淤泥的塑性流動(dòng)，幾乎難

14、以開挖渠道，邊坡隨挖隨塌，難以成形。黃土邊坡在干旱時(shí)，可以直立陡峻，但一經(jīng)水浸土的強(qiáng)度大減，變形急劇，滑動(dòng)速度快，規(guī)模和動(dòng)能巨大，破壞力強(qiáng)且有崩塌性。松散地層邊坡的坡度較緩。 不同的巖層組成的邊坡，其變形破壞也有所不同，在黃土地區(qū)，邊坡的變形破壞形式以滑坡為主；在花崗巖、厚層石灰?guī)r、沙巖地區(qū)則以崩塌為主；在片巖、板巖、千枚巖地區(qū)則往往產(chǎn)生表層撓曲和傾倒等蠕動(dòng)變形。在碎屑巖及松散土層地區(qū)，則產(chǎn)生碎屑流或泥石流等。 2)地質(zhì)構(gòu)造和巖體結(jié)構(gòu)的影響 在區(qū)域構(gòu)造比較復(fù)雜，褶皺比較強(qiáng)烈，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)比較活動(dòng)的地區(qū)，邊坡穩(wěn)定性差。斷層帶巖石破碎，風(fēng)化嚴(yán)重，又是地下水最豐富和活動(dòng)的地區(qū)極易發(fā)生滑坡。巖層或結(jié)構(gòu)的

15、產(chǎn)狀對(duì)邊坡穩(wěn)定也有很大影響，水平巖層的邊坡穩(wěn)定性較好，但存在陡傾的節(jié)理裂隙，則易形成崩塌和剝落。同向緩傾的巖質(zhì)邊坡(結(jié)構(gòu)面傾向和邊坡坡面傾向一致，傾角小于坡角)的穩(wěn)定性比反向傾斜的差，這種情況最易產(chǎn)生順層滑坡。結(jié)構(gòu)面或巖層傾角愈陡，穩(wěn)定性愈差。如巖層傾角小于10°15°的邊坡，除沿軟弱夾層可能產(chǎn)生塑性流動(dòng)外，一般是穩(wěn)定的；大于25°的邊坡，通常是不穩(wěn)定的；傾角在15°25°的邊坡，則根據(jù)層面的抗剪強(qiáng)度等因素而定。同向陡傾層狀結(jié)構(gòu)的邊坡，一般穩(wěn)定性較好，但由薄層或軟硬巖互層的巖石組成，則可能因蠕變而產(chǎn)生撓曲彎折或傾倒。反向傾斜層狀結(jié)構(gòu)的邊坡通常較

16、穩(wěn)定，但垂直層面或片理面的走向節(jié)理發(fā)育且順山坡傾斜，則亦易產(chǎn)生切層滑坡。 3)水的作用 地表水和地下水是影響邊坡穩(wěn)定性的重要因素。不少滑坡的典型實(shí)例都與水的作用有關(guān)或者水是滑坡的觸發(fā)因素，處于水下的透水邊坡將承受水的浮托力的作用，而不透水的邊坡，將承受靜水壓力；充水的張開裂隙將承受裂隙水靜水壓力的作用；地下水的滲流，將對(duì)邊坡巖土體產(chǎn)生動(dòng)水壓力。水對(duì)邊坡巖體還產(chǎn)生軟化或泥化作用，使巖土體的抗剪強(qiáng)度大為降低；地表水的沖刷，地下水的溶蝕和潛蝕也直接對(duì)邊坡產(chǎn)生破壞作用。不同結(jié)構(gòu)類型的邊坡，有其自身特有的水動(dòng)力模型。 (1) 靜水壓力 作用于邊坡的靜水壓力主要包括兩種情況：其一是當(dāng)邊坡被水庫(kù)淹沒時(shí)，庫(kù)水

17、對(duì)邊坡面所產(chǎn)生的靜水壓力；其二是當(dāng)裂隙巖石邊坡的張裂隙充水時(shí)，裂隙中的水壓力。 邊坡坡面上的靜水壓力：當(dāng)邊坡被水淹沒，而邊坡的表部相對(duì)不透水時(shí)，坡面上將受一定的靜水壓力，靜水壓力的方向與坡面正交。當(dāng)邊坡的滑動(dòng)面(軟弱結(jié)構(gòu)面)的傾角小于坡角時(shí)，則坡面靜水壓力傳到滑動(dòng)面上的切向分量為抗滑力，對(duì)邊坡穩(wěn)定有利。當(dāng)時(shí)，則切向分量為下滑力，則不利于邊坡的穩(wěn)定。 邊坡裂隙靜水壓力：有張裂隙發(fā)育的巖石邊坡以及長(zhǎng)期干旱的裂隙粘土邊坡，如果因降雨或地下水活動(dòng)使裂隙充水，則裂隙面將承受靜水壓力(圖9-5)。靜水壓力的作用方向與裂隙面相垂直，其大小與裂隙水水頭有關(guān)。對(duì)部分充水的高角度裂隙，裂隙靜水壓力w(取單寬坡體)

18、為： (9-1)式中：H 裂隙水的水頭； L 裂隙充水的長(zhǎng)度； 水的塊體密度。 圖9-5 裂隙靜水壓力 圖9-6 裂隙靜水壓力分布的不同情況 1出口節(jié)理敞開；2出口節(jié)理閉合 由于裂隙水活動(dòng)的不規(guī)律性，巖體中的地下水位通常不是圓滑的曲線。在相鄰裂隙的地下水位不同時(shí)，地下水位高的裂隙較地下水位低的裂隙承受較大的靜水壓力，這種靜水壓力的差別，有時(shí)是使邊坡失穩(wěn)的原因之一。 由于地下水出口節(jié)理裂隙敞開情況不同，也影響裂隙水壓力的大小，因而影響邊坡的穩(wěn)定。如圖9-6所示，出口節(jié)理張開，地下水位低，裂隙水壓力小；出口節(jié)理閉合，透水性差，則地下水位高，裂隙水壓力大。如作用在巖塊底部滑面上的靜水壓力，有時(shí)可使覆

19、巖塊隆脹(靜水壓力等于上覆巖塊重)，而使邊坡穩(wěn)定嚴(yán)重惡化。 (2)浮托力 處于水下的透水邊坡，承受浮托力的作用，使坡體的有效重量減輕，這對(duì)邊坡的穩(wěn)定不利。不少水庫(kù)周圍松散堆積層邊坡，在水庫(kù)蓄水時(shí)發(fā)生變形，浮托力的影響是原因之一。對(duì)處于極限穩(wěn)定狀態(tài)，依靠坡腳巖體重量保持暫時(shí)穩(wěn)定的邊坡，坡腳被水淹沒后，浮托力對(duì)邊坡穩(wěn)定的影響就更加顯著。 (3)動(dòng)水壓力 動(dòng)水壓力是地下水在流動(dòng)過程中所施加于巖土體顆粒上的力。它是一種體積力，其數(shù)值為： (9-2)其中： 流動(dòng)水體體積； 水的塊體密度； I 水力梯度。 動(dòng)水壓力的方向和水流方向平行，在近似計(jì)算中，多假定與地下水面或滑面平行，如果動(dòng)水壓力方向和滑體滑動(dòng)方

20、向不一致，則應(yīng)分解為垂直和平行于滑面的兩個(gè)分量參與穩(wěn)定計(jì)算。在邊坡穩(wěn)定的實(shí)際計(jì)算中，由于滲流方向不是定值，且水力梯度不易精確確定，一般則作簡(jiǎn)化假定，以采用不同的滑體塊體密度將動(dòng)水壓力的影響計(jì)入。即在地下水位以下靜水位以上有滲流活動(dòng)的滑體，計(jì)算下滑力時(shí)，采用飽和塊體密度；計(jì)算抗滑力時(shí)，采用浮塊體密度。 4) 工程荷載 在水利水電工程中，工程荷載的作用影響邊坡的穩(wěn)定性。例如，拱壩壩肩承受的拱端推力、邊坡坡頂附近修建大型水工建筑物引起的坡頂超載、壓力隧洞內(nèi)水壓力傳遞給邊坡的裂隙水壓力、庫(kù)水對(duì)庫(kù)岸的浪擊淘涮力、為加固邊坡所施加的力，如預(yù)應(yīng)力錨桿時(shí)所加的預(yù)應(yīng)力等都影響邊坡的穩(wěn)定性。由于工程的運(yùn)行也可能間

21、接地影響邊坡的穩(wěn)定，例如由引水隧洞運(yùn)行中的水錘作用，使隧洞圍巖承受超靜水荷載，引起出口邊坡開裂變形等。 5）地震作用 地震對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響表現(xiàn)為累積和觸發(fā)(誘發(fā))等兩方面效應(yīng)。 (1)累積效應(yīng) 邊坡中由地震引起的附加力S的大小，通常以邊坡變形體的重量W與地震振動(dòng)系數(shù)k之積表示(S=kW)。在一般邊坡穩(wěn)定性計(jì)算中，將地震附加力考慮為水平指向坡外的力。但實(shí)際上應(yīng)以垂直與水平地震力的合力的最不利方向?yàn)橛?jì)算依據(jù)?？偽灰屏康拇笮〔粌H與震動(dòng)強(qiáng)度有關(guān)，也與經(jīng)歷的震動(dòng)次數(shù)有關(guān)，頻繁的小震對(duì)斜坡的累進(jìn)性破壞起著十分重要的作用，其累積效果使影響范圍內(nèi)巖體結(jié)構(gòu)松動(dòng)，結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度降低。 (2)觸發(fā)(誘發(fā))效應(yīng) 觸發(fā)效

22、應(yīng)可有多種表現(xiàn)形式。在強(qiáng)震區(qū)，地震觸發(fā)的崩塌、滑坡往往與斷裂活動(dòng)相聯(lián)系。高陡的陡傾層狀邊坡，震動(dòng)可促進(jìn)陡傾結(jié)構(gòu)面(裂縫)的擴(kuò)展，并引起陡立巖層的晃動(dòng)。它不僅可引發(fā)裂縫中的空隙水壓力(尤其是在暴雨期)激增而導(dǎo)致破壞，也可因晃動(dòng)造成巖層根部巖體破碎而失穩(wěn)。 碎裂狀或碎塊狀邊坡，強(qiáng)烈的震動(dòng)(包括人工爆破)甚至可使之整體潰散，發(fā)展為滑塌式滑坡。結(jié)構(gòu)疏松的飽和砂土受震液化或敏感粘土受震變形，也可導(dǎo)致上覆土體產(chǎn)生滑坡。海底斜坡失穩(wěn)，不少也與地震造成飽水固結(jié)土體的液化有關(guān)，這也是為什么在十分平緩的海底斜坡中會(huì)產(chǎn)生滑坡的重要原因之一。 我國(guó)巖質(zhì)邊坡工程實(shí)踐中，為量化評(píng)價(jià)爆破的影響，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)采取降低計(jì)算結(jié)構(gòu)面的

23、抗剪強(qiáng)度的方法實(shí)施，f值降低15%30%，c值降低20%40%。理論計(jì)算，降低的低值和高值分別相當(dāng)于地震烈度度和度時(shí)造成的影響。9.3 邊坡穩(wěn)定分析與評(píng)價(jià)隨著人類工程活動(dòng)向更深層次發(fā)展，在經(jīng)濟(jì)建設(shè)過程中，遇到了大量的邊坡工程，且規(guī)模越來越大，其重要程度也越高，有時(shí)會(huì)影響人類工程活動(dòng)；并且人們更注重由于邊坡失穩(wěn)造成的地質(zhì)災(zāi)害，故邊坡穩(wěn)定性研究一直是重中之重。邊坡穩(wěn)定性分析與評(píng)價(jià)的目的，一是對(duì)與工程有關(guān)的天然邊坡穩(wěn)定性作出定性和定量評(píng)價(jià)；二是要為合理地設(shè)計(jì)人工邊坡和邊坡變形破壞的防治措施提供依據(jù)。邊坡穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)的方法主要有：地質(zhì)分析法(歷史成因分析法)、力學(xué)計(jì)算法、工程地質(zhì)類比法、過程機(jī)制分析

24、法、理論體邊坡已有的變形跡象，闡明其形成演變機(jī)制。分析中要特別注意變形模式的轉(zhuǎn)化標(biāo)志，它往往是失穩(wěn)的前兆。邊坡穩(wěn)定性分析方法很多，簡(jiǎn)要?dú)w納如下。 邊坡穩(wěn)定性分析方法簡(jiǎn)介1）定性分析方法主要是分析影響邊坡穩(wěn)定性的主要因素、失穩(wěn)的力學(xué)機(jī)制、變形破壞的可能方式及工程的綜合功能等，對(duì)邊坡的成因及演化歷史進(jìn)行分析，以此評(píng)價(jià)邊坡穩(wěn)定狀況及其可能發(fā)展趨勢(shì)。該方法的優(yōu)點(diǎn)是綜合考慮影響邊坡穩(wěn)定性的因素，快速地對(duì)邊坡的穩(wěn)定性做出評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)。常用的方法有：（1） 地質(zhì)分析法（歷史成因分析法）根據(jù)邊坡的地形地貌形態(tài)、地質(zhì)條件和邊坡變形破壞的基本規(guī)律，追溯邊坡演變的全過程，預(yù)測(cè)邊坡穩(wěn)定性發(fā)展的總趨勢(shì)及其破壞方式，從而對(duì)

25、邊坡的穩(wěn)定性做出評(píng)價(jià)，對(duì)已發(fā)生過滑坡的邊坡，則判斷其能否復(fù)活或轉(zhuǎn)化。（2） 工程地質(zhì)類比法其實(shí)質(zhì)是把已有的自然邊坡或人工邊坡的研究設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用到條件相似的新邊坡的研究和人工邊坡的研究設(shè)計(jì)中去。需要對(duì)已有邊坡進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查研究，全面分析工程地質(zhì)因素的相似性和差異性，分析影響邊坡變形發(fā)展的主導(dǎo)因素的相似性和差異性，同時(shí)，還應(yīng)考慮工程的類別、等級(jí)及其對(duì)邊坡的特定要求等。它雖然是一種經(jīng)驗(yàn)方法，但在邊坡設(shè)計(jì)中，特別是在中小型工程的設(shè)計(jì)中是很通用的方法。（3）圖解法圖解法可以分為兩類： 用一定的曲線和偌謨圖來表征邊坡有關(guān)參數(shù)之間的定量關(guān)系，由此求出邊坡穩(wěn)定性系數(shù)，或已知穩(wěn)定系數(shù)及其它參數(shù)（、c、r、結(jié)構(gòu)面

26、傾角、坡角、坡高）僅一個(gè)未知的情況下，求出穩(wěn)定坡角或極限坡高。這是力學(xué)計(jì)算的簡(jiǎn)化。 利用圖解求邊坡變形破壞的邊界條件，分析軟弱結(jié)構(gòu)面的組合關(guān)系，分析滑體的形態(tài)、滑動(dòng)方向，評(píng)價(jià)邊坡的穩(wěn)定程度，為力學(xué)計(jì)算創(chuàng)造條件。常用的為赤平極射投影分析法及實(shí)體比例投影法。（4）邊坡穩(wěn)定專家系統(tǒng)工程地質(zhì)領(lǐng)域最早研制出的專家系統(tǒng)是用于地質(zhì)勘察的專家系統(tǒng) Propecter，由斯坦福大學(xué)于70年代中期完成的。另外，MIT在80 年代中期研制的測(cè)井資料咨詢的專家系統(tǒng)也得到成功地應(yīng)用。在國(guó)內(nèi)，許多單位正在進(jìn)行研制，并取得了很多的成果。專家系統(tǒng)使得一般工程技術(shù)人員在解決工程地質(zhì)問題時(shí)能象有經(jīng)驗(yàn)的專家給出比較正確的判斷并做出

27、結(jié)論，因此，專家系統(tǒng)的應(yīng)用為工程地質(zhì)的發(fā)展提供了一條新思路。2） 定量評(píng)價(jià)方法實(shí)質(zhì)是一種半定量的方法，雖然評(píng)價(jià)結(jié)果表現(xiàn)為確定的數(shù)值，但最終判定仍依賴人為的判斷。目前，所有定量的計(jì)算方法都是基于定性方向之上。（1） 極限平衡法極限平衡法在工程中應(yīng)用最為廣泛，這個(gè)方法以摩爾庫(kù)侖抗剪強(qiáng)度理論為基礎(chǔ)，將滑坡體劃分為若干條塊，建立作用在這些條塊上的力的平衡方程式，求解安全系數(shù)。這個(gè)方法，沒有象傳統(tǒng)的彈、塑性力學(xué)那樣引入應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系來求解本質(zhì)上為靜不定的問題，而是直接對(duì)某些多余未知量作假定，使得方程式的數(shù)量和未知數(shù)的數(shù)量相等，因而使問題變得靜定可解。根據(jù)邊坡破壞的邊界條件，應(yīng)用力學(xué)分析的方法，對(duì)可能發(fā)生的

28、滑動(dòng)面，在各種荷載作用下進(jìn)行理論計(jì)算和抗滑強(qiáng)度的力學(xué)分析。通過反復(fù)計(jì)算和分析比較，對(duì)可能的滑動(dòng)面給出穩(wěn)定性系數(shù)。剛體極限平衡分析方法很多，在處理上，各種條分法還在以下幾個(gè)方面引入簡(jiǎn)化條件：（1）對(duì)滑裂面的形狀作出假定，如假定滑裂面形狀為折線、圓弧、對(duì)數(shù)螺旋線等；（2）放松靜力平衡要求，求解過程中僅滿足部分力和力矩的平衡要求；（3）對(duì)多余未知數(shù)的數(shù)值和分布形狀做假定。該方法比較直觀、簡(jiǎn)單，對(duì)大多數(shù)邊坡的評(píng)價(jià)結(jié)果比較令人滿意。該方法的關(guān)鍵在于對(duì)滑體的范圍和滑面的形態(tài)進(jìn)行分析，正確選用的滑面計(jì)算參數(shù)，正確地分析滑體的各種荷載?；谠撛淼姆椒ê芏啵鐥l分法、圓弧法、Bishop法、Janbu法、不平

29、衡傳遞系數(shù)法等。 目前，剛體極限平衡方法已經(jīng)從二維發(fā)展到目前的三維。有關(guān)邊坡穩(wěn)定三維極限平衡方法，已有眾多文獻(xiàn)介紹研究成果。下面就幾種常用的方法做介紹。（2） 數(shù)值分析方法主要是利用某種方法求出邊坡的應(yīng)力分布和變形情況，研究巖體中應(yīng)力和應(yīng)變的變化過程，求得各點(diǎn)上的局部穩(wěn)定系數(shù)，由此判斷邊坡的穩(wěn)定性。主要有以下幾種：有限單元法（FEM）該方法是目前應(yīng)用最廣泛的數(shù)值分析方法。其解題步驟已經(jīng)系統(tǒng)化，并形成了很多通用的計(jì)算機(jī)程序。其優(yōu)點(diǎn)是部分地考慮了邊坡巖體的非均質(zhì)、不連續(xù)介質(zhì)特征，考慮了巖體的應(yīng)力應(yīng)變特征，因而可以避免將坡體視為剛體、過于簡(jiǎn)化邊界條件的缺點(diǎn)，能夠接近實(shí)際地從應(yīng)力應(yīng)變分析邊坡的變形破壞

30、機(jī)制，對(duì)了解邊坡的應(yīng)力分布及應(yīng)變位移變化很有利。其不足之處是：數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作量大，原始數(shù)據(jù)易出錯(cuò)，不能保證整個(gè)區(qū)域內(nèi)某些物理量的連續(xù)性；對(duì)解決無限性問題、應(yīng)力集中問題等其精度比較差。邊界單元法（BEM）該方法只需對(duì)已知區(qū)的邊界極限離散化，因此具有輸入數(shù)據(jù)少的特點(diǎn)。由于對(duì)邊界極限離散，離散化的誤差僅來源于邊界，區(qū)域內(nèi)的有關(guān)物理量是用精確的解析公式計(jì)算的，故邊界元法的計(jì)算精度較高，在處理無限域方面有明顯的優(yōu)勢(shì)。其不足之處為：一般邊界元法得到的線性方程組的關(guān)系矩陣是不對(duì)稱矩陣，不便應(yīng)用有限元中成熟的對(duì)稀疏對(duì)稱矩陣的系列解法。另外，邊界元法在處理材料的非線性和嚴(yán)重不均勻的邊坡問題方面，遠(yuǎn)不如有限元法。離

31、散元法（DEM）是由Cundall（1971）首先提出的。該方法利用中心差分法解析動(dòng)態(tài)松弛求解，為一種顯式解法，不需要求解大型矩陣，計(jì)算比較簡(jiǎn)便，其基本特征在于允許各個(gè)離散塊體發(fā)生平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、甚至分離，彌補(bǔ)了有限元法或邊界元法的介質(zhì)連續(xù)和小變形的限制。因此，該方法特別適合塊裂介質(zhì)的大變形及破壞問題的分析。其缺點(diǎn)是計(jì)算時(shí)步需要很小，阻尼系數(shù)難以確定等。離散單元法可以直觀地反映巖體變化的應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)及速度場(chǎng)等各個(gè)參量的變化，可以模擬邊坡失穩(wěn)的全過程。塊體理論（BT）是由Goodman和Shi（1985）提出的，該方法利用拓?fù)鋵W(xué)和群論評(píng)價(jià)三維不連續(xù)巖體穩(wěn)定性。其建立在構(gòu)造地質(zhì)和簡(jiǎn)單的力學(xué)平衡計(jì)算的

32、基礎(chǔ)上。利用塊體理論能夠分析節(jié)理系統(tǒng)和其它巖體不連續(xù)系統(tǒng)，找出沿規(guī)定臨空面巖體的臨界塊體。塊體理論為三維分析方法，隨著關(guān)鍵塊體類型的確定，能找出具有潛在危險(xiǎn)的關(guān)鍵塊體在臨空面的位置及其分布。塊體理論不提供大變形下的解答，能較好地應(yīng)用于選擇邊坡開挖的方向和形狀。 圓弧法巖坡穩(wěn)定分析 對(duì)于均質(zhì)的以有及沒有斷裂面的巖坡，在一定條件下可看作平面問題，用圓弧法進(jìn)行穩(wěn)定分析。圓弧法是最簡(jiǎn)單的分析方法之一。 在用圓弧法進(jìn)行分析時(shí)，首先假定滑動(dòng)面為一圓弧(圖9-7)，把滑動(dòng)巖體看作為剛體，求滑動(dòng)面上的滑動(dòng)力及抗滑力，再求這兩個(gè)力對(duì)滑動(dòng)圓心的力矩?；瑒?dòng)力矩和抗滑力矩之比，即為該巖坡的穩(wěn)定安全系數(shù)： 如果，則沿著

33、這個(gè)計(jì)算滑動(dòng)面是穩(wěn)定的；如果1，則是不穩(wěn)定的；如果，則說明這個(gè)計(jì)算滑動(dòng)面處于極限平衡狀態(tài)。 由于假定計(jì)算滑動(dòng)面上的各點(diǎn)覆蓋巖石重量各不相同，因此，由巖石重量引起在滑動(dòng)面上各點(diǎn)的法向壓力也不同?？够χ械哪Σ亮εc法向應(yīng)力的大小有關(guān)，所以應(yīng)當(dāng)計(jì)算出假定滑動(dòng)面上各點(diǎn)的法向應(yīng)力。為此可以把滑弧內(nèi)的巖石分條，用所謂條分法進(jìn)行分析。 如圖9-7，把滑體分為n條，其中第i條傳給滑動(dòng)面上的重量為，它可以分解為二個(gè)力：一是垂直于圓弧的法向力，另一是切于圓弧的切向力。由圖可見： (9-3) 力通過圓心，其本身對(duì)巖坡滑動(dòng)不起作用。但是可使巖條滑動(dòng)面上產(chǎn)生摩擦力(為該弧所在的巖體的內(nèi)摩擦角)，其作用方向與巖體滑動(dòng)方向

34、相反，故對(duì)巖坡起著抗滑作用。此外，滑動(dòng)面上的凝聚力c也是起抗滑作用的，所以第i條巖條滑弧上的抗滑力為：因此第i條產(chǎn)生的抗滑力矩為： 式中 第i條滑弧所在巖層的凝聚力； 第i條滑弧所在巖層的內(nèi)摩擦角 第i條巖條的滑弧長(zhǎng)度。 同樣，對(duì)每一巖條進(jìn)行類似分析，可以得到總的抗滑力矩為： 式中 n 分條數(shù)目，圖9-6中等于6。 而滑動(dòng)面上總的滑動(dòng)力矩為： (9-4) 將式(9-4)及式(9-5)代入安全系數(shù)公式，得到假定滑動(dòng)面上的安全系數(shù)為 (9-5) 由于圓心和滑動(dòng)面是任意假定的，因此要假定多個(gè)圓心和相應(yīng)的滑動(dòng)面作類似的分析，進(jìn)行試算，從中找到最小的安全系數(shù)，即為真正的安全系數(shù)，其對(duì)應(yīng)的圓心和滑動(dòng)面即為

35、最危險(xiǎn)的圓心和滑動(dòng)面。 根據(jù)用圓弧法的大量計(jì)算結(jié)果，有人已經(jīng)繪制了如圖9-8所示的曲線，該曲線表示當(dāng)一定的任何物理力學(xué)性質(zhì)時(shí)坡高與坡角的關(guān)系。在圖上，橫軸表示坡角，縱軸表示坡高系數(shù)，表示均質(zhì)垂直巖坡的極限高度，亦即坡頂張裂縫的最大深度，用下式計(jì)算： (9-6) 利用這些曲線可以很快地決定坡高或坡角，其計(jì)算步驟如下： 1)根據(jù)巖體的性質(zhì)指標(biāo)(、)按(9-6)式確定； 2)如果已知坡角，需要求坡高，則在橫軸上找到已知坡角值的那點(diǎn)，自該點(diǎn)向上作一垂直線，相交于對(duì)應(yīng)已知內(nèi)摩擦角的曲線，得一交點(diǎn)，然后從這一點(diǎn)作一水平線交于縱軸，求得，將乘以，即得所要求的坡高H (9-7) 3)如果已知坡高H需要確定坡角

36、，則首先用下式確定 根據(jù)這個(gè)，從縱軸上找到相應(yīng)點(diǎn)，通過該點(diǎn)作一水平線相交于對(duì)應(yīng)已知的曲線，得一交點(diǎn)，然后從該交點(diǎn)作向下的垂直線交于橫軸，求得坡角。 例題 9-1 已知均質(zhì)巖坡的=26°，c=400千帕，=25千米/米3，問當(dāng)巖坡高度為300米時(shí)，坡角應(yīng)當(dāng)采用多少度？ 1)根據(jù)已知的巖石指標(biāo)計(jì)算米 2)計(jì)算 3)按照?qǐng)D9-7的曲線，根據(jù)=26°以及=5.9，求得為： 平面滑動(dòng)穩(wěn)定分析方法 1）平面滑動(dòng)的一般條件 巖坡沿著單一的平面發(fā)生滑動(dòng)，一般必須滿足下列幾何條件(見圖9-9)； （1）滑動(dòng)面的走向必須與坡面平行或接近平行(約在的范圍內(nèi))； （2）滑動(dòng)面必須在邊坡面露出，即滑

37、動(dòng)面的傾角必小于坡面的傾角，即； （3）滑動(dòng)面的傾角必大于該平面的摩擦角，即； （4）巖體中必須存在對(duì)于滑動(dòng)阻力很小的分離面，以定出滑動(dòng)的側(cè)面邊界。 2）平面滑動(dòng)分析 大多數(shù)巖坡在滑動(dòng)之前坡頂上或在坡面上出現(xiàn)張裂縫，如圖9-9所示。張裂縫中不可避免地還充有水，從而產(chǎn)生側(cè)向水壓力，使巖坡的穩(wěn)定性降低。在分析中往往作下列假定： 滑動(dòng)面及張裂縫的走向平行于坡面； 張裂縫垂直，其中充水深度為； 水沿張裂縫底進(jìn)入滑動(dòng)面滲漏，張裂縫底與坡趾間的長(zhǎng)度內(nèi)水壓力按線性變至零(如圖9-9所示的三角形分布)： 滑動(dòng)塊體重量W、滑動(dòng)面上水壓力U和張裂縫中水壓力V三均通過滑體的重心。換言之，假定沒有使巖塊轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩，破

38、壞只是由于滑動(dòng)。一般而言，忽視力矩造成的誤差可以忽略不計(jì)，但對(duì)于具有陡傾斜不連續(xù)面的陡邊坡要考慮可能產(chǎn)生傾倒破壞。 潛在滑動(dòng)面上的安全系數(shù)，要按極限平衡條件求得。這時(shí)，安全系數(shù)等于總抗滑力與總滑動(dòng)力之比，即 (9-8) 式中 L 滑動(dòng)面長(zhǎng)度(每單位寬度內(nèi)的面積)，它等于： (9-9) (9-10) (9-11) W按下列公式計(jì)算，當(dāng)張裂縫位于坡頂面時(shí)： (9-12) 當(dāng)張裂縫位于坡面上時(shí)： (9-13) 當(dāng)邊坡的幾何要素和張裂縫內(nèi)的水深為已知時(shí)，用上列這些公式計(jì)算安全系數(shù)很簡(jiǎn)單。但有時(shí)需要對(duì)不同的邊坡幾何要素、水深、不同抗剪強(qiáng)度的影響進(jìn)行比較，這時(shí)用上述方程式計(jì)算就相當(dāng)麻煩。為了簡(jiǎn)化起見，可以

39、將方程式(9-8)重新整理為下列的無量綱的形式： (9-14) 式中 (9-15) 當(dāng)張裂縫在坡頂面上時(shí)： (9-16) 當(dāng)張裂縫在坡面上時(shí)： (9-17) (9-18) (9-19) P、Q、R、S均為無量綱的，即它們只取決于邊坡的幾何要素，而不取決于邊坡尺寸。因此，當(dāng)凝聚力c=0時(shí)，安全系數(shù) 不取決于邊坡的具體尺寸。 圖9-10、圖9-11、圖9-12分別表示各種幾何要素的邊坡的P、S、Q的值，可供計(jì)算使用，兩種張裂縫的位置都包括在Q比值的圖解曲線中，所以不論邊坡外形如何，都不需檢查張裂縫的位置，就能求得Q值。但應(yīng)注意，張裂縫的深度一律從坡頂面算起。 例題 9-2 設(shè)有一巖石邊坡，高30.

40、5米，坡角，坡內(nèi)有一層面穿過，層面的傾角為。在邊坡坡頂面線8.8米處有一條張裂縫，其深度為Z=15.2米。巖石塊體密度為千牛頓/米3。層面的凝聚力千帕，內(nèi)摩擦角，求水深對(duì)邊坡安全系數(shù)的影響。 解 當(dāng)Z/H=0.5時(shí)，由圖9-10和圖9-12查得P=1.0和Q=0.36。 對(duì)于不同的，R(從式(9-17)和S(從圖9-10)的值為：1.00.50R0.1950.0980S0.260.130 又知。 所以，當(dāng)張裂縫中水深不同時(shí)，根據(jù)式(9-14)式計(jì)算的安全系數(shù)變化如下：1.00.500.771.101.34 將這些值繪成圖9-13的曲線，可見張裂縫中的水深對(duì)巖坡安全系數(shù)的影響很大。因此，采取措施

41、防止水從頂部進(jìn)入張裂縫，是提高安全系數(shù)的有效辦法。 雙平面滑動(dòng)巖坡穩(wěn)定分析 巖坡內(nèi)有兩條相交的結(jié)構(gòu)面，形成潛在的滑動(dòng)面（圖9-14）。上面的滑動(dòng)面的傾角大于結(jié)構(gòu)面內(nèi)摩擦角，即，設(shè)，則其上巖塊體有下滑的趨勢(shì)，從而通過接觸面將力傳遞給下面的塊體，今稱上面的巖塊體為主動(dòng)滑塊體。下面的潛在滑動(dòng)面的傾角小于結(jié)構(gòu)面的內(nèi)摩擦角，即，按原理下面的塊體是不致滑動(dòng)的，但是它受到了上面滑動(dòng)塊體傳來的力，使之也可能滑動(dòng)，今稱下面的巖塊體為被動(dòng)滑塊體。為了使巖體保持平衡，必須對(duì)巖體施加支撐力，該力與水平線成角。假設(shè)主動(dòng)塊體與被動(dòng)塊體之間的邊界面為垂直，對(duì)上、下兩滑動(dòng)體分別進(jìn)行圖9-14所示力系的分析，可以得到為極限平衡

42、而所需施加的支撐力： (9-20) 式中、以及分別為上面滑動(dòng)面、下滑動(dòng)面以及垂直滑動(dòng)面上所用的摩擦角；和分別為單位寬度主動(dòng)和被動(dòng)滑塊體的重量。 為了簡(jiǎn)單起見，假定所有摩擦角是相同的，即。 如果已知、和之值，則可以用下列方法確定巖坡的安全系數(shù)：首先用公式(9-19)確定保持極限平衡而所需要的摩擦角值(或)，然后將巖體結(jié)構(gòu)面上的設(shè)計(jì)彩的內(nèi)摩擦角值(或)與之比較，用下列公式確定安全系數(shù)： (9-21) 在開始滑動(dòng)的實(shí)際情況中，通過巖坡的位移測(cè)量可以確定出坡壩、坡趾以及其它各處的總位移的大小和方向。如果總位移量在整個(gè)巖坡中到處一樣，并且位移的方向是向外的和向下的，則可能是剛性滑動(dòng)的運(yùn)動(dòng)型式。于是，總位

43、移矢量的方向可以用來定出和的值，并且張裂縫的位置可確定和的值。假設(shè)安全系數(shù)為1，可以計(jì)算出(或)的值，比值即為方程(9-20)的根。今后如果在主動(dòng)區(qū)開挖或在被動(dòng)區(qū)填方或在被動(dòng)區(qū)進(jìn)行錨固，這些新條件下的所需的內(nèi)摩擦角(或)也可從式(9-20)得出。在新條件下的安全系數(shù)的增加也就不難求得。 力多邊形法巖坡穩(wěn)定分析 如圖9-15(a)所示，兩個(gè)或兩個(gè)以上多平面的滑動(dòng)或者其它形式的折線和不規(guī)則曲線的滑動(dòng)，都可以按照極限平衡條件，用力多邊形(分條圖解)法來進(jìn)行分析。 假定根據(jù)工程地質(zhì)分析，ABC是一個(gè)可能的滑動(dòng)面，將這個(gè)滑動(dòng)區(qū)域(簡(jiǎn)稱為滑楔)用垂直線劃分為若干巖條，對(duì)于每一巖條都考慮到相鄰巖條的反作用力

44、，并繪制每一巖條的力多邊形。以第i條為例，巖條上作用著下列各力(圖9-15，b)： 所考慮的第i條巖條的重量； 相鄰的上面的巖條對(duì)i條巖條的反作用力； 相鄰的上面的巖條與i條巖條垂直界面之間的凝聚力(這里c為單位面積凝聚力，為相鄰交界線的長(zhǎng)度)；與組成合力； 相鄰的下面的巖條對(duì)i條巖條的反作用力； 相鄰的下面的巖條對(duì)i條巖條之間的凝聚力(為相鄰交界線的長(zhǎng)度)；與組成合力； 第i條巖條底部的反作用力； 第i條巖條底部的凝聚力(為i條底部的長(zhǎng)度)。 根據(jù)這些力，繪制力的多邊形如圖9-15(c)所示。在計(jì)算時(shí)，應(yīng)當(dāng)從上各下(在本例中也就是從右向左)自第一塊巖條一個(gè)一個(gè)地循序進(jìn)行圖解計(jì)算(在圖中分為6

45、條)，一直計(jì)算到最下面的一塊巖條。力的多邊形可以繪在同一圖上，如圖9-15(d)所示。如果繪制到最后一個(gè)力多邊形是閉合的，則就說明巖坡剛好是處于平衡狀態(tài)，也就是穩(wěn)定安全系數(shù)等于1(圖9-15(d)的實(shí)線)。如果繪出的力多邊形不閉合，如圖9-15(d)左邊的虛線箭頭所示，則說明該巖坡是不穩(wěn)定的，因?yàn)闉榱藞D形的閉合還缺少一部分凝聚力。如果最后的力多邊形如右邊的虛線箭頭所示，則說明巖坡是穩(wěn)定的，因?yàn)闉榱硕噙呅蔚拈]合還少用一些凝聚力，亦即凝聚力還有多余。 用巖體的凝聚力c和內(nèi)摩擦角進(jìn)行上述的這種分析，只能看到巖坡是穩(wěn)定的還是不穩(wěn)定的，但不能求出巖坡的穩(wěn)定安全系數(shù)來。為了求得安全系數(shù)必須進(jìn)行多次的試算。

46、這時(shí)一般可以先假定一個(gè)安全系數(shù)，例如，把巖體的凝聚力c和內(nèi)摩擦系數(shù)都除以，亦即得到 (9-22) 然后，用、進(jìn)行上述圖解驗(yàn)算。如果圖解結(jié)果，力多邊形剛好是閉合的，則所假定的安全系數(shù)就是在這一滑動(dòng)面下的巖坡安全系數(shù)；如果不閉合，則重新假定安全系數(shù)，用，進(jìn)行計(jì)算，直至閉合為止，求出真正的安全系數(shù)。 如果巖坡有水壓力、地震力以及其它的力也可在圖解中把它們包括進(jìn)去。 近代理論計(jì)算法 近代理論計(jì)算分析是將土力學(xué)、巖石(巖體)力學(xué)、彈塑性力學(xué)、斷裂力學(xué)、損傷力學(xué)等多種力學(xué)和數(shù)學(xué)計(jì)算方法應(yīng)用于邊坡穩(wěn)定性的定量評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)。量化分析涉及到穩(wěn)定性計(jì)算、失穩(wěn)時(shí)間預(yù)報(bào)、穩(wěn)定空間預(yù)測(cè)等。目前采用的主要計(jì)算方法見表9-1

47、。 實(shí)踐證明，任何計(jì)算方法的成功都必須建立在深入查明原型特征和作出符合實(shí)際情況的演化機(jī)制分析的基礎(chǔ)之上，機(jī)制分析至少?gòu)囊韵聨讉€(gè)方面為理論計(jì)算提供了必不可少的信息。 (1)力學(xué)模型和數(shù)學(xué)模型 必須根據(jù)地質(zhì)和演化機(jī)制模式建模。潛在破壞面的位置和形態(tài)特征、坡體中的變形破裂跡象，以及水動(dòng)力學(xué)模式等，均要通過變形破壞機(jī)制分析加以確定。 (2)主導(dǎo)因素和敏感因素 根據(jù)邊坡形成演化全過程與各環(huán)境動(dòng)力因素的相關(guān)分析加以確定的主導(dǎo)因素和敏感因素，不僅是單體斜坡穩(wěn)定性計(jì)算中建立動(dòng)力作用模型的依據(jù)，而且也是群體邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)時(shí)確定權(quán)值和隸屬度等有關(guān)參數(shù)的重要信息。 (3)計(jì)算參數(shù)的選取 坡體各種強(qiáng)度參數(shù)和物理、水理性質(zhì)等參數(shù)，都是隨邊坡演化而變化的變量，因而只有判明邊坡的演化機(jī)制和發(fā)展階段，才能正確選定。例如進(jìn)入滑移面貫通階段的變形體，滑移面強(qiáng)度已接近殘余值；緩慢變形的蠕變體，可采用流變?cè)囼?yàn)確定有關(guān)參數(shù)。此外在采用反演分析推定參數(shù)時(shí)，也必須對(duì)變形破壞機(jī)制和(或)破壞后運(yùn)動(dòng)學(xué)特征作出正確判斷。 (4)計(jì)算方法的選擇 如表9-1所示，方法的選擇也要建立在機(jī)制分析的基礎(chǔ)上。變形