邊坡破壞類型

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9.1.1 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)

2、境保護(hù)意識(shí)的增加及國際減輕自然災(zāi)害十年來的開 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)

3、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， 目前的露天采礦的人工邊坡已高 達(dá)300 500m,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

4、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?， 為此在施工前， 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)

5、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

6、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

7、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。9.1.2 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

8、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)

9、的阻力。在軟巖中（例如頁巖 ） ,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)面的交線出露，則楔形巖體失去下部 支撐作用而滑動(dòng)。 法國馬爾帕塞壩的崩潰 （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

10、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，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

11、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）水庫巖坡滑動(dòng)而造成的事故是聞名于全世界的。水庫的岸坡由分 層的石灰?guī)r組成，水庫蓄水后在I960年10月就發(fā)現(xiàn)上坡附近有主要裂隙，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， 頓時(shí)造成高達(dá)150米到25

12、0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

13、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)、

14、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，

15、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，

16、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

17、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)邊坡被水庫淹沒時(shí)， 庫水對(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

18、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）的傾角二小于 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):匸二時(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Pww（取單寬坡體）為:式中:Pw = 1 HL w2H 裂隙水的水頭；L裂隙充水的長度；(9-1)圖9-5裂隙靜水壓力圖9-6裂隙靜水壓力分布的不

19、同情況由于裂隙水活動(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?。怀隹诠?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, （靜水壓力等于上覆巖塊重），而使邊坡穩(wěn)定嚴(yán)重惡化。有時(shí)可使覆巖塊隆脹（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。不少水庫周圍

20、松散堆積層邊坡，在水庫蓄水時(shí)發(fā)生變形，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。浮托力的影響是原因之一。對(duì)坡腳被水淹沒后，浮托力對(duì)邊它是一種體積力，其數(shù)值為:(9-2)其中：V 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

21、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、庫水對(duì)庫岸的浪擊淘涮力、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

22、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=kvy。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。觸發(fā)（誘發(fā)）效應(yīng)觸發(fā)效應(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

23、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)展為滑塌式也可導(dǎo)致上覆土體產(chǎn)生滑坡。海 這也是為什么在十分平緩的海底滑坡。結(jié)構(gòu)疏松的飽和砂土受震液化或敏感粘土受震變形， 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), 斜坡中會(huì)產(chǎn)生滑坡的重要原因之一。我國巖質(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)于地震烈度忸度和區(qū)度時(shí)造成的影響。9.3 邊坡穩(wěn)定分

24、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

25、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)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

26、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)

27、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

28、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)

29、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?，如條分法、圓弧法、 Bishop 法、 Janbu 法、 不平衡傳遞系數(shù)法等。目前， 剛體極限平衡方法已經(jīng)從二維發(fā)展

30、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機(jī)制， 對(duì)了解邊坡的應(yīng)力分布及

31、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

32、有限元法。 離散元法（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

33、地質(zhì)和簡(jiǎn)單的力學(xué)平衡計(jì)算的基礎(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。9.3.2 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?。▓D9- 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M s和抗滑力矩Mr之

34、比，即為該巖坡的穩(wěn)定安全系數(shù)Fs:_ 抗滑力矩 M RFs滑動(dòng)力矩 M s如果Fs 1 ,則沿著這個(gè)計(jì)算滑動(dòng)面是穩(wěn)定的；如果Fs < 1,則是不穩(wěn)定的；如果Fs =1 ,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。 抗滑力中的摩擦力與法向應(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 W，它可以分解為二個(gè)力：一是垂直于圓弧的法向力 N，另一是切于圓弧的切向力 T。由圖可

35、見:Ni cos 訂T sin =M力通過圓心，其本身對(duì)巖坡滑動(dòng)不起作用。但是Ntg i（ ：i為該弧所在的巖體的內(nèi)摩擦角 抗滑作用。此外，滑動(dòng)面上的凝聚力 為：（9-3）N可使巖條滑動(dòng)面上產(chǎn)生摩擦力），其作用方向與巖體滑動(dòng)方向相反，故對(duì)巖坡起著c也是起抗滑作用的，所以第 i條巖條滑弧上的抗滑力Cih Mtg 1因此第i條產(chǎn)生的抗滑力矩為:Mr i 二 cliNitg R式中Ci第i條滑弧所在巖層的凝聚力；i第i條滑弧所在巖層的內(nèi)摩擦角h第i條巖條的滑弧長度。對(duì)每一巖條進(jìn)行類似分析，可以得到總的抗滑力矩為:=Z Cili +E Nitg申i RI1n分條數(shù)目，圖9-6中等于6。而滑動(dòng)面上總的滑

36、動(dòng)力矩為：同樣,式中MrnMr » TiR1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nn7 Cih 亠二 Nitg ：F = 1匚s 一n' T1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，即為真正的安全系數(shù)，其對(duì)應(yīng)的圓心和滑動(dòng)面即為最(9-4)(9-5)由于圓心和滑動(dòng)面是任意假定的， 進(jìn)行試算，從中找到最小的安全系數(shù), 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，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H，H90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:2有人已經(jīng)繪制了如圖 9-8所示的曲

37、線，該曲線表示當(dāng)一 a，縱軸表示坡高系數(shù)(9-6)H 90 = tg 45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)(C、 >)按(9-6)式確定H9o ；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H ，將H乘以H90，即得所要求的坡高H(9-7)H = H H903) 如果已知坡高H需要確定坡角，則首先用下式確定HH90根據(jù)這個(gè)H ，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 得一交點(diǎn)，然后從該交點(diǎn)作向下的垂直線交于橫軸，

38、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H 90H902）計(jì)算Hj;00c.2 米HH90_ 300-51.2= 5.93）按照?qǐng)D9-7的曲線,根據(jù)：=26以及H =5.9，46 309.3.3 平面滑動(dòng)穩(wěn)定分析萬法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-20 的范圍內(nèi)）；（2） 滑動(dòng)面必須在邊坡面露出，即滑動(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

39、該平面的摩擦角J，即：''：j ；（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。張裂縫中不可避宀1MI 'l L寶二廣布):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Z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度內(nèi)水壓力按線性變至零（如圖9-9所示的三角形分滑動(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，

40、破壞只是由于滑動(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), 滑動(dòng)力之比，即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(9-8)Fsci LWcosl】U -V sin 卜 tg Wsin P +V cos P(9-9)(9-10)(9-11)(9-12)(9-13)Fs2c H P Qct - R P S tg Q +RSctgP式中當(dāng)張裂縫在坡頂面上時(shí):當(dāng)張裂縫在坡面上時(shí)：P = 1 -Z H esc ：Q =1 - (Z/ H)2 ctg ： - ctg： sin :Q 二1-(Z/H)2 co

41、s - (ctg ctg： -1)R =r Z Zr Z HS = Z，Zsin l：,Z H(9-14)(9-15)(9-16)(9-17)(9-18)(9-19)式中 L滑動(dòng)面長度（每單位寬度內(nèi)的面積），它等于：L H -Z sin |1U匕Z Lv冷Z2W按下列公式計(jì)算，當(dāng)張裂縫位于坡頂面時(shí)：W H2U z H 2 Ctg -ctg : /當(dāng)張裂縫位于坡面上時(shí)：W 今 汨 2 匕 _Z/H ） ctgRctgPtga-1）1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

42、當(dāng)麻煩。為了簡(jiǎn)化起見，可以將方程式（9-8）重新整理為下列的無量綱的形式: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30.5米，坡角二=60，坡內(nèi)有一層面穿過，層面的傾角為-=30。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

43、。巖石塊體密度為=25.6千牛頓/米3。層面的凝聚力G =48.6千帕，內(nèi)摩擦角J =30，求水深Z對(duì)邊坡 安全系數(shù)Fs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Z Z，R（從式（9-17）和S（從圖9-10）的值為：1.00.1950.260.50.0980.13又知2c H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:Z Z 1.00.5Fs=2 48.6/25.6 30.5 =0.125。0.771.101.34將這些值繪成圖9-13的曲線， 采取措施防止水從頂部進(jìn)入張裂縫，是提高安全系數(shù)的有效辦法?？梢姀埩?/p>

44、縫中的水深對(duì)巖坡安全系數(shù)的影響很大。因此,9.3.4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 8大于結(jié)構(gòu)面內(nèi)摩擦角1，即m 1，設(shè)G =0，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)面的傾角于結(jié)構(gòu)面的內(nèi)摩擦角2，即2 ：2，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 Fb，該力與水平線成v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-

45、14所示力系的分析，可以得到為極限平衡而所需施加的支撐力：FbW1 sin 冷cosj：2 - 3 fW2sin 冷一：譏cos2T cos ： 1附 j：3（9-20）式中1、：2、以及：3分別為上面滑動(dòng)面、下a ia 2滑動(dòng)面以及垂直滑動(dòng)面上所用的摩擦角； 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'I =2 二；： -。W和W2如果已知Fb、w、W . :-1和：'2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Required （或需要），然后將巖體結(jié)構(gòu)面上的設(shè)計(jì)彩的（或&qu

46、ot;采用）與之比較，用下列公式確定安全系數(shù)：Fs 二d availabletg required（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內(nèi)摩擦角值乩哄1和2的值,并且張裂縫的位置可確定 W和W的值。假設(shè)安全系數(shù)為1，可以計(jì)算出available （或 :采用）的值,下的，則可能是剛性滑動(dòng)的運(yùn)動(dòng)型式。于是，總位移矢量的方向可以用來定出比值即為方程（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bailable （或

47、：需要）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。9.3.5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，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）:W所考慮的第i條巖條的重量；R相鄰的上面的巖條對(duì)i條巖條的反作用力；c相鄰的上面的巖條與i條巖條垂直界面之間的凝聚力（

48、這里c為單位面積凝聚力，l為相鄰交界線的長度）；R 與 d組成合力E ；R 相鄰的下面的巖條對(duì)i條巖條的反作用力；cl "相鄰的下面的巖條對(duì)i條巖條之間的凝聚力（I”為相鄰交界線的長度）；R與cl 組成合力E ；R"第i條巖條底部的反作用力；cl ”第i條巖條底部的凝聚力（I ”為i條底部的長度）。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

49、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?了多邊形的閉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。這時(shí)一 般可以先假定一個(gè)安全系數(shù)，例如Fs 1，把巖體的凝聚力c和內(nèi)摩擦系數(shù)tg都除以Fs 1， 亦即得到tg乎(

50、Fs 1 icGFs i(9-22)然后，用G、1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)，F(xiàn)s 2Fs n，用G2 , 2Gn , ：n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。9.3.6 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 o實(shí)踐

51、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)制分析至少從以下幾個(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