巖石力學(xué)課程Chapter8PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1巖石力學(xué)課程巖石力學(xué)課程Chapter8第1頁(yè)/共40頁(yè) 邊坡：邊坡： 土質(zhì)邊坡土質(zhì)邊坡均勻介質(zhì)，滑動(dòng)面主要受應(yīng)力條件控制均勻介質(zhì)，滑動(dòng)面主要受應(yīng)力條件控制 巖質(zhì)邊坡巖質(zhì)邊坡 混合邊坡混合邊坡土質(zhì)和巖質(zhì)的結(jié)合面土質(zhì)和巖質(zhì)的結(jié)合面第2頁(yè)/共40頁(yè)p 巖坡的特點(diǎn)巖坡的特點(diǎn) 巖坡巖坡顧名思義，由巖體構(gòu)成的邊坡，由于巖體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由斷顧名思義，由巖體構(gòu)成的邊坡，由于巖體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由斷層，節(jié)理，裂隙切割巖塊極不規(guī)則，因此，巖坡的穩(wěn)定性主要由結(jié)構(gòu)面層，節(jié)理，裂隙切割巖塊極不規(guī)則，因此，巖坡的穩(wěn)定性主要由結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀及組合形式控制。產(chǎn)狀及組合形式控制。p 影響巖坡穩(wěn)定的主要因素影響巖坡穩(wěn)定的主要因素1

2、.巖體結(jié)構(gòu)（控制性結(jié)構(gòu)面）巖體結(jié)構(gòu)（控制性結(jié)構(gòu)面）2.降雨：結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度參數(shù)降低；滲透壓力降雨：結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度參數(shù)降低；滲透壓力3.地震地震4.開(kāi)挖，爆破開(kāi)挖，爆破5.蓄水等蓄水等第3頁(yè)/共40頁(yè)p 巖坡失穩(wěn)表現(xiàn)形式巖坡失穩(wěn)表現(xiàn)形式 1. 巖崩巖崩高陡邊坡，坡頂巖體由風(fēng)化，凍融，松動(dòng)壓力等因素作高陡邊坡，坡頂巖體由風(fēng)化，凍融，松動(dòng)壓力等因素作用而脫離并向坡腳堆積用而脫離并向坡腳堆積 2. 滑坡滑坡邊坡殘巖及巖體，沿著軟弱結(jié)構(gòu)面或剪斷巖體，向臨空邊坡殘巖及巖體，沿著軟弱結(jié)構(gòu)面或剪斷巖體，向臨空方向滑動(dòng)方向滑動(dòng)第4頁(yè)/共40頁(yè)青青海海化化隆隆至至循循化化公公路路危危巖巖體體南南昆昆鐵鐵路路八八渡渡滑滑坡

3、坡川川藏藏公公路路滑滑坡坡第5頁(yè)/共40頁(yè)云南元磨高速公路云南元磨高速公路砂泥巖高邊坡滑坡砂泥巖高邊坡滑坡三峽庫(kù)區(qū)奉節(jié)縣城古滑三峽庫(kù)區(qū)奉節(jié)縣城古滑坡坡第6頁(yè)/共40頁(yè)貴州印江巖口滑坡貴州印江巖口滑坡堵江成壩堵江成壩黃河李家峽水電站黃河李家峽水電站2#滑滑坡坡第7頁(yè)/共40頁(yè)黃河李家峽水電站黃河李家峽水電站壩前滑坡壩前滑坡小灣電站左壩肩邊坡高小灣電站左壩肩邊坡高500m，6#山頭發(fā)生山頭發(fā)生10萬(wàn)萬(wàn)m3崩塌崩塌第8頁(yè)/共40頁(yè)p 滑坡類(lèi)型滑坡類(lèi)型 1. 平面滑動(dòng)平面滑動(dòng)由一個(gè)或多個(gè)走向與坡面近于平行的滑裂由一個(gè)或多個(gè)走向與坡面近于平行的滑裂面構(gòu)成，且順走向方向的長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于坡高面構(gòu)成，且順走向方向

4、的長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于坡高-可簡(jiǎn)化為平面滑動(dòng)可簡(jiǎn)化為平面滑動(dòng)分析分析 2. 楔形滑動(dòng)楔形滑動(dòng)沿多個(gè)滑裂面交線(xiàn)滑動(dòng)沿多個(gè)滑裂面交線(xiàn)滑動(dòng) “空間滑坡空間滑坡” 按空間問(wèn)題分析按空間問(wèn)題分析 3. 旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)指滑裂面呈弧狀，滑塊繞一中心位置旋轉(zhuǎn)指滑裂面呈弧狀，滑塊繞一中心位置旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)，多發(fā)生于土質(zhì)邊坡或均質(zhì)巖坡滑動(dòng)，多發(fā)生于土質(zhì)邊坡或均質(zhì)巖坡第9頁(yè)/共40頁(yè)p 滑坡的單一指標(biāo)分類(lèi)滑坡的單一指標(biāo)分類(lèi) 序序 號(hào)號(hào) 分類(lèi)指標(biāo)分類(lèi)指標(biāo)類(lèi)類(lèi) 型型1按滑體物質(zhì)組成按滑體物質(zhì)組成土質(zhì)滑坡土質(zhì)滑坡巖質(zhì)滑坡巖質(zhì)滑坡2按滑體受力狀態(tài)按滑體受力狀態(tài)牽引式（后退式）滑坡?tīng)恳剑ê笸耸剑┗峦苿?dòng)式滑坡推動(dòng)式滑坡3按滑坡發(fā)生時(shí)代按

5、滑坡發(fā)生時(shí)代古滑坡（全新世以前的）古滑坡（全新世以前的）老滑坡（全新世以來(lái)發(fā)生，現(xiàn)未活動(dòng)）老滑坡（全新世以來(lái)發(fā)生，現(xiàn)未活動(dòng)）新滑坡（正在活動(dòng)）新滑坡（正在活動(dòng)）4按主滑面與層面的關(guān)系按主滑面與層面的關(guān)系順層滑坡順層滑坡切層滑坡切層滑坡5按滑坡的規(guī)模按滑坡的規(guī)模小型滑坡（小型滑坡（10萬(wàn)立方米）萬(wàn)立方米）中型滑坡（中型滑坡（10萬(wàn)萬(wàn)50萬(wàn)立方米）萬(wàn)立方米）大型滑坡（大型滑坡（50萬(wàn)萬(wàn)100萬(wàn)立方米）萬(wàn)立方米）特大型（巨型）滑坡（特大型（巨型）滑坡（100萬(wàn)立方米）萬(wàn)立方米）第10頁(yè)/共40頁(yè)p 滑坡的單一指標(biāo)分類(lèi)滑坡的單一指標(biāo)分類(lèi)序序 號(hào)號(hào)分分 類(lèi)類(lèi) 指指 標(biāo)標(biāo)類(lèi)類(lèi) 別別6按滑體含水狀態(tài)按滑體含

6、水狀態(tài)一般滑坡一般滑坡塑性滑坡塑性滑坡塑流性滑坡塑流性滑坡7 按滑體的厚度按滑體的厚度淺層滑坡（厚度淺層滑坡（厚度H6M）中層滑坡中層滑坡(6MH20M)厚層滑坡厚層滑坡(20MH50M)8按滑面出口的位置按滑面出口的位置坡體滑坡坡體滑坡坡基滑坡坡基滑坡9按滑坡滑動(dòng)速度按滑坡滑動(dòng)速度緩慢滑坡緩慢滑坡間歇性滑坡間歇性滑坡 崩塌性滑坡崩塌性滑坡高速滑坡高速滑坡第11頁(yè)/共40頁(yè)p 滑坡的綜合指標(biāo)分類(lèi)滑坡的綜合指標(biāo)分類(lèi)按滑體物質(zhì)按滑體物質(zhì)按主滑動(dòng)面成因按主滑動(dòng)面成因按滑體厚度按滑體厚度粘性土滑坡粘性土滑坡黃土滑坡黃土滑坡堆積土滑坡堆積土滑坡堆填土滑坡堆填土滑坡巖石滑坡巖石滑坡破碎巖石滑坡破碎巖石滑坡

7、層面滑坡層面滑坡堆積面滑坡堆積面滑坡構(gòu)造面滑坡構(gòu)造面滑坡同生面滑坡同生面滑坡淺層滑坡淺層滑坡中層滑坡中層滑坡厚層滑坡厚層滑坡巨厚層滑坡巨厚層滑坡 第12頁(yè)/共40頁(yè)p 滑坡的基本要素滑坡的基本要素圖圖1-4 滑坡要素平、剖面示意圖滑坡要素平、剖面示意圖1.滑坡體；2.滑坡周界；3.滑坡壁；4.滑動(dòng)面；5.滑坡床；6.滑坡剪出口；7.滑坡舌與滑坡鼓丘；8.滑坡臺(tái)階；9.滑坡后緣；10.滑坡前緣；11.滑坡洼地（滑坡湖）；12.拉張裂縫；13.剪切裂縫；14.羽狀裂縫；15.鼓脹裂縫；16.扇形裂縫； 17.牽引性裂縫； 18.主滑線(xiàn)第13頁(yè)/共40頁(yè)p 有限元法p 離散元法p DDA法p 拉格朗

8、日元法p 剛體極限平衡法p 無(wú)單元法l傳統(tǒng)有限元方法（E,P）l有限元強(qiáng)度折減法l有限元超載法l圓弧法l塊體法（二維、三維）第14頁(yè)/共40頁(yè) 對(duì)于土坡，由于沒(méi)有明顯的軟弱結(jié)構(gòu)面，對(duì)于土坡，由于沒(méi)有明顯的軟弱結(jié)構(gòu)面，滑動(dòng)面多呈圓弧狀，采用圓弧法對(duì)于均質(zhì)巖滑動(dòng)面多呈圓弧狀，采用圓弧法對(duì)于均質(zhì)巖坡也可借用。坡也可借用?；驹砘驹?. 假定坡體沿假定坡體沿O點(diǎn)旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)2. 條分（條分（610條）條）3. 計(jì)算第計(jì)算第i條條 iisinW滑動(dòng)力滑動(dòng)力RlctgcosWMiiiiiiR阻滑力矩阻滑力矩RsinWMiiiS滑動(dòng)力矩滑動(dòng)力矩iW重量重量第15頁(yè)/共40頁(yè)niiiniiiiii

9、niiSniiSssinWlctgcosWMMK1111滑動(dòng)力矩抗滑力矩 特點(diǎn)特點(diǎn)：由于圓心：由于圓心O及滑面是任意假設(shè)的，需試驗(yàn)確定及滑面是任意假設(shè)的，需試驗(yàn)確定(Ks)min 和最和最危險(xiǎn)滑面位置，實(shí)際計(jì)算，可查有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)，教材進(jìn)行危險(xiǎn)滑面位置，實(shí)際計(jì)算，可查有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)，教材進(jìn)行基本原理基本原理 對(duì)于土坡，由于沒(méi)有明顯的軟弱結(jié)構(gòu)面，對(duì)于土坡，由于沒(méi)有明顯的軟弱結(jié)構(gòu)面，滑動(dòng)面多呈圓弧狀，采用圓弧法對(duì)于均質(zhì)巖滑動(dòng)面多呈圓弧狀，采用圓弧法對(duì)于均質(zhì)巖坡也可借用。坡也可借用。4. 計(jì)算滑坡安全系數(shù)計(jì)算滑坡安全系數(shù)第16頁(yè)/共40頁(yè)cosVsinWtgsinVUcosWLcFiis滑動(dòng)力抗滑力關(guān)于

10、關(guān)于L，W參數(shù)詳細(xì)計(jì)算見(jiàn)書(shū)參數(shù)詳細(xì)計(jì)算見(jiàn)書(shū)P197?；驹砘驹?基本假定基本假定：坡體中存在傾角：坡體中存在傾角，走向，走向 坡面的結(jié)坡面的結(jié)構(gòu)面，坡頂由于風(fēng)化等因素，形成張開(kāi)裂隙，深度構(gòu)面，坡頂由于風(fēng)化等因素，形成張開(kāi)裂隙，深度Z，其中水，其中水 ，邊坡坡高，邊坡坡高H，坡角，坡角 穩(wěn)定分析穩(wěn)定分析：ABCD巖塊穩(wěn)定安全系數(shù)巖塊穩(wěn)定安全系數(shù)CD裂隙裂隙面面沿沿BA滑動(dòng)滑動(dòng) cosVsinW滑動(dòng)力滑動(dòng)力iitgsinVUcosWLc阻滑力阻滑力第17頁(yè)/共40頁(yè)一、滑坡體中無(wú)軟弱結(jié)構(gòu)面情況一、滑坡體中無(wú)軟弱結(jié)構(gòu)面情況 巖坡受二條結(jié)構(gòu)面切割，形成雙平面滑動(dòng)情況（巖坡受二條結(jié)構(gòu)面切割，形成雙

11、平面滑動(dòng)情況（AB+BC）分析較單）分析較單一滑面復(fù)雜一滑面復(fù)雜 主要特點(diǎn)：方程數(shù)少于待求未知數(shù)主要特點(diǎn)：方程數(shù)少于待求未知數(shù)補(bǔ)充條件方程求解。補(bǔ)充條件方程求解。222222SFcSNfKAB面阻滑力面阻滑力 假定滑塊安全系數(shù)假定滑塊安全系數(shù)K 則當(dāng)滑面則當(dāng)滑面AB與與BC阻滑力降低阻滑力降低K倍，滑塊即處倍，滑塊即處于極平衡。于極平衡。BC面阻滑力面阻滑力111111SFcSNfK第18頁(yè)/共40頁(yè)0yF22112211sinSsinScosNcosNW0 xF22112211cosScosSsinNsinNKNN、四個(gè)方程涉及2121SS12111222(cossin)(cossin)ff

12、NNKK112212sinsinc Fc FWKK 12112211122212(sincos)(sincos)coscosffc Fc FNNKKKK補(bǔ)充條件：滑塊補(bǔ)充條件：滑塊ABCD滑動(dòng)時(shí)，必然離開(kāi)滑動(dòng)時(shí)，必然離開(kāi)AB面，即面，即N10第19頁(yè)/共40頁(yè)二、滑坡體中存在軟弱面情況二、滑坡體中存在軟弱面情況 在在ABC滑體中存在滑體中存在BD軟弱結(jié)構(gòu)面，軟弱結(jié)構(gòu)面，切切割割A(yù)BC塊體為塊體為ABD+BCD兩塊剛體。兩塊剛體。存在相存在相互錯(cuò)動(dòng)，作用力互錯(cuò)動(dòng)，作用力P。 分析思路：分析思路：1.分別分析分別分析ABD+BCD兩塊兩塊；2.建立兩塊間的聯(lián)系建立兩塊間的聯(lián)系A(chǔ)CBS2N1W121

13、N2S1DPSN軟弱面具體常用兩種方具體常用兩種方法法1. 不平衡推力法不平衡推力法2. 等等K法法第20頁(yè)/共40頁(yè)二、滑坡體中存在軟弱面情況二、滑坡體中存在軟弱面情況 1）計(jì)算第塊不平衡推力）計(jì)算第塊不平衡推力P(滑塊在滑面滑塊在滑面S1+P作用下極限平衡作用下極限平衡)ACBS2N1W121N2S1DPSN軟弱面1. 不平衡推力法不平衡推力法PDS11W1N1BABDC2N2S2W222P沿沿AB滑面平衡條件：滑面平衡條件：111sinWPS111111111sinsin()PWSWc Ff N沿沿AB法向：法向：111cosNW1111111sin(cos)PWc FfW第21頁(yè)/共4

14、0頁(yè)二、滑坡體中存在軟弱面情況二、滑坡體中存在軟弱面情況 2）分析第塊：分析第塊：ACBS2N1W121N2S1DPSN軟弱面1. 不平衡推力法不平衡推力法PDS11W1N1BABDC2N2S2W222P沿沿BC滑面滑面：沿沿BC滑面滑面法向：法向：22212sincos()SWP22212cossin()NWP22222122212cossin()sincos()c FfWPKWP巖坡整體安全系數(shù)巖坡整體安全系數(shù)第22頁(yè)/共40頁(yè)二、滑坡體中存在軟弱面情況二、滑坡體中存在軟弱面情況 2. 等等K法法塊：塊：抗滑力抗滑力1111111111()(cos)SPc Ff NPc FfWP滑動(dòng)力滑動(dòng)

15、力11sinW塊：塊：抗滑力抗滑力222222222212cossin()Sc Ff Nc Ff WP滑動(dòng)力滑動(dòng)力2212sincos()WP11111111cossinc Ff WPKKW222221222212cossin()sincos()c FfWPKKWP第23頁(yè)/共40頁(yè) 假定假定n個(gè)巖塊組成平面滑坡體，第個(gè)巖塊組成平面滑坡體，第i塊，滑面傾角塊，滑面傾角i，作用力，作用力Si,Ni，假，假定多滑塊具有相同定多滑塊具有相同K（即等（即等K法）法）N11S1P1S2N22P2Pi-1PiiiPn-1n-1n-1SnNnnn 設(shè)第設(shè)第i塊作用于塊作用于i+1塊不平衡推力塊不平衡推力Pi

16、，方向平行于第，方向平行于第i滑面：滑面：Pi-1i-1i-WiiNiSiPi抗滑力抗滑力()iiiiiiiSPc Ff NP滑動(dòng)力滑動(dòng)力11cos()siniiiiiPW11cossin()iiiiiiNWP正應(yīng)力正應(yīng)力第24頁(yè)/共40頁(yè)考慮第考慮第i塊抗滑安全系數(shù)塊抗滑安全系數(shù):11()cos()siniiiiiiiiiic Ff NPKPW1111(cossin()cos()siniiiiiiiiiiiiiic Ff WPPKPW將將Ni代入，可導(dǎo)出：代入，可導(dǎo)出：同理：第同理：第n塊（最后一塊）塊（最后一塊）1111cossincos()sinnnnnnnnnnnnnnfWPc FKP

17、WnnnnnSf Nc F11cos()sinnnnnnPW11cossin()nnnnnnN WP 由（由（13）式可看出，要計(jì)算最后一塊）式可看出，要計(jì)算最后一塊K，須先計(jì)算，須先計(jì)算Pn-1即需要由（即需要由（12）式遞推公式，逐塊計(jì)算）式遞推公式，逐塊計(jì)算P1，P2Pn-1(其中：其中：P1計(jì)算時(shí)，計(jì)算時(shí)，P0=0)第25頁(yè)/共40頁(yè)基本假定“精確精確”解析解解析解與工程實(shí)際不符與工程實(shí)際不符“精確精確”求解的過(guò)程與方法求解的過(guò)程與方法精確精確基本假定基本假定？數(shù)學(xué)解析方法剛塑性假定剛塑性假定同時(shí)破壞假定同時(shí)破壞假定不考慮滑床變形不考慮滑床變形無(wú)法考慮開(kāi)挖無(wú)法考慮開(kāi)挖剛體極限平衡法剛體

18、極限平衡法1.1 誤差的由來(lái)誤差的由來(lái)誤差誤差第26頁(yè)/共40頁(yè)1.2 剛體極限平衡法存在的不足剛體極限平衡法存在的不足 強(qiáng)度參數(shù)的選取 計(jì)算方法的局限 破壞標(biāo)準(zhǔn)的判定破壞的標(biāo)準(zhǔn)是按照滑動(dòng)面同時(shí)破壞而制定的，并沒(méi)有考慮滑坡的漸進(jìn)破壞在計(jì)算中要么選取峰值強(qiáng)度，要么選取殘余強(qiáng)度，沒(méi)有考慮峰值強(qiáng)度向殘余強(qiáng)度的變化無(wú)法模擬邊坡施工過(guò)程、開(kāi)挖引起的二次應(yīng)力場(chǎng)，加固措施、加固時(shí)機(jī)、滲流、地震等作用的影響 第27頁(yè)/共40頁(yè)1.2 剛體極限平衡法存在的不足剛體極限平衡法存在的不足 不符合“潘家錚極大值原理” 適用范圍單一 評(píng)價(jià)方法單一無(wú)法體現(xiàn)出滑面上的拉剪應(yīng)力的傳遞與轉(zhuǎn)移及滑體內(nèi)部的內(nèi)力調(diào)整，滑面將發(fā)揮最大

19、抗滑能力的特性 只能模擬均質(zhì)性較強(qiáng)的土質(zhì)邊坡，無(wú)法模擬真實(shí)巖質(zhì)邊坡的非均質(zhì)、各向異性的性態(tài)以及連續(xù)變形與非連續(xù)變形的破壞模式 只能模擬均質(zhì)性較強(qiáng)的土質(zhì)邊坡，無(wú)法模擬真實(shí)巖質(zhì)邊坡的非均質(zhì)、各向異性的性態(tài)以及連續(xù)變形與非連續(xù)變形的破壞模式 第28頁(yè)/共40頁(yè) 有限單元法是目前應(yīng)用最廣泛的數(shù)值分析方法。它由于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，可以避免將坡體視為剛體、過(guò)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)變特征分析邊坡的變化破壞機(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。 它的基本思想是將一個(gè)連續(xù)體離散化，變換成有限數(shù)量的有限大的單元集合，這些單元之間

20、只通過(guò)結(jié)點(diǎn)來(lái)連接和制約，用變換后的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)代替實(shí)際的系數(shù)采用標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)分析來(lái)進(jìn)行處理。 第29頁(yè)/共40頁(yè)o 符合滑坡實(shí)際的破壞模式o 引入塑性理論，隨拉剪應(yīng)力超限，強(qiáng)度參數(shù)由峰值強(qiáng)度向殘余強(qiáng)度轉(zhuǎn)化o 符合潘家錚“極大值原理”能反映滑坡破壞的內(nèi)力與應(yīng)力的調(diào)整o 能夠模擬各種性態(tài)的滑坡均質(zhì)性較強(qiáng)的土質(zhì)滑坡；非均質(zhì)、各向異性的巖質(zhì)滑坡o 評(píng)價(jià)方法全面既能穩(wěn)定性控制，又能整體、局部的變形控制第30頁(yè)/共40頁(yè)滑動(dòng)面的模擬界面單元、摩擦單元通過(guò)有限元方法模擬真實(shí)條件下邊坡的巖層、斷層、風(fēng)化層參數(shù)與工程性狀，獲得接近真實(shí)情況下的應(yīng)力、變形等成果 安全系數(shù)界面單元、摩擦單元的分析成果 （法向應(yīng)力與剪切應(yīng)力成果）彈性分析彈塑性分析不考慮拉應(yīng)力tantaniiniiimiiisiiiinmClClFll初級(jí)思想taniniiisiniClFl第31頁(yè)/共40頁(yè)sF 臨界滑動(dòng)條件下誘發(fā)失穩(wěn)荷載邊坡現(xiàn)狀條件下同性質(zhì)不利荷載*臨界滑動(dòng)條件的判定標(biāo)準(zhǔn)、不收斂；、發(fā)散；、折減過(guò)程中位移曲線(xiàn)的突變點(diǎn)理想彈塑性不計(jì)殘余強(qiáng)度，峰值強(qiáng)度=殘余強(qiáng)度彈塑軟化計(jì)入殘余強(qiáng)度*計(jì)算的過(guò)程*超載的方式第32頁(yè)/共40頁(yè)*臨界滑動(dòng)條件的判定標(biāo)準(zhǔn)、不收斂；、發(fā)散；、折減過(guò)程中位移曲線(xiàn)的突變、不收斂；、發(fā)散；、折減過(guò)程中位移曲線(xiàn)的突變點(diǎn)點(diǎn)*折減的內(nèi)容 、所有結(jié)構(gòu)面按同一比例同時(shí)折減、所有結(jié)構(gòu)面按同