巖體力學(xué)-第五章 巖石邊坡.PPT

1、第五章巖石邊坡本章主要講授的內(nèi)容：巖石工程設(shè)計(jì)一般方法；潛在邊坡問(wèn)題評(píng)價(jià)；邊坡問(wèn)題的平面破壞分析；邊坡問(wèn)題的楔體破壞分析；邊坡監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)；邊坡加固方法邊坡分類(lèi)：按組成物質(zhì)分：巖石邊坡和土質(zhì)邊坡 按成因分：天然邊坡和人工邊坡巖石邊坡和土質(zhì)邊坡的物質(zhì)構(gòu)成無(wú)本質(zhì)差別，但是其結(jié)構(gòu)完全不同，工程地質(zhì)以及水文地質(zhì)、力學(xué)特性顯著不同，使得兩者的力學(xué)性能、邊坡破壞模式不同。本章主要講 巖石邊坡潛在邊坡問(wèn)題評(píng)價(jià)（邊坡巖體穩(wěn)定性的初步評(píng)價(jià)）邊坡巖體變形特征：松動(dòng)和蠕動(dòng)1.松動(dòng)：邊坡形成初始階段，坡體表面往往出現(xiàn)一系列與坡面平行陡傾角張開(kāi)裂隙，稱(chēng)為松動(dòng)，是一種斜坡卸荷回彈的過(guò)程和現(xiàn)象實(shí)踐中把發(fā)育有松動(dòng)裂隙的坡體部位

2、，稱(chēng)為邊坡松動(dòng)帶。是邊坡變行和破壞的初始表現(xiàn)。2.蠕動(dòng)：邊坡在自重應(yīng)力為主的坡體應(yīng)力長(zhǎng)期作用下，向臨空方向緩慢而持續(xù)的變形，稱(chēng)為蠕動(dòng)。分為表層蠕動(dòng)：對(duì)于破碎的巖質(zhì)邊坡和土質(zhì)邊坡是一種典型的蠕動(dòng)深層蠕動(dòng):包括軟弱基蠕動(dòng)和坡體蠕動(dòng).邊坡破壞基本類(lèi)型圓弧破壞，平面破壞，楔體破壞和傾倒破壞前三者可以統(tǒng)稱(chēng)為滑坡，傾倒破壞也叫崩塌。圓弧破壞：在表土、廢石堆和散體結(jié)構(gòu)中常見(jiàn)的破壞平面破壞：結(jié)構(gòu)面走向和邊坡走向平行或接近平行，結(jié)構(gòu)面傾向和坡面傾向一致或接近一致時(shí)，如果結(jié)構(gòu)面跡線在坡面上出露，則可能出現(xiàn)平面破壞。楔體破壞：在塊狀巖體結(jié)構(gòu)中，當(dāng)兩組結(jié)構(gòu)面與坡面斜交，切割成楔體結(jié)構(gòu)：兩結(jié)構(gòu)面交線出露于邊坡坡面時(shí)，可

3、能出現(xiàn)楔體破壞。傾倒破壞：在層狀結(jié)構(gòu)巖體中，結(jié)構(gòu)面平行于邊坡走向，傾向與坡面傾向相反，且受垂直坡面的結(jié)構(gòu)面切割。2.邊坡穩(wěn)定的影響因素：不連續(xù)面的破壞作用改變斜坡變形，引起坡體應(yīng)力分布變化改變邊坡巖體的力學(xué)性質(zhì)，使坡體強(qiáng)度降低邊坡直接受各種力作用結(jié)構(gòu)體的實(shí)體比例投影l(fā)該方法由中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)研究所研究員孫玉科提出；l將結(jié)構(gòu)面的赤平極射投影和平行投影結(jié)合起來(lái)，根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)比例作實(shí)體比例投影。l可求切割成結(jié)構(gòu)體的結(jié)構(gòu)面及其組合交線的相對(duì)關(guān)系及其具體空間方位。l赤平投影解決面、線的夾角和組合關(guān)系；l實(shí)體比例（直角投影）解決面、線和點(diǎn)的長(zhǎng)度距離問(wèn)題。實(shí)體比例投影AOKMBCLD結(jié)構(gòu)面COKMB,為B1B

4、2結(jié)構(gòu)面AOLMD ,為A1A2坡面為的D1D2MKH實(shí)體比例投影3D1O1K1M1L4D2L2K2M2O3O3M步驟1.作三個(gè)面的赤平投影,O1K1為結(jié)構(gòu)面B1B2與坡面D1D2的交線投影O1L1為結(jié)構(gòu)面A1A2與坡面D1D2的交線投影O1M1為結(jié)構(gòu)面A1A2與結(jié)構(gòu)面B1B2的交線投影H危險(xiǎn)結(jié)構(gòu)面檢驗(yàn)危險(xiǎn)結(jié)構(gòu)面檢驗(yàn).Markland.Markland檢驗(yàn)方法檢驗(yàn)方法. .邊坡投影大圓弧邊坡投影大圓弧. .兩交線投影兩交線投影. .結(jié)構(gòu)面摩擦角作摩擦圓結(jié)構(gòu)面摩擦角作摩擦圓交線的投影位于位于投影圓弧和摩擦圓所圍成的陰影區(qū)內(nèi)，邊坡潛在交線的投影位于位于投影圓弧和摩擦圓所圍成的陰影區(qū)內(nèi)，邊坡潛在不穩(wěn)

5、定不穩(wěn)定. . HockingHocking檢驗(yàn)方法檢驗(yàn)方法邊坡巖體結(jié)構(gòu)圖的基本內(nèi)容.擬建邊坡外形輪廓線平面圖，即臺(tái)階、坡面線和境界線.邊坡巖體結(jié)構(gòu)類(lèi)型分界線.邊坡巖體結(jié)構(gòu)面及坡面的赤平投影圖.邊坡潛在穩(wěn)定性分析編制邊坡巖體結(jié)構(gòu)圖的基礎(chǔ)資料工程地質(zhì)平面圖：表達(dá)工程地質(zhì)巖組劃分和構(gòu)造結(jié)構(gòu)面分級(jí)地質(zhì)年代和相應(yīng)的地層單位表巖石地層單位：以巖石巖相特征作為主要依據(jù)而劃分的地層單位。主要巖石地層單位包括群、組、段和層。地質(zhì)年代表地質(zhì)年代表工程地質(zhì)巖組劃分(谷德振教授提出)結(jié)構(gòu)面分類(lèi)：原生結(jié)構(gòu)面，構(gòu)造結(jié)構(gòu)面和次生結(jié)構(gòu)面巖組劃分標(biāo)志：巖性標(biāo)志，成因相同(巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖)，具有同類(lèi)物質(zhì)成分的單種巖石；

6、原生結(jié)構(gòu)標(biāo)志，每一巖組中原生結(jié)構(gòu)面(沉積結(jié)構(gòu)面、火成結(jié)構(gòu)面和變質(zhì)結(jié)構(gòu)面)成因相同。地質(zhì)成因和工程施工需要是工程地質(zhì)巖組劃分的原則。巖體結(jié)構(gòu)：巖體中的結(jié)構(gòu)單元(不連續(xù)面和結(jié)構(gòu)體)的組合和排列形式叫巖體結(jié)構(gòu)。包括整體狀結(jié)構(gòu)，塊狀結(jié)構(gòu)，層狀結(jié)構(gòu)，碎裂結(jié)構(gòu)，散體狀結(jié)構(gòu)構(gòu)造結(jié)構(gòu)面分級(jí)：邊坡工程布置平面圖巖體結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)(第二章 巖體力學(xué)的力學(xué)特性中講的)編制邊坡巖體結(jié)構(gòu)圖的方法.繪坡底線.繪制開(kāi)挖線.統(tǒng)計(jì)在邊坡面上出露的巖組界線和結(jié)構(gòu)面線.繪制赤平極射投影圖和實(shí)體比例投影圖.應(yīng)用邊坡巖體結(jié)構(gòu)圖，初步分析評(píng)價(jià)邊坡穩(wěn)定性，危險(xiǎn)結(jié)構(gòu)面檢驗(yàn)邊坡平面破壞分析平面破壞的條件：.邊坡上有一組接近于邊坡平行的結(jié)構(gòu)面.

7、這組結(jié)構(gòu)面必須在坡面上出露，也就是說(shuō)他的傾角小于坡面傾角.在邊坡上還必須存在一組與邊坡正交的結(jié)構(gòu)面，而且這組結(jié)構(gòu)面對(duì)結(jié)構(gòu)體的抗滑力很小.結(jié)構(gòu)面傾角大于其摩擦角平面破壞力學(xué)模型假定：a.滑動(dòng)面與張裂縫平行于邊坡走向b.張裂縫是直立的，其中充有深度為的水c.滑動(dòng)面上有靜水壓力d.只有滑動(dòng)沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)，e.考慮單位長(zhǎng)度巖片，并假定橫向節(jié)理存在，在結(jié)構(gòu)體側(cè)面沒(méi)有滑動(dòng)阻力。f.滑動(dòng)面抗剪強(qiáng)度002222222(cossin)tancossin11 ()sin22sin()()cotcot2211cotcot21cottantan2wppppwwwpppfpfpfpc AWU VFVWHZAVZUZHZHZ

8、HZHWZHHWHZ 抗滑力下滑力張裂縫在坡頂 =張裂縫在坡面（)VUWZHwZfp邊坡穩(wěn)定系數(shù)F的取值：1 新設(shè)計(jì)邊坡，重要工程F1.31.5，一般工程F1.151.3，次要工程F1.051.152.驗(yàn)算邊坡穩(wěn)定F1.101.25將安全系數(shù)整理成無(wú)量綱形式不考慮粘結(jié)力，只與H,w/Z有關(guān)。00222(cos()tancot1 R= S= sin1cotcotsin1cotcotcotppwwwppfpppfcH PQR PSFQRSZZZ HPHHZQHZQH2 張裂縫在坡頂（） 張裂縫在坡面0(cos()tancotppQR PSFQRS主要特點(diǎn)和適用條件.力學(xué)模型和計(jì)算公式簡(jiǎn)單適用于勻質(zhì)

9、砂性土，順層巖質(zhì)邊坡，以及沿基巖產(chǎn)生平面破壞的穩(wěn)地分析楔體破壞分析只考慮結(jié)構(gòu)面摩擦力相關(guān)計(jì)算.垂直交線平面內(nèi)水平方向平衡X方向平衡sin()sin()22ABRR2AR2(2)ARBRW.垂直于兩結(jié)構(gòu)面交線方向平衡方向平衡cos()cos()cos22ABiRRWiW0()tansinABwiRRFW.沿著兩結(jié)構(gòu)面交線方向,方向平衡滿足穩(wěn)定性要求ZYX楔體破壞分析0sin()sin()22cos()cos()cos22tansintansin2ABABiwiRRRRWFARBR2icosiWsiniWWsin()sin()22cos()cos()cos022ABABiRRRRWsin()cos

10、sin()22 sinsin()2iABBWRRRsin()cossin()221sinsin()22sincoscossin()22sinsin()2cossinsin2iABiiWRRWW楔體破壞分析0cossinsin()sin()22coscossin(sin()sin()sin22sin2tansintansin2iABiiABwiWRRWWRRFARBR2icosiWsiniWW楔體破壞分析0000cossintansin()tansintan2sinsintansin2iABwiiiWRRFWW同時(shí)考慮摩擦力、粘結(jié)力和水壓力的楔體破壞分析3()() tan() tan22wwwO

11、 AO BO AO BFcXcYAXBYH24452,sinsincosnaX13351,sinsincosnbY,25,coscoscossinsinabna nbna nbA,25,coscoscossinsinbana nbna nbB.一般分析摩擦錐：假定結(jié)構(gòu)面摩擦強(qiáng)度在各個(gè)方向相同，則可設(shè)想一個(gè)圍繞法向力的摩擦錐。思路.作出楔形結(jié)構(gòu)體示意圖.作出楔體各面的赤平投影.求楔體各面的面積，利用赤平投影求得各個(gè)交角.求作用在楔體上的力：重力，水壓力和水推力，.計(jì)算視摩擦角.求安全系數(shù).在邊坡充水時(shí)楔體底部的力.加錨固力知道滿足安全系數(shù)要求。邊坡監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)邊坡監(jiān)測(cè)主要是地面和巖體內(nèi)部位移，裂隙監(jiān)測(cè)和邊坡體內(nèi)水壓力監(jiān)測(cè)。地面位移觀測(cè)采用