巖體穩(wěn)定性分析課件

第一節(jié)洞室圍巖穩(wěn)定性分析建設(shè)中的武漢長江隧道二號

1概念圍巖穩(wěn)定是一個相對概念。它是指在一定的時間內(nèi)，在一定的地質(zhì)力和工程力作用下，巖體不產(chǎn)生破壞性的剪切滑動。這種剪切滑動的實質(zhì)就是應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系表現(xiàn)為滑動及抗滑的矛盾。2穩(wěn)定性計算

2.1整體

圍巖整體穩(wěn)定的力學(xué)計算．首先要研究圍巖的二次應(yīng)力狀態(tài)。并根據(jù)所算出的最大拉應(yīng)力、最大壓應(yīng)力和最大變形的結(jié)果，與巖體抗拉強度、抗壓強度和最大允許變形對比，來評定圍巖是否穩(wěn)定。圍巖應(yīng)力大小的確定，最好是實測。然后與巖體強度對比，分析其穩(wěn)定性。另一種方法是汁算，如用有限單元法和彈塑性理論的力學(xué)計算等。在節(jié)理巖體中，由于節(jié)理局部切割，造成了巖體中的軟弱結(jié)構(gòu)而，因而使洞室的圍巖產(chǎn)生局部塊體的不穩(wěn)定。穩(wěn)定系數(shù)K=抗滑力τ/下滑力TK>1穩(wěn)定狀態(tài)K<1不穩(wěn)定狀態(tài)2穩(wěn)定性計算

2.2局部3加固措施支護結(jié)構(gòu)應(yīng)當滿足技術(shù)上、生產(chǎn)上和經(jīng)濟上的要求。支護結(jié)構(gòu)在技術(shù)上的要求首先是堅固，能保證洞室的穩(wěn)定性。在整個使用期間，不發(fā)生破裂和折斷，并能維持洞室斷面的形狀。在生產(chǎn)上要求支護不要妨礙生產(chǎn)作業(yè)的完成，而且也不得阻礙空氣的流通。在經(jīng)濟上要求支護不要占很大的地方，不應(yīng)使洞室增加過大的毛斷面，建筑和維修費用要小。第二節(jié)巖土地基工程1概述三峽大壩雄姿

壩攔蓄水流，抬高水位，承受著巨大的水壓力和其他各種荷載。為了維持平衡穩(wěn)定，壩體又將水壓力和其他荷載以及本身的重量傳遞到地基或兩岸的巖體上，因而巖體所承受的壓力很大。1概述三峽大壩

在大壩發(fā)生毀壞的事故中，因地質(zhì)問題而引起的最多，因此在大壩的設(shè)計和施工中，對壩基或壩肩的巖體進行工程地質(zhì)條件的分析研究是非常重要的。

1概述隧道和橋梁

1概述自然界中的巖體是巖塊與各種節(jié)理，裂隙及其填充物組成的復(fù)合體。1概述巖石地基經(jīng)常遇到各種不良現(xiàn)象，從而對不良巖基上的建筑物構(gòu)成直接或潛在的威脅。1概述某水庫大壩塌坑事故1概述因此，對巖石地基，在設(shè)計前，必須首先進行工程地質(zhì)及巖體質(zhì)量評價。2地基承載力的確定

地基承載力是指地基單位面積上承受荷載的能力。分為極限承載力和容許承載力。

2地基承載力的確定

為保證建筑物的使用安全，地基應(yīng)同時滿足兩個基本的條件：地基應(yīng)具有足夠的強度，在荷載作用后，不產(chǎn)生地基失效而破壞；地基不能產(chǎn)生過大的變形而影響建筑物的安全與正常使用。

2地基承載力的確定

地基承載力應(yīng)包含強度和變形兩個概念。巖石地基承載力可按現(xiàn)場巖石類別、風(fēng)化程度由地基規(guī)范表確定,或由實驗或理論確定。2.2采用巖體現(xiàn)場荷載試驗確定承載力

荷載試驗方法：對淺基礎(chǔ)采用直徑為30cm的圓形剛性承壓板;當巖石埋藏較深時,可用鋼筋混泥土樁。2.3按室內(nèi)單軸抗壓強度確定地基承載力

對微風(fēng)化及中風(fēng)化的巖石，可根據(jù)室內(nèi)飽和單軸抗壓強度確定其承載力。試樣尺寸一般為50mm*100mm;數(shù)量不少于9個;應(yīng)進行飽和處理;加載速率為500~800kPa/s。2.4巖石地基承載力的理論公式

巖體內(nèi)存在裂隙,非連續(xù),非均勻,彈塑性體.因此,必須對其簡化.假設(shè)為連續(xù)介質(zhì)體,可采用彈塑性本構(gòu)關(guān)系來描述其力學(xué)性質(zhì).太沙基公式;科茨公式;3建筑物巖石地基3.1.1直接利用（無基礎(chǔ)）的巖石地基

磚墻承重且上部結(jié)構(gòu)傳遞給基礎(chǔ)的荷載不太大的民用房屋，對預(yù)制鋼筋混凝土柱，可把巖石鑿成杯口，將柱直接插入，然后用強度等級為C20的細石混凝土將柱周圍空隙填實，使其與巖層連成整體。3.1.2巖石錨桿基礎(chǔ)

圖8-1錨桿基礎(chǔ)的典型形式3.1.3嵌巖樁D4墩為金塘大橋主通航孔橋兩個主索塔墩之一，基礎(chǔ)為42根國內(nèi)首次采用的超長大直徑變截面嵌巖樁，直徑為2.5米～2.85米，平均打入海平面下110米。3.2深基礎(chǔ)工程

在土建、交通、水利工程中，當天然的地基的強度和變形不能滿足工程要求時，需要對地基進行人工處理，以滿足工程建設(shè)的需要，保證建筑安全可靠。地基處理方法眾多，對每一個具體的工程往往都有其特殊性。常用的地基處理方法有：排水固結(jié)法，振密、擠密法，置換及拌入法，灌漿法，加筋法和托換法等當作為地基的土層軟弱，建筑物對其變形與穩(wěn)定要求較高時，就必須采用深基礎(chǔ)。常見的深基礎(chǔ)有：樁基礎(chǔ)，沉井基礎(chǔ)，沉箱基礎(chǔ)，地下連續(xù)墻等

第三節(jié)巖石邊坡工程1概述

在山區(qū)進行的各種工程建筑常常是在天然斜坡巖體上興建，或是在興建中需要開挖出高陡的邊坡。

例如，依山傍水開鑿運河渠道、穿山越嶺修筑道路、橋梁、高峽建壩、深谷修庫以及露天采礦等。其中尤其是水利水電工程，為要多蓄水多發(fā)電就要選擇在具有高陡斜坡的深山峽谷中筑壩建庫。

1概述

但是在邊坡巖體中常存在有這樣那樣的軟弱結(jié)構(gòu)面。它們在巖體重力和各種自然營力的長期作用下或人為的影響下，常常會發(fā)生變形破壞，使巖體突然崩倒或下滑，大量土石巖塊涌向坡腳或河谷，沖垮道路、橋梁，掩埋廠礦房屋以及破壞施工現(xiàn)場，從而造成中斷施工、延長工期、改變設(shè)計、增加投資等危害。大規(guī)模的邊坡破壞事故甚至可堵塞江河、中斷航運、毀壞大壩、水電站，并危及下游人民生命財產(chǎn)的安全。1概述邊坡的要素

2邊坡的破壞形式及影響因素

1邊坡巖體的變形特征

一、松弛張裂在邊坡形成過程中，由于在河谷部位的巖體被沖刷侵蝕掉或人工開挖，使邊坡巖體失去約束，應(yīng)力重新調(diào)整分布，從而使岸坡巖體發(fā)生向臨空面方向的回彈變形及產(chǎn)生近平行于邊坡的拉張裂隙，一般稱作邊坡卸荷裂隙。這種裂隙多呈層狀向坡體內(nèi)發(fā)育，形成松弛張裂帶或稱卸荷帶，其寬度和深度均可達百米以上，它主要取決于河谷下切深度、地應(yīng)力及巖體結(jié)構(gòu)等。在河谷底部也可出現(xiàn)卸荷裂隙，形成大致平行于谷底的松弛張裂帶，深也可達數(shù)十米。二、蠕動變形蠕動變形，是指邊坡巖體主要在重力作用下向臨空方向發(fā)生長期緩慢的塑性變形的現(xiàn)象，有表層蠕動和深層蠕動兩種類型。表層蠕動是斜坡淺部巖土體在重力的長期作用下，向臨空方向緩慢變形構(gòu)成一剪變帶，其位移由坡面向坡體內(nèi)部逐漸降低直到消失。

表層蠕動多發(fā)生在陡傾層狀巖層或陡傾結(jié)構(gòu)面發(fā)育的巖體中，層面或結(jié)構(gòu)面走向與斜坡面走向平行或交角很小。深層蠕動，是由于堅硬巖層組成的邊坡底部存在較厚的軟弱巖層時，由軟弱巖層發(fā)生塑性流動而引起的長期緩慢的邊坡蠕動變形。三、崩塌高陡的邊坡巖體突然發(fā)生傾倒崩落，巖塊翻滾撞擊而下，堆積于坡腳的現(xiàn)象，稱做崩塌。其規(guī)模大小懸殊，大規(guī)模的巖體崩塌也稱山崩，其體積可達數(shù)千萬甚至上億立方米。小規(guī)模的崩塌稱墜石，一般其體積僅數(shù)立方米或數(shù)十立方米。在堅硬巖體中發(fā)生的崩塌也稱巖崩，而在土體中發(fā)生的則稱土崩。此外，尚有坍方或塌方一詞，這是泛指邊坡的各種破壞現(xiàn)象，包括崩塌、滑坡以及其過渡類型塌滑等，是鐵路和公路工程的常用語。

崩塌下來的巖塊、碎石，大小混雜堆積于坡腳或山麓斜坡上，稱為崩積物，有時形成倒錐體形的堆積稱做巖堆，或倒石堆。巖崩的形成機理

巖崩的形成機理，一般有下列三種。

(1)邊坡被陡傾裂隙深切，在外力及自重力的作用下逐漸向坡外傾斜、彎曲，陡傾裂隙被拉開，巖體下部因彎曲而被拉裂、折斷，進而傾倒崩塌。

(2)在堅硬巖層的下部存在有軟弱巖層，當它發(fā)生塑性蠕變(塑性流動或剪切蠕變)時，則可導(dǎo)致上部巖層深陷、下滑、拉裂以至傾倒崩塌。

(3)下部有洞穴或采空，巖體沉陷、陷落，將邊部巖體擠出，傾倒崩塌。四、滑坡邊坡巖體主要在重力作用下沿貫通的剪切破壞面發(fā)生滑動破壞的現(xiàn)象，稱為滑坡。

滑坡的危害還表現(xiàn)在不僅是將要發(fā)生的滑坡會給建筑物造成危害，而且表現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)生過的滑坡地段，對興建水利水電工程也十分不利。

這是因為已發(fā)生過滑坡的地段，常常有再次發(fā)生的可能，而滑動過的巖體即滑坡體往往疏松破碎、雜亂無章，強度低、透水性強、穩(wěn)定性差，無論是做為壩肩巖體、水庫岸坡、隧洞圍巖，還是做為道路路基和碼頭等都是不利的。2影響邊坡穩(wěn)定性的因素

影響邊坡穩(wěn)定性的因素有內(nèi)在因素與外在因素兩個方面。

內(nèi)在因素有組成邊坡巖土體的性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、巖體結(jié)構(gòu)、地應(yīng)力等。它們常常起著主要的控制作用。

外在因素有地表水和地下水的作用、地震、風(fēng)化作用、人工挖掘、爆破以及工程荷載等。其中地表水和地下水是影響邊坡穩(wěn)定最重要、最活躍的外在因素，其他大多起著觸發(fā)作用。

一、地貌條件的影響

地層和巖性對邊坡穩(wěn)定性的影響很大，軟硬相間，并有軟化、泥化或易風(fēng)化的夾層時，最易造成邊坡失穩(wěn)。地層巖性的不同，所形成的邊坡變形破壞類型及能保持穩(wěn)定的坡度也不同。

二、地層巖性的影響深切峽谷地區(qū)，陡峭的岸坡是易發(fā)生邊坡變形和破壞的地形條件。通常，坡度越陡、坡高越大，對穩(wěn)定越不利。崩塌現(xiàn)象均發(fā)生在坡度大于60o的斜坡上。而滑坡現(xiàn)象雖在陡坡地形發(fā)育較多，但在較緩的邊坡上也可發(fā)生，這主要決定于滑動面的性質(zhì)。

三、地質(zhì)構(gòu)造與巖體結(jié)構(gòu)的影響地質(zhì)構(gòu)造因素包括褶皺、斷裂、區(qū)域新構(gòu)造運動及地應(yīng)力等，這些對巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定也是主要因素之一。褶皺、斷裂發(fā)育地區(qū)，常是巖層傾角大，甚至陡立，斷層、節(jié)理縱橫切割，構(gòu)成巖體中的切割面和滑動面，形成有利于崩塌、滑動的條件，并直接控制著邊坡破壞的形成和規(guī)模。地震以及結(jié)構(gòu)面特征在新構(gòu)造運動表現(xiàn)為強烈上升的地區(qū)，往往形成深切的溝谷地形，坡體內(nèi)地應(yīng)力較高，卸荷裂隙也常較發(fā)育，往往較廣泛地發(fā)生著各種變形和破壞現(xiàn)象。這些新構(gòu)造運動強烈的地區(qū)，也是地震活動強烈的地區(qū)。地震常是邊坡失穩(wěn)的觸發(fā)因素。

結(jié)構(gòu)面的特性(發(fā)育程度、規(guī)模大小、充填膠結(jié)、產(chǎn)狀等)對巖體的穩(wěn)定性有很大影響。對邊坡而言，結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀和巖體結(jié)構(gòu)類型有更明顯的影響。

四、地下水的作用地下水對邊坡穩(wěn)定的影響關(guān)系極大，絕大多數(shù)滑坡都與地下水的活動有關(guān)。許多滑坡、崩塌均發(fā)生在降雨之后，就是因降水滲入巖土體后，產(chǎn)生不良影響所致。地下水的作用主要表現(xiàn)為：

使巖石軟化或溶蝕。

產(chǎn)生靜水壓力或動水壓力。

增加巖體重量。

凍脹作用。

浮托力。

五、其他因素的影響

風(fēng)化作用、暴雨、水流沖刷坡腳，人工挖掘采空、振動等，都可能構(gòu)成促使巖體失穩(wěn)破壞的因素。

3邊坡穩(wěn)定性分析

一、極限平衡理論計算法

邊坡的穩(wěn)定計算，主要是滑動破壞(即滑坡)的計算。目前大都仍是按照庫侖定律或由此引伸的準則進行的。計算時將滑體視為均質(zhì)剛性體，不考慮滑體的變形，然后對邊界條件加以簡化。近年來，有限單元法等已逐漸在計算邊坡穩(wěn)定中應(yīng)用，其優(yōu)點是根據(jù)巖體的應(yīng)力應(yīng)變特征，并可考慮到巖體的非均質(zhì)性和不連續(xù)性等特點，因而可以避免將滑體視為剛體而過于簡化的缺點。4

不穩(wěn)定邊坡的防治措施

一、防滲與排水

為了防止大氣降水向巖體中滲透，一般是在滑坡體外圍布置排水溝槽，以截斷流至滑坡體上的水流。大的滑坡體尚應(yīng)在其上布置一些排水溝，同時要整平坡面，防止有積水的坑洼，以利降水迅速排走。

對已滲入滑坡體的水，原則上應(yīng)盡快排除。通常是采用地下排水廊道，利用它可截住滲透的水流或?qū)⒒麦w中的積水排出滑坡體以外。二、修建支擋建筑支擋建筑主要是在不穩(wěn)定巖體的下部修建擋墻或支撐墻(或墩)，也是一種應(yīng)用廣泛而有效的辦法。用混凝土、鋼筋混凝土或砌石均可。支擋建筑物的基礎(chǔ)要砌置在滑動面以下。若在擋墻后增加排水措施，效果更好。

三、削坡、減重和反壓削坡是將陡傾的邊坡上部的巖體挖除，一部分使邊坡變緩，同時也可使滑體重量減輕，以達到穩(wěn)定的目的。削減下來的土石，可填在坡腳，起反壓作用，更有利于穩(wěn)定。四、錨固措施有錨桿(或錨索)和混凝土錨固樁兩種類型的措施，其原理都是提高巖體抗滑(或抗傾倒)能力。

預(yù)應(yīng)力鋼索或鋼桿錨固不穩(wěn)定巖體的辦法，適用于加固巖體邊坡和不穩(wěn)