邊坡巖體穩(wěn)定性分析專題1

2023/9/2工程地質(zhì)分析本專題內(nèi)容研究意義邊坡的應力分布特征邊坡的變形與破壞邊坡變形破壞的基本特征崩塌與滑坡邊坡變形與破壞的平面問題邊坡變形與破壞的空間問題邊坡工程2023/9/2工程地質(zhì)分析

緒論－基本概念及研究意義

斜坡巖(土)體穩(wěn)定性的工程地質(zhì)分折涉及兩個方面的任務：一方面要對斜坡的穩(wěn)定性作出評價和預測；另一方面要為設計合理的人工邊坡以及制定有效整治措施提供依據(jù)。2023/9/2工程地質(zhì)分析崩塌、滑坡名稱發(fā)生日期

方量（104m3）運動速度最大運動距離（m）死亡人數(shù)斜坡類型①誘發(fā)因素鹽池河崩塌（湖北）1980.6.310034m/s（最大值）400284

平緩層狀，軟弱基座地下采礦鐵西滑坡（四川，成昆線）1981.7.82204m/h(平均值）70

中傾外層狀體，老滑體局部復活地面采石渡口灰?guī)r礦山滑坡（四川，攀枝花）1981.6.104165.5m/min（平均值）220

中傾外層狀體斜坡地面采石四川盆地西部暴雨滑坡1981.7月，9月

數(shù)百個，單個滑坡方量大多小于100萬m35m/s±100±約10人

多種類型層狀體斜坡暴雨（數(shù)十年一遇，暴雨強度＞200mm/d）雞扒子滑坡（四川，長江云陽）1982.7.2415003－10m/min150－200

變角傾外層狀體斜坡，老滑坡局部復活暴雨灑勒山滑坡－碎屑流（甘肅）1983.3.73000－400032m/s（最大值）900237

平緩層狀體斜坡新灘滑坡（湖北，長江新灘）1985.6.12300010m/s80

老滑坡復活馬家壩滑坡（湖北，姊歸）1986.7.162400中速數(shù)十米

緩傾外層狀體斜坡，老滑坡復活暴雨西寧滑坡－碎屑流（四川，巫溪）1988.1.1070018－50m/s80026

傾內(nèi)層狀體斜坡，軟弱基底溪口滑坡－碎屑流（四川，華鎣山）1989.7.102020－30m/s1500221

傾內(nèi)層狀體斜坡暴雨昭通滑坡－碎屑流（云南，金沙江支流）1991.9.231500－200075m/s（平均）4500216

傾外層狀斜坡暴雨表１－1我國80年代重大崩、滑災害事件①斜坡結(jié)構(gòu)類型分類原則相見9.3節(jié)。2023/9/2工程地質(zhì)分析查納滑坡2023/9/2工程地質(zhì)分析

貴陽沙沖路滑坡2023/9/2工程地質(zhì)分析

龍羊峽庫岸滑坡2023/9/2工程地質(zhì)分析2003年5月11日貴州省三穗縣平溪特大橋滑坡致使35人死亡，毀壞橋墩2023/9/2工程地質(zhì)分析2003年7月13日三峽庫區(qū)沙鎮(zhèn)溪發(fā)生千將坪滑坡，致使24人失蹤。2023/9/2工程地質(zhì)分析滑坡壁滑坡周界2023/9/2工程地質(zhì)分析

西藏易貢特大崩滑災害2023/9/2工程地質(zhì)分析雞扒子滑坡全貌2023/9/2工程地質(zhì)分析鹽池河崩塌2023/9/2工程地質(zhì)分析新灘滑坡全貌2023/9/2工程地質(zhì)分析泥石型水石型泥流型2023/9/2工程地質(zhì)分析2023/9/2工程地質(zhì)分析坡面型泥石流2023/9/2工程地質(zhì)分析溝谷型泥石流2023/9/2工程地質(zhì)分析

這樣一次巨震，發(fā)生在人口相對密集、地質(zhì)環(huán)境本身就比較脆弱的四川西部的中、高山地區(qū)，其觸發(fā)地質(zhì)災害數(shù)量之多,分布之廣是可以想象的，同時也是超出人們所預料的！地震觸發(fā)了大量的次生地質(zhì)災害！2023/9/2工程地質(zhì)分析震前5184處“5.12”地震重災區(qū)的44個縣(市)，震前發(fā)現(xiàn)的地質(zhì)災害隱患點就達5184處，其中滑坡3300處、崩塌492處、泥石流604處、不穩(wěn)定斜坡751處，直接威脅到291098名群眾的生命財產(chǎn)安全。2023/9/2工程地質(zhì)分析震后9671處截至7.20日，經(jīng)實地排查，44個重災縣(市)，震后新增地質(zhì)災害隱患9671處。在統(tǒng)計的8627中，滑坡3627處、崩塌2383處、泥石流837處、不穩(wěn)定斜坡1694處，其他86處。直接威脅804945名群眾的生命財產(chǎn)安全。

還有難以計數(shù)的“野”滑坡。據(jù)估計，其總數(shù)在5萬處以上！極重災區(qū)平均3.5個/km2.2023/9/2工程地質(zhì)分析類型規(guī)模百分比(/%)巨型大型中型小型滑坡38340108121683627/41崩塌5830376112602383/28泥石流9092300355837/10不穩(wěn)定斜坡或震裂山體119240711841694/20總計197/2.3%837/9.7%2549/29.5%4967/57.6%8541/99*8627處統(tǒng)計，其中其他86處不在統(tǒng)計之列。512汶川大地震地質(zhì)災害規(guī)模分類2023/9/2工程地質(zhì)分析4km1km2km安縣大光包滑坡2023/9/2工程地質(zhì)分析滿目瘡痍！2023/9/2工程地質(zhì)分析5.12地震誘發(fā)災難性滑坡、崩塌一覽表

(死亡>30人，17個)2023/9/2工程地質(zhì)分析1000600遠遠超過過去20年全國因地質(zhì)災害而死亡的人數(shù)的總和！

地質(zhì)災害直接和間接死亡人數(shù)約為總遇難人數(shù)的1/3，達2.5-3.0萬人。2023/9/2工程地質(zhì)分析王家?guī)r滑坡新北川中學滑坡老縣城

新縣城2023/9/2工程地質(zhì)分析700人死亡！

新北川中學巖崩2023/9/2工程地質(zhì)分析1600人死亡！

老縣城2023/9/2工程地質(zhì)分析9.24泥石流后的北川縣城

2023/9/2工程地質(zhì)分析斜坡(slope)統(tǒng)指地表一切具有側(cè)向臨空面的地質(zhì)體，包括天然斜坡和人工邊坡。天然斜坡(簡稱斜坡）是指自然地質(zhì)作用形成未經(jīng)人工改造的斜坡。人工邊坡(簡稱邊坡）是指經(jīng)人工開挖或改造形成的斜坡。研究目的：研究邊坡變形破壞的機理(包括應力分布及變形破壞特征)與穩(wěn)定性，為邊坡預測預報及整治提供巖體力學依據(jù)。其中穩(wěn)定性計算是巖體邊坡穩(wěn)定性分析的核心。§6.1邊坡巖體中的應力分布特征2023/9/2工程地質(zhì)分析2023/9/2工程地質(zhì)分析一、應力分布特征在巖體中進行開挖，形成人工邊坡后，由于開挖卸荷，在近邊坡面一定范圍內(nèi)的巖體中，發(fā)生應力重分布作用，使邊坡巖體處于重分布應力狀態(tài)。邊坡巖體為適應重分布應力狀態(tài)，將發(fā)生變形和破壞。因此，研究邊坡巖體重分布應力特征是進行穩(wěn)定性分析的基礎。2023/9/2工程地質(zhì)分析邊坡中的應力分分析現(xiàn)有方法一（1）應力測量法；（2）室內(nèi)光彈性和模擬實驗法；（3）數(shù)值計法；（4）近似計算法2023/9/2工程地質(zhì)分析2023/9/2工程地質(zhì)分析2023/9/2工程地質(zhì)分析2023/9/2工程地質(zhì)分析2023/9/2工程地質(zhì)分析2023/9/2工程地質(zhì)分析邊坡面附近的主應力跡線發(fā)生偏轉(zhuǎn)。最大主應力與坡面近于平行，最小主應力與坡面近于正交，向坡體內(nèi)逐漸恢復初始應力狀態(tài)。坡面上徑向應力為零，為雙向應力狀態(tài)，向坡內(nèi)逐漸轉(zhuǎn)為三向應力狀態(tài)。應力的重分布2023/9/2工程地質(zhì)分析3坡面附近產(chǎn)生應力集中帶。在坡腳附近，最大剪應力增高，最易發(fā)生剪切破壞。在坡肩附近，常形成拉應力帶。邊坡愈陡，則此帶范圍愈大，因此，坡肩附近最易拉裂破壞。4最大剪應力跡線為凹向坡面的弧線。應力重分布2023/9/2工程地質(zhì)分析二、影響邊坡應力分布的因素(1)

原始應力狀態(tài)的影響巖體的原始應力狀態(tài)中，水平剩余應力的大小對坡體應力狀態(tài)的影響尤為顯著。它不但使主應力跡線的分布形式有所不同，而且明顯地改變了各應力值的大小，尤其對坡腳應力集中帶和張力帶的影響最大。在坡腳區(qū)，根據(jù)圖２—2可見，坡底的切向應力最大值約相當于原始水平應力的三倍左右。當有側(cè)向水平應力時，該值成倍增高，如當σL＝3ρgh時，該值可達7-10ρgh，與σL=0的情況相比，相差十分懸殊。2023/9/2工程地質(zhì)分析圖２－2用有限元解出的位移跡線圖（上）和主應力跡線圖（下）（a）重力場條件（N＝0.33）；（b）以水平應力為主的構(gòu)造應力場條件下（N＝3）2023/9/2工程地質(zhì)分析(2)坡形、坡高、坡角及坡底寬度坡高不改變應力等值線的形狀，但改變主應力的大小。

坡角影響邊坡巖體應力分布圖象。坡底寬度對坡腳巖體應力有較大的影響。坡面形狀對重分布應力也有明顯的影響。2023/9/2工程地質(zhì)分析圖6－3斜坡張力帶分布狀況及其與水平剩余應力（σL）、坡角（β）關系示意圖（據(jù)Stacey，1970）圖6－4坡角最大剪應力與坡腳和坡 底寬（W）關系圖解（據(jù)Stacey，1970）2023/9/2工程地質(zhì)分析(3)巖體性質(zhì)及結(jié)構(gòu)特征巖體變形模量對邊坡應力影響不大，泊松比對邊坡應力影響較大。這是由于泊松比的變化，可以使水平自重應力發(fā)生改變。(4)結(jié)構(gòu)面結(jié)構(gòu)面的存在使坡體中應力發(fā)生不連續(xù)分布，并在結(jié)構(gòu)面周邊或端點形成應力集中帶或阻滯應力的傳遞，這種情況在堅硬巖體邊坡中尤為明顯。2023/9/2工程地質(zhì)分析§6.2邊坡巖體的變形與破壞巖體邊坡的變形與破壞是邊坡發(fā)展演化過程中兩個不同的階段，變形屬量變階段，而破壞則是質(zhì)變階段，它們形成一個累進性變形破壞過程。一、邊坡巖體變形的基本類型二、邊坡破壞的基本類型三、影響巖體邊坡變形破壞的因素2023/9/2工程地質(zhì)分析一、邊坡巖體變形的基本類型

1、卸荷回彈在成坡過程中，由于荷重不斷減少，邊坡巖體在減荷方向(臨空面)產(chǎn)生伸長變形，即卸荷回彈。天然應力越大，向臨空方向的回彈變形量也越大。往往會伴隨產(chǎn)生一系列的張性結(jié)構(gòu)面。2023/9/2工程地質(zhì)分析2、蠕變變形邊坡巖體中的應力對于人類工程活動的有限時間來說，可以認為是保持不變的。在這種近似不變的應力作用下，邊坡巖體的變形也將會隨時間不斷增加，這種變形稱為蠕變變形。當邊坡內(nèi)的應力未超過巖體的長期強度時，則這種變形所引起的破壞是局部的。反之，這種變形將導致邊坡巖體的整體失穩(wěn)。這種破裂失穩(wěn)是經(jīng)過局部破裂逐漸產(chǎn)生的，幾乎所有的巖體邊坡失穩(wěn)都要經(jīng)歷這種逐漸變形破壞過程。2023/9/2工程地質(zhì)分析二、邊坡破壞的基本類型單平面滑動雙平面滑動多平面滑動邊坡破壞的基本類型楔形狀滑動圓弧形滑動平面滑動滑坡傾倒破壞崩塌2023/9/2工程地質(zhì)分析崩塌：斜坡巖土體被結(jié)構(gòu)面分割的塊體，突然脫離母體以垂直運動為主、翻滾跌躍而下的現(xiàn)象與過程滑坡：斜坡巖土體在重力作用下，沿著貫通的剪切破壞面（帶），產(chǎn)生以水平運動為主的整體運動現(xiàn)象，稱為滑坡。傾倒破壞：由陡傾或直立板狀巖體組成的斜坡，當巖層走向與坡面走向近平行時，在自重應力的長期作用下，由前緣開始向臨空方向彎曲、折裂，并逐漸向坡內(nèi)發(fā)展的現(xiàn)象稱為傾倒破壞（彎曲傾倒）。2023/9/2工程地質(zhì)分析2023/9/2工程地質(zhì)分析2023/9/2工程地質(zhì)分析2023/9/2工程地質(zhì)分析2023/9/2工程地質(zhì)分析三、影響巖體邊坡變形破壞的因素1、巖性決定巖體邊坡穩(wěn)定性的物質(zhì)基礎。2、巖體結(jié)構(gòu)巖體結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)面的發(fā)育特征是巖體邊坡破壞的控制因素。3、水的作用使巖土的質(zhì)量增大、滑動面的滑動力增大；巖土軟化、抗剪強度降低；對巖體產(chǎn)生動水壓力和靜水壓力。4、風化作用使巖體內(nèi)裂隙增多、擴大，透水性增強，抗剪強度降低。2023/9/2工程地質(zhì)分析5、地形地貌直接影響邊坡內(nèi)的應力分布特征，進而影響邊坡的變形破壞形式及邊坡的穩(wěn)定性。6、地震產(chǎn)生地震慣性力7、天然應力8、人為因素三、影響巖體邊坡變形破壞的因素2023/9/2工程地質(zhì)分析§9.3邊坡巖體穩(wěn)定性分析的步驟定性分析是在工程地質(zhì)勘察工作的基礎上，對邊坡巖體變形破壞的可能性及破壞形式進行初步判斷。定量分析是在定性分析的基礎上，應用一定的計算方法對邊坡巖體進行穩(wěn)定性計算及定量評價。評價方法數(shù)學力學分析法模型模擬試驗法工程類比法圖解法塊體極限平衡法彈性力學、彈塑性力學法有限元法等數(shù)值方法第九章

邊坡巖體穩(wěn)定性分析2023/9/2工程地質(zhì)分析塊體極限平衡法假設條件(1)邊坡巖體將沿某一結(jié)構(gòu)面（滑動面）產(chǎn)生滑移剪切破壞；(2)滑體在滑動過程中相對位置不變化，即為剛體；(3)滑動面上的應力分布均勻；(4)不考慮滑體兩側(cè)的抗滑力。穩(wěn)定性系數(shù)=滑動面上可能利用抗滑力/滑動力

>1

穩(wěn)定≦1不穩(wěn)定在多數(shù)情況下，計算的穩(wěn)定性系數(shù)都有一定誤差，因此，為保險起見，引入安全系數(shù)的概念。第九章

邊坡巖體穩(wěn)定性分析2023/9/2工程地質(zhì)分析塊體極限平衡法步驟可能滑動巖體幾何邊界條件的分析受力條件分析確定計算參數(shù)計算穩(wěn)定性系數(shù)確定安全系數(shù)，進行穩(wěn)定性評價第九章

邊坡巖體穩(wěn)定性分析2023/9/2工程地質(zhì)分析一、幾何邊界條件分析幾何邊界條件是指構(gòu)成可能滑動巖體的各種邊界面及其組合關系，包括滑動面、切割面和臨空面三種?；瑒用媸侵钙鸹瑒?即失穩(wěn)巖體沿其滑動)作用的面，包括潛在破壞面。切割面是指起切割巖體作用的面，由于失穩(wěn)巖體不沿該面滑動，因而不起抗滑作用，如平面滑動的側(cè)向切割面。臨空面指臨空的自由面，它的存在為滑動巖體提供活動空間，臨空面常由地面或開挖面組成。第九章

邊坡巖體穩(wěn)定性分析2023/9/2工程地質(zhì)分析幾何邊界條件分析的內(nèi)容是查清巖體中的各類結(jié)構(gòu)面及其組合關系，確定出可能的滑移面、切割面。幾何邊界條件分析的目的是確定邊坡中可能滑動巖體的位置、規(guī)模及形態(tài)，定性地判斷邊坡巖體的破壞類型及主滑方向。幾何邊界條件的分析可通過赤平投影、實體比例投影等圖解法或三角幾何分析法進行。一、幾何邊界條件分析第九章

邊坡巖體穩(wěn)定性分析2023/9/2工程地質(zhì)分析二、受力條件分析在工程使用期間，可能滑動巖體或其邊界面上承受的力的類型及大小、方向和合力的作用點統(tǒng)稱為受力條件。邊坡巖體上承受的力常見有：巖體重力、靜水壓力、動水壓力、建筑物作用力及震動力等等。1.地震作用水平地震作用：FEK=

1G第九章

邊坡巖體穩(wěn)定性分析2023/9/2工程地質(zhì)分析2.水壓力：包括滲透靜水壓力和滲透動水壓力。靜水壓力——水對巖體的靜壓力，數(shù)值上等于巖體受到的浮力。動水壓力——與水力梯度有關，數(shù)值上等于巖體受到的滲流阻力。第九章

邊坡巖體穩(wěn)定性分析2023/9/2工程地質(zhì)分析三、確定計算參數(shù)從偏安全的角度起見，一般選用的計算參數(shù)，應接近于殘余強度。研究表明：殘余強度與峰值強度的比值，大多變化在0.6~0.9之間，因此，在沒有獲得殘余強度的條件下，建議摩擦系數(shù)計算值在峰值摩擦系數(shù)的60％~90％之間選取，內(nèi)聚力計算值在峰值內(nèi)聚力的10％~30％之間選取。經(jīng)驗數(shù)據(jù)極限狀態(tài)下的反算數(shù)據(jù)試驗數(shù)據(jù)第九章

邊坡巖體穩(wěn)定性分析2023/9/2工程地質(zhì)分析四、穩(wěn)定性系數(shù)的計算和穩(wěn)定性評價穩(wěn)定性系數(shù)=可供利用的抗滑力/滑動力第九章

邊坡巖體穩(wěn)定性分析2023/9/2工程地質(zhì)分析五、確定安全系數(shù)，進行穩(wěn)定性評價安全系數(shù)：根據(jù)各種因素規(guī)定的允許的穩(wěn)定性系數(shù)。大小是根據(jù)各種影響因素人為規(guī)定的，必須大于1。影響因素：①巖體工程地質(zhì)特征研究的詳細程度；②各種計算參數(shù)誤差的大?。虎塾嬎惴€(wěn)定性系數(shù)時，是否考慮了全部作用力；④計算過程中各種中間結(jié)果的誤差大??；⑤工程的設計年限、重要性以及邊坡破壞后的后果。安全系數(shù)一般=1.05~1.5

第九章

邊坡巖體穩(wěn)定性分析2023/9/2工程地質(zhì)分析§9.4邊坡巖體穩(wěn)定性計算一、單平面滑動1、僅有重力作用時滑動面上的抗滑力Fs=Gcosβtgφj+CjL

滑動力

Fr＝Gsinβ穩(wěn)定性系數(shù)第九章

邊坡巖體穩(wěn)定性分析2023/9/2工程地質(zhì)分析滑動體極限高度Hcr為∴當Cj=0，φj＜β時，η＜1，Hcr=0忽略滑動面上內(nèi)聚力(Cj=0)時

第九章

邊坡巖體穩(wěn)定性分析2023/9/2工程地質(zhì)分析2、有水壓力作用作用于CD上的靜水壓力V作用于AD上的靜水壓力U為邊坡穩(wěn)定性系數(shù)為第九章

邊坡巖體穩(wěn)定性分析2023/9/2工程地質(zhì)分析3、有水壓力作用與地震作用邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)FEK=

1G水平地震作用第九章

邊坡巖體穩(wěn)定性分析2023/9/2工程地質(zhì)分析二、同向雙平面滑動第一種情況為滑動體內(nèi)不存在結(jié)構(gòu)面，視滑動體為剛體，采用力平衡圖解法計算穩(wěn)定性系數(shù)第二種情況為滑動體內(nèi)存在結(jié)構(gòu)面并將滑動體切割成若干塊體的情況，這時需分塊計算邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)第九章

邊坡巖體穩(wěn)定性分析2023/9/2工程地質(zhì)分析1.滑動體為剛體的情況

ABCD為可能滑動體，根據(jù)滑動面產(chǎn)狀分為Ⅰ、Ⅱ兩個塊體。FⅠ為塊體Ⅱ?qū)K體Ⅰ的作用力，F(xiàn)Ⅱ為塊體Ⅰ對塊體Ⅱ的作用力，F(xiàn)Ⅰ和FⅡ大小相等，方向相反，其作用方向的傾角為θ?；瑒用鍭B以下巖體對塊體Ⅰ的反力R1(摩阻力)與AB面法線的夾角為φ1。第九章

邊坡巖體穩(wěn)定性分析2023/9/2工程地質(zhì)分析2.滑動體內(nèi)存在結(jié)構(gòu)面的情況

在滑動過程中，滑動體除沿滑動面滑動外，被結(jié)構(gòu)面分割開的塊體之間還要產(chǎn)生相互錯動。采用分塊極限平衡法和不平衡推力傳遞