邊坡應(yīng)力分布的一般特征

第六章邊坡穩(wěn)定性的工程地質(zhì)研究第3節(jié)、邊坡變形破壞的基本類型第2節(jié)、邊坡的應(yīng)力分布特征第1節(jié)、概述第5節(jié)、影響邊坡穩(wěn)定性的因素第4節(jié)、滑坡的工程地質(zhì)特征第6節(jié)、邊坡穩(wěn)定性的工程地質(zhì)評價方法第7節(jié)、防治邊坡變形破壞的工程措施第1節(jié)、概述邊坡包括自然邊坡和人工邊坡兩種類型。自然邊坡：在自然地質(zhì)作用下形成的山體斜坡、河谷岸坡、海岸陡崖等；人工邊坡：人類工程活動形成的規(guī)模不同、陡緩不等的斜坡，例如道路工程中的工程中的路塹、路堤邊坡，房屋、橋梁工程的基坑邊坡，露天礦山的邊坡，水電工程中的運河渠道邊坡，船閘、溢洪道邊坡、飲水水洞進(jìn)、出口邊坡、土石壩邊坡及壩肩邊坡等。邊坡要素(1)通過勘察對邊坡的穩(wěn)定性做出評價和預(yù)測；(2)為設(shè)計合理的工程邊坡和制定有效的防治措施提供地質(zhì)依據(jù)。邊坡穩(wěn)定性的工程地質(zhì)分析意義：2010年地質(zhì)災(zāi)害類型構(gòu)成一、邊坡應(yīng)力分布的一般特征(1)斜坡巖體的主應(yīng)力跡線發(fā)生明顯的偏轉(zhuǎn)，總的特征為愈接近邊坡，最大主應(yīng)力愈接近平行于斜坡臨空面；而最小主應(yīng)力則愈與坡面近正交。

(2)在坡腳與河谷底部形成應(yīng)力集中帶。

(3)與主應(yīng)力偏轉(zhuǎn)相聯(lián)系，最大剪應(yīng)力跡線也發(fā)生偏轉(zhuǎn)，呈凹向臨空面的弧線。在最大、最小主應(yīng)力差值最大的部位(一般在坡腳附近)，相應(yīng)形成一個最大剪應(yīng)力區(qū)，因而在這里容易發(fā)生剪切變形破壞。

(4)在坡頂和坡面的靠近表面部位，由于垂直于河谷的水平應(yīng)力顯著減小，甚至可出現(xiàn)拉應(yīng)力，因而可形成一個拉應(yīng)力帶。其范圍隨坡角和平行于河谷的水平應(yīng)力的增加而增大。第2節(jié)、邊坡的應(yīng)力分布特征斜坡中最大剪應(yīng)力跡線（虛線）和主應(yīng)力跡線（實線）示意圖自重作用下邊坡主應(yīng)力分布

存在初始水平構(gòu)造應(yīng)力下邊坡應(yīng)力分布第3節(jié)、邊坡變形破壞的基本類型邊坡變形：指坡體只產(chǎn)生局部部位的位移和微破裂，巖塊只出現(xiàn)微量的腳變化，沒有顯著的剪切位移或滾動，因而邊坡不至引起整體失穩(wěn)。邊坡破壞：指坡體以一定的速度出現(xiàn)較大的位移，邊坡巖體產(chǎn)生整體滑動、滾動或轉(zhuǎn)動。二者在邊坡變化過程中是相互密切聯(lián)系的。邊坡破壞前，邊坡巖體總要經(jīng)歷一個從徐變到巨變的變形過程。常見的邊坡變性破壞主要類型有：松弛張裂、蠕動、崩坍、傾倒、潰屈和滑坡。

松弛張裂是邊坡的側(cè)向應(yīng)力削弱后，由于卸荷回彈而在斜坡上出現(xiàn)張裂的現(xiàn)象。隨著河谷的進(jìn)一步深切，則卸荷裂隙向深部發(fā)展，還可以產(chǎn)生與坡面大角度相交或近于垂直的剪切裂隙，卸荷裂隙由坡面向深部有時呈多層發(fā)育，在邊坡形成松弛張裂——卸荷裂隙帶。1.松弛張裂峽谷地區(qū)卸荷發(fā)育示意圖2.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。

表層蠕動主要表現(xiàn)為邊坡表部巖體發(fā)生彎曲變形，多是從下部未經(jīng)變動的部分向上逐漸連續(xù)向臨空方向彎曲，甚至倒轉(zhuǎn)、破裂、傾倒。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。一般反坡向傾斜或傾角大于60o者更易發(fā)生。

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。表層蠕動變形示意圖邊坡深層蠕動示意圖

3.崩塌定義：崩塌指在陡峭地段，邊坡上部的巖體受陡傾裂隙切割，在重力作用下，突然以高速脫離母巖翻滾墮落的急劇變性破壞現(xiàn)象。類型：規(guī)模巨大的山區(qū)崩塌，稱為山崩；小型崩塌，成為墜石。堆積體：崩塌以自由墜落為其主要運動形式，巖塊在斜坡上翻滾滑動并相互摩擦破碎后堆積于坡腳，形成巖堆或崩積體。地貌：巖堆（倒石堆，倒石錐）碎石崩塌發(fā)生過程2010年3月10日凌晨1時30分，陜西省榆林市子洲縣雙湖峪鎮(zhèn)石溝村大理河橋東側(cè)發(fā)生黃土崩塌災(zāi)害。崩塌體長103米、寬108米、厚8米，體積約8.9萬方，整體下座約10米，移動方向北偏東30°。崩塌造成15戶共44人被埋，砸毀窯洞及建于其上的房屋29間（孔）。窯洞建于1999年，房屋建于2002年。此次崩塌共造成27人死亡、17人受傷。2009年6月5日15時許，重慶市武隆縣鐵礦鄉(xiāng)雞尾山山體發(fā)生大規(guī)?？逅?，掩埋了12戶民房以及400多米外的鐵礦礦井入口，造成10人死亡，64人失蹤，8人受傷的特大災(zāi)害。崩塌的形成機(jī)理①邊坡被陡傾裂隙深切②軟弱相間的巖層③下部有洞穴和采空現(xiàn)象崩塌錯落

滑坡是指邊坡一部分巖體以一定加速度沿某一滑動面發(fā)生剪切滑動的現(xiàn)象?；瑒用婵梢允鞘芗魬?yīng)力最大的貫通性剪切破壞面或帶，也可以是巖體中已有的軟弱結(jié)構(gòu)面。按滑動面的形態(tài)，可劃分為圓弧形滑面和平面兩種類型。4.滑坡（a）圓弧狀滑動面（b）平面狀滑動面（c）階梯狀滑動面貴州省關(guān)嶺縣崗烏鎮(zhèn)滑坡2010年6月28日14時左右，受持續(xù)強(qiáng)降雨影響，貴州省關(guān)嶺縣崗烏鎮(zhèn)大寨村發(fā)生特大山體滑坡，導(dǎo)致大寨村遭受滅頂之災(zāi)，42人死亡、57人失蹤。云南省保山市隆陽區(qū)瓦馬鄉(xiāng)河?xùn)|村滑坡2010年9月1日22時20分，云南省保山市隆陽區(qū)瓦馬鄉(xiāng)河?xùn)|村大石房小組突發(fā)一起滑坡災(zāi)害，造成29人死亡、19人失蹤、8人受傷。1.滑坡的表面形態(tài)及結(jié)構(gòu)滑動面（帶）滑坡床滑坡體滑坡壁滑坡臺階滑坡舌第4節(jié)、滑坡的工程地質(zhì)研究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。分類依據(jù)類型特征說明坡體物質(zhì)組成堆積層滑坡各種不同性質(zhì)的堆積層體內(nèi)滑動或沿基巖面滑動。黃土滑坡不同時期黃土層中的滑坡，并多群集出現(xiàn)。粘性土滑坡粘性土本身變形滑動，或沿與其它土層或基巖接觸面滑動。巖層滑坡沿著層面，或不同巖層接觸面以及較完整的基巖面滑動破碎巖體滑坡發(fā)生在構(gòu)造破碎帶或嚴(yán)重風(fēng)化帶形成的凸形山坡上。填土滑坡發(fā)生在路堤或人工棄土堆中。主滑面與層面關(guān)系同類土滑坡發(fā)生在均質(zhì)粘性土或黃土中，滑動面均勻光滑。順層滑坡沿層面或裂隙面滑動，或沿基覆界面及基巖不整合面滑動。切層滑坡滑動面與巖層面相切，常沿傾向山外的一組裂隙面發(fā)生?；w受力狀態(tài)牽引式滑坡下部先滑使上部失去支撐而變形滑動。推移式滑坡上部巖層滑動擠壓下部產(chǎn)生變形。滑體體積小型滑坡<10萬m3中型滑坡10~50萬m3大型滑坡50~100萬m3巨型滑坡>100萬m32.滑坡的分類分類依據(jù)類型特征說明發(fā)生時代古滑坡全新世以前發(fā)生的老滑坡全新世以來發(fā)生，現(xiàn)在未活動新滑坡正在活動的活動性活滑坡發(fā)生后仍在繼續(xù)活動的滑坡死滑坡發(fā)生后已停止發(fā)展，一般情況下不可能重新活動。滑體厚度淺層滑坡<6m中層滑坡6～20m厚層滑坡20～50m巨厚層滑坡>50m形成原因工程滑坡由于施工開挖山體引起的滑坡。自然滑坡由于自然地質(zhì)作用產(chǎn)生的滑坡?；瑒铀俣热鋭踊聭{肉眼難以觀察其運動，通過儀器觀測才能發(fā)現(xiàn)慢速滑坡每天滑動數(shù)~數(shù)十厘米，肉眼可直接觀察到滑坡活動中速滑坡每小時滑動數(shù)十厘米~數(shù)米高速滑坡每秒滑動數(shù)米~數(shù)十米內(nèi)在因素：組成邊坡巖土體的性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、巖土體結(jié)構(gòu)、巖體初始應(yīng)力等；外在因素：水的作用、地震、巖石風(fēng)化、工程荷載條件及人工開挖等。內(nèi)在因素對邊坡的穩(wěn)定性起控制作用，外部因素則使邊坡的下滑力增大，巖土體的強(qiáng)度降低而消弱巖土體的抗滑力，促進(jìn)邊坡變性破壞的發(fā)生和發(fā)展。第5節(jié)、影響滑坡穩(wěn)定性的因素1.巖土類型和性質(zhì)的影響地層巖性的差異是影響邊坡穩(wěn)定的主要因素。1）深成侵入巖、厚層堅硬沉積巖以及片麻巖、石英巖等構(gòu)成的邊坡，一般穩(wěn)定性較高；2）噴出巖邊坡，如：玄武巖、凝灰?guī)r、安山巖、火山角礫巖等，其原生節(jié)理（尤其是柱狀節(jié)理)發(fā)育時，容易形成直立坡而產(chǎn)生崩塌；3）含有粘土質(zhì)頁巖、泥巖、煤層、泥灰?guī)r、石膏等夾層的沉積巖邊坡，最易產(chǎn)生順層滑動，或因深層蠕動而造成崩塌；4）千枚巖、板巖及片巖，軟弱易風(fēng)化，容易出現(xiàn)蠕動現(xiàn)象；5）黃土具有垂直節(jié)理、疏松透水，浸水后容易崩解濕陷。6）崩積物、殘坡積物。容易沿下伏基巖的接觸面產(chǎn)生滑動。2.地質(zhì)構(gòu)造和巖體結(jié)構(gòu)的影響

地質(zhì)構(gòu)造因素對邊坡穩(wěn)定性，特別是巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的影響是十分明顯。1）在區(qū)域構(gòu)造比較復(fù)雜，褶皺比較強(qiáng)烈，新構(gòu)造運動比較活動的地區(qū)，邊坡穩(wěn)定性較差，常出現(xiàn)巨大型滑坡及滑坡群；2）斷層、節(jié)理裂隙發(fā)育特征和巖體結(jié)構(gòu)對邊坡穩(wěn)定的影響也是十分明顯的，極易發(fā)生滑坡；3）巖層或結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀對邊坡穩(wěn)定有很大的影響。3.水的作用的影響地表水和地下水是影響邊坡穩(wěn)定性的重要因素。不少滑坡的典型實例都與水的作用有關(guān)或者水是滑坡的觸發(fā)因素，水的作用主要表現(xiàn)在：1）處于水下的透水邊坡將承受水的浮托力的作用；2）而不透水的邊坡，坡面將承受靜水壓力，充水的張開裂隙也將承受裂隙水靜水壓力的作用；3）地下水的滲流，將對邊坡體產(chǎn)生動水壓力；4）水對邊坡巖土體還產(chǎn)生軟化或泥化作用，使巖土體的抗剪強(qiáng)度大為降低；5）地表水的沖刷，地下水的溶蝕和潛蝕也直接對邊坡產(chǎn)生破壞作用。4.地震作用的影響

地震對邊坡穩(wěn)定性的影響較大。在地震的作用下，首先使邊坡巖體的結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞或變化，出現(xiàn)新的結(jié)構(gòu)面，或使原有結(jié)構(gòu)面張裂、松弛，飽水砂層出現(xiàn)振動液化，地下水狀態(tài)亦有較大的變化。在地震力的反復(fù)振動沖擊下，邊坡沿結(jié)構(gòu)面發(fā)生位移變形，直至破壞。5.工程荷載的影響

如拱壩壩肩承受的拱端推力；邊坡坡肩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；庫水對庫岸的浪擊淘刷力；預(yù)應(yīng)力錨固時所加的預(yù)應(yīng)力等。由于工程的運行，也可能間接地影響邊坡的穩(wěn)定。除上述因素外，坡腳人工開挖、爆破影響、巖體風(fēng)化作用，引水渠道的修建，黃土濕陷等，均可引起邊坡的變形與破壞。第6節(jié)、邊坡穩(wěn)定性的工程地質(zhì)評價方法邊坡穩(wěn)定性的工程地質(zhì)評價方法可概括為地質(zhì)分析法（歷史成因分析法）、力學(xué)計算法（包括極限平衡法、有限單元法和圖解分析法）和工程地質(zhì)類比法。(1)對與工程建設(shè)有關(guān)的天然邊坡或人工邊坡的穩(wěn)定性做出定性和定量評價；(2)為設(shè)計合理的人工邊坡和邊坡變性破壞的防治措施提供依據(jù)。邊坡穩(wěn)定性的工程地質(zhì)評價任務(wù)：邊坡穩(wěn)定分析前應(yīng)具備資料：①地形和地貌特征；②地層巖性和巖土體結(jié)構(gòu)特征；③斷層、裂隙和軟弱層的分布、產(chǎn)狀、充填物質(zhì)以及結(jié)構(gòu)面的組合與連通率；④邊坡巖體風(fēng)化、卸荷深度；⑤各類巖土和潛在滑動面的物理力學(xué)參數(shù)以及巖體應(yīng)力；⑥巖土體變形監(jiān)測和地下水觀測資料；⑦坡腳淹沒、地表水位變幅和坡體透水與排水資料；⑧降雨歷時、降雨強(qiáng)度和凍融資料；⑨地震基本烈度和動參數(shù)；⑩邊坡施工開挖方式、開挖程序、爆破方法、邊坡外荷載、坡腳采空和開挖坡的高度和坡度等。1.地質(zhì)分析法

地質(zhì)分析法是根據(jù)邊坡的地貌形態(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)測邊坡穩(wěn)定性發(fā)展的總趨勢和邊坡變形破壞方式，對邊坡的穩(wěn)定性作出定性評價。對發(fā)生過滑坡的邊坡，則判斷其能否復(fù)活或轉(zhuǎn)化。大致包括以下內(nèi)容：1）根據(jù)邊坡的地貌形態(tài)演變預(yù)測和評價邊坡的穩(wěn)定性；2）根據(jù)地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造等地質(zhì)條件分析邊坡變性破壞的形式；3）根據(jù)邊坡變形體的外形和內(nèi)部變形跡象判斷邊坡的演變階段；4）根據(jù)周期性規(guī)律判定促進(jìn)邊坡演變的主導(dǎo)因素；5）邊坡穩(wěn)定性的區(qū)域性評價。2.力學(xué)計算法傾倒破壞楔形體滑動圓弧形滑動單平面滑動同向雙平面滑動多平面滑動平面滑動巖質(zhì)邊坡土質(zhì)邊坡無粘性土坡粘性土坡整體圓弧滑動法條分法表面取微單元體進(jìn)行受力分析表面滑動臨界坡角無粘性土坡的穩(wěn)定性（無地下水）在逸出點表面取一定體積的微單元體進(jìn)行受力分析無粘性土坡的穩(wěn)定性（有地下水滲流）邊坡穩(wěn)定性的評價方法如果滲流逸出段順坡面流動與干坡比較，當(dāng)滲流逸出段順坡面流動時，安全系數(shù)降低約一半。因此，有滲流逸出時，下游壩坡要平緩的多。下滑力矩：抗滑力矩：粘性土坡的穩(wěn)定性（整體圓弧滑動法）（（粘性土坡的穩(wěn)定性（條分法）土條重力Wi法向力Fni滑動面ef切向反力Fτi土條兩側(cè)法向力EiEi+1土條兩側(cè)豎向剪切力FQiFQ(i+1)作用在土條i上的作用力有5個未知數(shù)，但只能建立3個平衡方程，故為靜不定問題。假定條塊間的作用力大小相等，方向現(xiàn)方向相反，相互抵消。計算土條自重：將土條自重分解：法向分力切向分力滑動面ef上土的抗剪強(qiáng)度下滑力矩抗滑力矩整個土坡的安全系數(shù)對于均質(zhì)土坡，ci=c，滑動面的走向必須與坡面平行或接近平行（約在±20°的范圍內(nèi)）滑動面必須在邊坡面出露，即滑動面得傾角必須小于坡面的傾角滑動面的傾角必須大于該平面的摩擦角巖體中必須存在滑動阻力很小的分離面，以定出滑動的側(cè)面邊界巖質(zhì)邊坡沿單一平面滑動，必須滿足下列幾何條件bHZZw滑動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Zw水沿張裂縫底進(jìn)入滑動面滲漏，張裂縫底與坡趾間的長度內(nèi)水壓力按線性變化至零滑動塊體重量W、滑動面上水壓力U和張裂縫中水壓力V均通過滑體的重心假定bHZZw下滑力：抗滑力：安全系數(shù)：受力簡圖抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滑體自重LWH下滑力抗滑力N1T1N2T2EE等穩(wěn)定法：各塊具有相等的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)Ⅰ塊的穩(wěn)定系數(shù)：Ⅱ塊的穩(wěn)定系數(shù)：同傾向雙滑面型滑動剩余推力法：以第Ⅰ塊的Kc為1，求算第Ⅰ塊的剩余下滑力Ⅱ塊的穩(wěn)定系數(shù)：N1T1N2T2EE同傾向雙滑面型滑動楔形體滑動的滑動面由兩個傾向相反、且其交線傾向與坡面傾向相同、傾角小于邊坡角的軟弱結(jié)構(gòu)面組成。穩(wěn)定性系數(shù)計算的基本思路首先，將滑體自重W

分解為垂直交線

BD

的分量

N和平行交線的分量T；然后，將N

投影到兩個滑動面的法線方向，求得作用于滑動面上的法向力N1

和N2；最后求得抗滑力及穩(wěn)定性系數(shù)?？赡芑瑒芋w的滑動力為T=Wsinβ，垂直交線的分量為N＝Wcosβ。將Wcosβ

投影到△ABD

和△BCD

面的法線方向上，求得法向力N1