[工学]岩石力学课程Chapter.ppt

第八章 岩坡稳定分析 Chapter 8 Stability Analysis of Rock Slope,学习内容 岩坡及其破坏形式，岩坡的稳定性分析和计算； 圆弧法、多边形法、力的代数叠加法等； 岩坡的加固方法。,学习对象 岩坡、岩坡稳定、岩坡的加固,学习目的 了解岩坡及其破坏形式，岩坡的稳定性分析和计算；掌握圆弧法、多边形法、力的代数叠加法等岩坡的稳定性分析和计算的方法，岩坡的加固方法，如用混凝土填塞岩石断裂部分，锚栓或预应力锚索加固，用混凝土挡墙或支墩加固，挡墙与锚索或锚杆相结合的加固。,学习提示 Learning Hints,8.1 概述,定义： 岩体、土体在自然重力作用或人为作用而形成一定倾斜度的临空面,学科： 一级学科：水利工程/土木工程； 二级学科：岩土工程 三级学科：岩石力学、土力学（水利）,8.1 概述,分类：,一、按成因：人工边坡和自然边坡 二、按地层岩性：土质边坡和岩质边坡。 1、按岩层结构分为：层状结构边坡、块状结构边坡、网状结构边坡； 2、按岩层倾向与坡向的关系分为：顺向边坡、反向边坡、直立边坡。 三、按使用年限：永久性边坡和临时性边坡。,岩坡的特点,8.1 概述,岩坡顾名思义，由岩体构成的边坡，由于岩体结构复杂，由断层，节理，裂隙切割岩块极不规则，因此，岩坡的稳定性主要由结构面产状及组合形式控制。,影响岩坡稳定的主要因素,1.岩体结构（控制性结构面） 2.降雨：结构面强度参数降低；渗透压力 3.地震 4.开挖，爆破 5.蓄水等,8.1 概述,岩坡失稳表现形式,1. 岩崩高陡边坡，坡顶岩体由风化，冻融，松动压力等因素作用而脱离并向坡脚堆积 2. 滑坡边坡残岩及岩体，沿着软弱结构面或剪断岩体，向临空方向滑动,8.1 概述,青海化隆至循化公路危岩体,南昆铁路八渡滑坡,川藏公路滑坡,8.1 概述,云南元磨高速公路砂泥岩高边坡滑坡,三峡库区奉节县城古滑坡,8.1 概述,贵州印江岩口滑坡堵江成坝,黄河李家峡水电站2#滑坡,8.1 概述,黄河李家峡水电站坝前滑坡,小湾电站左坝肩边坡高500m，6#山头发生10万m3崩塌,8.1 概述,滑坡类型,1. 平面滑动。由一个或多个走向与坡面近于平行的滑裂面构成，且顺走向方向的长度远大于坡高，可简化为平面滑动分析。,2. 楔形滑动。沿多个滑裂面交线滑动， “空间滑坡” 按空间问题分析,3. 旋转滑动。滑裂面呈弧状，滑块绕一中心位置旋转滑动，多发生于土质边坡或均质岩坡,滑坡的单一指标分类,8.1 概述,滑坡的单一指标分类,8.1 概述,滑坡的综合指标分类,8.1概述,滑坡的基本要素,8.1 概述,图1-4 滑坡要素平、剖面示意图 1.滑坡体；2.滑坡周界；3.滑坡壁；4.滑动面；5.滑坡床；6.滑坡剪出口；7.滑坡舌与滑坡鼓丘；8.滑坡台阶；9.滑坡后缘；10.滑坡前缘；11.滑坡洼地（滑坡湖）；12.拉张裂缝；13.剪切裂缝；14.羽状裂缝；15.鼓胀裂缝；16.扇形裂缝； 17.牵引性裂缝； 18.主滑线,8.2 岩质边坡的稳定性评价方法,有限元法,离散元法,DDA法,拉格朗日元法,刚体极限平衡法,无单元法,传统有限元方法（E,P） 有限元强度折减法 有限元超载法,圆弧法 块体法（二维、三维）,8.3 圆弧法岩坡稳定分析,对于强风化岩质边坡（接近于土坡），由于没有明显的软弱结构面，滑动面多呈圆弧状，采用圆弧法对于均质岩坡也可借用。,基本原理,1. 假定坡体沿O点旋转滑动,2. 条分（610条）,3. 计算第i条,滑动力,阻滑力矩,8.3 圆弧法岩坡稳定分析,特点：由于圆心O及滑面是任意假设的，需试验确定(Ks)min 和最危险滑面位置，实际计算，可查有关设计手册，教材进行,基本原理,4. 计算滑坡安全系数,对于强风化岩质边坡（接近于土坡），由于没有明显的软弱结构面，滑动面多呈圆弧状，采用圆弧法对于均质岩坡也可借用。,8.4 单一滑动岩坡稳定分析,基本原理,基本假定：坡体中存在倾角，走向 坡面的结构面，坡顶由于风化等因素，形成张开裂隙，深度Z，其中水 ，边坡坡高H，坡角 稳定分析：ABCD岩块稳定安全系数CD裂隙面沿BA滑动,滑动力,阻滑力,8.5 双平面滑动岩坡稳定分析,一、滑坡体中无软弱结构面情况,岩坡受二条结构面切割，形成双平面滑动情况（AB+BC）分析较单一滑面复杂 主要特点：方程数少于待求未知数补充条件方程求解。,AB面阻滑力,假定滑块安全系数K 则当滑面AB与BC阻滑力降低K倍，滑块即处于极平衡。,BC面阻滑力,8.5 双平面滑动岩坡稳定分析,补充条件：滑块ABCD滑动时，必然离开AB面，即N10,8.5 双平面滑动岩坡稳定分析,二、滑坡体中存在软弱面情况,在ABC滑体中存在BD软弱结构面，切割ABC块体为ABD+BCD两块刚体。存在相互错动，作用力P。 分析思路：1.分别分析ABD+BCD两块；2.建立两块间的联系,具体常用两种方法,1. 不平衡推力法,2. 等K法,8.5 双平面滑动岩坡稳定分析,二、滑坡体中存在软弱面情况,1）计算第块不平衡推力P(滑块在滑面S1+P作用下极限平衡),1. 不平衡推力法,沿AB滑面平衡条件：,沿AB法向：,8.5 双平面滑动岩坡稳定分析,二、滑坡体中存在软弱面情况,2）分析第块：,1. 不平衡推力法,沿BC滑面：,沿BC滑面法向：,岩坡整体安全系数,8.5 双平面滑动岩坡稳定分析,二、滑坡体中存在软弱面情况,2. 等K法,块：,抗滑力,滑动力,块：,抗滑力,滑动力,8.6多滑面形成的平面滑坡体分析,假定n个岩块组成平面滑坡体，第i块，滑面倾角i，作用力Si,Ni，假定多滑块具有相同K（即等K法）,设第i块作用于i+1块不平衡推力Pi，方向平行于第i滑面：,抗滑力,滑动力,正应力,8.6多滑面形成的平面滑坡体分析,考虑第i块抗滑安全系数:,将Ni代入，可导出：,同理：第n块（最后一块）,由（13）式可看出，要计算最后一块K，须先计算Pn-1即需要由（12）式递推公式，逐块计算P1，P2Pn-1(其中：P1计算时，P0=0),8.6刚体极限平衡法,基本假定,“精确”解析解,与工程实际不符,“精确”,求解的过程与方法,精确,基本假定,？,数学解析方法,刚塑性假定,同时破坏假定,不考虑滑床变形,无法考虑开挖,刚体极限平衡法,1.1 误差的由来,误差,8.6刚体极限平衡法,1.2 刚体极限平衡法存在的不足, 强度参数的选取, 计算方法的局限, 破坏标准的判定,破坏的标准是按照滑动面同时破坏而制定的，并没有考虑滑坡的渐进破坏,在计算中要么选取峰值强度，要么选取残余强度，没有考虑峰值强度向残余强度的变化,无法模拟边坡施工过程、开挖引起的二次应力场，加固措施、加固时机、渗流、地震等作用的影响,8.6刚体极限平衡法,1.2 刚体极限平衡法存在的不足, 不符合“潘家铮极大值原理”, 适用范围单一, 评价方法单一,无法体现出滑面上的拉剪应力的传递与转移及滑体内部的内力调整，滑面将发挥最大抗滑能力的特性,只能模拟均质性较强的土质边坡，无法模拟真实岩质边坡的非均质、各向异性的性态以及连续变形与非连续变形的破坏模式,只能模拟均质性较强的土质边坡，无法模拟真实岩质边坡的非均质、各向异性的性态以及连续变形与非连续变形的破坏模式,8.7 有限单元法,有限单元法是目前应用最广泛的数值分析方法。它由于部分地考虑了边坡岩体的非均质、不连续介质特征，考虑了岩体的应力应变特征，可以避免将坡体视为刚体、过于简化边界条件的缺点，能够接近实际地从应力应变特征分析边坡的变化破坏机制，对了解边坡的应力分布及应变位移变化很有利。 它的基本思想是将一个连续体离散化，变换成有限数量的有限大的单元集合，这些单元之间只通过结点来连接和制约，用变换后的结构系统代替实际的系数采用标准的结构分析来进行处理。,8.7 有限单元法,符合滑坡实际的破坏模式,引入塑性理论，随拉剪应力超限，强度参数由峰值强度向残余强度转化,符合潘家铮“极大值原理” 能反映滑坡破坏的内力与应力的调整,能够模拟各种性态的滑坡 均质性较强的土质滑坡；非均质、各向异性的岩质滑坡,评价方法全面 既能稳定性控制，又能整体、局部的变形控制,2.1 传统有限元法（弹性,弹塑性分析）,滑动面的模拟界面单元、摩擦单元,通过有限元方法模拟真实条件下边坡的岩层、断层、风化层参数与工程性状，获得接近真实情况下的应力、变形等成果,安全系数界面单元、摩擦单元的分析成果 （法向应力与剪切应力成果）,弹性分析,弹塑性分析,不考虑拉应力,初级思想,8.7 有限单元法,8.7 有限单元法,2.3 有限元超载法,*临界滑动条件的判定标准,、不收敛；、发散；、折减过程中位移曲线的突变点,理想弹塑性不计残余强度，峰值强度=残余强度,弹塑软化计入残余强度,*计算的过程,*超载的方式,8.7 有限单元法,2.2 有限元强度折减法,*临界滑动条件的判定标准,不收敛；发散；、折减过程中位移曲线的突变点,*折减的内容, 所有结构面按同一比例同时折减? ； 只折减控制结构面（K大于1.0的那个面)；,理想弹塑性不计残余强度，峰值强度=残余强度,弹塑性软化计入残余强度，残余强度峰值强度, c、f不同,*折减的过程,8.7岩块加固,8.7.1 岩坡的原型观测,地震,深部变形,特别应注意暴雨量边坡变形量关系！,多点位移计,测斜仪,水准测量网，观测地表变形； 一般表现：树木斜生、前缘剪出、后裂抗裂,8.7岩块加固,7.1.2 边坡加固措施（三条途径）,通过开挖主滑体中减载、排水措施减小下滑力,采用压脚，预锚主动