水工地质6地基与边坡稳定.ppt

第六章 地基与边坡稳定的工程地质分析,第一节 岩质地基稳定分析,本章结构,第二节 岩质边坡稳定问题,第一节 岩质地基 稳定分析,地基的工程地质问题可分为土质地基和岩质地基两类。早期人们认为，岩质地基对大多数工程类型而言都有足够的承载能力，但实际上，岩质地基失稳导致建筑损毁的事例也不少，加拿大特朗斯康谷仓事故就是明显一例。,加拿大特朗斯康谷仓事故1911,一、岩质地基洞穴问题及其分析,1洞穴问题,岩质地基中的洞穴主要包括三类，即： 可溶岩区的溶洞；构造发育区中被淘空的构造裂隙段；人工洞穴如矿洞、隧洞等。,洞穴以上修建工程时，洞顶岩石会在基础荷载引发的附加应力PZ作用下发生变形，甚至破裂塌陷，引发地基失效，危及建筑的安全稳定。,2洞穴稳定性分析,岩质地基洞穴稳定的关键是基础底面到洞穴顶的岩体厚度达到可维持稳定的安全值，即建筑基础下的岩体厚度大于安全厚度Z0。,如右图，假定建筑基础底宽为b，荷载为P0，附加应力扩散角为，则至基础下Z深度时，附加应力为PZ,PZ,P0,Z,b,一般认为：坚硬岩体中PZ=0.2P0；软弱岩体中PZ=0.1P0时，岩体不会发生大的变形与产生新的裂隙，故,而据经验 =30 一般岩体； =40 坚固完整岩体 为安全见，通常所有岩体取=30故有， 坚硬岩体（花岗岩、石英岩）,软弱岩体（泥灰岩、千枚岩）,二、岩质地基沉降变形,岩质地基在上部荷载下可产生受压变形，最简单的情况是受到铅垂向下的单轴应力作用而产生压缩。常识与经验告诉我们，未破坏前的变形量均处在弹性变形阶段，故压缩变形量一是与附加应力大小有关系，另一个则是与岩石的弹性模量有关系。,理解关键： 均布荷载产生的附加应力在基础中心线下最大。 沉降变形均发生于弹性变形阶段。 详见弹性力学,1岩质地基内附加应力PZ的分布,假定岩质地基承受的是均布荷载P0，基础宽度为b，则地基内各处的附加应力PZ在中心线上是最大的，由弹性力学和工程实践经验可知，一般当：,Z=0.5b时，PZ=0.5P0 Z=2.5b时，PZ=0.2P0 Z=5b时，PZ=0.05P0,P0,PZ,Z,2岩基地基沉降量计算,以岩石弹性模量计算公式可知：,对于岩质地基而言，就是垂向沉降量，具体到岩质地基，则有,当某深度处的岩层（可天然也可人工分层）厚为h时，沉降变形量应为：,当已知岩基受压层范围（一般取PZ=0.1P0范围内的深度）内岩基各分层的Ei值（原位试验确定），各分层的厚度及各层的平均附加应力时，地基岩体在基础荷载P0下的沉降变形值就为：,三、不良岩质地基处理措施,1清基：即清除地基表面的风化层和破碎岩块，建筑等级不同，清基程度不同。 超高层建筑：重型设备（水压机等）、高大砼矾、重型桥梁基础 清到微风化层甚至完整基岩上,中、小型工程只须清到弱风化层甚至强风化层,2固结灌浆：即钻孔灌注水泥砂浆入裂隙中，胶结加固岩体。,3锚固：地基岩体中有控制性大型滑移面时用。,4砼塞、砼键加固法：用井、硐、槽开挖，再灌注形成塞。,第二节 岩质边坡 稳定问题,自然界的边坡按其岩土性质也可分为岩质边坡和土质边坡两类。土质边坡的稳定问题属于土力学处理的经典问题。而岩质边坡问题则属于工程地质学研究的对象。,一、岩质边坡的破坏类型 包括崩塌和滑坡两种类型。 1崩塌 陡峻边坡上巨大岩块在重力作用下突发式地翻滚跌落。崩塌是一种拉裂破坏，发生时要求边坡上部有拉应力的集中现象，即产生拉应力区。,坡角大小不同，拉应力区范围不同，一般坡角越大，拉应力区范围也越大，越易产生崩塌。,300,450,900,崩塌规模也可以较大，由此产生较强的破坏性导致巨大的生命财产损失.,2滑坡 定义： 斜坡岩土体在重力作用下去失原有稳定性，沿斜坡内某些软弱滑移面作整体下滑破坏的现象（典型剪切破坏）。,岩质边坡：软弱滑移面为实际存在的结构面。 土质边坡：滑移面为不可见的潜在面，计算时需假定。,（1）滑坡的构成,图3-9 滑坡要素及滑坡形态特征示意图 1滑坡体；2滑坡周界；3破裂壁；4滑坡台阶；5滑动面；6滑动带；7滑坡舌；8滑动鼓丘；9滑动轴；10破裂缘；11封闭洼地；12拉张裂隙；13剪切裂隙；14扇形裂隙；15鼓张裂隙；16滑坡床,（2）滑坡的类型 依据不同，类型不同。,依滑坡体规模： 小型： 300万m3,牵引式滑坡 推动式滑坡,依力学条件： 牵引式滑坡，推动式滑坡,顺层滑坡 切层滑坡 均质滑坡,依滑动面与结构面的关系： 顺层滑坡，切层滑坡，均质滑坡,二、岩质边坡稳定分析（滑坡稳定）,岩质边坡能否滑移取决于边坡内部是否有适宜的软弱结构面以及结构面上的抗滑稳定性，而这种稳定性又受到地形、构造、岩性、地下水情况以及气候因素的影响。显然：边坡越陡峻,岩体越破碎，胶结越松散，越易形成边坡滑移。,工程地质研究中，岩质边坡稳定的分析方法有：,地质地貌条件分析法；,工程地质类比法（人工边坡的设计分析）；,图解分析法（极射赤平投影分析）；,稳定计算法。,最常用的是稳定计算法。,显然：K1时，边坡稳定 K1时，边坡失稳 K=1时，边坡处于极限平衡状态。,稳定计算法,1方法原理 岩质边坡的稳定计算是力学平衡问题。即在某潜在滑移面上，当滑动力T抗滑阻力F时，边坡就失去其抗滑稳定性，该稳定性用稳定系数k来表示，即有：,（K无量纲）,单一直线型（倾斜平面） 复杂折线型（折面型） 复合V字型,2滑移面形态分类： 常见岩质边坡的滑移面形态可分为以下三种，主要是剖面上的形态：,后两种滑移面的稳定计算均比较复杂，这里只就最简单的单一直线型滑移面的稳定计算作以分析。,假定有一直线型边坡如右图。 滑动体abc中 h变形体高度 L滑移面长度 滑移面倾角 G滑动体重量,3岩质边坡稳定计算,G,F,另，经实验测定，滑移面上粘聚力为C，岩体内摩擦角，则,下滑力: T=Gsin,抗滑力(摩阻力) :,而,（1） K判据:当滑动体处于相对静止状态时，有:,显然：当C=0时,代入上式，得,显然： K1 稳定 K=1 极限平衡 K1 失稳,此时，只要，就可以保证滑动体不产生滑动（实际是不存在C=0的情况的），这是削坡处理的依据。 C0时，滑动体的稳定性取决于和h的大小.,（2） hmax判据：当滑动体处于极限平衡状态时,h实hmax 时，边坡失稳 h实hmax 时，边坡极限平衡状态 h实hmax 时，边坡稳定,这里