边坡的工程地质研究.ppt

边坡的工程地质研究,11.1 我国边坡工程的研究现状 11.2 边坡变形与破坏的类型 11.3 影响边坡稳定性的因素 11.4 边坡稳定性的评价方法 11.5 防治边坡变形与破坏的措施,斜坡(slope)统指地表一切具有侧向临空面的地质体，包括天然斜坡和人工边坡。 天然斜坡(简称斜坡）是指自然地质作用形成未经人工改造的斜坡。 人工边坡(简称边坡）是指经人工开挖或改造形成的斜坡。 研究目的：研究边坡变形破坏的机理(包括应力分布及变形破坏特征)与稳定性，为边坡预测预报及整治提供岩体力学依据。,回顾我国边坡工程地质的研究历史，可划分为三个阶段： 被动治理阶段（二十世纪五十年代初至六十年代中期）：对不稳边坡发生和运动机理缺乏认识 ； 专题研究阶段（二十世纪六十年代中期至八十年代初）：对边坡进行专题研究，对不稳边坡的治理已基本建立在一定的理论分析基础之上，变被动治理为主动预防和防治 ； 由治理为主发展到以预防为主阶段，逐步形成不稳边坡防治的理论体系（二十世纪八十年至今） 。,4.1 我国边坡工程的研究现状,边坡工程的发展是基于理论研究、监测技术及边坡加固、处理技术的发展之上的。 三峡永久船闸高边坡 三峡永久船闸位于长江三峡枢纽左侧，为双线五级船闸，每级闸室有效尺寸28034m，航道轴线总长6442m，其中主体段长1637m，是在天然山体中深切开挖修建。最大开挖深度170m，形成最大边坡150m。两线间保留高度4868m、宽60m的中间岩石隔墙。,永久船闸一、二期锚索总量达4123束，其中随机锚索总数为2043束；原设计高强锚杆10万根，后对埋深小于8m的块体增布了随机锚杆2万根；对边坡裸露岩体采取了喷护混凝土措施。,一、应力分布特征,在岩体中进行开挖，形成人工边坡后，由于开挖卸荷，在近边坡面一定范围内的岩体中，发生应力重分布作用，使边坡岩体处于重分布应力状态。 边坡岩体为适应重分布应力状态，将发生变形和破坏。因此，研究边坡岩体重分布应力特征是进行稳定性分析的基础。,4.2 边坡变形与破坏类型,边坡面附近的主应力迹线发生偏转。最大主应力与坡面近于平行，最小主应力与坡面近于正交，向坡体内逐渐恢复初始应力状态。 坡面上径向应力为零，为双向应力状态，向坡内逐渐转为三向应力状态。,坡面附近产生应力集中带。在坡脚附近，最大剪应力增高，最易发生剪切破坏。在坡肩附近，常形成拉应力带。边坡愈陡，则此带范围愈大，因此，坡肩附近最易拉裂破坏。 最大剪应力迹线为凹向坡面的弧线。,二、影响边坡应力分布的因素,(1)天然应力 水平天然应力使坡体应力重分布作用加剧。 (2)坡形、坡高、坡角及坡底宽度 坡高不改变应力等值线的形状，但改变主应力的大小。 坡角影响边坡岩体应力分布图象。 坡底宽度对坡脚岩体应力有较大的影响。 坡面形状对重分布应力也有明显的影响。,(3)岩体性质及结构特征 岩体变形模量对边坡应力影响不大，泊松比对边坡应力影响较大。这是由于泊松比的变化，可以使水平自重应力发生改变。 (4)结构面 结构面的存在使坡体中应力发生不连续分布，并在结构面周边或端点形成应力集中带或阻滞应力的传递，这种情况在坚硬岩体边坡中尤为明显。,边坡变形与破坏是应力状态调整的结果，是推动边坡演变的内在原因，各种自然营力和人类工程活动是推动边坡演变的外部因素。 边坡的变形破坏可分为边坡变形、边坡破坏和破坏后继续运动三大类型。 边坡的变形类型：松驰张裂、蠕动 边坡的破坏类型：崩塌、滑坡,三、边坡变形破坏的基本类型,1、松驰张裂（卸荷回弹） 在成坡过程中，由于荷重不断减少，边坡岩体在减荷方向(临空面) 产生伸长变形，即卸荷回弹。 天然应力越大，向临空方向的回弹变形量也越大。往往会伴随产生一系列的张性结构面。,（一）边坡变形,2、蠕动（蠕变变形） 边坡岩体中的应力对于人类工程活动的有限时间来说，可以认为是保持不变的。在这种近似不变的应力作用下，边坡岩体的变形也将会随时间不断增加，这种变形称为蠕变变形。 当边坡内的应力未超过岩体的长期强度时，则这种变形所引起的破坏是局部的。反之，这种变形将导致边坡岩体的整体失稳。 这种破裂失稳是经过局部破裂逐渐产生的，几乎所有的岩体边坡失稳都要经历这种逐渐变形破坏过程。,蠕动分为表层蠕动和深层蠕动两种类型 表层蠕动：主要表现为表层岩体发生弯曲变形。,深层蠕动：坚硬岩体深部有软弱岩层，软弱岩层发生蠕动变形，使上部坚硬岩体发生张裂及不均匀沉陷。 （二）边坡破坏 1. 崩塌 崩塌：陡边坡岩土体被结构面分割，因受重力作用突然脱离母体以，垂直运动为主、翻滚跌跃而下的现象与过程。 崩塌多形成于陡边坡（特别是坡角大于60度）、坚硬脆性岩体或软硬相间岩体中，也可由边坡下部洞穴、采空区等塌陷引起。,2. 滑坡 滑坡：边坡岩土体在重力作用下，沿着贯通的剪切破坏面（带），产生以水平运动为主的整体滑动现象，称为滑坡。 （1）滑坡的形态,（2）滑坡分类 1）按滑坡岩土体性质 堆积层滑坡、黄土滑坡、粘性土滑坡、砂性土滑坡、基岩滑坡 2）按滑动面与岩层层面之间的关系 顺层滑坡、切层滑坡、均质滑坡 3）按力学性质 推动式滑坡、牵引式滑坡 4）按滑动面形态 圆弧型滑坡、平面滑坡 此外还有按滑坡体体积和厚度的分类等。,（3）滑坡判断的标志 地形地貌及地物标志 圈椅状洼地、滑坡平台、双沟同源、滑坡裂缝、醉汉林、马刀树等 岩土结构特征 岩土体结构紊乱、出现扰动松脱现象 水文地质标志 地下水动态发生改变、泉 滑坡边界及滑坡床,4.3 影响边坡稳定性的因素,1、岩土体性质 决定岩体边坡稳定性的物质基础。 2、地质构造与岩体结构 岩体结构及结构面的发育特征是岩体边坡破坏的控制因素。 3、水的作用 使岩土的质量增大、滑动面的滑动力增大；岩土软化、抗剪强度降低；对岩体产生动水压力和静水压力。 4、风化作用 使岩体内裂隙增多、扩大，透水性增强，抗剪强度降低。,5、地形地貌 直接影响边坡内的应力分布特征，进而影响边坡的变形破坏形式及边坡的稳定性。 6、地震 产生地震惯性力 7、天然应力 8、人为因素,4.4 边坡稳定性的评价方法,定性分析是在工程地质勘察工作的基础上，对边坡岩体变形破坏的可能性及破坏形式进行初步判断。 定量分析是在定性分析的基础上，应用一定的计算方法对边坡岩体进行稳定性计算及定量评价。,评价方法,块体极限平衡法,假设条件 (1)边坡岩体将沿某一结构面（滑动面）产生滑移剪切破坏； (2)滑体在滑动过程中相对位置不变化，即为刚体； (3)滑动面上的应力分布均匀； (4)不考虑滑体两侧的抗滑力。 稳定性系数=滑动面上可能利用抗滑力/滑动力 1 稳定 1 不稳定 在多数情况下，计算的稳定性系数都有一定误差，因此，为保险起见，引入安全系数的概念。,块体极限平衡法步骤,几何边界条件分析,几何边界条件是指构成可能滑动岩体的各种边界面及其组合关系，包括滑动面、切割面和临空面三种。 滑动面是指起滑动(即失稳岩体沿其滑动)作用的面，包括潜在破坏面。 切割面是指起切割岩体作用的面，由于失稳岩体不沿该面滑动，因而不起抗滑作用，如平面滑动的侧向切割面。 临空面指临空的自由面，它的存在为滑动岩体提供活动空间，临空面常由地面或开挖面组成。,几何边界条件分析的内容是查清岩体中的各类结构面及其组合关系，确定出可能的滑移面、切割面。 几何边界条件分析的目的是确定边坡中可能滑动岩体的位置、规模及形态，定性地判断边坡岩体的破坏类型及主滑方向。 几何边界条件的分析可通过赤平投影、实体比例投影等图解法或三角几何分析法进行。,受力条件分析,在工程使用期间，可能滑动岩体或其边界面上承受的力的类型及大小、方向和合力的作用点统称为受力条件。 边坡岩体上承受的力常见有：岩体重力、静水压力、动水压力、建筑物作用力及震动力等等。 1.地震作用 水平地震作用：FEK=1G,2.水压力：包括渗透静水压力和渗透动水压力。 静水压力水对岩体的静压力，数值上等于岩体受到的浮力。 动水压力与水力梯度有关，数值上等于岩体受到的渗流阻力。,确定计算参数,从偏安全的角度起见，一般选用的计算参数，应接近于残余强度。研究表明：残余强度与峰值强度的比值，大多变化在0.60.9之间，因此，在没有获得残余强度的条件下，建议摩擦系数计算值在峰值摩擦系数的6090之间选取，内聚力计算值在峰值内聚力的1030之间选取。,稳定性系数的计算和稳定性评价,稳定性系数=可供利用的抗滑力/滑动力,确定安全系数，进行稳定性评价,安全系数：根据各种因素规定的允许的稳定性系数。大小是根据各种影响因素人为规定的，必须大于1。 影响因素： 岩体工程地质特征研究的详细程度； 各种计算参数误差的大小； 计算稳定性系数时，是否考虑了全部作用力； 计算过程中各种中间结果的误差大小； 工程的设计年限、重要性以及边坡破坏后的后果。 安全系数一般 = 1.05