岩质边坡稳定分析-(1).ppt

第六章岩体边坡稳定性 边坡稳定性的工程地质研究 第一节边坡地质作用的基本类型滑坡及崩塌 地质灾害 滑坡是斜坡上的岩土体在自然或人为因素影响下失去稳定 沿一定的坡面破坏面整体下滑的现象 是常见的斜坡失稳而产生的地质灾害 崩塌是岩石斜坡破坏的一种形式 斜坡前缘部分被陡倾角的破坏面分割 以突然的方式脱离母体 翻滚而下 岩石相互撞击破碎 最后堆积于坡脚而形成的岩堆 称为崩塌 1980年6月湖北盐池河磷矿崩塌160米高体积约106立方米山体284人丧生1988年3月甘肃东乡县洒勒山发生巨型山崩黄土及第三系泥岩体积50 106立方米237人丧生 表6 1我国80年代重大崩 滑灾害事件 第二节岩质边坡应力分布特征 岩质边坡应力分布特征 边坡岩体处于自重应力场的理想状况下 边坡岩体为均质岩体 在坡角与河谷谷底形成应力集中带 在坡顶和坡面靠近地表部位 形成一个拉应力带 影响边坡岩体应力分布的主要因素 当 L 3 H时 坡脚切向应力可达7 9倍 H 坡高越高 坡内拉应力越高 坡角越大 拉应力范围越大 切向应力值越高 W 0 8H时坡脚处 基本不随底宽的变化而变化 W 0 8H时坡脚处 max随底宽的缩小而急剧增大 凹形坡有利于坡体稳定 凸形坡则相反 在软弱面交汇处 应力受到阻滞 压 拉应力强烈集中 第三节边坡岩体变形和破坏 概述1边坡形成后 在新的应力条件下 坡体将发生局部的或整体的变形和破坏以达到新的平衡 产生变形的应力与抵抗变形的应力 2岩质边坡变形是以坡体中未出现贯通性的破坏面和局部破裂为特点 而破坏的坡体以出现贯通性的破坏面时的变动为特点 3岩质边坡变形包括松弛张裂和蠕动 破坏主要为崩塌和滑坡 边坡岩体变形和破坏 1 松弛张裂 岩体结构 下切深度 地应力特征 向下延伸至谷底附近即消失 可是新生的 但多为沿已有陡倾角裂隙发育而成 多为平直延伸 一般无明显错动 张开度和分布密度由坡面向深处逐渐减弱 在边坡岩体中 则可能成为边坡岩体失稳的主滑面 降低岩体强度 增大岩体透水性 使岩体更易风化 是良好的渗漏通道 在拱坝坝肩岩体中可能构成滑移岩体的侧向切割面 指 边坡岩体主要在重力作用下向临空面方向发生长期缓慢的塑性变形的现象 向临空面的滑动 后果 松动破碎 下部软弱岩层向临空面的挤出 指 坚硬岩层下面由软弱岩层引起的缓慢性变形 点头哈腰 岩崩 坚硬岩体中发生的崩塌 土崩 土体中发生的崩塌 指 陡峭边坡崖壁上 由于陡倾裂隙的切割 导致岩体突发倾倒崩落 堆积于坡脚的过程 坚硬岩层下部存在有软弱岩层 下部有洞穴或采空区 软 硬岩层的差异风化 4 滑坡 将要发生的滑坡的危害 地质在三峡考察发现 只要地势平坦些的地方 多半有居民和城镇 而这些平地十之八九是古滑坡 如秭归老县城 新滩镇 云阳老县城 云安镇等等 在这些古滑坡上 人们繁衍生息 耕种收获 古代三峡人口少 没有大规模的开挖和高楼大厦的建设 所以虽然是建城在许多滑坡体上 人与自然倒能上千年相安无事 结构疏松破碎 强度底 透水性强 稳定性差 指 边坡岩 土 体主要在重力作用下 沿贯通的剪切破坏面发生滑动的现象 湖北秭归县沙镇溪千将坪特大滑坡全貌 坡脚出现泉水或潮湿洼地 双沟同源现象 浅层滑坡 滑动面埋深仅数米 中层滑动 滑动面埋深数米 20米 深层滑动 滑动面埋深20米 50米 极深层滑动 滑动面埋深大于50米 顺层滑动 顺层面 片理面等结构面滑下 均质滑动 滑动发生于岩性均一的岩体中 牵引式滑坡 推动式滑坡 平移式滑动 滑坡的形成机制 D 岩石的强度在此对边坡稳定起决定性作用 力学性能 滑坡前期一般均伴随有历时长短不一的蠕动变形 变坡岩土体出现均匀沉陷 当滑动面受已有软弱结构面控制时 产状 坡体极其上部可出现裂隙和拉开 5 影响边坡稳定性的因素 地貌 坡形条件 地层和岩性条件 软化或溶蚀岩石 产生动水压力 增大岩体重量 促进风化作用 横向坡 斜交坡 顺向坡 两组 两组以上 RockslideatYosemiteNationalPark Californiakillsone injures4 产生静水压力 定性分析 工程地质分析 定量计算 6 岩质边坡稳定性的评价方法 定量计算 将滑动面简化成平面 折面 或弧面 将立体简化为平面 将均布力简化为集中力 将滑动体视为均质刚性体 有限元法计算 尾纵剖面开挖后最大主应力图 MPa 尾纵剖面开挖后最大剪应力图 MPa 尾纵剖面开挖后破坏接近度图 只考虑自重 不考虑侧向摩擦力 垂直于滑动方向上取一个单位宽度计算 计算公式 K 安全系数 滑动面为单一平面的一般计算 的库仑定理 滑动面为折面时的一般计算 推力法 以最末段的下滑力判断整体的稳定性 逐段计算下滑力 下滑力逐段向下传递 G1 计算第一步 以1 滑块为计算对象 c1L1 K G1cos 1tg 1 E1 G1sin 1 E1 KG1sin 1 G1cos 1tg 1 c1L1 注 设滑块受到的来自下一个滑块的阻滑力方向与本滑块的底滑面平行 重力G1 平行于底滑面的下滑力T1 来自下一个滑块的阻滑力E1 计算第二步 重力G2 平行于底滑面的分力T2 推力E1 平行于底滑面的分力E1 cos 1 2 来自下一个滑块的阻滑力E2 E1 sin 1 2 tg 2 N2 G2cos 2tg 2 阻滑力 E2 E1 cos 1 2 滑动因素 T2 G2sin 2 粘聚力 c2L2 计算第n步 计算从下一段重新开始 当最末一段推力Em 0时 边坡为稳定状态 仅表明第i段没有向下传递推力 赤平极射投影图及作图原理 工程地质分析 快速 直观反映出一定工区范围内节理 裂隙发育的一致规律 简单分析各不同方向节理 裂隙对工程造成的不同影响 表达方式不够形象 准确 对特定结构面间及其与工程界面间的关系表达不够具体 在平面上形象表达空间各种产状的界面 在平面上形象表达空间各种不同界面的相互组合 交切关系 分析结构面间以及结构面与各临空面 边坡坡面等的相互组合 交切关系 定性评价被这些界面所围限的岩体的稳定性 投影原理 以球体南极点为观察点 投影工具 球体 赤平面 点状目标的投影 投影结果 赤平面上的一个点 向上观察北半球体上的目标 目标与观察点间的连线 即视线 与赤平面间的交点即为目标在赤平面上的投影点 过球心任意空间线的投影 赤平面上的一条线 或赤平面上的一个点 倾向方向 结论 当空间线直立时L 0 当空间线水平时L 0 点在投影面的边线上 90 点在投影面的中心点上 刻度尺从底角度到高角度由疏至密 据此 可将投影面的半径刻划成反映倾角大小的刻度 投影线的始点 M 至球心点 O 的方向即为该空间直线的 投影线MO的长短L可反映空间直线的倾角大小 过球心任一空间斜面的投影 投影结果 一条弧线 结论 走向方向 圆弧顶点至投影中心点的方向即为该空间斜面的 倾向方向 倾向线投影线的长短反映了空间斜面的大小 倾角 该投影线越长 意味着空间斜面的倾角愈 缓 该投影线长度为0 意味着空间斜面的倾角为 90 该投影线长度为投影圆半径 意味着空间斜面的倾角为 0 该直线的延展方向即为该空间斜面的 圆弧顶点至投影中心点的连线即为该斜面最大倾斜线的水平投影线 请作出结构面125 45 60 30 315 70 的赤平极射投图 结构面125 45 其长短由结构面的倾角确定 其箭头方向即为结构面的倾向方向 赤平极射投影图正规作图步骤 岩体滑动方向的图解分析 若交线在两倾向线以内 交线指向方向即为滑动方向 两结构面此处均为滑动面 若交线在两倾向线以外 则其中一倾向线 倾角较缓者 方向为滑动方向 滑动将发生在该倾向线所在的结构面 若交线与其中一倾向线重合 则重合线为滑动方向 作两组结构面的赤平投影图 标出其倾向线及结构面的交线 滑动可能性分析 由一组结构面控制的斜坡 反向坡 坡面 结构面走向 倾向均相同 且坡角 软弱面倾角 在赤平投影图上表现为坡面投影圆弧包含在结构面投影圆弧之内 此处边坡总体稳定性差 易滑 顺向坡 边坡结构面发育特征与上条件相同 但坡角 结构面倾角 在赤平投影图上表现为结构面投影圆弧包含在坡面投影圆弧之内 此处边坡总体属基本稳定 顺向坡 横向坡 边坡结构面走向与结构面走向斜交 交角 40 此处边坡稳定性视具体情况安反坡或顺向坡考虑 顺向坡 由两组结构面控制的斜坡 其坡面和结构面的投影线特征为 结构面与坡面的组合表现为横向坡 其坡面和结构面的投影线特征为 结构面与坡面的组合表现为横向坡 其坡面和结构面的投影线特征为 结构面与坡面的组合表现为横向坡 其坡面和结构面的投影线特征为 结构面与坡面的组合表现为横向坡 其坡面和结构面的投影线特征为 结构面与坡面的组合表现为横向坡 7 不稳定边坡的防治措施 平整坡面以免坑洼地积水 外围挖沟槽以阻断地表水流向坡体 坡体上修筑排水沟 修筑地下排水廊道 Drainsareinstalledinnear horizontalboreholesunderatipofurbanrefusewhichwasslidingdownhillnearAncona Italy 注意选择好削坡位置 指 挖除边坡上部岩体一部分 起减缓坡度 减轻下滑体重量的作用 注意支挡建筑的作用力应在滑动面以下 注意墙体后的排水设计 适用于对岩质不稳定边坡的加固 随机锚固 系统锚固 防止岩土体表面风化剥落 防止小体积松动岩块脱落 设置马道减缓坡度 柔性支护 拦石网系统的基本原理与拦石挡墙相同 但采用的是高强热镀锌钢丝绳网和与之相配合的消能装置 支撑柱 支撑绳及拉锚等 拦截能量可达2000KJ 且具有施工安装简易 不需大型机械 所需施工场地较少 不干扰正常行车 维护简单等优点 固坡网系统是防治浅层边坡失稳的轻型开放式护坡系统 它主要以轻型金属网紧固有潜在扩离落石危险的坡面 其纵横交错的 16张拉强与4 5 4 5m 实际施工中可根据地形条件在4 2m 4 8m间作适当调整选用 正方形模式布置的锚杆相联结 张拉绳构成的每个4 5mX4 5m网格内铺设一张4mX4m的RN 08 400型钢绳网 每张钢绳网与四周张拉绳间用缝合绳缝合联结并进行预张拉 该预张拉工艺能使该系统对坡面施以一定的法向预紧压力 从而提高危岩体的稳定性 阻止落石的发生 同时 这种开放式的防护形式不会影响地下水的正常排泄 并且给边坡的生态治理提供了先决条件 导石网系统的形式与固坡网系统基本相同 但仅在防护区域的上 和下 沿锚固 限定落石的移动范围 适用于施工极其困难 工期特别短的边坡防护工程 导石棚系统基本原理与棚洞相同 但该系统采用的是高强热镀锌钢丝绳网 导向装置和防停积装置等 可将路堑边坡上的落石安全有效的引导到指定区域 由于该系统安装简易且工期短 是已建成通车的公路或铁路边坡防治扩离 落石灾害的有效方法 生态护坡 注意 应在采取工程措施之后实施 Note 4photoshere GrosVentreLandslideWyomingTraits largesthistoricslideinU S June23rd 1925 40millionmetrictons followedheavyrainsandsnowmelt formed40 60meterdeeplake bedsdippingparalleltoslope ranchdestroyedbyrisinglake 1927breakoutflood ViewfromGrandTetonmountainsacrossvalleytoEtoGrosVentreRangeandlargeflakescaronmountainside UpperpartofslideshowingwherebasalslipsurfaceatbottomofTensleepsandstone ontopofAmsdenFormationclaybeds isexposed Noteintactsliverwithtreeshalfwaydownbarescarp ViewfrominteriorofhummockytoetoothersideofvalleywhereTensleepsandstonerodeupandagainstinplaceChugwaterredclastics Viewfromheadscarpscarwithsnowtotranslationalslideblockinmiddletohummockytoeatbase Thislandslideformedalinewithcrescentscarps Landslideformdeepcrescentcuts scarps Landslidescutshearcliffs Creepistheunnoticedslowmovementofunconsolidatedsoilsdownslope Itiscommonlyseenascurvedtreetrunksasintheabovephote Importanttolookforwhenbuyingrealestatebutnotlife threatening AnearthflownearInterstateHighway70 EllsworthCounty Theheadistheupslopeportionofthelandslide Thescarp thesteeplyinclinedfailuresurfacewithexposedsoilandrock marksthetopofalandslide Thetoeisthedownslopeportionofthelandslide Amoundofsoilcalledalobemarksthetoeofthelandslide RECOGNITIONOFAREASOFPOTENTIALSLOPEFAILURE 25 IMainTopicsAMotivationBSignsofslopeinstabilityhttp anaheim 3Areasofanomalousvegetation seasonalphotosuseful aObliqueaerialphotos Plate3 3aStereophotos Plates3 1 3 24Areasofseepage Verticalinfraredimagery Fig 3 355Sandflowsandtalus Figs 3 25 3 30 CFeaturestoexamineinfieldreconnaissance1Groundcracks Fig4 2inSR176 2Closedhillsidedepressions3Phreatophytesandseeps4Patchedorhummockyroads5Tiltedwalls trees andfences Surfacesignsofsoilcreep Leaningpowerandtelephonepole fencesandgravestones andtreesbendingfirstdownslopebeforegrowingstraightupmayprovideevideofsoilcreep Themechanicsofsoilcreep Individualsoilorrockparticlesareraisedatrightanglestotheslopebyswellingorexpansionandthensettleverticallydownwardduringcompactionorcontraction Thenetresultisslowdownslopecreep EARTHFLOW Soilandothersurfacematerialsmovedownslopeasaviscousflow SLUMP atypeofrotationalslide BLOCKSLIDE Theslidingmassismovingalongaplanarsurface JipaziLandslide SanxiaGorges YangtzeRiver OneoflandslideintheLoessPlateau DebrisFlowinJiangjiaguo YunnanProvince Takesamplesfromdebri