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第六章边坡工程地质 考试大纲 考试大纲 掌握边坡分类 熟练掌握影响边坡稳定的主要因素 熟练掌握边坡变形破坏类型 特征及破坏机制 熟练掌握边坡稳定边界条件的确定 稳定计算方法及适用条件 熟练掌握边坡稳定性工程地质评价方法 了解边坡防护加固的常用措施 适用条件 了解边坡变形监测的内容 成果整理方法及稳定性预测方法 第六章边坡工程地质 边坡的分类 成因 自然边坡 人工边坡介质 岩质 土质以及碎石块石边坡运行 临时 永久边坡高度 超高 大于150m 高 50 150m 中 20 50m 低 小于20m 边坡坡度 陡 大于60 中等 60 30 缓 小于30 和倒坡稳定性 分为稳定 稍差 不稳定和失稳四类 第六章边坡工程地质 影响因素 内在因素包括 组成边坡岩土体的性质 地质构造 岩土体结构 岩体初始应力等 外部因素包括 水的作用 地震 岩体风化 工程荷载条件及人为因素等 第六章边坡工程地质 应力分布特征 边坡应力总的特征是愈靠近临空面 最大主应力愈接近平行于临空面 最小主应力则与之近于直交 应力分布还与岩性密切相关 在同样条件下 坚硬岩体地应力高 软弱岩体地应力低 第六章边坡工程地质 应力分布特征 当存在初始水平构造应力时 在边坡深处最大主应力为水平 接近坡面 逐渐与坡面平行 同样在坡顶出现拉应力 在坡脚则产生压应力集中 在离底板一定距离后 又恢复到原始应力状态 边坡工程地质 应力分布特征 在自重应力场作用下 在边坡深部岩体内 最大主压应力为垂直方向 在边坡坡顶及后缘 常出现拉应力 形成与坡面近乎平行的张裂缝 大约在离地表1 3坡高处 转换为压应力 第六章边坡工程地质 应力分布特征 深切河谷边坡应力分布与构造作用和剥蚀作用有关 在剥蚀作用下在地下不太深处存在一个地应力集中带 在接近地面处存在一个卸荷应力带 应力松弛带 在深部才是正常应力带 第六章边坡工程地质 变形破坏类型 松弛张裂 是指边坡的侧向应力削弱后 例如河谷受到侵蚀下切或人工开挖边坡 由于卸荷回弹而在坡体出现张裂隙的现象 这种卸荷张裂隙一般与原始谷坡坡面相平行或迁就已有的高角度的构造节理或结构面发育 随着河谷进一步深切 则卸荷裂隙愈向深部发展 裂隙顶部的张开度亦愈来愈宽 第六章边坡工程地质 变形破坏类型 崩塌 指在陡坡地段 边坡上部的岩体受陡倾裂隙切割 在重力作用下 突然以高速脱离母岩翻滚坠落的急剧变形破坏现象 崩塌以自由坠落为其主要运动形式 岩块在斜坡上翻滚滑动并相互碰撞破碎后堆积于坡脚 形成岩堆或崩积体 陡峻的块状和巨厚层状岩石边坡 具有与边坡面走向近乎平行的陡倾结构面时 最易于大型崩塌的形成 第六章边坡工程地质 变形破坏类型 倾倒 是指层状反坡向结构及部分陡倾角顺层的边坡 表部岩层因蠕动变形而向临空一侧发生弯曲 折裂 形成所谓 点头哈腰 的现象 倾倒多发生于由塑性的薄层岩层 如页岩 千枚岩 片岩等 或软硬相间岩层 如砂岩 页岩互层 页岩 灰岩互层等 组成的反坡向结构的边坡中 岩层的倾倒是以弯曲 张裂 滑动和转动等形式出现 倾倒体与下伏完整岩体间可产生折裂或错动 第六章边坡工程地质 变形破坏类型 溃屈 层状结构顺向边坡 岩层倾角与坡角大致相似 上部坡体沿软弱面蠕滑 由于下部受阻而发生岩层鼓起 拉裂等现象 第六章边坡工程地质 变形破坏类型 深层蠕动 当坚硬岩层组成的边坡底部存在软弱岩层或软弱结构面时 由于软弱岩层的塑性流动或坡体岩层沿软弱面发生缓慢的蠕变滑移 上覆硬岩层因而出现张裂隙 软弱岩层则向临空侧挤出 甚至发生上覆脆性岩石缓慢解体下沉挤入软层 出现不均匀沉陷的现象 滑坡 是指边坡一部分岩体以一定加速度沿某一滑动面发生剪切滑动的现象 第六章边坡工程地质 滑坡 在此介绍两方面内容 滑坡的形态特征滑坡分类 第六章边坡工程地质 滑坡 滑坡的形态特征发育完全的滑坡 一般由下列要素组成 滑坡体 滑坡发生后与母体脱离开的滑动部分 滑动带 滑动时形成的辗压破碎带 滑动面 即滑坡体与滑床之间的分界面 是滑坡体滑动时的下界面 它可以是滑带的底面 也可能位于滑带之中 滑坡床 滑体以下固定不动岩土体 它基本上未变形 保持了原有的岩体结构 滑坡壁 滑体后部和母体脱离开的分界面 暴露在外面的部分 平面上多呈圈椅状 高数厘米至数十米 陡度多为60 80 常形成陡壁 第六章边坡工程地质 滑坡 滑坡的形态特征滑坡舌即滑坡前缘 在滑坡的前部 形如舌状伸入沟谷或河流 甚至越过对岸 封闭洼地 滑体与滑坡壁之间拉开成沟槽 相邻滑体形成反坡地形 形成四周高中间低的封闭洼地 滑坡台阶 由于各段滑体运动速度的差异在滑坡体上部常常形成滑坡错台 每一错台都形成一个陡坎和平缓台面 叫做滑坡台阶 滑坡裂隙 可分为 拉张裂隙 分布在滑坡体的上部 剪切裂隙 分布在滑体中部的两侧 扇状裂隙 分布在滑坡体的中下部 尤以舌部为多 鼓张裂隙 分布在滑体的下部 第六章边坡工程地质 滑坡 常用的滑坡分类按滑动面与岩土体层面的关系分为顺层滑坡 切层滑坡 按滑坡的物质组成分为基岩滑坡 堆积层滑坡 混合型滑坡 按滑坡的稳定性分为稳定 基本稳定 稳定性较差 按滑坡的规模分为小型滑坡 中型滑坡 大型滑坡 按滑坡的形成时间分为新滑坡 老滑坡 古滑坡 按滑坡的滑移速度分为高速滑坡 中速滑坡 慢速滑坡 按滑坡的破坏方式分为牵引式滑坡 推移式滑坡 第六章边坡工程地质 边坡稳定性评价 边坡稳定性工程地质评价的任务 1 对与工程活动有关的天然斜坡或工程边坡的稳定性作出定性和定量评价2 为设计合理的工程边坡和边坡变形破坏的防治措施提供依据 边坡稳定分析应收集的资料1 地形和地貌特征地层岩性和岩土体结构特征断层 裂隙和软弱层的分布 产状 充填物质以及结构面的组合与连通率边坡岩体风化 卸荷深度各类岩土和潜在滑动面的物理力学参数以及岩体应力 边坡稳定分析应收集的资料2 岩土体变形监测和地下水观测资料坡脚淹没 地表水位变幅和坡体透水与排水资料降雨历时 降雨强度和冻融资料地震基本烈度和动参数边坡施工开挖方式 开挖程序 爆破方法 边坡外荷载 坡脚采空和开挖坡的高度和坡度等 第六章边坡工程地质 边坡稳定性评价方法 可概括三种 地质分析法是通过边坡形成的地质历史及所处的自然地质环境的研究 根据边坡的地质地貌条件 变形破坏形迹以及影响边坡稳定的各种因素 对边坡的演变发展趋势和稳定性作出评价和预测 详见案例手册的P777 781 第六章边坡工程地质 边坡稳定性评价方法 力学计算的方法很多 可以根据边坡不同的边界条件和变形破坏的类型采用不同的计算和评价方法 如极限平衡理论法中的圆弧面法 瑞典法 毕肖普法 萨尔玛法 平面及折线形滑动面计算法 二维和三维有限单元法 离散元法 图表计算法 图解分析法 以赤平投影为基础 等 工程地质类比法是根据边坡的工程地质因素分析及已有工程设计的经验选择边坡的稳定坡角 第六章边坡工程地质 边坡稳定性评价方法 土质边坡 极限平衡理论法以极限平衡理论为基础计算土坡的稳定性 如瑞典条分法 毕肖普法 泰勒 Tailor D W 摩擦圆法等 这些方法假定边坡破坏时的滑面形态为圆弧形 圆柱面形 通过试算或根据经验找出最危险滑动圆弧的中心 边坡的稳定系数K定义为 沿圆弧形滑面的抗滑力和滑动力对滑弧圆心的力矩之比 第六章边坡工程地质 边坡稳定性评价方法 岩质边坡 极限平衡理论岩质边坡稳定计算的准确性 在很大程度上决定于地质边界条件的正确分析和计算参数的正确选取 脱离地质分析的岩质边坡稳定计算 即使采用的力学理论很精确 也是徒劳的 为此 首先要弄清边坡滑体的边界条件 以便确定滑体的体型 边坡滑体的边界条件是指边坡变形破坏时的滑动面 或可能滑动面 切割面和临空面的产状 形状及受力条件 第六章边坡工程地质 边坡稳定性评价方法 滑动面的产状 组合形态及滑动面的性状对岩质边坡稳定起决定性作用 在计算分析中通常把边坡岩体的滑动破坏分为 同倾向单滑面型 同倾向双滑面型和多滑面型 不同倾向双滑面型和多滑面型等类型 前三者可用极限平衡理论法按平面问题分析 后二者滑体常被滑动面切割成形状复杂的楔形 需要配合赤平投影法和实体比例投影法 按空间课题分析或者采用块体矢量分析法 风化破碎的裂隙岩体可按圆弧形滑动面 与土坡稳定分析相同 第六章边坡工程地质 边坡稳定性评价方法 受力条件 滑体所受的力有岩体自重 裂隙水静水压力 动力压力 因地震及人工爆破产生的振动力 库水压力 浮托力 工程荷载及实测的地应力等 第六章边坡工程地质 边坡稳定性评价方法 计算参数选择 滑面的摩擦系数 粘聚力 岩体重度 地下水位高度及滑体几何形态参数等 滑动面的摩擦系数 粘聚力 一般通过试验求得 一般认为 对于潜在滑动面可取试验的峰值强度 对古滑坡及多次滑动的滑体 则可取残余强度 第六章边坡工程地质 边坡稳定性评价方法 单滑面平面滑动破坏这是顺向边坡最常见的破坏形式 据极限平衡理论 稳定系数按下式计算 第六章边坡工程地质 边坡稳定性评价方法 上式中 为滑面内摩擦角 度 C为滑面粘聚力 kPa 为滑体容重 kN m3 h为滑体厚度 m a为滑面倾角 度 为边坡坡角 度 第六章边坡工程地质 边坡稳定性评价方法 同倾向双滑面型滑动破坏由走向大致平行 倾向相同的两组软弱结构面组成的滑体或堆积层滑坡都属于这种类型 可采用等K法或剩余下滑力法计算 见P786 787 第六章边坡工程地质 边坡稳定性评价方法 赤平投影分析法赤平投影分析法是常用的分析方法之一赤平极射投影是表示物体的几何要素或点 线 平面的空间方向和它们之间的角距关系的一种平面投影应熟练掌握利用持平投影图进行分析 如利用赤平极射投影图可以很方便的判断对边坡稳定不利组合 有利组合等 第六章边坡工程地质 原位监测 边坡原位监测边坡监测的目的 掌握边坡岩体的实时动态 验证地质判断和稳定性计算的结论