7.2-工程地质岩质边坡稳定性部分课件

7.2岩质边坡稳定性分析,岩质边坡按结构分类,7.2.1边坡岩体变形破坏的类型及特征,边坡变形破坏形式分类,岩土体运动方式分类表,岩土体运动方式分类示意图,1.松弛张裂,在边坡形成过程中，由于在河谷部位的岩体被冲刷侵蚀掉或人工开挖，使边坡岩体失去约束，应力重新调整分布，从而使岸坡岩体发生向临空面方向的回弹变形及产生近平行于边坡的拉张裂隙，一般称作边坡卸荷裂隙。这种裂隙多呈层状向坡体内发育，形成松弛张裂带或称卸荷带，其宽度和深度均可达百米以上，它主要取决于河谷下切深度、地应力及岩体结构等。在河谷底部也可出现卸荷裂隙，形成大致平行于谷底的松弛张裂带，深也可达数十米。,松弛张裂及溃屈,溃屈,峡谷地区卸荷发育示意图,砂岩中的柱状节理（松弛张裂）,卸荷张裂,2.蠕动变形(含倾倒、溃屈及深层蠕动）,蠕动变形，是指边坡岩体主要在重力作用下向临空方向发生长期缓慢的塑性变形的现象，有表层蠕动和深层蠕动两种类型。表层蠕动主要表现为边坡表部岩体发生弯曲变形，多是从下部未经变动的部分向上逐渐连续向临空方向弯曲，甚至倒转、破裂、倾倒。表层蠕动多发生在陡倾层状岩层或陡倾结构面发育的岩体中，层面或结构面走向与斜坡面走向平行或交角很小。一般反坡向倾斜或倾角大于60者更易发生。深层蠕动，是由于坚硬岩层组成的边坡底部存在较厚的软弱岩层时，由软弱岩层发生塑性流动而引起的长期缓慢的边坡蠕动变形。,溃屈,天生桥二级电站砂页岩溃屈破坏,龙滩倾倒变形岩体剖面图,云南南涧公路边坡倾倒变形,板岩中岩体的倾倒,蠕变及其效应,边坡深层蠕动示意图,3.崩塌,高陡的边坡岩体突然发生倾倒崩落，岩块翻滚撞击而下，堆积于坡脚的现象，称做崩塌。其规模大小悬殊，大规模的岩体崩塌也称山崩，其体积可达数千万甚至上亿立方米。小规模的崩塌称坠石，一般其体积仅数立方米或数十立方米。在坚硬岩体中发生的崩塌也称岩崩，而在土体中发生的则称土崩。此外，尚有坍方或塌方一词，这是泛指边坡的各种破坏现象，包括崩塌、滑坡以及其过渡类型塌滑等，是铁路和公路工程的常用语。崩塌下来的岩块、碎石，大小混杂堆积于坡脚或山麓斜坡上，称为崩积物，有时形成倒锥体形的堆积称做岩堆，或倒石堆。,岩崩的形成机理,岩崩的形成机理，一般有下列三种。(1)边坡被陡倾裂隙深切，在外力及自重力的作用下逐渐向坡外倾斜、弯曲，陡倾裂隙被拉开，岩体下部因弯曲而被拉裂、折断，进而倾倒崩塌。(2)在坚硬岩层的下部存在有软弱岩层，当它发生塑性蠕变(塑性流动或剪切蠕变)时，则可导致上部岩层深陷、下滑、拉裂以至倾倒崩塌。(3)下部有洞穴或采空，岩体沉陷、陷落，将边部岩体挤出，倾倒崩塌。,坠石示意图,崩塌过程示意图,两种情况下的崩塌,崩落实例,盐池河崩塌山体示意图,湖北远安盐池河磷矿岩崩,1980年6月日湖北省远安县盐池河磷矿突然发生了一场巨大的岩石崩塌（岩崩、又称山崩）、山崩时，标高839米的鹰嘴崖部分山体从700米标高处俯冲到500米标高的谷地。在山谷中乱石块覆盖面积南北长560米，东西宽400米，石块加泥土厚度30米，崩塌堆积的体积共100万立方米。最大岩块有2700多吨重。顷刻之间，盐池河上筑起一座高达38米的堤坝，构成了一座天然湖泊。乱石块把磷矿的五层大楼掀倒、掩埋。死亡307人。还毁坏了该矿的设备和财产，损失十分惨重。,盐池河崩塌,湖北省远安县盐池河磷矿1980年山崩,乱石块把磷矿的五层大楼掀倒、掩埋。死亡307人。还毁坏了该矿的设备和财产，损失十分惨重。,盐池河崩塌,ch7-30,秭归屈原镇有座山叫“锁住山”，又称“链子崖”，是一个巨大的滑坡体。一说孙悟空从此经过，见山石滑动，忙施展法术，用一条巨大的铁链将山石锁住。一说玉皇大帝不忍见山崩坍害民，派大力士下凡，铸造了一副巨大的铁链，把危岩牢牢地锁住。“锁住山”、“链子崖”因此而得名。传说归传说，1989年2月，李鹏总理亲自批示，动用总理基金，对链子崖危岩体进行防治。时至今日，有了壮观奇特的“锁崖工程”。(锁住幸福,链子崖,ch7-31,ch7-32,搭设了高82.6m的碗扣式施工排架,ch7-33,长江三峡链子崖七千方的锚固,长江三峡链子崖岩体,2007年11月20日上午8时40分左右，宜万铁路湖北省巴东段高阳寨隧道进口处发生岩崩。记者22日在现场看到，从隧道进口坍陷下来的土石已经将公路阻断，隧道入口处有一个面积近百平方米的大窟窿，各种各样的钢制支架散落一地，一块巨石靠着山体，体积近百立方。,湖北宜万铁路隧道岩崩客车被埋,由于事故发生前，隧道口附近的岩面出现了松动迹象，当地正组织工人进行加固整修。事故发生时，6名工人正在钢管搭起的一个支架上施工，两名工人抓住了隧道口上方的支架成功自救，而另外4名工人却被钢架和巨石埋住，4名工人已被证实1人死亡、1人受伤、2人被埋。被埋客车内有31人21日晚湖北省恩施州利川市报告的失踪客车被证实是在20日宜万铁路高阳寨隧道岩崩滑坡中被填埋。据恩施州利川市政府通报，经反复核实，该客车实际载有乘客31名，目前已有26人身份确定，其中包括4名儿童。已知26人中，1人为重庆人，1人为浙江人，其余均为湖北恩施州利川市人。,台湾基隆山崩压垮高架桥或多人被埋，发表于2010-04-26台湾“国道3号”近基隆路段于25日下午2时33分传出山崩意外，大量土石崩落将路面覆盖，基隆市消防局及“交通部”国道高速公路局已派人车前往抢救。目前被困人车情况未确定。,大量土石砸毁一座公路高架桥，掩埋六条行车道。台湾基隆山崩压垮高架桥,崩塌的防治原则,选线时，对于发生大、中型崩塌的地段，优先采用绕避方案；当绕避有困难时，应离开崩塌一段位置，尽量减少防治工程、或采用其他方案（明洞、隧道）通过。设计与施工中，避免使用不合理的高、陡边坡，避免大切大挖，维持山体平衡。,崩塌的防治措施,坡面加固：坡面喷浆、抹面、砌石铺盖；灌浆、勾缝、镶嵌、锚拴；清除坡面危石；危岩支顶：混凝土作支垛、护壁、支柱、支墩等；拦截防御：落石平台、落石网、拦石堤；调整水流：修筑截水沟、堵塞裂隙、排水沟渠；防护设施：明洞、棚洞、悬臂式棚洞。,ch6-40,（1）清除易坠岩石；（2）防风化、防水:堵塞裂隙（如灌浆等）、坡面覆盖；截水沟（3）绕、挡、支：筑明洞、护墙或围护棚（铁丝网）；支撑墙支持上部岩石的重量（4）锁（锚）:铁链锁绊或铁夹固定局部危岩。,护路明洞与护路廊道,崩塌防治,边坡防护,坡面防护,4.滑坡,边坡岩体主要在重力作用下沿贯通的剪切破坏面发生滑动破坏的现象，称为滑坡。滑坡的危害还表现在不仅是将要发生的滑坡会给建筑物造成危害，而且表现在已经发生过的滑坡地段，对兴建水利水电工程也十分不利。这是因为已发生过滑坡的地段，常常有再次发生的可能，而滑动过的岩体即滑坡体往往疏松破碎、杂乱无章，强度低、透水性强、稳定性差，无论是做为坝肩岩体、水库岸坡、隧洞围岩，还是做为道路路基和码头等都是不利的。,ch6-44,Photographfrom：53:8081,斜坡破坏形式,边坡坍滑,1)滑坡的形态及特征,滑坡特征示意图,2)滑坡分类,按滑动面与岩层构造关系及始滑部位划分的滑坡类型,3)滑动面的形成机制,(1)滑动面受最大剪应力面控制：在滑动破坏之前，坡体内没有既定的软弱面作为滑面。当剪应力超过岩体的强度极限时，就将大致沿着最大剪应力面发生剪切滑动，常成弧形并在斜坡的上缘附近转为陡倾的拉裂面。(2)滑动面受已有软弱结构面控制：坡体中有软弱结构面或软弱夹层存在，并能构成有利于滑动的结构面(或几个面的组合面)产生滑动。因此软弱结构面的抗剪强度和产状起控制作用，而不决定于岩石本身的强度，岩质边坡的破坏绝大多数都是属于这种情况。,大多数滑坡在破坏之前都有一个蠕动变形阶段。在这个阶段，边坡岩体的变形主要表现为小量、缓慢、以较均匀的速度沉陷或滑移。此时坡体上可出现裂隙或上部被拉开。这一过程可持续数天以至数年以上。当应力积累超过滑面上的剪切极限强度之后，即发生急速下滑。,一些滑坡及导致的人员上亡统计,某居住区后的山体滑坡,长江心滩大滑坡,1985年6月12日，湖北秭归县新滩江家坡至广家岩1300万立方米滑坡体高速向下滑动，千年古镇新滩镇顷刻间被推入长江。新华社发（文振效摄）,新滩滑坡距三峡坝址25km，在长江左岸，与右岸链子崖危岩体对应。1985年6月12日，约3000104m3块石，碎石和粘土等堆积层，顺坡而下，最大滑速每秒4m，摧毁新滩古镇，毁房1569间。滑坡入江土石约200104m3，激浪高33.9m，涌浪到对岸的爬坡高54m，造成翻、沉船77艘。死亡12人，并一度使航运受阻。但因预报及时，全镇1371人无一伤亡。新滩滑坡有长期崩滑历史，这次滑坡因后缘采煤堆石和崩塌堆石等加载引起。地矿部门1964年开始参加滑坡勘察和稳定性评价。防治工程主要是坡面整治和地表排水等。,有关部门从2006年开始在三峡库区实行移土培肥工程，湖北省秭归县新滩滑坡遗址变为高标准梯田，并定植优质桃叶橙，发展生态农业。自三峡库区175米试蓄水以来，秭归县加强对该滑坡体的监测，未见异常。,泯江滑坡造成的河道堵塞,泯江滑坡造成的河道堵塞,加拿大龟山滑坡（1）,加拿大龟山滑坡（2）,湖北巴东县清太坪镇滑坡损失惨重,2007年5月15日,湖北巴东县清太坪镇滑坡损失惨重,2007年5月15日，记者在湖北巴东县清太坪镇木竹坪村滑坡红线区采访。据湖北巴东县清太坪镇党政综合办公室消息：巴东县清太坪镇木竹坪村清江支流(小地名大坦坪)，5月10日发生大面积滑坡，将总量约800万立方米的山体和12户18栋86间民房推入清江中，导致清江支流桥河水域被截断，清金线交通中断，大小船舶停航，损失惨重，造成直接经济损失达4600余万元。目前该滑坡体尚未稳定，险情仍在进一步加剧。灾情涉及清太坪镇6个村，41个组，1506户，5678人。灾情发生后，对险区紧急转移181户，658人。中新社发刘君凤摄,1920年孙家沟滑坡,紫坪铺水库工程区一处滑坡,4)影响边坡稳定性的因素,影响边坡稳定性的因素有内在因素与外在因素两个方面。内在因素有组成边坡岩土体的性质、地质构造、岩体结构、地应力等。它们常常起着主要的控制作用。外在因素有地表水和地下水的作用、地震、风化作用、人工挖掘、爆破以及工程荷载等。其中地表水和地下水是影响边坡稳定最重要、最活跃的外在因素，其他大多起着触发作用。,地貌条件的影响,深切峡谷地区，陡峭的岸坡是容易发生边坡变形和破坏的地形条件。通常，坡度越陡、坡高越大，对稳定越不利。崩塌现象均发生在坡度大于60的斜坡上。而滑坡现象虽在陡坡地形发育较多，但在较缓的边坡上也可发生，这主要决定于滑动面的性质。（见下页）地层岩性的影响地层和岩性对边坡稳定性的影响很大，软硬相间，并有软化、泥化或易风化的夹层时，最易造成边坡失稳。地层岩性的不同，所形成的边坡变形破坏类型及能保持稳定的坡度也不同。,稳定滑坡与不稳定滑坡的形态特征,3)地质构造与岩体结构的影响,地质构造因素包括褶皱、断裂、区域新构造运动及地应力等，这些对岩质边坡的稳定也是主要因素之一。褶皱、断裂发育地区，常是岩层倾角大，甚至陡立，断层、节理纵横切割，构成岩体中的切割面和滑动面，形成有利于崩塌、滑动的条件，并直接控制着边坡破坏的形成和规模。在新构造运动表现为强烈上升的地区，往往形成深切的沟谷地形，坡体内地应力较高，卸荷裂隙也常较发育，往往较广泛地发生着各种变形和破坏现象。这些新构造运动强烈的地区，也是地震活动强烈的地区。地震常是边坡失稳的触发因素。结构面的各种特性(发育程度、规模大小、充填胶结、产状等)对岩体的稳定性有很大影响。对边坡而言，结构面的产状和岩体结构类型有更明显的影响。,不同岩体结构边坡变形破坏类型统计,岩体结构与边坡失稳的关系,岩体顺层面滑动,4)地下水的作用,地下水对边坡稳定的影响关系极大，绝大多数滑坡都与地下水的活动有关。许多滑坡、崩塌均发生在降雨之后，就是因降水渗入岩土体后，产生不良影响所致。地下水的作用主要表现为：(1)使岩石软化或溶蚀。(2)产生静水压力或动水压力。(3)增加岩体重量。(4)冻胀作用。(5)浮托力。五、其他因素的影响风化作用、暴雨、水流冲刷坡脚，人工挖掘采空、振动等，都可能构成促使岩体失稳破坏的因素。,河流掏蚀导致边坡失稳,因公路开挖影响边坡稳定,边坡变形、破坏诱发因素统计,7.2.2岩质边坡稳定性分析,1.极限平衡理论计算法岩质边坡的稳定计算，主要是滑动破坏(即滑坡)的计算。目前大都仍是按照库仑定律或由此引伸的准则进行的。计算时将滑体视为均质刚性体，不考虑滑体本身的变形，然后对边界条件加以简化。近年来，有限单元法等已逐渐在计算边坡稳定中应用，其优点是根据岩体的应力应变特征，并可考虑到岩体的非均质性和不连续性等特点，因而可以避免将滑体视为刚体而过于简化的缺点。,1)滑动面为一平面时的计算,2.滑动面为折线时的计算（按推力计算法来计算其稳定性）,式中：Fs为稳定系数；i为第i块段滑动面与水平面的夹角（）；Ri为作用于第i块段的抗滑力（kN/m）；Ni为第i块段滑动面的法向分力（kN/m）；i为第i块段土的内摩擦角（）；ci为第i块段土的黏聚力（kPa）；Ri为第i块段的抗滑力（kN/m）；Ti为作用于第i块段滑动面上的滑动分力（kN/m），出现与滑动方向相反的滑动分力时，Ti应取负值；i为第i块段的剩余下滑力传递至i+1块段时的传递系数（ji）。,2.赤平极射投影法,1)赤平极射投影的原理赤平极射投影，是利用一个球体作投影工具，通过球心做一赤道平面ESWN作为投影平面，将球面上的任一点、线、面，以下极或上极为发射点投影到赤平面上来，如赤平面上的M点即为球面上P点以下极为发射点的赤平极射投影。,赤平投影立体示意图,点、线、面的赤平投影,2)赤平极射投影的制图,吴氏投影网,用吴氏投影网进行结构面的赤平投影,结构面产状：NE30,SE40,3)单一软弱面边坡的赤平投影及稳定情况,稳定结构,不稳定结构,基本稳定结够,视为基本稳定结够,视为不稳定结构,4)双滑面边坡的稳定条件分析,最稳定,稳定,不稳定及较不稳定,较不稳定,较稳定,3.工程地质类比法,工程地质类比法是在对已有的边坡破坏现象进行仔细的调查研究的基础上，了解其形成原因，影响因素，发展规律等。然后再和需要进行稳定分析的边坡进行对比，从而得出稳定性的分析和评价。这种方法也常用在人工开挖边坡的设计中。进行类比时，必须全面分析研究工程地质因素的相似性和差异性。同时要分清主要因素和次要因素。,7.2.3不稳定边坡的防治措施,1.防渗与排水为了防止大气降水向岩体中渗透，一般是在滑坡体外围布置排水沟槽，以截断流至滑坡体上的水流。大的滑坡体尚应在其上布置一些排水沟，同时要整平坡面，防止有积水