第五章-斜坡变形破坏工程地质研究VIP

,第五章斜坡变形破坏工程地质研究,掌握斜坡和人工边坡的基本概念，斜坡变形破坏方式及研究意义；掌握斜坡岩体应力分布特征；掌握斜坡变形破坏的基本类型及一般特征；掌握斜坡变形破坏的演变过程；理解内外营力对斜坡变形破坏的作用；掌握斜坡稳定性评价的基本方法；掌握防治斜坡变形破坏的基本原则及主要措施。,本章学习要求,本章重点：斜坡岩体应力分布特征，斜坡形成后引起岩体内应力的重分布，致使主应力大小和方向发生变化，坡脚应力集中，形成对斜坡稳定性不利的应力组合。注重坡顶拉应力、坡面附近近似于单向应力分布、坡脚剪应力集中的应力分布特征。斜坡变形破坏方式及形成机制，分变形和破坏两方面。斜坡变形的基本形式是卸荷和蠕变变形，而实际的斜坡变形往往是多种基本变形形式的组合。斜坡的破坏常见基本形式是崩塌和滑坡。要求掌握滑坡识别标志滑坡要素。斜坡变形破坏的演变过程，要求掌握斜坡变形破坏的六种地质力学模式及建模的思想方法。分析斜坡变形的组合方式。斜坡稳定性评价的演变历史分析方法，其核心是将斜坡的变形和破坏纳入地质历史长河，在地质历史发展演化背景条件下研究斜坡变形破坏发生、发展、演化全过程，并预测其发展趋势。,提要,概述斜坡应力分布特征斜坡变形破坏的基本形式滑坡崩塌影响斜坡稳定性的因素斜坡稳定性评价滑坡预测预报滑坡防治,第一节概述,斜坡:指地表一切具有侧向临空面的地质坡体，是一类广泛的地貌类型。斜坡变形破坏是地质发展演化的重要过程。,类型,按高度H,高坡中坡低坡,岩坡M15m土坡H10m,岩坡8mH5m土坡5mH10m,岩坡H8m土坡H=300中坡150=tg，岩块将滑动，但不倾倒。区段3：以及bhtg，岩块能够同时滑动和倾倒。通过以上分析，可看出即将崩落的块体相当于斜面上的岩块，同时由于其在变形-破坏的演变过程中沿斜面总有一定的剪切位移，所以可视其凝聚力已丧失。那么根据岩块的运动条件，可将崩塌分为：滑移式崩塌、倾倒式崩塌和滑移倾倒混合式崩塌(也可简称为混合式崩塌)三种类型。,归纳崩塌的形成条件（1）地质条件一个陡坡，尤其是大于600的坡，坡高几米到几百米。大型自然崩塌多见于江河峡谷陡峻地段，以岩石大型崩塌居多，或者人工路堑、矿山等边坡。一般坡度大于400500时，对于裂隙发育的岩体，尤其发育高倾角裂隙时，在裂隙下部有软层配合下，易产生较大崩塌。（2）崩塌的诱发条件1.高陡坡，重力作用，引起拉裂变形，导致崩塌。2.坡脚开挖，掏空，坡脚软岩压裂，因此失去支撑作用。3.长时间降水，产生水压力或震动等。4.冻胀后解冻，使土体饱水段强度降低，或产生涨缩现象。,二崩塌运动学特点,1运动规律崩塌的运动规律特别复杂，根据抛石试验及现象研究，崩塌落石在不同坡度上，其总体服从的运动规律。如图5.7。,图5.7块石运动示意图,（1）缓坡段（00270310）：只在初速V0时可以运动，减速运动形式，若石块高处滚下，可转为滚动滑动停止。否则不运动。（2）较陡坡段（270310400）：当具有V0时，运动形式同(1)；无V0时，可不运动，而无V0也运动时，运动形式同(3)。（3）陡坡段（400松散土坡结构：层理、软弱夹层、原生节理、片理等特殊性质：膨胀性、湿陷性等滑坡往往集中在某些特定的岩层中“易滑岩组”如：西北的黄土分布地区、成都平原地区的成都粘土层、四川盆地的红层地区（砂、泥岩互层）、青海、甘肃地区的第三系地层（半成岩的砂、泥岩），川西北、陕南和甘南浅变质岩地区（主要是千枚岩分布地区），三峡地区的巴东组。,西北地区黄土滑坡,四川盆地的红层地区（侏罗纪砂、泥岩互层）,甘肃/青海场地由砂岩泥岩互层，开挖后易于滑动,甘肃永靖黑方台滑坡由黄土和紫红色泥岩组成,一种细粒显微晶质的浅变质岩石。原岩多为泥质、粉砂质岩和中酸性火山岩。属低级区域变质产物，但变质程度较板岩稍高。重结晶作用明显。呈细粒状或鳞片状变晶结构，绢丝光泽,汶川，高达300多米并且坡度在70以上，山体极其破碎。该山体主要以灰岩、白云岩和千枚岩为主,川西北、陕南和甘南浅变质岩地区（主要是千枚岩分布地区）,巴东组地层主要为灰绿色页岩，灰绿色泥灰岩、泥质灰岩，紫红色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩，节理裂隙发育,2.地质结构结构面结构面的产状、力学性质、规模沉积岩地区：特大型的滑坡主要与层面构造有关不同构造部位滑坡差别：如在褶皱的两翼部位，结构面往往形成上陡下缓的勺形；沿着大的构造断裂带，滑坡往往呈带状分布,3.地形地貌斜坡坡度越大、越高，斜坡稳定性越差。,按结构面的产状与临空面的关系，可分为：(1)平迭坡：主要软弱结构面为水平的(2)逆向坡：主要软弱结构面的倾向与坡面的倾向相反(3)顺向坡：主要软弱结构面的倾向与坡面的倾向一致时，稳定性最差，极易发生顺层滑坡，滑体将发生向下的运动，否则，处于稳定状态。,四、数学力学计算方法极限平衡法、数值计算法、破坏概率法,1.极限平衡计算方法刚体极限平衡法假设前提：只考虑破坏面上的极限破坏状态，而不考虑岩土体的变形，即视岩土体为刚体。破坏面上的强度由C、值决定，遵循强度判据。滑体中的压力以正压力和剪应力的形式集中作用于滑面上，均视为集中力。三维问题简化为二维（平面）问题来求解。,稳定性系数：,安全系数：在岩土体稳定性评价中，由于边界条件、荷载条件、岩土体强度等难以精确确定，通常在设计上考虑上述因素及建筑物重要性而综合确定一经验值。Kc1,(1)土质斜坡稳定性计算A无粘性土坡B粘性土坡圆弧法、条分法：瑞典条分法、Bishop法、Janbu法,(2)岩质斜坡稳定性计算A平面滑动：单平面、同向双平面、多平面B楔形体滑动,均质土坡瑞典条分法,如图：一简单均质土坡，取一假定滑弧圆心为O，半径为R和滑弧AC。将滑动土体沿铅直方向分成若干土条（R/10-R/20）取第i条分析，不考虑土条间的作用力，则第i条作用在滑弧面上的力有：（1）由土条自重Wi在滑弧上引起的切向力为,（2）由土条自重Wi在滑弧上引起的法向力所产生的抗滑力为：（3）滑动面上的凝聚力产生的抗滑力为：,若斜坡滑动时，各土条围绕圆心O旋转，则斜坡的稳定性系数为该土条的总抗滑力矩与总滑动力矩之比：,最危险滑面的确定：对于均质粘性土斜坡最危险滑动面应通过坡脚，圆心O的位置按以下步骤确定：（1）根据下表中坡角值查1和2，找出0点,（2）按下图所示确定E点；（3）连接EO，在EO的延长线上取一系列圆心O1，O2，,On;（4）分别计算O1，O2，,On所对应滑动圆弧上的稳定性系数K1，K2，Kn，联其端点，所得曲线上最小的Kmin值所对应的Om点，即为最危险滑弧圆心。若土层复杂，则Om不一定是最危险滑动弧圆心，为此，可过点作垂直OE的线段，在该线段上取其相应的K值，用上述方法求得最小的K值。,楔形体滑动,楔形体滑动的滑动面由两个倾向相反、且其交线倾向与坡面倾向相同、倾角小于边坡角的软弱结构面组成。,稳定性系数计算的基本思路,首先，将滑体自重W分解为垂直交线BD的分量N和平行交线的分量T，然后将N投影到两个滑动面的法线方向，求得作用于滑动面上的法向力N1和N2，最后求得抗滑力及稳定性系数。可能滑动体的滑动力为T=Wsin，垂直交线的分量为NWcos。将Wcos投影到ABD和BCD面的法线方向上，求得法向力N1、N2,边坡的抗滑力,边坡的稳定性系数,根据滑面纵剖面的起伏情况，取单位宽度考虑，把滑体划分成若干块段，1，2，n,第i条块的受力情况分析：,折线滑面剩余推力法,滑块两侧的摩擦力和滑体自身挤压力不考虑,自重Wi、水平地震力KcWi、侧水压力PW、上一条块的剩余下滑力Ei-1、本条的剩余下滑力Ei的反力、扬压力Ui、法向反力Ni、切向反力Ti,基本荷载（仅考虑重力）计算如下：,有地下水时，需要考虑边界上的水压力：,稳定性计算编程迭代过程：,2.破坏概率计算法,第八节滑坡预测预报,一、预测预报的基本内容位置、规模、类型、运动速度、运动距离、发生时间,区域性滑坡预测：以一个大的区域为依据对象，确定滑坡可能发生的区段范围。地段性滑坡预测：以一个地段滑坡调查资料为依据，确定将来可能发生滑坡的大致位置、可能的类型等。场地性滑坡预测：针对某一特定场址，预测滑坡可能发生的确切位置、范围大小、运动速度及类型。,滑坡长期预报：对未来滑坡运动的趋势作判断，以确定滑坡活动的可能年份。滑坡短期预报：对滑坡活动的可能季节或月份作出预测。滑坡临滑预报：对滑坡将要暴发的具体日期、乃至时分作出预报。,二、滑坡空间预测,空间预测：主要是通过滑坡条件分析，确定出对滑坡作用有利的因素组合，根据这些有利因素组合来预测区域上某斜坡段将来产生滑坡的可能性，圈定出可能产生滑坡变形的范围。,空间预测的理论基础工程地质类比法：类似的工程地质环境可能发生类似的滑坡。,迄今见于报道的预测方法可归纳为：统计学方法、信息量法以及各种确定性模型计算。,各种方法的共同之处：充分考虑各种地质环境因素的叠加作用来评价某特定地质环境中产生滑坡的可能性，以期在研究区圈出相对不安全的“危险区段”。预测结果一般都采用预测分区图的形式来表达。不同之处：预测评价过程中所采用的叠加方式不同而已。,三、滑坡时间预报,（1）滑坡变形前兆的现象预报法,（2）位移时间曲线变化趋势判断法,（3）斋滕法和改进的斋滕法,（4）统计数学模型回归模型、灰色理论模型、生物生长模、灾变理论模型等,（5）黄金分割法,（6）非线性动力学模型预报法,（7）声发射等参数预报法,岩土体蠕变（流变）理论：,第1蠕变阶段减速蠕变阶段减速发展，斜率逐渐减小,第2蠕变阶段稳定蠕变阶段等速发展，斜率大体不变,第3蠕变阶段加速蠕变阶段CD段：变形迅速增大，但岩土体尚未破坏DE段：岩土体变形速率剧增，岩土体很快破坏,斋滕预报经验公式：,例：某滑坡位移曲线上t1、t2、t3所对应的日期为：t1：1963年1月20日t2：1963年1月26日t3：1963年1月30日,则：t2t16天t3t110天,tr-t1=18天tr1963年2月7日,第九节滑坡防治防治目标：是减灾、防灾、保护环。防治原则：以防为主，治理为辅。应该把防灾贯穿到工程建设的各个环节，在工程规划选址、设计、施工各阶段均应注重防灾减灾。例如灾害预测及危险性评估正体现了这一原则。,以防为主就是要尽量做到防患于未然。要正确地选择建筑场地，合理地制订人工边坡的布置和开挖方案；查清可能导致天然斜坡或人工边坡稳定性下降的因素，事前采取必要措施消除或改变这些因素，并力图变不利因素为有利因素，以保持斜坡的稳定性，甚至向提高稳定性的方向发展。治理为辅就是要针对斜坡已出现的变形破坏的具体状况，及时采取必要的增强稳定性的措施。当斜坡变形迹象已十分明显或已进入加速蠕变阶段时，仅采取消除或改变主导因素的措施已不足以制止破坏发生，在这种情况下，必须及时采取降低斜坡下滑力，增强斜坡抗滑能力的有效措施，迅速改善斜坡的稳定性。,防治指的是预防与治理两方面：滑坡预防：指的是滑坡灾害没有产生以前，人们已经了解其存在的危险性和危害性，并采取相应的措施加以防范，使滑坡损失降至最小程度。预防是以勘察分析、预测预报、动态监测为基础，同时提出有效的预防措施及相应的设计施工工作。滑坡治理：指的是对潜在不稳定体采取有针对性的工程措施，确保其稳定，从根本上消除隐患。治理是一项工程，它包括对灾害体的勘察、评价，提出经济合理的工程措施，并付之实施。,1防预措施：（1）绕避：改线架桥跨越隧道穿越（2）拦截：拦石墙拦栅网（3）排水：地表排水：排水沟、坡面防渗地下排水：盲沟、排水洞、排水孔（4）监测预警,2治理措施：（1）排水措施：（同上）（2）削方、堆：格栅（室）护坡（3）支挡工程：挡土墙：砌置挡墙加筋土挡墙锚固：单一锚杆（索）挂网+喷浆+锚杆（索）构+锚杆（索）抗滑桩：钢管桩钢筋+砼桩砼桩结合形式：桩+锚桩+墙（板、梁）（4）坡面防护：横向护坡植基绿色护坡（5）其它：固结灌浆阻滑键（栓）,绕、避工程,削坡、压载工程,韩城电厂滑坡上部减重,排水工