西南科技大学本科工程地质8斜坡变形破坏工程地质研究-3

1、工程地质学工程地质学ENGINEERING GEOLOGY主讲人：刘岁海主讲人：刘岁海lecturerlecturer：Liu SuihaiLiu Suihai 斜坡变形破坏工程地质研究斜坡变形破坏工程地质研究Engineering geology study of slope deformation failure 第七节斜坡稳定性评价第七节斜坡稳定性评价斜坡稳定性评价的目的斜坡稳定性评价的目的：1、合理设计人工边坡，使之既稳定安全，又不浪费开挖工作量；2、评定、核算与工程有关的天然斜坡稳定性现状及受工程影响后的稳定性状况；3、对已建成的人工边坡检查其稳定性状况；4、为整治斜坡提供设计依据。

2、1 1、自然历史分析法、自然历史分析法2 2、工程地质类比法、工程地质类比法3 3、图解法、图解法4 4、数学力学计算法、数学力学计算法斜坡稳定性评价的方法：斜坡稳定性评价的方法：一、自然历史分析法一、自然历史分析法是一种定性评价定性评价的方法。 主要通过研究斜坡形成的地质历史和所处的自然地理及地质环境、斜坡的地貌和地质结构、发展演化阶段及变形破坏形迹，分析主要的和次要的影响因素，从而对斜坡稳定性作出初步评价初步评价。这种方法实质是通过追溯斜坡发生、发展演化的全斜坡发生、发展演化的全过程，来进行稳定性评价过程，来进行稳定性评价。它对研究斜坡稳定性的区域性规律尤为适用。区域地质背景区域地质背景

3、分析影响因素分析影响因素 预测发展趋势预测发展趋势1 1、 从从地质构造地质构造方面分析方面分析结构面的位置、性质、连通情况，结构面与临空面的关系，斜坡可能破坏的类型、规模等。2、从地形地貌方面分析、从地形地貌方面分析地形地貌特征 斜坡稳定性状态或滑坡的不同发育阶段 滑坡的微地貌调查 稳定性判断的定量数值，如滑动距离、 垂直位移高度和多级滑动面等。 类比法类比法是将所要研究的斜坡或拟设计的人工边坡与已研究过的斜坡或人工边坡进行类比，来评价其稳定性或确定其坡角和坡高。 类比时必须全面分析研究工程地质条件和影响斜坡稳定性的各项工程地质条件和影响斜坡稳定性的各项因素因素，比较其相似性和差异性相似性和

4、差异性。相似性愈高，则类比依据愈充分，所得结果愈可靠。 类比的基础是相似类比的基础是相似，只有相似程度较高才可进行类比。所以类比法一定要充分做好工程地质调查研究工程地质调查研究工作，而且要有丰富的实践经验。工程地质类比法工程地质类比法 依据相似原则依据相似原则 斜（边）坡类型类比 破坏类型类比 条件类比 图解法图解法是一种定性或半定量定性或半定量的评价方法。 在斜坡稳定性评价中,一般采用两种图解法，即图表计算法和图图表计算法和图解分析法解分析法。 图表计算法图表计算法其基本原理一般都是根据斜坡所处的条件。先确定某一无因次量，并绘制不同坡角情况下无因次量与稳定系数关系曲线图，或不同稳定系数情况下

5、的无因次量与坡角关系曲线图。借助于曲线图，在已知C、tg、H等参数后，即可直接从关系曲线上查得稳定系数。 图表计算法与力学计算法相比较，其结果精度差些。但是，在进行边坡初步设计边坡初步设计时是可以满足要求的。 图解分析法：图解分析法： 图解分析法以极射赤平投影极射赤平投影为基础，通过对斜坡岩体结构面的统计调查，掌握优势结构面优势结构面的产状特征，据以分析它们对斜坡稳定性的影响。 单一软弱面单一软弱面情况 两组软弱面两组软弱面情况四、数学力学计算方法四、数学力学计算方法1 1、极限平衡计算方法极限平衡计算方法刚体极限平衡法刚体极限平衡法 假设前提假设前提： （1 1）只考虑破坏面上的）只考虑破坏

6、面上的极限破坏状态极限破坏状态，而不考虑岩土体的变，而不考虑岩土体的变形，即视形，即视岩土体为刚体岩土体为刚体。（2 2）破坏面上的强度由）破坏面上的强度由C C、 值决定，遵循值决定，遵循库仑库仑判据。判据。 （3 3）滑体中的压力以）滑体中的压力以正应力和剪应力正应力和剪应力的形式集中作用于滑面的形式集中作用于滑面上，均视为上，均视为集中力集中力。 （4 4）三维问题简化为二维（平面）问题来求解。）三维问题简化为二维（平面）问题来求解。 稳定性系数稳定性系数：下滑力抗滑力K 安全系数安全系数：在岩土体稳定性评价中，由于边界条件、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

7、精确确定，通常在荷载条件、岩土体强度等难以精确确定，通常在设计上设计上考考虑上述因素及建筑物重要性而综合确定一经验值。虑上述因素及建筑物重要性而综合确定一经验值。土质斜坡土质斜坡稳定性计算稳定性计算A A、无粘性土坡、无粘性土坡B B、粘性土坡、粘性土坡圆弧法、条分法：瑞典条分法、圆弧法、条分法：瑞典条分法、BishopBishop法法岩质斜坡岩质斜坡稳定性计算稳定性计算 A A 、平面滑动：单平面、同向双平面、多平面、平面滑动：单平面、同向双平面、多平面 B B 、楔形体滑动、楔形体滑动均质土坡均质土坡瑞典条分法瑞典条分法 如图：一简单均质土坡，取一假定如图：一简单均质土坡，取一假定滑弧圆心

8、为滑弧圆心为O O，半径为，半径为R R和滑弧和滑弧ACAC。 将滑动土体沿铅直方向分成若干土将滑动土体沿铅直方向分成若干土条（条（R/10-R/20R/10-R/20） 取第取第i i条分析，不考虑土条间的作用条分析，不考虑土条间的作用力，则第力，则第i i条作用在滑弧面上的力有：条作用在滑弧面上的力有：（1 1）、由土条自重）、由土条自重WiWi在滑弧上引起在滑弧上引起的切向力为的切向力为顺坡为正，逆坡为负。，线与园弧法线间的夹角为该土条底面中心铅直为该土条平均高度；条土宽度；为第为重力加速度；为土的密度；式中：iiiiiiiiihibghbgWTsinsin（2 2）、由土条自重）、由土

9、条自重WiWi在滑弧上引起的法向力所产生的抗滑力为：在滑弧上引起的法向力所产生的抗滑力为：（3 3）、滑动面上的凝聚力产生的抗滑力为：）、滑动面上的凝聚力产生的抗滑力为：为滑动面上的摩擦角。式中：tghbgtgWtgNFiiiiiificoscos土条的弧长。为第为滑动面上的凝聚力；式中：iLCLCFiiciiw 若斜坡滑动时，各土条围绕圆心若斜坡滑动时，各土条围绕圆心O O旋转，则斜坡的稳旋转，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：定性系数为该土条的总抗滑力矩与总滑动力矩之比：为滑弧全长。式中：若各土条宽度相等，则LhbghtgbgLCKRhbgRtghbgLCKiiiii

10、iiiiiiisincossincos最危险滑面的确定：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，对于均质粘性土斜坡最危险滑动面应通过坡脚，圆心圆心O O的位置按以下步骤确定：的位置按以下步骤确定：（1 1）根据下表中坡角值）根据下表中坡角值 查查 1 1和和 2 2，找出，找出0 0点点 （2 2）按下图所示确定）按下图所示确定E E点；点； （3 3）连接）连接EOEO，在，在EOEO的延长线上取一系列圆心的延长线上取一系列圆心O O1 1，O O2 2，,O,On n; ; （4 4）分别计算）分别计算O O1 1，O O2 2，,O,On n所对应滑动圆弧上的稳定性

11、系数所对应滑动圆弧上的稳定性系数K K1 1，K K2 2，K Kn n，联其端点，所得曲线上最小的，联其端点，所得曲线上最小的K Kminmin值所对应的值所对应的O Om m点，点，即为最危险滑弧圆心。即为最危险滑弧圆心。 若土层复杂，则若土层复杂，则O Om m不一不一定是最危险滑动弧圆心，为此，定是最危险滑动弧圆心，为此，可过点作垂直可过点作垂直OEOE的线段，在该的线段，在该线段上取其相应的线段上取其相应的K K值，用上述值，用上述方法求得最小的方法求得最小的K K值。值。 根据滑面纵剖面的起伏情况，取单位宽度考虑，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，把滑

12、体划分成若干块段，1 1，2 2，n n 第第i i条块的受力情况分析：条块的受力情况分析：折线滑面折线滑面剩余推力法剩余推力法 滑块两侧的摩擦力和滑体自身挤压力不考虑滑块两侧的摩擦力和滑体自身挤压力不考虑 自重自重 WiWi、水平地震力水平地震力 KcWiKcWi、侧水压力侧水压力 P PW W、上一条块的剩余下滑力上一条块的剩余下滑力 Ei-1Ei-1、本条的剩余下滑力本条的剩余下滑力 EiEi的反力、扬压力的反力、扬压力 UiUi、法向反力法向反力NiNi、切向反力切向反力TiTi基本荷载（仅考虑重力）计算如下：基本荷载（仅考虑重力）计算如下：11sinW1块：下滑力：第11111LCt

13、gcosW抗滑力：11111111LCtgcosWsinWE2222112221122LCtg)sin(EcosW)cos(EsinW2抗滑力：块：下滑力：第传递系数212222222221211222222222221122211222ELCtgcosWsinWtg)sin()cos(ELCtgcosWsinWLCtg)sin(EcosW)cos(EsinWEi1iiiiiiiiiELCtgcosWsinWE:i块第n1nnnnnnnnnELCtgcosWsinWE:n块第，斜坡体稳定若，斜坡体不稳定若00nnEE 有地下水时，需要考虑边界上的水压力：有地下水时，需要考虑边界上的水压力：iw

14、iiiLhhU)(2121底面浮托力：222121211iwiWiwiWhPhP两侧水压力：1111sin(cos)cos()sin()00iiiiiiiiiiiiiissiitgEWWtgC LEKKEE当时，取 。考虑安全储备，减小抗滑力)sin()cos(sin)(cos1cos)(sin11111iiiiiiiiiiWiWiiiiiiWiWiiiKstgELCPPUWtgKsPPWE系数，即为滑坡的整体稳定性这时的，直至偏小，则取，表明如果，再计算偏大，则取，表明如果迭代得的位置，代入公式中，先假定一个计算整体稳定性系数时KEnKKKKEnEnKKKEnEnKsK00002110100

15、稳定性计算稳定性计算编程迭代过程：编程迭代过程：第九节斜坡变形破坏的防治第九节斜坡变形破坏的防治防治防治目标目标：减灾、防灾、保护环境防治防治原则原则：以防为主，及时治理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。体现了这一原则。防治指的是预防与治理两方面：防治指的是预防与治理两方面： 滑坡预防滑坡预防：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

16、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。防治依据防治依据1、工程措施的技术可能性及必要性技术可能性及必要性.场地的合理选择与规划的预见性.消除或改变不利因素的可能性.增强斜坡稳定性的工程措施之必要性2、工程措施的经济合理性经济合理性是制定具体整治方案应遵循的经济原则，包含以下内容： .按工程的重要性分别对待 .工程措施方案的优化3、工程措施的社会环境效应斜坡治

17、理往往是社会环境综合治理的一个组成部分，因而在防治中应考虑以下因素：.斜坡所处社会环境特征及其工程措施的社会效益.斜坡运行的管理水准 .斜坡的环境效应滑坡灾害防治基本程序滑坡灾害防治基本程序滑坡防治方案设计滑坡防治方案设计滑坡防治工程施工滑坡防治工程施工滑坡防治竣工验收滑坡防治竣工验收工程治理工程治理搬迁避让搬迁避让监测预警监测预警防治方案可行性研究防治方案可行性研究防治方案初步设计防治方案初步设计防治方案施工图设计防治方案施工图设计滑坡工程地质勘滑坡工程地质勘(调调)查查工程地质条件工程地质条件+人文因素人文因素1 1、防预防预措施措施（1 1）、绕避：改线）、绕避：改线 架桥跨越架桥跨越

18、隧道穿越隧道穿越 （2 2）、拦截：拦石墙）、拦截：拦石墙 拦栅网拦栅网（3 3）、排水：地表排水：排水沟、坡面防渗）、排水：地表排水：排水沟、坡面防渗 地下排水：盲沟、排水洞、排水孔地下排水：盲沟、排水洞、排水孔（4 4）、监测预警）、监测预警 2 2、治理治理措施措施（1 1） 排水措施排水措施（2 2） 削方、堆压削方、堆压（3 3） 支挡工程：挡土墙：砌置挡墙支挡工程：挡土墙：砌置挡墙 加筋土挡墙加筋土挡墙 锚固：单一锚杆（索）锚固：单一锚杆（索） 挂网挂网+ +喷浆喷浆+ +锚杆（索）锚杆（索） 构构+ +锚杆（索）锚杆（索） 抗滑桩：钢管桩抗滑桩：钢管桩 钢筋钢筋+ +砼桩砼桩 砼

19、桩砼桩 结合形式：桩结合形式：桩+ +锚锚 桩桩+ +墙（板、梁）墙（板、梁）（4 4） 坡面防护：横向护坡坡面防护：横向护坡 植基绿色护坡植基绿色护坡 （5 5） 其它：其它： 固结灌浆固结灌浆 阻滑键（栓）阻滑键（栓） 绕、避工程绕、避工程削坡、压载工程削坡、压载工程韩城电厂滑坡上部减重韩城电厂滑坡上部减重排水工程排水工程拦截系统拦截系统抗滑挡墙抗滑挡墙 布置：对于中、小型滑坡，可在滑坡前缘，布置：对于中、小型滑坡，可在滑坡前缘， 将墙设在滑坡中下部有稳定将墙设在滑坡中下部有稳定岩层的锁口处岩层的锁口处抗滑桩抗滑桩 特点：设桩位置灵活，施工简单，开挖面积小。特点：设桩位置灵活，施工简单，开挖面积小。 适用条件：适用于非塑流性滑