第二章 破坏模式及稳定性分析

1、破坏模式：破坏模式： 整体破坏：整体破坏：平面滑动、圆弧滑动、折线滑动、平面滑动、圆弧滑动、折线滑动、 楔形体滑动。楔形体滑动。 局部破坏：局部破坏：局部坍塌、崩塌、落石、碎落。局部坍塌、崩塌、落石、碎落。平面滑动：平面滑动：其特点是边坡岩体沿某一结构面如层面、节理或其特点是边坡岩体沿某一结构面如层面、节理或断层面发生滑动，通常发生在滑断层面发生滑动，通常发生在滑动面的倾向与边坡面的倾向一致，动面的倾向与边坡面的倾向一致，而滑动面的倾角小于边坡角，但而滑动面的倾角小于边坡角，但由于其内摩擦角的层状或有粘土由于其内摩擦角的层状或有粘土夹层的岩体中，也可能发生在有夹层的岩体中，也可能发生在有较厚破

2、碎带的岩体中。这类破坏较厚破碎带的岩体中。这类破坏一般情况下走向范围可能较大。一般情况下走向范围可能较大。圆弧形滑动：圆弧形滑动：滑动面为一圆弧面，这种破坏常发生在滑动面为一圆弧面，这种破坏常发生在均质松散的岩体或土体边均质松散的岩体或土体边坡上，散体结构岩体或坡坡上，散体结构岩体或坡高较大的裂隙岩体边坡也高较大的裂隙岩体边坡也可能产生这种破坏形式。可能产生这种破坏形式。楔体滑动：楔体滑动：当边坡岩休中有两组或两组以上结构面与边当边坡岩休中有两组或两组以上结构面与边坡斜交，且相互切割成楔形体，坡斜交，且相互切割成楔形体，当两结构面的组台交线的倾向当两结构面的组台交线的倾向与边坡倾向近于一致，组

3、合交与边坡倾向近于一致，组合交线的倾角小于边坡角而大于其线的倾角小于边坡角而大于其内摩擦角时，较易发生这类破内摩擦角时，较易发生这类破坏。坏。折线型滑动：折线型滑动：滑体内部软弱面不规则的情形，或者路基滑体内部软弱面不规则的情形，或者路基填方界面为折线形。实际工程填方界面为折线形。实际工程中滑坡滑面往往呈折线形，规中滑坡滑面往往呈折线形，规则的圆弧形（土质）、平面滑则的圆弧形（土质）、平面滑动（岩质）都是特殊的情形。动（岩质）都是特殊的情形。 局部坍塌局部坍塌，是上层、堆积层或风化破碎岩层，是上层、堆积层或风化破碎岩层斜坡，由于土壤中水和裂隙水的作用、河流冲刷或斜坡，由于土壤中水和裂隙水的作用

4、、河流冲刷或人工开挖坡陡于岩体自身强度所能保持的坡度而产人工开挖坡陡于岩体自身强度所能保持的坡度而产生逐层塌落的变形现象。这是一种非常普遍的现象，生逐层塌落的变形现象。这是一种非常普遍的现象，一直塌到岩土体自身的稳定角时方可自行稳定。一直塌到岩土体自身的稳定角时方可自行稳定。 崩塌崩塌，是陡坡上的巨大岩体或土体，在重力，是陡坡上的巨大岩体或土体，在重力和其他外力作用下，突然向下崩落的现象。崩塌过和其他外力作用下，突然向下崩落的现象。崩塌过程中岩体程中岩体(或土体或土体)猛烈地翻滚、跳跃、互相撞击，猛烈地翻滚、跳跃、互相撞击，最后堆于坡脚，原岩体最后堆于坡脚，原岩体(或土体或土体)结构遭到严承破

5、结构遭到严承破坏。坏。 崩塌形成机理示意图落石落石：局部块体的崩落、滚落局部块体的崩落、滚落风化剥落风化剥落：浅表层风化碎落、剥落现象，养护清扫麻烦。浅表层风化碎落、剥落现象，养护清扫麻烦。内在因素内在因素地层与岩性地层与岩性 地质构造和地应力地质构造和地应力 岩体结构岩体结构影响边坡影响边坡稳定性的因素稳定性的因素外部因素外部因素水的因素水的因素 切坡、震动的作用切坡、震动的作用 风化作用风化作用支护性能支护性能整整体体与与块块状状结结构构层状结构层状结构坡坡体体结结构构层层状状结结构构类类碎裂状结构碎裂状结构坡体结构坡体结构碎裂结构类碎裂结构类受构造结构面（断裂面、节理面、受构造结构面（断

6、裂面、节理面、劈理面）控制劈理面）控制坡体结构坡体结构 碎裂结构类碎裂结构类受构造结构面（断裂面、节受构造结构面（断裂面、节理面、劈理面）控制理面、劈理面）控制散体状结构散体状结构岩体结构包括结构面和结构体特征，但最重岩体结构包括结构面和结构体特征，但最重要的是结构面的影响：要的是结构面的影响：结构面的成因类型结构面的成因类型 结构面按其成因可分为：结构面按其成因可分为：构造结构面构造结构面次生结构面次生结构面原生结构面原生结构面a.a.垂直坡、大角度斜交坡对稳定有利垂直坡、大角度斜交坡对稳定有利主控结构面同边坡的产状组合关系是决定岩主控结构面同边坡的产状组合关系是决定岩质边坡稳定性的敏感因素

7、。质边坡稳定性的敏感因素。b.b.当结构面的走向与边坡面走向近于平行时，则对当结构面的走向与边坡面走向近于平行时，则对边坡稳定性的影响取决于结构面的倾角和倾向。边坡稳定性的影响取决于结构面的倾角和倾向。c.c.当结构面呈当结构面呈水平水平状态时边坡属稳定边坡。状态时边坡属稳定边坡。d.d.当结构面的倾向与边坡倾向方向当结构面的倾向与边坡倾向方向相反相反时，边坡也时，边坡也属稳定边坡。属稳定边坡。静水压力和静水压力和浮托力浮托力动水压力动水压力(或称渗透力或称渗透力)水对边坡岩水对边坡岩体的物理化体的物理化学的破坏学的破坏地下水的流地下水的流动与断层透动与断层透水性的优劣水性的优劣地下水的存地下

8、水的存在和水位的在和水位的高低高低稳定性系数稳定性系数=可供利用的抗滑力可供利用的抗滑力/滑动力滑动力边坡稳定性分析方法边坡稳定性分析方法极限分析法极限分析法 瑞典圆弧法瑞典圆弧法Janbu条分法条分法 Bishop条分法条分法 物理模拟方法物理模拟方法数学模拟方法数学模拟方法其他方法其他方法极限平衡法极限平衡法数值分析方法数值分析方法 斯宾塞法斯宾塞法 摩根斯坦普赖斯法摩根斯坦普赖斯法 平面滑动法平面滑动法 传递系数法传递系数法 有限单元法有限单元法(FEM) 离散单元法离散单元法(DEM)、块体理论和不连续变块体理论和不连续变形分析形分析(DDA) 边界元法边界元法 快速拉格朗日法快速拉格

9、朗日法(FLAC)流形元法流形元法确定岩质边坡的岩体类型应考虑主要结构面与坡向的关系、结构确定岩质边坡的岩体类型应考虑主要结构面与坡向的关系、结构面倾角大小和岩体完整程度等因素面倾角大小和岩体完整程度等因素。确定岩质边坡的岩体类型时，。确定岩质边坡的岩体类型时，由坚硬程度不同的岩石互层组成且每层厚度小于由坚硬程度不同的岩石互层组成且每层厚度小于5m5m的岩质边坡宜的岩质边坡宜视为由相对软弱岩石组成的边坡。当边坡岩体由两层以上单层厚视为由相对软弱岩石组成的边坡。当边坡岩体由两层以上单层厚度大于度大于5m5m的岩体组合时，可分段确定边坡类型。的岩体组合时，可分段确定边坡类型。)sin(sincos

10、)sin(sin)sin(sincos)sin(sin21121122122121GNNGNN；n边坡的抗滑力BCDABDsSCSCtgNtgNF212211sin212211GSCSCtgNtgNBCDABD)sin(sinsin)sin(2)cos(2gHCtgtgtjj地震力重力建筑荷载处理土：重度取值FtCL浸润面WNwPD（b）极限平衡分析）极限平衡分析 （a）SLIDE V. 5.0界面界面 （c）滑动面搜索）滑动面搜索 （d）加固效果分析）加固效果分析 图图1 SLIDE软件及其分析结果软件及其分析结果边坡研究框图边坡研究框图开挖后的重分开挖后的重分布应力、大小布应力、大小力学模

11、型建立力学模型建立（介质模型、应力、力学参数、变形破坏机理、边界条件（介质模型、应力、力学参数、变形破坏机理、边界条件.）稳定性分析计算稳定性分析计算（刚体极限平衡理论、有限元（刚体极限平衡理论、有限元.）数学、数学、力学力学分析分析法法边坡岩体地质特征边坡岩体地质特征（地层、岩性、结构面特地层、岩性、结构面特征及分布、地下水等征及分布、地下水等）地质模型建立地质模型建立（平、剖面图）（平、剖面图）工工程程地地质质研研究究方方法法岩块、结构面力岩块、结构面力学性质学性质（室内试验：（室内试验：求变形、强度参数）求变形、强度参数）应力条件应力条件（建筑物（建筑物作用力、天然应力、作用力、天然应力

12、、水压力、地震力等）水压力、地震力等）岩体力学性质，力学参数岩体力学性质，力学参数（现场试验、模拟试验）（现场试验、模拟试验）试试验验法法综合评价综合评价工程设计要求工程设计要求安全系数安全系数不稳定、不合理不稳定、不合理综合综合评价评价法法稳定、合理稳定、合理其它判别指标其它判别指标工程设计工程设计修改方案或修改修改方案或修改 角角施工施工4.5 数值方法：有限元强度折减系数法 通过有限元强度折减，求得的滑动面所示通过有限元强度折减，求得的滑动面所示,它是最先贯通的它是最先贯通的塑性区。塑性区贯通并不等于破坏，当塑性区贯通后塑性发展塑性区。塑性区贯通并不等于破坏，当塑性区贯通后塑性发展到一定

13、程度，岩体发生整体破坏，同时出现第二、三条贯通的到一定程度，岩体发生整体破坏，同时出现第二、三条贯通的塑性区，程序还可以动画模拟边坡失去稳定的过程，从动画演塑性区，程序还可以动画模拟边坡失去稳定的过程，从动画演示过程可以看出边坡的破坏过程也整体破坏的过程。示过程可以看出边坡的破坏过程也整体破坏的过程。 首先贯通的滑动面首先贯通的滑动面 滑动面继续发展滑动面继续发展(d)(d)能够模拟土体与支护的共同作用，图能够模拟土体与支护的共同作用，图7 7为无锚杆（锚杆单为无锚杆（锚杆单元被杀死）时边坡稳定安全系数为元被杀死）时边坡稳定安全系数为1.11.1，图，图8 8为有锚杆支护时为有锚杆支护时安全系数为安全系数为1.51.5，且塑性区后移。，且塑性区后移。(e)(e)求解安全系数时，可以不需要假定滑移面的形状，也无需求解安全系数时，可以不需要假定滑移面的形状，也无需进行条分进行条分。图图7 7 不加锚杆时的塑性区不加锚杆时的塑性区 图图8