水工地质6地基与边坡稳定课件

第六章

地基与边坡稳定的工程地质分析第一节岩质地基稳定分析本章结构第二节岩质边坡稳定问题第一节岩质地基稳定分析一、岩质地基洞穴问题及其分析

1．洞穴问题

岩质地基中的洞穴主要包括三类，即：①可溶岩区的溶洞；②构造发育区中被淘空的构造裂隙段；③人工洞穴如矿洞、隧洞等。

洞穴以上修建工程时，洞顶岩石会在基础荷载引发的附加应力PZ作用下发生变形，甚至破裂塌陷，引发地基失效，危及建筑的安全稳定。

2．洞穴稳定性分析

岩质地基洞穴稳定的关键是基础底面到洞穴顶的岩体厚度达到可维持稳定的安全值，即建筑基础下的岩体厚度大于安全厚度Z0。如右图，假定建筑基础底宽为b，荷载为P0，附加应力扩散角为θ，则至基础下Z′深度时，附加应力为PZ

PZP0Z′bθθ而据经验θ=30°一般岩体；θ=40°坚固完整岩体为安全见，通常所有岩体取θ=30°故有，

坚硬岩体（花岗岩、石英岩）软弱岩体（泥灰岩、千枚岩）二、岩质地基沉降变形

岩质地基在上部荷载下可产生受压变形，最简单的情况是受到铅垂向下的单轴应力作用而产生压缩。常识与经验告诉我们，未破坏前的变形量均处在弹性变形阶段，故压缩变形量一是与附加应力大小有关系，另一个则是与岩石的弹性模量有关系。

δε理解关键：①均布荷载产生的附加应力在基础中心线下最大。②沉降变形均发生于弹性变形阶段。详见弹性力学2．岩基地基沉降量计算

以岩石弹性模量计算公式可知：对于岩质地基而言，ε就是垂向沉降量，具体到岩质地基，则有当某深度处的岩层（可天然也可人工分层）厚为h时，沉降变形量应为：当已知岩基受压层范围（一般取PZ=0.1P0范围内的深度）内岩基各分层的Ei值（原位试验确定），各分层的厚度及各层的平均附加应力时，地基岩体在基础荷载P0下的沉降变形值就为：三、不良岩质地基处理措施

1．清基：即清除地基表面的风化层和破碎岩块，建筑等级不同，清基程度不同。超高层建筑：重型设备（水压机等）、高大砼矾、重型桥梁基础

清到微风化层甚至完整基岩上

中、小型工程——只须清到弱风化层甚至强风化层第二节岩质边坡稳定问题

自然界的边坡按其岩土性质也可分为岩质边坡和土质边坡两类。土质边坡的稳定问题属于土力学处理的经典问题。而岩质边坡问题则属于工程地质学研究的对象。

一、岩质边坡的破坏类型包括崩塌和滑坡两种类型。1．崩塌陡峻边坡上巨大岩块在重力作用下突发式地翻滚跌落。崩塌是一种拉裂破坏，发生时要求边坡上部有拉应力的集中现象，即产生拉应力区。

2．滑坡定义：

斜坡岩土体在重力作用下去失原有稳定性，沿斜坡内某些软弱滑移面作整体下滑破坏的现象（典型剪切破坏）。

岩质边坡：软弱滑移面为实际存在的结构面。土质边坡：滑移面为不可见的潜在面，计算时需假定。（1）滑坡的构成图3-9滑坡要素及滑坡形态特征示意图1—滑坡体；2—滑坡周界；3—破裂壁；4—滑坡台阶；5—滑动面；6—滑动带；7—滑坡舌；8—滑动鼓丘；9—滑动轴；10—破裂缘；11—封闭洼地；12—拉张裂隙；13—剪切裂隙；14—扇形裂隙；15—鼓张裂隙；16—滑坡床（2）滑坡的类型依据不同，类型不同。①依滑坡体规模：小型：<3万m3中型：3-50万m3大型：50-300万m3巨型：>300万m3二、岩质边坡稳定分析（滑坡稳定）

岩质边坡能否滑移取决于边坡内部是否有适宜的软弱结构面以及结构面上的抗滑稳定性，而这种稳定性又受到地形、构造、岩性、地下水情况以及气候因素的影响。显然：边坡越陡峻,岩体越破碎，胶结越松散，越易形成边坡滑移。工程地质研究中，岩质边坡稳定的分析方法有：地质地貌条件分析法；工程地质类比法（人工边坡的设计分析）；图解分析法（极射赤平投影分析）；稳定计算法。最常用的是稳定计算法。显然：K＞1时，边坡稳定K＜1时，边坡失稳K=1时，边坡处于极限平衡状态。

稳定计算法1．方法原理岩质边坡的稳定计算是力学平衡问题。即在某潜在滑移面上，当滑动力T＞抗滑阻力F时，边坡就失去其抗滑稳定性，该稳定性用稳定系数k来表示，即有：（K无量纲）单一直线型（倾斜平面）复杂折线型（折面型）复合V字型2．滑移面形态分类：常见岩质边坡的滑移面形态可分为以下三种，主要是剖面上的形态：后两种滑移面的稳定计算均比较复杂，这里只就最简单的单一直线型滑移面的稳定计算作以分析。假定有一直线型边坡如右图。滑动体abc中h——变形体高度L——滑移面长度α——滑移面倾角G——滑动体重量

3．岩质边坡稳定计算α

GFLabcTNh另，经实验测定，滑移面上粘聚力为C，岩体内摩擦角ф，则下滑力:

T=G·sinα抗滑力(摩阻力):Lab

cTNh而

（1）K判据:当滑动体处于相对静止状态时，有:Lab

cTNhα显然：当C=0时代入上式，得显然：K>1稳定K=1极限平衡K<1失稳此时，只要α>ф，就可以保证滑动体不产生滑动（实际是不存在C=0的情况的），这是削坡处理的依据。C≠0时，滑动体的稳定性取决于α和h的大小.（2）hmax判据：当滑动体处于极限平衡状态时h实＞hmax时，边坡失稳h实＝hmax时，边坡极限平衡状态h实＜hmax时，边坡稳定这里的h实际是极限平衡状态下，变形体abc