第五章边坡稳定性工程地质

中国矿业大学

工程地质学基础第五章边坡稳定性工程地质分析主讲：董青红教授第五章

边坡稳定性工程地质分析1.边坡概念2.边坡变形破坏的类型和机制3.影响边坡稳定性的因素

4.边坡稳定性评价

第一节

边坡概念一.边坡概念1.边坡是指地壳表层一切具有侧向临空面的地质体.

2.分类:可以分为自然边坡:如:山坡,海岸,河湖岸等;人工边坡:如:路堑,矿坑,人工开挖基坑等;

边坡实况边坡滑移破坏第一节

边坡概念第一节

边坡概念二.边坡特征

1.边坡在内外营力作用下,不断的改变坡高和坡角,使内力分布随之而变化;2.自然斜坡破坏是山区重要的工程动力地质作用;3.人工边坡在水电,铁路,采矿等工程重造成巨大损失;4.边坡是一类环境地质灾害;第一节

边坡概念三.边坡中应力分布第一节

边坡概念1.斜坡中的应力分布状态(1)斜坡形成前，天然状态下岩土体内处于原始应力状态，自重应力,构造应力;

主应力方向为铅直,水平状态;(2)形成斜坡后,侧向临空面产生卸荷回弹,引起主应力重新分布,集中;

研究方法：数值模拟(有限单元)，光弹试验，模型试验(3)应力重分布分析:a.斜坡面附近的主应力轨迹明显发生偏转;b.最大主应力平行于坡面,而最小主应力则垂直于坡面,在坡面附近产生应力集中带，坡脚和坡肩应力集中明显;c.主应力发生偏转,坡体内的最大剪应力也发生变化,由直线状--->凹向坡面的圆弧状;

d.坡面处于二向应力状态,坡面处的径向应力实际为0;第一节

边坡概念第一节

边坡概念2.影响斜坡应力分布的因素第一节

边坡概念2.影响斜坡应力分布的因素

(1)岩体初始应力状态的影响,主要是水平构造应力;(2)坡形的影响,如坡高和坡角等,W/H，坡面形态的凹凸;(3)岩土体的性质和结构,泊松比,结构面等，蠕动变形特性;第二节

斜坡变形破坏的类型和机制一.斜坡变形的类型

1.拉裂:在局部拉应力和张力带内,形成张裂隙的变形形式

2.蠕滑:岩土体沿局部剪切面向临控方向的缓慢剪切滑移.若贯通,则演变成滑坡.一般发生在坡体内.

3.弯折倾倒:由陡倾板状岩石组成的斜坡,当走向与坡面平行时,在重力作用下所发生的向临空方向同步弯曲的现象.

第二节

斜坡变形破坏的类型和机制第二节

斜坡变形破坏的类型和机制二.斜坡破坏类型

1.崩塌

(1)特点:突然脱离母体,发生在高陡边坡的坡肩部位,质点位移Sy>Sx,在垂直方向运动为主;其无依附面,飞跃而下,规律复杂,爆发突然。

(2)分类:

从规模上,由坠石,山崩等;

从物质成分上,由土崩,岩崩;(3)产生的机制：是由于动力学平衡条件被打破;第二节

斜坡变形破坏的类型和机制

2.滑坡(1)特点:

沿剪切面滑移,形成滑移面,有依附面存在;质点位移,Sx>Sy;速度慢,规模大;具有整体性,破坏严重;斜坡破坏形式中分布最广，危害最严重的一种

(2)机制:下滑力>抗滑力,安全系数K<1;(3)规模:可达数亿立方米;滑坡舌滑坡体滑坡侧壁滑坡台阶滑坡床滑坡面后缘环状拉裂隙滑坡后壁我国滑坡和泥石流分布图2004年12月11日晚10时30分左右，甬台温高速公路柳市附近突发达大面积山体滑坡事故，致使温州大桥白鹭屿至乐成镇一段的高速公路双向车道全部瘫痪。瓦伊批昂水厅库滑备坡滑猜动前蜓位移姓观测代资料率（a）和地阶质剖面策图（b）（据L.沈Mu扛ll评er，19截74）①——灰岩捡；②——含粘土用夹层的货薄层灰敞岩（侏变罗系）盯；③——含燧石杠的厚岩冈灰岩（馅白垩系餐）；④——泥灰疯质灰漫岩（锄白垩饲系）俊；⑤——老滑槽坡；勺⑥——滑移采面；烤⑦——滑动后崖地面线雅垄江陡霸王山拦滑坡形醉成过程急示意图第二懒节斜坡变您形破坏袖的类型烦和机制某高速误公路一农顺层岩所质滑坡律的形成侄及治理第二节斜坡摊变形权破坏锻的类魂型和睛机制第二秋节斜坡臂变形狗破坏唯的类占型和脑机制三.崩塌拦的危恨害及往形成蜂条件1.危害鼻崩叔塌一迎般危详害交窃通,航运,房屋抛建筑屋等;2.形成集条件(1马)岩性:脆,硬性舟岩石,高陡想边坡,发生旋于砂茧岩,石英弄岩,灰岩处;堤(2越)节理上构造:在重力抱作用下,卸荷,产生张艘裂缝,陡倾节醉理发育,延展范找围大,切割劲成快烫体独骗立;宁(3筹)地形,坡形摔的影夹响:坡角>4腾5度;武(4边)风化同作用:在风去化营领力作贝用下,裂隙疗加深;苦(5涨)地震:地震作咏用下,裂隙雹水作硬用;第二节斜坡变钓形破坏则的类型险和机制3.运动攻特征党质结点位拒移,Sx笛<Sy受,在垂直执方向运慨动为主,突然脱递离母饮体;在悬饲崖处句符合椅自由酱落体沫运动密规律;其运动座形式主叉要为跳暂跃和滚何动,规律复印杂,爆发暖突然,其动眯能形伟式:I-补--转动惯盒量,w-婚--角速度;第二节斜坡雹变形坊破坏层的类忘型和移机制四.滑坡1.形态奏要素帅其主混要组亲成为淋滑坡盲体,滑坡嗓床,滑动碍面(带),滑坡狂周界,滑坡壁,滑坡台多阶,滑坡舌,滑坡告裂隙感等;此外,还有阅一些砍滑坡管标志:封闭洼凶地,滑坡嫁鼓丘,滑坡泉,马刀树,醉汉购林等.第二厕节斜坡变戴形破坏盲的类型废和机制2.识别滑坡共识别永是研年究滑悬坡的镜最基巡寿础的钩工作边。正皮在活学动的仰滑坡宣形态平要素己清晰些容易挑识别摩；老偶滑坡逗则因诱后期它改造杂强烈肃难于职识别生。==伐》找滑孤坡要厅素及插特征实际错滑坡舅调查贩：遥停感信动息、迈地面瓦地质张测绘批、勘劳探试怜验其中捆航片离上识喉别滑茂坡形没态要匠素；地面地冷质测绘帐搜集滑遣动的证遭据勘探了绍解滑坡垦体的结拆构、岩惰石破碎才程度、本地下水沃位、滑议动面（狠带）的仇位置。3.滑坡猫活动醋的阶吓段性总体上饮是动态朋变化的租，往往书具有周争期性。恒每个周犬期的运来动学特昏征可以衡概括为岸四个阶惰段：（1）蠕瓣滑阶责段—变形阶裳段，斜苍坡内不移连续剪辱切破坏诸面出现抢，持续宇时间长（2）滑动秀阶段细滑动面轰贯通，密前方出团现剪出慕口，移话动速率塌增大（3）剧旅滑阶巧段肃滑动咏速率奔迅速贝增大（4）稳请定阶据段塘滑尚动速德率降锄低或帆停止第二节斜坡予变形册破坏味的类茅型和谎机制4.分类（1）按滑按动面与脖岩层层盆面的关幅系分:均质拢滑坡,顺层滑凭坡,切层滑咏坡等（2）按带滑坡苏始滑泡动部兔位分葛：推泰动式广滑坡裹、牵拿引式蹄滑坡上、混胁合式粘滑坡畅、平说移式判滑坡（3）按济岩土悲类型富分类素：基渣岩滑数坡和朗土体谎滑坡匀质滑坡顺层滑坡切层滑坡沿岩层面滑坡沿交界面滑坡五.斜坡破笛坏后的投运动特伴征（1）崩(坠)落块卧石的牢运动俱特征其运挤动方维式随渠接受危块石格斜坡朽的坡抱度、之坡形奥和性赠能不委同而歪不同知。研够究表霉明(只有在恐坡度小祝于某一挪临界值(约27。)时，崩和落体才汤停积于烟崖脚：紫随坡度著增大，剥可分别蓄表现为已滑动、构滚动、鼓跳跃和盛自由崩臂落等方搜式，大脉部或全索部被搬申运至坡秀脚。（2）运孝动状牲态的召“流看体”度化一定牵条件脂下，怖滑坡透体或街崩塌脏休可礼在继奴续运混动过闯程中欣转化励为“亿流体涌”状检态，连称“杜流体市”化义。主敞要表萄现为桌碎屑遵流、就泥流杀或土怖爬、银泥石(洪)流和赢浊流累等。第二研节斜坡燥变形虾破坏晋的类独型和市机制碎屑灭流和叹泥流畜或土巧爬系鹅指由胸滑坡氧体或刻崩塌表体自陈身转梨化而幼成的亡流体遭。前吊者是乎一种洒高速芳散体班状流障体，卵后者院则是压一种拨速度杯不太倡大的盐塑性仿粘滞烤流。泥石(洪)流按其柏定义应碗属一种远洪流。统它总是刷与暴雨通或山洪犹相联系待，是在享有足够幻玉酌外部禁水流(或降雨)参与下环形成的月一种高优密度“流体”。我国19恐81、19义82四川暴嗓雨滑坡相发生期畏间，有蚂不少这鞠样的实魂例。浊流)系指水辈下的高岛密度流孟或异重挂流，见劲于水下壶滑坡。枣滑入水仆中的滑知坡或崩射塌体，贿也可部弦分转化遍为浊流孕。第二节斜坡悦变形判破坏卫的类杜型和倍机制泥石型水石己型泥流融型坡面把型泥烤石流沟谷型姑泥石流第三节影响只滑坡具稳定解性的伙因素一.影响胶因素显分析主要可灯以分为糠三类:影响遭斜坡渣岩土假体强愁度吉岩性销、风劣化等影响圣斜坡孔的形婚状纤河流热冲刷博、人马工开烫挖等影响旨斜坡扇内的新应力处状态竭堆仓载，但爆破继、地粗震、件水压隙力等根据影至响程度词划分为务二类：主导因杰素：岩亦土类型陆性质、秀地质构缩慧造和岩租体结构哨、风化丹作用、艘地下水骨活动触发舱因素茧：地怒震、便洪水挤、暴槽雨、奴堆载翁、人济工爆骑破等绩。第三赞节影响滑侍坡稳定店性的因探素二.岩土姨体类得型,性质坚硬柿岩土尽抗变纪形能弃力强摄，斜惹坡稳握定粘性服类土,黄土类羞土中发遗育较多,形成面易滑唯组合;软弱地炭层常发逼生滑坡三.岩体结脏构和构潜造平叠坡顺向坡逆向坡横交肾坡斜交坡四.地形地跪貌主要发中育在山剧地环境袖中;第三节影响骗滑坡诸稳定看性的析因素五.地下水前作用主要考贝虑冲刷,软化,静水阁压力灾、动究水压孤力、议浮托尊力;六.地震地震舞主要散产生床山崩高和滑恨坡;七.人类因弟素主要父是人杂类工蕉程经练济活我动顺向迅层状伞体斜旧坡水虑动力竿学基卷本模坑型左：包讲气带－种季节变忌动带水碧动力型越：（a）（b）间管歇裂赠隙充达水承杰压型飘（阴晌影曲顽线代碌表空慎隙水泛压力误分布缝状况退），书（c）间歇虑下渗－朽潜水型肢，（d）间滚歇潜垃水型垄；右军：层源间含芝水层堪水动秒力型:（a）弱饥循环悼承压谁型，械（b）、（c）强金循环思承压胃型第四祝节边坡稳粮定性评抱价一.意义实行边焰坡稳定不性评价,是为研假究应力胀平衡,并提侍出有瘦力的舍防治联措施.二.自然杠历史雨分析缺法1.进行愿区域倒地质筐背景革研究;2.分析悔促使兼斜坡桐变形可破坏梯的主怪导因屠素和渗触发肢因素;3.预测菠斜坡策所处秧的演巧化阶灾段和遮发展录趋势,以及钥可能肠产生钉的破括坏形添式;第四寄节边坡游稳定致性评卡价三.力学计湿算法(解析计衫算和数六值模拟)(一)对于土些质斜坡稳定赠系数Fs=抗滑皱力/下滑乱力1）对炎无粘庙性土天：2）对洞粘性渐土:(二）里对单偏一结思构面(三）对发折线形苏结构面求取贡安全兽系数胞，判寻别稳示定性(四）数呢值模拟第四竿节边坡稳穗定性评州价(一)对于土旦质斜坡1)无粘性凳土土坡艇稳定性（1）干的养及水下蒜的无粘杏性土土清坡（2）渗流阻作用下讨的无粘留性土土时坡2)粘性土犯土坡稳吊定性分默析（1）瑞典怠圆弧法（2）瑞逼典条颗分法1）无粘咽性土土屑坡稳定拌性（1）干的视及水下祖的无粘放性土土雄坡无粘乔性土慨的土匙坡稳制定系畅数NTWJ渗透竿力J产生的城下滑力衫和法向粉力分别己为NTWJ（2）渗流摸作用下强的无粘垮性土土雪坡hh1h2A输AL总渗透武力wh1A=wh2A患+JJ=wh1A-wh2A=w（h1-h2）A=whA总渗透暑力（Se石ep降ag中e屑fo蒜rc柄e）wh1A=wh2A鲁+JJ=wh1A-wh2A=w（h1-h2）A=wh酿A单位锡体积透的渗樱透力j=J懒/AL=whA贵/AL=wIj——渗透句力，KN/包m3；I——水力奖坡度飞；w——水的重锋度，KN概/m3渗透力留为体积关力分析：1.当渗倒流顺哗坡时=与干饰土相薄比降轧低1/2NTWJ分析：2.渗流艘方向控水平宿时与干懒坡相厉比降殖低了诊一半楼多2）粘性殊土土坡针稳定性辟分析（1）瑞典弟圆弧法(S怀we强di萌sh字c目ir径cl钉e叶me梯th释od妨)基本假番定:均质粘广性土坡吗滑动时,滑动面晚近似为映圆弧形耗状,假定滑柄动面以声上的土山体为刚何体,假定仙属于孝平面丑应变墓问题OaADRWEOaADRW原理:将滑动中土体分掘成若干煎竖直土竹条,求各土淋条对滑忘动圆心桥的抗滑坊力矩和沉滑动力应矩,各取其刻总和,计算安抬全系数续。简便法璃（Fel集len急ius）（2）瑞嗽典条皇分法(S亭we宽di呆sh离s咳li盐ce凉m婚et特ho基d)（2）瑞典泊条分法(Sw伙edi愈sh谊sli趣ce乎met授hod碌)OaADRW毕肖普泥法（Bis赚hop）：假口定土条得间的作琴用力相诞等第四节边坡充稳定勾性评身价四.图解法1.图表涨计算符法安全徒系数K=则f(汤α,