边坡稳定性的工程地质研究课件

1、边坡稳定性的工程地质研究,第六章 边坡稳定性的工程地质研究,第3节、边坡变形破坏的基本类型,第2节、边坡的应力分布特征,第1节、概述,第5节、影响边坡稳定性的因素,第4节、滑坡的工程地质特征,第6节、边坡稳定性的工程地质评价方法,第7节、防治边坡变形破坏的工程措施,边坡稳定性的工程地质研究,第1节、概述,边坡包括自然边坡和人工边坡两种类型。 自然边坡：在自然地质作用下形成的山体斜坡、河谷岸坡、海岸陡崖等； 人工边坡：人类工程活动形成的规模不同、陡缓不等的斜坡，例如道路工程中的工程中的路堑、路堤边坡，房屋、桥梁工程的基坑边坡，露天矿山的边坡，水电工程中的运河渠道边坡，船闸、溢洪道边坡、饮水水洞进

2、、出口边坡、土石坝边坡及坝肩边坡等。,边坡要素,边坡稳定性的工程地质研究,(1)通过勘察对边坡的稳定性做出评价和预测； (2)为设计合理的工程边坡和制定有效的防治措施提供地质依据。,边坡稳定性的工程地质分析意义：,2010年 地质灾害类型构成,边坡稳定性的工程地质研究,一、边坡应力分布的一般特征,(1)斜坡岩体的主应力迹线发生明显的偏转，总的特征为愈接近边坡，最大主应力愈接近平行于斜坡临空面；而最小主应力则愈与坡面近正交。 (2)在坡脚与河谷底部形成应力集中带。 (3)与主应力偏转相联系，最大剪应力迹线也发生偏转，呈凹向临空面的弧线。在最大、最小主应力差值最大的部位(一般在坡脚附近)，相应形成

3、一个最大剪应力区，因而在这里容易发生剪切变形破坏 。 (4)在坡顶和坡面的靠近表面部位，由于垂直于河谷的水平应力显著减小，甚至可出现拉应力，因而可形成一个拉应力带。其范围随坡角和平行于河谷的水平应力的增加而增大。,第2节、边坡的应力分布特征,边坡稳定性的工程地质研究,斜坡中最大剪应力迹线（虚线）和主应力迹线（实线）示意图,边坡稳定性的工程地质研究,自重作用下边坡主应力分布,存在初始水平构造应力下边坡应力分布,边坡稳定性的工程地质研究,第3节、边坡变形破坏的基本类型,边坡变形：指坡体只产生局部部位的位移和微破裂，岩块只出现微量的脚变化，没有显著的剪切位移或滚动，因而边坡不至引起整体失稳。 边坡破

4、坏：指坡体以一定的速度出现较大的位移，边坡岩体产生整体滑动、滚动或转动。 二者在边坡变化过程中是相互密切联系的。边坡破坏前，边坡岩体总要经历一个从徐变到巨变的变形过程。 常见的边坡变性破坏主要类型有：松弛张裂、蠕动、崩坍、倾倒、溃屈和滑坡。,边坡稳定性的工程地质研究,松弛张裂是边坡的侧向应力 削弱后，由于卸荷回弹而在斜坡 上出现张裂的现象。 随着河谷的进一步深切，则 卸荷裂隙向深部发展，还可以产 生与坡面大角度相交或近于垂直 的剪切裂隙，卸荷裂隙由坡面向 深部有时呈多层发育，在边坡形 成松弛张裂卸荷裂隙带。,1.松弛张裂,边坡稳定性的工程地质研究,峡谷地区卸荷发育示意图,边坡稳定性的工程地质研

5、究,2.蠕动变形,蠕动变形，是指边坡岩体主要在重力作用下向临空方向发生长期缓慢的塑性变形的现象，有表层蠕动和深层蠕动两种类型。 表层蠕动主要表现为边坡表部岩体发生弯曲变形，多是从下部未经变动的部分向上逐渐连续向临空方向弯曲，甚至倒转、破裂、倾倒。 表层蠕动多发生在陡倾层状岩层或陡倾结构面发育的岩体中，层面或结构面走向与斜坡面走向平行或交角很小。一般反坡向倾斜或倾角大于60者更易发生。 深层蠕动，是由于坚硬岩层组成的边坡底部存在较厚的软弱岩层时，由软弱岩层发生塑性流动而引起的长期缓慢的边坡蠕动变形。,边坡稳定性的工程地质研究,表层蠕动变形示意图,边坡稳定性的工程地质研究,边坡深层蠕动示意图,边坡

6、稳定性的工程地质研究,3.崩塌,定义：崩塌指在陡峭地段，边坡上部的岩体受陡倾裂隙切割，在重力作用下，突然以高速脱离母岩翻滚堕落的急剧变性破坏现象。 类型：规模巨大的山区崩塌，称为山崩；小型崩塌，成为坠石。 堆积体：崩塌以自由坠落为其主要运动形式，岩块在斜坡上翻滚滑动并相互摩擦破碎后堆积于坡脚，形成岩堆或崩积体。 地貌：岩堆（倒石堆，倒石锥）,碎石,边坡稳定性的工程地质研究,崩塌发生过程,边坡稳定性的工程地质研究,2010年3月10日凌晨1时30分，陕西省榆林市子洲县双湖峪镇石沟村大理河桥东侧发生黄土崩塌灾害。崩塌体长103米、宽108米、厚8米，体积约8.9万方，整体下座约10米，移动方向北偏

7、东30。崩塌造成15户共44人被埋，砸毁窑洞及建于其上的房屋29间（孔）。窑洞建于1999年，房屋建于2002年。此次崩塌共造成27人死亡、17人受伤。,边坡稳定性的工程地质研究,2009年6月5日15时许，重庆市武隆县铁矿乡鸡尾山山体发生大规模垮塌，掩埋了12户民房以及400多米外的铁矿矿井入口，造成10人死亡，64人失踪，8人受伤的特大灾害。,边坡稳定性的工程地质研究,崩塌的形成机理 边坡被陡倾裂隙深切 软弱相间的岩层 下部有洞穴和采空现象,崩塌,错落,边坡稳定性的工程地质研究,滑坡是指边坡一部分岩体以一定加速度沿某一滑动面发生剪切滑动的现象。滑动面可以是受剪应力最大的贯通性剪切破坏面或带

8、，也可以是岩体中已有的软弱结构面。按滑动面的形态，可划分为圆弧形滑面和平面两种类型。,4.滑坡,（a）圆弧状滑动面 （b）平面状滑动面 （c）阶梯状滑动面,边坡稳定性的工程地质研究,贵州省关岭县岗乌镇滑坡,2010年6月28日14时左右，受持续强降雨影响，贵州省关岭县岗乌镇大寨村发生特大山体滑坡，导致大寨村遭受灭顶之灾，42人死亡、57人失踪。,边坡稳定性的工程地质研究,云南省保山市隆阳区瓦马乡河东村滑坡,2010年9月1日22时20分，云南省保山市隆阳区瓦马乡河东村大石房小组突发一起滑坡灾害，造成29人死亡、19人失踪、8人受伤。,边坡稳定性的工程地质研究,1.滑坡的表面形态及结构,滑动面（

9、带）,滑坡床,滑坡体,滑坡壁,滑坡台阶,滑坡舌,第4节、滑坡的工程地质研究,边坡稳定性的工程地质研究,边坡稳定性的工程地质研究,2003年7月13日 三峡库区沙镇溪发生千将坪滑坡，致使24人失踪。,边坡稳定性的工程地质研究,2.滑坡的分类,边坡稳定性的工程地质研究,边坡稳定性的工程地质研究,内在因素：组成边坡岩土体的性质、地质构造、岩土体结构、 岩体初始应力等； 外在因素：水的作用、地震、岩石风化、工程荷载条件及人工 开挖等。 内在因素对边坡的稳定性起控制作用，外部因素则使边坡的下滑力增大，岩土体的强度降低而消弱岩土体的抗滑力，促进边坡变性破坏的发生和发展。,第5节、影响滑坡稳定性的因素,边坡

10、稳定性的工程地质研究,1.岩土类型和性质的影响,地层岩性的差异是影响边坡稳定的主要因素。 1）深成侵入岩、厚层坚硬沉积岩以及片麻岩、石英岩等构成的边坡，一般稳定性较高； 2）喷出岩边坡，如：玄武岩、凝灰岩、安山岩、火山角砾岩等，其原生节理（尤其是柱状节理)发育时，容易形成直立坡而产生崩塌； 3）含有粘土质页岩、泥岩、煤层、泥灰岩、石膏等夹层的沉积岩边坡，最易产生顺层滑动，或因深层蠕动而造成崩塌； 4）千枚岩、板岩及片岩，软弱易风化，容易出现蠕动现象； 5）黄土具有垂直节理、疏松透水，浸水后容易崩解湿陷。 6）崩积物、残坡积物。容易沿下伏基岩的接触面产生滑动。,边坡稳定性的工程地质研究,2.地质

11、构造和岩体结构的影响,地质构造因素对边坡稳定性，特别是岩质边坡稳定性的影响是十分明显。 1）在区域构造比较复杂，褶皱比较强烈，新构造运动比较活动的地区，边坡稳定性较差，常出现巨大型滑坡及滑坡群； 2）断层、节理裂隙发育特征和岩体结构对边坡稳定的影响也是十分明显的，极易发生滑坡； 3）岩层或结构面的产状对边坡稳定有很大的影响。,边坡稳定性的工程地质研究,3.水的作用的影响,地表水和地下水是影响边坡稳定性的重要因素。不少滑坡的典型实例都与水的作用有关或者水是滑坡的触发因素，水的作用主要表现在： 1）处于水下的透水边坡将承受水的浮托力的作用； 2）而不透水的边坡，坡面将承受静水压力，充水的张开裂隙也

12、将承受裂隙水静水压力的作用； 3）地下水的渗流，将对边坡体产生动水压力； 4）水对边坡岩土体还产生软化或泥化作用，使岩土体的抗剪强度大为降低； 5）地表水的冲刷，地下水的溶蚀和潜蚀也直接对边坡产生破坏作用。,边坡稳定性的工程地质研究,4.地震作用的影响,地震对边坡稳定性的影响较大。在地震的作用下，首先使边坡岩体的结构发生破坏或变化，出现新的结构面，或使原有结构面张裂、松弛，饱水砂层出现振动液化，地下水状态亦有较大的变化。在地震力的反复振动冲击下，边坡沿结构面发生位移变形，直至破坏。,5.工程荷载的影响,如拱坝坝肩承受的拱端推力；边坡坡肩附近修建大型水工建筑物引起的坡顶超载；压力隧洞内水压力传递

13、给边坡的裂隙水压力；库水对库岸的浪击淘刷力；预应力锚固时所加的预应力等。由于工程的运行，也可能间接地影响边坡的稳定。 除上述因素外，坡脚人工开挖、爆破影响、岩体风化作用，引水渠道的修建，黄土湿陷等，均可引起边坡的变形与破坏。,边坡稳定性的工程地质研究,第6节、边坡稳定性的工程地质评价方法,边坡稳定性的工程地质评价方法可概括为地质分析法（历史成因分析法）、力学计算法（包括极限平衡法、有限单元法和图解分析法）和工程地质类比法。,(1)对与工程建设有关的天然边坡或人工边坡的稳定性做出定性和 定量评价； (2)为设计合理的人工边坡和边坡变性破坏的防治措施提供依据。,边坡稳定性的工程地质评价任务：,边坡

14、稳定性的工程地质研究,边坡稳定分析前应具备资料：地形和地貌特征； 地层岩性和岩土体结构特征；断层、裂隙和软弱层的分布、产状、充填物质以及结构面的组合与连通率；边坡岩体风化、卸荷深度；各类岩土和潜在滑动面的物理力学参数以及岩体应力；岩土体变形监测和地下水观测资料；坡脚淹没、地表水位变幅和坡体透水与排水资料；降雨历时、降雨强度和冻融资料；地震基本烈度和动参数；边坡施工开挖方式、开挖程序、爆破方法、边坡外荷载、坡脚采空和开挖坡的高度和坡度等。,边坡稳定性的工程地质研究,1.地质分析法,地质分析法是根据边坡的地貌形态、地质条件和边坡变形破坏的基本规律，追溯边坡演变的全过程，预测边坡稳定性发展的总趋势和

15、边坡变形破坏方式，对边坡的稳定性作出定性评价。对发生过滑坡的边坡，则判断其能否复活或转化。大致包括以下内容： 1）根据边坡的地貌形态演变预测和评价边坡的稳定性； 2）根据地层岩性、地质构造等地质条件分析边坡变性破坏的形 式； 3）根据边坡变形体的外形和内部变形迹象判断边坡的演变阶段； 4）根据周期性规律判定促进边坡演变的主导因素； 5）边坡稳定性的区域性评价。,边坡稳定性的工程地质研究,2.力学计算法,倾倒破坏,楔形体滑动,圆弧形滑动,单平面滑动,同向双平面滑动,多平面滑动,平面滑动,岩质边坡,土质边坡,无粘性土坡,粘性土坡,整体圆弧滑动法,条分法,边坡稳定性的工程地质研究,表面取微单元体进行

16、受力分析,表面滑动,无粘性土坡的稳定性（无地下水）,边坡稳定性的工程地质研究,在逸出点表面取一定体积的微单元体进行受力分析,无粘性土坡的稳定性（有地下水渗流）,边坡稳定性的评价方法,边坡稳定性的工程地质研究,如果渗流逸出段顺坡面流动,与干坡比较，当渗流逸出段顺坡面流动时，安全系数降低约一半。因此，有渗流逸出时，下游坝坡要平缓的多。,边坡稳定性的工程地质研究,下滑力矩：,抗滑力矩：,粘性土坡的稳定性（整体圆弧滑动法）,（,（,边坡稳定性的工程地质研究,粘性土坡的稳定性（条分法）,边坡稳定性的工程地质研究,土条重力Wi,法向力Fni,滑动面ef,切向反力Fi,土条两侧法向力,Ei,Ei+1,土条两

17、侧竖向剪切力,FQi,FQ(i+1),作用在土条i上的作用力有5个未知数，但只能建立3个平衡方程，故为静不定问题。,边坡稳定性的工程地质研究,假定条块间的作用力大小相等，方向现方向相反，相互抵消。,计算土条自重：,将土条自重分解：,法向分力,切向分力,滑动面ef上土的抗剪强度,边坡稳定性的工程地质研究,下滑力矩,抗滑力矩,整个土坡的安全系数,对于均质土坡，ci=c，,边坡稳定性的工程地质研究,滑动面的走向必须与坡面平行或接近平行（约在20的范围内） 滑动面必须在边坡面出露，即滑动面得倾角必须小于坡面的倾角 滑动面的倾角必须大于该平面的摩擦角 岩体中必须存在滑动阻力很小的分离面，以定出滑动的侧面

18、边界,岩质边坡沿单一平面滑动，必须满足下列几何条件,边坡稳定性的工程地质研究,滑动面及张裂缝的走向平行于坡面 张裂缝垂直，其中充水深度为Zw 水沿张裂缝底进入滑动面渗漏，张裂缝底与坡趾间的长度内水压力按线性变化至零 滑动块体重量W、滑动面上水压力U和张裂缝中水压力V均通过滑体的重心,假定,边坡稳定性的工程地质研究,下滑力：,抗滑力：,安全系数：,边坡稳定性的工程地质研究,受力简图,抗滑稳定安全系数,滑体自重,下滑力,抗滑力,边坡稳定性的工程地质研究,等稳定法：各块具有相等的抗滑稳定安全系数,块的稳定系数：,块的稳定系数：,同倾向双滑面型滑动,边坡稳定性的工程地质研究,剩余推力法：以第块的Kc为

19、1，求算第块的剩余下滑力,块的稳定系数：,同倾向双滑面型滑动,边坡稳定性的工程地质研究,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。,边坡稳定性的工程地质研究,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,W,W,W,边坡稳定性的工程地质研究,边坡的抗滑力,边坡的稳定性系数,边坡稳定性的工程地质研究,工程地质类比法的实质是把已有的自然边坡或人工边坡的研究设计经验，应用到条件相似的新边坡的研究和人工边坡的研究设计中去。采用该方法需要对已有边坡进行广泛的调查研究，全面分析工程地质因素的相似性和差异性，分析影响边坡变形发展的主导因素的相似性和差异性。此外，还应考虑工程的类别、等级以及对边坡的特征要求等。 工程地质类比法虽然是一种经验方法，但在边坡设计中，特别是中小型工程