第六章岩石边坡工程-岩石力学-5

1、1,第6章 岩石边坡工程,边坡(slope) 地表一切具有侧向临空面的地质体。 自然边坡 自然地质作用形成未经人工改造的斜坡，如天然的山坡和谷坡。 人工边坡 由于人类活动形成的边坡，其中挖方形成的边坡称为开方边坡，填方形成的称为构筑边坡（坝坡）。 研究目的 研究边坡变形破坏的机理（包括应力分布及变形破坏特征）与稳定性，为边坡预测预报及整治提供岩体力学依据。其中稳定性计算是岩体边坡稳定性分析的核心。,6.1 概 述,2,第6章 岩石边坡工程,土和岩石的物料构成并无本质差别，差别在于结构。 岩体是矿物的凝聚体，岩体内颗粒要发生大的相对位移必须依靠岩体中的地质间断；岩体中的地下水类型主要是裂隙水；岩

2、坡中的滑动面往往较为明确，岩坡中结构面的规模、性质及其组合方式在很大程度上决定着岩坡失稳时的破坏形式。,岩质边坡,3,第6章 岩石边坡工程,土是矿物或岩石颗粒和碎片的集合体，土体中颗粒的运动自由度远大于岩体颗粒的运动自由度；土体中遍布孔隙，地下水类型属于孔隙水；土坡中可能滑动面的位置并不明显。 这些差异使岩质坡和土质坡的力学性能十分不同，边坡破坏的模式差别也十分显著。,土质边坡,4,第6章 岩石边坡工程,坡肩,坡顶,坡底,坡脚,坡面角,坡高,坡面,重庆巫山码头,5,第6章 岩石边坡工程,应力分布特征,6,第6章 岩石边坡工程,在岩体中进行开挖，形成人工边坡后，由于开挖卸荷，在近边坡面一定范围内

3、的岩体中，发生应力重分布作用，使边坡岩体处于重分布应力状态。 边坡岩体为适应重分布应力状态，将发生变形和破坏。因此，研究边坡岩体重分布应力特征是进行稳定性分析的基础。 边坡面附近的主应力迹线发生偏转。最大主应力与坡面近于平行，最小主应力与坡面近于正交，向坡体内逐渐恢复初始应力状态。 坡面上径向应力为零，为双向应力状态，向坡内逐渐转为三向应力状态。 坡面附近产生应力集中带。在坡脚附近，最大剪应力增高，最易发生剪切破坏。在坡肩附近，常形成拉应力带。边坡愈陡，则此带范围愈大，因此，坡肩附近最易拉裂破坏。 最大剪应力迹线为凹向坡面的弧线。,7,第6章 岩石边坡工程,江、河、湖、海岸坡,8,贵州洪家渡,

4、第6章 岩石边坡工程,山、岭、丘、岗、天然坡,9,露天矿,第6章 岩石边坡工程,挖方：沟、渠、坑、池,10,第6章 岩石边坡工程,全国四大露天矿之一的内蒙古自治区 伊克昭盟准格尔煤田黑岱沟露天矿,黑岱沟露天矿采矿现场，运煤的自卸 卡车载重量超过100吨,11,第6章 岩石边坡工程,俄罗斯东西伯利亚米尔金刚矿场,12,第6章 岩石边坡工程,美国宾翰峡谷铜矿场,13,小浪底土石坝,第6章 岩石边坡工程,填方：堤、坝、路基、堆料,14,第6章 岩石边坡工程,天生桥一级面板堆石坝,15,第6章 岩石边坡工程,16,第6章 岩石边坡工程,falls,崩塌块状岩体与岩坡分离，向前翻滚而下，岩体中无明显滑移

5、面。崩塌一般发生在既高又陡的岩坡前缘地段，或者发生在坡顶裂隙发育的地方。引起原因：风化、雨水、气温变化、冻融、植物根系、地震、雷击。,6.2.1 岩石边坡的破坏类型,6.2 岩石边坡破坏,17,第6章 岩石边坡工程,岩崩类型,18,第6章 岩石边坡工程,崩塌,19,第6章 岩石边坡工程,1980年6月3日晨5时35分，湖北省远安县盐池河磷矿发生崩塌，16秒钟内摧毁矿务局机关全部建筑物和坑口设施，致死284人，经济损失2500万元。崩塌发生在由震旦系石灰岩组成的高差达400米的陡壁部位，磷矿即在石灰岩层之下。崩塌块石堆积于V型河谷中，形成体积130万立方米、最大厚度40米的堆积体。9个地震台收到

6、崩塌产生的地震，震级Ms1.4级。,湖北省远安县盐池河磷矿,20,第6章 岩石边坡工程,盐池河崩塌,21,2007年7月28日晚上11点，四川北川羌族自治县白什乡后山发生大规模崩塌，大约有150 万立方米山体崩塌，造成山谷中白水河淤塞，崩塌造成三个自然村1700多名村民外出困难。,第6章 岩石边坡工程,四川北川羌族自治县,22,第6章 岩石边坡工程,2007年11月20日8时40分左右，宜万铁路巴东县高阳寨隧道发生岩崩事故，滑坡体总方量约3000立方米。正在现场施工的4名工人中，1人死亡，1人受伤，2人失踪。此后，又发现一辆由上海开往利川的长途客车在事故现场失踪。,宜万铁路巴东县高阳寨隧道,2

7、3,第6章 岩石边坡工程,岩 崩 现 场,24,第6章 岩石边坡工程,湖北利川双层卧铺客车遭遇岩崩，车内30人全部遇难,25,第6章 岩石边坡工程,26,第6章 岩石边坡工程,四千立方米山石阻断渝宜高速,第6章 岩石边坡工程,27,南川县甑子岩崩塌,28,第6章 岩石边坡工程,崩塌堆积前缘 大块石（部分被后期泥石流覆盖）,崩塌壁,乌江鸡冠岭崩塌,29,第6章 岩石边坡工程,巫溪县南门湾危岩崩塌,30,第6章 岩石边坡工程,2007年4月4日319国道重庆彭水段山体崩塌,31,第6章 岩石边坡工程,滑坡岩体在重力作用下，沿坡内软弱结构面产生的整体滑动。与崩塌相比，滑坡通常以深层破坏形式出现，其滑

8、动面往往深入坡体内部，甚至延伸到坡脚以下，其滑动速度比崩塌缓慢。,s1iding,32,第6章 岩石边坡工程,平面滑动是一部分岩体在重力作用下沿着某一软弱面(层面、断层、裂隙)的滑动，如图(a)所示。滑面的倾角必须大于滑面的内摩擦角，否则无论坡角和坡高的大小如何，边坡都不会滑动。 楔形滑动当两个软弱面相交，切割岩体形成四面体 (b)。 旋转滑动滑面通常呈弧形，如图(c)，这种滑动一般产生于非成层的均质岩体中。,岩滑类型,33,第6章 岩石边坡工程,岩坡的滑动过程有长有短，有快有慢，一般可分为三个阶段。 蠕动变形阶段，这一阶段中坡面和坡顶出现张裂缝并逐渐加长和加宽；滑坡前缘有时出现挤出现象，地下

9、水位发生变化，有时会发出响声。 滑动破坏阶段，此时滑坡后缘迅速下陷，岩体以极大的速度向下滑动。这一阶段往往造成巨大的危害。 逐渐稳定阶段，这一阶段中，疏松的滑体逐渐压密，滑体上的草木逐渐生长，地下水渗出由浑变清等。,34,第6章 岩石边坡工程,滑坡,35,第6章 岩石边坡工程,据历史记载，1922年云南禄劝县澜泥沟北岸发生的滑坡，掩埋两个村庄和200多亩良田； 1933年8月25日四川茂汶县迭溪地震时，发生一巨型高速滑坡，将迭溪城从100米高的台地上滑入江中，百里之内皆受重灾，死难者达8800人； 1943年正月初三，黄河上游龙羊峡发生一高速滑坡，埋没上、下查纳村，死亡213人； 1965年1

10、1月22日云南禄劝县老深多发生崩塌性滑坡，埋没4个村庄，死亡440人，毁地1000多亩； 1961年3月6日柘溪水库的塘岩光滑坡，1982年7月17日四川云阳县鸡扒子滑坡、1983年3月7日甘肃东乡县洒勒山滑坡、1985年6月12日长江三峡新滩滑坡、1988年6月10日四川巫溪县发生的中阳村滑坡、1989年7月10日四川华莹市发生的溪口滑坡、以及1992年7月12日云南昭通地区发生的头寨沟滑坡等等。 这些滑坡都给人民的生命财产和工农业生产造成过严重的损失。 我国的滑坡分布极广，滑坡灾害十分严重，应重视研究和防治工作。,我国是一个滑坡灾害多发的国家,36,第6章 岩石边坡工程,37,第6章 岩石

11、边坡工程,重庆市,38,第6章 岩石边坡工程,三峡库区山高谷深，暴雨集中，自然条件和地质条件复杂，是地质灾害多发地区。库区地质灾害主要有崩塌、滑坡、泥石流和塌岸等，地质灾害点多，部分地质灾害规模巨大。对库区地质灾害进行有效的防治是保护库区人民生命财产安全，实现库区社会长治久安及经济、环境和谐发展的十分重要的工作。,三峡库区,39,库区地跨湖北、重庆两省市计26个县区，包含198个1：50000图幅,面积56650Km2 ，人口1848.43万人,共26个县区 ，面积5.7万平方公里 ，人口1800余万,库岸 长江三峡水库干流段长574 Km。包括支流总岸线长度约5311 km。,移民迁建 移民

12、迁建人口约110.56万人。涉及搬迁的县（市）级城镇13座，乡镇级集镇116个。,第6章 岩石边坡工程,库区涉及行政区,40,全库区共有地质灾害隐患点（崩塌滑坡泥石流）约4700处。体积大于100万m3有近千处，最大的可达几亿m3 。,第6章 岩石边坡工程,41,第6章 岩石边坡工程,1982年7月17日， 四川省云阳县城东1公里处发生滑坡，滑坡体积约1500万立方米。滑坡前缘约180万立方米土石滑入长江，使江床增高30米，严重阻碍航道，断航达7天之久。19821984年对滑坡体及航道进行了勘查、整治，耗资7000余万元，保证了航道畅通。,滑坡周界,鸡扒子滑坡,42,第6章 岩石边坡工程,秭归

13、新滩滑坡位于长江西陵峡兵书宝剑峡出口的北岸，地属湖北省秭归县。1985年6月12日晨3时52分，新滩滑坡再次复活，体积达3000万立方米，一举摧毁新滩古镇，产生了震级MS1级的滑坡地震。滑坡入江体积达260万立方米，使长江过水断面(水位65米时)缩小了三分之一。滑坡滑速约每秒10米(最高每秒31米)，造成长江涌浪初始高度达3339米，最大爬坡高度为49米。由于事前对滑坡进行了勘查研究和监测，及时捕捉到短临前兆，预报成功，并果断组织居民撤离，使滑坡区内1371人无一伤亡。但滑坡摧毁民房1569问、农田780亩、柑桔树53万株，波浪翻船和沉船77艘，死亡12人，总计经挤损失近千万元。,新滩滑坡,4

14、3,第6章 岩石边坡工程,新滩滑坡,44,2003年7月13日，三峡水库开始蓄水，由约100m上升到135m期间，湖北秭归县沙镇溪发生千将坪滑坡，滑坡体积达1500万m3，造成24人死亡，1100多人无家可归。,第6章 岩石边坡工程,千将坪滑坡,45,第6章 岩石边坡工程,46,滑坡壁,滑坡周界,第6章 岩石边坡工程,47,第6章 岩石边坡工程,滑坡高47m，前沿宽55.2米，后沿宽2530米，滑坡体约1.6万m3，使一幢9层楼房被摧毁掩埋,造成79人死亡、7人受伤的重大灾害。,2001年“5.1”重庆武隆滑坡,48,第6章 岩石边坡工程,岩性为三叠系上统须家河组砂岩，夹泥岩互层，岩体为层状碎

15、裂岩体，二次切坡后，后缘边坡倾角达7080,49,第6章 岩石边坡工程,云阳老城后山五峰山滑坡 （2001）,50,湖北省巴东县在长江南岸，属于论证中的三峡工程水库的淹没区， 已规划并且在新城址建设，部分建筑已拔地而起。后经详细勘查研究发现，新城址有两个古滑坡，在滑坡体上已建设3万平方米建筑物。,第6章 岩石边坡工程,巴东县新城址,51,第6章 岩石边坡工程,巴东二道沟滑坡,52,滑坡后缘及拉裂缝,第6章 岩石边坡工程,巴东新县城中环路白岩沟滑坡,四川丹巴县城坐落在老滑坡体上近年来建设规模迅速扩大，累受滑坡的危害 (2005.2)。,54,上世纪初,本世纪初,100年前后的丹巴县城,30多米的

16、高边坡，由于支护不力，挡墙出现大量裂缝,后缘出现弧形拉裂缝，整体下沉0.5米以上，说明滑坡已整体贯通,在老滑坡体前沿开挖切脚，形成高达30多米的高边坡，由于支护不力，2005年月，挡墙出现大量裂缝，滑坡危及县城安全，4000多人被迫转移,动用了近名武警官兵在老滑坡体前沿对沙袋压脚，进行紧急处理，控制滑坡的滑移,在滑坡体上用预应力锚索进行应急治理,61,第6章 岩石边坡工程,四川省华蓥市溪口滑坡,1989年7月9日至10日，溪口地区发生了百年未遇的特大暴雨，作为基底的软弱页岩饱水软化、蠕动。导致上覆岩体拉裂、解体。约100万立方米的岩体于7月10日13时30分突然起动，以每分钟15公里的速度自高

17、程820米的斜坡上向高程300米左右的溪口镇滑去。滑体所经之处, 农田、房屋全被摧毁吞没，掩埋221人，直接经济损失几百万元。,溪口滑坡,62,第6章 岩石边坡工程,1983年3月7日发生，总体积约3100万m3。在不到一分钟内急剧滑动1000m，瞬间摧毁了四个村，死亡220人，重伤22人，造成毁灭性灾害。,甘肃省东乡县洒勒山滑坡,63,第6章 岩石边坡工程,2006年福建建瓯城区中山路 滑坡下面七层高楼被夷为平地,64,第6章 岩石边坡工程,2000年西藏易贡特大崩滑灾害,65,龙观嘴,黄崖沟,乌江,2000年西藏易贡巨型滑坡,第6章 岩石边坡工程,66,滑坡后缘高程5520m,67,高程（

18、m）,滑距（m）,5530,2200,4000,扎 木 弄 沟,滑坡堆积体,0,8000,4000,2000,6000,坡高 3330 m 堆积体宽 约2500m 总方量 约3亿方,第6章 岩石边坡工程,立面示意图,68,易贡滑坡堰塞湖,滑 坡 堆 积 区,扎 木 弄 沟,2264m,2210m,2165m,2340m,5520m,滑坡堆积体,第6章 岩石边坡工程,平面示意图,69,天然坝 坝高290 m 滑坡堰塞湖 库容15亿方,湖水每天上涨50cm ?,第6章 岩石边坡工程,滑坡堰塞湖易贡湖,70,宝成铁路K190滑坡,71,南昆铁路八渡滑坡,72,宝天铁路伯阳隧道滑坡（滑坡治理后）,73

19、,第6章 岩石边坡工程,贵阳沙冲路滑坡,74,路堤滑坡,75,呼集高速公路路面开裂,76,第6章 岩石边坡工程,凯麻一级公路施工中主动锚失效导致路堑边坡失稳破坏,77,第6章 岩石边坡工程,青藏公路某段大面积山体滑坡 造成交通中断,78,2004年12月11日晚10时30分左右，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。 发生崩塌的山体节理裂隙较发育，其中主要有三组裂隙。因为灾害体的体积较大（近1.5万立方米），护坡墙难以阻挡冲出高速公路。本路堑由三组结构组成，尤其是缓倾外倾结构面的存在，导致边坡不稳定，在长期行车的震动下，造成地质灾害。,第6

20、章 岩石边坡工程,甬台温高速公路,79,第6章 岩石边坡工程,消防特勤人员带来生命探测仪在事故现场帮助搜寻,高速塌方示意图,塌方现场,80,第6章 岩石边坡工程,2006年3月28日，寿阳出口往东2公里路面严重塌陷，现场形成长100余米、宽10多米、深近10米的塌方,石太（太原至石家庄）高速公路,81,万梁高速公路砂泥岩顺层滑坡,第6章 岩石边坡工程,82,K31+160+460开挖至第三级边坡时岩层顺层滑坡 减重、支挡、排水。,第6章 岩石边坡工程,长治-晋城高速公路,第6章 岩石边坡工程,83,1989年1月8日 坡高103m 地质：流纹岩中有强风化的密集节理，还包括一个小型不连续面。 事

21、故：电站厂房比计划推迟一年，修复时安装了大量预应力锚索。,漫湾滑坡,84,第6章 岩石边坡工程,龙羊峡库岸滑坡,85,第6章 岩石边坡工程,紫坪铺水库2号泄洪洞出口滑坡,86,云南徐村水电站溢洪道土坡滑坡,第6章 岩石边坡工程,87,第6章 岩石边坡工程,泥石流,一定条件下，滑坡体或崩塌体可在继续运动过程中转化为“流体”状态，称“流体”化。主要表现为碎屑流、泥流、泥石(洪)流和浊流等。,铁西车站滑坡,88,泥石型,泥流型,第6章 岩石边坡工程,89,第6章 岩石边坡工程,90,第6章 岩石边坡工程,内在因素（控制作用）： 岩性 决定岩体边坡稳定性的物质基础。 岩体结构 岩体结构及结构面的发育特

22、征是岩体边坡破坏的控制因素。 地形地貌 直接影响边坡内的应力分布特征，进而影响边坡的变形破坏形式及边坡的稳定性。 天然应力 地质构造,6.2.2 边坡稳定的影响因素,91,第6章 岩石边坡工程,外在因素（诱发作用）： 地震 产生地震惯性力 水的作用 使岩土的质量增大、滑动面的滑动力增大；对岩体产生动水压力和静水压力；岩土软化、抗剪强度降低。 风化作用 使岩体内裂隙增多、扩大，透水性增强，抗剪强度降低。 工程荷载条件及人为因素,1856年重庆黔江地震引发的小南海滑坡堵江形成堰塞湖 (2006),第6章 岩石边坡工程,地震引发,暴雨诱发,三峡链子崖危岩体,第6章 岩石边坡工程,危岩体下部为煤层采空

23、区,斜坡因切脚和爆破引发顺层滑坡,乱挖引发,97,第6章 岩石边坡工程,评价方法,岩坡滑动大多属空间滑动问题，一般按平面滑动进行分析，其结果偏于安全。 把滑动面简化为圆弧、平面、折面，把岩体看作为刚体，按莫尔-库仑强度准则对指定的滑动面进行稳定验算。,6.3 岩石边坡稳定性分析,98,第6章 岩石边坡工程,可能滑动岩体几何边界条件的分析,受力条件分析,确定计算参数,计算稳定性系数,确定安全系数，进行稳定性评价,块体极限平衡法步骤,99,第6章 岩石边坡工程,适用对象：均质的以及没有断裂面的岩坡。,分析步骤：在用圆弧法进行分析时，首先假定滑动面为一圆弧，把滑动岩体看作为刚体，求滑动面上的滑动力及

24、抗滑力，再求这两个力对滑动圆心的力矩。抗滑力矩MR和滑动力矩MS之比，即为该岩坡的稳定安全系数FS 。,6.3.1 圆弧法岩坡稳定性分析,100,第6章 岩石边坡工程,滑动面上总的抗滑力矩,滑动面上总的滑动力矩,安全系数,由于圆心和滑动面是任意假定的，因此要假定多个圆心和相应的滑动面作类似的分析进行试算，从中找到最小的安全系数即为真正的安全系数，其对应的圆心和滑动面即为最危险的圆心和滑动面。,101,第6章 岩石边坡工程,均质垂直岩坡的极限高度，亦即坡项张裂缝的最大深度,图6-5 对于各种不同计算指标的 均质岩坡高度与坡角的关系曲线,102,第6章 岩石边坡工程,安全系数,适用对象：均质砂性土

25、、顺层岩质边坡以及沿基岩产生的平面破坏的稳定分析 。,6.3.2 平面滑动岩坡稳定性分析,103,第6章 岩石边坡工程,适用对象：岩坡内有两条相交的结构面，形成潜在的滑动面 。,主动滑块体,被动滑块体,6.3.3 双平面滑动岩坡稳定性分析,104,第6章 岩石边坡工程,极限平衡所需施加的支撑力,105,第6章 岩石边坡工程,适用对象：两个或两个以上多平面的滑动或者其它形式的折线和不规则曲线的滑动 。,6.3.4 力多边形法岩坡稳定性分析,106,第6章 岩石边坡工程,107,第6章 岩石边坡工程,适用对象：滑动面一般应为较平缓的曲线或折线（岩坡的坡角小于45）。,假定：分条块边界上反力的方向与

26、其下一条块的底面滑动线的方向一致。,6.3.5 力的代数叠加法岩坡稳定分析,108,第6章 岩石边坡工程,109,第6章 岩石边坡工程,前面所讨论的岩坡稳定分析方法，都是适用于走向平行或接近于平行于坡面（20范围）的滑动破坏。 楔形滑动：沿着发生滑动的结构软弱面的走向都交切坡顶面，而分离的楔形体沿着两个这样的平面的交线发生滑动。,楔形滑动图形 （a）立面视图；（b）沿交线视图；（c）正交交线视图 A1滑动面1；A2滑动面2,6.3.6 楔形滑动岩坡稳定性分析,110,第6章 岩石边坡工程,重力首先分解成垂直于交线的分量和平行于交线的分量，垂直于交线的分量再分解成垂直于两个滑面的分量。,安全系数

27、,111,第6章 岩石边坡工程,岩 坡 的 倾 倒 破 坏,6.3.7 倾倒破坏岩坡稳定性分析,112,第6章 岩石边坡工程,第6章 岩石边坡工程,6.4.1 注浆加固,6.4.2 锚杆或预应力锚索加固,注浆、填塞等加固岩体裂隙 1岩体断裂；2混凝土块； 3清洗断裂面并注浆；4钻孔； 5清洗和扩大断裂并用混凝土填塞,用锚栓加固岩石的实例 1岩石锚杆； 2挖方； 3潜在破坏面,113,6.4 岩石边坡加固,114,第6章 岩石边坡工程,6.4.3 混凝土挡墙或支墩加固,用混凝土挡墙加固岩坡,115,第6章 岩石边坡工程,以预防为主，治理为辅，定性要准，治理要早，措施要稳，养护要勤。,滑坡整治措施,消除或减少地表水或地下水的作用； 恢复山体平衡条件； 改善滑动带或滑坡体土壤性质; “避、排、挡、减、固、植”六字经验。,滑坡整治原则,116,防治滑坡的工程措施,第6章 岩石边坡工程,117,第6章 岩石边坡工程,6.5 岩石边坡加固实例,118,第6章 岩石边坡工程,太平溪及秭归库岸治理工程,119,第6章 岩石边坡工程,第6章 岩石边坡工程,120,夷陵区太平溪集镇塌岸防护工程,121,第6章 岩石边坡工程,122,第6章 岩石边坡工程,秭归县凤凰山至果品批发市场库岸塌岸防护工程,123,第6章 岩石