巖體力學在巖基工程中的應用.doc

前言巖體力學在巖基工程中的應用一、內容提要：本講主要講述巖基的基本概念、基礎下巖體的應力、基礎下巖體的變形、巖基的破壞模式以及巖基的淺基礎、深基礎的承載力計算二、重點難點：基礎下巖體的變形以及巖基的淺基礎、深基礎的承載力計算巖基的基本概念一、巖基的基本概念高層或大型建(構)筑物，其基礎直接與巖體相接觸。我們將支承建（構）筑的巖體地基，一般稱為巖基。通常，支承一般的建（構）筑物是足夠堅固的，但是對一些大型的和特殊的建（構）筑物來說，則遠非所有情況下都能保證其穩(wěn)固。因而對于巖基的強度、變形和穩(wěn)定性都應進行綜合的考慮研究。巖石按其強度可一般劃分為硬質巖石及軟質巖石兩大類。（表17-2-1）類別亞類強度（MPa）代表性巖石硬質巖石極硬巖石60花崗巖、花崗片麻巖、閃長巖、玄武巖、石灰?guī)r、石英砂巖、石英巖、大理巖、硅質礫巖等次硬巖石30-60軟質巖石次軟巖石5-30粘土巖、頁巖、千枚巖、綠泥石巖、云母片巖等極軟巖石60花崗巖、花崗片麻巖、閃長巖、玄武巖、石灰?guī)r、石英砂巖、石英巖、大理巖、硅質礫巖等次硬巖石30-60軟質巖石次軟巖石5-30粘土巖、頁巖、千枚巖、綠泥石巖、云母片巖等極軟巖石s2C. s1S2 D. 無法判斷答案：C對于矩形的柔性基礎，當其承受中心均布荷載p時，基礎底面上各點的沉降量皆不相同。但沿著基底的壓力是相等的。當基礎的底面寬度為b、長度為a時，基底中心的沉降量可按下式求得：Kc值列于表17-1中。對于邊長為a的正方形柔性基礎，其中心處的沉降量為從上式可見，方形柔性基礎底面中心的沉降量。0為邊角沉降量的兩倍。對于柔性基礎承受中心荷載時的平均沉降量為Km為基礎平均沉降系數，見表17-2-1。各種基礎的沉降系數K值表 表17-2-1四、巖基的破壞模式四、巖基的破壞模式巖體主要由巖塊與節(jié)理裂隙及其充填物組成，并受到一定的地應力。在自然界中，巖體的成分和結構構造以及應力條件千變萬化。在荷載作用下，它的破壞方式也是各種各樣的。即使在同一種巖體中，荷載的大小也會產生不同的破壞形式。勒單尼曾研究過脆性無孔隙巖石地基在荷載作用下巖基發(fā)生破壞的模式(圖17-2-8)。圖17-2-8(a)-(c)h是基腳下巖體發(fā)生破壞的一種模式。當基礎底面荷載作用在地基巖體上時，基礎會發(fā)生垂直變形即沉降，當沉降達到使巖基的彈性極限時，巖基從基腳處開始產生裂縫。此時，巖基開裂，裂縫向深部發(fā)展圖17-2-8(a)當基礎底面荷載繼續(xù)作用，巖基就進入巖體壓碎破壞階段圖17-2-8(b)，壓碎范圍隨著基底深部距離加大而減少，據試驗觀測，壓碎范圍近似倒三角形。在三角形壓碎區(qū)內巖石開裂的裂縫大體上向深部延伸。當基礎底面荷載繼續(xù)增大，則基底下巖體的豎向裂縫加密且出現斜裂縫，并向更深部延伸，這時，進入劈裂破壞階段圖17-2-3(c)。由于裂縫開裂使壓碎巖體產生向兩側擴容的現象，導致基腳附近的巖體發(fā)生剪切滑移，滑體的位移將使基腳附近地面變形而破壞。圖17-2-8(d)是巖基中沖壓破壞的模式。這種破壞模式多發(fā)生于多孔洞或多孔隙的脆性巖石中，如鈣質或石膏質膠結的脆性砂巖、熔結膠結的火山巖、溶蝕嚴重或溶孔密布的可溶巖類等。這些巖體在外荷載作用下會遭受孔隙骨架破壞而引起不可恢復的沉降。這種破壞模式稱其為沖壓破壞。有時在一些易風化的巖石(如石灰?guī)r、玄武巖、砂巖等)巖層中有風化頁巖夾層，使巖體內存在著較為發(fā)育的縱橫密布的張開節(jié)理，進而使巖基沿著豎向節(jié)理產生沖切破壞(圖17-2-9)。圖17-2-8(e)是巖基發(fā)生剪切破壞的模式，這種破壞多發(fā)生于低壓縮性的具有塑性特點的巖體中。如頁巖地基、粘土巖地基和粉土巖地基等。這種破壞常常在基礎底面下的巖體出現有壓實楔，而在其兩側巖體有弧線的或直線的滑面，使滑體能向地面方向位移。直線滑面可以在風化巖體內產生(圖17-2-10)，這時，剪切面切斷風化巖塊。當巖基內有兩組近于或大于直角的節(jié)理相交，則剪切面追蹤此兩組節(jié)理，形成基礎下滑體的滑動面，而使巖基破壞(圖17-2-11)。這也是較常見的剪切破壞模式?！纠}9】在下列各項中，不屬于巖基破壞模式的是（）。A. 開裂B. 壓碎C. 剪切D. 擠壓答案：D五、巖基淺基礎的承載力計算五、巖基淺基礎的承載力計算巖基應力即使在彈性應力范圍內，也能使巖基發(fā)生一定量的變形。實際工程中，巖基的變形不僅由彈性變形組成，而且由巖石本身的塑性變形或節(jié)理裂隙的張開和閉合，甚至沿節(jié)理裂隙發(fā)生剪切破壞而引起較大的剪切滑移組成。因此，這些不同的組合導致建(構)筑物基礎不同程度的沉降。為此，巖基的承載能力是巖基工程最需要的參數。(一)巖基的允許承載力計算地基巖體的允許壓力取決于巖基的變形和穩(wěn)定(極限平衡)以及與基礎混凝土的允許應力所相對應的巖體表面上的最大壓力。對于大的荷載或較堅硬的節(jié)理巖體，穩(wěn)定可能成為設計的控制因素。但就一般巖體來說，對基礎下巖體的變形的限制常常比對穩(wěn)定的控制有更高的要求。各類建(構)筑物的沉降量和差異沉降的大小都有一定的限制值，基礎下巖體的變形應滿足這種限制的要求?！纠}10】下列哪些不屬于地基巖體允許壓力的取決條件（）。A. 巖基的變形B. 巖基的穩(wěn)定（極限平衡）C. 混凝土抗壓強度D. 基礎混凝土的允許應力所相對應的巖體表面上的最大壓力答案：C確定巖基的允許承載力有兩種比較可靠的方法，一種是試驗法，目前采用比較多的是現場荷載試驗法。在現場進行巖體的靜荷載抗壓試驗是非常有實用價值的，它可以不需對巖體的結構和物理性質分別進行估計，按照建(構)筑物的要求及當地的地質構造條件就可直接確定允許承載力。但是，現場荷載試驗費用比較昂貴，且由于荷載點數量少時，因地質環(huán)境條件的不同就不能代表整個地基有效范圍內巖體的承載力。另一種方法是力學計算法，一般多采用基礎下巖體的極限平衡條件計算其承載力。但是，由于基礎下巖體的破壞模式的復雜性和多樣性，因而計算其承載力有較大難度，很難給出一個通用公式。【例題11】常用的確定巖基的允許承載力的可靠方法是（）。A. 點載荷試驗法B. 靜載荷試驗法C. 動力觸探法D. 室內試驗法答案：B1基礎下壓碎巖體的承載力哥德曼(REGoodman)對圖17-2-8中各種基腳巖體破壞模式的巖基承載力計算，確定出了一個計算原則。他認為圖17-2-8(a)發(fā)展至圖17-2-8(c)的破壞模式，在條形基礎下破碎巖石區(qū)圖17-2-12(b)內的側向膨脹引起其任一側的巖體內發(fā)生輻射狀裂縫。基礎下巖體己遭到破壞后的破碎巖石強度可如圖17-2-12(a)中的破壞包絡線1所示。而破壞較少的鄰近區(qū)圖17-2-12(b)中的B區(qū)，其巖體強度包絡線2的強度高于破碎巖體強度包絡線1。在A區(qū)，由于巖體破裂和側向擴容，給相鄰巖體B區(qū)施壓。這時，可以認為支承基腳巖體的最大水平應力是Pn，它可由相鄰巖體(B區(qū))的單軸抗壓強度來確定。這個應力給出了與基腳下破碎巖石的強度包絡線相切的莫爾應力圖的下限。由圖17-2-12(a)可知，根據B區(qū)的強度包絡線可確定Pn的大小。進而，根據破碎巖體的強度包絡線，也就能求得承載力qf的大小。從圖17-2-12的破壞模式可認為，均質不連續(xù)巖體的承載力不會小于基腳周圍巖體的單軸抗壓強度。而且，可以把單軸抗壓強度取為承載力的下限。若已知巖體的內摩擦角和單軸抗壓強度qu，則承載力qf可按17-2-27和17-2-28確定?！纠}12】某高層建筑基礎位于基巖上，已知基巖的單軸抗壓強度為30Mpa，混凝土強度滿足要求，則基礎下壓碎巖體的承載力的下限取值為（）Mpa 。A. 10B. 15C. 30D. 60答案:C【例題13】已知某巖體的內摩擦角為30，其飽和單軸抗壓強度為30Mpa，則該巖體的壓碎承載力為（）Mpa。A. 15B. 30C. 60D. 120答案:D2基礎下剪壞巖體的承載力在圖17-2-10、圖17-2-11和圖17-2-8(c)，(e)等圖中，基礎下的巖體存在剪切破壞面，使巖基出現楔形滑體。剪切面可為弧面和直平面，而在巖體中，大多數為近平直面形。因而在計算極限承載力時，一般采用平直剪切面的楔體進行穩(wěn)定分析。設在半無限體上作用著b寬度的條形均布荷載qf(圖17-2-13)，為了便于計算，作如下假設：破壞面由兩個互相直交的平面組成；荷載qf的作用范圍很長，以致可以忽略平行于紙面的端部阻力；在承載平面(即qf作用的平面)上不存在剪力；對于每個楔體，可以采用平均的體積力。我們將圖17-2-13(a)的巖基分為兩個楔體，即x楔和y楔體圖17-2-13(b)及(c)。在x楔體上，由于y楔體因受破壞應力qf的作用，產生一水平正應力1，作用于x楔體，這是x楔體的最大主應力。3是由于重力而產生的作用在x楔體上的體積應力，這是最小主應力。在與該楔體最大主平面成或(4502)角的破壞平面上，有應力分量x和z。如果在該平面上只存在摩擦阻力，當產生破壞時，那就意味著x和z之間的關系為 可見，式17-2-32最后一項的值遠小于式中其他各項，可以將其略去。如果在承載壓力分附近的表面上還作用有一個附加壓力q，即在x楔體上作用的3為【例題14】對于基礎以下剪壞巖體的極限承載力，可用公式qf=0.5rbNr+cNc+qNq進行求解，式中的承載力系數Nr、Nc、Nq，是關于巖體下列哪項的函數（）。A. 粘聚力B. 內摩擦角C. 單軸抗壓強度D. 裂隙發(fā)育程度答案:B(二)巖基淺基礎承載力的實際確定巖基承載力系指在保證地基穩(wěn)定的條件下建(構)筑物的沉降量不超過容許值的地基承載能力。一般認為，目前我國規(guī)范中，對于一般的工業(yè)民用建筑，巖石地基的承載力通常不考慮基礎埋置深度和基底底面尺寸，并按下式確定其承載力：R=KRc，(17-2-37)式中Rc飽和狀態(tài)下巖石的單軸抗壓極限強度(kPa)；K均質系數(1)對一般工業(yè)民用建筑地基K采用0.17；(2)對重型建筑物地基，K采用0.200.04；關于K值的規(guī)定問題由于巖石的小試件的抗壓強度不能反映出巖石地基狀態(tài)的強度，天然狀態(tài)下巖石地基的不均勻性和裂隙性將會大大降低巖石地基的承重能力，對愈是堅硬的巖石，這種影響愈大。再者，巖石地基的實際受力狀態(tài)不是單向的，而是三向的，同時巖石地基受力的邊界條件也很復雜，因此巖石地基實際承載力大有潛力可挖。根據目前我國有關單位研究結果，認為巖石地基采用飽和狀態(tài)下單軸受壓時的極限強度籠統(tǒng)乘以一均質系數0.17，或0.20.04，不盡完全合理。各種巖石地基強度不但與巖石生成條件有關，而且與巖石性質、節(jié)理裂隙發(fā)育程度，軟化特點和風化程度等密切相關。鐵道部第二設計院提出均質系數K值應結合裂隙情況風化帶情況而定。K值可取為(表17-2-2):(1)軟質巖層(頁巖、粘土巖、凝灰?guī)r、粗面巖、千枚巖等)8001200kPa；(2)中等均質巖層(砂巖、石灰?guī)r)12002000kPa；(3)堅硬巖層(片麻巖、花崗巖、密實的砂巖、致密石灰?guī)r)20004000kPa；(4)特別堅硬巖層(石英巖，細粒花崗巖)40006000kPa。對于基礎底面積很大的應力變化不太大的巖石地基；其容許承載力可按上列數值提高25。關于巖石地基中的斷裂帶對地基承載力的影響，可認為：當斷裂帶巖層破碎，且有較多的軟弱填充物(如斷層泥等)時，應查明其地基不均勻性；必要時可利用大面積靜力荷載試驗，確定其軟硬不均勻地基的容許承載力。(三)建筑地基基礎設計規(guī)范(GB50007-2002)方法建筑地基基礎設計規(guī)范(GB50007-2002)第5.2.6條對巖石地基承載力特征值的確定做以下規(guī)定：巖石地基承載力設計值，可按巖基載荷試驗方法確定。對微風化及中等風化的巖石地基承載力設計值，也可根據飽和單軸抗壓強度按公式計算：fa=rfrk (17-3-38)式中 fa巖石地基承載力特征值(kPa)frk巖石飽和單軸抗壓強度標準值(kPa)，可按本規(guī)范附錄J確定；r折減系數。根據巖體的完整程度以及巖體結構面間距、產狀及其組合，由地區(qū)經驗確定。無經驗時，對完整巖體可取0.5，對于較完整巖體可取0.20.5，對于較破碎的巖體可取0.10.2。注：1上述折減系數值未考慮施工因素及建筑物使用后風化作用的延續(xù)。2對于粘土質巖，在確保施工期和使用期不致遭水浸泡時，也可采用天然濕度的試樣，不進行飽和處理?！纠}15】按照建筑地基基礎設計規(guī)范（GB50007-2002）的規(guī)定，確定巖質地基的承載力特征值時，其值大小與下列哪一項無關（）。A. 巖石的飽和單軸抗壓強度B. 巖體的完整程度C. 巖體結構面間距、產狀和組合D. 建筑物使用后巖石風化作用的延續(xù)答案:D六、巖基深基礎的承載力計算6、 巖基深基礎的承載力計算一般當巖基上部地表土或風化巖石底的允許荷載較低時，采用打人或靜壓預制樁以及鉆孔灌注樁等方法將建筑物荷載傳遞到深部的巖基上。當深基礎掩埋在地下時，其承載力將增加。這是由于為了克服加大了的巖石壓力，需要附加的功去擴展破壞區(qū)。澆筑的混凝土與開挖的巖石表面間將產生摩阻力，其強度可達到巖石的或棍凝土的抗剪強度中的較小值。在設計這一類深基礎時，必須考慮在樁底或樁周邊的這種摩阻力力與它們的端支承力之間荷載是如何分配的。樁的長度和直徑以及樁底混凝土標號及配筋，可以按照摩阻力和支承壓力均不超過允許值，并使兩者均衡發(fā)揮作用的原則來選定。確定嵌巖樁(墩)基的允許承載力一般有兩種方法，一種是試驗法，目前采用比較多的是樁的現場靜荷載試驗法。在現場進行樁的靜荷載抗壓試驗是非常直觀的，它可以不需考慮巖體與樁之間的端承及摩阻力，按照建(構)筑物的要求及樁的設計承載力直接驗證樁的承載能力。但現場荷載試驗費用比較昂貴，且由于荷載點數量少時，也不能反映整個場地有效范圍內承載力，并且試驗時間較長，影響工程進度。另一種方法是力學計算法，一般多采用巖體的極限平衡條件計算樁的承載力，參照淺基礎的計算公式，考慮埋深條件后，對有關力學參數進行修正考慮。由于巖體的復雜性和多樣性，因而計算其承載力有較大難度，很難給出一個通用公式。我國現有的規(guī)范中，對于嵌巖樁的單樁豎向承載力一般采用以下公式計算：式中 Qsk，Qrk，Qpk分別為巖土的總極限阻力、嵌巖段總極限側阻力、總極限端阻力標準值；si覆蓋層第i層土的側阻力發(fā)揮系數；當樁的長徑比不大(/d30)，樁端置于新鮮或微風化硬質巖體中且樁底無沉渣時，對于粘性土、粉土，取si=0.8，對于砂土及碎石工取si= 0.7，對于其他情況取si =1；qski樁周第i層土的極限側阻力標準值根據沉樁工藝和各個地區(qū)的巖土情況，按表17-2-3取值;frc巖石飽和單軸抗壓強度；hr樁身嵌巖深度，超過5d時。取hr=5d，當巖層表面傾斜時,以坡下方的嵌巖深度為準；s，p嵌巖段側阻力和端阻力修正系數，與嵌巖深度hrd有關，可按表17-2-4取值?！纠}16】嵌巖樁的單樁承載力與下列哪一項無關（）。A. 巖土的總極限側阻力B. 嵌巖段的總極限側阻力C.嵌巖段的極限端阻力D. 總極限端阻力答案:C【例題17】某嵌巖樁樁徑為1m，樁身嵌巖深度實際為6m，當計算嵌巖樁單樁承載力時，嵌巖深度取值為（）m。A. 1B. 3C. 5D. 6答案:C注：1對于尚未完成自重固結的填土和以生活垃圾為主的雜填土，不計算其側阻力。2對于預制樁，根據土層埋深h，將qk乘以下表修正系數。3aw為含水比(aw=wwL)。注：當嵌巖段為中等風化巖時，表中數值乘以 0.8折減。建筑地基基礎設計規(guī)范(GB50007-2002)方法建筑地基基礎設計規(guī)范(GB50007-2002)中對嵌巖灌注樁的單樁承載力設計值的確定按端承樁考慮，作以下規(guī)定：1對于一級建筑物，單樁的豎向承載力標準值，應通過載荷試驗確定。在同一條件下的試樁數量，不宜少于總樁數的1，并不少于3根。對于二級建筑物，也可參照地質條件相同的試驗資料，根據具體情況確定。初步設計時，可按下列公式：端承樁： Rk=qpAp (17-2-40) （17-2-40）其中Rk單樁的豎向在載力標準值；qp樁端土的承載力標準值，可按地區(qū)經驗確定,對于預制樁也可按規(guī)范附錄選用。Ap樁身的橫截面面積。2嵌巖灌注樁按端承樁設計，要求樁底以下三倍樁徑范圍內，應無較弱夾層、斷裂帶、洞隙發(fā)布；在樁端應力擴散范圍內無巖體臨空面。樁端巖石地基承載力設計值，應根據巖石強度和施工條件確定，當樁底和巖石之間無虛土存在時，可按規(guī)范相關條款確定。3除上述方法確定單樁的豎向承載力外，尚應對樁身材料進行強度或抗裂度驗算?！纠}18】某一級建筑物，采用1000鉆孔灌注樁基礎，設計樁總數為150根，根據建筑地基基礎設計規(guī)范（GB50007-2002）的規(guī)定，作載荷試驗的樁數為（）根。A. 1B. 2 C. 3 D. 4 答案:C【例題19】某建筑物采用干作業(yè)鉆孔灌注樁基礎，樁長為10m，樁徑為400mm，樁周土為粉質粘土，其液性指數為0.70，則單樁的側阻力特征值為（）。A. 1256kpa B. 1256KN C. 314KN D. 628KN 答案:C【例題20】對于端承樁，要求樁底以下（）范圍內，應無較弱夾層、斷裂帶、洞隙發(fā)布；在樁端應力擴散范圍內無巖體臨空面。A. 1m B. 2m C. 3倍樁徑D. 5倍樁徑答案：C一、內容提要：本講主要講述斜坡穩(wěn)定性評價方法和斜坡變形破壞的防治二、重點難點：斜坡穩(wěn)定性評價各種方法的理論原理三、內容講解：四、斜坡穩(wěn)定性評價方法斜坡穩(wěn)定性評價的目的是：合理設計人工邊坡，使之既穩(wěn)定安全，又不浪費開挖工作量；評定、核算與工程有關的天然斜坡穩(wěn)定性現狀及受工程影響后的穩(wěn)定性狀況；對已建成的人工邊坡檢查其穩(wěn)定性狀況；為整治斜坡提供設計依據。斜坡穩(wěn)定性評價方法有多種，常用的有：自然歷史分析法、力學計算法、圖解法和工程地質類比法。大體上分定性評價和定量評價兩大類?！纠}1】斜坡穩(wěn)定性評價方法有多種，下列不屬于其中的方法的是（ ）。A. 自然歷史分析法B. 力學計算法C. 工程地質類比法D.應力解除法答案:D【例題2】邊坡工程設計的合理性在于（ ）。A.邊坡穩(wěn)定安全B.邊坡開挖經濟上合理C.設計符合規(guī)范要求D.A+B答案:D【例題3】對已建成的人工邊坡，邊坡穩(wěn)定性評價的目的是（ ）。A. 合理設計人工邊坡，使之既穩(wěn)定安全，又不浪費開挖工作量B. 評定、核算與工程有關的天然斜坡穩(wěn)定性現狀及受工程影響后的穩(wěn)定性狀況C. 檢查其穩(wěn)定性狀況D. 為整治斜坡提供設計依據答案:C(一)自然歷史分析法這是一種定性評價的方法。主要通過研究斜坡形成的地質歷史和所處的自然地理及地質環(huán)境、斜坡的地貌和地質結構、發(fā)展演化階段及變形破壞形跡，來分析主要的和次要的影響因素，從而對斜坡穩(wěn)定性做出初步評價。所以這種方法實際上是通過追溯斜坡發(fā)生、發(fā)展演化的全過程，來進行穩(wěn)定性評價的。它對研究斜坡穩(wěn)定性的區(qū)域性規(guī)律尤為適用。自然歷史分析法主要包括三方面研究內容：(1)區(qū)域地質背景的研究，包括區(qū)域構造、地層巖性分布和地形地貌特點以及近期地殼運動強烈程度(如地殼運動形式、地應力狀態(tài)、有否活斷層分布及其特征等)，并結合斜坡變形破壞的分布和特征，就可以建立起斜坡變形破壞現象與區(qū)域地質背景間的相關關系?？捎牲c到面來研究斜坡變形破壞的某些規(guī)律。這是一項基礎性且?guī)в腥忠饬x的研究工作。例如我國四川盆地主要由侏羅系紅色砂、泥巖互層組成，屬典型的擋式褶皺構造，近期江河強烈下切，因此在處于同向坡的背、向斜轉折部位，尤其在河谷地帶，斜坡變形破壞現象十分發(fā)育。(2)分析使斜坡演變的主導因素及觸發(fā)因素。尤其是一些周期性因素(氣候、水文、地震)與斜坡變形破壞間的相關性。(3)預測斜坡所處的演化階段和發(fā)展趨勢，可能的破壞方式。可通過斜坡地質結構、外形及變形破壞形跡來進行，也可通過必要的監(jiān)測手段來研究。需要指出的是：自然歷史分析法雖屬初步的、定性的評價方法，但是它是其他各種評價方法的基礎，沒有這種評價方法，其他評價方法將難以進行?！纠}4】下列哪項不屬于自然歷史分析法當中所主要包括的研究內容（ ）。A. 區(qū)域地質背景的研究B. 分析使斜坡演變的主導因素及觸發(fā)因素C. 預測斜坡所處的演化階段和發(fā)展趨勢，可能的破壞方式D. 分析坡上有漏水，水流沖刷坡腳或因河水位急劇升降引起岸坡內動水壓力的強烈作用答案:D【例題5】在下列斜坡穩(wěn)定性評價方法當中，哪種方法是屬于初步的、定性的評價方法，但它是其他各種評價方法的基礎，沒有這種評價方法，其他評價方法將難以進行。（ ）。A. 自然歷史分析法B. 力學計算法C. 工程地質類比法D.圖解法答案:A(二)力學計算法力學計算法主要適用于滑坡類破壞型式，是一種定量評價的方法。常用的是剛體極限平衡法。采用這種方法的前提條件是：只考慮破壞面上的極限平衡狀態(tài)，而不考慮巖土體的變形即視巖土體為剛體；破壞面(滑動面)上的強度由凝聚力和摩擦力(c、 值)控制，即遵循庫侖判據；滑體中的應力，以壓應力與剪應力的方式，集中作用于滑面上，即均為集中力；以平面(二維)課題來處理，這是為了求解方便而對實際情況的簡化。剛體極限平衡法表面上看來是一種嚴格的定量評價方法，但是由于上述的前提條件，以及邊界條件確定和計算參數的取得都還存在不少問題。因此在實際工作中，常根據斜坡或邊坡工程的重要性及具體情況，用一個安全穩(wěn)定系數Kc來保證計算的安全度。一般規(guī)定Kc=1.11.5，即要求計算所得斜坡或工程邊坡的穩(wěn)定系數大于這個數字才是安全穩(wěn)定的，否則將是不安全的。巖質斜坡的穩(wěn)定性，一般取決于軟弱結構面的特點及其組合關系。進行穩(wěn)定性計算時應先確定可能的滑動面，即巖體中存在的軟弱結構面。其中比較簡單的是單一同向結構面的斜坡。由二組或二組以上結構面控制的斜坡，條件就比較復雜了。這里介紹單一同向結構面和折線形滑面兩種斜坡的穩(wěn)定性計算?！纠}6】斜坡穩(wěn)定性評價方法當中的力學計算法屬于（ ）。A.定性評價方法B.定量評價方法C.半定量評價方法1單一同向結構面斜坡斜坡穩(wěn)定性受傾向與坡向一致的一組軟弱結構面控制。其穩(wěn)定性計算可沿滑動方向取一單寬剖面(圖17-1-14)。D.定性或半定量評價方法答案:B【例題7】巖質斜坡的穩(wěn)定性，一般情況下取決于（ ）。A.坡形B.斜坡要素C.巖石的抗剪強度指標D.軟弱結構面的特點及其組合答案:D1單一同向結構面斜坡斜坡穩(wěn)定性受傾向與坡向一致的一組軟弱結構面控制。其穩(wěn)定性計算可沿滑動方向取一單寬剖面(圖17-1-14)。式中h為由坡頂至滑動面的高度，也稱為變形體高度；其他符號意義同前。由上面的計算式可看出，這類斜坡的滑動面長度L對其穩(wěn)定性無影響，而變形體高度h和滑動面傾角 的影響則較大，即 和h愈大斜坡穩(wěn)定性愈差。而滑動面的性質對斜坡穩(wěn)定性影響是很大的，如果該面很軟弱(如泥化夾層)，而且平整光滑時，斜坡的穩(wěn)定程度則大大下降。尤其當結構面上的粘聚力很小，甚至接近于零時，則滑體的穩(wěn)定性僅取決于摩擦阻力的大小，即答案:A【例題9】對于單一同向結構面斜坡，其穩(wěn)定性與下列哪一項無關？（ ）A. 粘聚力B.內摩擦角C.坡高D.滑動面長度答案:D【例題10】對于無粘性土邊坡，其穩(wěn)定性與土坡的下列哪一項指標有關？（ ）A. 粘聚力B.內摩擦角C.坡高D.滑動面長度答案:B2折線形滑動面的斜坡斜坡的滑動面不規(guī)則。在自然界中此類滑坡較多見，坡積層(沿下伏基巖面滑移的)滑坡也屬之。計算這類斜坡穩(wěn)定性時，一般是根據所查明的滑動面起伏情況，劃分為折線形的塊段，每一塊段底部滑面為平直的斜面，并確定各段的計算參數(圖17-1-15)。然后可根據我國鐵道部門采用的滑坡推力計算法來計算斜坡的穩(wěn)定性。計算時假定滑坡作整體滑動，各段之間不考慮擠壓和拉裂，所以可不考慮塊段兩側力的作用。現將計算過程及需要注意的問題說明如下：【例題11】當坡積層沿下伏基巖面滑移形成滑坡時，其滑動面的形狀為（ ）。A.直線型 B.平面型 C.圓弧型 D.折線型 答案:D【例題12】對于折線形滑動面的斜坡，當計算其穩(wěn)定性時，各塊段底部的滑面為（ ）。A.平面 B.不規(guī)則曲面 C.規(guī)則曲面 D.平直的斜面 答案:D【例題13】對于折線形滑動面的斜坡，當計算其穩(wěn)定性時，各塊段兩側部應考慮（ ）。A.擠壓力作用 B.拉裂力作用 C.摩擦力作用 D.不考慮塊段兩側力的作用答案:D(三)圖解法 圖解法是一種定性或半定量的評價方法。在斜坡穩(wěn)定性評價中，一般采用兩種圖解法，即圖表計算法和圖解分析法。圖表計算法種類較多，其基本原理一般都是根據斜坡所處的條件，先確定某一無因次量，并繪制不同坡角情況下無因次量與穩(wěn)定系數關系曲線圖，或不同穩(wěn)定系數情況下的無因次量與坡角關系曲線圖。借助于曲線圖，在已知等參數后，就可直接從關系曲線上查得穩(wěn)定系數。圖表計算法與力學計算法相比較，其結果精度差些。但是，在進行邊坡初步設計時是可以滿足要求的?！纠}14】圖表計算法與力學計算法相比較，二者在計算結果精度上為（ ）。A.相同B.圖表計算法差些C.力學計算法差些D.無法比較答案:B【例題15】圖表計算法可在邊坡設計的哪一個階段采用，且能滿足精度要求。（ ）。A.初步設計B.技術設計C.施工圖設計答案:A下面主要介紹一下圖解分析法。圖解分析法以赤平極射投影為基礎。通過對斜坡巖體結構面的大量調查統(tǒng)計，掌握了優(yōu)勢軟弱結構面的產狀特征，據以分析它們對斜坡穩(wěn)定性的影響。現就單一軟弱面和兩組軟弱面的情況分析斜坡的穩(wěn)定性。【例題16】圖解分析法以（ ）為基礎。A. 赤平極射投影B. 自然歷史分析法而C. 力學計算法D.圖解法答案:A【例題17】根據圖17-1-16分析，除了圖中（e）所示的斜坡不太穩(wěn)定以外，其余各圖中最不穩(wěn)定的斜坡是（ ）。A. (a)B. (b)C. (c)D. (d)答案:B【例題18】斜交坡的穩(wěn)定情況需根據（ ）而定。A. 弱面傾向B.坡面傾向C. 坡角、弱面傾角大小D. 弱面傾向與坡面傾向之間的夾角答案:D二組軟弱結構面的斜坡，其穩(wěn)定性由弱面交線的產狀控制，大致可分三種情況。交線傾向坡內(圖17-1-17(a)。在赤平投影圖上，兩組結構面投影弧交線與坡面投影弧相對，斜坡是穩(wěn)定的。交線的傾向與坡面傾向一致，但其傾角小于坡角圖17-1-17(b)。在赤子投影圖上，結構面投影弧交線與坡面弧同在一側，但位于坡面弧的外側。這種情況說明斜坡是不穩(wěn)定的。交線的傾向與坡面傾向一致，但其傾角大于坡角圖17-1-17(c)，這種情況斜坡比較穩(wěn)定。三組軟弱面構成的斜坡情況比較復雜，但用赤平投影圖加以分析也可判斷斜坡穩(wěn)定性的情況。上述赤平投影法是純粹定性地判斷斜坡穩(wěn)定性，它僅給出斜坡穩(wěn)定性的可能情況，在初步分析斜坡穩(wěn)定性時可采用。下面介紹一種基于赤平投影法的半定量評價斜坡穩(wěn)定性方法摩擦錐法【例題19】當利用摩擦錐圓法評價單滑面巖質斜坡穩(wěn)定性時，如果重量矢量落在視摩擦錐內，斜坡上塊體將（ ）。A.處于極限平衡狀態(tài)B.不會滑動C.滑動D.無法判斷答案:B(四)工程地質類比法當采用工程地質類比法時，應全面分析比較邊坡工程與已有邊坡的巖性、結構、自然環(huán)境、變形主導因素等方面的相似性；評價邊坡工程的穩(wěn)定性和發(fā)展趨勢對以下內容進行分析：(1)邊坡及其相鄰地段滑坡、崩塌、沉陷等不良地質現象。(2)巖質邊坡中的夾泥、頁巖等易風化、軟化巖層或軟硬交互的不利巖層組合。(3)土質邊坡中網狀裂隙發(fā)育，有軟弱夾層，或邊坡體由膨脹巖土組成。(4)軟弱結構面與坡面傾向一致；或交角小于45且結構面傾角小于坡角；或基巖面傾向坡外且傾角較大。(5)地層滲透性差異大，地下水在弱透水層或基巖面上積聚流動，斷層及裂隙中有承壓水出露。(6)坡上有漏水，水流沖刷坡腳或因河水位急劇升降引起岸坡內動水壓力的強烈作用。(7)邊坡處于強震區(qū)或相鄰地段采用大爆破施工。在以上分析的基礎上，可選取坡角及其他計算參數，但僅能用于地質條件簡單的中、小型邊坡。巖土工程勘察規(guī)范在考慮巖石的性質、風化程度及邊坡的設計高度等因素影響下，給出了巖質邊坡的容許坡高值，見表17-l-4?！纠}20】對于中等風化硬質巖石，當坡高在8m以內時，容許邊坡值為（ ）。A. 1：0.1B. 1：0.25C. 1：0.40D. 1：0.50答案:B五、斜坡變形破壞的防治斜坡變形破壞的防治應貫徹“以防為主，及時治理”的原則。以防為主，指的是對不穩(wěn)定結構類型的斜坡預先采取措施，以防止變形；工程布置應盡量繞避嚴重不穩(wěn)定斜坡地段，或采取相應的設計方案。及時治理，指的是對已發(fā)生變形的斜坡應及時采取治理措施，使之不再繼續(xù)向破壞的方向發(fā)展，以保證工程順利施工和安全使用。為此要進行工程地質勘察，查清斜坡地段工程地質條件和影。向斜坡穩(wěn)定性的各項因素，并查明斜坡變形破壞的邊界條件和規(guī)模，目前所處的演化階段等。針對工程的重要性，因地制宜地采取不同的防治措施。【例題21】斜坡變形破壞的防治原則為（ ）。A.以防為主，及時治理B.防治并重C.以治為主，提倡預防 D.不預防，注重治理答案:A針對不同情況，斜坡變形破壞的防治措施大致可分為以下幾類。(一)支擋工程支擋工程是改善斜坡力學平衡條件。提高斜坡抗滑力最常用的措施，主要有擋墻、抗滑樁、錨桿(索)和支撐工程等。擋墻也叫擋土墻，是目前較普遍使用的一種抗滑工程。它位于滑體的前緣，借助于自身的重量以支擋滑體的下滑力，且與排水措施聯合使用。按建筑材料和結構形。式不同，有抗滑片石垛、抗滑片石竹籠、漿砌石抗滑擋墻、混凝土或鋼筋混凝土抗滑擋墻等。擋墻的優(yōu)點是結構比較簡單，可以就地取材，而且能夠較快地起到穩(wěn)定滑坡的作用。但一定要把擋墻的基礎設置于最低滑動面之下的穩(wěn)固層中，墻體中應預留泄水孔，并與墻后的盲溝連續(xù)起來(圖17-1-21)。抗滑樁是用以支擋滑體的下滑力，使之固定于滑床的樁柱。它的優(yōu)點是：施工安全、方便、省時、省工、省料。且對坡體的擾動少，所以也是國內外廣為應用的一種支擋工程。它的材料有木、鋼、混凝土及鋼筋混凝土等。施工時可灌注，也可錘擊貫人?？够瑯兑话慵性O置在滑坡的前緣部位，且將樁身全長的1314埋置于滑坡面以下的穩(wěn)固層中(圖17-1-22)。錨桿(索)是一種防治巖質斜坡滑坡和崩塌的有效措施。利用錨桿(索)上所施加的預應力，以提高滑動面上的法向應力。進而提高該面的抗滑力，改善剪應力的分布狀況(圖17-1-23)。支撐主要用來防治陡峭斜坡頂部的危巖體，防止其崩落(圖17-1-24)?！纠}22】通過設置擋墻、抗滑樁、錨桿(索)和支撐工程等支工程，可改善斜坡力學平衡條件，提高（ ）。A. 巖土體的抗剪強度B.地基承載力C. 斜坡下滑力D. 斜坡抗滑力答案:D(二)排水斜坡變形破壞常與水的作用有密切關系，因此要采取措施排除斜坡地段的地表水和地下水，以消除或減輕水對斜坡的危害作用。首先要攔截流入被保護斜坡區(qū)或滑坡地段的地表水流。應在斜坡保護區(qū)或滑坡區(qū)外設置環(huán)形截水溝，將水流旁引。該截水溝的迎水面溝壁上應設置泄水孔，以排除部分地下水。在被保護的斜坡區(qū)或滑坡體內，也應充分利用地形和自然溝谷，布置樹枝狀排水系統(tǒng)，以阻止地表水沖刷坡面和滲入地下(圖17-1-25)。排水溝應該用片石或混凝土鋪砌。排除地下水可使坡體的含水量及其中的空隙水壓力降低，以增強抗滑力和減小下滑力。排水的措施較多，有截水溝、盲溝、水平鉆孔、盲洞、集水井等。排水措施一般是與其他措施配合使用的。【例題23】排除地下水可使坡體的含水量及其中的空隙水壓力降低，以提高坡體的穩(wěn)定性，這是因為排水可（ ）。A. 提高巖土體的抗剪強度B. 增強抗滑力C. 減小下滑力D. B+C答案:D(三)減荷反壓這一方法在滑坡防治中應用較廣。減荷的目的在于降低坡體的下滑力，其主要的方法，將滑坡體后緣的巖土體削去一部分或將較陡的斜坡減緩。但是單純的減荷往往不能起到阻滑的作用。最好與反壓措施結合起來，即將減荷削下的土石堆于斜坡或滑體前緣的阻滑部位，使之既起到降低下滑力，又增加抗滑力的良好效果(圖17-1-26)。這種措施對防治推動式滑坡效果較好。【例題24】為防治推動式滑坡，宜采用的措施為（ ）。A.排水B.護坡C.設置支擋結構D.減荷反壓答案:D(四)其他措施其他措施指護坡、改善巖土性質、防御繞避等措施。護坡是為了防止水流對斜坡的沖刷或沖蝕；也可以防止坡面的風化。為了防止河水沖刷或海、湖、水庫水的波浪沖蝕，一般修筑擋水防護工程(如擋水墻、防波堤、砌石及拋石護坡等)和導水工程(如導流堤、T壩、導水邊墻等)。為了防止易風化巖石所組成的邊坡表面的風化剝落，可采用噴漿、灰漿抹面和漿砌片石等護坡措施。改善巖土性質的目的，是為了提高巖土體的抗滑能力，也是防治斜坡變形破壞的一種有效措施。常用的有化學灌漿法、電滲排水法和焙燒法等。它們主要用于土體性質的改善，也可用于巖體中軟弱夾層的加固處理。防御繞避措施一般適用于線路工程(如鐵路、公路)。當線路遇到嚴重不穩(wěn)定斜坡地段，處理很難時，可考慮采用此措施。具體工程措施有：明硐和御塌棚(圖17-1-27)，外移作橋和內移作隧(圖17-1-28)等。上述各項措施，可根據具體條件選擇采用。有時可采取綜合治理措施?！纠}25】對于斜坡變形破壞的防治中采取的改善巖土性質的措施，其目的是（ ）。A. 提高巖土體的抗剪強度B. 提高地基承載力C. 提高巖土