巖體力學(xué)在邊坡工程中的應(yīng)用(之二).doc

精品文檔一、內(nèi)容提要：本講主要講述斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法和斜坡變形破壞的防治二、重點(diǎn)難點(diǎn)：斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)各種方法的理論原理三、內(nèi)容講解：四、斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的目的是：合理設(shè)計(jì)人工邊坡，使之既穩(wěn)定安全，又不浪費(fèi)開挖工作量；評(píng)定、核算與工程有關(guān)的天然斜坡穩(wěn)定性現(xiàn)狀及受工程影響后的穩(wěn)定性狀況；對(duì)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(shè)計(jì)依據(jù)。斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法有多種，常用的有：自然歷史分析法、力學(xué)計(jì)算法、圖解法和工程地質(zhì)類比法。大體上分定性評(píng)價(jià)和定量評(píng)價(jià)兩大類?！纠}1】斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)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(xué)計(jì)算法C. 工程地質(zhì)類比法D.應(yīng)力解除法答案:D【例題2】邊坡工程設(shè)計(jì)的合理性在于（ ）。A.邊坡穩(wěn)定安全B.邊坡開挖經(jīng)濟(jì)上合理C.設(shè)計(jì)符合規(guī)范要求D.A+B答案:D【例題3】對(duì)已建成的人工邊坡，邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的目的是（ ）。A. 合理設(shè)計(jì)人工邊坡，使之既穩(wěn)定安全，又不浪費(fèi)開挖工作量B. 評(píng)定、核算與工程有關(guān)的天然斜坡穩(wěn)定性現(xiàn)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(shè)計(jì)依據(jù)答案:C(一)自然歷史分析法這是一種定性評(píng)價(jià)的方法。主要通過研究斜坡形成的地質(zhì)歷史和所處的自然地理及地質(zhì)環(huán)境、斜坡的地貌和地質(zhì)結(jié)構(gòu)、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(duì)斜坡穩(wěn)定性做出初步評(píng)價(jià)。所以這種方法實(shí)際上是通過追溯斜坡發(fā)生、發(fā)展演化的全過程，來進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的。它對(duì)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?jī)?nèi)容：(1)區(qū)域地質(zhì)背景的研究，包括區(qū)域構(gòu)造、地層巖性分布和地形地貌特點(diǎn)以及近期地殼運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈程度(如地殼運(yùn)動(dòng)形式、地應(yīng)力狀態(tài)、有否活斷層分布及其特征等)，并結(jié)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(xiàn)象與區(qū)域地質(zhì)背景間的相關(guān)關(guān)系?？捎牲c(diǎn)到面來研究斜坡變形破壞的某些規(guī)律。這是一項(xiàng)基礎(chǔ)性且?guī)в腥忠饬x的研究工作。例如我國(guó)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(gòu)造，近期江河強(qiáng)烈下切，因此在處于同向坡的背、向斜轉(zhuǎn)折部位，尤其在河谷地帶，斜坡變形破壞現(xiàn)象十分發(fā)育。(2)分析使斜坡演變的主導(dǎo)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(guān)性。(3)預(yù)測(cè)斜坡所處的演化階段和發(fā)展趨勢(shì)，可能的破壞方式?？赏ㄟ^斜坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)、外形及變形破壞形跡來進(jìn)行，也可通過必要的監(jiān)測(cè)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(píng)價(jià)方法，但是它是其他各種評(píng)價(jià)方法的基礎(chǔ)，沒有這種評(píng)價(jià)方法，其他評(píng)價(jià)方法將難以進(jìn)行?！纠}4】下列哪項(xiàng)不屬于自然歷史分析法當(dāng)中所主要包括的研究?jī)?nèi)容（ ）。A. 區(qū)域地質(zhì)背景的研究B. 分析使斜坡演變的主導(dǎo)因素及觸發(fā)因素C. 預(yù)測(cè)斜坡所處的演化階段和發(fā)展趨勢(shì)，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(nèi)動(dòng)水壓力的強(qiáng)烈作用答案:D【例題5】在下列斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法當(dāng)中，哪種方法是屬于初步的、定性的評(píng)價(jià)方法，但它是其他各種評(píng)價(jià)方法的基礎(chǔ)，沒有這種評(píng)價(jià)方法，其他評(píng)價(jià)方法將難以進(jìn)行。（ ）。A. 自然歷史分析法B. 力學(xué)計(jì)算法C. 工程地質(zhì)類比法D.圖解法答案:A(二)力學(xué)計(jì)算法力學(xué)計(jì)算法主要適用于滑坡類破壞型式，是一種定量評(píng)價(jià)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(dòng)面)上的強(qiáng)度由凝聚力和摩擦力(c、 值)控制，即遵循庫(kù)侖判據(jù)；滑體中的應(yīng)力，以壓應(yīng)力與剪應(yīng)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(duì)實(shí)際情況的簡(jiǎn)化。剛體極限平衡法表面上看來是一種嚴(yán)格的定量評(píng)價(jià)方法，但是由于上述的前提條件，以及邊界條件確定和計(jì)算參數(shù)的取得都還存在不少問題。因此在實(shí)際工作中，常根據(jù)斜坡或邊坡工程的重要性及具體情況，用一個(gè)安全穩(wěn)定系數(shù)Kc來保證計(jì)算的安全度。一般規(guī)定Kc=1.11.5，即要求計(jì)算所得斜坡或工程邊坡的穩(wěn)定系數(shù)大于這個(gè)數(shù)字才是安全穩(wěn)定的，否則將是不安全的。巖質(zhì)斜坡的穩(wěn)定性，一般取決于軟弱結(jié)構(gòu)面的特點(diǎn)及其組合關(guān)系。進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)應(yīng)先確定可能的滑動(dòng)面，即巖體中存在的軟弱結(jié)構(gòu)面。其中比較簡(jiǎn)單的是單一同向結(jié)構(gòu)面的斜坡。由二組或二組以上結(jié)構(gòu)面控制的斜坡，條件就比較復(fù)雜了。這里介紹單一同向結(jié)構(gòu)面和折線形滑面兩種斜坡的穩(wěn)定性計(jì)算。【例題6】斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法當(dāng)中的力學(xué)計(jì)算法屬于（ ）。A.定性評(píng)價(jià)方法B.定量評(píng)價(jià)方法C.半定量評(píng)價(jià)方法1單一同向結(jié)構(gòu)面斜坡斜坡穩(wěn)定性受傾向與坡向一致的一組軟弱結(jié)構(gòu)面控制。其穩(wěn)定性計(jì)算可沿滑動(dòng)方向取一單寬剖面(圖17-1-14)。D.定性或半定量評(píng)價(jià)方法答案:B【例題7】巖質(zhì)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(qiáng)度指標(biāo)D.軟弱結(jié)構(gòu)面的特點(diǎn)及其組合答案:D1單一同向結(jié)構(gòu)面斜坡斜坡穩(wěn)定性受傾向與坡向一致的一組軟弱結(jié)構(gòu)面控制。其穩(wěn)定性計(jì)算可沿滑動(dòng)方向取一單寬剖面(圖17-1-14)。式中h為由坡頂至滑動(dòng)面的高度，也稱為變形體高度；其他符號(hào)意義同前。由上面的計(jì)算式可看出，這類斜坡的滑動(dòng)面長(zhǎng)度L對(duì)其穩(wěn)定性無影響，而變形體高度h和滑動(dòng)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(dòng)面的性質(zhì)對(duì)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(shí)，斜坡的穩(wěn)定程度則大大下降。尤其當(dāng)結(jié)構(gòu)面上的粘聚力很小，甚至接近于零時(shí)，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(duì)于單一同向結(jié)構(gòu)面斜坡，其穩(wěn)定性與下列哪一項(xiàng)無關(guān)？（ ）A. 粘聚力B.內(nèi)摩擦角C.坡高D.滑動(dòng)面長(zhǎng)度答案:D【例題10】對(duì)于無粘性土邊坡，其穩(wěn)定性與土坡的下列哪一項(xiàng)指標(biāo)有關(guān)？（ ）A. 粘聚力B.內(nèi)摩擦角C.坡高D.滑動(dòng)面長(zhǎng)度答案:B2折線形滑動(dòng)面的斜坡斜坡的滑動(dòng)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(jì)算這類斜坡穩(wěn)定性時(shí)，一般是根據(jù)所查明的滑動(dòng)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(jì)算參數(shù)(圖17-1-15)。然后可根據(jù)我國(guó)鐵道部門采用的滑坡推力計(jì)算法來計(jì)算斜坡的穩(wěn)定性。計(jì)算時(shí)假定滑坡作整體滑動(dòng)，各段之間不考慮擠壓和拉裂，所以可不考慮塊段兩側(cè)力的作用。現(xiàn)將計(jì)算過程及需要注意的問題說明如下：【例題11】當(dāng)坡積層沿下伏基巖面滑移形成滑坡時(shí)，其滑動(dòng)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(duì)于折線形滑動(dòng)面的斜坡，當(dāng)計(jì)算其穩(wěn)定性時(shí)，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(duì)于折線形滑動(dòng)面的斜坡，當(dāng)計(jì)算其穩(wěn)定性時(shí)，各塊段兩側(cè)部應(yīng)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(cè)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(píng)價(jià)方法。在斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中，一般采用兩種圖解法，即圖表計(jì)算法和圖解分析法。圖表計(jì)算法種類較多，其基本原理一般都是根據(jù)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(shù)關(guān)系曲線圖，或不同穩(wěn)定系數(shù)情況下的無因次量與坡角關(guān)系曲線圖。借助于曲線圖，在已知等參數(shù)后，就可直接從關(guān)系曲線上查得穩(wěn)定系數(shù)。圖表計(jì)算法與力學(xué)計(jì)算法相比較，其結(jié)果精度差些。但是，在進(jìn)行邊坡初步設(shè)計(jì)時(shí)是可以滿足要求的?！纠}14】圖表計(jì)算法與力學(xué)計(jì)算法相比較，二者在計(jì)算結(jié)果精度上為（ ）。A.相同B.圖表計(jì)算法差些C.力學(xué)計(jì)算法差些D.無法比較答案:B【例題15】圖表計(jì)算法可在邊坡設(shè)計(jì)的哪一個(gè)階段采用，且能滿足精度要求。（ ）。A.初步設(shè)計(jì)B.技術(shù)設(shè)計(jì)C.施工圖設(shè)計(jì)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(chǔ)。通過對(duì)斜坡巖體結(jié)構(gòu)面的大量調(diào)查統(tǒng)計(jì)，掌握了優(yōu)勢(shì)軟弱結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀特征，據(jù)以分析它們對(duì)斜坡穩(wěn)定性的影響?，F(xiàn)就單一軟弱面和兩組軟弱面的情況分析斜坡的穩(wěn)定性?！纠}16】圖解分析法以（ ）為基礎(chǔ)。A. 赤平極射投影B. 自然歷史分析法而C. 力學(xué)計(jì)算法D.圖解法答案:A【例題17】根據(jù)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(jù)（ ）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(jié)構(gòu)面的斜坡，其穩(wěn)定性由弱面交線的產(chǎn)狀控制，大致可分三種情況。交線傾向坡內(nèi)(圖17-1-17(a)。在赤平投影圖上，兩組結(jié)構(gòu)面投影弧交線與坡面投影弧相對(duì)，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(jié)構(gòu)面投影弧交線與坡面弧同在一側(cè)，但位于坡面弧的外側(cè)。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(gòu)成的斜坡情況比較復(fù)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(shí)可采用。下面介紹一種基于赤平投影法的半定量評(píng)價(jià)斜坡穩(wěn)定性方法摩擦錐法【例題19】當(dāng)利用摩擦錐圓法評(píng)價(jià)單滑面巖質(zhì)斜坡穩(wěn)定性時(shí)，如果重量矢量落在視摩擦錐內(nèi)，斜坡上塊體將（ ）。A.處于極限平衡狀態(tài)B.不會(huì)滑動(dòng)C.滑動(dòng)D.無法判斷答案:B(四)工程地質(zhì)類比法當(dāng)采用工程地質(zhì)類比法時(shí)，應(yīng)全面分析比較邊坡工程與已有邊坡的巖性、結(jié)構(gòu)、自然環(huán)境、變形主導(dǎo)因素等方面的相似性；評(píng)價(jià)邊坡工程的穩(wěn)定性和發(fā)展趨勢(shì)對(duì)以下內(nèi)容進(jìn)行分析：(1)邊坡及其相鄰地段滑坡、崩塌、沉陷等不良地質(zhì)現(xiàn)象。(2)巖質(zhì)邊坡中的夾泥、頁(yè)巖等易風(fēng)化、軟化巖層或軟硬交互的不利巖層組合。(3)土質(zhì)邊坡中網(wǎng)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(jié)構(gòu)面與坡面傾向一致；或交角小于45且結(jié)構(gòu)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(dòng)，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(nèi)動(dòng)水壓力的強(qiáng)烈作用。(7)邊坡處于強(qiáng)震區(qū)或相鄰地段采用大爆破施工。在以上分析的基礎(chǔ)上，可選取坡角及其他計(jì)算參數(shù)，但僅能用于地質(zhì)條件簡(jiǎn)單的中、小型邊坡。巖土工程勘察規(guī)范在考慮巖石的性質(zhì)、風(fēng)化程度及邊坡的設(shè)計(jì)高度等因素影響下，給出了巖質(zhì)邊坡的容許坡高值，見表17-l-4?！纠}20】對(duì)于中等風(fēng)化硬質(zhì)巖石，當(dāng)坡高在8m以內(nèi)時(shí)，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(yīng)貫徹“以防為主，及時(shí)治理”的原則。以防為主，指的是對(duì)不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)類型的斜坡預(yù)先采取措施，以防止變形；工程布置應(yīng)盡量繞避嚴(yán)重不穩(wěn)定斜坡地段，或采取相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案。及時(shí)治理，指的是對(duì)已發(fā)生變形的斜坡應(yīng)及時(shí)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(jìn)行工程地質(zhì)勘察，查清斜坡地段工程地質(zhì)條件和影。向斜坡穩(wěn)定性的各項(xiàng)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(duì)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(shí)治理B.防治并重C.以治為主，提倡預(yù)防 D.不預(yù)防，注重治理答案:A針對(duì)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(xué)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(lián)合使用。按建筑材料和結(jié)構(gòu)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(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)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(chǔ)設(shè)置于最低滑動(dòng)面之下的穩(wěn)固層中，墻體中應(yīng)預(yù)留泄水孔，并與墻后的盲溝連續(xù)起來(圖17-1-21)?？够瑯妒怯靡灾趸w的下滑力，使之固定于滑床的樁柱。它的優(yōu)點(diǎn)是：施工安全、方便、省時(shí)、省工、省料。且對(duì)坡體的擾動(dòng)少，所以也是國(guó)內(nèi)外廣為應(yīng)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(shí)可灌注，也可錘擊貫人。抗滑樁一般集中設(shè)置在滑坡的前緣部位，且將樁身全長(zhǎng)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(zhì)斜坡滑坡和崩塌的有效措施。利用錨桿(索)上所施加的預(yù)應(yīng)力，以提高滑動(dòng)面上的法向應(yīng)力。進(jìn)而提高該面的抗滑力，改善剪應(yīng)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(shè)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(xué)平衡條件，提高（ ）。A. 巖土體的抗剪強(qiáng)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(guān)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(duì)斜坡的危害作用。首先要攔截流入被保護(hù)斜坡區(qū)或滑坡地段的地表水流。應(yīng)在斜坡保護(hù)區(qū)或滑坡區(qū)外設(shè)置環(huán)形截水溝，將水流旁引。該截水溝的迎水面溝壁上應(yīng)設(shè)置泄水孔，以排除部分地下水。在被保護(hù)的斜坡區(qū)或滑坡體內(nèi)，也應(yīng)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(yīng)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(qiáng)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?！纠}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?yàn)榕潘桑?）。A. 提高巖土體的抗剪強(qiáng)度B. 增強(qiáng)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(yīng)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?qū)⑤^陡的斜坡減緩。但是單純的