斜坡穩(wěn)定性及其評價方法

1、 工程地質(zhì)學(xué) 讀書報告 題目：斜坡穩(wěn)定性及其評價方法 學(xué)號：20111002833 班級：01211 姓名：李海亮 指導(dǎo)老師：熊承仁 斜坡穩(wěn)定性及其評價方法斜坡是地殼表面所有擁有側(cè)向臨空的地質(zhì)體。在各種內(nèi)外營力的作用下，其坡角坡高不斷變化，從而坡體中的作用位置也隨之改變，若形成坡體的巖土體不適應(yīng)這種應(yīng)力分布時，就造成了坡體的變形破壞。斜坡穩(wěn)定性與人類生產(chǎn)生活及生命財產(chǎn)息息相關(guān)，因此，對斜坡穩(wěn)定性的研究及評價有利于預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，及避免生命財產(chǎn)的損失。一 斜坡穩(wěn)定性及其影響因素影響斜坡穩(wěn)定性的因素復(fù)雜多樣，有自然的和人為的，其中主要是斜坡巖土類型和性質(zhì)巖體結(jié)構(gòu)和地質(zhì)構(gòu)造風(fēng)化水的作用地震和人類

2、工程活動等。各種因素主要從三方面影響著斜坡的穩(wěn)定。第一方面影響斜坡巖土體的強(qiáng)度，如巖性巖體結(jié)構(gòu)風(fēng)化和水對巖土的軟化作用等。第二方面影響著斜坡的形狀，如河流沖刷地形和人工開挖斜坡填土等。第三方面影響著斜坡的內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)，如地震地下水壓力堆載和人工爆破等。他們的負(fù)影響表現(xiàn)在增大下滑力而降低抗滑力，促使斜坡向不穩(wěn)定方向轉(zhuǎn)化。上述諸因素中，巖土的類型性質(zhì)巖土體結(jié)構(gòu)是最主要的因素，其他因素通過它才能起作用。根據(jù)各因素對斜坡穩(wěn)定性的影響程度，可將它分為兩大類：一類為內(nèi)部因素，是長期起作用的因素，有巖土的類型和性質(zhì)地質(zhì)構(gòu)造和巖體結(jié)構(gòu)風(fēng)化作用地下水活動等；另一類為外部因素，是臨時起作用的因素，有地震洪水暴雨堆載

3、人工爆破等。下面分述各主要因素。1巖土類型和性質(zhì)巖土類型和性質(zhì)是影響斜坡穩(wěn)定性的根本因素。在坡高和坡角相同時，顯然巖土體越堅硬，抗變形能力越強(qiáng)，則斜坡的穩(wěn)定性越好，反之穩(wěn)定性越差。同時，巖體的節(jié)理斷層及軟弱夾層的存在會減弱其穩(wěn)定性。2巖體結(jié)構(gòu)面的性質(zhì) 巖質(zhì)斜坡的變形破壞多數(shù)是受巖體中結(jié)構(gòu)面的控制。所以結(jié)構(gòu)面的成因、性質(zhì)、巖性特征、密度以及不同方向結(jié)構(gòu)面的組合關(guān)系等是非常重要的。按結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀與臨空面的關(guān)系，可分為： (1) 平迭坡：主要軟弱結(jié)構(gòu)面是水平的。這種斜坡一般比較穩(wěn)定，但厚層軟弱相間的巖層會形成崩塌破壞，厚層軟弱巖會發(fā)生滑坡。 (2) 逆向坡：主要軟弱結(jié)構(gòu)面的傾向與坡面的傾向相反。這種

4、斜坡是最穩(wěn)定的，有時有崩塌發(fā)生，而滑坡的可能性很小。 (3) 順向坡：主要軟弱結(jié)構(gòu)面的傾向與坡面的傾向一致。其穩(wěn)定性與傾角和坡角的相對大小有關(guān)。 當(dāng)坡角弱面傾角時，斜坡穩(wěn)定性最差，極易發(fā)生順層滑坡。 當(dāng)<時，穩(wěn)定性較好，但還有其他結(jié)構(gòu)面的存在，特別是向坡外緩傾的結(jié)構(gòu)面組合，還可能發(fā)生滑坡。 (4) 斜交坡：主要軟弱結(jié)構(gòu)面與坡面成斜交關(guān)系。其交角越小，穩(wěn)定性就越差。 (5) 橫交坡：主要軟弱結(jié)構(gòu)面的走向與坡面走向近于垂直，穩(wěn)定性較好，很少發(fā)生大規(guī)模的滑坡。3地形地貌條件斜坡坡度越大、越高，斜坡穩(wěn)定性越差。從區(qū)域地形地貌條件看，斜坡變形破壞主要集中發(fā)育于山地環(huán)境中，尤其在河谷強(qiáng)烈切割的峽谷地

5、帶。4水的作用水不僅是流動體的組成部分，也是流動體的搬運(yùn)介質(zhì)，水對巖土體的浸泡使之成為流塑狀態(tài)，減小與地面坡角的摩擦力，對斜坡穩(wěn)定產(chǎn)生顯著影響，主要包括軟化作用沖刷作用靜水壓力動水壓力和浮托作用等。（1） 軟化作用水的軟化作用指由于水的活動使巖土體強(qiáng)度降低的作用。當(dāng)巖體或其中的軟弱夾層親水性較強(qiáng)，有易溶于水的礦物存在時，浸水后的巖石和巖體結(jié)構(gòu)遭到破壞，發(fā)生崩解泥化現(xiàn)象，使之抗剪強(qiáng)度降低，影響斜坡的穩(wěn)定性。（2） 沖刷作用河谷岸坡因水流沖刷而使斜坡變高變陡，不利于斜坡的穩(wěn)定性。沖刷還可使坡角和滑動面臨空，易導(dǎo)致滑動。水流沖刷也常是岸坡崩塌的原因。此外，大壩下游在高速水流沖刷下形成沖刷坑，其發(fā)展的

6、結(jié)果會使沖刷邊坡不斷崩落，以威脅大壩安全。（3） 靜水壓力作用于斜坡上的靜水壓力主要有三種情況，其一是當(dāng)斜坡被水淹沒時作用在坡面上的靜水壓力；其二是巖質(zhì)斜坡張裂隙充水時的靜水壓力；其三是作用于滑體底部滑動面的靜水壓力。當(dāng)斜坡被水淹沒，而斜坡的表部相對不透水時，坡面上就承受一定的靜水壓力。由于該靜水壓力指向坡面且與其正交，所以對斜坡穩(wěn)定有利。巖質(zhì)斜坡的張裂隙，如果因降雨或地下水活動使裂隙充水，則裂隙將承受靜水壓力的作用。該靜水壓力公式為：式中：H為裂隙水的水頭；L為充水裂隙的長度；w為水的密度；g為重力加速度。 如果斜坡上部為相對不透水的巖土體，則當(dāng)河水位上漲或水庫蓄水時，地下水位上升，斜坡內(nèi)不

7、透水巖體底部將受到靜水壓力的作用，削減該結(jié)構(gòu)面上的有效應(yīng)力，從而降低了抗滑力，不利于斜坡的穩(wěn)定性。顯然，地下水位越高，對斜坡穩(wěn)定越不利。（4）動水壓力如果斜坡巖土體是透水的，地下水在其中滲流時由于水力梯度作用，就會對斜坡產(chǎn)生動水壓力，其方向與滲流方向一致，指向臨空面，因而對斜坡穩(wěn)定是不利的。在河谷帶當(dāng)洪水過后河水位迅速下降時，岸坡內(nèi)可產(chǎn)生較大的動水壓力，往往使之失穩(wěn)。同樣，當(dāng)庫水位急劇下降時，庫岸也會由于很大的動水壓力而致失穩(wěn)。此外，地下水的潛蝕作用，會削弱甚至破壞土體的結(jié)構(gòu)連結(jié)，對斜坡穩(wěn)定性也是有影響的（5） 浮托力處于水下的透水斜坡，將承受浮托力的作用，使坡體有效重量減輕，對斜坡穩(wěn)定不利。

8、一些由松散堆積物組成庫岸的水庫，當(dāng)蓄水時岸坡發(fā)生變形破壞，原因之一就是浮托力的作用。5 地震地震對斜坡穩(wěn)定性影響較大。強(qiáng)烈地震時由于水平地震力的作用，常引起山崩滑坡等斜坡破壞現(xiàn)象。地震對斜坡穩(wěn)定性的影響，是因?yàn)樗降卣鹆κ狗ㄏ驂毫ο鳒p和下滑力增強(qiáng)，促使斜坡易于滑動，此外，強(qiáng)烈地震的振動，使地震帶附近巖土體結(jié)構(gòu)松動，也給斜坡穩(wěn)定帶來潛在威脅。二 斜坡穩(wěn)定性的評價方法 斜坡穩(wěn)定性評價在工程地質(zhì)工作中是一個非常重要的課題。其目的是，合理設(shè)計人工邊坡，使之既穩(wěn)定又安全，又不浪費(fèi)開挖工作量；評定核算與工程有關(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；對已建成的人工邊坡檢查其穩(wěn)定性狀況；為整治斜坡提

9、供設(shè)計依據(jù)。斜坡穩(wěn)定性評價方法有很多，常用的有：自然歷史分析法力學(xué)計算法圖解法和工程地質(zhì)類比法。1自然歷史分析法 這種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，從而對斜坡穩(wěn)定性做出初步評價。自然歷史分析法主要包括三方面的研究內(nèi)容：（1）區(qū)域地質(zhì)背景的研究，即在區(qū)域地質(zhì)背景下分析斜坡的成因、斜坡結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)面的位置、性質(zhì)、連通情況；結(jié)構(gòu)面與臨空面的關(guān)系；斜坡可能破壞的類型、規(guī)模等。（2）分析促使斜坡演變的主導(dǎo)因素，即分析區(qū)域氣候、地震、庫水等影響因素或因素組合對斜坡穩(wěn)定性的影響。（3）預(yù)測斜坡所處的演化

10、階段和發(fā)展趨勢。2力學(xué)計算法力學(xué)計算法主要適用于滑坡類破壞形式，是一種定量評價的方法。常用的是剛體極限平移法。采用這種方法的前提是：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；破壞面上的強(qiáng)度由凝聚力和摩擦力（C值）控制，即遵循庫倫定律；滑體中的應(yīng)力，以正應(yīng)力和剪應(yīng)力的方式，集中作用于滑面上；以平面課題來處理。（1） 土質(zhì)斜坡穩(wěn)定性計算 土質(zhì)斜坡可分為無粘性土斜坡和粘性土斜坡，對這兩種斜坡的穩(wěn)定性計算方法是不同的。1無粘性土斜坡干燥條件下，設(shè)坡角為，坡面上土體自重為W，則W可分解為平行坡面的力T和垂直坡面的力N。其計算公式為： T為切向力；由法向力N引起的抗滑力為粒間的

11、摩擦力tg(為內(nèi)摩擦角)。則沙土坡的穩(wěn)定性系數(shù)K為： 2粘性土斜坡粘性土斜坡穩(wěn)定性計算最常用的方法是圓弧法。這種方法假定滑動面的空間形狀為一圓柱面，在剖面上則為一圓弧。下面介紹目前國內(nèi)外廣泛采用的瑞典條分法。 如圖：一簡單均質(zhì)土坡，取一假定滑弧圓心為O，半徑為R和滑弧AC。將滑動土體沿鉛直方向分成若干土條。取第i條分析，不考慮土條間的作用力，則第i條作用在滑弧面上的力有：（1）由土條自重Wi在滑弧上引起的切向力為 （2）由土條自重Wi在滑弧上引起的法向力所產(chǎn)生的抗滑力為：（3）滑動面上的凝聚力產(chǎn)生的抗滑力為：若斜坡滑動時，各土條圍繞圓心O旋轉(zhuǎn)，則斜坡的穩(wěn)定性系數(shù)為該土條的總抗滑力矩與總滑動力矩

12、之比： （二）巖質(zhì)斜坡穩(wěn)定性的計算 巖性斜坡的穩(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)定性計算時應(yīng)先確定可能的滑動面，即軟弱結(jié)構(gòu)面。其中比較簡單的是單一同向結(jié)構(gòu)面的斜坡。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)定性計算可沿滑動方向取一單寬剖面。由滑動巖體自重所產(chǎn)生的下滑力T和抗滑力F分別為 因?yàn)?所以 式中：h為由坡頂至滑動面的距離，也稱變形體高度。當(dāng)結(jié)構(gòu)面上的凝聚力很小，甚至接近零時，則滑體的穩(wěn)定性僅取決于摩擦阻力的大小，即 當(dāng)滑坡區(qū)地下水位較高，滑動體為相對隔水層時，在斜坡穩(wěn)定性計算中一定要將滑動面上地下水的靜壓力計入，有此可得斜坡穩(wěn)定系數(shù)為

13、2折線形滑動面的斜坡 斜坡滑動面不規(guī)則，在自然界中多見。計算這類斜坡穩(wěn)定性時，一般是根據(jù)所查明的滑動面起伏情況，劃分為若干折線形的塊段123.n(如圖)，每一塊段底部滑面為平直的斜面，并確定各段的計算參數(shù)，然后可根據(jù)我國鐵道部門采用的滑坡推理計算法來計算斜坡的穩(wěn)定性?；瑝K兩側(cè)的摩擦力和滑體自身擠壓力不考慮.基本荷載（僅考慮重力）計算如下：第一塊： 下滑力: 抗滑力： 剩余下滑力：第二塊： 下滑力: 抗滑力： 剩余下滑力： 第i塊： 第n塊：En>0，斜坡將會失穩(wěn)，反之斜坡則是穩(wěn)定的。 由于各塊段計算參數(shù)存在一定誤差，為了安全起見，將抗滑力部分除以一個安全系數(shù)KS。則 需要指出的是，凡計算中的任一塊段的E值為負(fù)時，表示其無剩余下滑力?？紤]到斜坡中裂隙不能承受拉力，這時E取為零，然后自以下的塊段重新計算推力。3圖解法圖解法是一種定性或半定量的評價方法,以赤平極射投影為基礎(chǔ)，通過對斜坡巖體結(jié)構(gòu)面的大量調(diào)查統(tǒng)計，掌握了優(yōu)勢軟弱結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀特性，據(jù)以分析他們對斜坡穩(wěn)定性的影響。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，其基本原理都是根據(jù)斜坡所處的條件，來確定某一無因次量，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，或不同系數(shù)情況下的無因次量與坡角關(guān)系曲線圖。借助曲線