第八章巖體力學(xué)在邊坡工程中的應(yīng)用

會(huì)計(jì)學(xué)1第八章巖體力學(xué)在邊坡工程中的應(yīng)用第1頁(yè)/共31頁(yè)第2頁(yè)/共31頁(yè)第3頁(yè)/共31頁(yè)第4頁(yè)/共31頁(yè)從力學(xué)特性來看分為五類1、巖石崩塌2、平移滑動(dòng)3、旋轉(zhuǎn)滑移4、巖塊流動(dòng)5、巖層曲折二、巖坡破壞形式與分類1、巖石崩塌(圖8-6a)原因：裂隙水壓力、凍脹力致第5頁(yè)/共31頁(yè)由于外界條件干擾（開挖、風(fēng)化、震動(dòng)）滑移體沿弱面滑移3、旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)(圖8-6c)由于外界條件干擾，在均質(zhì)頁(yè)巖或泥巖中產(chǎn)生新的圓弧破裂面，巖體沿此圓弧面產(chǎn)生滑移。4、巖塊流動(dòng)(圖8-6d)高應(yīng)力作用下，生產(chǎn)脆性破裂（破壞）面。不規(guī)則。5、巖層曲折(圖8-6e)在自重與裂隙水壓力共同作用下巖層面發(fā)生2、平移滑動(dòng)(圖8-6b)第6頁(yè)/共31頁(yè)巖石崩塌平移滑動(dòng)旋轉(zhuǎn)滑移巖塊流動(dòng)巖層曲折第7頁(yè)/共31頁(yè)三、巖石崩塌的力學(xué)穩(wěn)定分析圖(8-7)巖塊的翻轉(zhuǎn)發(fā)生于剪切破壞不可能的地方，這時(shí)，巖塊受到側(cè)向的推力(如靜水壓力或凍脹力等)，而引起翻轉(zhuǎn)破壞，又稱傾倒破壞。楔體翻轉(zhuǎn)的臨界中心角：d1和d2分別為水平節(jié)理間距和垂直節(jié)理間距。當(dāng)為穩(wěn)定狀態(tài)當(dāng)為不穩(wěn)定狀態(tài)一般認(rèn)為，當(dāng)巖坡的坡度大于600時(shí)該類巖坡就可然處于不穩(wěn)定狀態(tài)第8頁(yè)/共31頁(yè)抗翻轉(zhuǎn)力強(qiáng)，不容易翻轉(zhuǎn)抗翻轉(zhuǎn)力弱，容易翻轉(zhuǎn)第9頁(yè)/共31頁(yè)圖8-8平面剪切破壞滑動(dòng)體滑動(dòng)面W四、平移滑動(dòng)的力學(xué)穩(wěn)定性分析要點(diǎn)：1、單一連續(xù)滑動(dòng)面第10頁(yè)/共31頁(yè)（1）滑動(dòng)體的體積：（2）滑移面AB上總粘結(jié)力：總摩擦力：（3）穩(wěn)定系數(shù)：（4）邊坡臨界高度將K=1和W的值代入(3)得致滑力：第11頁(yè)/共31頁(yè)（5）注：在實(shí)際觀測(cè)中，順層滑動(dòng)體不是ABD楔體，而是AECD楔體。EBC楔體仍保留在原處不動(dòng)。這說明靠近滑體的后部產(chǎn)生張應(yīng)力，使滑體后緣產(chǎn)生了許多張裂縫CE。CBE穩(wěn)定塊體K>1，DCEA滑動(dòng)體張裂縫CE的理論深度：第12頁(yè)/共31頁(yè)①基本假設(shè)1.滑動(dòng)面和張性斷裂面與邊坡面走向平行。2.張性斷裂是豎直向的，并注滿水,水深為Zw。3.水沿張性斷裂的底部進(jìn)入滑面，并沿滑面滲透

4.各個(gè)力都通過滑動(dòng)面的形心起作用5.滑面的抗剪強(qiáng)度由粘結(jié)力和內(nèi)摩擦角確定，符合庫(kù)侖方程6.計(jì)算厚度為單位厚度，巖片兩側(cè)有釋放面2、張性斷裂邊坡單面滑動(dòng)第13頁(yè)/共31頁(yè)WU-水壓力在滑動(dòng)面上產(chǎn)生的浮力V-張性斷裂面上的水壓力第14頁(yè)/共31頁(yè)②穩(wěn)定性系數(shù)式中：（8-9）第15頁(yè)/共31頁(yè)3、滑體沿兩個(gè)平面剪切

剛性滑移體abc主滑面輔助面總外力第16頁(yè)/共31頁(yè)極限平衡分析：總合外力R分解為X、Y方向；并與兩個(gè)滑移面上的正壓力N和剪切力S構(gòu)成平衡條件。其中：K-穩(wěn)定系數(shù)K<1巖坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)K>1巖坡處于穩(wěn)定狀態(tài)K=1巖坡處于極限狀態(tài)第17頁(yè)/共31頁(yè)

以上極限平衡分析得到兩個(gè)方程，其中含有3個(gè)未知數(shù)、無(wú)法求解，再找一個(gè)方程。在極限狀態(tài)下，ab面脫離母體，則N1=0。由前方程求得：由此得：式中：(8-20)第18頁(yè)/共31頁(yè)

注1：由式(8-20)求得的K值為上限值。注2：如果計(jì)算K值為負(fù)，則表示不可能失穩(wěn)。注3：此分析適合于主滑面較長(zhǎng)、輔助面較短的情況。如果輔助面較平坦、較長(zhǎng)、則計(jì)算K值偏大。（三）、楔體穩(wěn)定的力學(xué)分析兩組及兩組以上的結(jié)構(gòu)面切割成一個(gè)的楔形滑體。如圖四面體ABCD沿F1、F2兩面滑位第19頁(yè)/共31頁(yè)第20頁(yè)/共31頁(yè)雙面滑移體穩(wěn)定系數(shù)其中：N1、N2分別為作用于F1、F2上的法向壓力。由正弦定律得：N1N2第21頁(yè)/共31頁(yè)四面滑位體體的自重：主、輔滑動(dòng)面的面積：-兩滑移面的法線與F1滑面法線的夾角-兩滑移面的法線與F2滑面法線的夾角第22頁(yè)/共31頁(yè)五、轉(zhuǎn)動(dòng)滑動(dòng)的力學(xué)穩(wěn)定分析第23頁(yè)/共31頁(yè)此類一般在土坡中遇見，但在風(fēng)化巖、頁(yè)巖或節(jié)理切割破碎的巖坡中也有發(fā)生。1、滑面：弧形面、圓弧狀面或?qū)?shù)螺成面2、假設(shè)：①破壞面是圓柱面②作為平面問題來分析③巖層抗剪力符合庫(kù)侖理論④破壞面上每點(diǎn)發(fā)揮最大抗剪力⑤巖石分條上鉛垂側(cè)水平力不計(jì)⑥邊坡簡(jiǎn)化為如圖8-12應(yīng)力狀態(tài)第24頁(yè)/共31頁(yè)3、K值計(jì)算Ni，Ti---巖條單元滑動(dòng)面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力4、存在裂隙水壓力時(shí)計(jì)算K值公式中的Ni，Ti變成其中：--巖條單元重量引起的剪應(yīng)力和滲透力之和。--巖條單元滑動(dòng)面長(zhǎng)度和靜水壓力。--滑移面的總弧長(zhǎng)第25頁(yè)/共31頁(yè)第26頁(yè)/共31頁(yè)六、巖塊流動(dòng)的力學(xué)分析高應(yīng)力下的脆性破壞，通過應(yīng)力分析和強(qiáng)度條件判定期穩(wěn)定狀態(tài)。發(fā)生脆性破壞的條件：七、邊坡巖層曲折分析

要點(diǎn)當(dāng)邊坡坡面有順向的巖層分布，而且?guī)r層厚度不大時(shí)，如果沿著巖層有垂直節(jié)理切割，也就是使巖層成為長(zhǎng)細(xì)柱體結(jié)構(gòu)沿著坡面分布，在沿坡面傾向的重力分量作用下，導(dǎo)致巖層彎曲破壞。第27頁(yè)/共31頁(yè)圖8-14邊坡曲折的力學(xué)分析第28頁(yè)/共31頁(yè)

用壓桿失穩(wěn)判斷的歐拉公式，可近似確定巖層曲折的荷載：如果將巖層簡(jiǎn)化為在坡頂處為鉸接，在坡趾處為固接的力學(xué)模型(圖8-14.b)。則由歐拉公式得：注：如果巖層的傾角大于邊坡的傾角，則折曲破壞不會(huì)這樣發(fā)生第29頁(yè)/共31頁(yè)