第五章邊坡穩(wěn)定性工程地質(zhì)

中國礦業(yè)大學(xué)

工程地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)第五章邊坡穩(wěn)定性工程地質(zhì)分析主講：董青紅教授第五章

邊坡穩(wěn)定性工程地質(zhì)分析1.邊坡概念2.邊坡變形破壞的類型和機(jī)制3.影響邊坡穩(wěn)定性的因素

4.邊坡穩(wěn)定性評價(jià)

第一節(jié)

邊坡概念一.邊坡概念1.邊坡是指地殼表層一切具有側(cè)向臨空面的地質(zhì)體.

2.分類:可以分為自然邊坡:如:山坡,海岸,河湖岸等;人工邊坡:如:路塹,礦坑,人工開挖基坑等;

邊坡實(shí)況邊坡滑移破壞第一節(jié)

邊坡概念第一節(jié)

邊坡概念二.邊坡特征

1.邊坡在內(nèi)外營力作用下,不斷的改變坡高和坡角,使內(nèi)力分布隨之而變化;2.自然斜坡破壞是山區(qū)重要的工程動(dòng)力地質(zhì)作用;3.人工邊坡在水電,鐵路,采礦等工程重造成巨大損失;4.邊坡是一類環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害;第一節(jié)

邊坡概念三.邊坡中應(yīng)力分布第一節(jié)

邊坡概念1.斜坡中的應(yīng)力分布狀態(tài)(1)斜坡形成前，天然狀態(tài)下巖土體內(nèi)處于原始應(yīng)力狀態(tài)，自重應(yīng)力,構(gòu)造應(yīng)力;

主應(yīng)力方向?yàn)殂U直,水平狀態(tài);(2)形成斜坡后,側(cè)向臨空面產(chǎn)生卸荷回彈,引起主應(yīng)力重新分布,集中;

研究方法：數(shù)值模擬(有限單元)，光彈試驗(yàn)，模型試驗(yàn)(3)應(yīng)力重分布分析:a.斜坡面附近的主應(yīng)力軌跡明顯發(fā)生偏轉(zhuǎn);b.最大主應(yīng)力平行于坡面,而最小主應(yīng)力則垂直于坡面,在坡面附近產(chǎn)生應(yīng)力集中帶，坡腳和坡肩應(yīng)力集中明顯;c.主應(yīng)力發(fā)生偏轉(zhuǎn),坡體內(nèi)的最大剪應(yīng)力也發(fā)生變化,由直線狀>凹向坡面的圓弧狀;

d.坡面處于二向應(yīng)力狀態(tài),坡面處的徑向應(yīng)力實(shí)際為0;第一節(jié)

邊坡概念第一節(jié)

邊坡概念2.影響斜坡應(yīng)力分布的因素第一節(jié)

邊坡概念2.影響斜坡應(yīng)力分布的因素

(1)巖體初始應(yīng)力狀態(tài)的影響,主要是水平構(gòu)造應(yīng)力;(2)坡形的影響,如坡高和坡角等,W/H，坡面形態(tài)的凹凸;(3)巖土體的性質(zhì)和結(jié)構(gòu),泊松比,結(jié)構(gòu)面等，蠕動(dòng)變形特性;第二節(jié)斜坡變形破壞的的類型和機(jī)制一.斜坡變形的類型型1.拉裂:在局部拉應(yīng)力和和張力帶內(nèi),形成張裂隙的變變形形式2.蠕滑:巖土體沿局部剪剪切面向臨控方方向的緩慢剪切切滑移.若貫通,則演變成滑坡.一般發(fā)生在坡體體內(nèi).3.彎折傾倒:由陡傾板狀巖石石組成的斜坡,當(dāng)走向與坡面平平行時(shí),在重力作用下所所發(fā)生的向臨空空方向同步彎曲曲的現(xiàn)象.第二節(jié)斜坡變形破壞的的類型和機(jī)制第二節(jié)斜坡變形破壞的的類型和機(jī)制二.斜坡破壞類型1.崩塌(1)特點(diǎn):突然脫離母體,發(fā)生在高陡邊坡坡的坡肩部位,質(zhì)點(diǎn)位移Sy>Sx,在垂直方向運(yùn)動(dòng)動(dòng)為主;其無依附面,飛躍而下,規(guī)律復(fù)雜,爆發(fā)突然。(2)分類:從規(guī)模上上,由墜石,山崩等;從物質(zhì)成成分上,由土崩,巖崩;(3)產(chǎn)生的機(jī)機(jī)制：是是由于動(dòng)動(dòng)力學(xué)平平衡條件件被打第二節(jié)斜坡變形形破壞的的類型和和機(jī)制2.滑坡(1)特點(diǎn):沿剪切面面滑移,形成滑移移面,有依附面面存在;質(zhì)點(diǎn)位移移,Sx>Sy;速度慢,規(guī)模大;具有整體體性,破壞嚴(yán)重重;斜坡破壞壞形式中中分布最最廣，危危害最嚴(yán)嚴(yán)重的一一種(2)機(jī)制:下滑力>抗滑力,安全系(3)規(guī)模:可達(dá)數(shù)億立方米;滑坡舌滑坡體滑坡側(cè)壁壁滑坡臺(tái)階階滑坡床滑坡面后緣環(huán)狀拉裂裂隙滑坡后壁我國滑坡和泥泥石流分布圖圖2004年12月11日晚10時(shí)30分左右，甬臺(tái)臺(tái)溫高速公路路柳市附近突突發(fā)達(dá)大面積積山體滑坡事事故，致使溫溫州大橋白鷺鷺嶼至樂成鎮(zhèn)鎮(zhèn)一段的高速速公路雙向車車道全部癱瘓瘓。瓦伊昂水庫滑滑坡滑動(dòng)前位位移觀測資料料（a）和地質(zhì)剖面面圖（b）（據(jù)L.Muller，1974）①——灰?guī)r；②——含粘土夾層的的薄層灰?guī)r（（侏羅系）；；③——含燧石的厚巖巖灰?guī)r（白堊堊系）；④——泥灰質(zhì)灰?guī)r（（白堊系）；；⑤——老滑坡；⑥——滑移面；⑦⑦——滑動(dòng)后地面線線雅壟江霸王山山滑坡形成過過程示意圖第二節(jié)斜坡變形破壞壞的類型和機(jī)機(jī)制某高速公路一一順層巖質(zhì)滑滑坡的形成及及治理第二節(jié)斜坡變形破壞的類類型和機(jī)制第二節(jié)斜坡變形破壞的類類型和機(jī)制三.崩塌的危害及形成成條件1.危害

崩塌一一般危害交通,航運(yùn),房屋建筑等;2.形成條件(1)巖性:脆,硬性巖石,高陡邊坡,發(fā)生于砂巖,石英巖,灰?guī)r處;

(2)節(jié)理構(gòu)造:在重力作用下,卸荷,產(chǎn)生張裂縫,陡傾節(jié)理發(fā)育,延展范圍大,切割成快體獨(dú)立;

(3)地形,坡形的影響:坡角>45度;

(4)風(fēng)化作用:在風(fēng)化營力作用下下,裂隙加深;

(5)地震:地震作用下,裂隙水作用;第二節(jié)斜坡變形破壞的類類型和機(jī)制3.運(yùn)動(dòng)特征質(zhì)質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)位移,Sx<Sy,在垂直方向運(yùn)動(dòng)為為主,突然脫離母體;在懸崖處符合自由由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律;其運(yùn)動(dòng)形式主要為為跳躍和滾動(dòng),規(guī)律復(fù)雜,爆發(fā)突然,其動(dòng)能形式:I轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,w角速度;第二節(jié)斜坡變形破壞的類類型和機(jī)制四.滑坡1.形態(tài)要素其其主要組成為滑滑坡體,滑坡床,滑動(dòng)面(帶),滑坡周界,滑坡壁,滑坡臺(tái)階,滑坡舌,滑坡裂隙等;此外,還有一些滑坡標(biāo)志志:封閉洼地,滑坡鼓丘,滑坡泉,馬刀樹,醉漢林等.第二節(jié)斜坡變形破壞的類類型和機(jī)制2.識(shí)別滑坡識(shí)別是研究滑滑坡的最基礎(chǔ)的工工作。正在活動(dòng)的的滑坡形態(tài)要素清清晰容易識(shí)別；老老滑坡則因后期改改造強(qiáng)烈難于識(shí)別別。==》找滑坡要素及特征征實(shí)際滑坡調(diào)查：遙遙感信息、地面地地質(zhì)測繪、勘探試試驗(yàn)其中航片上識(shí)別滑滑坡形態(tài)要素；地面地質(zhì)測繪搜勘探了解滑坡體的結(jié)構(gòu)、巖石破碎程度、地下水位、滑動(dòng)面（帶）的位置。3.滑坡活動(dòng)的階段性總體上是動(dòng)態(tài)變化的，往往具有周期性。每個(gè)周期的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征可以概括為四個(gè)階段：（1）蠕滑階段—變形階段，斜坡內(nèi)不連續(xù)剪切破壞面出現(xiàn)，持續(xù)時(shí)間長（2）滑動(dòng)階段滑動(dòng)面貫通，前方出現(xiàn)剪出口，移動(dòng)速率增大（3）劇滑階段滑動(dòng)速率迅速增大（4）穩(wěn)定階段滑動(dòng)速率降低或停止第二節(jié)斜坡變形破壞的類類型和機(jī)制4.分類（1）按滑動(dòng)面與巖層層層面的關(guān)系分:均質(zhì)滑坡,順層滑坡,切層滑坡等（2）按滑坡始滑動(dòng)部部位分：推動(dòng)式滑滑坡、牽引式滑坡坡、混合式滑坡、、平移式滑坡（3）按巖土類型分類類：基巖滑坡和土土體滑坡勻質(zhì)滑坡順層滑坡切層滑坡沿巖層面滑坡沿交界面滑坡五.斜坡破壞后的運(yùn)動(dòng)動(dòng)特征（1）崩(墜)落塊石的運(yùn)動(dòng)特征征其運(yùn)動(dòng)方式隨接受受塊石斜坡的坡度度、坡形和性能不不同而不同。研究究表明(只有在坡度小于某某一臨界值(約27。)時(shí)，崩落體才停停積于崖腳：隨隨坡度增大，可可分別表現(xiàn)為滑滑動(dòng)、滾動(dòng)、跳跳躍和自由崩落落等方式，大部部或全部被搬運(yùn)運(yùn)至坡腳。（2）運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的““流體”化一定條件下，滑滑坡體或崩塌休休可在繼續(xù)運(yùn)動(dòng)動(dòng)過程中轉(zhuǎn)化為為“流體”狀態(tài)態(tài)，稱“流體””化。主要表現(xiàn)現(xiàn)為碎屑流、泥泥流或土爬、泥泥石(洪)流和濁流等。第二節(jié)斜坡變形破壞的的類型和機(jī)制碎屑流和泥流或或土爬系指由滑滑坡體或崩塌體體自身轉(zhuǎn)化而成成的流體。前者者是一種高速散散體狀流體，后后者則是一種速速度不太大的塑塑性粘滯流。泥石(洪)流按其定義應(yīng)屬屬一種洪流。它它總是與暴雨或或山洪相聯(lián)系，，是在有足夠酌酌外部水流(或降雨)參與下形成成的一種高高密度“流體”。我國1981、1982四川暴雨滑滑坡發(fā)生期期間，有不不少這樣的的實(shí)例。濁流)系指水下的的高密度流流或異重流流，見于水水下滑坡。?；胨兄械幕禄蚧虮浪w，，也可部分分轉(zhuǎn)化為濁濁流。第二節(jié)斜坡變形破破壞的類型型和機(jī)制泥石型水石型泥流型坡面型泥石石流溝谷型泥石石流第三節(jié)影響滑坡穩(wěn)穩(wěn)定性的因因素一.影響因素分分析主要可以分分為三類:影響斜坡巖巖土體強(qiáng)度度巖巖性、風(fēng)化化等影響斜坡的的形狀河河流沖沖刷、人工工開挖等影響斜坡內(nèi)內(nèi)的應(yīng)力狀狀態(tài)堆堆載，爆爆破、地震震、水壓力力等根據(jù)影響程程度劃分為為二類：主導(dǎo)因素：：巖土類型型性質(zhì)、地地質(zhì)構(gòu)造和和巖體結(jié)構(gòu)構(gòu)、風(fēng)化作作用、地下下水活動(dòng)觸發(fā)因素：：地震、洪洪水、暴雨雨、堆載、、人工爆破破等。第三節(jié)影響滑坡穩(wěn)穩(wěn)定性的因因素二.巖土體類型型,性質(zhì)堅(jiān)硬巖土抗抗變形能力力強(qiáng)，斜坡坡穩(wěn)定粘性類土,黃土類土中中發(fā)育較多多,形成易滑組組合;軟弱地層常常發(fā)生滑坡坡三.巖體結(jié)構(gòu)和和構(gòu)造平疊坡順向坡逆向坡橫交坡斜交坡四.地形地貌主要發(fā)育在在山地環(huán)境境中;第三節(jié)影響滑坡穩(wěn)穩(wěn)定性的因因素五.地下水作用用主要考慮沖沖刷,軟化,靜水壓力、、動(dòng)水壓力力、浮托力力;六.地震地震主要產(chǎn)產(chǎn)生山崩和和滑坡;七.人類因素素主要是人人類工程程經(jīng)濟(jì)活活動(dòng)順向?qū)訝顮铙w斜坡坡水動(dòng)力力學(xué)基本本模型左：包氣氣帶－季季節(jié)變動(dòng)動(dòng)帶水動(dòng)動(dòng)力型：：（a）（b）間歇裂裂隙充水水承壓型型（陰影影曲線代代表空隙隙水壓力力分布狀狀況），，（c）間歇下下滲－潛潛水型，，（d）間歇潛潛水型；；右：層層間含水水層水動(dòng)動(dòng)力型:（a）弱循環(huán)環(huán)承壓型型，（b）、（c）強(qiáng)循環(huán)環(huán)承壓型型第四節(jié)邊坡穩(wěn)定定性評價(jià)價(jià)一.意義實(shí)行邊坡坡穩(wěn)定性性評價(jià),是為研究究應(yīng)力平平衡,并提出有有力的防防治措施施.二.自然歷史史分析法法1.進(jìn)行區(qū)域域地質(zhì)背背景研究究;2.分析促使使斜坡變變形破壞壞的主導(dǎo)導(dǎo)因素和和觸發(fā)因因素;3.預(yù)測斜坡所處處的演化階段第四節(jié)邊坡穩(wěn)定性評評價(jià)三.力學(xué)計(jì)算法(解析計(jì)算和數(shù)數(shù)值模擬)(一)對于土質(zhì)斜坡坡穩(wěn)定系數(shù)Fs=抗滑力/下滑力1）對無粘性土土：2）對粘性土:(二）對單一結(jié)結(jié)構(gòu)面(三）對折線形形結(jié)構(gòu)面求取安全系數(shù)數(shù)，判別穩(wěn)定定性(四）數(shù)值模擬擬第四節(jié)邊坡穩(wěn)定性評評價(jià)(一)對于土質(zhì)斜坡坡1)無粘性土土坡坡穩(wěn)定性（1）干的及水下下的無粘性土土土坡（2）滲流作用下下的無粘性土土土坡2)粘性土土坡穩(wěn)穩(wěn)定性分析（1）瑞典圓弧法法（2）瑞典條分法法1）無粘性土土土坡穩(wěn)定性（1）干的及水下下的無粘性土土土坡無粘性土的土土坡穩(wěn)定系數(shù)數(shù)NTWJ滲透力J產(chǎn)生的下滑力力和法向力分分別為NTWJ（2）滲流作用下下的無粘性土土土坡hh1h2AAL總滲透力wh1A=wh2A+JJ=wh1A-wh2A=w（h1-h2）A=whA總滲透力（Seepageforce）wh1A=wh2A+JJ=wh1A-wh2A=w（h1-h2）A=whA單位體積的滲透力力j=J/AL=whA/AL=wIj——滲透力，KN/m3；I——水力坡度；w——水的重度，KN/m3滲透力為體積力分析：1.當(dāng)滲流順坡時(shí)=與干土相比降低1/2NTWJ分析：2.滲流方向水平時(shí)與干坡相比降低了了一半多2）粘性土土坡穩(wěn)定定性分析（1）瑞典圓弧法(Swedishcirclemethod)基本假定:均質(zhì)粘性土坡滑動(dòng)動(dòng)時(shí),滑動(dòng)面近似為圓弧弧形狀,假定滑動(dòng)面以上的的土體為剛體,假定屬于平面應(yīng)變變問題OaADRWEOaADRW原理:將滑動(dòng)土體分成若若干豎直土條,求各土條對滑動(dòng)圓圓心的抗滑力矩和和滑動(dòng)力矩,各取其總和,計(jì)算安全系數(shù)。簡便法（Fellenius）（2）瑞典條分法(Swedishslicemethod)（2