岩体力学-第五章 岩石边坡.PPT

1、第五章岩石边坡 本章主要讲授的内容： 岩石工程设计一般方法；潜在边坡问题评价；边坡问 题的平面破坏分析；边坡问题的楔体破坏分析；边坡 监测与预报；边坡加固方法 边坡分类： 按组成物质分：岩石边坡和土质边坡 按成因分：天然边坡和人工边坡 岩石边坡和土质边坡的物质构成无本质差别，但是其结构完全不同， 工程地质以及水文地质、力学特性显著不同，使得两者的力学性能、 边坡破坏模式不同。 本章主要讲 岩石边坡 潜在边坡问题评价（边坡岩体稳定性的初步评价） 边坡岩体变形特征：松动和蠕动 1.松动：边坡形成初始阶段，坡体表面往往出现一系列与坡面 平行陡倾角张开裂隙，称为松动，是一种斜坡卸荷回弹的过程和现 象实

2、践中把发育有松动裂隙的坡体部位，称为边坡松动带。是边坡 变行和破坏的初始表现。 2.蠕动：边坡在自重应力为主的坡体应力长期作用下，向临空方向 缓慢而持续的变形，称为蠕动。 分为 表层蠕动：对于破碎的岩质边坡和土质边坡是一种典型的蠕动 深层蠕动:包括软弱基蠕动和坡体蠕动 .边坡破坏基本类型 圆弧破坏，平面破坏，楔体破坏和倾倒破坏 前三者可以统称为滑坡，倾倒破坏也叫崩塌。 圆弧破坏：在表土、废石堆和散体结构中常见的破坏 平面破坏：结构面走向和边坡走向平行或接近平行，结构面倾向和 坡面倾向一致或接近一致时，如果结构面迹线在坡面上出露，则可 能出现平面破坏。 楔体破坏：在块状岩体结构中，当两组结构面与

3、坡面斜交，切割成 楔体结构：两结构面交线出露于边坡坡面时，可能出现楔体破坏。 倾倒破坏：在层状结构岩体中，结构面平行于边坡走向，倾向与坡 面倾向相反，且受垂直坡面的结构面切割。 2.边坡稳定的影响因素： 不连续面的破坏作用 改变斜坡变形，引起坡体应力分布变化 改变边坡岩体的力学性质，使坡体强度降低 边坡直接受各种力作用 结构体的实体比例投影 l该方法由中国科学院地质研究所研究员孙玉科提出； l将结构面的赤平极射投影和平行投影结合起来，根据实测数据 比例作实体比例投影。 l可求切割成结构体的结构面及其组合交线的相对关系及其具体 空间方位。 l赤平投影解决面、线的夹角和组合关系； l实体比例（直角

4、投影）解决面、线和点的长度距离问题。 实体比例投影 A O KM B C L D 结构面COKMB,为B1B2 结构面AOLMD ,为A1A2 坡面为的D1D2 M K H 实体比例投影 3 D 1 O 1 K 1 M 1 L 4 D 2 L 2 K 2 M 2 O 3 O 3 M 步骤 1.作三个面的赤平投影, O1K1为结构面B1B2与坡面D1D2的交线投影 O1L1为结构面A1A2与坡面D1D2的交线投影 O1M1为结构面A1A2与结构面B1B2的交线投影 H 危险结构面检验危险结构面检验 .Markland.Markland检验方法检验方法 . .边坡投影大圆弧边坡投影大圆弧 . .两

5、交线投影两交线投影 . .结构面摩擦角作摩擦圆结构面摩擦角作摩擦圆 交线的投影位于位于投影圆弧和摩擦圆所围成的阴影区内，边坡潜在交线的投影位于位于投影圆弧和摩擦圆所围成的阴影区内，边坡潜在 不稳定不稳定 . . HockingHocking检验方法检验方法 边坡岩体结构图的基本内容 .拟建边坡外形轮廓线平面图，即台阶、坡面线和境界线 .边坡岩体结构类型分界线 .边坡岩体结构面及坡面的赤平投影图 .边坡潜在稳定性分析 编制边坡岩体结构图的基础资料 工程地质平面图：表达工程地质岩组划分和构造结构面分级 地质年代和相应的地层单位表 岩石地层单位：以岩石岩相特征作为主要依据而划分的地层单位。 主要岩石

6、地层单位包括群、组、段和层。 地质年代表地质年代表 工程地质岩组划分(谷德振教授提出) 结构面分类：原生结构面，构造结构面和次生结构面 岩组划分标志：岩性标志，成因相同(岩浆岩、沉积岩和变质岩)， 具有同类物质成分的单种岩石；原生结构标志，每一岩组中原生 结构面(沉积结构面、火成结构面和变质结构面)成因相同。 地质成因和工程施工需要是工程地质岩组划分的原则。 岩体结构：岩体中的结构单元(不连续面和结构体)的组合和排列形 式叫岩体结构。包括整体状结构，块状结构，层状结构，碎裂结 构，散体状结构 构造结构面分级： 边坡工程布置平面图 岩体结构面力学性质(第二章 岩体力学的力学特性中讲的) 编制边坡

7、岩体结构图的方法 .绘坡底线 .绘制开挖线 .统计在边坡面上出露的岩组界线和结构面线 .绘制赤平极射投影图和实体比例投影图 .应用边坡岩体结构图，初步分析评价边坡稳定性，危险结构面 检验 边坡平面破坏分析 平面破坏的条件： .边坡上有一组接近于边坡平行的结构面 .这组结构面必须在坡面上出露，也就是说他的倾角小于坡面倾角 .在边坡上还必须存在一组与边坡正交的结构面，而且这组结构面 对结构体的抗滑力很小 .结构面倾角大于其摩擦角 平面破坏力学模型假定： a.滑动面与张裂缝平行于边坡走向 b.张裂缝是直立的，其中充有深度为的水 c.滑动面上有静水压力 d.只有滑动没有转动， e.考虑单位长度岩片，并

8、假定横向节理存在，在结构体侧面没有滑动 阻力。 f.滑动面抗剪强度 00 2 2 2 2 2 2 2 (cossin)tan cossin 11 () sin22sin ()()cotcot 22 1 1cotcot 2 1 cottantan 2 w pp pp www pp pf pf pfp c AWU V F VW HZ AVZUZHZ HZ HZH W Z H H WHZ 抗滑力 下滑力 张裂缝在坡顶 = 张裂缝在坡面 （) V U W Z H w Z f p 边坡稳定系数F的取值： 1 新设计边坡，重要工程F1.31.5，一般工程F1.151.3， 次要工程F1.051.15 2.

9、验算边坡稳定F1.101.25 将安全系数整理成无量纲形式 不考虑粘结力，只与H, w/Z有关。 00 2 2 2 (cos()tan cot 1 R= S= sin 1cotcotsin 1cotcotcot p p www p pfp ppf cH PQR PS F QRS ZZZ H P HH Z Q H Z Q H 2 张裂缝在坡顶 （） 张裂缝在坡面 0 (cos()tan cot p p QR PS F QRS 主要特点和适用条件 .力学模型和计算公式简单 适用于匀质砂性土，顺层岩质边坡，以及沿基岩产生平面破坏 的稳地分析 楔体破坏分析 只考虑结构面摩擦力相关计算 .垂直交线平面内

10、水平方向平衡 X方向平衡 sin()sin() 22 AB RR 2 A R 2 (2) A R B R W .垂直于两结构面交线方向平衡 方向平衡 cos()cos()cos 22 ABi RRW i W 0 ()tan sin AB w i RR F W .沿着两结构面交线方向,方向平衡满足稳 定性要求 Z Y X 楔体破坏分析 0 sin()sin() 22 cos()cos()cos 22 tansin tan sin 2 AB ABi w i RR RRW F A R B R 2 i cos i W sin i W W sin()sin() 22 cos()cos()cos0 22

11、AB ABi RR RRW sin()cossin() 22 sin sin() 2 i ABB W RRR sin()cossin() 22 1 sin sin() 2 2sincoscossin() 22 sin sin() 2 cossin sin 2 i AB i i W RR W W 楔体破坏分析 0 cos sin sin()sin() 22 coscossin (sin()sin() sin22 sin 2 tansin tan sin 2 iAB ii AB w i WRR WW RR F A R B R 2 i cos i W sin i W W 楔体破坏分析 0 000 c

12、ossin tan sin ()tansintan 2 sinsintan sin 2 i AB w iii W RR F WW 同时考虑摩擦力、粘结力和水压力的楔体破坏分析 3 ()() tan() tan 22 ww wOAOBOAOB FcXcYAXBY H 24 452, sin sincos na X 13 351, sin sincos nb Y , 2 5, coscoscos sinsin abna nb na nb A , 2 5, coscoscos sinsin bana nb na nb B .一般分析 摩擦锥：假定结构面摩擦强度在各个方向相同，则可设想一个围绕 法向力的摩擦锥。 思路 .作出楔形结构体示意图 .作出楔体各面的赤平投影 .求楔体各面的面积，利用赤平投影求得各个交角 .求作用在楔体上的力：重力，水压力和水推力， .计算视摩擦角 .求安全系数 .在边坡充水时楔体底部的力 .加锚固力知道满足安全系数要求。 边坡监测与预报 边坡监测主要是地面和岩体内部位移，裂隙监测和边坡体 内水压