工程地质第5章

1、第四章 边坡的工程地质研究 第一节 边坡及其变形的特征 第二节 影响边坡稳定性的因素 第三节 边坡稳定性评价方法 第四节 不稳定边坡的防治措施 重点：边坡变形和破坏的方式，影响边坡稳定性的因重点：边坡变形和破坏的方式，影响边坡稳定性的因 素，用赤平极射投影方法分析边坡稳定性，不稳定边素，用赤平极射投影方法分析边坡稳定性，不稳定边 坡的防治措施。坡的防治措施。 第一节 边坡及其变形的特征 一、边坡及其分类 二、边坡工程地质问题 三、边坡岩土体应力分布特征 四、边坡变形破坏 返回 一、边坡及其分类 边坡边坡是指一面临空的岩、土体斜坡。 边坡要素边坡要素： 边坡分类边坡分类 按成因分：自然边坡和人工

2、边坡 按形态分： 断崖、凸坡、直坡和凹坡 按组成物质分： 岩质斜坡、土质斜坡和岩土混合斜坡 坡角和坡高 返回 二、矿山边坡工程地质问题 矿山地表工程及露采边坡常因建设区域内山坡岩体 失稳而给工程造成困难和破坏。因此在矿山工程建 设时，要注意下面的问题： 1、对已存在的边坡的稳定性要作分析评定； 2、修建的工程是否会破坏或影响已存在边坡的稳 定性； 3、如要新建人工边坡，则需分析设计其合理坡度 和坡高。 为此，需要研究边坡变形破坏的机理及影响因素。 返回 三、边坡岩土体应力分布特征 边坡形成前的应力分布边坡形成前的应力分布 自重应力作用下，水平 地面下某点的应力分布： z=H 除此之外，还可能还

3、可能存 在区域性的水平构造应力、 温度应力等。 边坡形成后的应力分布边坡形成后的应力分布 在边坡形成过程中，由于岩土体产生卸荷，引起边坡 应力重分布，有限元计算和光弹性试验结果表明，边 坡应力重分布主要有4方面特征： （1）主应力迹线发生明显偏转；）主应力迹线发生明显偏转； （2）在坡脚形成应力集中带；）在坡脚形成应力集中带； （3）最大剪应力迹线也发生偏转，呈凹向临空面的弧线。在）最大剪应力迹线也发生偏转，呈凹向临空面的弧线。在 最大、最小主应力差值最大的部位最大、最小主应力差值最大的部位(一般在坡脚附近一般在坡脚附近)。相应。相应 形成一个最大剪应力区，因而在这里容易发生剪切变形破形成一个

4、最大剪应力区，因而在这里容易发生剪切变形破 坏；坏； 边坡中最大剪应力迹线（虚线）和主应力迹线（实线）边坡中最大剪应力迹线（虚线）和主应力迹线（实线） (4) 在坡顶和坡面的靠近表面部位，由于垂直于坡面的水平应在坡顶和坡面的靠近表面部位，由于垂直于坡面的水平应 力力3)显著减小，甚至可能出现拉应力，因而可形成一个拉显著减小，甚至可能出现拉应力，因而可形成一个拉 应力带，其范围随边坡坡角应力带，其范围随边坡坡角 和平行于河谷的水平应力和平行于河谷的水平应力2的增的增 加而增大。因此坡肩附近最易产生拉裂破坏。加而增大。因此坡肩附近最易产生拉裂破坏。 斜坡张力带分布示意图斜坡张力带分布示意图 (阴影

5、部分为张力带）阴影部分为张力带） 返回 四、边坡变形破坏 边坡变形与破坏的联系与区别边坡变形与破坏的联系与区别 边坡的变形与破坏是边坡演化的两个不同阶段。边坡 从形成开始，坡体便不断的发展变化，首先变形，逐 渐发展为破坏。变形以坡体中未出现贯通性破坏面为 特点；破坏是坡体中已产生贯通性破坏面，并以一定 速度发生位移为标志。变形与破坏是一个连续发展过 程，其间存在着量与质的转化关系。 边坡变形的方式边坡变形的方式 边坡变形的方式主要为松驰张裂松驰张裂和蠕动蠕动 边坡破坏边坡破坏 边坡破坏的形式主要为崩塌崩塌和滑坡滑坡。 返回 松驰张裂松驰张裂 边坡开挖后，坡体表部会出现一系 列与坡向近于平行的陡

6、倾斜张性裂 隙，被这种裂隙切割的岩体向临空 面方向松开、移动。这一过程和现 象称为松驰张裂松驰张裂。常把有松动裂隙 发育的坡体部位，称为斜坡卸荷带斜坡卸荷带， 也称斜坡松动带斜坡松动带。其深度是以坡面 线与松动带内侧界线之间的水平间 距来度量。 影响斜坡松动带的深度因素影响斜坡松动带的深度因素： 坡体的岩体结构、原始应力状态、 坡高、坡角等。 松弛张裂的危害性松弛张裂的危害性在于其破坏了岩土体的稳定性，使岩 土体渗透性加大，造成被面地表水、雨水渗入边坡内部， 加剧了风化作用的强度，促成边坡进一步破坏。 返回 蠕动 蠕动变形蠕动变形是指边坡 岩体主要在重力作 用下向临空方向发 生长期缓慢的塑性

7、变形的现象。 斜坡蠕动可分为表表 层蠕动层蠕动和深层蠕动深层蠕动 两种基本类型。 1、蠕变带界面；2、倾倒蠕动 返回 崩 塌 在陡坡地段，岩土体 被陡倾的拉裂面破坏 分割，在重力作用下 岩块突然脱离母体翻 滚、坠落于坡下称为 崩塌崩塌。按岩性可分为 岩崩岩崩和土崩土崩。 影响因素影响因素： 1、岩体结构 2、坡形及坡体结构 3、风化、地下水、 地震、爆破等。 坚硬岩石组成的斜坡前缘卸荷裂隙导坚硬岩石组成的斜坡前缘卸荷裂隙导 致崩塌示意图致崩塌示意图 灰岩；灰岩；砂页岩互层；砂页岩互层；石英岩石英岩 软硬岩性互层的陡坡局部崩塌示软硬岩性互层的陡坡局部崩塌示 意图意图 1砂岩；砂岩；2页岩页岩 返

8、回 滑坡 滑坡的定义滑坡的定义 滑坡是指在重力作用下边坡岩土体沿某一剪切面发生 剪切滑动破坏的现象。 滑坡要素（图）滑坡要素（图） 滑坡壁、滑坡体、滑坡床、滑动面、滑坡周界、封 闭洼地、滑坡台阶、滑坡舌等。 滑坡的分类滑坡的分类 返回 返回 滑坡的分类滑坡的分类 1)按滑坡、崩塌体的规模划分。按滑坡、崩塌体的规模划分。 滑坡（崩塌）类型滑坡（崩塌）类型小型小型中型中型大型大型巨型巨型 滑动土石体积（万滑动土石体积（万m3）1000 2)按滑坡、崩塌体的物质组成划分。按滑坡、崩塌体的物质组成划分。 岩质滑坡岩质滑坡( (崩塌崩塌) )；土质滑坡坡；土质滑坡坡( (崩塌崩塌) )；黄土滑坡；黄土滑

9、坡( (崩塌，岩性不崩塌，岩性不 明滑坡（崩塌）。明滑坡（崩塌）。 3)按滑坡、崩塌的主要诱发因素划分。按滑坡、崩塌的主要诱发因素划分。 水库蓄水诱发的滑坡水库蓄水诱发的滑坡( (崩塌）；暴雨诱发的滑坡崩塌）；暴雨诱发的滑坡( (崩塌崩塌) )；人为活；人为活 动动( (包括矿山开采，道路等包括矿山开采，道路等) )诱发的滑坡诱发的滑坡( (崩塌崩塌) )；诱发因素不明的；诱发因素不明的 滑坡滑坡( (崩塌崩塌) )。 4)按滑动面与岩土体层面关系的分类。按滑动面与岩土体层面关系的分类。 均质滑坡、顺层滑坡、切层滑坡三类（图）均质滑坡、顺层滑坡、切层滑坡三类（图） 5)5)按滑坡的滑动力学特征

10、分类按滑坡的滑动力学特征分类 推动式滑坡、平移式滑坡和牵引式滑坡（图）推动式滑坡、平移式滑坡和牵引式滑坡（图）返回 （a) 均质滑坡均质滑坡; (b) 顺层滑坡顺层滑坡 (c) 切层滑坡切层滑坡 返回 (a) 推动式滑坡推动式滑坡 (b) 平移式滑坡平移式滑坡 (c) 牵引式滑坡牵引式滑坡 始滑位置始滑位置 返回 第二节第二节 影响斜坡稳定的因素影响斜坡稳定的因素 1 1、地形地貌、地形地貌 地形地貌条件决定了边坡形态（坡角、坡高及坡面形态），大地形地貌条件决定了边坡形态（坡角、坡高及坡面形态），大 气降水的汇集和地下水的运动，从而影响边坡的稳定性。气降水的汇集和地下水的运动，从而影响边坡的稳

11、定性。 2 2、岩土类型和性质、岩土类型和性质 由于各类岩石的物理力学性质不同，所以影响边坡岩体的稳由于各类岩石的物理力学性质不同，所以影响边坡岩体的稳 定性及所能维持岩体稳定最大坡角的程度也不同。定性及所能维持岩体稳定最大坡角的程度也不同。 3 3、岩体结构、岩体结构 岩体结构是控制边坡稳定性的重要因素，岩体中各种成因的岩体结构是控制边坡稳定性的重要因素，岩体中各种成因的 结构面类型、产状、性质、规模及其组合关系与斜坡稳定关系结构面类型、产状、性质、规模及其组合关系与斜坡稳定关系 十分密切（图）。十分密切（图）。 4、 地下水作用地下水作用 地下水对斜坡稳定的影响，主要表现为：静水压力和浮托

12、力地下水对斜坡稳定的影响，主要表现为：静水压力和浮托力 ， 动水压力动水压力 ，以及水的软化与泥化作用，以及水的软化与泥化作用 。 5、其他因素、其他因素 地应力、地应力、地震、爆破震动、气候条件、岩石的风化程度、人类地震、爆破震动、气候条件、岩石的风化程度、人类 活动等。活动等。 返回 返回 第三节 边坡稳定性的评价方法 一、自然历史分析法 二、力学分析法 三、图解法 返回 一、自然历史分析法 自然历史分析法主要从地质学的角度分析研究斜坡形成的地质 历史及边坡的地形地貌、地质构造、岩性组合及水文气象条件 等自然地质环境。通过分析这些地质条件，了解边坡变形的基 本规律，预测边坡变形发展的趋势和

13、变形破坏方式从而对边 坡的演变阶段和稳定状况作出定性评价。 自然历史分析法首先应当分析边坡的区域地质背景、注意研 究当地地壳运动规律及强烈程度、区域性构造情况、区域的应 力场等。分析斜坡变形破坏与区域地质背景之间的关系。 分析边坡周围的地形地貌特征、岩土结构类型、岩性组合特 点，通过观察、监测边坡的变形情况，对边坡的成因及演化历 史进行分析，以此评价边坡稳定状况及其可能发展趋势。 分析当地水文、气象、地震等一些周期性影响因素与边坡变 形破坏之间的相关关系，特别是一些引起边坡变形破坏的主导 因素。 便于应用，近些年在该法的基础上发展了半定量方法 应当指出，自然历史分析法是基础的地质工作、最初步的

14、定自然历史分析法是基础的地质工作、最初步的定 性分析方法，是一切分析评价的基础性分析方法，是一切分析评价的基础。 返回 评估因素评估因素权重权重 因因 子子 量量 级级 划划 分分 差差中中好好 特征特征分值分值特征特征分值分值特征特征分值分值 斜坡坡度斜坡坡度( (度度) )0.160.1650504.84.830-5030-503.23.230301.61.6 斜坡高度斜坡高度(m)(m)0.100.1050503.03.0202050502.02.020201.01.0 斜坡结构类型斜坡结构类型0.150.15顺向坡顺向坡4.54.5斜向坡斜向坡3.03.0 逆向坡、逆向坡、 块状坡块状

15、坡 1.51.5 裂隙发育程度裂隙发育程度 岩体结构类型岩体结构类型 0.140.14 发发 育育 散、碎块散、碎块 状状 4.24.2 较发育较发育 块状、层块状、层 状状 2.82.8 不发育、不发育、 层状、块层状、块 状、块体状、块体 状状 1.41.4 软弱夹层软弱夹层0.170.17有有5.15.1不连续不连续3.43.4无无1.71.7 强风化带厚度强风化带厚度 (m)(m) 0.130.1310103.93.95-105-102.62.6551.31.3 残坡积层厚度残坡积层厚度 (m)(m) 0.150.156 64.54.53-63-63.03.0331.51.5 备注：斜

16、坡稳定性按总分值（备注：斜坡稳定性按总分值（D D）大小分级：）大小分级： D23.4D23.4分，稳定性差；分，稳定性差；16.7D23.416.7D23.4分，稳定性中等；分，稳定性中等；D16.7D16.7分，稳定性好分，稳定性好返回 二、力学分析法 刚体极限平衡法：计算时将滑坡体视为均质刚性体， 不考虑滑坡体本身的变形，简化边界条件及受力条 件，以摩尔-库仑抗剪强度理论为基础，将滑坡体划 分为若干条块，建立作用在这些条块上的力的平衡 力程式，求解安全系数。 （一）简单单一滑动面边坡稳定性计算 （二） 同倾向双滑动面稳定性分析 1、传递系数法(等稳定系数法） 2、剩余推力法 （三）同倾向

17、多滑动面稳定性分析 返回 （一）简单单一滑动面边坡稳定性计算 当岩质边坡有一组软弱结构面，且软弱结构面倾向与边坡倾当岩质边坡有一组软弱结构面，且软弱结构面倾向与边坡倾 向一致，走向大致相同，结构面倾角小于边坡倾角时，该边向一致，走向大致相同，结构面倾角小于边坡倾角时，该边 坡为可能的不稳定边坡，进行边坡稳定分析时一般只考虑滑坡为可能的不稳定边坡，进行边坡稳定分析时一般只考虑滑 移体自重，不考虑侧向切割面的摩阻力，沿可能的边坡滑移移体自重，不考虑侧向切割面的摩阻力，沿可能的边坡滑移 方向取一单宽剖面按平面问题计算。如图方向取一单宽剖面按平面问题计算。如图 假定滑移体断面ABC为三角形， 则滑移体

18、自重 K一般取值1.0 51.25 返回 1传递系数法(等稳定系数法) 同倾向双滑动面，以滑动转折点b点为界、我们将滑 移体分、两块，假定bd面上作用有块体对块体 的作用E ，E 平行于ab,等稳定系数法就是使滑 移体、具有相同的稳定系数K。 返回 2、剩余推力法 剩余推力法是目前国内应用较多的方法，该方法求 解过程是首先求解其边坡最上部的滑移块体 的剩 余推力，将剩余推力传至下一滑移块体 叠加后求 解第块滑移块体的稳定系数。 返回 （三）同倾向多滑动面稳定性分析 对同倾向多滑动面稳定性分析，一般采 用剩余推力法 返回 三、图解法 (一）赤平极射投影原理 （二）用赤平极射投影法分析边坡稳定性

19、1、由一组软弱结构面控制的边坡 2、由两组软弱结构面控制的边坡 返回 NHSK为一通过球心的倾斜平面。它与球面的交线为一个大圆。 自下极仰视上半球NHS面，其赤平投影为NMSN，NMS为一圆 弧，从图可知： (1)NS的方向代表NHSK面的走向。 (2)MO的方向代表曲面的倾向。 (3) OM线的长短可以反映NHS面的倾角。倾角的刻度是自W 至O点为090。 返回 返回 返回 第四节 不稳定边坡的防治措施 一、防治原则一、防治原则 对不稳定边坡的防治以防为主、综合治理、及时对不稳定边坡的防治以防为主、综合治理、及时 处理的原则处理的原则 二、边坡变形位移观测二、边坡变形位移观测 三、防治措施三

20、、防治措施 1坡面防护及地表排水坡面防护及地表排水 2阻排地下水阻排地下水 3削坡减荷削坡减荷 4支挡及加固措施支挡及加固措施 返回 （一）边坡变形位移观测（一）边坡变形位移观测 1 1、观测方法、观测方法 2、成功预报实例、成功预报实例 3、沉痛教训、沉痛教训 返回 1、观测方法 1、观测网站(图6-43） 2、简单方法(图6-44） 返回 2、预测预报实例：智利楚基卡马塔斑岩铜、预测预报实例：智利楚基卡马塔斑岩铜 矿东侧边坡矿东侧边坡 边坡特征：总高度边坡特征：总高度248248米，总坡度米，总坡度4343度。矿区位于沙漠地区，度。矿区位于沙漠地区， 边坡岩性为未蚀变斑状花岗闪长岩。边坡岩

21、性为未蚀变斑状花岗闪长岩。 边坡演化及位移观测时间表：边坡演化及位移观测时间表： 19661966年年8 8月发现张裂缝，开始观测，小移动后停止，监测中月发现张裂缝，开始观测，小移动后停止，监测中 断；断； 19671967年年1212月月2020，矿区发生里氏，矿区发生里氏5 5级地震，诱发边坡重新滑动；级地震，诱发边坡重新滑动； 19681968年年6 6月重新开始位移监测：张裂缝测量，普通测量。位月重新开始位移监测：张裂缝测量，普通测量。位 移持续增大。移持续增大。 19681968年年8 8月，从边坡顶底清除月，从边坡顶底清除450450万吨土石方，但无显著效果。万吨土石方，但无显著效

22、果。 19681968年底显示大型滑坡不可避免，预防措施：重新布置运输年底显示大型滑坡不可避免，预防措施：重新布置运输 线路，储备矿石等。线路，储备矿石等。 1969年年1月月13日作位移数据预测图，预测最早破坏日期日作位移数据预测图，预测最早破坏日期1969 年年2月月18日日 1969年年1月月13日边坡破坏预测图日边坡破坏预测图 1969年年1月月13日作位移数据预测图，预测最早破坏日期日作位移数据预测图，预测最早破坏日期1969年年2月月18日日 1969年年2月月16日下午关闭停产日下午关闭停产 1969年年2月月18日下午日下午6时时58分边坡破坏，涉及土石方量分边坡破坏，涉及土石

23、方量1200多万吨。多万吨。 1969年年2月月19日复产。日复产。 返回 3、沉痛教训、沉痛教训 导致事故发生的直接原因有五条：导致事故发生的直接原因有五条： （1 1）排土场地基土质松软，承载能力差；）排土场地基土质松软，承载能力差； （2 2）企业违规超排；）企业违规超排； （3 3）排土场设计依据不充分，地质资料不全，而且没）排土场设计依据不充分，地质资料不全，而且没 有施工图，施工中缺乏技术管理；有施工图，施工中缺乏技术管理； （4 4）对排土场的安全监测不落实，四月份就发现裂隙，）对排土场的安全监测不落实，四月份就发现裂隙， 但有关部门没有采取有效措施；但有关部门没有采取有效措施； （5 5）企业和当地政府没有撤走排土场下游的民房和散）企业和当地政府没有撤走排土场下游的民房和散 居人员。居人员。 返回 2008年山西省娄烦尖山铁矿年山西省娄烦尖山铁矿“81”特别重大排土场垮特别重大排土场垮 塌事故，死亡人数至少在塌事故，死亡人数至少在41人以上。人以上。 1坡面防护及地表排水坡面防护及地表排水 为防止