岩石力学课程Chapter8PPT学习教案

1、会计学1岩石力学课程岩石力学课程Chapter8第1页/共40页 边坡：边坡： 土质边坡土质边坡均匀介质，滑动面主要受应力条件控制均匀介质，滑动面主要受应力条件控制 岩质边坡岩质边坡 混合边坡混合边坡土质和岩质的结合面土质和岩质的结合面第2页/共40页p 岩坡的特点岩坡的特点 岩坡岩坡顾名思义，由岩体构成的边坡，由于岩体结构复杂，由断顾名思义，由岩体构成的边坡，由于岩体结构复杂，由断层，节理，裂隙切割岩块极不规则，因此，岩坡的稳定性主要由结构面层，节理，裂隙切割岩块极不规则，因此，岩坡的稳定性主要由结构面产状及组合形式控制。产状及组合形式控制。p 影响岩坡稳定的主要因素影响岩坡稳定的主要因素1

2、.岩体结构（控制性结构面）岩体结构（控制性结构面）2.降雨：结构面强度参数降低；渗透压力降雨：结构面强度参数降低；渗透压力3.地震地震4.开挖，爆破开挖，爆破5.蓄水等蓄水等第3页/共40页p 岩坡失稳表现形式岩坡失稳表现形式 1. 岩崩岩崩高陡边坡，坡顶岩体由风化，冻融，松动压力等因素作高陡边坡，坡顶岩体由风化，冻融，松动压力等因素作用而脱离并向坡脚堆积用而脱离并向坡脚堆积 2. 滑坡滑坡边坡残岩及岩体，沿着软弱结构面或剪断岩体，向临空边坡残岩及岩体，沿着软弱结构面或剪断岩体，向临空方向滑动方向滑动第4页/共40页青青海海化化隆隆至至循循化化公公路路危危岩岩体体南南昆昆铁铁路路八八渡渡滑滑坡

3、坡川川藏藏公公路路滑滑坡坡第5页/共40页云南元磨高速公路云南元磨高速公路砂泥岩高边坡滑坡砂泥岩高边坡滑坡三峡库区奉节县城古滑三峡库区奉节县城古滑坡坡第6页/共40页贵州印江岩口滑坡贵州印江岩口滑坡堵江成坝堵江成坝黄河李家峡水电站黄河李家峡水电站2#滑滑坡坡第7页/共40页黄河李家峡水电站黄河李家峡水电站坝前滑坡坝前滑坡小湾电站左坝肩边坡高小湾电站左坝肩边坡高500m，6#山头发生山头发生10万万m3崩塌崩塌第8页/共40页p 滑坡类型滑坡类型 1. 平面滑动平面滑动由一个或多个走向与坡面近于平行的滑裂由一个或多个走向与坡面近于平行的滑裂面构成，且顺走向方向的长度远大于坡高面构成，且顺走向方向

4、的长度远大于坡高-可简化为平面滑动可简化为平面滑动分析分析 2. 楔形滑动楔形滑动沿多个滑裂面交线滑动沿多个滑裂面交线滑动 “空间滑坡空间滑坡” 按空间问题分析按空间问题分析 3. 旋转滑动旋转滑动指滑裂面呈弧状，滑块绕一中心位置旋转指滑裂面呈弧状，滑块绕一中心位置旋转滑动，多发生于土质边坡或均质岩坡滑动，多发生于土质边坡或均质岩坡第9页/共40页p 滑坡的单一指标分类滑坡的单一指标分类 序序 号号 分类指标分类指标类类 型型1按滑体物质组成按滑体物质组成土质滑坡土质滑坡岩质滑坡岩质滑坡2按滑体受力状态按滑体受力状态牵引式（后退式）滑坡牵引式（后退式）滑坡推动式滑坡推动式滑坡3按滑坡发生时代按

5、滑坡发生时代古滑坡（全新世以前的）古滑坡（全新世以前的）老滑坡（全新世以来发生，现未活动）老滑坡（全新世以来发生，现未活动）新滑坡（正在活动）新滑坡（正在活动）4按主滑面与层面的关系按主滑面与层面的关系顺层滑坡顺层滑坡切层滑坡切层滑坡5按滑坡的规模按滑坡的规模小型滑坡（小型滑坡（10万立方米）万立方米）中型滑坡（中型滑坡（10万万50万立方米）万立方米）大型滑坡（大型滑坡（50万万100万立方米）万立方米）特大型（巨型）滑坡（特大型（巨型）滑坡（100万立方米）万立方米）第10页/共40页p 滑坡的单一指标分类滑坡的单一指标分类序序 号号分分 类类 指指 标标类类 别别6按滑体含水状态按滑体含

6、水状态一般滑坡一般滑坡塑性滑坡塑性滑坡塑流性滑坡塑流性滑坡7 按滑体的厚度按滑体的厚度浅层滑坡（厚度浅层滑坡（厚度H6M）中层滑坡中层滑坡(6MH20M)厚层滑坡厚层滑坡(20MH50M)8按滑面出口的位置按滑面出口的位置坡体滑坡坡体滑坡坡基滑坡坡基滑坡9按滑坡滑动速度按滑坡滑动速度缓慢滑坡缓慢滑坡间歇性滑坡间歇性滑坡 崩塌性滑坡崩塌性滑坡高速滑坡高速滑坡第11页/共40页p 滑坡的综合指标分类滑坡的综合指标分类按滑体物质按滑体物质按主滑动面成因按主滑动面成因按滑体厚度按滑体厚度粘性土滑坡粘性土滑坡黄土滑坡黄土滑坡堆积土滑坡堆积土滑坡堆填土滑坡堆填土滑坡岩石滑坡岩石滑坡破碎岩石滑坡破碎岩石滑坡

7、层面滑坡层面滑坡堆积面滑坡堆积面滑坡构造面滑坡构造面滑坡同生面滑坡同生面滑坡浅层滑坡浅层滑坡中层滑坡中层滑坡厚层滑坡厚层滑坡巨厚层滑坡巨厚层滑坡 第12页/共40页p 滑坡的基本要素滑坡的基本要素图图1-4 滑坡要素平、剖面示意图滑坡要素平、剖面示意图1.滑坡体；2.滑坡周界；3.滑坡壁；4.滑动面；5.滑坡床；6.滑坡剪出口；7.滑坡舌与滑坡鼓丘；8.滑坡台阶；9.滑坡后缘；10.滑坡前缘；11.滑坡洼地（滑坡湖）；12.拉张裂缝；13.剪切裂缝；14.羽状裂缝；15.鼓胀裂缝；16.扇形裂缝； 17.牵引性裂缝； 18.主滑线第13页/共40页p 有限元法p 离散元法p DDA法p 拉格朗

8、日元法p 刚体极限平衡法p 无单元法l传统有限元方法（E,P）l有限元强度折减法l有限元超载法l圆弧法l块体法（二维、三维）第14页/共40页 对于土坡，由于没有明显的软弱结构面，对于土坡，由于没有明显的软弱结构面，滑动面多呈圆弧状，采用圆弧法对于均质岩滑动面多呈圆弧状，采用圆弧法对于均质岩坡也可借用。坡也可借用。基本原理基本原理1. 假定坡体沿假定坡体沿O点旋转滑动点旋转滑动2. 条分（条分（610条）条）3. 计算第计算第i条条 iisinW滑动力滑动力RlctgcosWMiiiiiiR阻滑力矩阻滑力矩RsinWMiiiS滑动力矩滑动力矩iW重量重量第15页/共40页niiiniiiiii

9、niiSniiSssinWlctgcosWMMK1111滑动力矩抗滑力矩 特点特点：由于圆心：由于圆心O及滑面是任意假设的，需试验确定及滑面是任意假设的，需试验确定(Ks)min 和最和最危险滑面位置，实际计算，可查有关设计手册，教材进行危险滑面位置，实际计算，可查有关设计手册，教材进行基本原理基本原理 对于土坡，由于没有明显的软弱结构面，对于土坡，由于没有明显的软弱结构面，滑动面多呈圆弧状，采用圆弧法对于均质岩滑动面多呈圆弧状，采用圆弧法对于均质岩坡也可借用。坡也可借用。4. 计算滑坡安全系数计算滑坡安全系数第16页/共40页cosVsinWtgsinVUcosWLcFiis滑动力抗滑力关于

10、关于L，W参数详细计算见书参数详细计算见书P197。基本原理基本原理 基本假定基本假定：坡体中存在倾角：坡体中存在倾角，走向，走向 坡面的结坡面的结构面，坡顶由于风化等因素，形成张开裂隙，深度构面，坡顶由于风化等因素，形成张开裂隙，深度Z，其中水，其中水 ，边坡坡高，边坡坡高H，坡角，坡角 稳定分析稳定分析：ABCD岩块稳定安全系数岩块稳定安全系数CD裂隙裂隙面面沿沿BA滑动滑动 cosVsinW滑动力滑动力iitgsinVUcosWLc阻滑力阻滑力第17页/共40页一、滑坡体中无软弱结构面情况一、滑坡体中无软弱结构面情况 岩坡受二条结构面切割，形成双平面滑动情况（岩坡受二条结构面切割，形成双

11、平面滑动情况（AB+BC）分析较单）分析较单一滑面复杂一滑面复杂 主要特点：方程数少于待求未知数主要特点：方程数少于待求未知数补充条件方程求解。补充条件方程求解。222222SFcSNfKAB面阻滑力面阻滑力 假定滑块安全系数假定滑块安全系数K 则当滑面则当滑面AB与与BC阻滑力降低阻滑力降低K倍，滑块即处倍，滑块即处于极平衡。于极平衡。BC面阻滑力面阻滑力111111SFcSNfK第18页/共40页0yF22112211sinSsinScosNcosNW0 xF22112211cosScosSsinNsinNKNN、四个方程涉及2121SS12111222(cossin)(cossin)ff

12、NNKK112212sinsinc Fc FWKK 12112211122212(sincos)(sincos)coscosffc Fc FNNKKKK补充条件：滑块补充条件：滑块ABCD滑动时，必然离开滑动时，必然离开AB面，即面，即N10第19页/共40页二、滑坡体中存在软弱面情况二、滑坡体中存在软弱面情况 在在ABC滑体中存在滑体中存在BD软弱结构面，软弱结构面，切切割割ABC块体为块体为ABD+BCD两块刚体。两块刚体。存在相存在相互错动，作用力互错动，作用力P。 分析思路：分析思路：1.分别分析分别分析ABD+BCD两块两块；2.建立两块间的联系建立两块间的联系ACBS2N1W121

13、N2S1DPSN软弱面具体常用两种方具体常用两种方法法1. 不平衡推力法不平衡推力法2. 等等K法法第20页/共40页二、滑坡体中存在软弱面情况二、滑坡体中存在软弱面情况 1）计算第块不平衡推力）计算第块不平衡推力P(滑块在滑面滑块在滑面S1+P作用下极限平衡作用下极限平衡)ACBS2N1W121N2S1DPSN软弱面1. 不平衡推力法不平衡推力法PDS11W1N1BABDC2N2S2W222P沿沿AB滑面平衡条件：滑面平衡条件：111sinWPS111111111sinsin()PWSWc Ff N沿沿AB法向：法向：111cosNW1111111sin(cos)PWc FfW第21页/共4

14、0页二、滑坡体中存在软弱面情况二、滑坡体中存在软弱面情况 2）分析第块：分析第块：ACBS2N1W121N2S1DPSN软弱面1. 不平衡推力法不平衡推力法PDS11W1N1BABDC2N2S2W222P沿沿BC滑面滑面：沿沿BC滑面滑面法向：法向：22212sincos()SWP22212cossin()NWP22222122212cossin()sincos()c FfWPKWP岩坡整体安全系数岩坡整体安全系数第22页/共40页二、滑坡体中存在软弱面情况二、滑坡体中存在软弱面情况 2. 等等K法法块：块：抗滑力抗滑力1111111111()(cos)SPc Ff NPc FfWP滑动力滑动

15、力11sinW块：块：抗滑力抗滑力222222222212cossin()Sc Ff Nc Ff WP滑动力滑动力2212sincos()WP11111111cossinc Ff WPKKW222221222212cossin()sincos()c FfWPKKWP第23页/共40页 假定假定n个岩块组成平面滑坡体，第个岩块组成平面滑坡体，第i块，滑面倾角块，滑面倾角i，作用力，作用力Si,Ni，假，假定多滑块具有相同定多滑块具有相同K（即等（即等K法）法）N11S1P1S2N22P2Pi-1PiiiPn-1n-1n-1SnNnnn 设第设第i块作用于块作用于i+1块不平衡推力块不平衡推力Pi

16、，方向平行于第，方向平行于第i滑面：滑面：Pi-1i-1i-WiiNiSiPi抗滑力抗滑力()iiiiiiiSPc Ff NP滑动力滑动力11cos()siniiiiiPW11cossin()iiiiiiNWP正应力正应力第24页/共40页考虑第考虑第i块抗滑安全系数块抗滑安全系数:11()cos()siniiiiiiiiiic Ff NPKPW1111(cossin()cos()siniiiiiiiiiiiiiic Ff WPPKPW将将Ni代入，可导出：代入，可导出：同理：第同理：第n块（最后一块）块（最后一块）1111cossincos()sinnnnnnnnnnnnnnfWPc FKP

17、WnnnnnSf Nc F11cos()sinnnnnnPW11cossin()nnnnnnN WP 由（由（13）式可看出，要计算最后一块）式可看出，要计算最后一块K，须先计算，须先计算Pn-1即需要由（即需要由（12）式递推公式，逐块计算）式递推公式，逐块计算P1，P2Pn-1(其中：其中：P1计算时，计算时，P0=0)第25页/共40页基本假定“精确精确”解析解解析解与工程实际不符与工程实际不符“精确精确”求解的过程与方法求解的过程与方法精确精确基本假定基本假定？数学解析方法刚塑性假定刚塑性假定同时破坏假定同时破坏假定不考虑滑床变形不考虑滑床变形无法考虑开挖无法考虑开挖刚体极限平衡法刚体

18、极限平衡法1.1 误差的由来误差的由来误差误差第26页/共40页1.2 刚体极限平衡法存在的不足刚体极限平衡法存在的不足 强度参数的选取 计算方法的局限 破坏标准的判定破坏的标准是按照滑动面同时破坏而制定的，并没有考虑滑坡的渐进破坏在计算中要么选取峰值强度，要么选取残余强度，没有考虑峰值强度向残余强度的变化无法模拟边坡施工过程、开挖引起的二次应力场，加固措施、加固时机、渗流、地震等作用的影响 第27页/共40页1.2 刚体极限平衡法存在的不足刚体极限平衡法存在的不足 不符合“潘家铮极大值原理” 适用范围单一 评价方法单一无法体现出滑面上的拉剪应力的传递与转移及滑体内部的内力调整，滑面将发挥最大

19、抗滑能力的特性 只能模拟均质性较强的土质边坡，无法模拟真实岩质边坡的非均质、各向异性的性态以及连续变形与非连续变形的破坏模式 只能模拟均质性较强的土质边坡，无法模拟真实岩质边坡的非均质、各向异性的性态以及连续变形与非连续变形的破坏模式 第28页/共40页 有限单元法是目前应用最广泛的数值分析方法。它由于部分地考虑了边坡岩体的非均质、不连续介质特征，考虑了岩体的应力应变特征，可以避免将坡体视为刚体、过于简化边界条件的缺点，能够接近实际地从应力应变特征分析边坡的变化破坏机制，对了解边坡的应力分布及应变位移变化很有利。 它的基本思想是将一个连续体离散化，变换成有限数量的有限大的单元集合，这些单元之间

20、只通过结点来连接和制约，用变换后的结构系统代替实际的系数采用标准的结构分析来进行处理。 第29页/共40页o 符合滑坡实际的破坏模式o 引入塑性理论，随拉剪应力超限，强度参数由峰值强度向残余强度转化o 符合潘家铮“极大值原理”能反映滑坡破坏的内力与应力的调整o 能够模拟各种性态的滑坡均质性较强的土质滑坡；非均质、各向异性的岩质滑坡o 评价方法全面既能稳定性控制，又能整体、局部的变形控制第30页/共40页滑动面的模拟界面单元、摩擦单元通过有限元方法模拟真实条件下边坡的岩层、断层、风化层参数与工程性状，获得接近真实情况下的应力、变形等成果 安全系数界面单元、摩擦单元的分析成果 （法向应力与剪切应力成果）弹性分析弹塑性分析不考虑拉应力tantaniiniiimiiisiiiinmClClFll初级思想taniniiisiniClFl第31页/共40页sF 临界滑动条件下诱发失稳荷载边坡现状条件下同性质不利荷载*临界滑动条件的判定标准、不收敛；、发散；、折减过程中位移曲线的突变点理想弹塑性不计残余强度，峰值强度=残余强度弹塑软化计入残余强度*计算的过程*超载的方式第32页/共40页*临界滑动条件的判定标准、不收敛；、发散；、折减过程中位移曲线的突变、不收敛；、发散；、折减过程中位移曲线的突变点点*折减的内容 、所有结构面按同一比例同时折减、所有结构面按同