第七章边坡变形及防治..课件

1、第七章 斜坡的工程地质研究 71 岩体结构72 斜坡的变形与破坏73 影响斜坡稳定性的因素74 斜坡稳定分析与评价 75 不稳定斜坡的处理措施 71 岩体结构岩体内存在的层理、层面、断层、节理、劈理、层间错动面等各种类型的地质界面统称结构面。由结构面切割成的大小、形状不同的岩石块称结构体。结构面和结构体的组合称岩体结构。岩体结构的突出特点是不连续性。这种不连续性使岩体在力学性质上的各向异性更加增强。在受到力的作用时，岩体结构控制着岩体的变形和破坏。岩体的变形和破坏，多沿结构面剪切、滑移或开裂。所以，研究岩体的关键在于研究岩体结构，其重点在于结构面。一、岩体结构面按结构面成因分为原生结构面和次生

2、结构面两类。原生结构面：岩石形成时生成的结构面。如沉积岩的层理面、不同岩类的接触面、岩浆冷凝时生成的裂隙面、变质岩的片理面等。次生结构面：岩石在内、外营力的作用下所形成的结构面。内力作用而成的断层面、褶皱错动面、节理面，叫做构造结构面。由外动力地质作用形成的风化面、应力释放后的卸荷裂隙面、人为爆破而成的破裂面等，又叫非构造结构面。二、岩石结构体结构体是被不同形状结构组合切割形成的大小不一形态各异的单元岩块。 三、岩体结构类型P123表6-5给出了岩体结构类型及特征。72 边坡的变形与破坏斜坡包括天然斜坡和人工开挖的边坡。它具有一定的坡度和高度，在重力和其它地质营力作用下不断地发展变化着。自然界

3、的山坡、谷壁、河岸等各种斜坡之形成，正是这些地质营力作用的结果。人类工程活动也经常开挖出人工边坡，如路堑边坡，运河渠道、船闸、溢洪道边坡，房屋基坑边坡和露天矿坑的边帮等。岩体结构的基本类型 岩体结构类别地质背景结构面特征结构体特征整体块状结构整体结构岩性单一、构造变形轻微的巨厚层沉积岩、变质岩和火山溶岩、火成侵入岩结构面少，一般不超过三组，延续性极差，多呈闭合状态，无填充或含少量碎屑巨型块状块状结构岩性较单一，受轻微构造作用的厚层沉积岩和变质岩、火成岩侵入体结构面一般2-3组，裂隙延续性极差，多呈闭合状态。层面有一定的结合力块状、菱形块状层状结构受构造破坏或较轻的中厚层(大于30cm)岩体结构

4、面2-3组，以层面为主，有时也有软弱夹层或层间错动面，其延续性较好，层间结合力较差块状、柱状、厚板状层状结构薄层状结构厚度小于30cm，在构造作用下发生强烈褶曲和层间错动层理、片理发达，原生软弱夹层、层间错动和小断层不时出现。结构面多为泥膜、碎屑和泥质充填板状、薄板状碎裂结构镶嵌结构一般发育于脆硬岩层中，结构组数较多，密度较大以规模不大的结构面为主，但组数多，密度大，延续性差，闭合无填充或充填少量碎屑形状不规则，但菱角显著层状碎裂结构受构造裂隙切割的层状岩体以层面、软弱夹层、层间错动面等为主，构造裂隙甚发达以碎块状、板状、短柱状为主碎裂结构岩性复杂，构造破碎较强烈，弱风化带延续性差的结构面，密

5、度大，相互交切碎屑和大小不等的岩块。形状多种，不规则散体结构构造破碎带、强烈的风化带裂隙和节理很发达，无规则岩屑、碎片、碎块、岩粉一、斜坡变形坡斜变形以坡体末出现贯通性的破坏面为特点，但在坡体各个局部，特别是在结构面附近出现了一定程度的破裂与松动，而从整体看，并末产生滑动破坏。它表现为松动和蠕动。(一)松动斜坡形成初始阶段，坡体表面往往出现一系列与坡向近于平行的陡倾角张开裂隙，被这种裂隙切割的岩体向临空方向松开，移动。这种过程和现象称为松动。它是一种斜坡卸荷回弹的过程和现象。(二)蠕动斜坡岩土体在以自重应力为主的坡体应力长期作用下，向临空方向的缓慢而持续的变形，称为蠕动。蠕动可划分为表层蠕动和

6、深层蠕动两种基本类型。1表层蠕动斜坡浅部岩土体在重力的长期作用下，向临空方向缓慢变形，向坡体内部逐渐降低直至消失，这便是表层蠕动。破碎的岩质斜坡及松散的土质斜坡，表层蠕动甚为典型。2深层蠕动深层蠕动主要发育在斜坡下部或坡体内部。按形成机制特点，深层蠕动有软弱基座蠕动和坡体蠕动两类。小湾水电站阶梯状蠕滑-拉裂变形模式 索风营水电站2号危岩体 二、斜坡的破坏(一) 崩塌主要发生于裂隙发育的岩质斜坡以及垂直节理发育的黄土斜坡上，当开挖形成高度大、坡度陡的斜坡时，斜坡前缘的岩土体突然脱离母体，发生崩落或滚动，规模大小不等。根据崩塌岩石性质，可分为岩崩和土崩。大小不等，零乱无序的岩块(土块)呈锥状堆积在

7、坡脚的堆积物称崩积物，也可称为岩堆或倒石堆。按照崩塌体的规模、范围、大小可分为剥落、坠石和崩落等类型。剥落的块度较小，块度大于 0.5 m 者占 25% 以下，产生剥落的山坡一般在 3040 ；坠石的块度较大，块度大于 0.5 m 者占 5070% ，山坡角在 3040 范围内；崩落的块度更大，块度大于 0.5 m 者占 75% 以上，山坡角多大于 40 。 (二) 滑坡1. 滑坡的概念斜坡上的岩土体由于各种原因在重力作用下沿一定的软弱面(或软弱带)整体向下滑动的现象叫滑坡。俗称“走山”、“垮山”、“地滑”、“土溜”等。73 影响斜坡稳定性的因素主要有内在因素和外部因素两方面。内在因素包括斜坡

8、的地貌特征、岩土体的性质、地质构造、岩土体结构、岩体初始应力等。外部因素包括水的作用、地震、岩体风化程度、工程荷载条件及人为因素。内在因素对边坡的稳定性起控制作用，外部因素起诱发破坏作用。一、内在因素1.岩土类型岩土体是产生滑坡的物质基础。一般说，各类岩、土都有可能构成滑坡体，其中结构松散，抗剪强度和抗风化能力较低，在水的作用下其性质能发生变化的岩、土，易发生滑坡。如黄土、页岩、泥岩、凝灰岩、片岩、板岩、千枚岩等，以及软硬相间的岩层所构成的斜坡等。2. 地质构造条件组成斜坡的岩、土体只有被各种构造面切割分离成不连续状态时，才有向下滑动的可能。同时，构造面又为降雨等水流进入斜坡提供了通道，特别是

9、当平行和垂直斜坡的陡倾角构造面及顺坡缓倾的构造面发育时。3. 地形地貌条件只有处于一定的地貌部位，具备一定坡度的斜坡，才可能发生滑坡。江、河、湖泊(水库)、海洋、沟谷的岸边斜坡，前缘开阔的山坡、铁路、公路和工程建筑物的边坡等都是易发生滑坡的地貌部位。坡度1045、下陡中缓上陡、上部成环状的坡形是产生滑坡的有利地形。4.水的作用 地表水和地下水是影响边坡稳定性的重要因素。它的作用主要表现在：软化岩、土；产生孔隙水压力；产生动水压力；增大岩、土容重；对透水岩层产生浮托力。尤其是对滑动面(带)的软化作用和降低强度的作用最突出。二、外部因素外界因素和作用，可以使产生滑坡的基本条件发生变化，从而诱发滑坡

10、。故也称诱发因素，主要的诱发因素有：1.自然因素：地震、降雨、融雪；地表水冲刷、浸泡、河流等地表水体对斜坡坡脚的不断冲刷。还有海啸、风暴潮、冻融等作用也可诱发滑坡。2.人为因素：不合理的人类工程活动，如坡脚的开挖、坡体上部堆载、爆破、水库蓄(泄)水、矿山开采等都可诱发滑坡.74 斜坡稳定分析与评价一、不稳定斜坡的简易识别方法不稳定斜坡体常具有下列迹象：滑坡体表面总体坡度较陡；有滑坡平台、面积不大，且有向下缓倾现象；滑坡表面有泉水、湿地，且有新生冲沟；滑坡表面有不均匀沉陷的局部平台，参差不齐；滑坡前缘土石松散，小型坍塌时有发生，并面临河水冲刷的危险；崩塌滑坡体上有裂缝、房屋倾斜、开裂和出现醉汉林

11、、马刀树等。二、斜坡的稳定性评价斜坡稳定性评价的目的，一是对天然斜坡的稳定性作出定性和定量评价；二是要为合理地设计人工斜坡和斜坡变形破坏的防治措施提供依据。斜坡稳定性评价的方法有很多，可分为定性分析和定量评价两大类。简介如下：（一）定性分析通过分析影响斜坡稳定性的主要因素、失稳的力学机制、变形破坏的可能方式等，对斜坡的成因及演化历史进行分析，以此评价边坡稳定性及其可能的发展趋势。其优点是综合考虑影响斜坡稳定性的因素，快速地对斜坡的稳定性做出评价和预测。1.地质分析法也称历史成因分析法,是根据边坡的地形地貌形态、地质条件和边坡变形破坏的基本规律，追溯边坡演变的全过程，预测边坡稳定性发展的总趋势及

12、其破坏方式，从而对边坡的稳定性做出评价，对已发生过滑坡的边坡，则判断其能否复活或转化。2.工程地质类比法其实质是把已有的自然边坡或人工边坡的研究设计经验应用到条件相似的新边坡的研究和人工边坡的研究设计中去。它虽然是一种经验方法，但在边坡设计中，特别是在中小型工程的设计中是很通用的方法。3.图解法常用的是赤平极射投影分析法及实体比例投影法。是利用图形的方法求解边坡变形破坏的边界条件或边坡的稳定性系数，由此评价边坡的稳定程度或求出稳定坡角或极限坡高。4.斜坡稳定专家系统专家系统使得一般工程技术人员在解决工程地质问题时能象有经验的专家给出比较正确的判断并做出结论，因此，专家系统的应用为工程地质的发展

13、提供了一条新思路。（二）定量评价方法其实是半定量的方法，虽然评价结果表现为确定的数值，但最终判定仍依赖人为的判断。目前，所有定量的计算方法都是建立定性分析的基础之上。1. 极限平衡法极限平衡法在工程中应用最为广泛，这个方法是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方程式，求解安全系数。该方法的关键在于对滑体的范围和滑面的形态进行分析，正确选用的滑面计算参数，正确地分析滑体的各种荷载。基于该原理的方法很多，如条分法、圆弧法、Bishop法、Janbu法、不平衡传递系数法等。2. 数值分析方法主要是利用某种方法求出斜坡的应力分布和变形情况，研究岩体中应力和应变的变化过程,求得各点上的

14、局部稳定系数，由此判断边坡的稳定性。主要有以下几种：有限单元法（FEM）该方法是目前应用最广泛的数值分析方法。其解题步骤已经系统化,并形成了很多通用的计算机程序。边界单元法（BEM）该方法只需对已知区的边界极限离散化，因此具有输入数据少的特点。边界元法的计算精度较高，在处理无限域方面有明显的优势。离散元法（DEM）该方法是利用中心差分法解析动态松弛求解，为一种显式解法，不需要求解大型矩阵,计算比较简便。离散元法可以直观地反映岩体变化的应力场、位移场及速度场等各个参量的变化，可以模拟边坡失稳的全过程。块体理论（BT）该方法是利用拓扑学理论来评价三维不连续岩体稳定性。块体理论为三维分析方法，随着关

15、键块体类型的确定，能找出具有潜在危险的关键块体在临空面的位置及其分布。块体理论不提供大变形下的解答，能较好地应用于选择边坡开挖的方向和形状。75 不稳定斜坡的处理措施一、防治原则边坡的治理应根据工程措施的技术可能性和必要性、工程措施的经济合理性、工程措施的社会环境特征与效应，并考虑工程的重要性及社会效应来制定具体的整治方案。防治原则应以防为主，及时治理。二、防治措施常用的防治措施可归纳如下五方面。 1. 防渗与排水防渗与排水包括排除地表水和地下水。一般要在可能滑动岩体外围的顶部和两侧修筑排水沟,排水沟要有防渗措施。对渗入到不稳定岩体内部的地下水，通常可采用地下排水通道，将水截流、集中并迅速排走。2.削坡、减量与反压将较陡的边坡减缓或将其上部岩体挖除一部分，并把削减下来的土石堆于坡脚，这些都是