岩石力学与工程岩石边坡工程课件

12/16/202217岩石边坡工程

7.1概述（1）概念1.边坡(slope)也叫斜坡统指地表一切具有侧向临空面的地质体，包括天然边坡和人工边坡。2.天然边坡是指自然地质作用形成未经人工改造的斜坡。3.人工边坡是指经人工开挖或改造后形成的斜坡。12/14/202217岩石边坡工程7.1概述112/16/202224.边坡组成的要素图7-1边坡示意图

12/14/202224.边坡组成的要素图7-1边坡示意212/16/20223（2）研究边坡的目的和意义1.研究目的研究边坡变形破坏的机理(包括应力分布及变形破坏特征)与稳定性，为边坡预测预报及整治提供岩体力学依据。其中稳定性计算是岩体边坡稳定性分析的核心。12/14/20223（2）研究边坡的目的和意义312/16/202242.研究的意义1）研究边坡工程对露天矿建设的意义从露天矿的生产能力规模来看，铁矿已约占90%，有色金属约占46%。煤矿露天开采的比例相对要少些，但是在我国也占有一定的比例。从确定露天矿合理边坡角来看，它对减少剥离量和生产安全有着巨大影响。实践和理论证明，从减少剥离量和降低开采成本来看，边坡角应该尽量陡一些，而从生产安全来考虑，则边坡角缓些为好，所以，研究边坡稳定性的实质就是确定最优的边坡角问题。12/14/202242.研究的意义412/16/202252）研究边坡工程对铁路、公路、水利建设也有重要的意义；图7-2滑坡对公路桥梁的损坏12/14/202252）研究边坡工程对铁路、公路、水利建设512/16/202263）研究边坡工程对市政建设和防灾救灾的意义是关系民生长期安全稳定发展的大事。图7-3滑坡对建筑物的损坏12/14/202263）研究边坡工程对市政建设和防灾救灾的6（3）边坡应力分布特征1.在岩体中进行开挖，形成人工边坡后，由于开挖卸荷，在近边坡面一定范围内的岩体中，发生应力重分布作用，使边坡岩体处于重分布应力状态。2.边坡岩体为适应重分布应力状态，将发生变形和破坏。因此，研究边坡岩体重分布应力特征是进行稳定性分析的基础。3.边坡面附近的主应力迹线发生偏转。最大主应力与坡面近于平行，最小主应力与坡面近于正交，向坡体内逐渐恢复初始应力状态。如图7-4所示。12/16/20227（3）边坡应力分布特征12/14/20227712/16/20228图7-4边坡面附近应力迹线的偏转4.坡面上径向应力为零，为双向应力状态，向坡内逐渐转为三向应力状态。5.坡面附近产生应力集中带。在坡脚附近，最大剪应力增高，最易发生剪切破坏。在坡肩附近，常形成拉应力带。边坡愈陡，则此带范围愈大，因此，坡肩附近最易拉裂破坏。12/14/20228图7-4边坡面附近应力迹线的偏转4.812/16/202297.2边坡的破坏形式及其影响因素

（1）边坡岩体的变形特征

1.岩石边坡的变形以坡体未出现贯通性的破坏面为特点，但在坡体的局部区域，特别在坡面附近也可能出现一定程度的破裂与错动，但整体而言并未产生滑动破坏。2.边坡变形的主要形式1）松动坡体表面出现一系列与坡面近于平行的陡倾角张开裂隙，被这些张开裂隙切割的岩体便向临空面方向松开、移动，这种过程和现象称为松动。12/14/202297.2边坡的破坏形式及其影响因素912/16/202210松动裂隙形成原因：①是岩体剥脱时，由于卸除载荷，应力重新分布出现的卸荷回弹裂隙；②是沿原有的陡倾角裂隙经风化、剥蚀后发育而成的。2）蠕动边坡岩体在自重应力为主的坡体剪应力长期作用下，向临空面方向缓慢而持续的变形。蠕动的形成机制：①是岩土的粒间滑动；②是沿岩石裂纹微错，或由于岩体中一系列裂隙扩展所致。12/14/202210松动裂隙形成原因：①是岩体剥脱时，由1012/16/202211（2）边坡岩体的破坏形式1.崩塌1）定义崩塌是指块状岩体与岩坡分离向前翻滚而下的一种破坏方式。2）现象在崩塌过程中，岩体无明显滑移面，同时下落岩块未经阻挡而直接坠落于坡脚，或经过斜坡面上滚落、滑移、碰撞后堆积于坡脚。3）原因岩体在重力与其他外力共同作用下超过岩体强度而引起的破坏现象。这里所说的外力是指由于裂隙水的冻结而产生的楔开效应、裂隙水的静水压力、植物根茎的膨胀压力以及地震引起的坡体晃动、雷击等的动力载荷。12/14/202211（2）边坡岩体的破坏形式1112/16/202212图7-5边坡岩体崩塌示意图

坚硬岩石组成的边坡前缘软硬岩性互层的陡坡局部卸载裂隙导致崩塌示意图崩塌示意图12/14/202212图7-5边坡岩体崩塌示意图坚硬岩1212/16/2022132.滑坡1）定义滑坡是指岩体在重力作用下，沿坡内软弱结构面产生的整体滑动。2）现象滑坡通常是边坡深层的破坏形式，有明显的滑动面，且往往深入边坡内部，甚至延伸到坡脚以下，滑动速度主要取决于滑动面的物理、力学性质。3）滑动形式根据滑动面形状，可分为平面剪切滑动和旋转剪切滑动两种。12/14/2022132.滑坡1312/16/202214①平面剪切滑动特点：岩块沿着平面滑移;原因：由于这一平面上的剪切抗力与边坡形状不相适应，剪切抗力小于重应力引起的下滑力而形成的。平面剪切滑坡的类型：简单平面剪切滑动、阶梯式滑坡、三维楔体滑坡和多块滑动几种破坏模式，如图7-6所示。产生平面剪切滑动所必备的条件岩体中必须存在可供滑移的节理面；滑动面的走向近似平行或平行坡面；破坏面必须在边坡面上露头；破坏面的倾角必须大于该面的摩擦角。12/14/202214①平面剪切滑动1412/16/202215图7-6平面剪切滑坡及其分类12/14/202215图7-6平面剪切滑坡及其分类1512/16/202216②旋转剪切滑动特点：岩块滑动面通常成弧形，如图7-7所示；产生圆弧形剪切滑动的条件当岩体中的单个颗粒与边坡尺寸相比是极小的，且这些颗粒由于它们的形状关系不是相互咬合的。

图7-7边坡的旋转剪切滑动示意图

12/14/202216②旋转剪切滑动图7-7边坡的旋转剪1612/16/2022173.滑塌1）定义是指边坡松散岩土的边坡角大于该边坡岩石的内摩擦角时，因表层蠕动进一步发展，使它沿着剪变带表现为顺坡滑移、滚动与坐塌，从而重新达到稳定边坡脚的斜坡破坏过程，其示意简图如图7-8所示。2）原因是一种松散岩体或岩、土混合体的浅层破坏形式，与风化、地表水、边坡角及震动有关。

图7-8边坡滑塌示意图12/14/2022173.滑塌图7-8边坡滑塌示意图1712/16/2022184.岩块流动1）特点通常发生在均质的硬岩层中，没有明显的滑动扇形体，其破坏面极不规则，没有一定形状，

如图7-9所示。2）原因是在岩层内部某一应力集中点上的岩石遭到高应力的作用而开始破裂或破碎，于是所增加的荷载传给邻近的岩石，从而又使邻近岩石受到超过某本身强度的荷载，又导致了进一步的破裂。这一过程的不断进行，直至岩层出现全面破裂而崩塌为止。这样，岩块像流体一样地沿坡面向下流动，而成岩块流动。12/14/2022184.岩块流动1812/16/202219图7-9边坡的岩块流动破坏示意图

12/14/202219图7-9边坡的岩块流动破坏示意图1912/16/2022205.岩块曲折当岩层成层状沿坡面分布时，由于岩层本身的重力作用，或由于裂隙水的冰胀作用，增加了岩层之间的张拉应力，使边坡面岩层曲折，导致岩层破坏，岩块沿坡向下崩落，如图7-10所示。

图7-10边坡岩层曲折破坏示意图12/14/2022205.岩块曲折图7-10边坡岩层曲折2012/16/202221（3）边坡稳定性的主要影响因素1.不连续结构面的影响因素岩体中存在各种各样的结构面，它们降低了岩体的整体强度，增大了岩体的变形性能和流变性质，加深了岩体的不均匀性、各向异性和非连续性。2.风化作用的影响因素风化作用使边坡岩体强度减小，坡体的稳定性降低，促进边坡岩体变形与破坏。3.水对边坡岩体稳定性的影响因素1）岩体中的水形成静水压力和动水压力作用于岩体，成为一种推动岩体向下滑动的力。12/14/202221（3）边坡稳定性的主要影响因素2112/16/2022222）水对边坡岩体的物理化学作用，造成边坡岩体膨胀、收缩而导致岩体松散、破碎或使其软化、泥化或崩解，导致边坡变形与破坏。3）水还是一种润滑剂，使岩体的内凝聚力、内摩擦角减小，使岩体的强度参数弱化，而导致边坡的破坏。4.直接受各种外力影响的因素区域性构造应力的变化、地震、爆破以及施工载荷等，都使边坡直接受力，对边坡稳定性的影响直接而迅速。

12/14/2022222）水对边坡岩体的物理化学作用227.3边坡岩体稳定性分析7.3.1概述（1）边坡稳定性分析方法

1.定性分析是在工程地质勘察工作的基础上，对边坡岩体变形破坏的可能性及破坏形式进行初步判断。2.定量分析是在定性分析的基础上，应用一定的计算方法对边坡岩体进行稳定性计算及定量评价。评价方法数学力学分析法模型模拟试验法工程类比法图解法块体极限平衡法弹性力学、弹塑性力学法有限元法等数值模拟方法12/16/2022237.3边坡岩体稳定性分析评价方法数学力学分析法模型模拟试2312/16/202224（2）极限平衡分析法1.定义

极限平衡分析法是根据边坡上的滑体或滑体分块的力学平衡原理，分析边坡各种破坏模式下的受力状态，以及滑体上的抗滑力和下滑力之间的关系来评价边坡的稳定性，它是边坡稳定性分析计算的主要方法。12/14/202224（2）极限平衡分析法242.假设条件1）滑动面上实际岩体提供的抗剪强度与作用在滑动面上的垂直应力符合库仑准则或由此引申的准则，如：或：2）稳定系数（即安全系数）是指沿最危险破坏面作用的最大抗滑力与下滑力的比值。3）二维极限分析的基本单元是单位宽度的分块滑体。

12/16/2022252.假设条件12/14/2022252512/16/202226（3）极限平衡分析法分析计算步骤1.在断面上绘制滑面形状，这主要是根据滑坡外形、滑坡中段滑面深度、坍塌情况、破坏方式等，推测几个可能的滑动面形状；2.推定滑坡后裂缝即塌陷带的深度，计算确定其产生的影响范围；3.对滑坡的滑体进行分块，分块数目要根据滑坡的具体情况确定。一般来说，分块数目越多，计算结果越精确。4.计算滑动面上的孔隙水压力，可采用地下水监测数据确定；5.采用合适的计算方法，计算稳定系数。但一般要采用两种或两种以上的不同计算方法进行计算，然后进行结果比较。12/14/202226（3）极限平衡分析法分析计算步骤2612/16/2022277.3.2平面破坏计算法（1）计算模型平面破坏计算法是针对边坡上滑体只沿单一结构面或软弱面产生平面滑动的分析方法。其力学模型如图7-11所示。图7-11平面破坏计算法分析模型

12/14/2022277.3.2平面破坏计算法图7-112712/16/202228（2）假设条件1.滑动面及张裂隙的走向平行于坡面；2.张裂隙是直立的，其中充有高度为的水柱；3.水沿张裂隙的底进入滑动面并沿滑动面渗透；4.滑体沿滑动面做刚体下滑。（3）力学分析及方程1.滑体上的受力分析滑体上的作用力有：滑体重力；滑面上的法向力

；滑动面上的裂隙水压

（该力只在库仑准则中考虑）；抗滑力；作用在滑体重心处的水平外力（可以是地震产生的作用力）；张裂隙孔隙水压力等。

12/14/202228（2）假设条件2812/16/2022292.方程1）滑动面法向方向有，得：2）滑动面切向方向有，得：3）由库仑准则及安全系数定义得：4）安全系数的表达式为：（7-1）

（7-2）

（7-3）

（7-4）

12/14/2022292.方程（7-1）（7-2）（72912/16/202230其中：式中：—滑动面的粘结力；—滑动面的内摩擦角；

—滑动面的长度。（4）主要特点及适用条件1.适用条件：适用于均质砂性土、顺层岩质边坡以及沿基岩产生平面破坏的稳定性分析；2.优点：力学模型和计算公式简单；3.缺点：要求滑体做整体刚体运动，如果滑体内产生剪切破坏的边坡稳定性分析误差较大。12/14/202230其中：3012/16/2022317.3.3简化Bishop法（1）计算模型Bishop法是一种适合于圆弧形破坏滑动面的边坡稳定性分析方法，但它不要求滑动面为严格的圆弧，而只需要是近似圆弧即可。其力学计算模型如图7-12所示。图7-12Bishop法计算力学模型12/14/2022317.3.3简化Bishop法图7-13112/16/202232（2）假设条件1.滑动面为圆弧形或近似圆弧形；2.条块侧面的垂直剪力（3）力学分析与计算公式

1.条块的力学分析滑块的条块上的作用力有：重力；作用在条块上的上部外载荷；作用在条块上的水平作用外载荷（如地震作用）；条间作用力的水平分量；条间作用力的垂直分量；条块底面的抗剪力

；条块底面的法向力。

12/14/202232（2）假设条件3212/16/2022332.计算公式1）条块上垂直方向静力平衡条件，得：2）由库仑准则得：3）由（7-5）式和（7-6）式可求得的表达式为：式中：（7-5）

（7-6）

（7-7）

12/14/2022332.计算公式（7-5）（7-6）3312/16/2022344）由滑体绕圆弧中心列力矩平衡方程，得：若取，联立（7-5）式、（7-6）式和（7-7）式，可得稳定系数表达式：利用假设条件简化，则：（7-8）

（7-8）

12/14/2022344）由滑体绕圆弧中心列力矩平衡方程3412/16/202235（4）主要特点及应用条件1.特点：Bishop法稳定系数的计算考虑了条块间的作用力，是Fellenius法的改进，计算较为准确，但要采用迭代法，分割条块时要求垂直条分。2.适应性：适用于均质粘性及碎石堆土等斜坡形成的圆弧形或近似圆弧形滑动滑坡的计算。此法当时计算较为准确，当时计算误差较大。12/14/202235（4）主要特点及应用条件3512/16/2022367.3.4Janbu法（1）计算模型对于松散均质的边坡，由于受基岩的限制而产生两端为圆弧、中间为平面或折线的复合滑动，分析具有这种复合破坏面的边坡稳定性可用Janbu法，其力学模型如图7-13所示。

图7-13Janbu法力学分析模型

12/14/2022367.3.4Janbu法图7-133612/16/202237（2）假设条件1.垂直条块侧面上的作用力位于滑面之上条块高处；2.作用于条块上的重力、反力通过条块底面的中点。

（3）力学分析与计算公式

1.条块的力学分析条块上的作用力有：重力；作用在条块上的上部外载荷；作用在条块上的水平作用外载荷（如地震作用）；条间作用力的水平分量；条间作用力的垂直分量；条块底面的抗剪力

；条块底面的法向力。

12/14/202237（2）假设条件3712/16/2022382.计算公式推导

1）条块上垂直方向静力平衡条件，得：2）条块上水平方向静力平衡条件

，得：3）由库仑准则可得：（7-9）

（7-10）

（7-11）

12/14/2022382.计算公式推导（7-9）（7-3812/16/2022394）由（7-9）式、（7-10）式和（7-11）式联合可解得稳定系数为:其中：5）若令，并引入修正系数，将上式化简为：（7-13）式称为简化的Janbu法，其中符号的物理意义同Bishop法。

（7-12）

（7-13）

12/14/2022394）由（7-9）式、（7-10）式和3912/16/202240从上式（7-13）可以看出与Bishop法的计算式是一样的，只是多了一个修正系数。在时可用下式求得：当时，

，即为Bishop法，因此简化Bishop法只是Janbu法的一个特例。d和L的取法如图7-14所示。图7-14Janbu法修正系数中d和L的测量方法12/14/202240从上式（7-13）可以看出与B4012/16/202241

的图解法如图7-15所示。Janbu法的精确解法见教材P385的推导（略）。

图7-15Janbu法f0与d/L的关系曲线12/14/202241的图解法如图7-15所示。图74112/16/202242（4）主要特点及适用条件Janbu法计算稳定系数的特点是计算准确但很复杂。主要适用于复合破坏面的边坡，既可用于圆弧滑动，也可用于非圆弧滑动，但要求条块分割时垂直条分。7.3.5Sarma法7.3.6三维楔形体法（选学）12/14/202242（4）主要特点及适用条件4212/16/2022437.4滑坡的防治与监测（1）滑坡的类型1.岩块流动滑坡由于边坡岩石内部的变形而使坚硬、脆性岩石的块状岩体破坏而形成的滑坡；2.平面剪切滑坡由于破内危险方位软弱面的存在，从而使边坡呈相当大的扇形体顺着这些结构面滑动；3.旋转剪切滑坡由于在软岩和土内出现了屈服与剪应力的重新分布，使岩石在粘性破坏之前就形成一个近呼圆形的破坏面，且沿着此面旋转形成的滑动。12/14/2022437.4滑坡的防治与监测4312/16/202244（2）滑坡的监测1.监测的目的1）在滑坡整治之前，配合地面调查和勘探工作，收集各种位移、变形数据，为整治、设计提供资料；2）研究滑坡的主要影响因素；3）研究抗滑构筑物的受力状态；4）研究滑坡的预报方法；5）在整治过程中，监视滑坡的发展变化情况，预测发展动向，作出危险预报，以防事故发生；6）整治完成后，可以通过一定时期的观测，了解边坡发展趋势，检验整治效果。

12/14/202244（2）滑坡的监测4412/16/2022452.监测方法1）滑坡地面位移观测—建网观测滑坡观测网是指设置在滑坡体及周界附近稳定区地表的各个位移观测桩，以及设置在滑坡体外稳定区地面的置镜桩、照准标、护桩等辅助桩组成的观测系统。布置方法有：十字交叉网法、方格网法、任意交叉网法、横排观测网法、射线网和基线交点网法等六种。建立观测网虽然费时长和工作量大，但它能较全面了解滑坡的动态，是研究滑坡的传统方法之一，也是其他观测方法的基础，因此，目前仍然是一种主要的观测方法。12/14/2022452.监测方法4512/16/2022462）地表裂缝简易观测法由于滑坡变形过程中，在滑体的不同部位所产生的裂缝，随着滑坡变形的发展有明显变化规律的特点，并能及时对地表及建筑物上的裂缝进行动态观测，扩大观测范围，准确地了解滑动体变形的全过程，既方便易行又能直观反映滑坡变形的一系列特征，能及时掌握滑坡灾害发生、发展的变化规律。它对已建立观测网的滑坡能提供补充和局部校正资料，对那些不能设立观测桩的地方就更为重要。3）建筑物裂缝简易观测法对滑坡体上及其附近的所有建筑物的开裂、沉陷、位移和倾斜等变形均应进行观测。因为这些建筑物对滑坡变形反映敏感、表现清楚，据此能详细掌握山体稳定程度、发展趋势，为采取防护措施提供确切的参考参数。建筑物变形观测方法有：灰块侧标、标钉侧标、金属板侧标等方法。

12/14/2022462）地表裂缝简易观测法4612/16/2022474）地面倾斜变化观测观测地面倾斜度一方面对未确定边界的滑坡，可以通过观测确定滑坡的边界，另一方面对已确定边界的滑坡体，可以通过观测确定滑体是处于稳定状态还是活动状态。5）滑坡深部位移观测由于滑坡在滑动过程中，地表与深部位移常常表现出局部差异，因此，在进行地表位移观测时，必须进行滑体内部深层位移观测，这样就可以了解滑体内部不同深度各点的位移方向、数量和速度，结合地面位移观测和地下应力测定，研究滑坡发生的机理和动态过程，为滑坡治理提供可靠的依据。

6）滑动面位置的测定（通过钻孔埋入物体的方法测定）7）滑坡滑动力观测（通过构筑物上的压力盒观测

）12/14/2022474）地面倾斜变化观测4712/16/202248（3）滑坡的防治1.边坡变形破坏的防治原则1）以防为主：正确地选择建筑场地，合理地制订人工边坡的布置和开挖方案。2）及时处理：对已出现的变形的具体情况，及时采取必要的增强稳定性的措施。3）考虑工程的重要性：对于威胁到重大永久性工程安全的边坡变形和破坏，应采取全面的、严密的整治措施，以保证边坡具有较高的安全系数。对于一般性工程或临时性工程，则可采取较简易的防治措施。

12/14/202248（3）滑坡的防治4812/16/2022492.滑坡防治方法分类及其作用原理1）减小下滑力增大抗滑力法削坡减载法：对滑体上部削坡，减小下滑力；减重压脚法：将其削坡的岩土堆积坡脚，增大抗滑力；2）增大边坡岩体强度法爆破破坏滑面法：用松动爆破法破坏滑动面，增大内摩擦角，同时是地下水通过松动岩石排出；疏干排水法：将滑坡体内及附近的地下水疏干，提高岩体内摩擦角和内凝聚力；注浆法：将水泥砂浆注入裂隙中，以增加岩体的完整性，堵死地下水的通道；12/14/2022492.滑坡防治方法分类及其作用原理4912/16/202250焙烧法：对滑动面附近的岩体进行焙烧，提高岩体强度，排除地下水：3）人工建造支挡物法抗滑桩支挡法：通过桩体与周围岩体的相互作用，将滑体的下滑力传递到下部稳定岩体上；锚索、锚杆加固法：通过锚索、锚杆施加的预应力，增大滑动面的正应力，使滑动面附近的岩体形成压密带，如图7-16所示；挡墙法：在滑体下部修筑挡墙，以增加滑体的抗滑力；超前挡墙法：在滑体的滑动方向上预先修筑人工挡墙。12/14/202250焙烧法：对滑动面附近的岩体进行焙烧，5012/16/202251图7-16岩质边坡采用锚杆加固措施的示意图

12/14/202251图7-16岩质边坡采用锚杆加固措施5112/16/202252目前，国内外在整治滑坡实践中积累了丰富的经验，总结了一套整治滑坡的有效措施。可归纳为：消除或减少地表水或地下水的作用；恢复山体平衡条件；改善滑动带或滑动体土壤性质等。概括起来为“避、排、挡、减、固、植”六字经验，它们可以单独使用，也可以相互配合使用。实践证明，相互配合使用是比较经济合理、安全可靠的整治滑坡的方法，特别是在处理大型滑坡时，往往需要运用这些方法综合治理，才能彻底解决问题。12/14/202252目前，国内外在整治滑坡实践中积52演讲完毕，谢谢观看！演讲完毕，谢谢观看！5312/16/2022547岩石边坡工程

7.1概述（1）概念1.边坡(slope)也叫斜坡统指地表一切具有侧向临空面的地质体，包括天然边坡和人工边坡。2.天然边坡是指自然地质作用形成未经人工改造的斜坡。3.人工边坡是指经人工开挖或改造后形成的斜坡。12/14/202217岩石边坡工程7.1概述5412/16/2022554.边坡组成的要素图7-1边坡示意图

12/14/202224.边坡组成的要素图7-1边坡示意5512/16/202256（2）研究边坡的目的和意义1.研究目的研究边坡变形破坏的机理(包括应力分布及变形破坏特征)与稳定性，为边坡预测预报及整治提供岩体力学依据。其中稳定性计算是岩体边坡稳定性分析的核心。12/14/20223（2）研究边坡的目的和意义5612/16/2022572.研究的意义1）研究边坡工程对露天矿建设的意义从露天矿的生产能力规模来看，铁矿已约占90%，有色金属约占46%。煤矿露天开采的比例相对要少些，但是在我国也占有一定的比例。从确定露天矿合理边坡角来看，它对减少剥离量和生产安全有着巨大影响。实践和理论证明，从减少剥离量和降低开采成本来看，边坡角应该尽量陡一些，而从生产安全来考虑，则边坡角缓些为好，所以，研究边坡稳定性的实质就是确定最优的边坡角问题。12/14/202242.研究的意义5712/16/2022582）研究边坡工程对铁路、公路、水利建设也有重要的意义；图7-2滑坡对公路桥梁的损坏12/14/202252）研究边坡工程对铁路、公路、水利建设5812/16/2022593）研究边坡工程对市政建设和防灾救灾的意义是关系民生长期安全稳定发展的大事。图7-3滑坡对建筑物的损坏12/14/202263）研究边坡工程对市政建设和防灾救灾的59（3）边坡应力分布特征1.在岩体中进行开挖，形成人工边坡后，由于开挖卸荷，在近边坡面一定范围内的岩体中，发生应力重分布作用，使边坡岩体处于重分布应力状态。2.边坡岩体为适应重分布应力状态，将发生变形和破坏。因此，研究边坡岩体重分布应力特征是进行稳定性分析的基础。3.边坡面附近的主应力迹线发生偏转。最大主应力与坡面近于平行，最小主应力与坡面近于正交，向坡体内逐渐恢复初始应力状态。如图7-4所示。12/16/202260（3）边坡应力分布特征12/14/202276012/16/202261图7-4边坡面附近应力迹线的偏转4.坡面上径向应力为零，为双向应力状态，向坡内逐渐转为三向应力状态。5.坡面附近产生应力集中带。在坡脚附近，最大剪应力增高，最易发生剪切破坏。在坡肩附近，常形成拉应力带。边坡愈陡，则此带范围愈大，因此，坡肩附近最易拉裂破坏。12/14/20228图7-4边坡面附近应力迹线的偏转4.6112/16/2022627.2边坡的破坏形式及其影响因素

（1）边坡岩体的变形特征

1.岩石边坡的变形以坡体未出现贯通性的破坏面为特点，但在坡体的局部区域，特别在坡面附近也可能出现一定程度的破裂与错动，但整体而言并未产生滑动破坏。2.边坡变形的主要形式1）松动坡体表面出现一系列与坡面近于平行的陡倾角张开裂隙，被这些张开裂隙切割的岩体便向临空面方向松开、移动，这种过程和现象称为松动。12/14/202297.2边坡的破坏形式及其影响因素6212/16/202263松动裂隙形成原因：①是岩体剥脱时，由于卸除载荷，应力重新分布出现的卸荷回弹裂隙；②是沿原有的陡倾角裂隙经风化、剥蚀后发育而成的。2）蠕动边坡岩体在自重应力为主的坡体剪应力长期作用下，向临空面方向缓慢而持续的变形。蠕动的形成机制：①是岩土的粒间滑动；②是沿岩石裂纹微错，或由于岩体中一系列裂隙扩展所致。12/14/202210松动裂隙形成原因：①是岩体剥脱时，由6312/16/202264（2）边坡岩体的破坏形式1.崩塌1）定义崩塌是指块状岩体与岩坡分离向前翻滚而下的一种破坏方式。2）现象在崩塌过程中，岩体无明显滑移面，同时下落岩块未经阻挡而直接坠落于坡脚，或经过斜坡面上滚落、滑移、碰撞后堆积于坡脚。3）原因岩体在重力与其他外力共同作用下超过岩体强度而引起的破坏现象。这里所说的外力是指由于裂隙水的冻结而产生的楔开效应、裂隙水的静水压力、植物根茎的膨胀压力以及地震引起的坡体晃动、雷击等的动力载荷。12/14/202211（2）边坡岩体的破坏形式6412/16/202265图7-5边坡岩体崩塌示意图

坚硬岩石组成的边坡前缘软硬岩性互层的陡坡局部卸载裂隙导致崩塌示意图崩塌示意图12/14/202212图7-5边坡岩体崩塌示意图坚硬岩6512/16/2022662.滑坡1）定义滑坡是指岩体在重力作用下，沿坡内软弱结构面产生的整体滑动。2）现象滑坡通常是边坡深层的破坏形式，有明显的滑动面，且往往深入边坡内部，甚至延伸到坡脚以下，滑动速度主要取决于滑动面的物理、力学性质。3）滑动形式根据滑动面形状，可分为平面剪切滑动和旋转剪切滑动两种。12/14/2022132.滑坡6612/16/202267①平面剪切滑动特点：岩块沿着平面滑移;原因：由于这一平面上的剪切抗力与边坡形状不相适应，剪切抗力小于重应力引起的下滑力而形成的。平面剪切滑坡的类型：简单平面剪切滑动、阶梯式滑坡、三维楔体滑坡和多块滑动几种破坏模式，如图7-6所示。产生平面剪切滑动所必备的条件岩体中必须存在可供滑移的节理面；滑动面的走向近似平行或平行坡面；破坏面必须在边坡面上露头；破坏面的倾角必须大于该面的摩擦角。12/14/202214①平面剪切滑动6712/16/202268图7-6平面剪切滑坡及其分类12/14/202215图7-6平面剪切滑坡及其分类6812/16/202269②旋转剪切滑动特点：岩块滑动面通常成弧形，如图7-7所示；产生圆弧形剪切滑动的条件当岩体中的单个颗粒与边坡尺寸相比是极小的，且这些颗粒由于它们的形状关系不是相互咬合的。

图7-7边坡的旋转剪切滑动示意图

12/14/202216②旋转剪切滑动图7-7边坡的旋转剪6912/16/2022703.滑塌1）定义是指边坡松散岩土的边坡角大于该边坡岩石的内摩擦角时，因表层蠕动进一步发展，使它沿着剪变带表现为顺坡滑移、滚动与坐塌，从而重新达到稳定边坡脚的斜坡破坏过程，其示意简图如图7-8所示。2）原因是一种松散岩体或岩、土混合体的浅层破坏形式，与风化、地表水、边坡角及震动有关。

图7-8边坡滑塌示意图12/14/2022173.滑塌图7-8边坡滑塌示意图7012/16/2022714.岩块流动1）特点通常发生在均质的硬岩层中，没有明显的滑动扇形体，其破坏面极不规则，没有一定形状，

如图7-9所示。2）原因是在岩层内部某一应力集中点上的岩石遭到高应力的作用而开始破裂或破碎，于是所增加的荷载传给邻近的岩石，从而又使邻近岩石受到超过某本身强度的荷载，又导致了进一步的破裂。这一过程的不断进行，直至岩层出现全面破裂而崩塌为止。这样，岩块像流体一样地沿坡面向下流动，而成岩块流动。12/14/2022184.岩块流动7112/16/202272图7-9边坡的岩块流动破坏示意图

12/14/202219图7-9边坡的岩块流动破坏示意图7212/16/2022735.岩块曲折当岩层成层状沿坡面分布时，由于岩层本身的重力作用，或由于裂隙水的冰胀作用，增加了岩层之间的张拉应力，使边坡面岩层曲折，导致岩层破坏，岩块沿坡向下崩落，如图7-10所示。

图7-10边坡岩层曲折破坏示意图12/14/2022205.岩块曲折图7-10边坡岩层曲折7312/16/202274（3）边坡稳定性的主要影响因素1.不连续结构面的影响因素岩体中存在各种各样的结构面，它们降低了岩体的整体强度，增大了岩体的变形性能和流变性质，加深了岩体的不均匀性、各向异性和非连续性。2.风化作用的影响因素风化作用使边坡岩体强度减小，坡体的稳定性降低，促进边坡岩体变形与破坏。3.水对边坡岩体稳定性的影响因素1）岩体中的水形成静水压力和动水压力作用于岩体，成为一种推动岩体向下滑动的力。12/14/202221（3）边坡稳定性的主要影响因素7412/16/2022752）水对边坡岩体的物理化学作用，造成边坡岩体膨胀、收缩而导致岩体松散、破碎或使其软化、泥化或崩解，导致边坡变形与破坏。3）水还是一种润滑剂，使岩体的内凝聚力、内摩擦角减小，使岩体的强度参数弱化，而导致边坡的破坏。4.直接受各种外力影响的因素区域性构造应力的变化、地震、爆破以及施工载荷等，都使边坡直接受力，对边坡稳定性的影响直接而迅速。

12/14/2022222）水对边坡岩体的物理化学作用757.3边坡岩体稳定性分析7.3.1概述（1）边坡稳定性分析方法

1.定性分析是在工程地质勘察工作的基础上，对边坡岩体变形破坏的可能性及破坏形式进行初步判断。2.定量分析是在定性分析的基础上，应用一定的计算方法对边坡岩体进行稳定性计算及定量评价。评价方法数学力学分析法模型模拟试验法工程类比法图解法块体极限平衡法弹性力学、弹塑性力学法有限元法等数值模拟方法12/16/2022767.3边坡岩体稳定性分析评价方法数学力学分析法模型模拟试7612/16/202277（2）极限平衡分析法1.定义

极限平衡分析法是根据边坡上的滑体或滑体分块的力学平衡原理，分析边坡各种破坏模式下的受力状态，以及滑体上的抗滑力和下滑力之间的关系来评价边坡的稳定性，它是边坡稳定性分析计算的主要方法。12/14/202224（2）极限平衡分析法772.假设条件1）滑动面上实际岩体提供的抗剪强度与作用在滑动面上的垂直应力符合库仑准则或由此引申的准则，如：或：2）稳定系数（即安全系数）是指沿最危险破坏面作用的最大抗滑力与下滑力的比值。3）二维极限分析的基本单元是单位宽度的分块滑体。

12/16/2022782.假设条件12/14/2022257812/16/202279（3）极限平衡分析法分析计算步骤1.在断面上绘制滑面形状，这主要是根据滑坡外形、滑坡中段滑面深度、坍塌情况、破坏方式等，推测几个可能的滑动面形状；2.推定滑坡后裂缝即塌陷带的深度，计算确定其产生的影响范围；3.对滑坡的滑体进行分块，分块数目要根据滑坡的具体情况确定。一般来说，分块数目越多，计算结果越精确。4.计算滑动面上的孔隙水压力，可采用地下水监测数据确定；5.采用合适的计算方法，计算稳定系数。但一般要采用两种或两种以上的不同计算方法进行计算，然后进行结果比较。12/14/202226（3）极限平衡分析法分析计算步骤7912/16/2022807.3.2平面破坏计算法（1）计算模型平面破坏计算法是针对边坡上滑体只沿单一结构面或软弱面产生平面滑动的分析方法。其力学模型如图7-11所示。图7-11平面破坏计算法分析模型

12/14/2022277.3.2平面破坏计算法图7-118012/16/202281（2）假设条件1.滑动面及张裂隙的走向平行于坡面；2.张裂隙是直立的，其中充有高度为的水柱；3.水沿张裂隙的底进入滑动面并沿滑动面渗透；4.滑体沿滑动面做刚体下滑。（3）力学分析及方程1.滑体上的受力分析滑体上的作用力有：滑体重力；滑面上的法向力

；滑动面上的裂隙水压

（该力只在库仑准则中考虑）；抗滑力；作用在滑体重心处的水平外力（可以是地震产生的作用力）；张裂隙孔隙水压力等。

12/14/202228（2）假设条件8112/16/2022822.方程1）滑动面法向方向有，得：2）滑动面切向方向有，得：3）由库仑准则及安全系数定义得：4）安全系数的表达式为：（7-1）

（7-2）

（7-3）

（7-4）

12/14/2022292.方程（7-1）（7-2）（78212/16/202283其中：式中：—滑动面的粘结力；—滑动面的内摩擦角；

—滑动面的长度。（4）主要特点及适用条件1.适用条件：适用于均质砂性土、顺层岩质边坡以及沿基岩产生平面破坏的稳定性分析；2.优点：力学模型和计算公式简单；3.缺点：要求滑体做整体刚体运动，如果滑体内产生剪切破坏的边坡稳定性分析误差较大。12/14/202230其中：8312/16/2022847.3.3简化Bishop法（1）计算模型Bishop法是一种适合于圆弧形破坏滑动面的边坡稳定性分析方法，但它不要求滑动面为严格的圆弧，而只需要是近似圆弧即可。其力学计算模型如图7-12所示。图7-12Bishop法计算力学模型12/14/2022317.3.3简化Bishop法图7-18412/16/202285（2）假设条件1.滑动面为圆弧形或近似圆弧形；2.条块侧面的垂直剪力（3）力学分析与计算公式

1.条块的力学分析滑块的条块上的作用力有：重力；作用在条块上的上部外载荷；作用在条块上的水平作用外载荷（如地震作用）；条间作用力的水平分量；条间作用力的垂直分量；条块底面的抗剪力

；条块底面的法向力。

12/14/202232（2）假设条件8512/16/2022862.计算公式1）条块上垂直方向静力平衡条件，得：2）由库仑准则得：3）由（7-5）式和（7-6）式可求得的表达式为：式中：（7-5）

（7-6）

（7-7）

12/14/2022332.计算公式（7-5）（7-6）8612/16/2022874）由滑体绕圆弧中心列力矩平衡方程，得：若取，联立（7-5）式、（7-6）式和（7-7）式，可得稳定系数表达式：利用假设条件简化，则：（7-8）

（7-8）

12/14/2022344）由滑体绕圆弧中心列力矩平衡方程8712/16/202288（4）主要特点及应用条件1.特点：Bishop法稳定系数的计算考虑了条块间的作用力，是Fellenius法的改进，计算较为准确，但要采用迭代法，分割条块时要求垂直条分。2.适应性：适用于均质粘性及碎石堆土等斜坡形成的圆弧形或近似圆弧形滑动滑坡的计算。此法当时计算较为准确，当时计算误差较大。12/14/202235（4）主要特点及应用条件8812/16/2022897.3.4Janbu法（1）计算模型对于松散均质的边坡，由于受基岩的限制而产生两端为圆弧、中间为平面或折线的复合滑动，分析具有这种复合破坏面的边坡稳定性可用Janbu法，其力学模型如图7-13所示。

图7-13Janbu法力学分析模型

12/14/2022367.3.4Janbu法图7-138912/16/202290（2）假设条件1.垂直条块侧面上的作用力位于滑面之上条块高处；2.作用于条块上的重力、反力通过条块底面的中点。

（3）力学分析与计算公式

1.条块的力学分析条块上的作用力有：重力；作用在条块上的上部外载荷；作用在条块上的水平作用外载荷（如地震作用）；条间作用力的水平分量；条间作用力的垂直分量；条块底面的抗剪力

；条块底面的法向力。

12/14/202237（2）假设条件9012/16/2022912.计算公式推导

1）条块上垂直方向静力平衡条件，得：2）条块上水平方向静力平衡条件

，得：3）由库仑准则可得：（7-9）

（7-10）

（7-11）

12/14/2022382.计算公式推导（7-9）（7-9112/16/2022924）由（7-9）式、（7-10）式和（7-11）式联合可解得稳定系数为:其中：5）若令，并引入修正系数，将上式化简为：（7-13）式称为简化的Janbu法，其中符号的物理意义同Bishop法。

（7-12）

（7-13）

12/14/2022394）由（7-9）式、（7-10）式和9212/16/202293从上式（7-13）可以看出与Bishop法的计算式是一样的，只是多了一个修正系数。在时可用下式求得：当时，

，即为Bishop法，因此简化Bishop法只是Janbu法的一个特例。d和L的取法如图7-14所示。图7-14Janbu法修正系数中d和L的测量方法12/14/202240从上式（7-13）可以看出与B9312/16/202294

的图解法如图7-15所示。Janbu法的精确解法见教材P385的推导（略）。

图7-15Janbu法f0与d/L的关系曲线12/14/202241的图解法如图7-15所示。图79412/16/202295（4）主要特点及适用条件Janbu法计算稳定系数的特点是计算准确但很复杂。主要适用于复合破坏面的边坡，既可用于圆弧滑动，也可用于非圆弧滑动，但要求条块分割时垂直条分。7.3.5Sarma法7.3.6三维楔形体法（选学）12/14/202242（4）主要特点及适用条件9512/16/2022967.4滑坡的防治与监测（1）滑坡的类型1.岩块流动滑坡由于边坡岩石内部的变形而使坚硬、脆性岩石的块状岩体破坏而形成的滑坡；2.平面剪切滑坡由于破内危险方位软弱面的存在，从而使边坡呈相当大的扇形体顺着这些结构面滑动；3.旋转剪切滑坡由于在软岩和土内出现了屈服与剪应力的重新分布，使岩石在粘性破坏之前就形成一个近呼圆形的破坏面，且沿着此面旋转形成的滑动。12/14/2022437.4滑坡的防治与监测9612/16/202297（2）滑坡的监测1.监测的目的1）在滑坡整治之前，配合地面调查和勘探工作，收集各种位移、变形数据，为整治、设计提供资料；2）研究滑坡的主要影响因素；3）研究抗滑构筑物的受力状态；4）研究滑坡的预报方法；5）在整治过程中，监视滑坡的发展变化情况，预测发展动向，作出危险预报，以防事故发生；6）整治完成后，可以通过一定时期的观测，了解边坡发展趋势，检验整治