第11章岩质边坡稳定140416

工程地质学岩质边坡稳定的工程地质分析链子崖危岩体是位于长江三峡航道咽喉上的一处稳定性最差的大型灾害性崩滑体。链子崖危岩体在长江南岸，下距宜昌市73km，距三峡坝址27km，属湖北省秭归县。

链子崖危岩体是岩层开裂变形体，发育在由二迭系下统栖霞组(Piq)坚硬石灰岩组成的阶梯状陡壁上，底为厚l.8—4.2m的马鞍山组(P1qm)软弱煤系层，岩层倾向上游斜向长江。其变形破坏的形式一般以崩塌为主，且存在着在特殊不利情况下发生大规模滑移的条件，而且陡崖崩塌后退越多，大规模滑移破坏的可能性越大，也存在双面滑坡和崩塌综合变形破坏的可能。长江链子崖，何鹏摄于2002年3月三峡工程双线五级船闸整个闸室段均在花岗岩山体中开挖修建，最大开挖深度174.5m。开挖后形成南、北两侧高边坡，南坡最大坡高170.28m，北坡最大坡高137.8m。TheVaiontLandslideintheDolomites(TheDolomitesareamountainrangeinNorthernItaly)Thismapshowsthescaleofthelandslide,whichsloppedthecontentsofthereservoiroverthedamandkilledmorethan2000peopleinLongaroneandtheadjoiningcommunities

Thisisaviewofthelandslidefromupstream.

瓦依昂滑坡后的大坝下游远处为再建的隆加罗勒村1.边坡岩体应力分布特征⑴边坡形成后应力状态的变化主应力迹线图虚节线代表剪应力迹线假设：①边坡岩体处于自重应力场的理想状况②边坡岩体为均质岩体●

在坡角与河谷谷底形成应力集中带二滩水电站坝址区边坡岩体应力分布●斜坡周围的主应力迹线发生明显的偏转（愈接近边坡，原为铅直方向的愈接近平行于斜坡临空面，而原为水平方向的则与斜坡临空面正交）●在与差值最大区，相应形成一个最大剪应力区，最大剪应力迹线由原来的直线变为近似圆弧线，其凹面朝向临空面主应力迹线图虚节线代表剪应力迹线●

在坡顶和坡面靠近地表部位，形成一个拉应力带斜坡张力带分布示意图阴影部分示张力带(a)

(b)张力带的范围随坡角的加大而增大！⑵影响边坡岩体应力分布的主要因素原始应力状态的影响●

原始水平剩余应力越高，越易形成拉应力区●在坡顶或坡面的靠近地表部位，由于水平应力显著降低，

可成为拉应力，形成拉应力带●无侧向水平应力（

）时，坡脚区切向应力的最大值约相当于原始水平应力的三倍（即：坡脚区切向应力）●

当时，坡脚切向应力可达7～9倍●水平应力越高,坡脚处最大剪应力越大(因此,当岩体中存在较高水平剩余应力时,边坡更易遭受变形和破坏）坡形影响●

坡高越高，坡内拉应力越高●

坡角越大，拉应力范围越大，切向应力值越高●

基坑底宽

时坡脚处随底宽的缩小而急剧增大

时坡脚处τ基本不随底宽的变化而变化●

凹形坡有利于坡体稳定，凸形坡则相反岩体结构的影响当软弱结构面与坡体主压应力轴线平行时，将在软弱结构面的端点部位或应力阻滞部位出现拉应力集中和剪应力集中●当软弱面与坡体主压应力轴线垂直时，将发生平行于软弱面的拉应力或于端点部位出现垂直软弱面的压应力●当软弱面与坡体主压应力轴线斜交时，沿弱面主要为剪应力集中，并于端点部位或应力阻滞部位出现拉应力●●

在软弱面交汇处,应力受到阻滞,压、拉应力强烈集中2.边坡岩体的破坏与变形

⑴松弛张裂由于河谷部位的岩体被冲刷侵蚀或人工开挖，使边坡岩体失去约束，应力重新调整分布，从而使岸坡岩体发生向临空面方向的回弹变形及产生近于平行于边坡的拉张裂隙的作用过程，由此而产生的拉张裂隙称为边坡卸荷裂隙。其集中发育的范围称为松弛张裂带或卸荷带指：

岩体结构地应力特征影响其发育的因素沟谷下切深度●

向下延伸至谷底附近即消失●

多为平直延伸，一般无明显错动●

张开度和分布密度由坡面向深处逐渐减弱边坡卸荷裂隙特征●

可以是新生的，但多为沿已有陡倾角裂隙发育而成●

在边坡岩体中，则可能成为边坡岩体失稳的主滑面●

是良好的渗漏通道●

在拱坝坝肩岩体中可能构成滑移岩体的侧向切割面对工程的影响●

降低岩体强度，增大岩体透水性，使岩体更易风化

⑵蠕动指：边坡岩体主要在重力作用下向临空面方向发生长期缓慢的塑性变形的现象分为深层蠕动指：坚硬岩层下面由软弱岩层引起的缓慢性变形表现为下部软弱岩层向临空面的挤出拉张上部坚硬岩层的向临空面的滑动不均匀沉陷表层蠕动层状岩体向上逐渐连续弯曲（塑性岩层）岩层变得陡立岩层发生倒转破裂、倾倒脆性岩层的倾倒边坡岩体中的点头哈腰现象甘肃省文县苗家坝水电站坝址区右岸岸坡何鹏摄于2007年8月后果：松动破碎强度降低透水性增大崩塌和滑坡甘肃省文县苗家坝水电站坝址区右岸岸坡何鹏摄于2007年8月滑塌发生后形成的平直面峨眉山龙门洞石船段左岸岩质岸坡岩体蠕动变形现象何鹏摄于2007年11月由于边坡岩体发生蠕动变形而形成的“马刀树”岩崩：坚硬岩体中发生的崩塌土崩：土体中发生的崩塌⑶崩塌山崩：大规模崩塌分为形成原因指：陡峭边坡崖壁上，由于陡倾裂隙的切割，导致岩体突发倾倒崩落，堆积于坡脚的过程边坡被陡倾裂隙深切

坚硬岩层下部存在有软弱岩层下部有洞穴或采空区软、硬岩层的差异风化2006年5月31日，瑞士Gurnellen附近的A2高速公路旁发生岩石崩塌，一块岩石从山上翻落到公路上，路面因岩石撞击造成很大的破坏。岩石翻落后，连续撞击了几辆路过的车辆，造成2人死亡。事故发生后，警方随即对高速公路北端通向St.Gotthard隧道的出口进行了封锁，该通道是连接意大利与欧洲北部的主要道路。国道310线(陕西宝鸡至甘肃天水)

请分析这段高陡公路边坡最有可能的变形破坏方式⑷滑坡将要发生的滑坡的危害指：边坡岩（土）体主要在重力作用下，沿贯通的剪切破坏面发生滑动的现象

①危害2010年7月27日凌晨5时许，因近日持续强降雨加上暴晴，四川汉源县万工乡双合村一组万工集镇后背山(小地名二蛮山)突发滑坡，方量约10万方，造成万工集镇、双合一组部分村民房屋垮塌。初步核实，截至27日8：30，共有58户房屋受损、21人失踪。已滑动破坏过的老滑坡的危害还可能再次滑动破坏何鹏摄于西昌市德昌县，2005年8月滑坡体边界线路肩由于滑坡复活而被破坏结构疏松破碎老滑坡体强度低透水性强稳定性差地质在三峡考察发现，只要地势平坦些的地方，多半有居民和城镇，而这些平地十之八九是古滑坡，如秭归老县城、新滩镇、云阳老县城、云安镇等等。在这些古滑坡上，人们繁衍生息，耕种收获。古代三峡人口少，没有大规模的开挖和高楼大厦的建设，所以虽然是建城在许多滑坡体上，人与自然倒能上千年相安无事。

据了解，有些县市建新城时，没搞清楚地质状况就先行建设，结果把整个新城建在滑坡体上，如巴东就是一个典型，该城从1979年至1995年三次迁城选址，二建新城，浪费巨大。今年2月25日，记者从国土资源部三峡地质灾害防治指挥部获悉，三峡库区正在建设中的巫山新城(离旧城数十里)一处2000万立方米的滑坡体，正以每天1毫米左右的速度滑动。26日，记者赶到巫山新县城，在暮雨路上看到滑坡已拉裂水泥路面，一条条裂缝触目惊心，有的长达10米。滑坡体位于新城中心区，坡度28至30度，影响范围包括县残联、防疫站、法院、公安局、港务局等十多家单位及一所2000多人的学校，涉及一万多人。记者发稿时，当地已成立应急抢险机构，正对滑坡削坡减载，疏通排水，加紧地质勘察。

②滑坡形态特征滑坡后壁环谷状洼地的上部与未滑岩体的分界面（弧形陡壁）滑坡后壁—滑坡台阶—

相对错动而形成的错裂阶坎滑坡台阶拉张裂隙滑体与滑壁之间或滑体的上部出现的与滑壁大致平行的张裂隙拉张裂隙—何鹏摄于西昌米易县，2006年12月滑坡舌—

滑坡体前部由于土石挤压而形成的舌状隆起带滑坡舌坡脚出现泉水或潮湿洼地双沟同源现象地形等高线Landslidescutshearcliffs..未来沟谷发育带“醉汉林”和“马刀树”醉汉树2008年6月14日日本岩手·宫城内陆地震触发的巨型滑坡

峨眉山观音岩水库右坝肩滑坡发育在由白垩系夹关组一段（K2j1）砖红色砂岩夹薄层或透镜状泥岩、粉砂质泥岩构成的斜向河谷中，岩层倾向下游偏向左岸，是一个在中倾外岩层层面和陡倾裂隙组合成的楔形槽里滑动形成的基岩老滑坡。滑坡后缘窄，前缘宽，平面上呈三角形；后缘堆积体宽度约65m，前缘堆积体宽约200m，滑坡后缘下游侧边界上游侧边界滑坡全貌滑坡后缘断壁至前缘纵向长约510m，滑坡堆积体纵向长约390m，滑坡后缘断壁长约120m，高约65m，后缘断壁最大高程约690m，滑坡堆积体最大高程约625m，前缘伸入河中。③滑坡分类按滑动面与层面的关系顺层滑动—

顺层面、片理面等结构面滑下5.12地震引发的绵竹金鱼嘴电站厂房下游右岸顺层滑坡何鹏摄于2008年8月23日2010年4月25日，台湾一条交通要到、“北二高”基隆段发生山崩意外，倾斜而下的土石压垮一座高架桥，并覆盖道路约200米，多人、车被埋。金汤河水电工程进水口边坡何鹏摄于2011年8月27日切层滑动—沿节理、断层或其它与层面或片理面向切的软弱结构面滑动均质滑动—

滑动发生于岩性均一的岩体中按滑动的力学特征牵引式滑坡牵引式滑坡推动式滑坡推动式滑坡平移式滑坡平移式滑坡按滑动面埋深浅层滑坡（滑动面埋深仅数米）中层滑动（滑动面埋深数米～20米）深层滑动（滑动面埋深20米～50米）极深层滑动（滑动面埋深大于50米）④

滑坡的形成机制当滑动面受最大剪应力控制时的滑坡形成过程

a.破坏前无既定的软弱面b.当剪应力超过岩石的强度极限，大致沿着最大剪应力面而发生剪切滑动c.滑动面形状呈圆弧形并在斜坡上缘转为陡倾的拉裂面d.岩石的强度在此对边坡稳定起决定性作用当滑动面受已有软弱结构面控制边坡稳定受控于软弱结构面的产状力学性能滑坡和蠕动变形滑坡前期一般均伴随有历时长短不一的蠕动变形前期蠕变特征边坡岩土体出现速度较均匀的沉陷坡体及其上部可出现裂隙和拉开Tensioncracksatthetopofthecliffindicatingslowflexuraltopplingthatwillbefollowedbyplanarfailureoftheunstablerockmass.TheSamouqueirabeach,inalternatingshaleandgeywackeoftheBrejeiraFormation,CarboniferousofSWPortugal.3.影响边坡稳定性的因素⑴地貌、坡形条件⑵地层和岩性条件坡体中有一组结构面时顺向坡⑶地质构造和岩体结构条件逆向坡横向坡斜交坡坡体中有多组结构面时两组两组以上2007年11月20日8时44分，宜万铁路高阳寨隧道Ⅱ线进口发生特别重大坍塌事故，造成现场施工人员4人、318国道行驶中的大客车内32人中35人死亡、1人受伤。崩塌主要沿岩体中的已有结构面发生为厚层状岩体结构类型，主要结构面——层面近于水平而略倾向坡内共有四组结构面组合形成了这次岩崩J1J4——陡倾角结构面，倾向坡外，起到崩塌岩块的后缘切割作用J2J3J4J1——层面，起到崩塌岩块顶部的分割作用J2、J3——陡倾角X形结构面，起到侧面切割崩塌岩块的作用RockslideatYosemiteNationalPark,Californiakillsone,injures4⑷地下水的活动软化或溶蚀岩石产生静水压力产生动水压力增大岩体重量促进风化作用

定性分析—工程地质分析分析方法定量计算4.岩质边坡稳定性的评价方法⑴定量计算将立体简化为平面将均布力简化为集中力将滑动体视为均质刚性体数值模拟计算法采用方法极限平衡法简化计算条件将滑动面简化成平面、折面、或弧面有限单元法(FiniteElementMethod)有限差分法(FiniteDifferenceMethod)边界单元法(BoundaryElementMethod)①

有限单元法(FEM)基本思想将连续的结构离散成有限个单元，并在每一个单元中设定有限个节点，将连续体看作是只在节点处相连接的一组单元的集合体水坝建模离散化b.同时设定场函数的节点值作为基本未知量，并在每一单元中假设一近似插值函数以表示单元中场函数的分布规律c.进而利用力学中的某些变分原理去建立用以求解节点未知量的有限元方程，从而将一个连续域中的无限自由度问题化为离散域中的有限自由度问题单元分析d.一经求解就可以利用解得的节点值和设定的插值函数确定单元上以至整个集合体上的场函数Ⅰ

把实际的工程问题转化为几何模型；Ⅱ

根据实际的工程问题，给几何模型划分单元；Ⅲ

形成单元刚度矩阵；Ⅳ

形成整体刚度矩阵；Ⅴ

形成等效节点荷载；Ⅵ

形成节点荷载向量；Ⅶ

引入约束条件；Ⅷ

解有限元方程；Ⅸ

由节点位移得到单元应力；Ⅹ

分析整理结果。有限单元法求解问题的步骤①尾纵剖面开挖后最大主应力图（MPa）①尾纵剖面开挖后最大剪应力图（MPa）①尾纵剖面开挖后破坏接近度图②

滑动面为单一平面的一般计算（库仑定理）只考虑自重，不考虑侧向摩擦力假定条件垂直于滑动方向上取一个单位宽度计算计算公式：K

——

安全系数③

滑动面为折面时的一般计算（推力法）以最末段的下滑力判断整体的稳定性下滑力逐段向下传递假定计算条件逐段计算下滑力4#3#2#1#滑动面由多组结构面组成采用推力法计算的原理abcde计算第一步：以1#滑块为计算对象G1E1N1T1产生垂直于底滑面的分力N1平行于底滑面的下滑力T1来自下一个滑块的阻滑力E1受力情况注：设滑块受到的来自下一个滑块的阻滑力方向与本滑块的底滑面平行重力，L1

1#ba计算第二步：受力情况重力G2，G2产生垂直于底滑面的分力N2N2平行于底滑面的分力T2T2来自下一个滑块的阻滑力E2E2阻滑因素摩擦力阻滑力：E2K＝阻滑因素滑动因素推力,以2#滑块为计算对象bc

2#L2

垂直于底滑面的分力产生平行于底滑面的分力

粘聚力：滑动因素：计算第n步计算从下一段重新开始计算结果应用当最末一段推力Em≤0

时，边坡为稳定状态当Ei≤0

时仅表明第i段没有向下传递推力abcde4#3#2#1#⑵工程地质分析①

赤平极射投影图及作图原理优点玫瑰图的●

快速、直观反映出一定工区范围内节理、裂隙发育的一致规律●

简单分析各不同方向节理、裂隙对工程造成的不同影响缺点●

表达方式不够形象、准确●

对特定结构面间及其与工程界面间的关系表达不够具体赤平极射投影图的作用●

在平面上形象表达空间各种产状的界面●

在平面上形象表达空间各种不同界面的相互组合、交切关系●

分析结构面间以及结构面与各临空面、边坡坡面等的相互组合、交切关系●

定性评价被这些界面所围限的岩体的稳定性投影工具:球体、赤平面投影原理：●

以球体南极点为观察点观察点●

向上观察北半球体上的目标目标●

目标与观察点间的连线（即视线）与赤平面间的交点即为目标在赤平面上的投影点目标投影点★

点状目标的投影投影结果：赤平面上的一个点★过球心任意空间线的投影空间任意直线投影结果赤平面上的一条线投影结果线段或赤平面上的一个点空间直线与投影面垂直投影结果为一点结论:●

投影线的始点(M)至球心点(O)的方向即为该空间直线的倾向方向●

投影线MO

的长短L

可反映空间直线的倾角大小：▲当空间线直立时L=0▲当空间线水平时L=AAO●

据此，可将投影面的半径刻划成反映倾角大小的刻度：▲0°点在投影面的边线上▲90°点在投影面的中心点上▲刻度尺从低角度到高角度由疏至密★过球心任一空间斜面的投影投影结果一条弧线＋一条过投影平面中心的直线圆弧面结论:●

该直线的延展方向即为该空间斜面的走向方向●

圆弧顶点至投影中心点的连线即为该斜面最大倾斜线的水平投影线●

圆弧顶点至投影中心点的方向即为该空间斜面的倾向方向●

倾向线投影线的长短反映了空间斜面的大小倾角▲该投影线越长，意味着空间斜面的倾角愈缓▲该投影线长度为0，意味着空间斜面的倾角为90°▲该投影线长度为投影圆半径，意味着空间斜面的倾角为0°请作出结构面125°∠45°、60°∠30°、315°∠70°的赤平极射投图结构面125°∠45°走向线最大倾斜线赤平面投影线结构面与上半球球面交线的水平投影弧线其长短由结构面的倾角确定其箭头方向即为结构面的倾向方向赤平极射投影图正规作图步骤②

岩体滑动方向的图解分析▲若交线在两倾向线以内，交线指向方向即为滑动方向，两结构面此处均为滑动面倾向线结构面交线投影线▲若交线在两倾向线以外，则其中一倾向线(倾角较缓者）方向为滑动方向，滑动将发生在该倾向线所在的结构面▲若交线与其中一倾向线重合，则重合线为滑动方向●

作两组结构面的赤平投影图，标出其倾向线及结构面的交线；边坡坡面软弱结构面▲坡面、结构面走向相同、倾向相反，边坡岩体总体稳定反向坡③

滑动可能性分析●由一组结构面控制的斜坡▲坡面、结构面走向、倾向均相同，且坡角β＞软弱面倾角

α，在赤平投影图上表现为坡面投影圆弧包含在结构面投影圆弧之内，此处边坡总体稳定性差，易滑顺向坡▲边坡结构面发育特征与上条件相同，但坡角β＜结构面倾角

α，在赤平投影图上表现为结构面投影圆弧包含在坡面投影圆弧之内，此处边坡总体属基本稳定顺向坡▲边坡结构面走向与结构面走向斜交，交角γ＞40°，此处边坡属横向坡，边坡岩体总体处于稳定状态横向坡▲边坡结构面走向与结构面走向斜交，交角γ＜40°，此处边坡稳定性视具体情况安反坡或顺向坡考虑顺向坡●由两组结构面控制的斜坡▲边坡总体最稳定状态自然坡面开挖坡面其坡面和结构面的投影线特征为：★结构面与坡面的组合表现为横向坡结构面投影线交点★结构面投影线交点位于边坡坡面投影线的另一侧结构面交线投影线及其指向方向★结构面交线的倾斜方向与坡面倾斜方向相反▲边坡总体稳定状态自然坡面开挖坡面其坡面和结构面的投影线特征为：★结构面与坡面的组合表现为横向坡★结构面投影线交点位于边坡坡面投影线的同一侧结构面投影线交点★结构面交线的倾斜方向与坡面倾斜方向相同，但倾角均陡于两坡面结构面交线投影线及其指向方向▲边坡总体较稳定状态自然坡面开挖坡面其坡面和结构面的投影线特征为：★结构面与坡面的组合表现为横向坡结构面投影线交点★结构面投影线交点位于边坡坡面投影线的同一侧结构面交线投影线及其指向方向★结构面交线的倾斜方向与坡面倾斜方向相同，且倾角均缓于两坡面★有利于稳定的因素是结构面的交线未在自然坡面上出露▲边坡总体较不稳定状态自然坡面开挖坡面其坡面和结构面的投影线特征为：★结构面与坡面的组合表现为横向坡结构面投影线交点★结构面投影线交点位于边坡坡面投影线之间结构面交线投影线及其指向方向★结构面交线的倾斜方向与坡面倾斜方向相同，其倾角缓于开挖坡面而陡于自然坡面★有利于稳定的因素是结构面的交线不一定在自然坡面上出露▲边坡总体不稳定状态自然坡面开挖坡面其坡面和结构面的投影线特征为：★结构面与坡面的组合表现为横向坡结构面投影线交点★结构面投影线交点位于边坡坡面投影线之间结构面交线投影线及其指向方向★结构面交线的倾斜方向与坡面倾斜方向相同，其倾角缓于开挖坡面而陡于自然坡面★不利于稳定的因素是结构面的交线在开挖坡面及自然坡面上均出露5.不稳定边坡的防治措施平整坡面以免坑洼地积水坡体上修筑排水沟防地表水入渗外围挖沟槽以阻断地表水流向坡体整治滑坡的重要手段SurfaceDrainageonaslopeontheroadintoRunswickBay,acoastalvillageinYorkshire,EnglandIntheHenllyslandslideinSouthWalestrenchdrainshavebeenduginfrontofthelandslip,sothatitwillslideoverthetop,andbedrainedfromunderneath.

地下水防范措施修筑地下排水廊道Drainsareinstalledinnear-horizontalboreholesunderatipofurbanrefusewhichwasslidingdownhillnearAncona,Italy.

钻孔排水Thisdiagramshowsacoastallandslidewithseveralsystemsofdrainage

Drainsareinstalledinnear-horizontalboreholesfromshaftsinacoastallandslideatHerneBay,Kent.

Drainsareinstalledinavarietyofwaystostabilizeslopes.削坡减重指：挖除边坡上部岩体一部分，起减缓坡度、减轻下滑体重量的作用注意选择好削坡位置修建支档建筑

注意支挡建筑的作用力应在滑动面以下注意墙体后的排水设计陕西省临潼华清池骊山的挡土墙何鹏摄于2000年6月锚固措施适用于对岩质不稳定边坡的加固1—

混凝土挡墙2—裂隙灰岩3—预应力锚索4—锚固孔5—锚索锚固端6—混凝土锚墩采用预应力钢索或钢杆锚固岩全长80多米的锚索插入山体分为系统锚固随机锚固用于需要抵抗较大滑余推力的岩质边坡防护喷射混凝土护面防止岩土体表面风化剥落防止小体积松动岩块脱落防止地表水渗入坡体川大科技孵化楼基坑边壁喷射混凝土防护层何鹏摄于2003年3月大岗山水电站交通洞口岩体表面喷射混凝土防护层何鹏摄于2008年4月设置马道减缓坡度陕西扶风县至西安高速公路段边坡防护措施何鹏摄于2000年6月SNS（SafetyNettingSystem）柔性支护(1)主动防护系统SNS标准主动防护网常用于坡面崩塌、危岩、落石、风化剥落、溜坍、溜滑或塌落类地质灾害加固防护，其明显特征是采用系统锚杆固定，并根据柔性网的不同，分别通过支撑绳和缝合张拉（钢丝绳网和铁丝格栅）或预应力锚杆来对柔性网部分实现预张，从而对整个边