第二章破坏模式及稳定性分析

破坏模式：

整体破坏：平面滑动、圆弧滑动、折线滑动、楔形体滑动。

局部破坏：局部坍塌、崩塌、落石、碎落。2边坡的破坏模式平面滑动：其特点是边坡岩体沿某一结构面如层面、节理或断层面发生滑动，通常发生在滑动面的倾向与边坡面的倾向一致，而滑动面的倾角小于边坡角，但由于其内摩擦角的层状或有粘土夹层的岩体中，也可能发生在有较厚破碎带的岩体中。这类破坏一般情况下走向范围可能较大。2边坡的破坏模式圆弧形滑动：滑动面为一圆弧面，这种破坏常发生在均质松散的岩体或土体边坡上，散体结构岩体或坡高较大的裂隙岩体边坡也可能产生这种破坏形式。2边坡的破坏模式楔体滑动：当边坡岩休中有两组或两组以上结构面与边坡斜交，且相互切割成楔形体，当两结构面的组台交线的倾向与边坡倾向近于一致，组合交线的倾角小于边坡角而大于其内摩擦角时，较易发生这类破坏。2边坡的破坏模式折线型滑动：滑体内部软弱面不规则的情形，或者路基填方界面为折线形。实际工程中滑坡滑面往往呈折线形，规则的圆弧形（土质）、平面滑动（岩质）都是特殊的情形。2边坡的破坏模式局部坍塌，是上层、堆积层或风化破碎岩层斜坡，由于土壤中水和裂隙水的作用、河流冲刷或人工开挖坡陡于岩体自身强度所能保持的坡度而产生逐层塌落的变形现象。这是一种非常普遍的现象，一直塌到岩土体自身的稳定角时方可自行稳定。2边坡的破坏模式

崩塌，是陡坡上的巨大岩体或土体，在重力和其他外力作用下，突然向下崩落的现象。崩塌过程中岩体(或土体)猛烈地翻滚、跳跃、互相撞击，最后堆于坡脚，原岩体(或土体)结构遭到严承破坏。崩塌形成机理示意图2边坡的破坏模式落石：局部块体的崩落、滚落2边坡的破坏模式风化剥落：浅表层风化碎落、剥落现象，养护清扫麻烦。2边坡的破坏模式3影响边坡稳定性的因素3.1概述内在因素地层与岩性地质构造和地应力

岩体结构影响边坡稳定性的因素外部因素水的因素

切坡、震动的作用

风化作用支护性能3.1内在因素1）地层与岩性地层与岩性是决定边坡工程地质特征的基本因素，也是研究边坡稳定性的重要依据，因此，地层岩性的差异往往是影响边坡稳定的主要因素。不同地层不同岩性各有其常见的变形破坏形式，古老的泥质变质岩系，如千枚岩、片岩等地层，都属于易滑地层，在这些地层形成的边坡，其稳定性必然较差。3影响边坡稳定性的因素2）地质构造和地应力

地质构造主要指区域构造特点、边坡地质的褶皱形态、岩层产状、断层和节理裂隙发育特征以及区域新构造运动活动特点等。它对边坡岩体的稳定，特别是对岩质边坡稳定性的影响十分显著。在区域构造比较复杂的地区，边坡的稳定性较差。3影响边坡稳定性的因素3）岩体结构结构面被认为是特别重要的影响因素，结构面强度比岩石本身强度低很多，一个或多个结构面组合边界的剪切滑移、张拉破坏和错动变形是造成边坡岩体失稳的主要原因。3影响边坡稳定性的因素结构面:岩体中具有一定方向、力学强度相对较低，两向延伸（或具有一定厚度）的各种地质界面（或带）。包括物质分界面、岩层层面、软弱夹层和溶蚀面等，规模大者如断层带，小者如节理。由于这种界面中断了岩体的连续性，故又称不连续面。

结构体:是由不同产状的结构面组合起来，将岩体切割成各种形状的单元块体。整体与块状结构层状结构坡体结构·层状结构类碎裂状结构坡体结构·碎裂结构类

受构造结构面（断裂面、节理面、劈理面）控制坡体结构·碎裂结构类

受构造结构面（断裂面、节理面、劈理面）控制散体状结构岩体结构包括结构面和结构体特征，但最重要的是结构面的影响：①结构面的成因类型结构面按其成因可分为：构造结构面次生结构面原生结构面a.垂直坡、大角度斜交坡对稳定有利主控结构面同边坡的产状组合关系是决定岩质边坡稳定性的敏感因素。b.当结构面的走向与边坡面走向近于平行时，则对边坡稳定性的影响取决于结构面的倾角和倾向。c.当结构面呈水平状态时边坡属稳定边坡。d.当结构面的倾向与边坡倾向方向相反时，边坡也属稳定边坡。（4）边坡几何形状及表面形态a.边坡的外形（a）凸形（b）平面（c）凹形3.2外部因素1）水的作用水的作用BECDA静水压力和浮托力动水压力(或称渗透力)水对边坡岩体的物理化学的破坏地下水的流动与断层透水性的优劣地下水的存在和水位的高低3.2外部因素1）水的作用（既要考虑自然水，也要考虑周围水环境的改变造成影响）2）振动的作用a.振动波对边坡岩体的破坏作用3）不当挖填方的影响4）风化作用5）植被生长的影响6）支护性能4.1稳定性的基本含义4边坡稳定性分析方法稳定性系数=可供利用的抗滑力/滑动力边坡稳定性分析方法边坡稳定性分析方法极限分析法

瑞典圆弧法Janbu条分法Bishop条分法物理模拟方法数学模拟方法其他方法极限平衡法数值分析方法

斯宾塞法

摩根斯坦－普赖斯法

平面滑动法

传递系数法有限单元法(FEM)离散单元法(DEM)、块体理论和不连续变形分析(DDA)边界元法

快速拉格朗日法(FLAC)流形元法《建筑边坡工程技术规范》中的基本规定边坡:

岩质边坡与土质边坡。岩质边坡的破坏形式按下表划分：确定岩质边坡的岩体类型应考虑主要结构面与坡向的关系、结构面倾角大小和岩体完整程度等因素。确定岩质边坡的岩体类型时，由坚硬程度不同的岩石互层组成且每层厚度小于5m的岩质边坡宜视为由相对软弱岩石组成的边坡。当边坡岩体由两层以上单层厚度大于5m的岩体组合时，可分段确定边坡类型。

《建筑边坡工程技术规范》中的基本规定1）边坡稳定性评价应在充分查明工程地质条件的基础上，根据边坡岩土类型和结构，综合采用工程地质类比法和刚体极限平衡计算法进行。2）对土质较软、地面荷载较大、高度较大的边坡，其坡角地面抗隆起和抗渗流等稳定性评价应按现行有关标准执行。3）在进行边坡稳定性计算之前，应根据边坡水文地质、工程地质、岩体结构特征以及已经出现的变形破坏迹象，对边坡的可能破坏形式和边坡稳定性状态做出定性判断，确定边坡破坏的边界范围、边坡破坏的地质模型，对边坡破坏趋势作出判断。

《建筑边坡工程技术规范》中的基本规定4）边坡稳定性计算方法，根据边坡类型和可能的破坏形式，可按下列原则确定：

(1)土质边坡和较大规模碎裂结构岩质边坡宜采用圆弧滑动法计算；

(2)对可能产生平面滑动的边坡宜采用平面滑动法计算；

(3)对可能产生折线滑动的边坡宜采用折线滑动法计算；

(4)当边坡破坏机制复杂时，宜结合数值分析法进行分析。圆弧法：均质土层。4.2稳定性分析方法4边坡稳定性分析方法4边坡稳定性分析方法平面滑动法：顺层、岩土层界面滑动。4.2稳定性分析方法4边坡稳定性分析方法折线滑动法：滑动面不规则的情形。4.2稳定性分析方法楔形体滑动的滑动面由两个倾向相反、且其交线倾向与坡面倾向相同、倾角小于边坡角的软弱结构面组成。4.3楔形体滑动首先将滑体自重G分解为垂直交线BD的分量N和平行交线的分量(即滑动力Gsinβ)，然后将N投影到两个滑动面的法线方向，求得作用于滑动面上的法向力N1和N2，最后求得抗滑力及稳定性系数。可能滑动体的滑动力为Gsinβ，垂直交线的分量为N＝Gcosβ。将Gcosβ投影到△ABD和△BCD面的法线方向上，求得法向力N1、N2边坡的稳定性系数边坡的抗滑力4.4多平面滑动边坡岩体的多平面滑动，分为一般多平面滑动和阶梯状滑动两个亚类。阶梯状滑动，破坏面由多个实际滑动面和受拉面组成，呈阶梯状，其稳定性的计算思路与单平面滑动相同，即将滑动体的自重(仅考虑重力作用时)分解为垂直滑动面的分量和平行滑动面的分量。4.5

传递系数法——折线形滑动计算剖面地震力重力建筑荷载处理土：重度取值4.5

传递系数法——折线形滑动计算荷载4.5

传递系数法——折线形滑动计算公式4.5

传递系数法——折线形滑动计算公式计算工况工况一（现状工况）：天然状态工况二（校核工况）：天然状态+地震工况三（雨季工况）：天然状态+暴雨工况四……4.5

传递系数法——折线形滑动SLIDE软件－边坡的极限平衡分析系统

SLIDE是一种功能强大的边坡稳定性分析软件，主要针对土质或岩石边坡进行圆弧或非圆弧失效面的稳定性计算。主要特色特色包括：圆弧或非圆弧滑动面的滑面搜寻法；

Bishop、Janbu、Spencer、GLE/Morgenstern-Price以及其它分析方法；包含各向异性、非线性莫尔-库仑材料和其它多种材料模型；地下水－皮兹面、Ru因子、孔隙压力网格和有限单元渗流分析；边坡稳定性概率分析，给出边坡失效的概率（或可靠指标）；外载－线性、均布以及地震力的作用等；支护－土钉、锚索（杆）、桩等的前后处理与分析；可视化功能强大。（b）极限平衡分析

（a）SLIDEV.5.0界面（c）滑动面搜索

（d）加固效果分析

图1SLIDE软件及其分析结果边坡研究框图开挖后的重分布应力、大小力学模型建立（介质模型、应力、力学参数、变形破坏机理、边界条件…..）稳定性分析计算（刚体极限平衡理论、有限元…..）数学、力学分析法边坡岩体地质特征（地层、岩性、结构面特征及分布、地下水等）地质模型建立（平、剖面图）工程地质研究方法岩块、结构面力学性质（室内试验：求变形、强度参数）应力条件（建筑物作用力、天然应力、水压力、地震力等）岩体力学性质，力学参数（现场试验、模拟试验）试验法综合评价工程设计要求安全系数不稳定、不合理综合评价法稳定、合理其它判别指标工程设计修改方案或修改角施工4.5数值方法：有限元强度折减系数法进行强度折减非线性有限元分析要有一个过硬的非线性有限元程序和收敛性能良好的本构模型。因为收敛失败可能表明边坡已经处于不稳定状态，也可能仅仅是有限元模型中某些数值问题造成计算不收敛。

通过有限元强度折减，求得的滑动面所示,它是最先贯通的塑性区。塑性区贯通并不等于破坏，当塑性区贯通后塑性发展到一定程度，岩体发生整体破坏，同时出现第二、三条贯通的塑性区，程序还可以动画模拟边坡失去稳定的过程，从动画演示过程可以看出边坡的破坏过程也整体破坏的过程。

首先贯通的滑动面滑动面继续发展如果使有限元计算保持足够的计算精度，那么有限元法较传统的方法具有如下优点：

(a)能够对具有复杂地貌、地质的边坡进行计算;(b)考虑了土体的非线性弹塑性本构关系，以及变形对应力的影响；(c)能够模拟土坡的失稳过程及其滑移面形状。由图可见滑移面大致在水平位移突变的地方，也是在塑性区塑性发展最充分的地方，呈条带状；(d)能够模拟土体与支护的共同作用，图7为无锚杆（锚杆单元被杀死）时边坡稳定安全系数为1.1，图8为有锚杆支护时安全系数为