岩质边坡稳定分析

第六章岩体边坡稳定性（边坡稳定性的工程地质研究）第一节边坡地质作用的基本类型滑坡及崩塌（地质灾害）

滑坡是斜坡上的岩土体在自然或人为因素影响下失去稳定，沿一定的坡面破坏面整体下滑的现象，是常见的斜坡失稳而产生的地质灾害。

崩塌是岩石斜坡破坏的一种形式。斜坡前缘部分被陡倾角的破坏面分割，以突然的方式脱离母体，翻滚而下，岩石相互撞击破碎，最后堆积于坡脚而形成的岩堆，称为崩塌。1980年6月湖北盐池河磷矿崩塌160米高体积约106立方米山体284人丧生1988年3月甘肃东乡县洒勒山发生巨型山崩黄土及第三系泥岩体积50×106立方米237人丧生。崩塌、滑坡名称发生日期方量（104m3）运动速度最大运动距离（m）死亡人数斜坡类型①诱发因素盐池河崩塌（湖北）1980.6.310034m/s（最大值）400284平缓层状，软弱基座地下采矿铁西滑坡（四川，成昆线）1981.7.82204m/h(平均值）70中倾外层状体，老滑体局部复活地面采石渡口灰岩矿山滑坡（四川，攀枝花）1981.6.104165.5m/min（平均值）220中倾外层状体斜坡地面采石四川盆地西部暴雨滑坡1981.7月，9月数百个，单个滑坡方量大多小于100万m35m/s±100±约10人多种类型层状体斜坡暴雨（数十年一遇，暴雨强度＞200mm/d）鸡扒子滑坡（四川，长江云阳）1982.7.2415003－10m/min150－200变角倾外层状体斜坡，老滑坡局部复活暴雨洒勒山滑坡－碎屑流（甘肃）1983.3.73000－400032m/s（最大值）900237平缓层状体斜坡新滩滑坡（湖北，长江新滩）1985.6.12300010m/s80老滑坡复活马家坝滑坡（湖北，姊归）1986.7.162400中速数十米缓倾外层状体斜坡，老滑坡复活暴雨西宁滑坡－碎屑流（四川，巫溪）1988.1.1070018－50m/s80026倾内层状体斜坡，软弱基底溪口滑坡－碎屑流（四川，华蓥山）1989.7.102020－30m/s1500221倾内层状体斜坡暴雨昭通滑坡－碎屑流（云南，金沙江支流）1991.9.231500－200075m/s（平均）4500216倾外层状斜坡暴雨表6－1我国80年代重大崩、滑灾害事件

从力学特性来看分为五类1、岩石崩塌2、平移滑动3、旋转滑移4、岩块流动5、岩层曲折第二节岩质边坡应力分布特征岩质边坡应力分布特征⑴边坡形成后应力状态的变化①边坡岩体处于自重应力场的理想状况下②边坡岩体为均质岩体假设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σ1愈接近平行于斜坡临空面，而原为水平方向的σ3则与斜坡临空面正交）主应力迹线图虚节线代表剪应力迹线●●在坡角与河谷谷底形成应力集中带在σ1与σ3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（该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●当σL=3γH时，坡脚切向应力可达7--9倍γH无侧向水平应力（σL)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=3γH）●在坡顶或坡面的靠近地表部位，由于水平应力显著降低，σ3可成为拉应力，形成拉应力带●●原始水平剩余应力越高，越易形成拉应力区●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W>0.8H时坡脚处τ基本不随底宽的变化而变化●基坑底宽W<0.8H时坡脚处τmax随底宽的缩小而急剧增大●

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、拉应力强烈集中第三节边坡岩体变形和破坏概述1边坡形成后，在新的应力条件下，坡体将发生局部的或整体的变形和破坏以达到新的平衡。产生变形的应力与抵抗变形的应力。2岩质边坡变形是以坡体中未出现贯通性的破坏面和局部破裂为特点；而破坏的坡体以出现贯通性的破坏面时的变动为特点。3岩质边坡变形包括松弛张裂和蠕动；破坏主要为崩塌和滑坡。边坡岩体变形和破坏

1、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：岩体结构下切深度地应力特征影响其发育的因素●

向下延伸至谷底附近即消失●可是新生的，但多为沿已有陡倾角裂隙发育而成●

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●在边坡岩体中，则可能成为边坡岩体失稳的主滑面●降低岩体强度，增大岩体透水性，使岩体更易风化●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向临空面的滑动不均匀沉陷后果：松动破碎

2蠕动分为拉张上部坚硬岩层的表现为深层蠕动表层蠕动强度降低透水性增大岩层变得陡立岩层发生倒转下部软弱岩层向临空面的挤出指：坚硬岩层下面由软弱岩层引起的缓慢性变形层状岩体向上逐渐连续弯曲(塑性岩层)破裂、倾倒(脆性岩层)点头哈腰崩塌和滑坡岩崩：坚硬岩体中发生的崩塌土崩：土体中发生的崩塌3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4.滑坡

将要发生的滑坡的危害

⑴危害已滑动破坏过的老滑坡的危害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。还可能再次滑动破坏滑坡体边界线老滑坡体结构疏松破碎强度底透水性强稳定性差指：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湖北秭归县沙镇溪千将坪特大滑坡全貌

⑵形态特征滑坡后壁环谷状洼地的上部与未滑岩体的分解面（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—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Landslidescutshearcliffs..未来沟谷发育带“醉汉林”和“马刀树”醉汉树浅层滑坡（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）⑶滑坡分类按滑动面与层面的关系按滑动的力学特征按滑动面埋深顺层滑动

—顺层面、片理面等结构面滑下均质滑动—滑动发生于岩性均一的岩体中牵引式滑坡推动式滑坡平移式滑动切层滑动

—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⑷

滑坡的形成机制D.岩石的强度在此对边坡稳定起决定性作用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当滑动面受最大剪应力控制C.滑动面形状呈圆弧形并在斜坡上缘转为陡倾的拉裂面力学性能边坡稳定受控于软弱结构面的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变坡岩土体出现均匀沉陷前期蠕变特征当滑动面受已有软弱结构面控制时产状坡体极其上部可出现裂隙和拉开5.影响边坡稳定性的因素⑴地貌、坡形条件⑵地层和岩性条件软化或溶蚀岩石产生动水压力增大岩体重量促进风化作用⑷地下水的活动⑶地质构造和岩体结构条件坡体中有一组结构面时横向坡斜交坡坡体中有多组结构面时顺向坡逆向坡两组两组以上RockslideatYosemiteNationalPark,Californiakillsone,injures4产生静水压力定性分析—工程地质分析定量计算分析方法6.岩质边坡稳定性的评价方法⑴定量计算将滑动面简化成平面、折面、或弧面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有限元法计算采用方法极限平衡法简化计算条件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假定条件只考虑自重，不考虑侧向摩擦力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①滑动面为单一平面的一般计算(的库仑定理)②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逐段计算下滑力下滑力逐段向下传递假定计算条件采用推力法计算abcded’c’b’4321E1G1α1α2α3α4E’1滑动面由多组结构面组成计算第一步：以1#滑块为计算对象G1E1L1α1N1T11bb’a

＋c1L1K＝G1cosα1tgφ1

＋E1G1sinα1E1＝KG1sinα1－G1cosα1tgφ1－c1L1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G1，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受力情况计算第二步：E1’G2N2T2E2受力情况重力G2，产生垂直于底滑面的分力N2平行于底滑面的分力T2推力E1’,平行于底滑面的分力E1’cos(α1－α2)垂直于底滑面的分力E1’sin(α1－α2)产生来自下一个滑块的阻滑力E2E1’sin(α1－α2)tgφ2N2＝G2cosα2tgφ2阻滑力：E2－E1’cos(α1－α2)滑动因素：T2＝G2sinα2摩擦力粘聚力：c2L2K＝阻滑因素滑动因素以2#滑块为计算对象bcc’b’2L2α2α1α2阻滑因素计算第n步计算从下一段重新开始当最末一段推力Em≤0时，边坡为稳定状态仅表明第i段没有向下传递推力计算结果应用当Ei≤0时abcded’c’b’4321①赤平极射投影图及作图原理⑵工程地质分析●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●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缺点玫瑰图的优点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原理：●以球体南极点为观察点

投影工具:球体、赤平面观察点目标目标投影点★点状目标的投影投影结果：赤平面上的一个点●向上观察北半球体上的目标●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★过球心任意空间线的投影投影结果赤平面上的一条线或赤平面上的一个点空间任意直线投影结果线段空间直线与投影面垂直投影结果为一点倾向方向结论:▲当空间线直立时L=0▲当空间线水平时L=AAO▲0°点在投影面的边线上▲90°点在投影面的中心点上▲刻度尺从底角度到高角度由疏至密●据此，可将投影面的半径刻划成反映倾角大小的刻度：●

投影线的始点(M)至球心点(O)的方向即为该空间直线的●

投影线MO的长短L可反映空间直线的倾角大小：★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:走向方向●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°●

该直线的延展方向即为该空间斜面的●

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；③滑动可能性分析●由一组结构面控制的斜坡▲坡面、结构面走向相同、倾向相反，边坡岩体总体稳定；边坡坡面软弱结构面反向坡▲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；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；▲边坡总体稳定状态自然坡面开挖坡面结构面投影线交点★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，但倾角均陡于两坡面；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；▲边坡总体较稳定状态自然坡面开挖坡面★结构面投影线交点位于边坡坡面投影线之间；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，其倾角缓于开挖坡面而陡于自然坡面；结构面交线投影线及其指向方向★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；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；▲边坡总体不稳定状态自然坡面开挖坡面★结构面投影线交点位于边坡坡面投影线的同一侧以；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，且倾角均缓于两坡面；结构面交线投影线及其指向方向★不利于稳定的因素是结构面的交线在自然坡面上出露；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；▲边坡总体不稳定状态自然坡面开挖坡面★结构面投影线交点位于边坡坡面投影线之间；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，其倾角缓于开挖坡面而陡于自然坡面；结构面交线投影线及其指向方向★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。7.不稳定边坡的防治措施平整坡面以免坑洼地积水外围挖沟槽以阻断地表水流向坡体坡体上修筑排水沟整治滑坡的重要手段防地表水入渗SurfaceDrainageonaslopeontheroadintoRunswickBay,acoastalvillageinYorkshire,EnglandIntheHenllyslandslideinSouthWalestrenchdrainshavebeenduginfrontofthelandslip,sothatitwillslideoverthetop,andbedrainedfromunderneath.

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

钻孔排水Thisdiagramshowsacoastallandslidewithseveralsystemsofdrainage

Drainsareinstalledinnear-horizontalboreholesfromshaftsinacoastallandslideatHerneBay,Kent.

Drainsareinstalledinavarietyofwaystostabilizeslopes.注意选择好削坡位置削坡减重指：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适用于对岩质不稳定边坡的加固分为随机锚固锚固措施系统锚固采用预应力钢索或钢杆锚固岩全长80多米的锚杆插入山体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设置马道减缓坡度柔性支护⑵

拦石网系统的基本原理与拦石挡墙相同，但采用的是高强热镀锌钢丝绳网和与之相配合的消能装置、支撑柱、支撑绳及拉锚等，拦截能量可达2000KJ，且具有施工安装简易、不需大型机械、所需施工场地较少、不干扰正常行车、维护简单等优点。

⑴

固坡网系统是防治浅层边坡失稳的轻型开放式护坡系统。它主要以轻型金属网紧固有潜在扩离落石危险的坡面，其纵横交错的Ф16张拉强与4.5Х4.5m（实际施工中可根据地形条件在4.2m-4.8m间作适当调整选用）正方形模式布置的锚杆相联结，张拉绳构成的每个4.5mX4.5m网格内铺设一张4mX4m的RN/08/400型钢绳网，每张钢绳网与四周张拉绳间用缝合绳缝合联结并进行预张拉，该预张拉工艺能使该系统对坡面施以一定的法向预紧压力，从而提高危岩体的稳定性，阻止落石的发生。同时，这种开放式的防护形式不会影响地下水的正常排泄，并且给边坡的生态治理提供了先决条件。

⑶

导石网系统的形式与固坡网系统基本相同，但仅在防护区域的上（和下）沿锚固，限定落石的移动范围。适用于施工极其困难、工期特别短的边坡防护工程。

⑷导石棚系统基本原理与棚洞相同，但该系统采用的是高强热镀锌钢丝绳网、导向装置和防停积装置等，可将路堑边坡上的落石安全有效的引导到指定区域。由于该系统安装简易且工期短，是已建成通车的公路或铁路边坡防治扩离-落石灾害的有效方法。

生态护坡（注意：应在采取工程措施之后实施）Note:4photoshereGros

VentreLandslideWyomingTraits:largesthistoricslideinU.S..June23rd,1925.40millionmetrictons.followedheavyrainsandsnowmelt.formed40-60meterdeeplake.bedsdippingparalleltoslope.ranchdestroyedbyrisinglake.1927breakoutflood.ViewfromGrandTetonmountainsacrossvalleytoEtoGros

VentreRangeandlargeflakescaronmountainside.UpperpartofslideshowingwherebasalslipsurfaceatbottomofTensleepsandstone(ontopofAmsdenFormationclaybeds)isexposed.Noteintactsliverwithtreeshalfwaydownbarescarp.ViewfrominteriorofhummockytoetoothersideofvalleywhereTensleepsandstonerodeupandagainstinplaceChugwaterredclastics.Viewfromheadscarpscarwithsnowtotranslationalslideblockinmiddletohummockytoeatbase.Thislandslideformedalinewithcrescentscarps.Landslideformdeepcrescentcuts.(scarps)Landslidescutshearcliffs..Creepistheunnoticedslowmovementofunconsolidatedsoilsdownslope.Itiscommonlyseenascurvedtreetrunksasintheabovephote.Importanttolookforwhenbuyingrealestatebutnotlife-threatening.AnearthflownearInterstateHighway70,EllsworthCounty.Theheadistheupslopeportionofthelandslide.Thescarp,thesteeplyinclinedfailuresurfacewithexposedsoilandrock,marksthetopofalandslide.Thetoeisthedownslopeportionofthelandslide.Amoundofsoilcalledalobemarksthetoeofthelandslide.RECOGNITIONOFAREASOFPOTENTIALSLOPEFAILURE(25)IMainTopicsAMotivationBSignsofslopeinstabilityhttp://anaheim-/IIMotivationAMostlandslides(orpotentialslides)canberecognizedorpredictediftheproperinvestigationsareperformedinadvance.BExceptforsmallslides,slidestypicallycostfarlesstopreventthantofix(Anounceof

reventionisworthapondofcure...).CMassiveslidesmaycostmanytimesthecostofthedesiredfacility;theyshouldbeavoided.IIISignsofpastslopeinstability(focusontopographyandhydrology)AReviewofmaps(Figs.4.5,3.9inSR176)BReviewofaerialphotos&remotesensingimageryinSR1761Hummockytopography/Publications/pic13/pic13_2.htmlaObliqueaerialphotos:Figs.2.19,2,22,2.23,2.28,2.33bStereophotos:Figs.3.14,3.26,3.312Arcuatefracturesandoldscarpsorscars

/features.htmaObliqueaerialphotos:Figs.2.19,3.40,bStereophotos:Figs.3.5,3.7,3.14,3.19,3.20,3.24

3Areasofanomalousvegetation(seasonalphotosuseful)aObliqueaerialphotos:Plate3.3aStereophotos:Plates3.1,3.24Areasofseepage:Verticalinfraredimagery:Fig.3.355Sandflowsandtalus(Figs.3.25,3.30)CFeaturestoexamineinfieldreconnaissance1Groundcracks(Fig4.2inSR176)2Closedhillsidedepressions3Phreatophytesandseeps4Patchedorhummockyroads5Tiltedwalls,trees,andfencesSurfacesignsofsoilcreep.Leaningpowerandtelephonepole,fencesandgravestones,andtreesbendingfirstdownslopebeforegrowingstraightupmayprovideevideofsoilcreep.Themechanicsofsoilcreep.Individualsoilorrockparticlesareraisedatrightanglestotheslopebyswellingorexpansionandthensettleverticallydownwardduringcompactionorcontraction.Thenetresultisslowdownslopecreep.EARTHFLO