边坡工程概述

边坡工程概述第一页，共二十八页，编辑于2023年，星期二斜坡(slope)统指地表一切具有侧向临空面的地质体，包括天然斜坡和人工边坡。天然斜坡(简称斜坡）是指自然地质作用形成未经人工改造的斜坡。8.1概述人工边坡(简称边坡）是指经人工开挖或改造形成的斜坡。第二页，共二十八页，编辑于2023年，星期二8.1.1边坡工程对国民经济建设的影响1)露天矿一种大规模的开挖工程。废石挖方量Q为：如果坡角从α1=35°增加到α2=36°，对深度400m的矿坑，每公里长的坡段可减小剥离量4.15Mm3随着坡高的增加，加陡边坡可减少废石开挖和运输量，提高矿山的经济效益，但存在边坡的稳定性问题，陡到？程度——优化设计第三页，共二十八页，编辑于2023年，星期二2）铁路、公路、水利建设路堤边坡与路堑边坡的稳定性严重影响到铁路、公路与水利设施的安全运营与建设成本路堤高度一定，坡角越大，路基占地面积越小。减少填方量路堑、水利工程施工中，加大边坡角，减少土石方开挖量8.1.1边坡工程对国民经济建设的影响第四页，共二十八页，编辑于2023年，星期二3）其他方面房屋建筑与市政建设中，边坡的稳定性一方面影响到建筑物的安全运营与使用，另一方面也影响到建设成本。边坡工程一方面关系到其所维系的各构筑物的安全正常使用，另一方面同样也影响到施工成本。边坡工程研究目的：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，一是对与工程有关的天然边坡稳定性作出定性和定量评价；二是要为合理地设计人工边坡和边坡变形破坏的防治措施提供依据。其中稳定性计算是岩体边坡稳定性分析的核心8.1.1边坡工程对国民经济建设的影响第五页，共二十八页，编辑于2023年，星期二在岩体中进行开挖，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。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。8.1.2应力分布特征第六页，共二十八页，编辑于2023年，星期二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。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。8.1.2应力分布特征第七页，共二十八页，编辑于2023年，星期二(3)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。(4)最大剪应力迹线为凹向坡面的弧线。8.1.2应力分布特征第八页，共二十八页，编辑于2023年，星期二(1)天然应力水平天然应力使坡体应力重分布作用加剧。(2)坡形、坡高、坡角及坡底宽度坡高不改变应力等值线的形状，但改变主应力的大小。

坡角影响边坡岩体应力分布情况。坡底宽度对坡脚岩体应力有较大的影响。坡面形状对重分布应力也有明显的影响。8.1.3影响边坡应力分布的因素第九页，共二十八页，编辑于2023年，星期二(3)岩体性质及结构特征岩体变形模量对边坡应力影响不大，泊松比对边坡应力影响较大。这是由于泊松比的变化，可以使水平自重应力发生改变。(4)结构面结构面的存在使坡体中应力发生不连续分布，并在结构面周边或端点形成应力集中带或阻滞应力的传递，这种情况在坚硬岩体边坡中尤为明显。8.1.3影响边坡应力分布的因素第十页，共二十八页，编辑于2023年，星期二岩体边坡的变形与破坏是边坡发展演化过程中两个不同的阶段，变形属量变阶段，而破坏则是质变阶段，它们形成一个累进性变形破坏过程。8.2.1边坡岩体变形的基本类型8.2.2边坡破坏的基本类型8.2.3影响岩体边坡变形破坏的因素8.2边坡的破坏形式及其影响因素第十一页，共二十八页，编辑于2023年，星期二1、松动在成坡过程中，由于荷重不断减少，边坡岩体在减荷方向(临空面)产生伸长变形，即卸荷回弹。天然应力越大，向临空方向的回弹变形量也越大。往往会伴随产生一系列的张性结构面。8.2.1边坡岩体变形的基本类型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，但从整体而言并未产生滑动破坏，主要表现为松动和蠕动。第十二页，共二十八页，编辑于2023年，星期二2、蠕变变形边坡岩体中的应力对于人类工程活动的有限时间来说，可以认为是保持不变的。在这种近似不变的应力作用下，边坡岩体的变形也将会随时间不断增加，这种变形称为蠕变变形。当边坡内的应力未超过岩体的长期强度时，则这种变形所引起的破坏是局部的。反之，这种变形将导致边坡岩体的整体失稳。这种破裂失稳是经过局部破裂逐渐产生的，几乎所有的岩体边坡失稳都要经历这种逐渐变形破坏过程。8.2.1边坡岩体变形的基本类型第十三页，共二十八页，编辑于2023年，星期二8.2.1边坡岩体变形的基本类型1）表层蠕动边坡浅部岩体在重力的长期作用下，向临空方向缓慢变形构成一剪变带，其位移由坡面向坡体内部逐渐降低直至消失。岩质边坡的表层蠕动，常称为岩层末端“挠曲现象”，系岩层或层状结构面较发育的岩体，在重力长期作用下，沿结构面错动或局部破裂而成的屈曲现象。分布于页、薄层砂岩或石灰岩、片岩、石英岩，以及破碎的花岗岩体所构成的边坡中。软弱结构面愈密集，倾角愈陡，走向愈接近于坡面走向时，其发育尤甚。第十四页，共二十八页，编辑于2023年，星期二8.2.1边坡岩体变形的基本类型2）深层蠕动主要发育在坡体下部或坡体内部，按其形成机制特点，深层蠕动有软弱基座蠕动和坡体蠕动两类。坡体的基座产状较缓且具有一定的厚度的相对软弱岩层，在上覆重力作用下，致使基座部分向临空方向蠕动，并引起上覆岩层的变形与解体，是“软弱基座蠕动”的特征。坡体沿缓倾斜结构面向临空方向缓慢移动变形，称为坡体蠕动。在卸荷裂隙较发育并有缓倾结构面的坡体中比较普遍。第十五页，共二十八页，编辑于2023年，星期二单平面滑动双平面滑动多平面滑动边坡破坏的基本类型楔形状滑动圆弧形滑动平面滑动滑坡倾倒破坏崩塌8.2.2边坡破坏的基本类型边坡的变形发展到一定程度，将导致边坡的失稳破坏。第十六页，共二十八页，编辑于2023年，星期二崩塌：斜坡岩土体被结构面分割的块体，突然脱离母体以垂直运动为主、翻滚跌跃而下的现象与过程8.2.2边坡破坏的基本类型第十七页，共二十八页，编辑于2023年，星期二8.2.2边坡破坏的基本类型岩坡的崩塌常发生于高、陡边坡的前缘地段。高陡斜坡和陡倾裂隙，是由于斜坡前缘的裂隙卸荷作用、由基座蠕动造成斜坡解体而形成。这些裂隙在表层蠕动作用下，进一步加深、加宽，并促使坡脚主应力增强，坡体蠕动进一步加剧，下部支撑力减弱，从而引起崩塌。崩塌形成的岩堆给其后侧坡脚以侧向压力，再次发生崩塌的突坡处上移。所以，崩塌具有使斜坡逐次后退、规模逐渐减小的趋势。第十八页，共二十八页，编辑于2023年，星期二8.2.2边坡破坏的基本类型岩坡崩塌产生的力学机理认为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。其他外力：由于裂隙水的冻结而产生的楔开效应、裂隙水的静水压力、植物根须的膨胀压力以及地震、雷击等的动力荷载等，都会诱发岩坡产生崩塌现象。地震引起的坡体晃动和大暴雨渗入使裂隙水压力剧增，甚至可使被分割的岩体突然折断，向外倾倒崩塌。自然界的巨型山崩，总是与强烈的地震或特大暴雨相伴生。第十九页，共二十八页，编辑于2023年，星期二滑坡：斜坡岩土体沿着贯通的剪切破坏面（带），产生以水平运动为主的现象，称为滑坡。8.2.2边坡破坏的基本类型第二十页，共二十八页，编辑于2023年，星期二8.2.2边坡破坏的基本类型与崩塌的区别滑坡通常以深层破坏的形式出现。滑动面往往深入到坡体内部，甚至延伸到坡脚以下。滑动速度比崩塌缓慢。不同的滑坡其滑速可以相差很大，主要取决于滑动面本身的物理、力学性质。如，当滑动面通过脆性岩石，或者滑面本身具有一定的抗剪强度时，由于构成滑面之前可以承受较高的下滑力，一旦形成滑面即将下滑时，其抗剪强度急剧下降，滑动突发而迅速。第二十一页，共二十八页，编辑于2023年，星期二8.2.2边坡破坏的基本类型根据滑面的形状，滑坡形式可分为平面剪切滑动和旋转剪切滑动。平面滑动的特点是块体沿着平面滑移。它的产生是由于这一平面上的抗剪力与边坡形状不相适应。常发生在地质软弱面的走向平行于坡面，产状向坡外倾斜的地方。根据滑面的空间几何组成，分为简单平面剪切滑动、阶梯式滑坡、三维楔体滑坡和多滑块滑动等几何破坏模式。第二十二页，共二十八页，编辑于2023年，星期二8.2.2边坡破坏的基本类型旋转剪切滑动的滑面通常成弧形状，岩体沿此弧形滑移。在均质岩体中，特别是均质泥岩或页岩中易产生近圆弧形滑面。当岩土非常软弱（土边坡）或者岩体节理异常发育或已破碎，破坏也常常表现为圆弧状滑动。第二十三页，共二十八页，编辑于2023年，星期二倾倒破坏：由陡倾或直立板状岩体组成的斜坡，当岩层走向与坡面走向近平行时，在自重应力的长期作用下，由前缘开始向临空方向弯曲、折裂，并逐渐向坡内发展的现象称为倾倒破坏（弯曲倾倒）。8.2.2边坡破坏的基本类型第二十四页，共二十八页，编辑于2023年，星期二8.2.2边坡破坏的基本类型其他破坏模式：滑塌、岩块流动、岩层曲折滑塌：边坡松散岩土的坡角大于它的内摩擦角时，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，从而重新达到稳定坡脚的斜坡破坏过程。第二十五页，共二十八页，编辑于2023年，星期二8.2.2边坡破坏的基本类型岩块流动：通常发生在均质硬岩层中，类似于脆性岩石在峰值强度点上破碎而使岩层全面崩塌的情形。成因：先是在岩层内部某一应力集中点，岩石因高应力的作用而开始破裂或破碎，于是所增加的荷载传递给邻近的岩石，从而又使邻近岩石受到超过其强度的荷载作用，导致岩石进一步的破裂。第二十六页，共二十八页，编辑于2023年，星期二8.2.2边坡破坏的基本类型岩层曲折：当岩层成层状沿坡