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1、第八章 岩坡稳定分析Chapter 8 Stability Analysis of Rock Slope,学习内容 岩坡及其破坏形式，岩坡的稳定性分析和计算； 圆弧法、多边形法、力的代数叠加法等； 岩坡的加固方法。,学习对象 岩坡、岩坡稳定、岩坡的加固,学习目的 了解岩坡及其破坏形式，岩坡的稳定性分析和计算；掌握圆弧法、多边形法、力的代数叠加法等岩坡的稳定性分析和计算的方法，岩坡的加固方法，如用混凝土填塞岩石断裂部分，锚栓或预应力锚索加固，用混凝土挡墙或支墩加固，挡墙与锚索或锚杆相结合的加固。,学习提示Learning Hints,8.1 概述,边坡： 土质边坡均匀介质，滑动面主要受应力条件控
2、制 岩质边坡 混合边坡土质和岩质的结合面,岩坡的特点,8.1 概述,岩坡顾名思义，由岩体构成的边坡，由于岩体结构复杂，由断层，节理，裂隙切割岩块极不规则，因此，岩坡的稳定性主要由结构面产状及组合形式控制。,影响岩坡稳定的主要因素,1.岩体结构（控制性结构面）2.降雨：结构面强度参数降低；渗透压力3.地震4.开挖，爆破5.蓄水等,8.1 概述,岩坡失稳表现形式,1. 岩崩高陡边坡，坡顶岩体由风化，冻融，松动压力等因素作用而脱离并向坡脚堆积 2. 滑坡边坡残岩及岩体，沿着软弱结构面或剪断岩体，向临空方向滑动,8.1 概述,青海化隆至循化公路危岩体,南昆铁路八渡滑坡,川藏公路滑坡,8.1 概述,云南
3、元磨高速公路砂泥岩高边坡滑坡,三峡库区奉节县城古滑坡,8.1 概述,贵州印江岩口滑坡堵江成坝,黄河李家峡水电站2#滑坡,8.1 概述,黄河李家峡水电站坝前滑坡,小湾电站左坝肩边坡高500m，6#山头发生10万m3崩塌,8.1 概述,滑坡类型,1. 平面滑动由一个或多个走向与坡面近于平行的滑裂面构成，且顺走向方向的长度远大于坡高-可简化为平面滑动分析,2. 楔形滑动沿多个滑裂面交线滑动 “空间滑坡” 按空间问题分析,3. 旋转滑动指滑裂面呈弧状，滑块绕一中心位置旋转滑动，多发生于土质边坡或均质岩坡,滑坡的单一指标分类,8.1 概述,滑坡的单一指标分类,8.1 概述,滑坡的综合指标分类,8.1概述
4、,滑坡的基本要素,8.1 概述,图1-4 滑坡要素平、剖面示意图 1.滑坡体；2.滑坡周界；3.滑坡壁；4.滑动面；5.滑坡床；6.滑坡剪出口；7.滑坡舌与滑坡鼓丘；8.滑坡台阶；9.滑坡后缘；10.滑坡前缘；11.滑坡洼地（滑坡湖）；12.拉张裂缝；13.剪切裂缝；14.羽状裂缝；15.鼓胀裂缝；16.扇形裂缝； 17.牵引性裂缝； 18.主滑线,8.2 岩质边坡的稳定性评价方法,有限元法,离散元法,DDA法,拉格朗日元法,刚体极限平衡法,无单元法,传统有限元方法（E,P） 有限元强度折减法 有限元超载法,圆弧法 块体法（二维、三维）,8.3 圆弧法岩坡稳定分析,对于土坡，由于没有明显的软弱
5、结构面，滑动面多呈圆弧状，采用圆弧法对于均质岩坡也可借用。,基本原理,1. 假定坡体沿O点旋转滑动,2. 条分（610条）,3. 计算第i条,滑动力,阻滑力矩,8.3 圆弧法岩坡稳定分析,特点：由于圆心O及滑面是任意假设的，需试验确定(Ks)min 和最危险滑面位置，实际计算，可查有关设计手册，教材进行,基本原理,对于土坡，由于没有明显的软弱结构面，滑动面多呈圆弧状，采用圆弧法对于均质岩坡也可借用。,4. 计算滑坡安全系数,8.4 单一滑动岩坡稳定分析,关于L，W参数详细计算见书P197。,基本原理,基本假定：坡体中存在倾角，走向 坡面的结构面，坡顶由于风化等因素，形成张开裂隙，深度Z，其中水
6、 ，边坡坡高H，坡角 稳定分析：ABCD岩块稳定安全系数CD裂隙面沿BA滑动,滑动力,阻滑力,8.5 双平面滑动岩坡稳定分析,一、滑坡体中无软弱结构面情况,岩坡受二条结构面切割，形成双平面滑动情况（AB+BC）分析较单一滑面复杂 主要特点：方程数少于待求未知数补充条件方程求解。,AB面阻滑力,假定滑块安全系数K 则当滑面AB与BC阻滑力降低K倍，滑块即处于极平衡。,BC面阻滑力,8.5 双平面滑动岩坡稳定分析,补充条件：滑块ABCD滑动时，必然离开AB面，即N10,8.5 双平面滑动岩坡稳定分析,二、滑坡体中存在软弱面情况,在ABC滑体中存在BD软弱结构面，切割ABC块体为ABD+BCD两块刚
7、体。存在相互错动，作用力P。 分析思路：1.分别分析ABD+BCD两块；2.建立两块间的联系,具体常用两种方法,1. 不平衡推力法,2. 等K法,8.5 双平面滑动岩坡稳定分析,二、滑坡体中存在软弱面情况,1）计算第块不平衡推力P(滑块在滑面S1+P作用下极限平衡),1. 不平衡推力法,沿AB滑面平衡条件：,沿AB法向：,8.5 双平面滑动岩坡稳定分析,二、滑坡体中存在软弱面情况,2）分析第块：,1. 不平衡推力法,沿BC滑面：,沿BC滑面法向：,岩坡整体安全系数,8.5 双平面滑动岩坡稳定分析,二、滑坡体中存在软弱面情况,2. 等K法,块：,抗滑力,滑动力,块：,抗滑力,滑动力,8.6多滑面
8、形成的平面滑坡体分析,假定n个岩块组成平面滑坡体，第i块，滑面倾角i，作用力Si,Ni，假定多滑块具有相同K（即等K法）,设第i块作用于i+1块不平衡推力Pi，方向平行于第i滑面：,抗滑力,滑动力,正应力,8.6多滑面形成的平面滑坡体分析,考虑第i块抗滑安全系数:,将Ni代入，可导出：,同理：第n块（最后一块）,由（13）式可看出，要计算最后一块K，须先计算Pn-1即需要由（12）式递推公式，逐块计算P1，P2Pn-1(其中：P1计算时，P0=0),8.6刚体极限平衡法,基本假定,“精确”解析解,与工程实际不符,“精确”,求解的过程与方法,精确,基本假定,？,数学解析方法,刚塑性假定,同时破坏
9、假定,不考虑滑床变形,无法考虑开挖,刚体极限平衡法,1.1 误差的由来,误差,8.6刚体极限平衡法,1.2 刚体极限平衡法存在的不足, 强度参数的选取, 计算方法的局限, 不符合“潘家铮极大值原理”, 适用范围单一, 评价方法单一, 破坏标准的判定,破坏的标准是按照滑动面同时破坏而制定的，并没有考虑滑坡的渐进破坏,在计算中要么选取峰值强度，要么选取残余强度，没有考虑峰值强度向残余强度的变化,无法模拟边坡施工过程、开挖引起的二次应力场，加固措施、加固时机、渗流、地震等作用的影响,无法体现出滑面上的拉剪应力的传递与转移及滑体内部的内力调整，滑面将发挥最大抗滑能力的特性,只能模拟均质性较强的土质边坡
10、，无法模拟真实岩质边坡的非均质、各向异性的性态以及连续变形与非连续变形的破坏模式,只能模拟均质性较强的土质边坡，无法模拟真实岩质边坡的非均质、各向异性的性态以及连续变形与非连续变形的破坏模式,8.7 有限单元法,有限单元法是目前应用最广泛的数值分析方法。它由于部分地考虑了边坡岩体的非均质、不连续介质特征，考虑了岩体的应力应变特征，可以避免将坡体视为刚体、过于简化边界条件的缺点，能够接近实际地从应力应变特征分析边坡的变化破坏机制，对了解边坡的应力分布及应变位移变化很有利。 它的基本思想是将一个连续体离散化，变换成有限数量的有限大的单元集合，这些单元之间只通过结点来连接和制约，用变换后的结构系统代
11、替实际的系数采用标准的结构分析来进行处理。,8.7 有限单元法,符合滑坡实际的破坏模式,引入塑性理论，随拉剪应力超限，强度参数由峰值强度向残余强度转化,符合潘家铮“极大值原理”，能反映滑坡破坏的内力与应力的调整,能够模拟各种性态的滑坡 均质性较强的土质滑坡；非均质、各向异性的岩质滑坡,评价方法全面 既能稳定性控制，又能整体、局部的变形控制,8.7 有限单元法,2.1 传统有限元法（弹性,弹塑性分析）,滑动面的模拟界面单元、摩擦单元,通过有限元方法模拟真实条件下边坡的岩层、断层、风化层参数与工程性状，获得接近真实情况下的应力、变形等成果,安全系数界面单元、摩擦单元的分析成果 （法向应力与剪切应力
12、成果）,弹性分析,弹塑性分析,不考虑拉应力,初级思想,8.7 有限单元法,2.3 有限元超载法,*临界滑动条件的判定标准,、不收敛；、发散；、折减过程中位移曲线的突变点,理想弹塑性不计残余强度，峰值强度=残余强度,弹塑软化计入残余强度,*计算的过程,*超载的方式,8.7 有限单元法,2.2 有限元强度折减法,*临界滑动条件的判定标准,、不收敛；、发散；、折减过程中位移曲线的突变点,*折减的内容, 、所有结构面按同一比例同时折减? ； 、只折减控制结构面（K大于1.0的那个面)；,理想弹塑性不计残余强度，峰值强度=残余强度,弹塑性软化计入残余强度，残余强度峰值强度, c、f不同,*折减的过程,8
13、.7岩块加固,7.1.1 岩坡的原型观测,地震,深部变形,特别应注意暴雨量边坡变形量关系！,多点位移计,测斜仪,水准测量网，观测地表变形； 一般表现：树木斜生、前缘剪出、后裂抗裂,8.7岩块加固,7.1.2 边坡加固措施（三条途径）,通过开挖主滑体中减载、排水措施减小下滑力,采用压脚，预锚主动增加阻滑力或采用抗滑桩、挡墙、预锚被 动增加阻滑力,采用排水、化灌、麻面爆破、基础置换措施，植被护坡等技术。 提高滑面c、值,8.7岩块加固,7.1.2 边坡加固措施,混凝土填塞岩石断裂部分,锚栓或预应力锚索加固,8.7岩块加固,7.1.2 边坡加固措施,混凝土挡墙或支墩加固,挡墙与锚索或锚杆相结合的加固,8.7岩块加固,7.1.2 边坡加固措施,植被护坡,8.7岩块加固,7.1.2 边坡加固措施,柔性（挂网）护坡,