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1、第三节岩岩质质边坡稳定性分析一、岩质边坡应力分布特征一、岩质边坡应力分布特征二、岩质边坡的变形与破坏二、岩质边坡的变形与破坏三、岩质边坡稳定性分析步骤三、岩质边坡稳定性分析步骤四、岩质边坡稳定性计算四、岩质边坡稳定性计算斜坡斜坡(slope)统指地表一切具有侧向临空面的地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。质体，包括天然斜坡和人工边坡。天然斜坡天然斜坡(简称斜坡）是指自然地质作用形成未简称斜坡）是指自然地质作用形成未经人工改造的斜坡。经人工改造的斜坡。人工边坡人工边坡(简称边坡）是指经人工开挖或改造形简称边坡）是指经人工开挖或改造形成的斜坡。成的斜坡。研研究究目目的的：
2、研研究究边边坡坡变变形形破破坏坏的的机机理理(包包括括应应力力分分布布及及变变形形破破坏坏特特征征)与与稳稳定定性性，为为边边坡坡预预测测预预报报及及整整治治提提供供岩岩体体力力学学依依据据。其其中中稳稳定定性性计计算算是是岩体边坡稳定性分析的核心岩体边坡稳定性分析的核心。一、一、边坡岩体中的应力分布特征边坡岩体中的应力分布特征（一）、应力分布特征在在岩岩体体中中进进行行开开挖挖，形形成成人人工工边边坡坡后后，由由于于开开挖挖卸卸荷荷，在在近近边边坡坡面面一一定定范范围围内内的的岩岩体体中中，发发生生应应力力重重分分布布作作用用，使使边边坡坡岩岩体体处于重分布应力状态。处于重分布应力状态。边坡
3、岩体为适应重分布应力状态，将发生边坡岩体为适应重分布应力状态，将发生变形和破坏变形和破坏。因此，研究边坡岩体重分布。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。应力特征是进行稳定性分析的基础。v边坡面附近的边坡面附近的主应力迹线发生偏转主应力迹线发生偏转。最大主应。最大主应力与坡面近于平行，最小主应力与坡面近于正力与坡面近于平行，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。交，向坡体内逐渐恢复初始应力状态。v坡面上径向应力为零，为坡面上径向应力为零，为双向应力状态双向应力状态，向坡，向坡内逐渐转为三向应力状态。内逐渐转为三向应力状态。坡坡面面附附近近产产生生应应力力集集
4、中中带带。在在坡坡脚脚附附近近，最最大大剪剪应应力力增增高高，最最易易发发生生剪剪切切破破坏坏。在在坡坡肩肩附附近近，常常形形成成拉拉应应力力带带。边边坡坡愈愈陡陡，则则此此带带范围愈大，因此，坡肩附近最易拉裂破坏。范围愈大，因此，坡肩附近最易拉裂破坏。最大剪应力迹线为最大剪应力迹线为凹向坡面的弧线凹向坡面的弧线。二、影响边坡应力分布的因素(1)天然应力天然应力 水平天然应力使坡水平天然应力使坡体应力重分布作用加剧。体应力重分布作用加剧。(2)坡形、坡高、坡角及坡底宽度坡形、坡高、坡角及坡底宽度v坡高坡高不改变应力等值线的形状，但不改变应力等值线的形状，但改变主应力的大小。改变主应力的大小。坡
5、角影响边坡岩体应力分布图像。坡角影响边坡岩体应力分布图像。v坡底坡底宽度对坡脚岩体应力有较大的宽度对坡脚岩体应力有较大的影响。影响。v坡面形状坡面形状对重分布应力也有明显的对重分布应力也有明显的影响。影响。(3)(3)岩体性质及结构特征岩体性质及结构特征v岩体变形模量对边坡应力影响不大，泊松比对边坡应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。自重应力发生改变。(4)(4)结构面结构面v结构面的存在使坡体中应力发生不连续分布，并在结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
6、端点形成应力集中带或阻滞应力的传递，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这种情况在坚硬岩体边坡中尤为明显。二、边坡岩体的变形与破坏岩体边坡的变形与破坏是边坡发展演化过程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坏则是质变阶段，它们形成一个累进性变形破坏过程。破坏过程。（一）、边坡岩体变形的基本类型（二）、边坡破坏的基本类型（三）、影响岩体边坡变形破坏的因素（一）、边坡岩体变形的基本类型1、卸荷回弹、卸荷回弹在成坡过程中，由于在成坡过程中，由于荷
7、重不断减少，边坡岩荷重不断减少，边坡岩体在减荷方向体在减荷方向(临空面临空面)产生伸长变形，即卸荷产生伸长变形，即卸荷回弹。回弹。天然应力越大，向临天然应力越大，向临空方向的回弹变形量也空方向的回弹变形量也越大。往往会伴随产生越大。往往会伴随产生一系列的张性结构面。一系列的张性结构面。2、蠕变变形、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，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，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，这种变形称为边坡岩体的变形也将会随时间不断增加，这种变形称为
8、蠕变变形。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。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。岩体边坡失稳都要经历这种逐渐变形破坏过程。（二）、边坡破坏的基本类型单平面滑动单平面滑动双平面滑动双平面滑动多平面滑动多平面滑动边边坡坡破破坏坏的的基基本本类类型型楔形状滑动楔形状滑动圆弧形滑动圆弧形滑动平面滑动平面滑动滑
9、坡滑坡倾倒破坏倾倒破坏崩塌崩塌崩塌崩塌：斜坡岩土体被结构面分割的块体，突然脱离：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母体以垂直运动为主、翻滚跌跃而下的现象与过程滑坡滑坡：斜坡岩土体沿着贯通的剪切破坏面（带），：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。产生以水平运动为主的现象，称为滑坡。倾倒破坏倾倒破坏：由陡倾或直立板状岩体组成的斜坡，当：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，并逐作用下，由前缘
10、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）。渐向坡内发展的现象称为倾倒破坏（弯曲倾倒）。（三）、影响岩体边坡变形破坏的因素1、岩性岩性 决定岩体边坡稳定性的物质基础。决定岩体边坡稳定性的物质基础。2、岩岩体体结结构构 岩岩体体结结构构及及结结构构面面的的发发育育特特征征是是岩岩体体边坡破坏的控制因素。边坡破坏的控制因素。3、水水的的作作用用 使使岩岩土土的的质质量量增增大大、滑滑动动面面的的滑滑动动力力增增大大；岩岩土土软软化化、抗抗剪剪强强度度降降低低；对对岩岩体体产产生生动动水水压力和静水压力。压力和静水压力。4、风风化化作作用用 使使岩岩体体内内裂裂隙隙增增
11、多多、扩扩大大，透透水水性性增增强，抗剪强度降低。强，抗剪强度降低。5、地形地貌地形地貌 直接影响边坡内的应力分布特征，直接影响边坡内的应力分布特征，进而影响边坡的变形破坏形式及边坡的稳定性。进而影响边坡的变形破坏形式及边坡的稳定性。6、地震地震 产生地震惯性力产生地震惯性力 7、天然应力天然应力8、人为因素人为因素（三）、影响岩体边坡变形破坏的因素三、三、边坡岩体稳定性分析的步骤边坡岩体稳定性分析的步骤定性分析是在工程地质勘察工作的基础上，对边坡定性分析是在工程地质勘察工作的基础上，对边坡岩体变形破坏的可能性及破坏形式进行初步判断。岩体变形破坏的可能性及破坏形式进行初步判断。定量分析是在定性
12、分析的基础上，应用一定的计算定量分析是在定性分析的基础上，应用一定的计算方法对边坡岩体进行稳定性计算及定量评价。方法对边坡岩体进行稳定性计算及定量评价。评评价价方方法法数学力学分析法数学力学分析法模型模拟试验法模型模拟试验法工程类比法工程类比法图解法图解法块体极限平衡法块体极限平衡法弹性力学、弹塑性力学法弹性力学、弹塑性力学法有限元法等数值方法有限元法等数值方法块体极限平衡法块体极限平衡法假设条件假设条件(1)边坡岩体将沿某一结构面（滑动面）产生滑移剪切破边坡岩体将沿某一结构面（滑动面）产生滑移剪切破坏；坏；(2)滑体在滑动过程中相对位置不变化，即为刚体；滑体在滑动过程中相对位置不变化，即为刚
13、体；(3)滑动面上的应力分布均匀；滑动面上的应力分布均匀；(4)不考虑滑体两侧的抗滑力。不考虑滑体两侧的抗滑力。稳定性系数稳定性系数=滑动面上可能利用抗滑力滑动面上可能利用抗滑力/滑动力滑动力 1 稳定稳定 1 不稳定不稳定在多数情况下，计算的稳定性系数都有一定误差，因此，在多数情况下，计算的稳定性系数都有一定误差，因此，为保险起见，引入为保险起见，引入安全系数安全系数的概念。的概念。块体极限平衡法步骤块体极限平衡法步骤可能滑动岩体几何边界条件的分析可能滑动岩体几何边界条件的分析受力条件分析受力条件分析确定计算参数确定计算参数计算稳定性系数计算稳定性系数确定安全系数，进行稳定性评价确定安全系数
14、，进行稳定性评价（一）、几何边界条件分析几何边界条件是指构成可能滑动岩体的各种边界几何边界条件是指构成可能滑动岩体的各种边界面及其组合关系，包括面及其组合关系，包括滑动面、切割面和临空面滑动面、切割面和临空面三种。三种。滑动面滑动面是指起滑动是指起滑动(即失稳岩体沿其滑动即失稳岩体沿其滑动)作用的作用的面，包括潜在破坏面。面，包括潜在破坏面。切割面切割面是指起切割岩体作用的面，由于失稳岩体是指起切割岩体作用的面，由于失稳岩体不沿该面滑动，因而不起抗滑作用，如平面滑动不沿该面滑动，因而不起抗滑作用，如平面滑动的侧向切割面。的侧向切割面。临空面临空面指临空的自由面，它的存在为滑动岩体提指临空的自由
15、面，它的存在为滑动岩体提供活动空间，临空面常由地面或开挖面组成。供活动空间，临空面常由地面或开挖面组成。几何边界条件分析的几何边界条件分析的内容内容是查清岩体中的各类结是查清岩体中的各类结构面及其组合关系，确定出可能的滑移面、切割构面及其组合关系，确定出可能的滑移面、切割面。面。几何边界条件分析的几何边界条件分析的目的目的是确定边坡中可能滑动是确定边坡中可能滑动岩体的位置、规模及形态，定性地判断边坡岩体岩体的位置、规模及形态，定性地判断边坡岩体的破坏类型及主滑方向。的破坏类型及主滑方向。几何边界条件的分析可通过赤平投影、实体比例几何边界条件的分析可通过赤平投影、实体比例投影等图解法或三角几何分
16、析法进行。投影等图解法或三角几何分析法进行。（一）、几何边界条件分析（二）、受力条件分析在工程使用期间，可能滑动岩体或其边界面上承在工程使用期间，可能滑动岩体或其边界面上承受的力的类型及大小、方向和合力的作用点统称受的力的类型及大小、方向和合力的作用点统称为受力条件。为受力条件。边坡岩体上承受的力常见有：岩体重力、静水压边坡岩体上承受的力常见有：岩体重力、静水压力、动水压力、建筑物作用力及震动力等等。力、动水压力、建筑物作用力及震动力等等。1.地震作用地震作用水平地震作用：水平地震作用：FEK=1G2.水压力水压力：包括渗透静水压力和渗透动水压力。：包括渗透静水压力和渗透动水压力。静水压力静水
17、压力水对岩体的静压力，数值上等于岩体受水对岩体的静压力，数值上等于岩体受到的浮力。到的浮力。动水压力动水压力与水力梯度有关，数值上等于岩体受到与水力梯度有关，数值上等于岩体受到的渗流阻力。的渗流阻力。（三）、确定计算参数从偏安全的角度起见，一般选用的计算参数，应从偏安全的角度起见，一般选用的计算参数，应接近于残余强度。研究表明：残余强度与峰值强接近于残余强度。研究表明：残余强度与峰值强度的比值，大多变化在之间，因此，在没有获得度的比值，大多变化在之间，因此，在没有获得残余强度的条件下，建议摩擦系数计算值在峰值残余强度的条件下，建议摩擦系数计算值在峰值摩擦系数的摩擦系数的6090之间选取，内聚力
18、计算值在之间选取，内聚力计算值在峰值内聚力的峰值内聚力的1030之间选取。之间选取。经验数据经验数据极限状态下的反算数据极限状态下的反算数据试验数据试验数据（四）、稳定性系数的计算和稳定性评价稳定性系数稳定性系数=可供利用的抗滑力可供利用的抗滑力/滑动滑动力力安全系数安全系数：根据各种因素规定的允许：根据各种因素规定的允许的稳定性系数。大小是根据各种影响的稳定性系数。大小是根据各种影响因素人为规定的，必须大于因素人为规定的，必须大于1。安全安全系数一般系数一般（五）、确定安全系数，进行稳定性评价影响因素：影响因素：岩体工程地质特征研究的详细程度；岩体工程地质特征研究的详细程度；各种计算参数误差
19、的大小；各种计算参数误差的大小；计算稳定性系数时，是否考虑了全部作用力；计算稳定性系数时，是否考虑了全部作用力；计算过程中各种中间结果的误差大小；计算过程中各种中间结果的误差大小；工程的设计年限、重要性以及边坡破坏后的后果。工程的设计年限、重要性以及边坡破坏后的后果。四、四、边坡岩体稳定性计算边坡岩体稳定性计算（一）、单平面滑动（一）、单平面滑动1、仅有重力作用时、仅有重力作用时滑动面上的抗滑力滑动面上的抗滑力Fs=Gcostgj+CjL 滑动力滑动力FrGsin稳定性系数稳定性系数滑动体极限高度滑动体极限高度Hcr为为当当Cj=0，j时，时，1，Hcr=0忽略滑动面上内聚力忽略滑动面上内聚力
20、(Cj=0)时时2、有水压力作用、有水压力作用作用于作用于CD上的静水压力上的静水压力V作用于作用于AD上的静水压力上的静水压力U为为边坡稳定性系数为边坡稳定性系数为3、有水压力作用与地震作用、有水压力作用与地震作用边坡的稳定性系数边坡的稳定性系数FEK=1G水平地震作用水平地震作用（二）、同向双平面滑动（二）、同向双平面滑动第一种情况为滑动体内不存在结构面，视滑动体第一种情况为滑动体内不存在结构面，视滑动体为刚体，采用力平衡图解法计算稳定性系数为刚体，采用力平衡图解法计算稳定性系数第二种情况为滑动体内存在结构面并将滑动体切第二种情况为滑动体内存在结构面并将滑动体切割成若干块体的情况，这时需分
21、块计算边坡的稳割成若干块体的情况，这时需分块计算边坡的稳定性系数定性系数1.滑动体为刚体的情况滑动体为刚体的情况ABCD为可能滑动体，根据滑为可能滑动体，根据滑动面产状分为动面产状分为、两个块体。两个块体。F为块体为块体对块体对块体的作用力，的作用力，F为块体为块体对块体对块体的作用力，的作用力，F和和F大小相等，方向相反，大小相等，方向相反，其作用方向的倾角为其作用方向的倾角为。滑动面滑动面AB以下岩体对块体以下岩体对块体的的反力反力R1(摩阻力摩阻力)与与AB面法线的面法线的夹角为夹角为1。2.滑动体内存在结构面的情况滑动体内存在结构面的情况在滑动过程中，滑动体除沿滑动面滑动外，被结构在滑
22、动过程中，滑动体除沿滑动面滑动外，被结构面分割开的块体之间还要产生相互错动。面分割开的块体之间还要产生相互错动。采用分块极限平衡法和不平衡推力传递法进行稳定采用分块极限平衡法和不平衡推力传递法进行稳定性计算。性计算。AB面面BC面面BD面面块体块体块体块体块体（三）、多平面滑动（三）、多平面滑动边坡岩体的多平面滑动，边坡岩体的多平面滑动，分为一般多平面滑动和分为一般多平面滑动和 阶梯状滑动两个亚类。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，坡稳定性的计算思路与单平面组成，呈阶梯状，坡稳定性的计算思路与单平面滑动相同，
23、即将滑动体的自重滑动相同，即将滑动体的自重(仅考虑重力作用仅考虑重力作用时时)分解为垂直滑动面的分量和平行滑动面的分量。分解为垂直滑动面的分量和平行滑动面的分量。楔形体滑动的滑楔形体滑动的滑动面由两个倾向动面由两个倾向相反、且其交线相反、且其交线倾向与坡面倾向倾向与坡面倾向相同、倾角小于相同、倾角小于边坡角的软弱结边坡角的软弱结构面组成。构面组成。（四）、楔形体滑动首首先先将将滑滑体体自自重重G分分解解为为垂垂直直交交线线BD的的分分量量N和和平平行行交交线线的的分分量量(即即滑滑动动力力Gsin)，然然后后将将N投投影影到到两两个个滑滑动动面面的的法法线线方方向向，求求得得作作用用于于滑滑动动面面上上的的法法向向力力N1和和N2，最后求得抗滑力及稳定性系数。，最后求得抗滑力及稳定性系数。可可能能滑滑动动体体的的滑滑动动力力为为Gsin，垂垂直直交交线线的的分分量量为为NGcos。将将Gcos投投影影到到ABD和和BCD面面的的法法线线方向上，得法向力方向上，得法向力N1、N2稳定性系数计算的稳定性系数计算的基本思路基本思路边坡的稳定性系数n边坡的抗滑力作业：作业：1、影响边坡稳定性的因数有哪些？、影响边坡稳定性的因数有哪些？2、极限平衡理论评价方法、极限平衡理论评价方法稳定性分析稳定性分析的步骤是什么？的步骤是什么？