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1、边坡稳定分析与设计第1页，本讲稿共119页讲座内容一、坡体地形地质环境一、坡体地形地质环境 二、坡体形变渗流场二、坡体形变渗流场三、边坡工程勘察要点三、边坡工程勘察要点 四、边坡工程的设计与加固四、边坡工程的设计与加固五、边坡工程的锚杆设计五、边坡工程的锚杆设计 六、预应力锚索设计与施工六、预应力锚索设计与施工 华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所第2页，本讲稿共119页一、一、坡体地形地质环境坡体地形地质环境1 1地形地貌地形地貌华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所 地地形形是是制制约约岸岸坡坡稳稳态态的的第第一一控控制制要要素素。岸岸坡坡
2、变变形形的的第第一一个个起起因因是是地地形形的的改改造造，而而变变形形易易发发部部位位是是地地形形坡坡度度陡陡变变部部位位，变变形形域域规模则取决于岸坡的高度。规模则取决于岸坡的高度。2 2区域构造与地震地质环境区域构造与地震地质环境 在在边边坡坡工工程程中中，区区域域构构造造环环境境问问题题可可涉涉及及四四级级构构造造单单元元及及其其后后续续各各级级构构造造。这这个个问问题题并并没没有有怎怎么么引引起起工工程程师师们们的的注注意意，特特别别是是土土木木工工程程师师。当当我我们们看看到到有有些些部部位位集集中中分分布布多多个个崩崩滑滑体体时时，第第一个要想到的是区域构造环境和地震地质环境。一个
3、要想到的是区域构造环境和地震地质环境。区区域域构构造造环环境境的的分分析析要要点点是是自自老老至至新新构构造造应应力力场场的的转转化化，包包括括主主应应力力的的偏偏转转(移移)、压压(剪剪)应应力力场场向向张张(剪剪)应应力力场场的的转转化化、初初始始应应力力释释放放环环境境、蠕蠕(流流)变变环环境境以以及及对对渗渗流流场场和和风风化化作作用用的的制制约约作作用用(优势面优势面)等。等。第3页，本讲稿共119页3 3边坡地质构造边坡地质构造 边坡地质构造是判断独立变形、运动单元的根本依据。具体要点如下：边坡地质构造是判断独立变形、运动单元的根本依据。具体要点如下：华华 中中 科科 技技 大大
4、学学 岩 土 工 程 研 究 所 坡体结构坡体结构 控制岸坡的稳态或变形的地质构造效应有以下两层意思：控制岸坡的稳态或变形的地质构造效应有以下两层意思：（1 1）刚刚度度效效应应坡坡体体的的整整体体刚刚度度取取决决于于节节理理裂裂隙隙的的发发育育程程度度(当当然还有风化程度然还有风化程度)；（2 2）变变形形、失失稳稳类类型型取取决决于于各各类类地地质质结结构构面面产产状状同同坡坡面面产产状状之之间间的的相相互互关关系系。其其中中刚刚度度效效应应的的表表象象是是取取决决于于刚刚度度的的变变形形差差异异，总总体体上上表表现现为为沉沉陷陷伴伴随随应应力力相相对对集集中中域域。如如果果应应力力相相对
5、对集集中中域域里里不不存存在在软软弱弱夹夹层层等等低低刚刚度度层层位位，一一般般不不会会形形成成一一定定规规模模的的崩崩滑滑事事件。其效应可分以下五种：件。其效应可分以下五种：节理裂隙序次，至少要进行以下三个序次的统计分析：节理裂隙序次，至少要进行以下三个序次的统计分析：第一序次第一序次周边完整基岩的节理裂隙和劈理；周边完整基岩的节理裂隙和劈理；第第二二序序次次破破碎碎岩岩体体各各独独立立块块体体的的节节理理裂裂隙隙和和劈劈理理，含含微微构构造造、显微构造系列；显微构造系列；第三序次第三序次新近出现的变形裂隙（缝）。新近出现的变形裂隙（缝）。第4页，本讲稿共119页1 1）顺顺向向坡坡。构构造
6、造界界面面倾倾向向坡坡外外。在在众众多多地地质质界界面面中中，层层面面是是第第一一控控制界面，而坡体的变形、失稳型式是：制界面，而坡体的变形、失稳型式是：华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所 随随着着层层面面倾倾斜斜角角的的加加大大，顺顺层层滑滑移移就就更更趋趋明明显显，但但当当倾倾斜斜角不小于角不小于7070度时，坡体的变形、失稳将转化为倾倒、崩塌型；度时，坡体的变形、失稳将转化为倾倒、崩塌型；顺顺层层滑滑移移的的必必备备条条件件是是控控制制界界面面上上覆覆岩岩体体在在坡坡脚脚处处临临空空、被反倾向裂隙切断或挠曲（皱）。被反倾向裂隙切断或挠曲（皱）。不不同同于于其其
7、他他类类型型滑滑坡坡，顺顺向向坡坡上上残残留留的的滑滑体体不不多多见见或或即即使使残残留但规模不大而且多处于非稳态或正在变形。留但规模不大而且多处于非稳态或正在变形。2 2）由由陡陡倾倾转转缓缓倾倾顺顺向向坡坡。自自坡坡体体向向坡坡外外方方向向，地地层层倾倾角角由由陡陡变变缓缓，陡陡倾倾部部位位是是主主滑滑体体，缓缓倾倾部部位位对对主主滑滑体体构构成成阻阻滑滑体体，其其阻阻滑滑作用将取决于缓倾段的面积。作用将取决于缓倾段的面积。在在顺顺向向坡坡中中，横横向向复复精精皱皱（轴轴线线垂垂直直江江河河流流向向）是是最最易易变变形形的的部部位位，特特别别是是当当层层间间分分布布有有煤煤线线或或碳碳质质
8、页页岩岩时时；而而纵纵向向复复把把皱皱（轴轴线线平平行行江江河河流流向向）则则决决定定治治理理方方针针甚甚至至提提示示诸诸如如抗抗滑滑桩桩的的设设置部位。所以，对于顺向坡，微构造研究也是主要的研究内容。置部位。所以，对于顺向坡，微构造研究也是主要的研究内容。第5页，本讲稿共119页 3 3）逆逆向向坡坡。逆逆向向坡坡的的稳稳态态取取决决于于岩岩体体的的总总体体刚刚度度，而而变变形形、失失稳稳控控制制界界面是反倾向裂隙。面是反倾向裂隙。华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所 当当坡坡体体为为石石灰灰岩岩或或石石英英长长石石砂砂岩岩等等高高刚刚度度岩岩体体时时，岸岸坡坡的的
9、变变形形、失失稳稳是是局局部部性性的的且且规规模模不不大大，但但以以易易风风化化碎碎屑屑岩岩为为主主体体的的岸岸坡坡，岸岸坡坡的的变变形形、失失稳稳规规模模大大，甚甚至至也也会会出出现现滑滑移移型型失失稳稳，但但基基本本上上是是坠坠溃溃型型，反反倾倾向向裂裂隙隙的的风风化化追追踪踪会会构构成成坡坡体体变变形形、失失稳稳主主控控界界面面，进进而而出出现现以以滑滑移移为为主主要要形形式式伴伴有有崩崩塌塌、旋旋转转等等复复杂杂的的失失稳稳事事件。件。4 4）斜斜切切坡坡。斜斜切切坡坡往往往往形形成成高高、陡陡稳稳态态坡坡形形，变变形形、失失稳稳基基本本上上是是局局部部性性崩崩塌塌，除除非非存存在在几
10、几乎乎平平行行坡坡面面且且倾倾向向坡坡外外的的断断层层或或一一组倾向裂隙（裂隙走向垂直地层走向）。组倾向裂隙（裂隙走向垂直地层走向）。5 5）水水平平层层状状结结构构岸岸坡坡。地地层层产产状状几几乎乎水水平平或或微微倾倾坡坡外外或或微微倾倾山山体体。这这类类岸岸坡坡的的变变形形首首先先是是取取决决于于刚刚度度的的铅铅直直方方向向压压缩缩。在在这这类类岸岸坡坡的的变变形形、失失稳稳形形式式中中需需要要指指出出的的特特例例是是：当当分分布布有有富富含含蒙蒙脱脱石石的的泥泥岩岩和和易易风风化化长长石石砂砂岩岩时时，上上覆覆层层位位的的变变形形、失失稳稳规规模模可可达达到几百万立方米甚至几千万立方米。
11、到几百万立方米甚至几千万立方米。第6页，本讲稿共119页 节理裂隙层次同坡体结构之间的相互关系节理裂隙层次同坡体结构之间的相互关系 华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所物质结构物质结构水平结构水平结构顺倾向结构顺倾向结构1 1顺倾向结构顺倾向结构2 2垂直结构垂直结构反倾向结构反倾向结构红红 层层张裂谷张裂谷第7页，本讲稿共119页华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所张裂槽张裂槽倾倾 滑滑倾倾 倒倒错错 落落顺向坡顺向坡坠坠 溃溃第8页，本讲稿共119页4 4地层岩性地层岩性华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所 火成
12、岩岸坡火成岩岸坡 在在微微、新新状状态态下下为为均均匀匀介介质质，其其不不均均匀匀程程度度及及刚刚度度将将随随风风化化程程度度与与节节理理裂裂隙隙发发育育程程度度而而变变化化，岸岸坡坡的的变变形形、失失稳稳主主要要是是风风化化带带的的崩崩(剥剥)落落和和水水沙沙流流，极极少少有有大大规规模模滑滑坡坡发发生生。火火山山灰灰堆堆积积体体类类似似沉沉积积岩岩特特别别是是松松散散堆堆积积体体。当当深深挖挖高高边边坡坡涉涉及及微微新新岩岩体体时时，地应力场的调整效应是一个很重要的方面。地应力场的调整效应是一个很重要的方面。地地层层岩岩性性的的岸岸坡坡变变形形、失失稳稳效效应应最最终终反反映映在在各各层层
13、的的刚刚度度与与抗抗剪剪强强度度。如如果果坡坡体体各各组组成成层层位位的的刚刚度度比比值值大大于于1 13 3，该该坡坡体体可可作作为为准准均均质质体体考考虑虑；若若刚刚度度比比值值不不大大于于1 13 3，变变形形第第一一控控制制层层位位是是刚刚度度比比值值最最小小的的那那一一层层位位。分分析析塑塑性性域域扩扩展展趋趋势势时时，各各层层抗抗剪剪强强度度值都有影响，但控制层位仍然是刚度最小的那个层位。值都有影响，但控制层位仍然是刚度最小的那个层位。第9页，本讲稿共119页 沉积岩岸坡沉积岩岸坡 （1 1）以碳酸盐岩为主体的岸坡这类岸坡的）以碳酸盐岩为主体的岸坡这类岸坡的变形主控层位变形主控层位
14、是泥、是泥、页岩夹层，变形表象是因刚度相差悬殊而出现的变形差异，崩塌、页岩夹层，变形表象是因刚度相差悬殊而出现的变形差异，崩塌、倾倒和滑移等多种形式变形、失稳都可出现，而在什么样的情况倾倒和滑移等多种形式变形、失稳都可出现，而在什么样的情况下是倾倒、崩塌或滑移则取决于下是倾倒、崩塌或滑移则取决于页岩夹层的空间分布格局页岩夹层的空间分布格局。当。当不含泥、页岩夹层时，碳酸盐岩岸坡可视为高刚度准均匀介不含泥、页岩夹层时，碳酸盐岩岸坡可视为高刚度准均匀介质，其中的各级风化带将反映在渐变的刚度上，故岸坡的变质，其中的各级风化带将反映在渐变的刚度上，故岸坡的变形、失稳多局限在表层。深挖高边坡涉及微、新岩
15、体时要考形、失稳多局限在表层。深挖高边坡涉及微、新岩体时要考虑地应力场调整。虑地应力场调整。不同于火成岩微、新岩体的地应力场，在碳酸盐岩微、不同于火成岩微、新岩体的地应力场，在碳酸盐岩微、新岩体中会出现喀斯特作用域和地下水深循环通道，该域已新岩体中会出现喀斯特作用域和地下水深循环通道，该域已经释放有一定范围的初始地应力。经释放有一定范围的初始地应力。华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所第10页，本讲稿共119页华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所 （2 2）碎屑岩岸坡这类岸坡的）碎屑岩岸坡这类岸坡的特点特点是砂岩是砂岩(含石灰岩、泥灰岩含石灰
16、岩、泥灰岩)同同泥、页岩交互出现。从变形角度立论，若砂岩与泥、页岩准泥、页岩交互出现。从变形角度立论，若砂岩与泥、页岩准等厚度交互出现时，可视泥、页岩的刚度为坡体的刚度；双等厚度交互出现时，可视泥、页岩的刚度为坡体的刚度；双层结构且上覆砂岩时，下伏泥、页岩的刚度即成为控制性刚层结构且上覆砂岩时，下伏泥、页岩的刚度即成为控制性刚度，变形、失稳表象是砂岩层的倾倒、倾滑、座度，变形、失稳表象是砂岩层的倾倒、倾滑、座(错错)落以及落以及座滑等，取决于下伏泥、页岩的风化、剥落、掏座滑等，取决于下伏泥、页岩的风化、剥落、掏(蚀蚀)空带往坡空带往坡体深部的延伸程度。体深部的延伸程度。以泥、页岩为主体的岸坡，
17、鉴于表层风化速度快且风化物随以泥、页岩为主体的岸坡，鉴于表层风化速度快且风化物随即以剥离或泥沙形式被地表径流冲蚀，故除非下伏砂岩或灰岩等即以剥离或泥沙形式被地表径流冲蚀，故除非下伏砂岩或灰岩等高刚度层位且倾向坡外，一般难以出现大规模滑坡。高刚度层位且倾向坡外，一般难以出现大规模滑坡。第11页，本讲稿共119页5 5汇水域及地表、地下水文网汇水域及地表、地下水文网 华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所当当一一处处坡坡体体具具备备变变形形、失失稳稳条条件件时时，导导致致其其失失稳稳的的直直接接诱诱发发因因素素之之一一是是水水的的作作用用，包包括括地地表表水水和和地地下下水
18、水的的作作用用，其其中中地地表表水水及及大大气气降降雨雨又又往往往往是是该该部部位位地地下下水水的的直直接接补补给给源源，故故对对一一处处坡坡体体的的研研究究，它它的的研研究究范范围围应应该该是是地地表表水水汇汇水水域域，如如下下图图。地地表表水水系系的的展展布布格格局局往往往往提提示示变变形形域域或或崩崩滑滑体体的的分分布布轮轮廓廓，同同时时又又往往往往是是崩崩滑滑体的解体边界。体的解体边界。其其次次，一一次次大大气气降降雨雨有有多多少少渗渗人人地地下下和和渗渗入入到到什什么么深深度度（不不一一定定都都渗渗人人到到地地下下水水位位而而使使地地下下水水位位回回升升）等等，即即大大气气降降雨雨怎
19、怎样样改改变原有渗流场，都要通过该汇水域的水文计算才能推断。变原有渗流场，都要通过该汇水域的水文计算才能推断。6 6人为改造人为改造 在在前前面面已已经经提提到到，一一处处岸岸坡坡的的新新的的变变形形都都是是从从改改造造地地形形而而开开始始的的。所所以以，人人类类的的改改造造活活动动对对岸岸坡坡稳稳态态的的影影响响首首先先是是不不合合理理的的开开挖挖、切切脚脚。当当然然，人人为为的的诱诱发发作作用用还还有有爆爆破破、（给给）排排水水和和排排污污失控以及乱砍滥伐和开垦等。失控以及乱砍滥伐和开垦等。第12页，本讲稿共119页二、二、坡体形变渗流场坡体形变渗流场 华华 中中 科科 技技 大大 学学
20、岩 土 工 程 研 究 所 “地质体地质体”是坡体形变渗流场的物质载体。所谓地质体，是坡体形变渗流场的物质载体。所谓地质体，是指那些具备相对独立地形有变形作用的自然体，其规模大者是指那些具备相对独立地形有变形作用的自然体，其规模大者可以是一个板块或大地构造单元中的可以是一个板块或大地构造单元中的I I级或级或IIII级等构造单元，级等构造单元，小者可以是可独立变形、运动的坡体或崩滑堆积体。若要对小者可以是可独立变形、运动的坡体或崩滑堆积体。若要对一处岸坡的稳态进行评估或对今后的变形趋势进行预测，需一处岸坡的稳态进行评估或对今后的变形趋势进行预测，需要用具体的特征参数建立各种变形影响因素之间的相
21、互制约要用具体的特征参数建立各种变形影响因素之间的相互制约关系，进而描述变形进程。关系，进而描述变形进程。为此，必须将前述的地形地质环境与条件转化为可用为此，必须将前述的地形地质环境与条件转化为可用数学物理模型进行描述的形变一渗流场这样一个地质体。数学物理模型进行描述的形变一渗流场这样一个地质体。第13页，本讲稿共119页1 1形变场形变场 形变场由形变空间、形变主控界面、应力场和地震力等构成。形变场由形变空间、形变主控界面、应力场和地震力等构成。形变空间形变空间 地壳表层是一个开放系统，而自然岸坡或人工边坡的坡体外地壳表层是一个开放系统，而自然岸坡或人工边坡的坡体外侧是无限形变空间。但在另一
22、方面，对一个具体的坡体而言，形侧是无限形变空间。但在另一方面，对一个具体的坡体而言，形变空间具有特定的含义：变空间具有特定的含义：（1 1）均质坡体应力松弛域的下沉、倾倒、倾覆以及旋转，形变）均质坡体应力松弛域的下沉、倾倒、倾覆以及旋转，形变空间除了坡外无限形变空间外，还有岩体自身的各类界面和风化空间除了坡外无限形变空间外，还有岩体自身的各类界面和风化域。域。（2 2）非均质坡体在具备均质坡体上述形变空间的同时，易变形）非均质坡体在具备均质坡体上述形变空间的同时，易变形层位的存在使坡体的下沉、倾倒、倾覆以及旋转等形变优势化或层位的存在使坡体的下沉、倾倒、倾覆以及旋转等形变优势化或特性化，即易变
23、形层位的分布格局特性化，即易变形层位的分布格局(水平、顺向、逆向或斜切水平、顺向、逆向或斜切)决决定坡体的主要变形型式及变形域的规模。定坡体的主要变形型式及变形域的规模。作为特例的切脚顺向坡，作为特例的切脚顺向坡，形变空间特指形变空间特指坡脚临空部位，或者说坡脚临空部位，或者说该部位是导致边坡滑移的初始形变空间。该部位是导致边坡滑移的初始形变空间。华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所第14页，本讲稿共119页 当当研研究究崩崩滑滑体体的的今今后后变变形形趋趋势势时时，形形变变空空间间的的判判断断具具有有特特别别重重要要的的意意义义，同同时时有有一一定定难难度度，因因为
24、为形形变变空空间间的的函函义同时包含两个方面的内容：义同时包含两个方面的内容：华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所 一是崩滑体是沿着原来的主滑带发生整体性滑移；一是崩滑体是沿着原来的主滑带发生整体性滑移；二二是是崩崩滑滑体体自自身身的的变变形形同同以以滑滑移移型型式式出出现现的的整整体体性性失失稳稳又又有有什么关系？什么关系？其其中中，前前一一个个问问题题是是坡坡外外无无限限形形变变空空间间问问题题，而而后后一一个个问问题是地质体自身的有限形变空间，二者的概念截然不同。题是地质体自身的有限形变空间，二者的概念截然不同。所以，边坡工程中很重要的研究内容是形变空间的判断，
25、所以，边坡工程中很重要的研究内容是形变空间的判断，而正是这个判断方能揭示坡体的变形、失稳机理。而正是这个判断方能揭示坡体的变形、失稳机理。第15页，本讲稿共119页 形变主控界面形变主控界面华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所 形变主控界面要分以下四个层次进行研究：形变主控界面要分以下四个层次进行研究：（1 1）第第一一层层次次构构造造成成因因节节理理裂裂隙隙和和断断层层、挤挤压压带带、劈劈理理、层层间间剪剪切切(滑滑)带带、层层间间揉揉皱皱带带，而而节节理理裂裂隙隙的的基基本本格格局局是是走走向向、倾倾向向及及一一对对剪剪裂裂隙隙(平平面面)和和反反倾倾向向裂裂隙隙
26、(剖剖面面)，但但要要注注意意不不同同构构造造期期的节理裂隙系统的节理裂隙系统 ；（2 2）第第二二层层次次同同边边坡坡成成型型同同步步的的卸卸荷荷松松弛弛域域，多多数数追追踪踪初初始始构构造造成成因因界界面面并并使使其其规规模模扩扩大大，但但也也会会形形成成新新的的界界面面，使使断断续续构构造造界面相互连接贯通；界面相互连接贯通；（3 3）第第三三层层次次风风化化作作用用在在脆脆性性岩岩体体中中基基本本上上追追踪踪构构造造成成因因界界面面发生，在泥质碎屑岩中还可产生风化裂隙；发生，在泥质碎屑岩中还可产生风化裂隙；（4 4）第四层次变形裂缝、重力成因断层、蠕（流）变域。）第四层次变形裂缝、重力
27、成因断层、蠕（流）变域。只只有有在在对对上上述述四四个个层层次次的的界界面面系系统统进进行行细细微微的的调调查查、归归类类之之后后才才能能判判断断那那些些直直接接控控制制坡坡体体变变形形、失失稳稳的的界界面面组组合合模模式式，而而这这个问题却往往被忽略。个问题却往往被忽略。第16页，本讲稿共119页 应力场应力场 华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所 一般来讲，地壳的应力场自表层、浅部的自重应力一般来讲，地壳的应力场自表层、浅部的自重应力场向深部地壳构造应力场过渡，而自重应力场同构造应场向深部地壳构造应力场过渡，而自重应力场同构造应力场之间的力场之间的差别差别在于后者
28、应力场的两个水平方向主应力在于后者应力场的两个水平方向主应力s s2 2和和s s3 3大或者说三个主应力量级相当甚或水平主应力大或者说三个主应力量级相当甚或水平主应力s s2 2或或s s3 3大大于铅直方向主应力于铅直方向主应力s s1 1 。第17页，本讲稿共119页2 2渗流场渗流场 华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所汇水域及地表、地下水文网对边坡稳定的影响趋势汇水域及地表、地下水文网对边坡稳定的影响趋势 第18页，本讲稿共119页华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所第19页，本讲稿共119页（一）地下水的补给、赋存和运移系统（一）
29、地下水的补给、赋存和运移系统 华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所 坡坡体体地地处处地地表表、地地下下水水的的排排泄泄部部位位，除除了了碳碳酸酸盐盐岩岩以以外外，碎碎屑屑岩岩、特特别别是是第第四四系系地地层层岸岸坡坡，地地表表水水改改造造坡坡体体表表面面甚甚至至形形成成各各种种类类型型冲冲沟沟网网或或使使坡坡体体解解体体；地地下下水水排泄（出露）部位又往往是坡体变形、失稳起始点。排泄（出露）部位又往往是坡体变形、失稳起始点。所所以以，在在对对一一处处坡坡体体进进行行研研究究时时，必必须须查查明明地地下下水水的的补补给给源源，地地下下水水的的赋赋存存条条件件或或层层位位
30、以以及及该该地地下下水水的循环过程。一般而言，有以下四种情况：的循环过程。一般而言，有以下四种情况：第20页，本讲稿共119页（1 1）越流式补给主要是长石石英砂岩、岩溶地区和第四系地层中的粉细砂、）越流式补给主要是长石石英砂岩、岩溶地区和第四系地层中的粉细砂、中粗砂层，往往以层间赋水形式出现，承压或间歇型承压，地下水动态基本上中粗砂层，往往以层间赋水形式出现，承压或间歇型承压，地下水动态基本上不受坡体处大气降雨影响，且具有一定的动贮量。不受坡体处大气降雨影响，且具有一定的动贮量。华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所（4 4）江江水水波波动动域域主主要要是是松松散散介
31、介质质岸岸坡坡，在在汛汛期期受受江江水水瞬瞬即即补补给给，特特大大洪洪水水往往往往形形成成负负型型，地地下下水水位位即即地地下下水水位位外外侧侧高高内内侧侧低低但但塞塞水域限于沿江一带，对坡体的改造影响明显。水域限于沿江一带，对坡体的改造影响明显。（2 2）上上层层滞滞水水型型这这是是完完全全受受控控于于大大气气降降雨雨的的、浅浅层层封封闭闭或或半半封封闭闭型型赋赋水水，这这类类赋赋水水层层(域域)往往往往是是浅浅层层变变形形、失失稳稳的的控控制制部部位位；岩岩质岸坡中的卸荷松弛域也属于这种类型。质岸坡中的卸荷松弛域也属于这种类型。（3 3）地地下下水水赋赋水水带带(层层)主主要要出出现现于于
32、第第四四系系地地层层及及崩崩滑滑体体中中，大大体体上上以以下下伏伏基基岩岩面面为为底底板板，在在松松散散地地层层底底部部一一定定厚厚度度赋赋水水，补补给给源源一一是是周周边边基基岩岩裂裂隙隙水水，二二是是大大气气降降雨雨或或地地表表堰堰塘塘渗渗水水。地地下下水水动动态态同同大大气气降降雨雨之之间间的的相相互互关关系系取取决决于于坡坡体体的的渗渗透透性性能能，中中、强强透透水水介介质质中中，地地下下水水位位变变化化直直接接受受控控于于大大气气降降水水，但但一一般般地地，地地下下水水位位变变化化滞滞后后大大气气降降雨雨数数小小时时至至数数日日，在在弱弱透透水水介介质质中中这这种种关关系不甚明显。系
33、不甚明显。第21页，本讲稿共119页坡体渗流场地下水补给源的判断有以下三种情况：坡体渗流场地下水补给源的判断有以下三种情况：3 3）同同时时有有第第1 1）和和第第2 2）两两种种补补给给源源，是是一一种种最最复复杂杂的的情情况况，多出现在岩溶地区和深大断裂或断裂、裂隙密集部位。多出现在岩溶地区和深大断裂或断裂、裂隙密集部位。判判断断这这三三种种类类型型最最简简便便的的方方法法是是钻钻孔孔分分段段、分分层层地地下下水水位位与与水水温温及及水水化化学学成成分分的的鉴鉴定定，故故在在岸岸坡坡稳稳态态研研究究中中“终孔混合水位终孔混合水位”的概念是忌讳的。的概念是忌讳的。华华 中中 科科 技技 大大
34、 学学 岩 土 工 程 研 究 所 1 1）渗渗流流场场面面积积同同补补给给区区面面积积相相对对应应，即即坡坡体体渗渗流流场场的的地地下下水水直直接接由由大大气气降降雨雨渗渗入入补补给给，故故渗渗流流场场仅仅局局限限在在浅浅层层风风化化带带中；中；2 2）补补给给区区面面积积大大于于渗渗流流场场面面积积，坡坡体体渗渗流流场场的的地地下下水水可可由由外外围围地地下下水水补补给给甚甚至至越越流流式式补补给给，坡坡体体中中地地下下水水多多呈呈现现为脉状承压，在岩溶地区还会出现集中型甚至管道流；为脉状承压，在岩溶地区还会出现集中型甚至管道流；第22页，本讲稿共119页（二）地下水动力学参数（二）地下水
35、动力学参数 华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所 对坡体地下水的补给、赋存和运移条件的研究，其最终目标对坡体地下水的补给、赋存和运移条件的研究，其最终目标是要判断以下地下水动力学参数：是要判断以下地下水动力学参数：(1)(1)集水结构集水结构 垂直岸线或同岸线大角度斜切的长而大或可追垂直岸线或同岸线大角度斜切的长而大或可追踪贯通的节理裂隙、断层、挤压破碎带和松动域，可汇集地踪贯通的节理裂隙、断层、挤压破碎带和松动域，可汇集地表地下水。表地下水。(2)(2)受受(水水)压结构压结构(面面)大致平行岸线或同岸线小角度斜切的长大致平行岸线或同岸线小角度斜切的长大或可追踪贯通
36、的节理裂隙、断层、挤压破碎带和松动域。大或可追踪贯通的节理裂隙、断层、挤压破碎带和松动域。由于地表水位的波动，这一结构由于地表水位的波动，这一结构(面面)始终处于静、动水压力周始终处于静、动水压力周期性变化环境中，故构成岸坡的变形与失稳的第一控制界面。期性变化环境中，故构成岸坡的变形与失稳的第一控制界面。第23页，本讲稿共119页华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所水平地层水平地层(稳态稳态)水平地层水平地层(泥岩侵蚀效应泥岩侵蚀效应)水平地层水平地层(泥岩侵蚀效应泥岩侵蚀效应)第24页，本讲稿共119页华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所
37、陡陡倾倾顺顺向向坡坡(稳稳态态)缓倾顺向坡缓倾顺向坡(侵蚀性改造侵蚀性改造)切切向向坡坡(稳稳态态)第25页，本讲稿共119页 在非均质松散介质中，渗透系数剧变部位可以形成明显的在非均质松散介质中，渗透系数剧变部位可以形成明显的静水压力或浮托力，而这两种力对该地质体的整体作用表象是静水压力或浮托力，而这两种力对该地质体的整体作用表象是似动水压力，而在准均匀介质中，地下水的作用则表现为有效似动水压力，而在准均匀介质中，地下水的作用则表现为有效应力场即孔隙水压力效应。应力场即孔隙水压力效应。华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所 孔隙水压力效应也是一个复杂的过程：孔隙水压力
38、的存孔隙水压力效应也是一个复杂的过程：孔隙水压力的存在条件是饱水介质处于围压作用环境，而若不存在围压条件，在条件是饱水介质处于围压作用环境，而若不存在围压条件，孔隙水压力即消散。实践资料提示，在孔隙水压力即消散。实践资料提示，在K=10-510-7cm/s介质介质中，孔隙水压力也在消散。中，孔隙水压力也在消散。但实际调查必须注意的问题是介质的渗透各向异性和非但实际调查必须注意的问题是介质的渗透各向异性和非均质程度，故若能进行渗透系数区划，可大体了解均质程度，故若能进行渗透系数区划，可大体了解孔隙水压孔隙水压力、静水压力以及浮托力等三种效应力、静水压力以及浮托力等三种效应。第26页，本讲稿共11
39、9页（3 3）动水压力形成条件）动水压力形成条件华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所确定地下水流网系统确定地下水流网系统(孔隙或裂隙系统孔隙或裂隙系统)、渗透系数等。、渗透系数等。其中其中 Pid 为第为第i条块单宽上体中的动水压力条块单宽上体中的动水压力(t/m)，作用点取水作用点取水 深之一半、方向为水流的切线方向；深之一半、方向为水流的切线方向；b b i 为第为第i条块水压力作用倾斜角；条块水压力作用倾斜角；A0i 为第为第i条块地下水位以下部分的面积条块地下水位以下部分的面积(m2)；n 为边坡材料的孔隙比；为边坡材料的孔隙比；n 为水的重度。为水的重度。第
40、27页，本讲稿共119页（4 4）附加荷重效应）附加荷重效应华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所 考虑到崩滑体等介质的渗透系数多居考虑到崩滑体等介质的渗透系数多居10-310-5cm/s间以及非间以及非均匀渗透性，地下水位的变化还往往表现为附加荷重的形式。均匀渗透性，地下水位的变化还往往表现为附加荷重的形式。地表水体地表水体(如湖泊、水库等如湖泊、水库等)自低水位至正常水位，然后自正自低水位至正常水位，然后自正常水位再到低水位，将直接干扰岸坡渗流场。如果水位快速降落，常水位再到低水位，将直接干扰岸坡渗流场。如果水位快速降落，岸坡、松散介质中地下水位回升之后来，特别是在
41、水库中水位同岸坡、松散介质中地下水位回升之后来，特别是在水库中水位同步降落，高、低水位之间的水体对下伏主滑带等变形主控界面是步降落，高、低水位之间的水体对下伏主滑带等变形主控界面是将产生额外增加的附加荷重，在主控界面的正应力分量增大，相将产生额外增加的附加荷重，在主控界面的正应力分量增大，相应地，沿变形界面的剪应力成分也增大，故地质体沿变形界面的应地，沿变形界面的剪应力成分也增大，故地质体沿变形界面的抗滑强度也随之变化。在这样的情况下，额外增加了的抗滑强度也随之变化。在这样的情况下，额外增加了的水体荷重水体荷重对该地质体的稳态是不利对该地质体的稳态是不利。（5 5）物理化学效应）物理化学效应
42、对于一个倾斜型主变形界面对于一个倾斜型主变形界面(如原主滑带或基岩面如原主滑带或基岩面)上的地质上的地质体而言，影响甚至决定该地质体稳态的主控因素就是主变形界面体而言，影响甚至决定该地质体稳态的主控因素就是主变形界面饱水后的物理化学作用。饱水体的力学参数总是小于干燥体的力饱水后的物理化学作用。饱水体的力学参数总是小于干燥体的力学参数。如果水化学作用兼而有之，特别是学参数。如果水化学作用兼而有之，特别是溶蚀溶蚀而不是诸如而不是诸如钙化钙化等胶结作用等胶结作用，c c、f f值会有根本性的变化。值会有根本性的变化。第28页，本讲稿共119页三、边坡工程勘察要点三、边坡工程勘察要点 华华 中中 科科
43、 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所 从从力学角度考察力学角度考察，边坡工程介于地基工程与硐室工程之，边坡工程介于地基工程与硐室工程之间。地基工程的主要指标是岩土地基的承载力，而地基内任意间。地基工程的主要指标是岩土地基的承载力，而地基内任意点基本上处于三维应力状态；硐室则改造（释放）硐周初始地点基本上处于三维应力状态；硐室则改造（释放）硐周初始地应力场但硐室尺寸不大，对初始应力场的改造空间有限。应力场但硐室尺寸不大，对初始应力场的改造空间有限。边坡工程则是边坡工程则是开放系统开放系统，具备大体积岩体自由运动的空间，具备大体积岩体自由运动的空间，高陡人工边坡还涉及初始构造应力场。所以
44、，边坡工程的地质高陡人工边坡还涉及初始构造应力场。所以，边坡工程的地质勘察所涉及的内容要比地基工程或硐室工程丰富很多。勘察所涉及的内容要比地基工程或硐室工程丰富很多。边坡工程边坡工程勘察设计阶段勘察设计阶段 技术设计技术设计竣工验收竣工验收 施工详图施工详图设计设计初步设计初步设计选线勘察选线勘察第29页，本讲稿共119页1 1基本资料及工程地质分段（区）基本资料及工程地质分段（区）华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所 类类似似其其他他类类型型工工程程，边边坡坡工工程程，公公路路(铁铁路路)跨跨越越不不同同的的地地形形地地貌貌类类型型及及构构造造单单元元的的线线型型工
45、工程程的的边边坡坡设设计计，特特别别需需要要区区域域性性地地质质、地震资料。地震资料。区区域域性性地地质质、地地震震资资料料的的研研究究目目标标是是了了解解各各部部位位坡坡体体的的岩岩石石类类型型及及其其组组合合、控控制制坡坡体体变变形形、失失稳稳的的主主要要构构造造、地地表表水水的的展展布布格格局局及及水水文文地地质质类类型型以以及及地地震震等等，进进而而进进行行工工程程地地质质分分段段(区区)。各各段段(区区)要要分分别别编编制制相相应应的的勘勘察察要要求求，其其目目的的是是明明确确各各部部位位地地质质勘勘察工作的内容与目标，防止或避免普通地质学调查。察工作的内容与目标，防止或避免普通地质
46、学调查。通通过过勘勘察察，各各不不同同类类型型段段（区区）要要按按边边坡坡工工程程的的难难易易程程度度进进行行“边边坡坡工工程程适适宜宜程程度度分分区区”。边边坡坡工工程程适适宜宜程程度度分分区区的的依依据据是是地地形形坡坡度度及及微地貌分区图；稳态分区图和水文地质分区图。微地貌分区图；稳态分区图和水文地质分区图。第30页，本讲稿共119页（一）地形坡度及微地貌分区图（一）地形坡度及微地貌分区图华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所 地地形形坡坡度度及及微微地地貌貌分分区区图图的的编编制制依依据据是是地地形形坡坡变变，可可按按(用用坡坡角角表表示示)小小于于5 5度度，
47、5 51010度度，10101515度度，15152020度度，20203030度度及及大于大于3030度度等六级进行分区。等六级进行分区。（二）稳态分区（二）稳态分区 -稳态的判别标志是：稳态的判别标志是：l l）在在自自然然状状态态下下坡坡体体整整体体稳稳定定，不不存存在在可可导导致致坡坡体体大大体体积积变变形形、失稳的构造界面及这类界面的组合条件；失稳的构造界面及这类界面的组合条件；2 2）开开挖挖边边坡坡不不会会导导致致坡坡体体大大体体积积变变形形、失失稳稳。根根据据坡坡体体的的稳稳态态，可划分为稳定的、欠稳定的、不稳定的和警戒区等可划分为稳定的、欠稳定的、不稳定的和警戒区等四级四级：
48、（4 4）警戒区正在变形中的坡体（变形体）和崩滑体等。）警戒区正在变形中的坡体（变形体）和崩滑体等。（l l）稳稳定定的的坡坡体体在在自自然然状状态态下下和和开开挖挖边边坡坡后后均均处处于于稳稳定定状状态态，基本上可不采取护坡措施。基本上可不采取护坡措施。（2 2）欠欠稳稳定定的的坡坡体体在在自自然然状状态态下下稳稳定定但但在在开开挖挖边边坡坡后后可可能能导导致致局部性变形、失稳，需要采取支护措施。局部性变形、失稳，需要采取支护措施。（3 3）不不稳稳定定的的坡坡体体内内存存在在着着的的地地质质结结构构面面在在开开挖挖边边坡坡后后可可能能构构成较大体积变形、失稳的控制界面（组合），支护工程量大
49、。成较大体积变形、失稳的控制界面（组合），支护工程量大。第31页，本讲稿共119页（三）水文地质分区（三）水文地质分区-两个层次两个层次华华 中中 科科 技技 大大 学学 岩 土 工 程 研 究 所 第一层次第一层次地下水补给源的判断有三种情况：地下水补给源的判断有三种情况：（1 1）越越流流式式补补给给指指坡坡体体地地表表水水汇汇水水域域的的外外围围补补给给源源。这这类类情情况况主主要要地地出出现现在在岩岩溶溶地地区区和和易易风风化化（特特别别是是层层间间风风化化）长长石石砂砂岩岩分分布区，它们的水补给源较远甚至很远（如地下暗河）。布区，它们的水补给源较远甚至很远（如地下暗河）。（2 2）大
50、大气气降降雨雨补补给给指指含含水水层层或或赋赋水水域域的的面面积积同同大大气气降降雨雨补补给给面面积积一一致致或或大大体体相相当当，换换句句话话说说坡坡体体中中的的地地下下水水补补给给源源仅仅限限于于该该部部位的地表水汇水域。位的地表水汇水域。（3 3）混混合合补补给给除除了了第第（2 2）补补给给源源外外还还有有周周边边裂裂隙隙水水补补给给，或或第（第（1 1）和第（）和第（2 2）补给源同时存在。）补给源同时存在。第第二二层层次次坡坡体体各各层层（部部位位）赋赋水水、透透水水性性可可按按下下述述内内容容进进行分析判断：行分析判断：1 1）在砂泥岩交互层中，砂岩是否顺层深化构成层间含水层。）