工程地质第5章课件.ppt

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1、第四章 边坡的工程地质研究 第一节 边坡及其变形的特征第二节 影响边坡稳定性的因素第三节 边坡稳定性评价方法第四节 不稳定边坡的防治措施重点：边坡变形和破坏的方式，影响边坡稳定性的因重点：边坡变形和破坏的方式，影响边坡稳定性的因素，用赤平极射投影方法分析边坡稳定性，不稳定边素，用赤平极射投影方法分析边坡稳定性，不稳定边坡的防治措施。坡的防治措施。第一节 边坡及其变形的特征一、边坡及其分类二、边坡工程地质问题三、边坡岩土体应力分布特征四、边坡变形破坏返回一、边坡及其分类边坡边坡是指一面临空的岩、土体斜坡。边坡要素边坡要素：边坡边坡分类分类按成因分：自然边坡和人工边坡按形态分：断崖、凸坡、直坡和凹

2、坡 按组成物质分：岩质斜坡、土质斜坡和岩土混合斜坡 坡角和坡高返回二、矿山边坡工程地质问题 矿山地表工程及露采边坡常因建设区域内山坡岩体失稳而给工程造成困难和破坏。因此在矿山工程建设时，要注意下面的问题：1、对已存在的边坡的稳定性要作分析评定；2、修建的工程是否会破坏或影响已存在边坡的稳定性；3、如要新建人工边坡，则需分析设计其合理坡度和坡高。为此，需要研究边坡变形破坏的机理及影响因素。返回三、边坡岩土体应力分布特征边坡形成前的应力分布边坡形成前的应力分布 自重应力作用下，水平地面下某点的应力分布：z=H除此之外，还可能还可能存在区域性的水平构造应力、温度应力等。边坡边坡形成后的应力分布形成后

3、的应力分布在边坡形成过程中，由于岩土体产生卸荷，引起边坡应力重分布，有限元计算和光弹性试验结果表明，边坡应力重分布主要有4方面特征：（1）主应力迹线发生明显偏转；）主应力迹线发生明显偏转；（2）在坡脚形成应力集中带；）在坡脚形成应力集中带；（3）最大剪应力迹线也发生偏转，呈凹向临空面的弧线。在）最大剪应力迹线也发生偏转，呈凹向临空面的弧线。在最大、最小主应力差值最大的部位最大、最小主应力差值最大的部位(一般在坡脚附近一般在坡脚附近)。相应。相应形成一个最大剪应力区，因而在这里容易发生剪切变形破坏；形成一个最大剪应力区，因而在这里容易发生剪切变形破坏；边坡中最大剪应力迹线（虚线）和主应力迹线（实

4、线）边坡中最大剪应力迹线（虚线）和主应力迹线（实线）(4)在坡顶和坡面的靠近表面部位，由于垂直于坡面的水平应在坡顶和坡面的靠近表面部位，由于垂直于坡面的水平应力力3)显著减小，甚至可能出现拉应力，因而可形成一个拉显著减小，甚至可能出现拉应力，因而可形成一个拉应力带，其范围随边坡坡角应力带，其范围随边坡坡角 和平行于河谷的水平应力和平行于河谷的水平应力2的增的增加而增大。因此坡肩附近最易产生拉裂破坏。加而增大。因此坡肩附近最易产生拉裂破坏。斜坡张力带分布示意图斜坡张力带分布示意图 (阴影部分为张力带）阴影部分为张力带）返回四、边坡变形破坏边坡变形与破坏的联系与区别边坡变形与破坏的联系与区别边坡的

5、变形与破坏是边坡演化的两个不同阶段。边坡从形成开始，坡体便不断的发展变化，首先变形，逐渐发展为破坏。变形以坡体中未出现贯通性破坏面为特点；破坏是坡体中已产生贯通性破坏面，并以一定速度发生位移为标志。变形与破坏是一个连续发展过程，其间存在着量与质的转化关系。边坡变形的方式边坡变形的方式边坡变形的方式主要为松驰张裂松驰张裂和蠕动蠕动边坡破坏边坡破坏边坡破坏的形式主要为崩塌崩塌和滑坡滑坡。返回松驰张裂松驰张裂边坡开挖后，坡体表部会出现一系列与坡向近于平行的陡倾斜张性裂隙，被这种裂隙切割的岩体向临空面方向松开、移动。这一过程和现象称为松驰张裂松驰张裂。常把有松动裂隙发育的坡体部位，称为斜坡卸荷带斜坡卸

6、荷带，也称斜坡松动带斜坡松动带。其深度是以坡面线与松动带内侧界线之间的水平间距来度量。影响斜坡松动带的深度因素影响斜坡松动带的深度因素：坡体的岩体结构、原始应力状态、坡高、坡角等。松弛张裂的危害性松弛张裂的危害性在于其破坏了岩土体的稳定性，使岩土体渗透性加大，造成被面地表水、雨水渗入边坡内部，加剧了风化作用的强度，促成边坡进一步破坏。返回蠕动 蠕动变形蠕动变形是指边坡岩体主要在重力作用下向临空方向发生长期缓慢的塑性变形的现象。斜坡蠕动可分为表表层蠕动层蠕动和深层蠕动深层蠕动两种基本类型。1、蠕变带界面；2、倾倒蠕动返回崩 塌 在陡坡地段，岩土体被陡倾的拉裂面破坏分割，在重力作用下岩块突然脱离母

7、体翻滚、坠落于坡下称为崩塌崩塌。按岩性可分为岩崩岩崩和土崩土崩。影响因素影响因素：1、岩体结构2、坡形及坡体结构3、风化、地下水、地震、爆破等。坚硬岩石组成的斜坡前缘卸荷裂隙导坚硬岩石组成的斜坡前缘卸荷裂隙导致崩塌示意图致崩塌示意图灰岩；灰岩；砂页岩互层；砂页岩互层；石英岩石英岩软硬岩性互层的陡坡局部崩塌示软硬岩性互层的陡坡局部崩塌示意图意图1砂岩；砂岩；2页岩页岩返回滑坡滑坡的定义滑坡的定义滑坡是指在重力作用下边坡岩土体沿某一剪切面发生剪切滑动破坏的现象。滑坡要素（滑坡要素（图图）滑坡壁、滑坡体、滑坡床、滑动面、滑坡周界、封闭洼地、滑坡台阶、滑坡舌等。滑坡的分类滑坡的分类返回返回滑坡的分类滑

8、坡的分类1)按滑坡、崩塌体的规模划分。按滑坡、崩塌体的规模划分。滑坡（崩塌）类型滑坡（崩塌）类型小型小型中型中型大型大型巨型巨型滑动土石体积（万滑动土石体积（万m3）1000 2)按滑坡、崩塌体的物质组成划分。按滑坡、崩塌体的物质组成划分。岩质滑坡岩质滑坡(崩塌崩塌)；土质滑坡坡；土质滑坡坡(崩塌崩塌)；黄土滑坡；黄土滑坡(崩塌，岩性不崩塌，岩性不明滑坡（崩塌）。明滑坡（崩塌）。3)按滑坡、崩塌的主要诱发因素划分。按滑坡、崩塌的主要诱发因素划分。水库蓄水诱发的滑坡水库蓄水诱发的滑坡(崩塌）；暴雨诱发的滑坡崩塌）；暴雨诱发的滑坡(崩塌崩塌)；人为活；人为活动动(包括矿山开采，道路等包括矿山开采，

9、道路等)诱发的滑坡诱发的滑坡(崩塌崩塌)；诱发因素不明的；诱发因素不明的滑坡滑坡(崩塌崩塌)。4)按滑动面与岩土体层面关系的分类。按滑动面与岩土体层面关系的分类。均质滑坡、顺层滑坡、切层滑坡三类（均质滑坡、顺层滑坡、切层滑坡三类（图图）5)5)按滑坡的滑动力学特征分类按滑坡的滑动力学特征分类推动式滑坡、平移式滑坡和牵引式滑坡（推动式滑坡、平移式滑坡和牵引式滑坡（图图）返回（a)均质滑坡均质滑坡;(b)顺层滑坡顺层滑坡 (c)切层滑坡切层滑坡返回(a)推动式滑坡推动式滑坡(b)平移式滑坡平移式滑坡(c)牵引式滑坡牵引式滑坡 始滑位置始滑位置返回第二节第二节 影响斜坡稳定的因素影响斜坡稳定的因素

10、1 1、地形地貌、地形地貌 地地形形地地貌貌条条件件决决定定了了边边坡坡形形态态（坡坡角角、坡坡高高及及坡坡面面形形态态），大大气降水的汇集和地下水的运动，从而影响边坡的稳定性。气降水的汇集和地下水的运动，从而影响边坡的稳定性。2 2、岩土类型和性质、岩土类型和性质 由于各类岩石的物理力学性质不同，所以影响边坡岩体的稳由于各类岩石的物理力学性质不同，所以影响边坡岩体的稳定性及所能维持岩体稳定最大坡角的程度也不同。定性及所能维持岩体稳定最大坡角的程度也不同。3 3、岩体结构、岩体结构 岩体结构是控制边坡稳定性的重要因素，岩体中各种成因的岩体结构是控制边坡稳定性的重要因素，岩体中各种成因的结构面类

11、型、产状、性质、规模及其组合关系与斜坡稳定关系结构面类型、产状、性质、规模及其组合关系与斜坡稳定关系十分密切（十分密切（图图）。）。4、地下水作用地下水作用 地下水对斜坡稳定的影响，主要表现为：静水压力和浮托力地下水对斜坡稳定的影响，主要表现为：静水压力和浮托力 ，动水压力，动水压力 ，以及水的软化与泥化作用，以及水的软化与泥化作用。5、其他因素、其他因素 地应力、地应力、地震、爆破震动、气候条件、岩石的风化程度、人类地震、爆破震动、气候条件、岩石的风化程度、人类活动等。活动等。返回返回第三节 边坡稳定性的评价方法一、自然历史分析法二、力学分析法三、图解法返回一、自然历史分析法自然历史分析法主

12、要从地质学的角度分析研究斜坡形成的地质历史及边坡的地形地貌、地质构造、岩性组合及水文气象条件等自然地质环境。通过分析这些地质条件，了解边坡变形的基本规律，预测边坡变形发展的趋势和变形破坏方式从而对边坡的演变阶段和稳定状况作出定性评价。自然历史分析法首先应当分析边坡的区域地质背景、注意研究当地地壳运动规律及强烈程度、区域性构造情况、区域的应力场等。分析斜坡变形破坏与区域地质背景之间的关系。分析边坡周围的地形地貌特征、岩土结构类型、岩性组合特点，通过观察、监测边坡的变形情况，对边坡的成因及演化历史进行分析，以此评价边坡稳定状况及其可能发展趋势。分析当地水文、气象、地震等一些周期性影响因素与边坡变形

13、破坏之间的相关关系，特别是一些引起边坡变形破坏的主导因素。便于应用，近些年在该法的基础上发展了半定量方法 应当指出，自然历史分析法是基础的地质工作、最初步的定自然历史分析法是基础的地质工作、最初步的定性分析方法，是一切分析评价的基础性分析方法，是一切分析评价的基础。返回评估因素评估因素权重权重因因 子子 量量 级级 划划 分分差差中中好好特征特征分值分值特征特征分值分值特征特征分值分值斜坡坡度斜坡坡度(度度)0.160.1650504.84.830-5030-503.23.230301.61.6斜坡高度斜坡高度(m)m)0.100.1050503.03.0202050502.02.020201

14、.01.0斜坡结构类型斜坡结构类型0.150.15顺向坡顺向坡4.54.5斜向坡斜向坡3.03.0逆向坡、逆向坡、块状坡块状坡1.51.5裂隙发育程度裂隙发育程度岩体结构类型岩体结构类型0.140.14发发 育育散、碎块散、碎块状状4.24.2较发育较发育块状、层块状、层状状2.82.8不发育、不发育、层状、块层状、块状、块体状、块体状状1.41.4软弱夹层软弱夹层0.170.17有有5.15.1不连续不连续3.43.4无无1.71.7强风化带厚度强风化带厚度(m)m)0.130.1310103.93.95-105-102.62.6551.31.3残坡积层厚度残坡积层厚度(m)m)0.150.

15、156 64.54.53-63-63.03.0331.51.5备注：斜坡稳定性按总分值（备注：斜坡稳定性按总分值（D D）大小分级：大小分级：D23.4D23.4分，稳定性差；分，稳定性差；16.716.7D23.4D23.4分，稳定性中等；分，稳定性中等；D16.7D16.7分，稳定性好分，稳定性好返回二、力学分析法刚体极限平衡法：计算时将滑坡体视为均质刚性体，不考虑滑坡体本身的变形，简化边界条件及受力条件，以摩尔-库仑抗剪强度理论为基础，将滑坡体划分为若干条块，建立作用在这些条块上的力的平衡力程式，求解安全系数。（一）简单单一滑动面边坡稳定性计算 （二）同倾向双滑动面稳定性分析 1、传递系

16、数法(等稳定系数法）2、剩余推力法（三）同倾向多滑动面稳定性分析返回（一）简单单一滑动面边坡稳定性计算当岩质边坡有一组软弱结构面，且软弱结构面倾向与边坡倾当岩质边坡有一组软弱结构面，且软弱结构面倾向与边坡倾向一致，走向大致相同，结构面倾角小于边坡倾角时，该边向一致，走向大致相同，结构面倾角小于边坡倾角时，该边坡为可能的不稳定边坡，进行边坡稳定分析时一般只考虑滑坡为可能的不稳定边坡，进行边坡稳定分析时一般只考虑滑移体自重，不考虑侧向切割面的摩阻力，沿可能的边坡滑移移体自重，不考虑侧向切割面的摩阻力，沿可能的边坡滑移方向取一单宽剖面按平面问题计算。如图方向取一单宽剖面按平面问题计算。如图假定滑移体

17、断面ABC为三角形，则滑移体自重K一般取值1.0 51.25返回1传递系数法(等稳定系数法)同倾向双滑动面，以滑动转折点b点为界、我们将滑移体分、两块，假定bd面上作用有块体对块体的作用E ，E 平行于ab,等稳定系数法就是使滑移体、具有相同的稳定系数K。返回 2、剩余推力法剩余推力法是目前国内应用较多的方法，该方法求解过程是首先求解其边坡最上部的滑移块体 的剩余推力，将剩余推力传至下一滑移块体 叠加后求解第块滑移块体的稳定系数。返回（三）同倾向多滑动面稳定性分析对同倾向多滑动面稳定性分析，一般采用剩余推力法返回 三、图解法 (一）赤平极射投影原理（二）用赤平极射投影法分析边坡稳定性 1、由一

18、组软弱结构面控制的边坡 2、由两组软弱结构面控制的边坡返回NHSK为一通过球心的倾斜平面。它与球面的交线为一个大圆。自下极仰视上半球NHS面，其赤平投影为NMSN，NMS为一圆弧，从图可知：(1)NS的方向代表NHSK面的走向。(2)MO的方向代表曲面的倾向。(3)OM线的长短可以反映NHS面的倾角。倾角的刻度是自W至O点为090。返回返回返回第四节 不稳定边坡的防治措施一、防治原则一、防治原则对不稳定边坡的防治以防为主、综合治理、及时对不稳定边坡的防治以防为主、综合治理、及时处理的原则处理的原则二、二、边坡变形位移观测边坡变形位移观测三、防治措施三、防治措施1坡面防护及地表排水坡面防护及地表

19、排水 2阻排地下水阻排地下水3削坡减荷削坡减荷4支挡及加固措施支挡及加固措施返回（一）一）边坡变形位移观测边坡变形位移观测1 1、观测方法观测方法2、成功预报实例成功预报实例3、沉痛教训沉痛教训返回1、观测方法1、观测网站(图6-43）2、简单方法(图6-44）返回2、预测预报实例：智利楚基卡马塔斑岩铜、预测预报实例：智利楚基卡马塔斑岩铜矿东侧边坡矿东侧边坡 边边坡坡特特征征：总总高高度度248248米米，总总坡坡度度4343度度。矿矿区区位位于于沙沙漠漠地地区区，边坡岩性为未蚀变斑状花岗闪长岩。边坡岩性为未蚀变斑状花岗闪长岩。边坡演化及位移观测时间表：边坡演化及位移观测时间表：1966196

20、6年年8 8月发现张裂缝，开始观测，小移动后停止，监测中断；月发现张裂缝，开始观测，小移动后停止，监测中断；19671967年年1212月月2020，矿区发生里氏，矿区发生里氏5 5级地震，诱发边坡重新滑动；级地震，诱发边坡重新滑动；19681968年年6 6月月重重新新开开始始位位移移监监测测：张张裂裂缝缝测测量量，普普通通测测量量。位位移移持续增大。持续增大。19681968年年8 8月，从边坡顶底清除月，从边坡顶底清除450450万吨土石方，但无显著效果。万吨土石方，但无显著效果。19681968年年底底显显示示大大型型滑滑坡坡不不可可避避免免，预预防防措措施施：重重新新布布置置运运输输

21、线路，储备矿石等。线路，储备矿石等。1969年年1月月13日作位移数据预测图，预测最早破坏日期日作位移数据预测图，预测最早破坏日期1969年年2月月18日日 1969年年1月月13日边坡破坏预测图日边坡破坏预测图 1969年年1月月13日作位移数据预测图，预测最早破坏日期日作位移数据预测图，预测最早破坏日期1969年年2月月18日日 1969年年2月月16日下午关闭停产日下午关闭停产1969年年2月月18日下午日下午6时时58分边坡破坏，涉及土石方量分边坡破坏，涉及土石方量1200多万吨。多万吨。1969年年2月月19日复产。日复产。返回3、沉痛教训、沉痛教训 导致事故发生的直接原因有五条：导

22、致事故发生的直接原因有五条：（1 1）排土场地基土质松软，承载能力差；）排土场地基土质松软，承载能力差；（2 2）企业违规超排；）企业违规超排；（3 3）排土场设计依据不充分，地质资料不全，而且没）排土场设计依据不充分，地质资料不全，而且没有施工图，施工中缺乏技术管理；有施工图，施工中缺乏技术管理；（4 4）对排土场的安全监测不落实，四月份就发现裂隙，）对排土场的安全监测不落实，四月份就发现裂隙，但有关部门没有采取有效措施；但有关部门没有采取有效措施；（5 5）企业和当地政府没有撤走排土场下游的民房和散）企业和当地政府没有撤走排土场下游的民房和散居人员。居人员。返回2008年山西省娄烦尖山铁矿

23、年山西省娄烦尖山铁矿“81”特别重大排土场垮特别重大排土场垮塌事故，死亡人数至少在塌事故，死亡人数至少在41人以上。人以上。1坡面防护及地表排水坡面防护及地表排水 为防止坡面风化、冲为防止坡面风化、冲刷，可采取植被护坡、刷，可采取植被护坡、块石或砂浆护面及喷块石或砂浆护面及喷混凝土等措施。为防混凝土等措施。为防止地表水渗入恶化可止地表水渗入恶化可能滑动面的性质，应能滑动面的性质，应在可能变形区外围设在可能变形区外围设置截水沟，拦截旁引置截水沟，拦截旁引地表水；在变形区内，地表水；在变形区内，填塞地表水，设置树填塞地表水，设置树枝状的排水系统，疏枝状的排水系统，疏干导排地表水。干导排地表水。32

24、1设置排水沟1、截水沟；2、排水沟；3、滑坡边界返回2阻排地下水阻排地下水 为消除或减轻地下水静水压力、动水压为消除或减轻地下水静水压力、动水压力对坡体的影响，防止地下水对软弱结力对坡体的影响，防止地下水对软弱结构面的泥化、软化作用，应设置地下排构面的泥化、软化作用，应设置地下排水系统降低地下水位。有时采取前阻后水系统降低地下水位。有时采取前阻后排措施，即在上游布置防渗帐幕，在下排措施，即在上游布置防渗帐幕，在下游再进行排水。游再进行排水。返回3削坡减荷削坡减荷 对于可能失稳对于可能失稳的高陡边坡或的高陡边坡或滑动变形边坡，滑动变形边坡，可采取削缓坡可采取削缓坡度、减轻上部度、减轻上部重量及坡脚压重量及坡脚压重等措施，增重等措施，增加边坡的稳定加边坡的稳定性。性。1、削土减重部位；2、卸土修堤反压；3、渗沟；4、滑坡体返回4支挡及加固措施支挡及加固措施 对于可能滑动的边坡，可用挡土墙支撑，对于可能滑动的边坡，可用挡土墙支撑，或采取灌浆、锚固、抗滑桩等加固措施或采取灌浆、锚固、抗滑桩等加固措施（b）预应力锚杆或锚索预应力锚杆或锚索（a）抗滑桩、挡土墙抗滑桩、挡土墙 梅山水库有坝肩岩体锚固处理梅山水库有坝肩岩体锚固处理示意图示意图返回