边坡岩体稳定性分析.pptx

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1、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，为边坡预测预报及整治提供岩体力学依据。其中稳定性计算是岩体边坡稳定性分析的核心。9.1 边坡岩中的应力分布特征第九章边坡岩体稳定性分析第1页/共38页一、应力分布特征一、应力分布特征岩体中开挖人工边坡开挖卸荷近边坡面一定范围内的岩体中应力重分布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。第九章边坡岩体稳定性分析第2页/共38页v边坡面附近：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

2、态。v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。第九章边坡岩体稳定性分析第3页/共38页(3)坡面附近：应力集中带。坡脚附近，最大剪应力增高，易剪切破坏；坡肩附近，拉应力带。边坡愈陡，范围愈大，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。第九章边坡岩体稳定性分析第4页/共38页二、影响边坡应力分布的因素二、影响边坡应力分布的因素(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v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图象。v坡底宽度对坡脚岩体应力有较大的影响。v坡面形状对重分布应力也有明

3、显的影响。第九章边坡岩体稳定性分析第5页/共38页第九章边坡岩体稳定性分析(3)岩体性质及结构特征v岩体变形模量影响不大，泊松比对边坡应力影响较大。泊松比的变化，可使水平自重应力发生改变。(4)结构面v使坡体中应力发生不连续分布，在结构面周边或端点形成应力集中带或阻滞应力的传递，坚硬岩体边坡中明显。第6页/共38页9.2 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中两个不同的阶段，变形属量变阶段，而破坏则是质变阶段，形成一个累进性变形破坏过程。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第九章边坡岩体稳定性分析第7页/共38页一、边坡岩体变形的

4、基本类型一、边坡岩体变形的基本类型1、卸荷回弹成坡过程中，荷重不断减少边坡岩体在减荷方向(临空面)伸长变形卸荷回弹。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。第九章边坡岩体稳定性分析第8页/共38页2、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。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。第九章边坡岩体稳定性分析第9页/共38页二、边坡破坏的基本类型二、边坡破坏的基本类型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

5、动滑坡倾倒破坏崩塌第九章边坡岩体稳定性分析第10页/共38页崩塌：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。倾倒破坏（弯曲倾倒）：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。第九章边坡岩体稳定性分析第11页/共38页第九章边坡岩体稳定性分析第12页/共38页第九章边坡岩体稳定性分析第13页/共38页三、影响岩体边坡变形破坏的因三、影响岩体边坡变形破坏的因素素1、岩性 决定岩体边坡稳定性的物

6、质基础。2、岩体结构 岩体结构及结构面的发育特征是岩体边坡破坏的控制因素。3、水的作用 使岩土的质量增大、滑动面的滑动力增大；岩土软化、抗剪强度降低；对岩体产生动水压力和静水压力。4、风化作用 使岩体内裂隙增多、扩大，透水性增强，抗剪强度降低。第九章边坡岩体稳定性分析第14页/共38页5、地形地貌 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。6、地震 产生地震惯性力 7、天然应力8、人为因素三、影响岩体边坡变形破坏的因三、影响岩体边坡变形破坏的因素素第九章边坡岩体稳定性分析第15页/共38页9.3 边坡岩体稳定性分析的步骤定性分析：在工程地质勘察工作基础上，对边坡岩

7、体变形破坏的可能性及破坏形式进行初步判断。定量分析：在定性分析基础上，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。评价方法数学力学分析法模型模拟试验法工程类比法图解法块体极限平衡法弹性力学、弹塑性力学法有限元法等数值方法第九章边坡岩体稳定性分析第16页/共38页块体极限平衡法假设条件(1)边坡岩体将沿某一结构面（滑动面）产生滑移剪切破坏；(2)滑体为刚体 在滑动过程中相对位置不变化(3)滑动面上应力分布均匀；(4)不考虑滑体两侧的抗滑力。稳定性系数=滑动面上可能利用抗滑力/滑动力1 稳定 1 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，引入安全系数。第九章边坡岩体稳定性分

8、析第17页/共38页块体极限平衡法步骤可能滑动岩体几何边界条件的分析受力条件分析确定计算参数计算稳定性系数确定安全系数，进行稳定性评价第九章边坡岩体稳定性分析第18页/共38页一、几何边界条件分析一、几何边界条件分析几何边界条件：构成可能滑动岩体的各种边界面及其组合关系，包括滑动面、切割面和临空面三种。滑动面：起滑动(即失稳岩体沿其滑动)作用的面，包括潜在破坏面。切割面：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，如平面滑动的侧向切割面。临空面：临空自由面，为滑动岩体提供活动空间，临空面常由地面或开挖面组成。第九章边坡岩体稳定性分析第19页/共38页分析内容：查清岩体中的各

9、类结构面及其组合关系，确定出可能的滑移面、切割面。分析目的：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的破坏类型及主滑方向。分析方法：赤平投影、实体比例投影等图解法或三角几何分析法。一、几何边界条件分析一、几何边界条件分析第九章边坡岩体稳定性分析第20页/共38页二、受力条件分析二、受力条件分析受力条件：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。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。1.地震作用水平地震作用：FEK=1G第九章边坡岩体稳定性分析第21页/共38页2.水压力：包括渗透静水压力和渗

10、透动水压力。静水压力水对岩体的静压力，数值上等于岩体受到的浮力。动水压力与水力梯度有关，数值上等于岩体受到的渗流阻力。第九章边坡岩体稳定性分析第22页/共38页三、确定计算参数三、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0.60.9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摩擦系数的6090之间选取，内聚力计算值在峰值内聚力的1030之间选取。经验数据极限状态下的反算数据试验数据第九章边坡岩体稳定性分析第23页/共38页四、稳定性系数的计算和稳定性评四、稳定性系数的计算和稳定性评价价稳定性系数=可

11、供利用的抗滑力/滑动力第九章边坡岩体稳定性分析第24页/共38页五、确定安全系数，进行稳定性评价q安全系数：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因素人为规定的，必须1。影响因素：岩体工程地质特征研究的详细程度；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。安全系数一般=1.051.5 第九章边坡岩体稳定性分析第25页/共38页9.4 边坡岩体稳定性计算一、单平面滑动1、仅有重力作用时滑动面上的抗滑力Fs=Gcostgj+CjL 滑动力FrGsin稳定性系数第九章边坡岩体稳定性分析第

12、26页/共38页滑动体极限高度Hcr为当Cj=0，j时，1，Hcr=0忽略滑动面上内聚力(Cj=0)时第九章边坡岩体稳定性分析第27页/共38页2、有水压力作用作用于CD上的静水压力V作用于AD上的静水压力U为边坡稳定性系数为第九章边坡岩体稳定性分析第28页/共38页3、有水压力作用与地震作用边坡的稳定性系数FEK=1G水平地震作用第九章边坡岩体稳定性分析第29页/共38页二、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割成若干块体的情况，这时需分块计算边坡的稳定性系数第九章边坡岩体稳

13、定性分析第30页/共38页1.滑动体为刚体的情况ABCD为可能滑动体，根据滑动面产状分为、两个块体。F为块体对块体的作用力，F为块体对块体的作用力，F和F大小相等，方向相反，其作用方向的倾角为。滑动面AB以下岩体对块体的反力R1(摩阻力)与AB面法线的夹角为1。第九章边坡岩体稳定性分析第31页/共38页2.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性计算。AB面BC面BD面第九章边坡岩体稳定性分析第32页/共38页块体块体块体块体块体第九章边坡岩体稳定性分析第33页/共38页三、多平面滑三

14、、多平面滑动动 分一般多平面滑动和 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组成，呈阶梯状，坡稳定性的计算思路与单平面滑动相同，即将滑动体的自重(仅考虑重力作用时)分解为垂直滑动面的分量和平行滑动面的分量。第九章边坡岩体稳定性分析第34页/共38页楔形体滑动的滑动面由两个倾向相反、且其交线倾向与坡面倾向相同、倾角小于边坡角的软弱结构面组成。四、楔形体滑动四、楔形体滑动第九章边坡岩体稳定性分析第35页/共38页将滑体自重G分解为垂直交线BD的分量N和平行交线的分量(即滑动力Gsin)，然后将N投影到两个滑动面的法线方向，求得作用于滑动面上的法向力N1和N2，最后求得抗滑力及稳定性系数。可能滑动体的滑动力为Gsin，垂直交线的分量为NGcos。将Gcos投影到ABD和BCD面的法线方向上，得法向力N1、N2基本思路第九章边坡岩体稳定性分析第36页/共38页边坡的稳定性系数n边坡的抗滑力第九章边坡岩体稳定性分析第37页/共38页谢谢您的观看！第38页/共38页