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岩质边坡稳定性分析共40页


(一)、应力分布特征
在岩体中进行开挖,形成人工边坡后,由 于开挖卸荷,在近边坡面一定范围内的岩 体中,发生应力重分布作用,使边坡岩体 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。
边坡面附近的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态。
第三节 岩质边坡稳定性分析
•一、岩质边坡应力分布特征 •二、岩质边坡的变形与破坏 •三、岩质边坡稳定性分析步骤 •四、岩质边坡稳定性计算
一、 边坡岩体中的应力分布特征
斜坡(slope)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。 天然斜坡(简称斜坡)是指自然地质作用形成未经 人工改造的斜坡。 人工边坡(简称边坡)是指经人工开挖或改造形成 的斜坡。 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。
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,包括滑动面、切割面和临空面 三种。 滑动面是指起滑动(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 的侧向切割面。
临空面指临空的自由面,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。
(3)岩体性质及结构特征 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 平自重应力发生改变。 (4)结构面 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。
二、 边坡岩体的变形与破坏
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, 为保险起见,引入安全系数的概念。
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
(一)、几何边界条件分析
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。
坡面附近产生应力集中带。在坡脚附近,最 大剪应力增高,最易发生剪切破坏。在坡肩 附近,常形成拉应力带。边坡愈陡,则此带 范围愈大,因此,坡肩附近最易拉裂破坏。 最大剪应力迹线为凹向坡面的弧线。
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 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像。 坡底宽度对坡脚岩体应力有较大 的影响。 坡面形状对重分布应力也有明显 的影响。
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,它们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
(一),由于 荷重不断减少,边坡岩 体在减荷方向(临空面) 产生伸长变形,即卸荷 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。
倾倒破坏: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 决定岩体边坡稳定性的物质基础。 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。
(三)、影响岩体边坡变形破坏的因素
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、 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 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。
模型模拟试验法 评 价 数学力学分析法
方 法
工程类比法
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
图解法
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)滑体在滑动过程中相对位置不变化,即为刚体; (3)滑动面上的应力分布均匀; (4)不考虑滑体两侧的抗滑力。
(一)、几何边界条件分析
几何边界条件分析的内容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 面。 几何边界条件分析的目的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 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 投影等图解法或三角几何分析法进行。
2、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, 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 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。
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。
(二)、边坡破坏的基本类型
边 崩塌 坡 破 坏 的 滑坡
多平面滑动
平面滑动 双平面滑动 单平面滑动
楔形状滑动


圆弧形滑动


倾倒破坏
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,称为滑坡。
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