斜坡变形破坏工程地质研究.ppt

《斜坡变形破坏工程地质研究.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《斜坡变形破坏工程地质研究.ppt（83页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、第四章斜坡变形破坏工程地质研究,边坡中的应力分布特征 边坡的变形与破坏 边坡稳定性分析方法 边坡变形破坏的防治措施,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。斜坡的变形与破坏,第一节 概述,唐古拉山北的断坡滑塌（镜头向南，2001.3）,宁东盆中的断坡滑塌（镜头向南，2001.7）,江、河、湖、海岸坡,挖方：沟、渠、坑、池,露天矿,填方：堤、坝、路基、堆料,小浪底土石坝,山坡上方有崩落和滑动危险的巨石,鹰嘴岩滑坡,汉口新华下路一建筑工地发生基坑滑坡

2、事故，造成工地旁一条道路塌陷，出现约20米长的裂缝，部分地下管线移位。（2005.7）,地铁隧道坍塌（2007.3）,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。其中稳定性计算是边坡稳定性分析的核心。,第二节 斜坡中的应力分布特征,在岩土体中进行开挖，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土体中，发生应力重分布作用，使边坡岩土体处于重分布应力状态。边坡岩土体为适应重分布应力状态，将发生变形和破坏。因此，研究边坡岩土体重分布应力特征是进行稳定性分析的基础。,一、应力状态的变化,边坡面附近的主应力迹线发生偏转。最大主

3、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。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象。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。,(3)

4、岩体性质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。,第三节 边坡的变形与破坏,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，它们形成一个渐进性破坏过程。,一、边坡变形的基本类型二、边坡破坏的基本类型三、影响边坡变形破坏的因素,一、边坡变形的基本类型,1、卸荷回弹（拉裂）在成坡过程中，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

5、。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。,2、蠕变变形（蠕滑）边坡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土体的长期强度时，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，几乎所有的边坡失稳都要经历这种逐渐变形破坏过程。,3、弯折倾倒由陡倾片状岩石组成的斜坡，当走向与坡面平行时，在重力作用下发生向临空面方向同步弯曲的现象。机制：相当于悬臂梁在弯矩作用下所发生的弯曲。发展下去

6、，可形成崩塌、滑坡；在天然边坡和人工边坡中均存在。,二、边坡破坏的基本类型,边坡破坏的基本类型,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。,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。特点：突然脱离母体，发生在高陡边坡的坡肩部位，质点位移SySx，在垂直方向运动为主；其无依附面，飞跃而下，规律复杂，爆发突然；,机制：某一滑移面上的剪应力超过了该面的抗剪强度。特点：较深层的破坏，滑移面深入到坡体内部以至坡脚以下，质点位移SxSy；有依附面（滑移面），滑移速度比较慢，且具有整体性。,滑坡,香港1900年建市，197

7、7年成立土力工程署港岛1972 Po Shan 滑坡(20,000 m3)(67 死、20 伤),Po Shan Road,Conduit Road,Notewell Road,清江隔河岩水库茅坪滑坡、白岩危岩体,三、影响边坡变形破坏的因素,1、岩性 决定岩土体边坡稳定性的物质基础。2、岩土体结构 岩土体结构及结构面的发育特征是边坡破坏的控制因素。3、水的作用 使岩土体的质量增大、滑动面的滑动力增大；岩土体软化、抗剪强度降低；对岩土体产生动水压力和静水压力。4、风化作用 使岩土体内裂隙增多、扩大，透水性增强，抗剪强度降低。,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

8、及边坡的稳定性。6、地震 产生地震惯性力 7、人为因素,Fs1.4,Fs2.5,t60小时,t70小时,t75小时,非稳定渗流情况,t80小时,t85小时,t90小时,t1500小时,t600小时,t300小时,滑坡?,土坡丧失其原有稳定性，一部分土体相对与另一部分土体滑动的现象称滑坡。,滑坡前征兆：坡顶下沉，坡脚隆起。,第四节 边坡稳定评价分析方法,滑坡原因?,滑坡的根本原因:边坡中土体内部某个面上的剪应力达到了它的抗剪强度。,滑坡的具体原因：（1）滑面上的剪应力增加：如填土作用使边坡的坡高增加、渗流作用使下滑力产生渗透力、降雨使土体饱和，容重增加、地震作用等；（2）滑面上的抗剪强度减小：如

9、浸水作用使土体软化、含水量减小使土体干裂，抗滑面面积减小、地下水位上升使有效应力减小等。,假定：平面应变问题,无粘性土:平面均质粘性土:光滑曲面，圆弧非均质粘性土:复合滑动面,滑动面形状：,第四节 边坡稳定评价分析方法,分析方法,稳定分析的经典方法：极限平衡法滑移线法极限分析法（上下限定理）,有限元分析方法：常规弹塑性有限元分析极限分析有限元方法应变局部化与渐进破坏有限单元法分析,极限平衡法（条分法）存在的缺点：将土条假设为刚体,没有考虑到土体内部的应力应变关系所求出的安全系数只是所假定的滑移面上平均的安全系数所求出的土条之间内力或土条底部反力并不是滑动土体真实的发生和发展过程假设滑动面的所有

10、点同时达到某一强度无法考虑局部变形对土坡稳定的影响 稳定和变形有着相当密切的关系，一个土坡在发生整体稳定破坏之前，往往伴随着相当大的变形,有限元方法分析土坡稳定问题(不包括极限分析有限元法)克服极限平衡方法的缺点考虑土体的非线性变形特性能模拟土坡的施工过程可适用于任意复杂的边界条件,有限元分析土坡稳定的常规方法求得每一计算单元的应力及变形根据不同的强度指标确定破坏区的位置及破坏范围的扩展情况将局部化破坏与整体破坏关联起来，求得合适的临界滑裂面位置再根据极限平衡分析推求整体安全系数,常规有限元方法用于土坡稳定分析最大的困难在于如何定义安全系数?,土坡安全系数的定义：（Duncan,1996）使边

11、坡刚好达到临界破坏状态时，对土的剪切强度指标进行折减的程度土的实际剪切强度与临界破坏时折减后的剪切强度的比值强度折减有限元法 特别适用于有限元来实现,优点:安全系数可以直接得出,无须事先假定滑裂面的位置,同时也可以考虑土体的渐进破坏过程。,无粘性土坡稳定性计算,(1)一般情况下的无粘性土土坡,均质的无粘性土土坡，在干燥或完全浸水条件下，土粒间无粘结力,只要位于坡面上的土单元体能够保持稳定，则整个坡面就是稳定的,单元体稳定,TT,土坡整体稳定,无粘性土坡稳定性分析,(1)一般情况下的无粘性土土坡,稳定条件：TT,砂土的内摩擦角,抗滑力与滑动力的比值,安全系数,无粘性土坡稳定性分析,(2)有渗流作

12、用时的无粘性土土坡分析,稳定条件：TT+J,顺坡出流情况:,/sat1/2，坡面有顺坡渗流作用时，无粘性土土坡稳定安全系数将近降低一半,粘性土坡稳定性计算,(1)瑞典圆弧滑动法,假定滑动面为圆柱面，截面为圆弧，利用土体极限平衡条件下的受力情况：,滑动面上的最大抗滑力矩与滑动力矩之比,粘性土坡稳定性分析,粘性土土坡滑动前，坡顶常常出现竖向裂缝,裂缝的出现将使滑弧长度由AC减小到AC，如果裂缝中积水，还要考虑静水压力对土坡稳定的不利影响,Fs是任意假定某个滑动面的抗滑安全系数，实际要求的是与最危险滑动面相对应的最小安全系数,(1)瑞典圆弧滑动法,粘性土坡稳定性分析,(2)条分法,对于外形复杂、0的

13、粘性土土坡，土体分层情况时，要确定滑动土体的重量及其重心位置比较困难，而且抗剪强度的分布不同，一般采用条分法分析,滑动土体分为若干垂直土条,安全系数（瑞典条分法）,稳定渗流条件下（以瑞典条分法）,如果浸润线的坡度相对平缓,工程设计中常用的替代容重法,第五节 边坡变形破坏的防治措施,防治原则：以防为主，及时治理以防为主：对不稳定的边坡预先采取措施，以防治变形，工程布置时应尽量避开严重不稳定的边坡地段，或采取相应的设计方案。及时治理：对已发生变形的边坡及时采取治理措施，使之不再向破坏方向发展，以保证工程顺利施工和安全使用。,八、岩坡加固措施,防治措施,支挡工程：挡墙、抗滑桩、锚杆、支撑工程,排水：

14、截水沟、盲沟、水平钻孔、盲洞、集水井,减荷反压：削坡、反压措施,其他措施：护坡、改善岩土性质、防御绕避,八、岩坡加固措施,一、支挡工程：,挡墙、抗滑桩、锚杆、支撑工程,改变边坡力学平衡条件，提高边坡抗滑力,挡墙：位于滑体的前缘，靠自身重量来支挡滑体的下滑力，并与排水措施联合使用。按建筑材料和结构形式：抗滑片石垛、抗滑片石竹笼、浆砌石挡墙、混凝土或钢筋混凝土抗滑挡墙优点：结构简单、就地取材,工程中常用的抗滑挡土墙断面形式,挡墙,深基坑护坡武汉一高层建筑场地，1997.12,八、岩坡加固措施,抗滑桩：支挡滑体的下滑力，固定于滑床的桩柱。一般集中设置在滑坡的前缘部位。优点：施工安全、方便、省时、省工

15、、省料、对坡体扰动少,抗滑桩,八、岩坡加固措施,锚杆：利用锚杆上所施加的预应力，提高滑动面上的法向应力，进而提高抗滑力，改善剪应力的分布。,支撑：防治边坡顶部的危岩体及其崩落。,边坡锚索加固方式及锚索结构,济宁金茂大厦锚固施工,八、岩坡加固措施,二、排水：,截水沟、盲沟、水平钻孔、盲洞、集水井,目的：排除边坡地段的地表水和地下水，以消除或减轻水对边坡的危害。一般与其他措施配合使用,八、岩坡加固措施,三、减荷反压削坡、反压措施,减荷目的：降低坡体的下滑力，将滑坡体后缘的岩土体削去一部分或将较陡的斜坡减缓。,一般与反压措施结合。即将削下来的土石堆于边坡或滑体前缘的阻滑部位，既降低下滑力，又增加抗滑力。,八、岩坡加固措施,四、其他措施：护坡、改善岩土性质、防御绕避,护坡目的：防止水流堆边坡的冲刷或浪蚀 防止坡面的风化及风化后的岩石剥落 采用：喷浆、灰浆抹面、浆砌片石等,改善岩土性质的目的：为了提高岩土体的抗滑能力 采用：化学灌浆法、电渗排水法等,防御绕避：严重不稳定边坡且处理困难 采用：明硐、御塌棚、外移作桥、内移作隧等,边坡防护网,本章主要要求掌握 边坡（斜坡）的定义边坡应力分布特征及其影响因素 边坡变形与破坏的基本类型、特点边坡稳定性分析评价方法 边坡变形破坏的防治措施,