破壞模式與穩定性分析第一頁，共61頁。平面滑動：其特點是邊坡巖體沿某一結構面如層面、節理或斷層面發生滑動，通常發生在滑動面的傾向與邊坡面的傾向一致，而滑動面的傾角小于邊坡角，但由于其內摩擦角的層狀或有粘土夾層的巖體中，也可能發生在有較厚破碎帶的巖體中。這類破壞一般情況下走向范圍可能較大。2邊坡的破壞模式第二頁，共61頁。圓弧形滑動：滑動面為一圓弧面，這種破壞常發生在均質松散的巖體或土體邊坡上，散體結構巖體或坡高較大的裂隙巖體邊坡也可能產生這種破壞形式。2邊坡的破壞模式第三頁，共61頁。楔體滑動：當邊坡巖休中有兩組或兩組以上結構面與邊坡斜交，且相互切割成楔形體，當兩結構面的組臺交線的傾向與邊坡傾向近于一致，組合交線的傾角小于邊坡角而大于其內摩擦角時，較易發生這類破壞。2邊坡的破壞模式第四頁，共61頁。折線型滑動：滑體內部軟弱面不規則的情形，或者路基填方界面為折線形。實際工程中滑坡滑面往往呈折線形，規則的圓弧形（土質）、平面滑動（巖質）都是特殊的情形。2邊坡的破壞模式第五頁，共61頁。

局部坍塌，是上層、堆積層或風化破碎巖層斜坡，由于土壤中水和裂隙水的作用、河流沖刷或人工開挖坡陡于巖體自身強度所能保持的坡度而產生逐層塌落的變形現象。這是一種非常普遍的現象，一直塌到巖土體自身的穩定角時方可自行穩定。2邊坡的破壞模式第六頁，共61頁。

崩塌，是陡坡上的巨大巖體或土體，在重力和其他外力作用下，突然向下崩落的現象。崩塌過程中巖體(或土體)猛烈地翻滾、跳躍、互相撞擊，最后堆于坡腳，原巖體(或土體)結構遭到嚴承破壞。崩塌形成機理示意圖2邊坡的破壞模式第七頁，共61頁。落石：局部塊體的崩落、滾落2邊坡的破壞模式第八頁，共61頁。風化剝落：淺表層風化碎落、剝落現象，養護清掃麻煩。2邊坡的破壞模式第九頁，共61頁。3影響邊坡穩定性的因素3.1概述內在因素地層與巖性地質構造和地應力

巖體結構影響邊坡穩定性的因素外部因素水的因素

切坡、震動的作用

風化作用支護性能第十頁，共61頁。3.1內在因素1）地層與巖性地層與巖性是決定邊坡工程地質特征的基本因素，也是研究邊坡穩定性的重要依據，因此，地層巖性的差異往往是影響邊坡穩定的主要因素。不同地層不同巖性各有其常見的變形破壞形式，古老的泥質變質巖系，如千枚巖、片巖等地層，都屬于易滑地層，在這些地層形成的邊坡，其穩定性必然較差。3影響邊坡穩定性的因素第十一頁，共61頁。2）地質構造和地應力

地質構造主要指區域構造特點、邊坡地質的褶皺形態、巖層產狀、斷層和節理裂隙發育特征以及區域新構造運動活動特點等。它對邊坡巖體的穩定，特別是對巖質邊坡穩定性的影響十分顯著。在區域構造比較復雜的地區，邊坡的穩定性較差。3影響邊坡穩定性的因素第十二頁，共61頁。3）巖體結構結構面被認為是特別重要的影響因素，結構面強度比巖石本身強度低很多，一個或多個結構面組合邊界的剪切滑移、張拉破壞和錯動變形是造成邊坡巖體失穩的主要原因。3影響邊坡穩定性的因素第十三頁，共61頁。結構面:巖體中具有一定方向、力學強度相對較低，兩向延伸（或具有一定厚度）的各種地質界面（或帶）。包括物質分界面、巖層層面、軟弱夾層和溶蝕面等，規模大者如斷層帶，小者如節理。由于這種界面中斷了巖體的連續性，故又稱不連續面。

結構體:是由不同產狀的結構面組合起來，將巖體切割成各種形狀的單元塊體。第十四頁，共61頁。整體與塊狀結構層狀結構坡體結構·層狀結構類碎裂狀結構第十五頁，共61頁。坡體結構·碎裂結構類

受構造結構面（斷裂面、節理面、劈理面）控制坡體結構·

碎裂結構類

受構造結構面（斷裂面、節理面、劈理面）控制散體狀結構第十六頁，共61頁。巖體結構包括結構面和結構體特征，但最重要的是結構面的影響：①結構面的成因類型結構面按其成因可分為：構造結構面次生結構面原生結構面第十七頁，共61頁。a.垂直坡、大角度斜交坡對穩定有利主控結構面同邊坡的產狀組合關系是決定巖質邊坡穩定性的敏感因素。第十八頁，共61頁。b.當結構面的走向與邊坡面走向近于平行時，則對邊坡穩定性的影響取決于結構面的傾角和傾向。c.當結構面呈水平狀態時邊坡屬穩定邊坡。d.當結構面的傾向與邊坡傾向方向相反時，邊坡也屬穩定邊坡。第十九頁，共61頁。（4）邊坡幾何形狀及表面形態a.邊坡的外形（a）凸形（b）平面（c）凹形第二十頁，共61頁。3.2外部因素1）水的作用水的作用BECDA靜水壓力和浮托力動水壓力(或稱滲透力)水對邊坡巖體的物理化學的破壞地下水的流動與斷層透水性的優劣地下水的存在和水位的高低第二十一頁，共61頁。3.2外部因素1）水的作用（既要考慮自然水，也要考慮周圍水環境的改變造成影響）第二十二頁，共61頁。2）振動的作用a.振動波對邊坡巖體的破壞作用第二十三頁，共61頁。3）不當挖填方的影響第二十四頁，共61頁。4）風化作用第二十五頁，共61頁。5）植被生長的影響第二十六頁，共61頁。6）支護性能第二十七頁，共61頁。4.1穩定性的基本含義4邊坡穩定性分析方法穩定性系數=可供利用的抗滑力/滑動力第二十八頁，共61頁。邊坡穩定性分析方法邊坡穩定性分析方法極限分析法

瑞典圓弧法Janbu條分法Bishop條分法物理模擬方法數學模擬方法其他方法極限平衡法數值分析方法

斯賓塞法

摩根斯坦－普賴斯法

平面滑動法

傳遞系數法有限單元法(FEM)離散單元法(DEM)、塊體理論和不連續變形分析(DDA)邊界元法

快速拉格朗日法(FLAC)流形元法第二十九頁，共61頁?！督ㄖ吰鹿こ碳夹g規范》中的基本規定邊坡:

巖質邊坡與土質邊坡。巖質邊坡的破壞形式按下表劃分：確定巖質邊坡的巖體類型應考慮主要結構面與坡向的關系、結構面傾角大小和巖體完整程度等因素。確定巖質邊坡的巖體類型時，由堅硬程度不同的巖石互層組成且每層厚度小于5m的巖質邊坡宜視為由相對軟弱巖石組成的邊坡。當邊坡巖體由兩層以上單層厚度大于5m的巖體組合時，可分段確定邊坡類型。第三十頁，共61頁?！督ㄖ吰鹿こ碳夹g規范》中的基本規定1）邊坡穩定性評價應在充分查明工程地質條件的基礎上，根據邊坡巖土類型和結構，綜合采用工程地質類比法和剛體極限平衡計算法進行。2）對土質較軟、地面荷載較大、高度較大的邊坡，其坡角地面抗隆起和抗滲流等穩定性評價應按現行有關標準執行。3）在進行邊坡穩定性計算之前，應根據邊坡水文地質、工程地質、巖體結構特征以及已經出現的變形破壞跡象，對邊坡的可能破壞形式和邊坡穩定性狀態做出定性判斷，確定邊坡破壞的邊界范圍、邊坡破壞的地質模型，對邊坡破壞趨勢作出判斷。第三十一頁，共61頁。《建筑邊坡工程技術規范》中的基本規定4）邊坡穩定性計算方法，根據邊坡類型和可能的破壞形式，可按下列原則確定：

(1)土質邊坡和較大規模碎裂結構巖質邊坡宜采用圓弧滑動法計算；

(2)對可能產生平面滑動的邊坡宜采用平面滑動法計算；

(3)對可能產生折線滑動的邊坡宜采用折線滑動法計算；

(4)當邊坡破壞機制復雜時，宜結合數值分析法進行分析。第三十二頁，共61頁。圓弧法：均質土層。4.2穩定性分析方法4邊坡穩定性分析方法第三十三頁，共61頁。4邊坡穩定性分析方法平面滑動法：順層、巖土層界面滑動。4.2穩定性分析方法第三十四頁，共61頁。4邊坡穩定性分析方法折線滑動法：滑動面不規則的情形。4.2穩定性分析方法第三十五頁，共61頁。楔形體滑動的滑動面由兩個傾向相反、且其交線傾向與坡面傾向相同、傾角小于邊坡角的軟弱結構面組成。4.3楔形體滑動第三十六頁，共61頁。首先將滑體自重G分解為垂直交線BD的分量N和平行交線的分量(即滑動力Gsinβ)，然后將N投影到兩個滑動面的法線方向，求得作用于滑動面上的法向力N1和N2，最后求得抗滑力及穩定性系數?？赡芑瑒芋w的滑動力為Gsinβ，垂直交線的分量為N＝Gcosβ。將Gcosβ投影到△ABD和△BCD面的法線方向上，求得法向力N1、N2第三十七頁，共61頁。邊坡的穩定性系數邊坡的抗滑力第三十八頁，共61頁。4.4多平面滑動邊坡巖體的多平面滑動，分為一般多平面滑動和階梯狀滑動兩個亞類。階梯狀滑動，破壞面由多個實際滑動面和受拉面組成，呈階梯狀，其穩定性的計算思路與單平面滑動相同，即將滑動體的自重(僅考慮重力作用時)分解為垂直滑動面的分量和平行滑動面的分量。第三十九頁，共61頁。4.5傳遞系數法——折線形滑動計算剖面第四十頁，共61頁。地震力重力建筑荷載處理土：重度取值4.5傳遞系數法——折線形滑動計算荷載第四十一頁，共61頁。4.5傳遞系數法——折線形滑動計算公式第四十二頁，共61頁。4.5傳遞系數法——折線形滑動計算公式第四十三頁，共61頁。計算工況工況一（現狀工況）：天然狀態工況二（校核工況）：天然狀態+地震工況三（雨季工況）：天然狀態+暴雨工況四……4.5傳遞系數法——折線形滑動第四十四頁，共61頁。SLIDE軟件－邊坡的極限平衡分析系統SLIDE是一種功能強大的邊坡穩定性分析軟件，主要針對土質或巖石邊坡進行圓弧或非圓弧失效面的穩定性計算。主要特色特色包括：圓弧或非圓弧滑動面的滑面搜尋法；

Bishop、Janbu、Spencer、GLE/Morgenstern-Price以及其它分析方法；包含各向異性、非線性莫爾-庫侖材料和其它多種材料模型；地下水－皮茲面、Ru因子、孔隙壓力網格和有限單元滲流分析；邊坡穩定性概率分析，給出邊坡失效的概率（或可靠指標）；外載－線性、均布以及地震力的作用等；支護－土釘、錨索（桿）、樁等的前后處理與分析；可視化功能強大。第四十五頁，共61頁。（b）極限平衡分析

（a）SLIDEV.5.0界面（c）滑動面搜索

（d）加固效果分析

圖1SLIDE軟件及其分析結果第四十六頁，共61頁。第四十七頁，共61頁。邊坡研究框圖開挖后的重分布應力、大小力學模型建立（介質模型、應力、力學參數、變形破壞機理、邊界條件…..）穩定性分析計算（剛體極限平衡理論、有限元…..）數學、力學分析法邊坡巖體地質特征（地層、巖性、結構面特征及分布、地下水等）地質模型建立（平、剖面圖）工程地質研究方法巖塊、結構面力學性質（室內試驗：求變形、強度參數）應力條件（建筑物作用力、天然應力、水壓力、地震力等）巖體力學性質，力學參數（現場試驗、模擬試驗）試驗法綜合評價工程設計要求安全系數不穩定、不合理綜合評價法穩定、合理其它判別指標工程設計修改方案或修改角施工第四十八頁，共61頁。4.5數值方法：有限元強度折減系數法進行強度折減非線性有限元分析要有一個過硬的非線性有限元程序和收斂性能良好的本構模型。因為收斂失敗可能表明邊坡已經處于不穩定狀態，也可能僅僅是有限元模型中某些數值問題造成計算不收斂。第四十九頁，共61頁。

通過有限元強度折減，求得的滑動面所示,它是最先貫通的塑性區。塑性區貫通并不等于破壞，當塑性區貫通后塑性發展到一定程度，巖體發生整體破壞，同時出現第二、三條貫通的塑性區，程序還可以動畫模擬邊坡失去穩定的過程，從動畫演示過程可以看出邊坡的破壞過程也整體破壞的過程。

首先貫通的滑動面滑動面繼續發展第五十頁，共61頁。如果使有限元計算保持足夠的計算精度，那么有限元法較傳統的方法具有如下優點：

(a)能夠對具有復雜地貌、地質的邊坡進行計算;(b)考慮了土體的非線性彈塑性本構關系，以及變形對應力的影響；(c)能夠模擬土坡的失穩過程及其滑移面形狀。由圖可見滑移面大致在水平位移突變的地方，也是在塑性區塑性發展最充分的地方，呈條帶狀；第五十一頁，共61頁。(d)能夠模擬土體與支護的共同作用，圖7為無錨桿（錨桿單元被殺死）時邊坡穩定安全系數為1.1，圖8為有錨桿支護時安全系數為1.5，且塑性區后移。(e)求解安全系數時，可以不需要假定滑移面的形狀，也無需進行條分。圖7不加錨桿時的塑性區圖8加錨桿時的塑性區第五十