邊坡巖體穩定性分析第1頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四斜坡(slope)：地表一切具有側向臨空面的地質體，包括天然斜坡和人工邊坡。天然斜坡(簡稱斜坡）：自然地質作用形成未經人工改造的斜坡。人工邊坡(簡稱邊坡）：經人工開挖或改造形成的斜坡?！?.1邊坡巖體中的應力分布特征第九章

邊坡巖體穩定性分析第2頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四研究目的

研究邊坡變形破壞的機理(包括應力分布及變形破壞特征)與穩定性，為邊坡預測預報及整治提供巖體力學依據。其中穩定性計算是巖體邊坡穩定性分析的核心?！?.1邊坡巖中的應力分布特征第3頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四一、應力分布特征巖體中開挖→人工邊坡→開挖卸荷→近邊坡面一定范圍內的巖體中應力重分布→邊坡巖體處于重分布應力狀態。邊坡巖體為適應重分布應力狀態，將發生變形和破壞。因此，研究邊坡巖體重分布應力特征是進行穩定性分析的基礎。第4頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四邊坡面附近：主應力跡線發生偏轉。最大主應力與坡面近于平行，最小主應力與坡面近于正交，向坡體內逐漸恢復初始應力狀態。坡面上徑向應力為零，為雙向應力狀態，向坡內逐漸轉為三向應力狀態。第5頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四(3)坡面附近：應力集中帶。坡腳附近，最大剪應力增高，易剪切破壞；坡肩附近，拉應力帶。邊坡愈陡，范圍愈大，∴，坡肩附近最易拉裂破壞。(4)最大剪應力跡線為凹向坡面的弧線。第6頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四二、影響邊坡應力分布的因素(1)天然應力水平天然應力使坡體應力重分布作用加劇。(2)坡形、坡高、坡角及坡底寬度坡高不改變應力等值線的形狀，但改變主應力的大小。

坡角影響邊坡巖體應力分布圖象。坡底寬度對坡腳巖體應力有較大的影響。坡面形狀對重分布應力也有明顯的影響。第7頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四(3)巖體性質及結構特征巖體變形模量影響不大，泊松比對邊坡應力影響較大?！卟此杀鹊淖兓墒顾阶灾貞Πl生改變。(4)結構面使坡體中應力發生不連續分布，在結構面周邊或端點形成應力集中帶或阻滯應力的傳遞，堅硬巖體邊坡中明顯。第8頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四§8.2邊坡巖體的變形與破壞巖體邊坡的變形與破壞是邊坡發展演化過程中兩個不同的階段，變形屬量變階段，而破壞則是質變階段，形成一個累進性變形破壞過程。一、邊坡巖體變形的基本類型二、邊坡破壞的基本類型三、影響巖體邊坡變形破壞的因素第9頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四一、邊坡巖體變形的基本類型

1、卸荷回彈成坡過程中，荷重不斷減少→邊坡巖體在減荷方向(臨空面)伸長變形→卸荷回彈。天然應力越大，向臨空方向的回彈變形量也越大。往往會伴隨產生一系列的張性結構面。第10頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四2、蠕變變形當邊坡內的應力未超過巖體的長期強度時，則這種變形所引起的破壞是局部的。反之，這種變形將導致邊坡巖體的整體失穩。破裂失穩是經過局部破裂逐漸產生的，幾乎所有的巖體邊坡失穩都要經歷這種逐漸變形破壞過程。第11頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四二、邊坡破壞的基本類型單平面滑動雙平面滑動多平面滑動邊坡破壞的基本類型楔形狀滑動圓弧形滑動平面滑動滑坡傾倒破壞崩塌第12頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四崩塌：斜坡巖土體被結構面分割的塊體，突然脫離母體以垂直運動為主、翻滾跌躍而下的現象與過程滑坡：斜坡巖土體沿著貫通的剪切破壞面（帶），產生以水平運動為主的現象。傾倒破壞（彎曲傾倒）：由陡傾或直立板狀巖體組成的斜坡，當巖層走向與坡面走向近平行時，在自重應力的長期作用下，由前緣開始向臨空方向彎曲、折裂，并逐漸向坡內發展的現象。第13頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四第14頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四崩塌單平面滑動第15頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四多平面滑動圓弧滑動第16頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四楔形狀滑動傾倒破壞第17頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四三、影響巖體邊坡變形破壞的因素1、巖性決定巖體邊坡穩定性的物質基礎。2、巖體結構巖體結構及結構面的發育特征是巖體邊坡破壞的控制因素。3、水的作用使巖土的質量增大、滑動面的滑動力增大；巖土軟化、抗剪強度降低；對巖體產生動水壓力和靜水壓力。4、風化作用使巖體內裂隙增多、擴大，透水性增強，抗剪強度降低。第18頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四5、地形地貌直接影響邊坡內的應力分布特征，進而影響邊坡的變形破壞形式及邊坡的穩定性。6、地震產生地震慣性力7、天然應力8、人為因素三、影響巖體邊坡變形破壞的因素第19頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四§8.3邊坡巖體穩定性分析的步驟定性分析：在工程地質勘察工作基礎上，對邊坡巖體變形破壞的可能性及破壞形式進行初步判斷。定量分析：在定性分析基礎上，應用一定的計算方法對邊坡巖體進行穩定性計算及定量評價。評價方法數學力學分析法模型模擬試驗法工程類比法圖解法塊體極限平衡法彈性力學、彈塑性力學法有限元法等數值方法第20頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四塊體極限平衡法假設條件(1)邊坡巖體將沿某一結構面（滑動面）產生滑移剪切破壞；(2)滑體為剛體在滑動過程中相對位置不變化(3)滑動面上應力分布均勻；(4)不考慮滑體兩側的抗滑力。穩定性系數=滑動面上可能利用抗滑力/滑動力>1

穩定≦1不穩定在多數情況下，計算的穩定性系數都有一定誤差，因此，引入安全系數。第21頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四塊體極限平衡法步驟可能滑動巖體幾何邊界條件的分析受力條件分析確定計算參數計算穩定性系數確定安全系數，進行穩定性評價第22頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四一、幾何邊界條件分析幾何邊界條件：構成可能滑動巖體的各種邊界面及其組合關系，包括滑動面、切割面和臨空面三種?；瑒用妫浩鸹瑒?即失穩巖體沿其滑動)作用的面，包括潛在破壞面。切割面：起切割巖體作用的面，由于失穩巖體不沿該面滑動，因而不起抗滑作用，如平面滑動的側向切割面。臨空面：臨空自由面，為滑動巖體提供活動空間，臨空面常由地面或開挖面組成。第23頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四分析內容：

查清巖體中的各類結構面及其組合關系，確定出可能的滑移面、切割面。分析目的：

確定邊坡中可能滑動巖體的位置、規模及形態，定性地判斷邊坡巖體的破壞類型及主滑方向。分析方法：赤平投影、實體比例投影等圖解法或三角幾何分析法。一、幾何邊界條件分析第24頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四二、受力條件分析受力條件：在工程使用期間，可能滑動巖體或其邊界面上承受的力的類型及大小、方向和合力的作用點。邊坡巖體上承受的力常見有：巖體重力、靜水壓力、動水壓力、建筑物作用力及震動力等等。1.地震作用水平地震作用：FEK=1G第25頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四2.水壓力：包括滲透靜水壓力和滲透動水壓力。靜水壓力——水對巖體的靜壓力，數值上等于巖體受到的浮力。動水壓力——與水力梯度有關，數值上等于巖體受到的滲流阻力。第26頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四三、確定計算參數從偏安全的角度起見，一般選用的計算參數，應接近于殘余強度。研究表明：殘余強度與峰值強度的比值，大多變化在0.6~0.9之間，因此，在沒有獲得殘余強度的條件下，建議摩擦系數計算值在峰值摩擦系數的60％~90％之間選取，內聚力計算值在峰值內聚力的10％~30％之間選取。經驗數據極限狀態下的反算數據試驗數據第27頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四四、穩定性系數的計算和穩定性評價穩定性系數=可供利用的抗滑力/滑動力第28頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四五、確定安全系數，進行穩定性評價安全系數：根據各種因素規定的允許的穩定性系數。大小是根據各種影響因素人為規定的，必須＞1。影響因素：①巖體工程地質特征研究的詳細程度；②各種計算參數誤差的大??；③計算穩定性系數時，是否考慮了全部作用力；④計算過程中各種中間結果的誤差大小；⑤工程的設計年限、重要性以及邊坡破壞后的后果。安全系數一般=1.05~1.5

第29頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四§8.4邊坡巖體穩定性計算一、單平面滑動1、僅有重力作用時滑動面上的抗滑力Fs=Gcosβtgφj+CjL

滑動力

Fr＝Gsinβ穩定性系數第30頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四滑動體極限高度Hcr為∴當Cj=0，φj＜β時，η＜1，Hcr=0忽略滑動面上內聚力(Cj=0)時

第31頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四2、有水壓力作用作用于CD上的靜水壓力V作用于AD上的靜水壓力U為邊坡穩定性系數為第32頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四3、有水壓力作用與地震作用邊坡的穩定性系數FEK=1G水平地震作用第33頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四

思考題1、巖質邊坡有那幾種破壞類型，各有何特征？2、按經驗不利于巖質邊坡穩定的條件有那些？3、巖質邊坡穩定性分析方法有那些？極限平衡法的原理是什么？第34頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四

計算題1、在圖中,坡高滑面AC上的粘結力，內摩擦角巖體容重，求此邊坡的穩定系數。第35頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四2、已探明某巖石邊坡的滑面為AB,坡頂裂縫BC深，裂縫內水深，坡高，坡角，滑坡傾角