岩体力学在边坡工程中的应用之二.docx

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岩体力学在边坡工程中的应用之二

一、内容提要：

本讲主要讲述斜坡稳定性评价方法和斜坡变形破坏的防治

二、重点难点：

斜坡稳定性评价各种方法的理论原理

三、内容讲解：

四、斜坡稳定性评价方法

斜坡稳定性评价的目的是：

合理设计人工边坡，使之既稳定安全，又不浪费开挖工作量；评定、核算与工程有关的天然斜坡稳定性现状及受工程影响后的稳定性状况；对已建成的人工边坡检查其稳定性状况；为整治斜坡提供设计依据。

斜坡稳定性评价方法有多种，常用的有：

自然历史分析法、力学计算法、图解法和工程地质类比法。

大体上分定性评价和定量评价两大类。

【例题1】斜坡稳定性评价方法有多种，下列不属于其中的方法的是（     ）。

A.自然历史分析法

B.力学计算法

C.工程地质类比法

D.应力解除法

答案:

D

【例题2】边坡工程设计的合理性在于（     ）。

A.边坡稳定安全

B.边坡开挖经济上合理

C.设计符合规范要求

D.A+B

答案:

D

【例题3】对已建成的人工边坡，边坡稳定性评价的目的是（   ）。

A.合理设计人工边坡，使之既稳定安全，又不浪费开挖工作量

B.评定、核算与工程有关的天然斜坡稳定性现状及受工程影响后的稳定性状况

C.检查其稳定性状况

D.为整治斜坡提供设计依据

答案:

C

（一）自然历史分析法

这是一种定性评价的方法。

主要通过研究斜坡形成的地质历史和所处的自然地理及地质环境、斜坡的地貌和地质结构、发展演化阶段及变形破坏形迹，来分析主要的和次要的影响因素，从而对斜坡稳定性做出初步评价。

所以这种方法实际上是通过追溯斜坡发生、发展演化的全过程，来进行稳定性评价的。

它对研究斜坡稳定性的区域性规律尤为适用。

自然历史分析法主要包括三方面研究内容：

（1）区域地质背景的研究，包括区域构造、地层岩性分布和地形地貌特点以及近期地壳运动强烈程度（如地壳运动形式、地应力状态、有否活断层分布及其特征等），并结合斜坡变形破坏的分布和特征，就可以建立起斜坡变形破坏现象与区域地质背景间的相关关系。

可由点到面来研究斜坡变形破坏的某些规律。

这是一项基础性且带有全局意义的研究工作。

例如我国四川盆地主要由侏罗系红色砂、泥岩互层组成，属典型的挡式褶皱构造，近期江河强烈下切，因此在处于同向坡的背、向斜转折部位，尤其在河谷地带，斜坡变形破坏现象十分发育。

（2）分析使斜坡演变的主导因素及触发因素。

尤其是一些周期性因素（气候、水文、地震）与斜坡变形破坏间的相关性。

（3）预测斜坡所处的演化阶段和发展趋势，可能的破坏方式。

可通过斜坡地质结构、外形及变形破坏形迹来进行，也可通过必要的监测手段来研究。

需要指出的是：

自然历史分析法虽属初步的、定性的评价方法，但是它是其他各种评价方法的基础，没有这种评价方法，其他评价方法将难以进行。

【例题4】下列哪项不属于自然历史分析法当中所主要包括的研究内容（   ）。

A.区域地质背景的研究

B.分析使斜坡演变的主导因素及触发因素

C.预测斜坡所处的演化阶段和发展趋势，可能的破坏方式

D.分析坡上有漏水，水流冲刷坡脚或因河水位急剧升降引起岸坡内动水压力的强烈作用

答案:

D

【例题5】在下列斜坡稳定性评价方法当中，哪种方法是属于初步的、定性的评价方法，但它是其他各种评价方法的基础，没有这种评价方法，其他评价方法将难以进行。

（   ）。

A.自然历史分析法

B.力学计算法

C.工程地质类比法

D.图解法

答案:

A

（二）力学计算法

力学计算法主要适用于滑坡类破坏型式，是一种定量评价的方法。

常用的是刚体极限平衡法。

采用这种方法的前提条件是：

①只考虑破坏面上的极限平衡状态，而不考虑岩土体的变形即视岩土体为刚体；②破坏面（滑动面）上的强度由凝聚力和摩擦力（c、值）控制，即遵循库仑判据；③滑体中的应力，以压应力与剪应力的方式，集中作用于滑面上，即均为集中力；④以平面（二维）课题来处理，这是为了求解方便而对实际情况的简化。

刚体极限平衡法表面上看来是一种严格的定量评价方法，但是由于上述的前提条件，以及边界条件确定和计算参数的取得都还存在不少问题。

因此在实际工作中，常根据斜坡或边坡工程的重要性及具体情况，用一个安全稳定系数Kc来保证计算的安全度。

一般规定Kc=1.1～1.5，即要求计算所得斜坡或工程边坡的稳定系数大于这个数字才是安全稳定的，否则将是不安全的。

岩质斜坡的稳定性，一般取决于软弱结构面的特点及其组合关系。

进行稳定性计算时应先确定可能的滑动面，即岩体中存在的软弱结构面。

其中比较简单的是单一同向结构面的斜坡。

由二组或二组以上结构面控制的斜坡，条件就比较复杂了。

这里介绍单一同向结构面和折线形滑面两种斜坡的稳定性计算。

【例题6】斜坡稳定性评价方法当中的力学计算法属于（   ）。

A.定性评价方法

B.定量评价方法

C.半定量评价方法1．单一同向结构面斜坡

斜坡稳定性受倾向与坡向一致的一组软弱结构面控制。

其稳定性计算可沿滑动方向取一单宽剖面（图17-1-14）。

D.定性或半定量评价方法

答案:

B

【例题7】岩质斜坡的稳定性，一般情况下取决于（     ）。

A.坡形

B.斜坡要素

C.岩石的抗剪强度指标

D.软弱结构面的特点及其组合

答案:

D

1．单一同向结构面斜坡

斜坡稳定性受倾向与坡向一致的一组软弱结构面控制。

其稳定性计算可沿滑动方向取一单宽剖面（图17-1-14）。

式中h为由坡顶至滑动面的高度，也称为变形体高度；其他符号意义同前。

由上面的计算式可看出，这类斜坡的滑动面长度L对其稳定性无影响，而变形体高度h和滑动面倾角的影响则较大，即和h愈大斜坡稳定性愈差。

而滑动面的性质对斜坡稳定性影响是很大的，如果该面很软弱（如泥化夹层），而且平整光滑时，斜坡的稳定程度则大大下降。

尤其当结构面上的粘聚力很小，甚至接近于零时，则滑体的稳定性仅取决于摩擦阻力的大小，即

答案:

A

【例题9】对于单一同向结构面斜坡，其稳定性与下列哪一项无关？

（ ）

A.粘聚力

B.内摩擦角

C.坡高

D.滑动面长度

答案:

D

【例题10】对于无粘性土边坡，其稳定性与土坡的下列哪一项指标有关？

（   ）

A.粘聚力

B.内摩擦角

C.坡高

D.滑动面长度

答案:

B

2．折线形滑动面的斜坡

斜坡的滑动面不规则。

在自然界中此类滑坡较多见，坡积层（沿下伏基岩面滑移的）滑坡也属之。

计算这类斜坡稳定性时，一般是根据所查明的滑动面起伏情况，划分为折线形的块段，每一块段底部滑面为平直的斜面，并确定各段的计算参数（图17-1-15）。

然后可根据我国铁道部门采用的滑坡推力计算法来计算斜坡的稳定性。

计算时假定滑坡作整体滑动，各段之间不考虑挤压和拉裂，所以可不考虑块段两侧力的作用。

现将计算过程及需要注意的问题说明如下：

【例题11】当坡积层沿下伏基岩面滑移形成滑坡时，其滑动面的形状为（    ）。

A.直线型     B.平面型    C.圆弧型    D.折线型             答案:

D

【例题12】对于折线形滑动面的斜坡，当计算其稳定性时，各块段底部的滑面为（   ）。

A.平面       B.不规则曲面     C.规则曲面    D.平直的斜面   答案:

D

【例题13】对于折线形滑动面的斜坡，当计算其稳定性时，各块段两侧部应考虑（   ）。

A.挤压力作用     B.拉裂力作用   C.摩擦力作用     D.不考虑块段两侧力的作用

答案:

D

（三）图解法

图解法是一种定性或半定量的评价方法。

在斜坡稳定性评价中，一般采用两种图解法，即图表计算法和图解分析法。

图表计算法种类较多，其基本原理一般都是根据斜坡所处的条件，先确定某一无因次量，并绘制不同坡角情况下无因次量与稳定系数关系曲线图，或不同稳定系数情况下的无因次量与坡角关系曲线图。

借助于曲线图，在已知 等参数后，就可直接从关系曲线上查得稳定系数。

图表计算法与力学计算法相比较，其结果精度差些。

但是，在进行边坡初步设计时是可以满足要求的。

【例题14】图表计算法与力学计算法相比较，二者在计算结果精度上为（   ）。

A.相同

B.图表计算法差些

C.力学计算法差些

D.无法比较

答案:

B

【例题15】图表计算法可在边坡设计的哪一个阶段采用，且能满足精度要求。

（   ）。

A.初步设计

B.技术设计

C.施工图设计       

答案:

A

下面主要介绍一下图解分析法。

图解分析法以赤平极射投影为基础。

通过对斜坡岩体结构面的大量调查统计，掌握了优势软弱结构面的产状特征，据以分析它们对斜坡稳定性的影响。

现就单一软弱面和两组软弱面的情况分析斜坡的稳定性。

【例题16】图解分析法以（  ）为基础。

A.赤平极射投影

B.自然历史分析法而

C.力学计算法

D.图解法

答案:

A

【例题17】根据图17-1-16分析，除了图中（e）所示的斜坡不太稳定以外，其余各图中最不稳定的斜坡是（  ）。

A.（a）

B.（b）

C.（c）

D.（d）

答案:

B

【例题18】斜交坡的稳定情况需根据（   ）而定。

A.弱面倾向

B.坡面倾向

C.坡角、弱面倾角大小

D.弱面倾向与坡面倾向之间的夹角

答案:

D

二组软弱结构面的斜坡，其稳定性由弱面交线的产状控制，大致可分三种情况。

①交线倾向坡内（图17-1-17（a））。

在赤平投影图上，两组结构面投影弧交线与坡面投影弧相对，斜坡是稳定的。

②交线的倾向与坡面倾向一致，但其倾角小于坡角[图17-1-17（b）]。

在赤子投影图上，结构面投影弧交线与坡面弧同在一侧，但位于坡面弧的外侧。

这种情况说明斜坡是不稳定的。

③交线的倾向与坡面倾向一致，但其倾角大于坡角[图17-1-17（c）]，这种情况斜坡比较稳定。

三组软弱面构成的斜坡情况比较复杂，但用赤平投影图加以分析也可判断斜坡稳定性的情况。

上述赤平投影法是纯粹定性地判断斜坡稳定性，它仅给出斜坡稳定性的可能情况，在初步分析斜坡稳定性时可采用。

下面介绍一种基于赤平投影法的半定量评价斜坡稳定性方法—摩擦锥法

【例题19】当利用摩擦锥圆法评价单滑面岩质斜坡稳定性时，如果重量矢量落在视摩擦锥内，斜坡上块体将（   ）。

A.处于极限平衡状态

B.不会滑动

C.滑动

D.无法判断

答案:

B

（四）工程地质类比法

当采用工程地质类比法时，应全面分析比较边坡工程与已有边坡的岩性、结构、自然环境、变形主导因素等方面的相似性；评价边坡工程的稳定性和发展趋势对以下内容进行分析：

（1）边坡及其相邻地段滑坡、崩塌、沉陷等不良地质现象。

（2）岩质边坡中的夹泥、页岩等易风化、软化岩层或软硬交互的不利岩层组合。

（3）土质边坡中网状裂隙发育，有软弱夹层，或边坡体由膨胀岩土组成。

（4）软弱结构面与坡面倾向一致；或交角小于45°且结构面倾角小于坡角；或基岩面倾向坡外且倾角较大。

（5）地层渗透性差异大，地下水在弱透水层或基岩面上积聚流动，断层及裂隙中有承压水出露。

（6）坡上有漏水，水流冲刷坡脚或因河水位急剧升降引起岸坡内动水压力的强烈作用。

（7）边坡处于强震区或相邻地段采用大爆破施工。

在以上分析的基础上，可选取坡角及其他计算参数，但仅能用于地质条件简单的中、小型边坡。

《岩土工程勘察规范》在考虑岩石的性质、风化程度及边坡的设计高度等因素影响下，给出了岩质边坡的容许坡高值