边坡工程地质问题.docx
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边坡工程地质问题
边坡工程地质问题
一、边坡变形破坏的基本类型
（一）边坡的变形类型
1、卸荷回弹
卸荷回弹是斜坡岩体内积存的弹性应变能释放而产生的。
斜坡中经卸荷回弹而松弛，并含有与之有关的表生结构面的那部分岩体，通常称为卸荷带。
（1）河谷下切，在陡峻的河谷岸坡上形成的卸荷裂隙；路堑边坡的开挖，使新的卸荷裂隙产生。
（2）上覆岩石被剥蚀去，深部的岩石形成平行于地面的卸荷裂隙，常见于花岗岩出露地区，尤其是采石场里。
2、蠕动：
斜坡的蠕变是在坡体应力（以自重应力为主）长期作用下发生的一种，缓慢而持续的变形，这种变形包含某些局部破裂，并产生一些新的表生破裂面。
（1）表层蠕动
疏松的土质边坡
破碎的岩质边坡
疏松的土质边坡
破碎的岩质边坡
层状结构的岩质边坡
（2）深层蠕动
软弱基底蠕动
坡体蠕动
软弱基底蠕动
坡体蠕动
（二）边坡的破坏类型
1、表层破坏
（1）剥落：
（2）冲沟：
（3）滑塌：
2、深层破坏
（1）滑坡
（2）崩塌、落石
二、影响边坡稳定性的因素
1.岩土性质和类型
岩性对边坡的稳定及其边坡的坡高和坡角起重要的控制作用。
坚硬完整的块状或厚层状岩石如花岗岩、石灰岩、砾岩等可以形成数百米的陡坡。
而在淤泥或淤泥质软土地段，由于淤泥的塑性流动，几乎难以成形边坡。
黄土边坡在干旱时，可以直立陡峻，但一经水浸土的强度大减，变形急剧，滑动速度快，规模和动能巨大，破坏力强且有崩塌性。
松散地层边坡的坡度较缓。
2.地质构造和岩体结构的影响
在区域构造比较复杂，褶皱比较强烈，新构造运动比较活动的地区，边坡稳定性差。
断层带岩石破碎，风化严重，又是地下水最丰富和活动的地区极易发生滑坡。
岩层或结构的产状对边坡稳定也有很大影响，水平岩层的边坡稳定性较好，但存在陡倾的节理裂隙，则易形成崩塌和剥落。
同向缓倾的岩质边坡（结构面倾向和边坡坡面倾向一致，倾角小于坡角）的稳定性比反向倾斜的差，这种情况最易产生顺层滑坡。
结构面或岩层倾角愈陡，稳定性愈差。
如岩层倾角小于10°～15°的边坡，除沿软弱夹层可能产生塑性流动外，一般是稳定的；大于25°的边坡，通常是不稳定的；倾角在15°～25°的边坡，则根据层面的抗剪强度等因素而定。
同向陡倾层状结构的边坡，一般稳定性较好，但由薄层或软硬岩互层的岩石组成，则可能因蠕变而产生挠曲弯折或倾倒。
反向倾斜层状结构的边坡通常较稳定，但垂直层面或片理面的走向节理发育且顺山坡倾斜，则亦易产生切层滑坡。
3.水的作用
地表水和地下水是影响边坡稳定性的重要因素。
不少滑坡的典型实例都与水的作用有关或者水是滑坡的触发因素；充水的张开裂隙将承受裂隙水静水压力的作用；地下水的渗流，将对边坡岩土体产生动水压力。
水对边坡岩体还产生软化或泥化作用，使岩土体的抗剪强度大为降低；地表水的冲刷，地下水的溶蚀和潜蚀也直接对边坡产生破坏作用。
裂隙静水压力
裂隙静水压力分布的不同情况
4.工程荷载
工程荷载的作用影响边坡的稳定性。
5.地震作用
地震对边坡稳定性的影响表现为累积和触发（诱发）等两方面效应。
（1）累积效应
边坡中由地震引起的附加力S的大小，通常以边坡变形体的重量W与地震振动系数k之积表示（S=kW）。
在一般边坡稳定性计算中，将地震附加力考虑为水平指向坡外的力。
但实际上应以垂直与水平地震力的合力的最不利方向为计算依据。
总位移量的大小不仅与震动强度有关，也与经历的震动次数有关，频繁的小震对斜坡的累进性破坏起着十分重要的作用，其累积效果使影响范围内岩体结构松动，结构面强度降低。
（2）触发（诱发）效应
触发效应可有多种表现形式。
在强震区，地震触发的崩塌、滑坡往往与断裂活动相联系。
高陡的陡倾层状边坡，震动可促进陡倾结构面（裂缝）的扩展，并引起陡立岩层的晃动。
它不仅可引发裂缝中的空隙水压力（尤其是在暴雨期）激增而导致破坏，也可因晃动造成岩层根部岩体破碎而失稳。
碎裂状或碎块状边坡，强烈的震动（包括人工爆破）甚至可使之整体溃散，发展为滑塌式滑坡。
结构疏松的饱和砂土受震液化或敏感粘土受震变形，也可导致上覆土体产生滑坡。
海底斜坡失稳，不少也与地震造成饱水固结土体的液化有关，这也是为什么在十分平缓的海底斜坡中会产生滑坡的重要原因之一。
我国岩质边坡工程实践中，为量化评价爆破的影响，根据经验采取降低计算结构面的抗剪强度的方法实施，f值降低15%～30%，c值降低20%～40%。
理论计算，降低的低值和高值分别相当于地震烈度Ⅷ度和Ⅸ度时造成的影响。
三、边坡应力分布特征
（一）边坡的坡形
1、直线坡；2、折线坡；3、台阶坡。
边坡的坡形
（二）边坡应力分布的特殊点
1、直线坡的应力集中区在坡脚附近：
剪应力集中；
2、折线坡的应力集中区在变坡点、坡顶附近：
张应力集中。
3、台阶坡的应力状态表现为台阶上、下坡脚的集中应力和平台坡顶的拉张。
（三）人工边坡的坡形确定
1、根据岩体结构；2、根据岩性变化
四、边坡稳定分析方法
（一）工程地质分析法——比拟法
此法要求比对的边坡具有“相似性”，即一是边坡岩性、边坡所处的构造部位和岩体结构的相似性，二是边坡类型的相似性。
（二）力学计算法——定量分析
以岩土力学理论为基础，运用静力学、弹塑性理论或刚体力学等进行分析，通常是建立在静力平衡的基础上，按不同边界条件考虑力的组合，进行边坡稳定性计算。
（三）模型模拟试验
主要是采用物理模型试验和数值模拟相结合的方法。
模拟试验按照研究要求不同有物理模型试验和运动学模型试验。
物理模型试验要遵守相似性原理，原型和模型必须满足几何相似和强度相似。
四、边坡稳定性计算
（一）一个滑移平面的滑动体
单一平直滑动面稳定性分析
１.坡体稳定系数：
式中：
--坡体稳定系数；
--坡体重量，，--岩体容重，--坡体高度；
--粘聚力；
--坡段长度；
--滑面倾角；
--内摩擦角。
>1坡体稳定，＜１坡体不稳定，＝１时，坡体处于极限平衡状态。
２.考虑地下水的影响
有地下水时滑坡稳定性分析
地下水对滑坡稳定的影响，主要是静水压力和动水压力:
式中：
--水的密度；
--裂隙中的水柱高；
--滑坡体中含水高度；
则滑坡的稳定系数：
式中：
--ＡＤ的长度。
例题设有一岩石边坡，高30.5米，坡角，坡内有一层面穿过，层面的倾角为。
在边坡坡顶面线8.8米处有一条张裂缝，其深度为Z=15.2米。
岩石块体密度为千牛顿/米。
层面的凝聚力千帕，内摩擦角，求水深对边坡安全系数的影响。
（二）圆弧形坡稳定分析
在用圆弧法进行分析时，首先假定滑动面为一圆弧，把滑动岩体看作为刚体，求滑动面上的滑动力及抗滑力，再求这两个力对滑动圆心的力矩。
滑动力矩和抗滑力矩之比，即为该岩坡的稳定安全系数：
圆弧形滑坡稳定性分析
由于假定计算滑动面上的各点覆盖岩石重量各不相同，因此，由岩石重量引起在滑动面上各点的法向压力也不同。
抗滑力中的摩擦力与法向应力的大小有关，所以应当计算出假定滑动面上各点的法向应力。
为此可以把滑弧内的岩石分条，用所谓条分法进行分析。
（三）折线形滑坡稳定分析
折线形滑坡稳定性分析
1.第一段滑体abb´的静力平衡计算
根据静力平衡条件
则：
式中 --第一段滑体的推力
其余如前
2.第二段滑体bcc´b´的静力平衡计算
滑体受力分析
式中--第一段剩余下滑力，与大小相等，方向相反。
3.第n段滑体的静力平衡计算
令
则
式中 --第n段滑体的推力；
--推力传递系数。
4.根据以上步骤计算至最后一段（m段）滑体的静力。
若0，则斜坡是稳定的，若＞0，则斜坡是不稳定的，需要一个大于的抗力斜坡才能保持稳定。
另外需要注意：
（1）计算所得的0时，则不再有推力向下传递，因此计算下一块时无上一块推力计算；
（2）计算断面中有逆坡时，由于滑面倾角为负值，因而也为负值，即它已不是下滑力，而是抗滑力；
（3）计算断面有逆坡时，除按实有滑面计算推力外，尚应考虑沿可能的次生滑面滑动的可能性，若按可能滑面计算出来的推力大于实有滑面计算出来的推力，则会产生次生滑面。
例题某一堆积层下卧基岩，断面如图所示，线路从上部通过。
计算推力并判断稳定性。
各分块重量及计算参数为已知，K取1.25。
包括列车、轨道的重量。
各计算参数如下表
块号
（kN）
（º）
（kPa）
（m）
（º）
1
1500
40
0
15
15
2
2600
20
5.0
15
15
3
1600
-5
5.0
10
15
4
2000
10
5.0
17
15
1-3
3600
15
5.0
24
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