第六章邊坡穩(wěn)定性的工程地質(zhì)研究ppt課件.ppt

第六章邊坡穩(wěn)定性的工程地質(zhì)研究 第3節(jié) 邊坡變形破壞的基本類型 第2節(jié) 邊坡的應力分布特征 第1節(jié) 概述 第5節(jié) 影響邊坡穩(wěn)定性的因素 第4節(jié) 滑坡的工程地質(zhì)特征 第6節(jié) 邊坡穩(wěn)定性的工程地質(zhì)評價方法 第7節(jié) 防治邊坡變形破壞的工程措施 第1節(jié) 概述 邊坡包括自然邊坡和人工邊坡兩種類型 自然邊坡 在自然地質(zhì)作用下形成的山體斜坡 河谷岸坡 海岸陡崖等 人工邊坡 人類工程活動形成的規(guī)模不同 陡緩不等的斜坡 例如道路工程中的工程中的路塹 路堤邊坡 房屋 橋梁工程的基坑邊坡 露天礦山的邊坡 水電工程中的運河渠道邊坡 船閘 溢洪道邊坡 飲水水洞進 出口邊坡 土石壩邊坡及壩肩邊坡等 邊坡要素 1 通過勘察對邊坡的穩(wěn)定性做出評價和預測 2 為設計合理的工程邊坡和制定有效的防治措施提供地質(zhì)依據(jù) 邊坡穩(wěn)定性的工程地質(zhì)分析意義 2010年地質(zhì)災害類型構成 一 邊坡應力分布的一般特征 1 斜坡巖體的主應力跡線發(fā)生明顯的偏轉(zhuǎn) 總的特征為愈接近邊坡 最大主應力愈接近平行于斜坡臨空面 而最小主應力則愈與坡面近正交 2 在坡腳與河谷底部形成應力集中帶 3 與主應力偏轉(zhuǎn)相聯(lián)系 最大剪應力跡線也發(fā)生偏轉(zhuǎn) 呈凹向臨空面的弧線 在最大 最小主應力差值最大的部位 一般在坡腳附近 相應形成一個最大剪應力區(qū) 因而在這里容易發(fā)生剪切變形破壞 4 在坡頂和坡面的靠近表面部位 由于垂直于河谷的水平應力顯著減小 甚至可出現(xiàn)拉應力 因而可形成一個拉應力帶 其范圍隨坡角和平行于河谷的水平應力的增加而增大 第2節(jié) 邊坡的應力分布特征 斜坡中最大剪應力跡線 虛線 和主應力跡線 實線 示意圖 自重作用下邊坡主應力分布 存在初始水平構造應力下邊坡應力分布 第3節(jié) 邊坡變形破壞的基本類型 邊坡變形 指坡體只產(chǎn)生局部部位的位移和微破裂 巖塊只出現(xiàn)微量的腳變化 沒有顯著的剪切位移或滾動 因而邊坡不至引起整體失穩(wěn) 邊坡破壞 指坡體以一定的速度出現(xiàn)較大的位移 邊坡巖體產(chǎn)生整體滑動 滾動或轉(zhuǎn)動 二者在邊坡變化過程中是相互密切聯(lián)系的 邊坡破壞前 邊坡巖體總要經(jīng)歷一個從徐變到巨變的變形過程 常見的邊坡變性破壞主要類型有 松弛張裂 蠕動 崩坍 傾倒 潰屈和滑坡 松弛張裂是邊坡的側(cè)向應力削弱后 由于卸荷回彈而在斜坡上出現(xiàn)張裂的現(xiàn)象 隨著河谷的進一步深切 則卸荷裂隙向深部發(fā)展 還可以產(chǎn)生與坡面大角度相交或近于垂直的剪切裂隙 卸荷裂隙由坡面向深部有時呈多層發(fā)育 在邊坡形成松弛張裂 卸荷裂隙帶 1 松弛張裂 峽谷地區(qū)卸荷發(fā)育示意圖 2 蠕動變形 蠕動變形 是指邊坡巖體主要在重力作用下向臨空方向發(fā)生長期緩慢的塑性變形的現(xiàn)象 有表層蠕動和深層蠕動兩種類型 表層蠕動主要表現(xiàn)為邊坡表部巖體發(fā)生彎曲變形 多是從下部未經(jīng)變動的部分向上逐漸連續(xù)向臨空方向彎曲 甚至倒轉(zhuǎn) 破裂 傾倒 表層蠕動多發(fā)生在陡傾層狀巖層或陡傾結(jié)構面發(fā)育的巖體中 層面或結(jié)構面走向與斜坡面走向平行或交角很小 一般反坡向傾斜或傾角大于60 者更易發(fā)生 深層蠕動 是由于堅硬巖層組成的邊坡底部存在較厚的軟弱巖層時 由軟弱巖層發(fā)生塑性流動而引起的長期緩慢的邊坡蠕動變形 表層蠕動變形示意圖 邊坡深層蠕動示意圖 3 崩塌 定義 崩塌指在陡峭地段 邊坡上部的巖體受陡傾裂隙切割 在重力作用下 突然以高速脫離母巖翻滾墮落的急劇變性破壞現(xiàn)象 類型 規(guī)模巨大的山區(qū)崩塌 稱為山崩 小型崩塌 成為墜石 堆積體 崩塌以自由墜落為其主要運動形式 巖塊在斜坡上翻滾滑動并相互摩擦破碎后堆積于坡腳 形成巖堆或崩積體 地貌 巖堆 倒石堆 倒石錐 碎石 崩塌發(fā)生過程 2010年3月10日凌晨1時30分 陜西省榆林市子洲縣雙湖峪鎮(zhèn)石溝村大理河橋東側(cè)發(fā)生黃土崩塌災害 崩塌體長103米 寬108米 厚8米 體積約8 9萬方 整體下座約10米 移動方向北偏東30 崩塌造成15戶共44人被埋 砸毀窯洞及建于其上的房屋29間 孔 窯洞建于1999年 房屋建于2002年 此次崩塌共造成27人死亡 17人受傷 2009年6月5日15時許 重慶市武隆縣鐵礦鄉(xiāng)雞尾山山體發(fā)生大規(guī)?？逅?掩埋了12戶民房以及400多米外的鐵礦礦井入口 造成10人死亡 64人失蹤 8人受傷的特大災害 崩塌的形成機理 邊坡被陡傾裂隙深切 軟弱相間的巖層 下部有洞穴和采空現(xiàn)象 崩塌 錯落 滑坡是指邊坡一部分巖體以一定加速度沿某一滑動面發(fā)生剪切滑動的現(xiàn)象 滑動面可以是受剪應力最大的貫通性剪切破壞面或帶 也可以是巖體中已有的軟弱結(jié)構面 按滑動面的形態(tài) 可劃分為圓弧形滑面和平面兩種類型 4 滑坡 a 圓弧狀滑動面 b 平面狀滑動面 c 階梯狀滑動面 貴州省關嶺縣崗烏鎮(zhèn)滑坡 2010年6月28日14時左右 受持續(xù)強降雨影響 貴州省關嶺縣崗烏鎮(zhèn)大寨村發(fā)生特大山體滑坡 導致大寨村遭受滅頂之災 42人死亡 57人失蹤 云南省保山市隆陽區(qū)瓦馬鄉(xiāng)河東村滑坡 2010年9月1日22時20分 云南省保山市隆陽區(qū)瓦馬鄉(xiāng)河東村大石房小組突發(fā)一起滑坡災害 造成29人死亡 19人失蹤 8人受傷 1 滑坡的表面形態(tài)及結(jié)構 滑動面 帶 滑坡床 滑坡體 滑坡壁 滑坡臺階 滑坡舌 第4節(jié) 滑坡的工程地質(zhì)研究 2003年7月13日三峽庫區(qū)沙鎮(zhèn)溪發(fā)生千將坪滑坡 致使24人失蹤 2 滑坡的分類 內(nèi)在因素 組成邊坡巖土體的性質(zhì) 地質(zhì)構造 巖土體結(jié)構 巖體初始應力等 外在因素 水的作用 地震 巖石風化 工程荷載條件及人工開挖等 內(nèi)在因素對邊坡的穩(wěn)定性起控制作用 外部因素則使邊坡的下滑力增大 巖土體的強度降低而消弱巖土體的抗滑力 促進邊坡變性破壞的發(fā)生和發(fā)展 第5節(jié) 影響滑坡穩(wěn)定性的因素 1 巖土類型和性質(zhì)的影響 地層巖性的差異是影響邊坡穩(wěn)定的主要因素 1 深成侵入巖 厚層堅硬沉積巖以及片麻巖 石英巖等構成的邊坡 一般穩(wěn)定性較高 2 噴出巖邊坡 如 玄武巖 凝灰?guī)r 安山巖 火山角礫巖等 其原生節(jié)理 尤其是柱狀節(jié)理 發(fā)育時 容易形成直立坡而產(chǎn)生崩塌 3 含有粘土質(zhì)頁巖 泥巖 煤層 泥灰?guī)r 石膏等夾層的沉積巖邊坡 最易產(chǎn)生順層滑動 或因深層蠕動而造成崩塌 4 千枚巖 板巖及片巖 軟弱易風化 容易出現(xiàn)蠕動現(xiàn)象 5 黃土具有垂直節(jié)理 疏松透水 浸水后容易崩解濕陷 6 崩積物 殘坡積物 容易沿下伏基巖的接觸面產(chǎn)生滑動 2 地質(zhì)構造和巖體結(jié)構的影響 地質(zhì)構造因素對邊坡穩(wěn)定性 特別是巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的影響是十分明顯 1 在區(qū)域構造比較復雜 褶皺比較強烈 新構造運動比較活動的地區(qū) 邊坡穩(wěn)定性較差 常出現(xiàn)巨大型滑坡及滑坡群 2 斷層 節(jié)理裂隙發(fā)育特征和巖體結(jié)構對邊坡穩(wěn)定的影響也是十分明顯的 極易發(fā)生滑坡 3 巖層或結(jié)構面的產(chǎn)狀對邊坡穩(wěn)定有很大的影響 3 水的作用的影響 地表水和地下水是影響邊坡穩(wěn)定性的重要因素 不少滑坡的典型實例都與水的作用有關或者水是滑坡的觸發(fā)因素 水的作用主要表現(xiàn)在 1 處于水下的透水邊坡將承受水的浮托力的作用 2 而不透水的邊坡 坡面將承受靜水壓力 充水的張開裂隙也將承受裂隙水靜水壓力的作用 3 地下水的滲流 將對邊坡體產(chǎn)生動水壓力 4 水對邊坡巖土體還產(chǎn)生軟化或泥化作用 使巖土體的抗剪強度大為降低 5 地表水的沖刷 地下水的溶蝕和潛蝕也直接對邊坡產(chǎn)生破壞作用 4 地震作用的影響 地震對邊坡穩(wěn)定性的影響較大 在地震的作用下 首先使邊坡巖體的結(jié)構發(fā)生破壞或變化 出現(xiàn)新的結(jié)構面 或使原有結(jié)構面張裂 松弛 飽水砂層出現(xiàn)振動液化 地下水狀態(tài)亦有較大的變化 在地震力的反復振動沖擊下 邊坡沿結(jié)構面發(fā)生位移變形 直至破壞 5 工程荷載的影響 如拱壩壩肩承受的拱端推力 邊坡坡肩附近修建大型水工建筑物引起的坡頂超載 壓力隧洞內(nèi)水壓力傳遞給邊坡的裂隙水壓力 庫水對庫岸的浪擊淘刷力 預應力錨固時所加的預應力等 由于工程的運行 也可能間接地影響邊坡的穩(wěn)定 除上述因素外 坡腳人工開挖 爆破影響 巖體風化作用 引水渠道的修建 黃土濕陷等 均可引起邊坡的變形與破壞 第6節(jié) 邊坡穩(wěn)定性的工程地質(zhì)評價方法 邊坡穩(wěn)定性的工程地質(zhì)評價方法可概括為地質(zhì)分析法 歷史成因分析法 力學計算法 包括極限平衡法 有限單元法和圖解分析法 和工程地質(zhì)類比法 1 對與工程建設有關的天然邊坡或人工邊坡的穩(wěn)定性做出定性和定量評價 2 為設計合理的人工邊坡和邊坡變性破壞的防治措施提供依據(jù) 邊坡穩(wěn)定性的工程地質(zhì)評價任務 邊坡穩(wěn)定分析前應具備資料 地形和地貌特征 地層巖性和巖土體結(jié)構特征 斷層 裂隙和軟弱層的分布 產(chǎn)狀 充填物質(zhì)以及結(jié)構面的組合與連通率 邊坡巖體風化 卸荷深度 各類巖土和潛在滑動面的物理力學參數(shù)以及巖體應力 巖土體變形監(jiān)測和地下水觀測資料 坡腳淹沒 地表水位變幅和坡體透水與排水資料 降雨歷時 降雨強度和凍融資料 地震基本烈度和動參數(shù) 邊坡施工開挖方式 開挖程序 爆破方法 邊坡外荷載 坡腳采空和開挖坡的高度和坡度等 1 地質(zhì)分析法 地質(zhì)分析法是根據(jù)邊坡的地貌形態(tài) 地質(zhì)條件和邊坡變形破壞的基本規(guī)律 追溯邊坡演變的全過程 預測邊坡穩(wěn)定性發(fā)展的總趨勢和邊坡變形破壞方式 對邊坡的穩(wěn)定性作出定性評價 對發(fā)生過滑坡的邊坡 則判斷其能否復活或轉(zhuǎn)化 大致包括以下內(nèi)容 1 根據(jù)邊坡的地貌形態(tài)演變預測和評價邊坡的穩(wěn)定性 2 根據(jù)地層巖性 地質(zhì)構造等地質(zhì)條件分析邊坡變性破壞的形式 3 根據(jù)邊坡變形體的外形和內(nèi)部變形跡象判斷邊坡的演變階段 4 根據(jù)周期性規(guī)律判定促進邊坡演變的主導因素 5 邊坡穩(wěn)定性的區(qū)域性評價 2 力學計算法 傾倒破壞 楔形體滑動 圓弧形滑動 單平面滑動 同向雙平面滑動 多平面滑動 平面滑動 巖質(zhì)邊坡 土質(zhì)邊坡 無粘性土坡 粘性土坡 整體圓弧滑動法 條分法 表面取微單元體進行受力分析 表面滑動 無粘性土坡的穩(wěn)定性 無地下水 在逸出點表面取一定體積的微單元體進行受力分析 無粘性土坡的穩(wěn)定性 有地下水滲流 邊坡穩(wěn)定性的評價方法 如果滲流逸出段順坡面流動 與干坡比較 當滲流逸出段順坡面流動時 安全系數(shù)降低約一半 因此 有滲流逸出時 下游壩坡要平緩的多 下滑力矩 抗滑力矩 粘性土坡的穩(wěn)定性 整體圓弧滑動法 粘性土坡的穩(wěn)定性 條分法 土條重力Wi 法向力Fni 滑動面ef 切向反力F i 土條兩側(cè)法向力 Ei Ei 1 土條兩側(cè)豎向剪切力 FQi FQ i 1 作用在土條i上的作用力有5個未知數(shù) 但只能建立3個平衡方程 故為靜不定問題 假定條塊間的作用力大小相等 方向現(xiàn)方向相反 相互抵消 計算土條自重 將土條自重分解 法向分力 切向分力 滑動面ef上土的抗剪強度 下滑力矩 抗滑力矩 整個土坡的安全系數(shù) 對于均質(zhì)土坡 ci c 滑動面的走向必須與坡面平行或接近平行 約在 20 的范圍內(nèi) 滑動面必須在邊坡面出露 即滑動面得傾角必須小于坡面的傾角滑動面的傾角必須大于該平面的摩擦角巖體中必須存在滑動阻力很小的分離面 以定出滑動的側(cè)面邊界 巖質(zhì)邊坡沿單一平面滑動 必須滿足下列幾何條件 滑動面及張裂縫的走向平行于坡面張裂縫垂直 其中充水深度為Zw水沿張裂縫底進入滑動面滲漏 張裂縫底與坡趾間的長度內(nèi)水壓力按線性變化至零滑動塊體重量W 滑動面上水壓力U和張裂縫中水壓力V均通過滑體的重心 假定 下滑力 抗滑力 安全系數(shù) 受力簡圖 抗滑穩(wěn)定安全系數(shù) 滑體自重 下滑力 抗滑力 等穩(wěn)定法 各塊具有相等的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù) 塊的穩(wěn)定系數(shù) 塊的穩(wěn)定系數(shù) 同傾向雙滑面型滑動 剩余推力法 以第 塊的Kc為1 求算第 塊的剩余下滑力 塊的穩(wěn)定系數(shù) 同傾向雙滑面型滑動 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(jié)構面組成 穩(wěn)定性系數(shù)計算的基本思路 首先 將滑體自重W分解為垂直交線BD的分量N和平行交線的分量T 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(wěn)定性系數(shù) 可能滑動體的滑動力為T Wsin 垂直交線的分量為N Wcos 將Wcos 投影到 ABD和 BCD面的法線方向上 求得法向力N1 N2 W W W 邊坡的抗滑力 邊坡的穩(wěn)定性系數(shù) 工程地質(zhì)類比法的實質(zhì)是把已有的自然邊坡或人工邊坡的研究設計經(jīng)驗 應用到條件相似的新邊坡的研究和人工邊坡的研究設計中去 采用該方法需要對已有邊坡進行廣泛的調(diào)查研究 全面分析工程地質(zhì)因素的相似性和差異性 分析影響邊坡變形發(fā)展的主導因素的相似性和差異性 此外 還應考慮工程的類別 等級以及對邊坡的特征要求等 工程地質(zhì)類比法雖然是一種經(jīng)驗方法 但在邊坡設計中 特別是中小型工程的設計中是很通用的一種方法 3 工程地質(zhì)類比法 1 邊坡變形破壞的防治原則 以防為主 綜合治理 及時處理 對大型復雜的 穩(wěn)定性差 治理難度大的邊坡 一般都采取使工程繞避的原則 對于確實無法繞避的病害邊邊坡 例如正在滑動或可能復活的大型邊坡 崩塌和松散體等 經(jīng)技術經(jīng)濟比較 應采取綜合治理的措施 首先采取有效措施消除或防止控制邊坡變形破壞的主要因素 然后再針對各種次要因素 修建各種治理工程和輔助措施 對于因水庫蓄水