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1、边 坡 工 程 设 计 施 工 新 技 术 与 质 量 检 测 验 收 实 务 全 书主 编 ! 王 珊北 京 北 影 录 音 录 像 公 司! ! 第 一 篇边 坡 工 程 设 计 施 工 技 术 总 论第 一 篇 # 边 坡 工 程 设 计 施 工 技 术 总 论 ) # )第 一 章 # 边 坡 运 动 危 害 及 防 范 基 础第 一 节 # 边 坡 的 应 力 分 布 特 征边 坡 的 变 形 破 坏 与 其 应 力 分 布 状 态 密 切 相 关 ! 因 此 ! 了 解 边 坡 周 围 岩 土 体 中 的 应 力 分 布 状 况 ! 对 于 认 识 边 坡 变 形 破 坏 的 机
2、制 是 非 常 必 要 的 根 据 有 限 元 法 分 析 和 光 弹 试 验结 果 ! 边 坡 的 应 力 状 态 有 如 下 的 特 点 #! 坡 体 中 主 应 力 迹 线 发 生 明 显 偏 转 ! 坡 面 附 近 最 大 主 应 力 ! ! 的 方 向 与 坡 面 近 乎平 行 ! 最 小 主 应 力 ! # 与 坡 面 近 于 垂 直 $ 图 ! $ ! $ ! % 同 时 ! 坡 体 中 存 在 与 坡 面 近 于 平 行的 剪 应 力 ! 其 总 的 趋 势 是 由 坡 内 向 外 增 高 ! 愈 近 坡 脚 处 愈 高 ! 向 坡 内 则 逐 渐 恢 复 到 初 始应 力 状
3、 态 % 坡 脚 附 近 形 成 一 明 显 的 应 力 集 中 带 ! 特 点 是 最 大 主 应 力 与 最 小 主 应 力 差 达 到 最 大 值 ! 出 现 最 大 的 剪 应 力 集 中 坡 度 愈 陡 ! 应 力 集 中 愈 明 显 # 坡 面 处 的 岩 $ 土 %体 ! 由 于 侧 向 压 力 近 于 零 ! 实 际 上 变 为 两 向 应 力 状 态 ! 向 坡 内 逐 渐 恢 复 为 三 向 应 力 状 态 & 在 坡 顶 和 坡 面 的 某 些 部 位 ! 由 于 水 平 应 力 显 著 降 低 ! 最 小 主 应 力 可 能 成 为 拉 应 力 !形 成 张 力 带 $
4、 图 ! $ ! $ %! %图 ! $ ! $ ! # 边 坡 主 应 力 迹 线 与 最 大 剪 应 力 迹 线 分 布 示 意 图实 线 & 主 应 力 迹 线 虚 线 & 最 大 剪 应 力 迹 线上 述 应 力 分 布 特 征 是 以 边 坡 构 成 物 质 为 各 向 同 性 连 续 体 而 进 行 研 究 的 实 际 上 !边 坡 的 应 力 分 布 要 复 杂 得 多 ! 它 受 到 岩 土 体 的 初 始 应 力 状 态 ( 坡 形 ( 岩 土 体 结 构 等 多 种因 素 的 影 响 岩 土 体 内 的 初 始 应 力 ! 通 常 多 为 自 重 应 力 但 在 某 些 地
5、 区 $ 特 别 是 新 构 造 运 动 强 烈 的 地 区 %! 地 壳 运 动 可 能 使 岩 土 体 中 残 存 有 较 大 的 水 平 应 力 $ 残 余 构 造 应 力 % 这 种 水 平 应 力 增 强 了 坡 脚 附 近 的 应 力 集 中 及 坡 顶 ( 坡 脚 张 力 带 的 发 展 $ 图 ! $ ! $ % %! 加 剧 了 边 坡 变形( & ( 边 坡 工 程 设 计 施 工 新 技 术 与 质 量 检 测 验 收 实 务 全 书破 坏 程 度 和 范 围 !图 ! $ ! $ %# 坡 面 和 坡 顶 张 力 带 ! 图 中 阴 影 部 分 的 分 布! # ( )
6、 # % & * ) # # + ( ) # & , * ) # * - ( )! . 侧 向 水 平 残 余 构 造 应 力 # # 岩 土 的 天 然 重 度 # # 坡 高坡 形 是 影 响 坡 体 内 应 力 分 布 的 主 要 因 素 ! 坡 角 增 大 $ 坡 面 与 坡 顶 张 力 带 的 范 围 扩 大 $坡 脚 的 剪 应 力 也 增 高 ! 平 面 上 呈 凹 形 的 边 坡 $ 由 于 受 坡 面 走 向 方 向 两 侧 的 支 撑 作 用 $ 应 力 集 中 程 度 有 明 显 减 缓 $ 坡 脚 最 大 剪 应 力 值 也 显 著 降 低 $ 凸 形 边 坡 则 恰
7、与 此 相 反 !坡 体 中 不 同 形 式 的 结 构 面 常 对 边 坡 的 变 形 破 坏 起 控 制 作 用 $ 这 在 岩 质 边 坡 中 表 现尤 为 显 著 ! 在 结 构 面 的 周 边 出 现 应 力 集 中 现 象 $ 应 力 集 中 的 特 点 主 要 取 决 于 结 构 面 的 产状 与 最 大 主 %压 & 应 力 的 关 系 ! 当 结 构 面 与 主 应 力 方 向 平 行 时 $ 在 结 构 面 端 点 将 出 现 拉应 力 或 剪 应 力 集 中 $ 引 起 向 结 构 面 两 侧 张 裂 %图 ! $ ! $ # ! &! 当 结 构 面 与 主 应 力 垂
8、 直时 $ 沿 结 构 面 将 出 现 切 向 拉 应 力 $ 或 在 端 点 处 出 现 垂 直 于 结 构 面 的 压 应 力 $ 这 有 利 于 结 构面 的 压 密 和 稳 定 %图 ! $ ! $ # &! 当 主 应 力 与 顺 坡 向 结 构 面 斜 交 时 $ 特 别 是 在 两 者 成 # ( )$ & ( ) 交 角 的 情 况 下 $ 将 出 现 最 大 的 剪 应 力 与 拉 应 力 $ 对 边 坡 的 稳 定 十 分 不 利 %图 !$ ! $ # $ &! 在 结 构 面 的 交 汇 或 转 折 处 $ 由 于 应 力 受 到 阻 滞 $ 形 成 高 的 拉 应 力
9、 或 压 应 力 集中 区 $ 这 种 应 力 集 中 区 可 能 成 为 边 坡 变 形 破 坏 的 始 点 %图 ! $ ! $ # %&! 此 外 $ 在 软 质 岩体 中 $ 通 常 应 力 集 中 程 度 较 小 # 在 硬 质 岩 体 中 $ 沿 结 构 面 应 力 集 中 程 度 较 高 # 在 软 硬 两 种岩 体 界 面 处 $ 硬 岩 的 一 侧 应 力 值 较 高 !图 ! $ ! $ # # 坡 体 中 结 构 面 上 应 力 集 中 的 特 点%! &! ! 与 结 构 面 平 行 # % &! ! 与 结 构 面 垂 直 # %$ &! ! 与 顺 坡 向 结 构
10、面 斜 交 # % & 结 构 面 交 汇 处第 二 节 # 边 坡 变 形 破 坏 的 基 本 形 式边 坡 在 其 形 成 过 程 中 $ 不 仅 发 生 上 述 坡 体 内 应 力 上 的 变 化 $ 而 且 还 遭 受 风 化 剥 蚀 等第 一 篇 # 边 坡 工 程 设 计 施 工 技 术 总 论 ( * (营 力 的 作 用 使 其 强 度 不 断 降 低 ! 在 这 两 方 面 的 影 响 下 边 坡 可 能 产 生 局 部 的 或 整 体 的 变形 与 破 坏 ! 变 形 # 破 坏 二 者 既 有 区 别 又 相 互 联 系 它 们 是 边 坡 运 动 由 量 变 到 质 变
11、 的 两个 不 同 的 阶 段 ! 对 于 自 然 边 坡 $ 习 惯 称 为 斜 坡 % 从 变 形 发 展 到 破 坏 可 能 是 一 个 很 长 的 演变 过 程 & 但 对 于 人 工 边 坡 往 往 由 于 成 坡 $ 挖 或 堆 填 %较 快 这 个 过 程 则 有 可 能 是 短 暂 的 !一 ! 边 坡 变 形边 坡 变 形 是 指 边 坡 的 岩 土 体 已 发 生 局 部 的 破 裂 与 错 动 但 还 未 形 成 贯 通 性 的 破 坏 面 ! 边 坡 变 形 虽 不 能 认 为 边 坡 已 失 稳 但 它 是 边 坡 破 坏 前 的 征 兆 ! 研 究 边 坡 变 形
12、可 以 了 解 边 坡 运 动 的 全 过 程 以 便 估 计 边 坡 稳 定 性 的 现 状 并 预 测 其 破 坏 的 可 能 性 边 坡 变 形 主 要 有 松 弛 拉 裂 和 蠕 动 两 种 形 式 ! 松 弛 拉 裂 # 在 高 陡 边 坡 的 坡 顶 附 近 会 产 生 一 系 列 与 坡 面 近 于 平 行 的 陡 倾 张 裂 隙$ 图 ! $ ! $ & %! 裂 隙 可 由 张 力 带 的 拉 力 形 成 也 可 由 坡 体 物 质 被 剥 蚀 后 卸 荷 回 弹 或 因 残余 构 造 应 力 释 放 而 形 成 !图 ! $ ! $ & # 边 坡 张 裂 隙坡 体 被 松
13、 弛 拉 裂 后 不 仅 岩 土 体 的 整 体 性 被 破 坏 而 且 水 和 风 化 作 用 更 容 易 深 入 坡体 促 使 岩 土 体 更 进 一 步 削 弱 最 终 导 致 边 坡 破 坏 !% 蠕 动 # 边 坡 岩 土 体 在 自 重 等 应 力 的 作 用 下 发 生 向 临 空 面 方 向 长 期 而 缓 慢 的 变 形 称 为 边 坡 蠕 动 或 蠕 滑 ! 除 自 重 应 力 卸 荷 # 构 造 应 力 释 放 # 孔 隙 水 压 力 及 地 震 等 也 能 造 成 边 坡 蠕 动 ! 根 据 蠕 动 是 否 受 已 有 结 构 面 控 制 可 将 其 分 为 $ ! %
14、不 受 已 有 结 构 面 控 制 # 这 种 情 况 在 均 质 土 坡 和 薄 层 软 岩 边 坡 较 为 典 型 ! 图 ! $ !$ * 为 均 质 土 坡 的 蠕 滑 情 况 ! 蠕 滑 受 最 大 剪 应 力 面 所 控 制 ! 在 潜 在 滑 面 以 上 为 一 剪 切 蠕变 带 密 实 粘 土 的 应 变 值 $ ! %可 达 厚 度 的 % * / ! 变 形 进 一 步 发 展 则 已 进 入 滑 坡 阶 段 !图 ! $ ! $ + 为 反 坡 向 的 薄 层 岩 质 边 坡 沿 最 大 剪 力 带 产 生 的 蠕 滑 ! 坡 的 后 缘 被 拉 裂 岩 层 发 生 挠
15、曲 ! 如 剪 切 面 进 一 步 贯 通 则 发 展 为 滑 坡 ! 在 反 坡 向 岩 层 倾 角 很 陡 的 情 况 下 薄 岩 层 的 端 部 会 向 上 弯 曲 厚 层 或 块 状 岩 层 则 可 能 发 生 弯 折 倾 倒 !$ %受 已 有 结 构 面 控 制 # 当 边 坡 中 存 在 顺 坡 向 软 弱 结 构 面 时 蠕 滑 常 会 沿 结 构 面发 生 坡 体 后 缘 出 现 拉 裂 $ 图 ! $ ! $ , %! 如 果 结 构 面 的 倾 角 较 小 蠕 滑 比 较 缓 慢 & 如 果结 构 面 的 倾 角 接 近 于 其 残 余 摩 擦 角 且 后 缘 拉 裂 面 贯 通 时 就 形 成 滑 坡 迅 速 滑 动 !& + & 边 坡 工 程 设 计 施 工 新 技 术 与 质 量 检 测 验 收 实 务 全 书图 ! $ ! $ * 均 质 土 坡 中 的 蠕 滑%! ! % % 最 大 剪 应 力 迹 线 # %0 ! 潜 在 滑 面 #& 坡 面 变 形 # & & 坡 顶 沉 降 量 # 剪 变 带 厚 度图 ! $ ! $ + # 反 坡 向 薄 层 岩 质 边 坡 受 重 力 作 用 发 生 蠕 滑! 黑 云 母 片 岩
