边坡的工程地质研究

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1、 边坡的工程地质研究11.1 11.1 我国边坡工程的研究现状我国边坡工程的研究现状11.2 11.2 边坡变形与破坏的类型边坡变形与破坏的类型11.3 11.3 影响边坡稳定性的因素影响边坡稳定性的因素11.4 11.4 边坡稳定性的评价方法边坡稳定性的评价方法11.5 11.5 防治边坡变形与破坏的措施防治边坡变形与破坏的措施 斜坡斜坡(slope)(slope)统指地表一切具有侧向临空面的地质统指地表一切具有侧向临空面的地质 体，包括天然斜坡和人工边坡。体，包括天然斜坡和人工边坡。 天然斜坡天然斜坡( (简称斜坡）是指自然地质作用形成未经简称斜坡）是指自然地质作用形成未经 人工改造的斜坡

2、。人工改造的斜坡。 人工边坡人工边坡( (简称边坡）是指经人工开挖或改造形成简称边坡）是指经人工开挖或改造形成 的斜坡。的斜坡。 研究目的：研究边坡变形破坏的研究目的：研究边坡变形破坏的机理机理( (包括应力分包括应力分 布及变形破坏特征布及变形破坏特征) )与与稳定性稳定性，为边坡预测预报及，为边坡预测预报及 整治提供岩体力学依据。整治提供岩体力学依据。回顾我国边坡工程地质的研究历史，可划分为回顾我国边坡工程地质的研究历史，可划分为 三个阶段：三个阶段： 被动治理阶段（二十世纪五十年代初至六十年代中期被动治理阶段（二十世纪五十年代初至六十年代中期 ）：对不稳边坡发生和运动机理缺乏认识）：对不

3、稳边坡发生和运动机理缺乏认识 ； 专题研究阶段（二十世纪六十年代中期至八十年代初专题研究阶段（二十世纪六十年代中期至八十年代初 ）：对边坡进行专题研究，对不稳边坡的治理已基本）：对边坡进行专题研究，对不稳边坡的治理已基本 建立在一定的理论分析基础之上，变被动治理为主动建立在一定的理论分析基础之上，变被动治理为主动 预防和防治预防和防治 ； 由治理为主发展到以预防为主阶段，逐步形成不稳边由治理为主发展到以预防为主阶段，逐步形成不稳边 坡防治的理论体系（二十世纪八十年至今）坡防治的理论体系（二十世纪八十年至今） 。4.1 4.1 我国边坡工程的研究现状我国边坡工程的研究现状 边坡工程的发展是基于理

4、论研究、监测技术及边 坡加固、处理技术的发展之上的。 三峡永久船闸高边坡三峡永久船闸位于长江三峡枢纽左侧，为双线 五级船闸，每级闸室有效尺寸28034m，航道轴 线总长6442m，其中主体段长1637m，是在天然 山体中深切开挖修建。最大开挖深度170m，形成 最大边坡150m。两线间保留高度4868m、宽 60m的中间岩石隔墙。 永久船闸一、二期锚索总量达4123束，其中随机 锚索总数为2043束；原设计高强锚杆10万根，后 对埋深小于8m的块体增布了随机锚杆2万根；对边坡裸露岩体采取了喷护混凝土措施。一、应力分布特征一、应力分布特征 在岩体中进行开挖，形成人工边坡后，由在岩体中进行开挖，形

5、成人工边坡后，由 于开挖卸荷，在于开挖卸荷，在近边坡面一定范围内的岩近边坡面一定范围内的岩 体中体中，发生应力重分布作用，使边坡岩体，发生应力重分布作用，使边坡岩体 处于重分布应力状态。处于重分布应力状态。 边坡岩体为适应重分布应力状态，将发生边坡岩体为适应重分布应力状态，将发生 变形和破坏变形和破坏。因此，研究边坡岩体重分布。因此，研究边坡岩体重分布 应力特征是进行稳定性分析的基础。应力特征是进行稳定性分析的基础。4.2 边坡变形与破坏类型边坡变形与破坏类型vv 边坡面附近的边坡面附近的主应力迹线发生偏转主应力迹线发生偏转。最大主应。最大主应 力与坡面近于平行，最小主应力与坡面近于正力与坡面

6、近于平行，最小主应力与坡面近于正 交，向坡体内逐渐恢复初始应力状态。交，向坡体内逐渐恢复初始应力状态。 vv 坡面上径向应力为零，为坡面上径向应力为零，为双向应力状态双向应力状态，向坡，向坡 内逐渐转为三向应力状态。内逐渐转为三向应力状态。vv 坡面附近产生应力集中带。在坡脚附近，最坡面附近产生应力集中带。在坡脚附近，最 大剪应力增高，最易发生剪切破坏。在坡肩大剪应力增高，最易发生剪切破坏。在坡肩 附近，常形成拉应力带。边坡愈陡，则此带附近，常形成拉应力带。边坡愈陡，则此带 范围愈大，因此，坡肩附近最易拉裂破坏。范围愈大，因此，坡肩附近最易拉裂破坏。 vv 最大剪应力迹线为凹向坡面的弧线。最大

7、剪应力迹线为凹向坡面的弧线。二、影响边坡应力分布的因素(1)天然应力天然应力 水平天然应力使坡水平天然应力使坡 体应力重分布作用加剧。体应力重分布作用加剧。 (2)坡形、坡高、坡角坡形、坡高、坡角及及坡底宽度坡底宽度 vv坡高坡高不改变应力等值线的形状，不改变应力等值线的形状， 但改变主应力的大小。但改变主应力的大小。 vv坡角坡角影响边坡岩体应力分布图象影响边坡岩体应力分布图象 。 vv坡底宽度坡底宽度对坡脚岩体应力有较大对坡脚岩体应力有较大 的影响。的影响。 vv坡面形状坡面形状对重分布应力也有明显对重分布应力也有明显 的影响。的影响。(3)(3)岩体性质及结构特征岩体性质及结构特征 vv

8、岩体变形模量对边坡应力影响不大，泊松比对边坡岩体变形模量对边坡应力影响不大，泊松比对边坡 应力影响较大。这是由于泊松比的变化，可以使水应力影响较大。这是由于泊松比的变化，可以使水 平自重应力发生改变。平自重应力发生改变。 (4)(4)结构面结构面 vv结构面的存在使坡体中应力发生不连续分布，并在结构面的存在使坡体中应力发生不连续分布，并在 结构面周边或端点形成应力集中带或阻滞应力的传结构面周边或端点形成应力集中带或阻滞应力的传 递，这种情况在坚硬岩体边坡中尤为明显递，这种情况在坚硬岩体边坡中尤为明显。边坡变形与破坏是应力状态调整的结果，是推边坡变形与破坏是应力状态调整的结果，是推 动边坡演变的

9、内在原因，各种自然营力和人类工动边坡演变的内在原因，各种自然营力和人类工 程活动是推动边坡演变的外部因素。程活动是推动边坡演变的外部因素。边坡的变形破坏可分为边坡变形、边坡破坏和边坡的变形破坏可分为边坡变形、边坡破坏和 破坏后继续运动三大类型。破坏后继续运动三大类型。边坡的变形类型：松驰张裂、蠕动边坡的变形类型：松驰张裂、蠕动边坡的破坏类型：崩塌、滑坡边坡的破坏类型：崩塌、滑坡三、边坡变形破坏的基本类型三、边坡变形破坏的基本类型 1、松驰张裂（卸荷回 弹） 在成坡过程中，由于在成坡过程中，由于 荷重不断减少，边坡岩荷重不断减少，边坡岩 体在减荷方向体在减荷方向( (临空面临空面) ) 产生伸长

10、变形，即卸荷产生伸长变形，即卸荷 回弹。回弹。 天然应力越大，向临天然应力越大，向临 空方向的回弹变形量也空方向的回弹变形量也 越大。往往会伴随产生越大。往往会伴随产生 一系列的张性结构面。一系列的张性结构面。（一）边坡变形2、蠕动（蠕变变形） 边坡岩体中的应力对于人类工程活动的有限时边坡岩体中的应力对于人类工程活动的有限时 间来说，可以认为是保持不变的。在这种近似间来说，可以认为是保持不变的。在这种近似 不变的应力作用下，边坡岩体的变形也将会随不变的应力作用下，边坡岩体的变形也将会随 时间不断增加，这种变形称为蠕变变形。时间不断增加，这种变形称为蠕变变形。 当边坡内的应力未超过岩体的长期强度

11、时，则当边坡内的应力未超过岩体的长期强度时，则 这种变形所引起的破坏是局部的。反之，这种这种变形所引起的破坏是局部的。反之，这种 变形将导致边坡岩体的整体失稳。变形将导致边坡岩体的整体失稳。 这种破裂失稳是经过局部破裂逐渐产生的，几这种破裂失稳是经过局部破裂逐渐产生的，几 乎所有的岩体边坡失稳都要经历这种逐渐变形乎所有的岩体边坡失稳都要经历这种逐渐变形 破坏过程。破坏过程。 蠕动分为表层蠕动和深层蠕动两种类型蠕动分为表层蠕动和深层蠕动两种类型 表层蠕动：主要表现为表层岩体发生弯曲变形。表层蠕动：主要表现为表层岩体发生弯曲变形。 深层蠕动：坚硬岩体深部有软弱岩层，软弱岩层深层蠕动：坚硬岩体深部有

12、软弱岩层，软弱岩层 发生蠕动变形，使上部坚硬岩体发生张裂及不均发生蠕动变形，使上部坚硬岩体发生张裂及不均 匀沉陷。匀沉陷。 （二）边坡破坏（二）边坡破坏 1. 1. 崩塌崩塌崩塌：陡边坡岩土体被结构面分割，因受重力崩塌：陡边坡岩土体被结构面分割，因受重力 作用突然脱离母体以，垂直运动为主、翻滚跌跃作用突然脱离母体以，垂直运动为主、翻滚跌跃 而下的现象与过程。而下的现象与过程。崩塌多形成于陡边坡（特别是坡角大于崩塌多形成于陡边坡（特别是坡角大于6060度）度） 、坚硬脆性岩体或软硬相间岩体中，也可由边坡、坚硬脆性岩体或软硬相间岩体中，也可由边坡 下部洞穴、采空区等塌陷引起。下部洞穴、采空区等塌陷

13、引起。2. 2. 滑坡滑坡滑坡：边坡岩土体在重力作用下，沿着贯通的剪滑坡：边坡岩土体在重力作用下，沿着贯通的剪 切破坏面（带），产生以水平运动为主的整体滑动切破坏面（带），产生以水平运动为主的整体滑动 现象，称为滑坡。现象，称为滑坡。 （1 1）滑坡的形态）滑坡的形态（2 2）滑坡分类）滑坡分类 1 1）按滑坡岩土体性质）按滑坡岩土体性质堆积层滑坡、黄土滑坡、粘性土滑坡、砂性土堆积层滑坡、黄土滑坡、粘性土滑坡、砂性土 滑坡、基岩滑坡滑坡、基岩滑坡 2 2）按滑动面与岩层层面之间的关系）按滑动面与岩层层面之间的关系顺层滑坡、切层滑坡、均质滑坡顺层滑坡、切层滑坡、均质滑坡 3 3）按力学性质）按力

14、学性质推动式滑坡、牵引式滑坡推动式滑坡、牵引式滑坡 4 4）按滑动面形态）按滑动面形态圆弧型滑坡、平面滑坡圆弧型滑坡、平面滑坡此外还有按滑坡体体积和厚度的分类等。此外还有按滑坡体体积和厚度的分类等。（3 3）滑坡判断的标志）滑坡判断的标志 地形地貌及地物标志地形地貌及地物标志圈椅状洼地、滑坡平台、双沟同源、滑坡裂缝、圈椅状洼地、滑坡平台、双沟同源、滑坡裂缝、 醉汉林、马刀树等醉汉林、马刀树等 岩土结构特征岩土结构特征岩土体结构紊乱、出现扰动松脱现象岩土体结构紊乱、出现扰动松脱现象 水文地质标志水文地质标志地下水动态发生改变、泉地下水动态发生改变、泉 滑坡边界及滑坡床滑坡边界及滑坡床4.34.3

15、 影响边坡稳定性的因素影响边坡稳定性的因素 1 1、岩土体性质岩土体性质 决定岩体边坡稳定性的物质基决定岩体边坡稳定性的物质基 础。础。 2 2、地质构造与岩体结构地质构造与岩体结构 岩体结构及结构面的岩体结构及结构面的 发育特征是岩体边坡破坏的控制因素。发育特征是岩体边坡破坏的控制因素。 3 3、水的作用水的作用 使岩土的质量增大、滑动面的滑使岩土的质量增大、滑动面的滑 动力增大；岩土软化、抗剪强度降低；对岩体动力增大；岩土软化、抗剪强度降低；对岩体 产生动水压力和静水压力。产生动水压力和静水压力。 4 4、风化作用风化作用 使岩体内裂隙增多、扩大，透水使岩体内裂隙增多、扩大，透水 性增强，

16、抗剪强度降低。性增强，抗剪强度降低。 5 5、地形地貌、地形地貌 直接影响边坡内的应力分布特征直接影响边坡内的应力分布特征 ，进而影响边坡的变形破坏形式及边坡的稳定性，进而影响边坡的变形破坏形式及边坡的稳定性 。 6 6、地震、地震 产生地震惯性力产生地震惯性力 7 7、天然应力、天然应力 8 8、人为因素、人为因素4.4 4.4 边坡稳定性的评价方法边坡稳定性的评价方法 定性分析是在工程地质勘察工作的基础上，对边坡定性分析是在工程地质勘察工作的基础上，对边坡 岩体变形破坏的可能性及破坏形式进行初步判断。岩体变形破坏的可能性及破坏形式进行初步判断。 定量分析是在定性分析的基础上，应用一定的计算定量分析是在定