《岩石力学课件第七章 岩石边坡工程》由会员分享，可在线阅读，更多相关《岩石力学课件第七章 岩石边坡工程（116页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,岩石力学,辽宁科技大学,Rock Mechanics,2,第七章 岩石边坡工程,3,7.1 边坡工程的影响与分类,4,首都钢铁公司水厂铁矿边坡,一、基本概念,水厂铁矿是一座大型变质岩型磁铁矿床，位于河北省迁安市，西至北京200km，西南至唐山80km，东南至迁安市20km。 水厂铁矿整个露天采场上口尺寸3600m(400-1680)m ，露天底尺寸180m60 m，采场边坡最高标高为+310m，最低开采标高-350m，采场封闭圈标高+80m，采场总体边坡角41-46，台阶坡面角65。,5,高速公路滑坡,6,漫湾水电工程的滑坡,7,三峡船闸岩石边坡,8,西藏易贡巨型山体滑坡,9,一、基本概念
2、,露天矿边坡：露天矿开挖形成的斜坡构成的采矿区的边界。 （最终帮边坡、工作帮边坡和台阶边坡）； 路堤边坡：铁路、公路建筑施工中形成的路堤斜坡。 路堑边坡：开挖路堑所形成的斜坡称为。,10,一、基本概念,坡面角：坡面与水平面的夹角。 坡高：坡肩与坡脚间的高差。,坡肩：边坡与坡顶面相交的部位称。 坡脚：边坡与坡底面相交的部位。,边坡要素,11,设采深为H、采场长为L，坡角为。 若从1增加至2，减少剥岩量：,二、边坡工程对露天矿建设的影响,采矿工程完成的挖方量约占人类各种挖方量总和的五分之四。,12,对于一个深400m的大型露天矿，如果从坡角35增加到36，每公里长的坡段可减少剥离量415万m3，节
3、约的剥岩费上亿元。 加陡边坡成为减少废石开挖量和运输量、提高矿山经济效益的关键问题。,二、边坡工程对露天矿建设的影响,13,三、边坡的分类,自然边坡：天然的山坡和谷坡。 自然边坡是在地壳隆起或下陷过程中逐渐形成的，这类运动今天可能还在继续。然而，只要边坡位于侵蚀基准面以上，不论成因如何，它们就处于受剥蚀的环境之中，开始了风化、解体以至滑塌的过程，较大规模的破坏就是自然滑坡。,边坡按成因分类,14,三、边坡的分类,人工边坡：人工建设形成的。 挖方形成的边坡称为开挖边坡，填方形成的边坡称为填筑边坡，水力水电工程中还称为坝坡，这类边坡的几何参数可以人为控制。,边坡按成因分类,15,三、边坡的分类,土
4、质边坡和岩质边坡 土体和岩石的物质构成并无本质的差别，差别在于结构，它们的工程地质和水文地质特征及力学特征差异显著，使得岩质边坡和土质边坡的力学性能很不相同，其边坡破坏模式的差别也十分显著。,边坡按组成物质分类,16,第7.1节结束，谢谢！,17,7.2 边坡的破坏形式和影响因素,18,一、边坡岩体的变形特征,岩石边坡的变形以坡体未出现贯通性的破坏面为特点，但在边坡体的局部区域，特别在坡面附近可能出现一定程度的破裂与错动。 边坡的变形主要表现为松动和蠕动。,19,一、边坡岩体的变形特征,边坡坡脚部位的岩体被冲刷侵蚀掉或人工开挖，使边坡岩体失去约束，应力重新调整分布，从而使岸坡岩体发生向临空面方
5、向的回弹变形及产生近平行于边坡的拉张裂隙，一般称作边坡卸荷裂隙。,松动变形,20,一、边坡岩体的变形特征,卸荷裂隙多呈层状向坡体内发育，形成松弛张裂带或称卸荷带，其宽度和深度均可达百米以上，它主要取决于河谷下切深度、地应力及岩体结构等。,松动变形,21,一、边坡岩体的变形特征,在河谷底部也可出现卸荷裂隙，形成大致平行于谷底的松弛张裂带，深也可达数十米。,松动变形,22,一、边坡岩体的变形特征,（二）、蠕动 边坡岩体在自重应力等应力的长期作用下，向临空方向缓慢而持续的变形，称为边坡蠕动。 蠕动形成机制： 1、岩土的粒间滑动(塑性变形)； 2、沿岩石裂纹微错； 3、岩体中一系列裂隙扩展所致。,蠕动
6、变形,23,一、边坡岩体的变形特征,蠕动变形,表层蠕动主要表现为边坡表部岩体发生弯曲变形，多是从下部未经变动的部分向上逐渐连续向临空方向弯曲。多发生在陡倾层状岩层或陡倾结构面发育的岩体中。,24,一、边坡岩体的变形特征,蠕动变形,深层蠕动是由于坚硬岩层组成的边坡底部存在较厚的软弱岩层时，由软弱岩层发生塑性流动而引起的长期缓慢的边坡蠕动变形。,25,二、边坡岩体的破坏模式,（一）、崩塌 崩塌高陡的边坡岩体突然发生倾倒崩落，岩块滚落堆积于坡脚的现象。 山崩-大规模的岩体崩塌，可达数千万甚至上亿立方米。 坠石-小规模的崩塌，一般仅数立方米或数十立方米。 坚硬岩体中发生的崩塌也称岩崩，土体中发生的则称
7、土崩。崩塌下来的岩块碎石大小混杂堆积于坡脚，称为崩积物。,26,二、边坡岩体的破坏模式,（二）、滑坡 滑坡是边坡岩体主要在重力作用下沿贯通的剪切破坏面发生滑动破坏的现象。 滑坡通常以深层破坏形式出现，其滑动面往往深入坡体内部，甚至延伸到坡脚以下。 根据滑面的形状，滑坡形式可区分为平面剪切滑动和旋转剪切滑动。,27,二、边坡岩体的破坏模式,l、平面剪切滑动 平面滑动的特点是块体沿着平面滑移，它的产生是由于这一平面上的抗剪力与边坡形状不相适应。这种滑动往往发生在地质软弱面的走向平行于坡面、产状向坡外倾斜的地方。 根据滑面的空间几何组成，平面滑动存在简单平面剪切滑动、阶梯式滑坡、三维楔体滑坡和多滑块
8、滑动等几种破坏模式。,28,二、边坡岩体的破坏模式,29,二、边坡岩体的破坏模式,2、旋转剪切滑动 旋转剪切滑动的滑面通常成弧形状，均质岩体易产生近圆弧形滑面，当岩土非常软弱(土边坡)、或岩体节理 异常发育、或已破碎 (废石堆)，破坏也常 常表现为圆弧状滑动。,30,三、边坡稳定性的影响因素,影响边坡稳定性的因素有内在因素与外在因素两个方面。 内在因素有组成边坡岩土体的性质、地质构造、岩体结构、地应力等。它们常常起着主要的控制作用。 外在因素有地表水和地下水的作用、地震、风化作用、人工挖掘、爆破以及工程荷载等。其中地表水和地下水是影响边坡稳定最重要、最活跃的外在因素，其他大多起着触发作用。,3
9、1,1、边坡外形 2、岩石性质 3、岩体构造 4、水的影响 5、爆破与地震 6、构造应力 7、风化作用,三、边坡稳定性的影响因素,32,1、边坡外形：斜坡的高度、坡度、形状等要素可使斜坡内力状态变化而导致斜坡处于稳定或失稳状态。 矿山开采、河流的冲刷，使边坡外形发生变化，当侵蚀切露坡体底部的软弱结构面、使坡体处于临空状态、或侵蚀切露坡体下伏软弱层的顶面时，使坡体失去平衡，最后导致破坏。,三、边坡稳定性的影响因素,33,2、岩石性质：组成边坡的岩石强度高，边坡稳定性好；岩石强度低则稳定性差。 易亲水软化的土层、软岩及断层破碎带组成的边坡体，容易产生滑坡。,三、边坡稳定性的影响因素,34,3、岩体
10、构造：斜坡内的一些层面、节理、断层、片理等软弱面与斜坡坡面倾向近于一致时，则斜坡的岩体容易失稳成为滑坡。 许多边坡在陡坡角和几百米高的条件下是稳定的，而许多平缓边坡高仅几十米就破坏了，这种差异是因为岩石边坡的稳定性是随岩体中不连续面(如断层、节理等)的倾角而变化的。,三、边坡稳定性的影响因素,35,4、水的影响：地下水在斜坡内的静水压力、动水压力及软化岩土体作用，使斜坡稳定性降低，是影响斜坡稳定性的重要因素。 斜坡的变形与破坏大都发生在雨季或雨后，还有部分发生在水库蓄水和渠道放水之后，有的则发生在施工排水不当的情况下，这些都表明水对斜坡稳定性的影响是十分显著的。,三、边坡稳定性的影响因素,36
11、,5、爆破与地震：爆破与地震可使岩体进一步破碎，破坏岩土体结构，强度降低。地震产生惯性力增加滑体下滑力，促进滑坡的发生。 地震引起坡体振动，等于坡体承受一种附加荷载，它使坡体受到反复振动冲击，使坡体软弱面咬合松动，抗剪强度降低或完全失去结构强度，斜坡稳定性下降甚至失稳。地震对斜坡破坏的影响程度，取决于地震烈度大小，并与斜坡的岩性、层理、断裂的分布和密度以及坡面的方位和岩土体含水性有关。,三、边坡稳定性的影响因素,37,6、构造应力：水平构造残余应力愈大，影响愈大，呈正比关系，与自重应力状态下相比较，边坡变形与破坏的范围增大，程度加剧。 边坡处于一定历史条件下的地应力环境之中，特别是在新构造运动
12、强烈的地区，往往存在较大的水平构造残余应力，因而这些地区边坡岩体的临空面附近常常形成应力集中，主要表现为加剧应力分异现象。这在坡脚、坡面及坡顶张力带表现得最明显。,三、边坡稳定性的影响因素,38,7、风化作用：使边坡岩体强度减小，坡体稳定性大大降低，促进斜坡变形与破坏，坡体岩土风化越深，斜坡稳定性越差； 综上所述，论证边坡稳定性应根据岩体的结构特点、水文地质条件、地形地貌特征，并结合区域地质发育史，分析各种营力的作用性质及变化过程进行。,三、边坡稳定性的影响因素,39,第7.2节结束，谢谢！,40,7.3 边坡稳定性分析计算,41,（一）、边坡稳定性分析方法分类 目前用于边坡稳定性分析的方法大
13、体上可分为定性分析方法和定量分析方法两大类。 定性分析方法：工程类比法、赤平极射投影法、实体比例投影法、摩擦圆法等； 定量分析方法：极限平衡法、数值分析法(有限元，边界元，离散元等)及可靠性分析方法(蒙特卡洛法和随机有限元法等)。,一、稳定性分析方法综述,42,（二）、极限平衡法基本原理 极限平衡法是依据边坡上的滑体或滑体分块的力学平衡原理(即静力平衡原理)，分析边坡各种破坏模式下的受力状态，以及边坡滑体上的抗滑力和下滑力之间的关系，来评价边坡的稳定性。 极限平衡法是边坡稳定性分析计算的最主要方法，也是工程实践中应用最多的一种方法。,一、稳定性分析方法综述,43,（三）、极限平衡稳定性分析方法
14、 1、瑞典法（Fellenius法，1936)； 2、毕肖普法（Bishop法，1955)； 3、简布法（Janbu法，1954，1973)； 4、摩根斯坦泼赖斯法（Morgensern-Price法 ,1965)； 5、斯宾塞法（Spencer法、l973)； 6、萨尔玛法（Sarma法，1979)； 7、传递系数法； 8、楔形体法； 9、三维极限平衡计算法。,一、稳定性分析方法综述,44,（四）、极限平衡计算方法选择： 1、二维？三维计算？ 2、滑面形状：平面破坏面、圆弧形破坏面、任意形状破坏面； 3、考虑滑体内岩体结构面错动时可选择Sarma法。 4、简化法？精确法？,一、稳定性分析方法
15、综述,45,（五）、极限平衡法特点 在极限平衡法的各种方法中，尽管每种分析方法都有它适用范围及假定条件，且得出的计算公式所涉及的因素各不相同，但将它们都归结为极限平衡法，大前提是相同的，所有的极限平衡法都有三个前提。,一、稳定性分析方法综述,46,1、滑动面上岩土提供的极限抗剪强度S与作用在滑面上的垂直应力存在如下关系：,一、稳定性分析方法综述,式中，C、C分别为滑动面的粘结力和有效粘结力；、分别为滑动面的内摩擦角和有效内摩擦角；u为滑动面孔隙水压力。,47,2、稳定系数F(安全系数)的定义为沿最危险破坏面作用的最大抗滑力(或力矩)与下滑力(或力矩)的比值。即 3、二维极限平衡分析的基本单元是
16、单位宽度的分块滑体（刚性）。,一、稳定性分析方法综述,48,平面破坏计算法是对边坡上滑体沿单一结构面或软弱面产生平面滑动的分析方法。,二、平面破坏计算法,49,（一）、假定条件 1、滑动面及张裂隙的走向平行于坡面； 2、张裂隙是直立的，其中充有高度为Zw的水柱； 3、水沿张裂隙的底进入滑动面并沿滑动面渗透； 4、滑体沿滑动面做刚性下滑。,二、平面破坏计算法,50,（二）、滑体作用力 滑体上作用力有：滑体重量W；滑动面上的法向力N；滑动面L的裂隙水压力U(该力在库仑准则里考虑)； 抗滑力S；作用 在滑体重心上的 水平力(如地震 力)QA；张裂隙 孔隙水压力V。,二、平面破坏计算法,51,二、平面破坏计算法,（三）、力学分析,52,二、平面破坏计算法,53,滑面水浮托力U、裂隙水压力V和滑面长度l：,二、平面破坏计算法,54,Bishop法是一种适合于圆弧形破坏滑动面的边坡稳定性分析方法，但它不要 求滑动面为严格的圆弧，而只是近似圆弧即可。,三、简化毕肖普（Bishop)法,55,（一）假设条件 1、滑动面为圆弧形或近似圆弧形； 2、采用简化Bisllop法时假定条块侧面的垂直剪力(Yi-Yi+1)tgi0,
