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1、6 边坡工程地质问题本章要点： 岩（土）质边坡工程地质问题、岩体稳定的结构分析赤平极射投影图法 学习目标：会分析岩（土）质边坡破坏类型；了解边坡稳定性分析方法边坡是自然或人工形成的斜坡，是人类工程活动中最基本的地质环境之一，也是工程建 设中最常见的工程形式。斜坡的形成，使岩土体内部原有应力状态发生变化，出现坡体应力 重新分布，主应力方向改变，应力又产生集中；而且，其应力状态在各种自然营力及工程影 响下，随着斜坡演变而又不断变化，使斜坡岩土体发生不同形式的变形与破坏。不稳定的天 然胁迫和人工边坡，在岩土体重力、水及震动力以及其它因素作用下，常常发生危害性的变 形与破坏，导致交通中断、江河堵塞，塘
2、库淤填，甚至酿成巨大灾害。 根据组成边坡的主体材料不同，边坡可分为土质边坡和岩质边坡两种，而这两者主体材料的 结构、性质差别很大，其存在的工程地质问题也不相同，需要分开进行研究。边坡的稳定是一个比较复杂的问题，影响边坡稳定性的因素较多，简单归纳起来有边坡 体自身材料的物理力学性质、边坡的形状和尺寸、边坡的工作条件及边坡的加固措施等几个 方面。6.1 岩质边坡工程地质问题6.1.1 岩体结构及稳定性分析方法一、岩体结构 存在于岩体中的各种地质界面，如岩层层面，裂隙面、断层面、不整合面等，统称为结 构面。岩体受结构面切割而产生的单个块体（岩块）称为结构体。所谓岩体结构，就是指岩体 中结构面和结构体
3、两个要素的组合特征，它既表达岩体中结构面的发育程度组合，又反映了 结构体的大小、几何形式及排列。大量的工程实践表明，无论是边坡岩体的破坏，地基岩体的滑移,还是隧洞岩体的塌落 等，大多是沿着岩体中软弱结构面发生的。也就是说岩体受工程作用力的破坏过程，主要 是结构体沿结构面的剪切滑移、拉开以及整体的累积变形和破裂。因此,从岩体结构的观点 分析岩体稳定问题，首先应研究结构面和结构体的类型及其特征。1、结构面及类型 按其成因可分为沉积结构面、火成结构面、变质结构面、构造结构面和次生结构面五类。其主要特征见表6-1。2、结构体及类型 不同形式的结构体的组合方式决定着岩体结构类型。常见的岩体结构类型可划分
4、为块体 结构、镶嵌结构、碎裂结构、层状结构、层状碎裂结构和等六类。其主要特征见表6-2。二、岩体稳定性分析方法 在公路工程实践中，遇到的各种各样工程地质问题，归纳起来，主要就是路堑边坡稳定 问题以及路、桥地基稳定问题和隧道围岩稳定问题。这三方面的问题，实质上就是一个岩体 的稳定问题。所谓岩体稳定，它是一个相对的概念，是指在一定的时间内、一定的自然条件 和人为因素的影响下，岩体不产生破坏性的剪切滑动、塑性变形或张裂破坏。岩体稳定分析，目前一般多通过岩体结构分析、力学分析及对比分析进行，三者互相结 合，互相补充，互相验证，作出综合评价。表6-1 岩体结构面类型及其特征成因类型地质类型主要特征工程地
5、质评价产状分布性质沉积结构面1. 层理层面2. 软弱夹层一般与岩 层产状一 致，为层 间结构面一般呈层状分布，延 续性较强。在海相岩 层中分布不稳定，常 呈交错状。易尖灭较为平整，接触紧密滑坡多由此类结构面所造成1不整合面、假 整合面2.沉积间断面 （古风化夹层）多由碎屑、泥质等松散 物质构成，且不平整。易软化或泥化，强度较 低火成结构面侵入岩体与围岩接触面 岩脉、岩墙接触 面岩脉受构造结构面控制延伸较远、比较稳定可具熔合及破裂两种不同的特征一般不造成大规模 的岩体破坏,但有时 与构造断裂配合。也 可形成岩体的滑移3.冷凝原生裂隙受岩体接触面控制往往短小密集一般为张裂面，裂面较粗糙不平变质 结
6、构 面1片理产状与岩 层或构造 线方向一致短小密集光滑平整或为波浪式，在岩体深部闭合成隐蔽结构面常造成路堑边坡的 变形,对地下洞体稳 定也有影响2.片岩软弱夹层延伸较远、具固定层次含片状矿物，呈鳞片状构造 结构 面1裂隙2.断层与构造线呈一定关系张性断裂较短小，剪 切断裂延伸较远。常 互相交切成“X”型； 压性断裂规模巨大， 但有时为横断层切 割成不连续状张性断裂不平整，呈锯 齿状，常具次生充填； 剪切断裂较平直、光 滑；压性断层具带状分 布的断层泥、糜棱岩等对岩体稳定影响很 大，在许多岩体破坏 过程中，大都有构造 结构面的配合3.层间错动面与岩层一致一般呈层状分布，延展性较强物质破碎，呈鳞片
7、状，常含泥质物次生结构面1.卸荷裂隙一般平行于岸坡延续性一般不强，常 在地表2040m以内 发育属张裂面，常张开，多为风化碎屑物充填常在天然及人工边 坡上造成危害。有时 对桥基及浅埋隧道 亦有影响，但一般易 于处理2.风化裂隙无一定产状短小密集，主要在地表风化带内发育结构面参差不齐3.风化夹层受原结构面控制延续性一般不强，至岩体深部风化减弱充填物松散、破碎、含 泥质物，水稳定性很差4.泥化夹层与岩层一致延续性较强，但各段泥化程度不同结构面泥化，呈塑性状态5.次生夹泥层受原结构面控制延续性较差，近地表及河槽两侧较发育结构面物质细腻，强度甚低表6-2 岩体结构类型及其特征岩体结构类型岩体地质类型主
8、要结构体形式结构面发育情况工程地质评价块体结构厚层沉积岩侵入岩 火山岩 变质岩块状柱状裂隙为主岩体在整体上强度较高，变形特征接 近于均质弹性各向同性体。作为地基 及地下洞体具良好的工程地质条件， 边坡条件虽也属良好，但要注意不利 于岩体稳定的平缓裂隙。镶嵌结构侵入岩非沉积变质uu岩菱形锥形裂隙比较发育，有小断层错动带岩体在整体上强度仍高，但不连续性 较显著。局部处理后仍为良好地基， 边坡过陡时以崩塌出现，不易构成巨 大滑坡体，地下工程跨度不大时，崩 塌事故很少。碎裂结构构造破碎较强烈的岩体碎块状裂隙、断层及断层破 碎带交叉岩体完整性破坏较大，强度受软弱结 构面控制，易受地下水作用影响，岩 体稳
9、定性较差。在地基一般要求对规 模较大的断层作固结灌浆处理，边坡 有时出现较大变形，洞体要求衬砌。层状结构薄层沉积岩沉积变质岩板状楔状层理、片理、裂隙比较发育岩体呈层状，接近于均一的各向异性 介质。岩体稳定与岩层关系密切，在 地基及边坡出现破坏事故较多，应结 合工程的特点层状碎裂结构较强烈褶皱及破碎的层状岩体碎块状片状层理、片理、裂隙、 断层、层间错动而发 育岩体完整性破坏较大，整体强度较低， 软弱结构面发育，易受地下水不良作 用，稳定性很差。作为地基要求处理， 边坡设计应放缓，隧道施工中常与坍 塌，要求支撑紧跟加厚衬砌散体结构断层破碎带风化破碎带鳞片状碎屑状颗粒状断层破碎带，分化带及次生结构面
10、岩体强度遇到极大破坏，接近松散介质，稳定性最差。需采取措施处理(一)对比分析工程地质类比法 该法是将已有的天然边坡或人工边坡的研究经验(包括稳定的或破坏的)，用于新研究 边坡的稳定性分析，如坡角或计算参数的取值、边坡的处理措施等。类比法具有经验性和地 区性的特点，应用时必须全面分析已有边坡与新研究边坡两者之间的地貌、地层岩性、结构、 水文地质、自然环境、变形主导因素及发育阶段等方面的相似性和差异性，同时还应考虑工 程的规模、类型及其对边坡的特殊要求等。根据经验，存在下列条件时对边坡的稳定性不利：(1) 边坡及其邻近地段已有滑坡、崩塌、陷穴等不良地质现象存在。(2) 岩质边坡中有页岩、泥岩、片岩
11、等易风化、软化岩层或软硬交互的不利岩层组合。(3) 软弱结构面与坡面倾向一致或交角小于45,且结构面倾角小于坡角，或基岩面倾向 坡外且倾角较大。（4）地层渗透性差异大，地下水在弱透水层或基岩面上积聚流动；断层及裂隙中有承压 水出露。（5）坡上有水体漏水，水流冲刷坡脚或因河水位急剧升降引起岸坡内动力水的强烈作用。（6）边坡处于强震区或邻近地段，采用大爆破施工。采用工程地质类比法选取的经验值（如坡角、计算参数等）仅能用于地质条件简单的中、 小型边坡。（二）岩体稳定的结构分析赤平极射投影图法岩体的破坏，往往是一部分不稳定的结构体沿着某些结构面拉开，并沿着另一些结构面 向着一定的临空面滑移的结果。这就
12、揭示了岩体稳定性破坏所必需具备的边界条件（切割面、 滑动面和临空面）。所以，通过对岩体结构要素结构面和结构体分析，明确岩体滑移的边界 条件是否具备，就可以对岩体的稳定性作出判断。这就是岩体稳定的结构分析的基本内容和 实质。而赤平极射投影图法就是岩体稳定的结构分析的方法。1作图方法：以最基本的面结构面的产状为例作如下简单介绍。如已测得两结构面产状如表6-3表6-3 结构面产状表结构面走向倾向倾角J1N30 ESE40J2N20 WNE60作此两结构面的赤平极射投影图，并求其交线的倾向和倾角。其方法大致如下：（1）为了简化作图手续，先准备一个等角度赤平极射投影图（吴尔福网）（如图6-1）。 其制作
13、方法可参考有关文献。图6-1 吴尔福网图6-2（2）将透明纸放在投影网上，按相同半径画一圆，并注上南北、东西方向。（3）利用投影网在圆角的方位度数上，经过圆心绘N30 E及N20 W的方向线，分别注 为AC及BD。（4）转动透明纸，分别使AC、BD与投影网的上下垂之线（南北线）相合，在投影网的 水平线（东西线）上找出倾角为40。及60的点（倾向为NE、SE时在网的左边找，倾向为NW、 SW时在网的右边找），分别注上K及F。通过K、F点分别描绘40、60的经度线，即得结构 面JI、J2的赤平极射投影弧AKC和BFD。再分别延长OK、0F至圆周交于G、H点，就完成所求 结构面JI、J2的投影图。图
14、中AC、BD分别为JI、J2的走向；GK、HF表示JI、J2的倾角； KO、FO线的方向为JI、J2的倾向。(5) 找AKC和BFD的交点，注上M,连0M并延长至圆周交于P。M0线的方向即为JI、J2 交线的倾向，PM表示JI、J2交线的倾角(如图6-2)。2其分析步骤大致如下：(1) 对岩体结构面的类型、产状及其特征进行调查、统计、研究。(2) 对各种结构面及其空间组合关系以及结构体的立体形式进行图解分析。 调查统计结构面时，应和工程建筑物的具体方位联系起来，按一般野外地质方法进行。对多组结构面切割的岩体，要注意分清主次和结构面相互间的组合关系，再逐一测量，这样 才能较充分的表达出结构体的特
15、征。岩体结构的图解分析，在实践中多采用赤平极射投影并结合实体比例投影来进行，通过 岩体稳定分析示例来说明岩体稳定性的评价要点。利用赤平极射投影图可以初步判断边坡的稳定性：(1) 当结构面或结构面交线的倾向与坡面倾向相反时，边坡为稳定结构；(2) 当结构面或结构面交线的倾向与坡面倾向基本一致但其倾角大于坡角时，边坡为基 本稳定结构；(3) 当结构面或结构面交线的倾向与坡面倾向之间夹角小于45且倾角小于坡角时，边 坡为不稳定结构。6.1.2 岩质边坡破坏类型及影响因素1 岩质边坡破坏类型(见表6-4)表6-4 岩质边坡破坏类型破坏类型示意图特征平面破坏主要结构面的走向、倾向于坡面 基本一致，结构面的倾角
