第六章 岩质边坡稳定性的工程地质分析.ppt

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1、第六章 岩质边坡稳定性的工程地质分析概概 述述边坡包括自然边坡和人工边坡两种类型。边坡包括自然边坡和人工边坡两种类型。自然边坡：在自然地质作用下形成的山体斜坡、河谷岸坡、海岸自然边坡：在自然地质作用下形成的山体斜坡、河谷岸坡、海岸陡陡 崖等；崖等；人工边坡：人类工程活动形成的规模不同、陡缓不等的斜坡，例如人工边坡：人类工程活动形成的规模不同、陡缓不等的斜坡，例如 道路工程中的工程中的路堑、路堤边坡，房屋、桥梁工道路工程中的工程中的路堑、路堤边坡，房屋、桥梁工 程的基坑边坡，露天矿山的边坡，水电工程中的运河渠程的基坑边坡，露天矿山的边坡，水电工程中的运河渠 道边坡，船闸、溢洪道边坡、饮水水洞进、

2、出口边坡、道边坡，船闸、溢洪道边坡、饮水水洞进、出口边坡、土石坝边坡及坝肩边坡等。土石坝边坡及坝肩边坡等。(1)(1)通过勘察对边坡的稳定性做出评价和预测；通过勘察对边坡的稳定性做出评价和预测；(2)(2)为设计合理的工程边坡和制定有效的防治措施提供地质依据。为设计合理的工程边坡和制定有效的防治措施提供地质依据。边坡稳定性的工程地质分析意义：边坡稳定性的工程地质分析意义：广西凤山山体崩塌第一节第一节 边坡岩体应力分布的特征边坡岩体应力分布的特征一、边坡应力分布的一般特征一、边坡应力分布的一般特征 (1)(1)(1)(1)斜坡岩体的主应力迹线发生明显的偏转，斜坡岩体的主应力迹线发生明显的偏转，斜

3、坡岩体的主应力迹线发生明显的偏转，斜坡岩体的主应力迹线发生明显的偏转，总的特征为愈总的特征为愈总的特征为愈总的特征为愈接近边坡，最大主应力愈接近平行于斜坡临空面；而最小主应接近边坡，最大主应力愈接近平行于斜坡临空面；而最小主应接近边坡，最大主应力愈接近平行于斜坡临空面；而最小主应接近边坡，最大主应力愈接近平行于斜坡临空面；而最小主应力则愈与坡面近正交。力则愈与坡面近正交。力则愈与坡面近正交。力则愈与坡面近正交。(2)(2)(2)(2)在坡脚与河谷底部形成应力集中带在坡脚与河谷底部形成应力集中带在坡脚与河谷底部形成应力集中带在坡脚与河谷底部形成应力集中带。(3)(3)(3)(3)与主应力偏转相联

4、系，与主应力偏转相联系，与主应力偏转相联系，与主应力偏转相联系，最大剪应力迹线也发生偏转，呈最大剪应力迹线也发生偏转，呈最大剪应力迹线也发生偏转，呈最大剪应力迹线也发生偏转，呈凹向临空面的弧线凹向临空面的弧线凹向临空面的弧线凹向临空面的弧线。在最大、最小主应力差值最大的部位。在最大、最小主应力差值最大的部位。在最大、最小主应力差值最大的部位。在最大、最小主应力差值最大的部位(一一一一般在坡脚附近般在坡脚附近般在坡脚附近般在坡脚附近)，相应形成一个，相应形成一个，相应形成一个，相应形成一个最大剪应力区最大剪应力区最大剪应力区最大剪应力区，因而在这里容，因而在这里容，因而在这里容，因而在这里容易发

5、生剪切变形破坏易发生剪切变形破坏易发生剪切变形破坏易发生剪切变形破坏 。(4)(4)(4)(4)在坡顶和坡面的靠近表面部位，由于垂直于河谷的水平在坡顶和坡面的靠近表面部位，由于垂直于河谷的水平在坡顶和坡面的靠近表面部位，由于垂直于河谷的水平在坡顶和坡面的靠近表面部位，由于垂直于河谷的水平应力显著减小，甚至可出现拉应力，因而应力显著减小，甚至可出现拉应力，因而应力显著减小，甚至可出现拉应力，因而应力显著减小，甚至可出现拉应力，因而可形成一个拉应力带可形成一个拉应力带可形成一个拉应力带可形成一个拉应力带。其范围随坡角和平行于河谷的水平应力的增加而增大。其范围随坡角和平行于河谷的水平应力的增加而增大

6、。其范围随坡角和平行于河谷的水平应力的增加而增大。其范围随坡角和平行于河谷的水平应力的增加而增大。二滩坝址初始地应力场主应力分布图二滩坝址初始地应力场主应力分布图二滩坝址初始地应力场主应力分布图二滩坝址初始地应力场主应力分布图斜坡中的剪应力及主应力迹线斜坡中的剪应力及主应力迹线斜坡中的剪应力及主应力迹线斜坡中的剪应力及主应力迹线边边坡坡应应力力分分布布的的一一般般特特征征第二节第二节 边坡岩体变性破坏的类型与特征边坡岩体变性破坏的类型与特征边坡变形：边坡变形：指坡体只产生局部部位的位移和微破裂，岩块只出现微指坡体只产生局部部位的位移和微破裂，岩块只出现微量的脚变化，没有显著的剪切位移或滚动，因

7、而边坡不至引起整体量的脚变化，没有显著的剪切位移或滚动，因而边坡不至引起整体失稳。失稳。边坡破坏：边坡破坏：指坡体以一定的速度出现较大的位移，边坡岩体产指坡体以一定的速度出现较大的位移，边坡岩体产生整体滑动、滚动或转动。生整体滑动、滚动或转动。二者在边坡变化过程中是相互密切联系的。边坡破坏前，二者在边坡变化过程中是相互密切联系的。边坡破坏前，边坡岩体总要经历一个从徐变到巨变的变形过程。边坡岩体总要经历一个从徐变到巨变的变形过程。常见的边坡变性破坏主要类型有：松弛张裂、蠕动、崩坍、倾常见的边坡变性破坏主要类型有：松弛张裂、蠕动、崩坍、倾倒、溃屈和滑坡。倒、溃屈和滑坡。松弛张裂是边坡的侧向应力松弛

8、张裂是边坡的侧向应力削弱后，由于卸荷回弹而在斜坡削弱后，由于卸荷回弹而在斜坡上出现张裂的现象。上出现张裂的现象。随着河谷的进一步深切，则随着河谷的进一步深切，则卸荷裂隙向深部发展，还可以产卸荷裂隙向深部发展，还可以产生与坡面大角度相交或近于垂直生与坡面大角度相交或近于垂直的剪切裂隙，卸荷裂隙由坡面向的剪切裂隙，卸荷裂隙由坡面向深部有时呈多层发育，在边坡形深部有时呈多层发育，在边坡形成松弛张裂成松弛张裂卸荷裂隙带。卸荷裂隙带。一、松弛张裂一、松弛张裂峡谷地区卸荷发育示意图峡谷地区卸荷发育示意图峡谷地区卸荷发育示意图峡谷地区卸荷发育示意图砂岩中的柱状节理（松弛张裂）砂岩中的柱状节理（松弛张裂）砂岩

9、中的柱状节理（松弛张裂）砂岩中的柱状节理（松弛张裂）卸卸卸卸 荷荷荷荷 张张张张 裂裂裂裂二、蠕动变形二、蠕动变形二、蠕动变形二、蠕动变形 蠕动变形蠕动变形蠕动变形蠕动变形，是指边坡岩体主要在重力作用下向临空方向，是指边坡岩体主要在重力作用下向临空方向，是指边坡岩体主要在重力作用下向临空方向，是指边坡岩体主要在重力作用下向临空方向发生长期缓慢的塑性变形的现象，有发生长期缓慢的塑性变形的现象，有发生长期缓慢的塑性变形的现象，有发生长期缓慢的塑性变形的现象，有表层蠕动和深层蠕动两表层蠕动和深层蠕动两表层蠕动和深层蠕动两表层蠕动和深层蠕动两种种种种类型。类型。类型。类型。表层蠕动表层蠕动表层蠕动表层

10、蠕动主要表现为边坡表部岩体发生弯曲变形，多是主要表现为边坡表部岩体发生弯曲变形，多是主要表现为边坡表部岩体发生弯曲变形，多是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，甚至从下部未经变动的部分向上逐渐连续向临空方向弯曲，甚至从下部未经变动的部分向上逐渐连续向临空方向弯曲，甚至从下部未经变动的部分向上逐渐连续向临空方向弯曲，甚至倒转、破裂、倾倒。倒转、破裂、倾倒。倒转、破裂、倾倒。倒转、破裂、倾倒。表层蠕动多发生在陡倾层状岩层或陡倾结构面发育的岩表层蠕动多发生在陡倾层状岩层或陡倾结构面发育的岩表层蠕动多发生在陡倾层状岩层或陡倾结构面发育的岩表层蠕动多发

11、生在陡倾层状岩层或陡倾结构面发育的岩体中，层面或结构面走向与斜坡面走向平行或交角很小。一体中，层面或结构面走向与斜坡面走向平行或交角很小。一体中，层面或结构面走向与斜坡面走向平行或交角很小。一体中，层面或结构面走向与斜坡面走向平行或交角很小。一般反坡向倾斜或倾角大于般反坡向倾斜或倾角大于般反坡向倾斜或倾角大于般反坡向倾斜或倾角大于60606060 者更易发生。者更易发生。者更易发生。者更易发生。深层蠕动深层蠕动深层蠕动深层蠕动，是由于坚硬岩层组成的边坡底部存在较厚的，是由于坚硬岩层组成的边坡底部存在较厚的，是由于坚硬岩层组成的边坡底部存在较厚的，是由于坚硬岩层组成的边坡底部存在较厚的软弱岩层时

12、，由软弱岩层发生塑性流动而引起的长期缓慢的软弱岩层时，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。边坡蠕动变形。边坡蠕动变形。边坡蠕动变形。表层蠕动变形示意图表层蠕动变形示意图表层蠕动变形示意图表层蠕动变形示意图深层蠕动示意图深层蠕动示意图 三、崩塌三、崩塌1 1、定义：崩塌指在陡峭地段，边坡上、定义：崩塌指在陡峭地段，边坡上部的岩体受陡倾裂隙切割，在重力作用部的岩体受陡倾裂隙切割，在重力作用下，突然以高速脱离母岩翻滚堕落的急下，突然以高速脱离母岩翻滚堕落的急剧变性破坏现象。剧变性

13、破坏现象。2 2、类型：规模巨大的山区崩塌，称为、类型：规模巨大的山区崩塌，称为山崩；小型崩塌，成为坠石。山崩；小型崩塌，成为坠石。3 3、堆积体：崩塌以自由坠落为其主要、堆积体：崩塌以自由坠落为其主要运动形式，岩块在斜坡上翻滚滑动并相运动形式，岩块在斜坡上翻滚滑动并相互摩擦破碎后堆积于坡脚，形成岩堆或互摩擦破碎后堆积于坡脚，形成岩堆或崩积体。崩积体。4 4、地貌：岩堆（倒石堆，倒石锥）、地貌：岩堆（倒石堆，倒石锥）盐池河崩塌盐池河崩塌盐池河崩塌盐池河崩塌 形成原因：形成原因：1.地形：高陡边坡前缘。地形切割越强烈，高差越大越易地形：高陡边坡前缘。地形切割越强烈，高差越大越易形成崩塌。形成崩塌

14、。2.岩性：厚层坚硬脆性岩体。如砂岩、石灰岩、石英岩、岩性：厚层坚硬脆性岩体。如砂岩、石灰岩、石英岩、花岗岩等。花岗岩等。3.岩体结构：软弱夹层。岩体结构：软弱夹层。4.下部有洞穴、采空区等。下部有洞穴、采空区等。岩崩的形成机理 岩崩的形成机理，一般有下列三种。(1)边坡被陡倾裂隙深切，在外力及自重力的作用下逐渐向坡外倾斜、弯曲，陡倾裂隙被拉开，岩体下部因弯曲而被拉裂、折断，进而倾倒崩塌。(2)在坚硬岩层的下部存在有软弱岩层，当它发生塑性蠕变(塑性流动或剪切蠕变)时，则可导致上部岩层深陷、下滑、拉裂以至倾倒崩塌。(3)下部有洞穴或采空，岩体沉陷、陷落，将边部岩体挤出，倾倒崩塌。坠石（风化后）坠

15、石（风化后）坠石（风化后）坠石（风化后）崩塌过程示意图崩塌过程示意图崩塌过程示意图崩塌过程示意图两种情况下的崩塌两种情况下的崩塌两种情况下的崩塌两种情况下的崩塌崩落实例崩落实例崩落实例崩落实例 滑坡是指边坡一部分岩体以一定加速度沿某一滑动面发生滑坡是指边坡一部分岩体以一定加速度沿某一滑动面发生剪切滑动的现象。滑动面可以是受剪应力最大的贯通性剪切破剪切滑动的现象。滑动面可以是受剪应力最大的贯通性剪切破坏面或带，也可以是岩体中已有的软弱结构面。按滑动面的形坏面或带，也可以是岩体中已有的软弱结构面。按滑动面的形态，可划分为圆弧形滑面和平面两种类型。态，可划分为圆弧形滑面和平面两种类型。四、滑坡四、滑

16、坡1.1.1.1.滑坡的形态及特征滑坡的形态及特征滑坡的形态及特征滑坡的形态及特征（1）冠冠（2）主断壁主断壁（3）顶顶（4）头头（5）次断壁次断壁（6）主滑体主滑体（7）足足（8）趾尖趾尖（9）趾趾（10）破坏面破坏面（11）破坏面趾破坏面趾（12）滑覆面（分隔面）滑覆面（分隔面）（13）滑移体滑移体（14）减损带减损带（15）加积带加积带（16）减损坳陷减损坳陷（17）减损体减损体（18）加积体加积体（19）侧翼侧翼（20）原始地面）原始地面 滑坡特征示意图滑坡特征示意图滑坡特征示意图滑坡特征示意图2003年年7月月13日日 三峡库区沙镇溪发生千将坪滑坡，三峡库区沙镇溪发生千将坪滑坡，致使

17、致使24人失踪。人失踪。滑坡壁滑坡壁滑坡周界滑坡周界2 2 2 2滑坡分类滑坡分类滑坡分类滑坡分类按滑动面与岩层构造关系及始滑部位划分的滑坡类型按滑动面与岩层构造关系及始滑部位划分的滑坡类型按滑动面与岩层构造关系及始滑部位划分的滑坡类型按滑动面与岩层构造关系及始滑部位划分的滑坡类型3 3、滑坡判断的标志、滑坡判断的标志 滑坡形成以后，常在地表形成地形地貌、岩性滑坡形成以后，常在地表形成地形地貌、岩性及岩土结构、水文地质条件等各种局部异常现象，及岩土结构、水文地质条件等各种局部异常现象，根据这些异常现象即可判断滑坡体的存在与否。根据这些异常现象即可判断滑坡体的存在与否。1、地形地貌及地物标志；地

18、形地貌及地物标志；2、岩土结构特征；岩土结构特征；3、水文地质标志；水文地质标志；4、滑坡边界及滑坡床标志。滑坡边界及滑坡床标志。滑坡体上的树木歪斜滑坡体上的树木歪斜,像醉汉一样像醉汉一样,东倒西歪东倒西歪,显示滑坡已滑动解体显示滑坡已滑动解体 树木茂密，形成大片马刀树，表示浅层滑移明显树木茂密，形成大片马刀树，表示浅层滑移明显 内在因素：内在因素：组成边坡岩土体的性质、地质构造、岩土体结构、组成边坡岩土体的性质、地质构造、岩土体结构、岩体初始应力等；岩体初始应力等；外在因素：外在因素：水的作用、地震、岩石风化、工程荷载条件及人工水的作用、地震、岩石风化、工程荷载条件及人工 开挖等。开挖等。内

19、在因素对边坡的稳定性起控制作用，外部因素则使边坡内在因素对边坡的稳定性起控制作用，外部因素则使边坡的下滑力增大，岩土体的强度降低而消弱岩土体的抗滑力，促的下滑力增大，岩土体的强度降低而消弱岩土体的抗滑力，促进边坡变性破坏的发生和发展。进边坡变性破坏的发生和发展。第三节第三节 影响边坡稳定性的因素影响边坡稳定性的因素一、岩土类型和性质的影响一、岩土类型和性质的影响地层岩性的差异是影响边坡稳定的主要因素。地层岩性的差异是影响边坡稳定的主要因素。1 1）深成侵入岩、厚层坚硬沉积岩以及片麻岩、石英岩等构成的深成侵入岩、厚层坚硬沉积岩以及片麻岩、石英岩等构成的边坡，一般稳定性较高；边坡，一般稳定性较高；

20、2 2）喷出岩边坡，如：玄武岩、凝灰岩、安山岩、火山角砾岩等，喷出岩边坡，如：玄武岩、凝灰岩、安山岩、火山角砾岩等，其原生节理（尤其是柱状节理其原生节理（尤其是柱状节理)发育时，容易形成直立坡而产生发育时，容易形成直立坡而产生崩塌；崩塌；3 3）含有粘土质页岩、泥岩、煤层、泥灰岩、石膏等夹层的沉积含有粘土质页岩、泥岩、煤层、泥灰岩、石膏等夹层的沉积岩边坡，最易产生顺层滑动，或因深层蠕动而造成崩塌；岩边坡，最易产生顺层滑动，或因深层蠕动而造成崩塌；4 4）千枚岩、板岩及片岩，软弱易风化，容易出现蠕动现象；千枚岩、板岩及片岩，软弱易风化，容易出现蠕动现象；5 5）黄土具有垂直节理、疏松透水，浸水后

21、容易崩解湿陷。黄土具有垂直节理、疏松透水，浸水后容易崩解湿陷。6 6）崩积物、残坡积物。容易沿下伏基岩的接触面产生滑动。崩积物、残坡积物。容易沿下伏基岩的接触面产生滑动。二、地质构造和岩体结构的影响二、地质构造和岩体结构的影响 地质构造因素对边坡稳定性，特别是岩质边坡稳定性的影响地质构造因素对边坡稳定性，特别是岩质边坡稳定性的影响是十分明显。是十分明显。1 1）在区域构造比较复杂，褶皱比较强烈，新构造运动比较活动在区域构造比较复杂，褶皱比较强烈，新构造运动比较活动的地区，边坡稳定性较差，常出现巨大型滑坡及滑坡群；的地区，边坡稳定性较差，常出现巨大型滑坡及滑坡群；2 2）断层、节理裂隙发育特征和

22、岩体结构对边坡稳定的影响也是断层、节理裂隙发育特征和岩体结构对边坡稳定的影响也是十分明显的，极易发生滑坡；十分明显的，极易发生滑坡；3 3）岩层或结构面的产状对边坡稳定有很大的影响。岩层或结构面的产状对边坡稳定有很大的影响。三、水的作用的影响三、水的作用的影响地表水和地下水是影响边坡稳定性的重要因素。不少滑坡的典型地表水和地下水是影响边坡稳定性的重要因素。不少滑坡的典型实例都与水的作用有关或者水是滑坡的触发因素，水的作用主要实例都与水的作用有关或者水是滑坡的触发因素，水的作用主要表现在：表现在：1 1）处于水下的透水边坡将承受水的浮托力的作用处于水下的透水边坡将承受水的浮托力的作用；2 2）而

23、不透水的边坡，坡面将承受静水压力而不透水的边坡，坡面将承受静水压力，充水的张开裂隙也将充水的张开裂隙也将承受裂隙水静水压力的作用承受裂隙水静水压力的作用；3 3）地下水的渗流，将对边坡体产生动水压力；地下水的渗流，将对边坡体产生动水压力；4 4）水对边坡岩土体还产生软化或泥化作用，使岩土体的抗剪强度水对边坡岩土体还产生软化或泥化作用，使岩土体的抗剪强度大为降低；大为降低；5 5）地表水的冲刷，地下水的溶蚀和潜蚀也直接对边坡产生破坏作地表水的冲刷，地下水的溶蚀和潜蚀也直接对边坡产生破坏作用；用；四、地震作用的影响四、地震作用的影响 地震对边坡稳定性的影响较大。在地震的作用下，首先使边坡地震对边坡

24、稳定性的影响较大。在地震的作用下，首先使边坡岩体的结构发生破坏或变化，出现新的结构面，或使原有结构面岩体的结构发生破坏或变化，出现新的结构面，或使原有结构面张裂、松弛，饱水砂层出现振动液化，地下水状态亦有较大的变张裂、松弛，饱水砂层出现振动液化，地下水状态亦有较大的变化。在地震力的反复振动冲击下，边坡沿结构面发生位移变形，化。在地震力的反复振动冲击下，边坡沿结构面发生位移变形，直至破坏。直至破坏。五、工程荷载的影响五、工程荷载的影响 如拱坝坝肩承受的拱端推力；边坡坡肩附近修建大型水工建筑如拱坝坝肩承受的拱端推力；边坡坡肩附近修建大型水工建筑物引起的坡顶超载；压力隧洞内水压力传递给边坡的裂隙水压

25、力；物引起的坡顶超载；压力隧洞内水压力传递给边坡的裂隙水压力；库水对库岸的浪击淘刷力；预应力锚固时所加的预应力等。由于库水对库岸的浪击淘刷力；预应力锚固时所加的预应力等。由于工程的运行，也可能间接地影响边坡的稳定。工程的运行，也可能间接地影响边坡的稳定。除上述因素外，坡脚人工开挖、爆破影响、岩体风化作用，引除上述因素外，坡脚人工开挖、爆破影响、岩体风化作用，引水渠道的修建，黄土湿陷等，均可引起边坡的变形与破坏。水渠道的修建，黄土湿陷等，均可引起边坡的变形与破坏。第四节第四节 岩质边坡稳定性的评价方法岩质边坡稳定性的评价方法边坡稳定性的工程地质评价方法可概括为地质分析法（历史成因边坡稳定性的工程

26、地质评价方法可概括为地质分析法（历史成因分析法）、力学计算法（包括极限平衡法、有限单元法和图解分分析法）、力学计算法（包括极限平衡法、有限单元法和图解分析法）和工程地质类比法。析法）和工程地质类比法。(1)(1)对与工程建设有关的天然边坡或人工边坡的稳定性做出定性和对与工程建设有关的天然边坡或人工边坡的稳定性做出定性和 定量评价；定量评价；(2)(2)为设计合理的人工边坡和边坡变性破坏的防治措施提供依据。为设计合理的人工边坡和边坡变性破坏的防治措施提供依据。边坡稳定性的工程地质评价任务：边坡稳定性的工程地质评价任务：边坡稳定分析前应具备资料：边坡稳定分析前应具备资料：地形和地貌特征；地形和地貌

27、特征；地层岩地层岩性和岩土体结构特征；性和岩土体结构特征；断层、裂隙和软弱层的分布、产状、断层、裂隙和软弱层的分布、产状、充填物质以及结构面的组合与连通率；充填物质以及结构面的组合与连通率；边坡岩体风化、卸荷边坡岩体风化、卸荷深度；深度；各类岩土和潜在滑动面的物理力学参数以及岩体应力；各类岩土和潜在滑动面的物理力学参数以及岩体应力；岩土体变形监测和地下水观测资料；岩土体变形监测和地下水观测资料；坡脚淹没、地表水位坡脚淹没、地表水位变幅和坡体透水与排水资料；变幅和坡体透水与排水资料；降雨历时、降雨强度和冻融资降雨历时、降雨强度和冻融资料；料；地震基本烈度和动参数；地震基本烈度和动参数；边坡施工开

28、挖方式、开挖程边坡施工开挖方式、开挖程序、爆破方法、边坡外荷载、坡脚采空和开挖坡的高度和坡度序、爆破方法、边坡外荷载、坡脚采空和开挖坡的高度和坡度等。等。一、地质分析法一、地质分析法 地质分析法是根据边坡的地貌形态、地质条件和边坡变形破地质分析法是根据边坡的地貌形态、地质条件和边坡变形破坏的基本规律，追溯边坡演变的全过程，预测边坡稳定性发展的坏的基本规律，追溯边坡演变的全过程，预测边坡稳定性发展的总趋势和边坡变形破坏方式，对边坡的稳定性作出定性评价。对总趋势和边坡变形破坏方式，对边坡的稳定性作出定性评价。对发生过滑坡的边坡，则判断其能否复活或转化。大致包括以下内发生过滑坡的边坡，则判断其能否复

29、活或转化。大致包括以下内容：容：1）根据边坡的地貌形态演变预测和评价边坡的稳定性；）根据边坡的地貌形态演变预测和评价边坡的稳定性；2）根据地层岩性、地质构造等地质条件分析边坡变性破坏的形）根据地层岩性、地质构造等地质条件分析边坡变性破坏的形 式；式；3）根据边坡变形体的外形和内部变形迹象判断边坡的演变阶段；）根据边坡变形体的外形和内部变形迹象判断边坡的演变阶段；4）根据周期性规律判定促进边坡演变的主导因素；）根据周期性规律判定促进边坡演变的主导因素；5）边坡稳定性的区域性评价。）边坡稳定性的区域性评价。二、常规力学法计算二、常规力学法计算一、土质边坡一、土质边坡 以极限平衡理论为基础计算土坡的

30、稳定性，常见的方法有瑞以极限平衡理论为基础计算土坡的稳定性，常见的方法有瑞典条分法、毕肖普法、泰勒摩擦圆法等，这些方法计算土坡的稳典条分法、毕肖普法、泰勒摩擦圆法等，这些方法计算土坡的稳定性，假定边坡破坏时的滑面形态为圆弧形（圆柱面形），通过定性，假定边坡破坏时的滑面形态为圆弧形（圆柱面形），通过试算或根据经验找出最危险滑动圆弧的中心。边坡的稳定关系数试算或根据经验找出最危险滑动圆弧的中心。边坡的稳定关系数K K的定义为：沿圆弧形滑面的抗滑力和滑动力对滑弧圆心的力矩之的定义为：沿圆弧形滑面的抗滑力和滑动力对滑弧圆心的力矩之比。比。无粘性土的土坡稳定无粘性土的土坡稳定 1 1 1 1、一般情况下

31、的无粘性土土坡稳定、一般情况下的无粘性土土坡稳定、一般情况下的无粘性土土坡稳定、一般情况下的无粘性土土坡稳定下滑力下滑力下滑力下滑力单元体下土体单元体下土体单元体下土体单元体下土体提供的支撑力提供的支撑力提供的支撑力提供的支撑力单元体下土体单元体下土体单元体下土体单元体下土体提供的抗滑力提供的抗滑力提供的抗滑力提供的抗滑力单元体对其下单元体对其下单元体对其下单元体对其下土体的压力土体的压力土体的压力土体的压力单元体下土体可提供的最大抗滑力单元体下土体可提供的最大抗滑力单元体下土体可提供的最大抗滑力单元体下土体可提供的最大抗滑力无粘性土的土坡稳定无粘性土的土坡稳定 2 2、有渗流情况下的无粘性土

32、土坡稳定、有渗流情况下的无粘性土土坡稳定下滑力下滑力下滑力下滑力单元体下土体单元体下土体单元体下土体单元体下土体提供的支撑力提供的支撑力提供的支撑力提供的支撑力单元体下土体单元体下土体单元体下土体单元体下土体提供的抗滑力提供的抗滑力提供的抗滑力提供的抗滑力单元体对其下单元体对其下单元体对其下单元体对其下土体的压力土体的压力土体的压力土体的压力单元体下土体可提供的最大抗滑力单元体下土体可提供的最大抗滑力单元体下土体可提供的最大抗滑力单元体下土体可提供的最大抗滑力顺坡出流顺坡出流顺坡出流顺坡出流粘性土土坡整体圆弧滑动及条分法粘性土土坡整体圆弧滑动及条分法 1 1、整体圆弧滑动稳定分析、整体圆弧滑动

33、稳定分析稳定安全系数：滑动面上平均抗剪强度与平均剪应力稳定安全系数：滑动面上平均抗剪强度与平均剪应力稳定安全系数：滑动面上平均抗剪强度与平均剪应力稳定安全系数：滑动面上平均抗剪强度与平均剪应力 之比。即之比。即之比。即之比。即对均质粘性土土坡，稳定安全系数也可定义为：滑动对均质粘性土土坡，稳定安全系数也可定义为：滑动面上最大抗滑力矩与滑动力矩之比。即面上最大抗滑力矩与滑动力矩之比。即 最危险滑弧的寻找最危险滑弧的寻找1 1、确定可能的圆心范围；、确定可能的圆心范围；2 2、对每个圆心，选择不同、对每个圆心，选择不同滑弧半径，计算各滑弧安滑弧半径，计算各滑弧安全系数；全系数；3 3、比较所有安全

34、系数，选、比较所有安全系数，选最小值。最小值。粘性土土坡整体圆弧滑动及条分法粘性土土坡整体圆弧滑动及条分法1 1、整体圆弧滑动稳定分析、整体圆弧滑动稳定分析对对o o点力矩平衡：点力矩平衡：安全系数：安全系数：对饱和粘土，在不排水条件下：对饱和粘土，在不排水条件下：粘性土土坡整体圆弧滑动及条分法粘性土土坡整体圆弧滑动及条分法1 1、整体圆弧滑动稳定分析、整体圆弧滑动稳定分析安全系数：安全系数：粘性土坡，竖向裂缝，滑弧变短。粘性土坡，竖向裂缝，滑弧变短。粘性土土坡整体圆弧滑动及条分法粘性土土坡整体圆弧滑动及条分法1 1、整体圆弧滑动稳定分析、整体圆弧滑动稳定分析粘性土土坡整体圆弧滑动及条分法粘性

35、土土坡整体圆弧滑动及条分法 2 2、条分法及其受力分析、条分法及其受力分析 极限平衡分析的条分法：土体为不变形刚体，极限平衡分析的条分法：土体为不变形刚体，滑面为连续面。滑面为连续面。n-1n3i21biWiZiEiZi+1Ei+1XiXi+1 bi未知量分析：未知量分析：粘性土土坡整体圆弧滑动及条分法粘性土土坡整体圆弧滑动及条分法2 2、条分法及其受力分析、条分法及其受力分析3 3、常用条分法的简化假设、常用条分法的简化假设 瑞典条分法：假设滑动面为圆弧面，不考虑条间力，即瑞典条分法：假设滑动面为圆弧面，不考虑条间力，即瑞典条分法：假设滑动面为圆弧面，不考虑条间力，即瑞典条分法：假设滑动面为

36、圆弧面，不考虑条间力，即E E E Ei i i i=X=X=X=Xi i i i=0=0=0=0，减少，减少，减少，减少3n-33n-33n-33n-3个未知数。个未知数。个未知数。个未知数。简化毕肖普条分法：假设滑动面为圆弧面，不考虑切向条简化毕肖普条分法：假设滑动面为圆弧面，不考虑切向条简化毕肖普条分法：假设滑动面为圆弧面，不考虑切向条简化毕肖普条分法：假设滑动面为圆弧面，不考虑切向条间力，即间力，即间力，即间力，即X X X Xi i i i=0=0=0=0，减少，减少，减少，减少n-1n-1n-1n-1个未知数。个未知数。个未知数。个未知数。杨布条分法：假设滑动面为任意面，条间法向作

37、用力的作杨布条分法：假设滑动面为任意面，条间法向作用力的作杨布条分法：假设滑动面为任意面，条间法向作用力的作杨布条分法：假设滑动面为任意面，条间法向作用力的作用点在滑面以上用点在滑面以上用点在滑面以上用点在滑面以上1/31/31/31/3土条高度处，减少土条高度处，减少土条高度处，减少土条高度处，减少n-1n-1n-1n-1个未知数。个未知数。个未知数。个未知数。其他条分法：假设滑动面为任意面，法向条间力和切向条其他条分法：假设滑动面为任意面，法向条间力和切向条其他条分法：假设滑动面为任意面，法向条间力和切向条其他条分法：假设滑动面为任意面，法向条间力和切向条间力之间为某种函数关系，减少间力之

38、间为某种函数关系，减少间力之间为某种函数关系，减少间力之间为某种函数关系，减少n-1n-1n-1n-1个未知数。如不平衡推个未知数。如不平衡推个未知数。如不平衡推个未知数。如不平衡推力法、摩根斯袒力法、摩根斯袒力法、摩根斯袒力法、摩根斯袒普赖斯法等。普赖斯法等。普赖斯法等。普赖斯法等。粘性土土坡整体圆弧滑动及条分法粘性土土坡整体圆弧滑动及条分法基本公式基本公式底面法向静力平衡底面法向静力平衡底面法向静力平衡底面法向静力平衡:hi底面切向静力平衡底面切向静力平衡底面切向静力平衡底面切向静力平衡:能提供的最大抗滑力能提供的最大抗滑力能提供的最大抗滑力能提供的最大抗滑力:安全系数的定义安全系数的定义

39、安全系数的定义安全系数的定义:所有作用力对滑弧圆心取力矩平衡所有作用力对滑弧圆心取力矩平衡所有作用力对滑弧圆心取力矩平衡所有作用力对滑弧圆心取力矩平衡:二、岩质边坡二、岩质边坡 首先弄清楚边坡滑体的边界条件（滑动面、切割面、临空面）首先弄清楚边坡滑体的边界条件（滑动面、切割面、临空面）；而后根据结构面的产状及组合情况，把边坡岩体的滑动破坏划；而后根据结构面的产状及组合情况，把边坡岩体的滑动破坏划分为：同倾向单滑面型、同倾向双滑面型和多滑面型、不同倾向分为：同倾向单滑面型、同倾向双滑面型和多滑面型、不同倾向双滑面型和多滑面型；根据不同的滑动破坏类型进行分析，前三双滑面型和多滑面型；根据不同的滑动

40、破坏类型进行分析，前三类可采用极限平衡理论按平面问题分析，后两者被滑动面切割成类可采用极限平衡理论按平面问题分析，后两者被滑动面切割成形状复杂的楔形，需要配合赤平投影法和实体比例投影法，按空形状复杂的楔形，需要配合赤平投影法和实体比例投影法，按空间课题分析或采用块体矢量分析法。风化破碎的裂隙岩体可按圆间课题分析或采用块体矢量分析法。风化破碎的裂隙岩体可按圆弧形滑动面，与土坡稳定分析相同。弧形滑动面，与土坡稳定分析相同。单滑面平面滑动破坏单滑面平面滑动破坏平面滑动的一般条件：平面滑动的一般条件：1）滑动面的走向必须与坡面平行或接近平行（约在）滑动面的走向必须与坡面平行或接近平行（约在20的范的范

41、围内）；围内）；2）滑动面必须在边坡面露出，即滑动面的倾角）滑动面必须在边坡面露出，即滑动面的倾角必小于坡面的必小于坡面的倾角倾角，即，即；3）滑动面的倾角）滑动面的倾角必大于该平面的摩擦角必大于该平面的摩擦角 ，即，即 ；4）岩体中必须存在对于滑动阻力很小的分离面，以定出滑动）岩体中必须存在对于滑动阻力很小的分离面，以定出滑动的侧面边界。的侧面边界。单滑面平面滑动破坏单滑面平面滑动破坏基本假定：基本假定：1）滑动面及张裂隙的走向平行于坡面；）滑动面及张裂隙的走向平行于坡面；2）张裂隙垂直，其中充水深度为）张裂隙垂直，其中充水深度为 ；3）水沿张裂隙缝底进入滑动面渗漏，张裂隙底与坡趾间的长）水

42、沿张裂隙缝底进入滑动面渗漏，张裂隙底与坡趾间的长度内水压力按线性变化至零（三角形分布）；度内水压力按线性变化至零（三角形分布）；4）滑动块体重量）滑动块体重量 、滑动面上水压力、滑动面上水压力 和张裂缝中水压力和张裂缝中水压力 三个均通过滑体的重心。换言之，假定没有使岩块转动的力矩，三个均通过滑体的重心。换言之，假定没有使岩块转动的力矩，破坏只是由于滑动。破坏只是由于滑动。单滑面平面滑动破坏单滑面平面滑动破坏楔形滑动岩坡稳定分析楔形滑动岩坡稳定分析三、过程机制分析法三、过程机制分析法四、近代理论计算方法四、近代理论计算方法 工程地质类比法的实质是把已有的自然边坡或人工边坡工程地质类比法的实质是

43、把已有的自然边坡或人工边坡的研究设计经验，应用到条件相似的新边坡的研究和人工边的研究设计经验，应用到条件相似的新边坡的研究和人工边坡的研究设计中去。采用该方法需要对已有边坡进行广泛的坡的研究设计中去。采用该方法需要对已有边坡进行广泛的调查研究，全面分析工程地质因素的相似性和差异性，分析调查研究，全面分析工程地质因素的相似性和差异性，分析影响边坡变形发展的主导因素的相似性和差异性。此外，还影响边坡变形发展的主导因素的相似性和差异性。此外，还应考虑工程的类别、等级以及对边坡的特征要求等。应考虑工程的类别、等级以及对边坡的特征要求等。工程地质类比法虽然是一种经验方法，但在边坡设计中，工程地质类比法虽

44、然是一种经验方法，但在边坡设计中，特别是中小型工程的设计中是很通用的一种方法。特别是中小型工程的设计中是很通用的一种方法。五、工程地质类比法五、工程地质类比法六、赤平极射投影等结构面的图示方法六、赤平极射投影等结构面的图示方法 岩岩体体结结构构的的图图解解分分析析，在在实实践践中中多多采采用用赤赤平平极极射射投投影影来来进进行行。下下面面着着重重介介绍绍赤赤平平极极射射投投影影的的基基本本原原理理及及作作图图方方法法，最最后后通通过过边边坡坡岩岩体体稳稳定定分分析析示示例例来来说说明明岩岩体体稳稳定定性性的的评价要点。评价要点。(一)赤平极射投影的原理 赤平极射投影，是利用一个球体作投影工具赤

45、平极射投影，是利用一个球体作投影工具(图图17-21)17-21)，通过球心作一平面通过球心作一平面ESWN(ESWN(叫赤平面叫赤平面)作为投影平面。极射作为投影平面。极射就是从球体的一个端点就是从球体的一个端点F F发出射线，如发出射线，如FPFP，F F称为极点，称为极点，P P为球体上的一个质点。由极点为球体上的一个质点。由极点F F向向P P发出的射线必然交于赤发出的射线必然交于赤平面于平面于MM点，点，MM就是就是P P点在赤平面的投影。实际上，赤平点在赤平面的投影。实际上，赤平极射投影是把点、线、面的位置投影到球面上，然后再把极射投影是把点、线、面的位置投影到球面上，然后再把它们

46、投影到赤平面上，化立体为平面。目前，我国在工程它们投影到赤平面上，化立体为平面。目前，我国在工程地质实际应用中，习惯采用上半球作球面投影，从下半球地质实际应用中，习惯采用上半球作球面投影，从下半球球极球极(F)(F)发出射线的方法，投影上半球的物体。发出射线的方法，投影上半球的物体。图17-21 点、线、面的赤平极射投影 1 1点的投影点的投影 如图如图17-21a)17-21a)所示的所示的MM点即为点即为P P点在赤平面上的投影。点在赤平面上的投影。P P点在球面上绕南北轴旋转一周，它的投影点点在球面上绕南北轴旋转一周，它的投影点MM也绕也绕0 0点旋点旋转一周。转一周。2 2线的投影线的

47、投影 如图如图17-21b)17-21b)所示所示0B0B为通过球心的直线，它与赤平面夹为通过球心的直线，它与赤平面夹角为，角为，OBOB线在赤平面上的投影为线在赤平面上的投影为OMOM。从图中可以看出，。从图中可以看出，MOMO的方向与的方向与OBOB线的倾向一致。线的倾向一致。OMOM线段的长度随夹角的线段的长度随夹角的大小而变化，角越大，大小而变化，角越大，OMOM线越短，反之，越长。当线越短，反之，越长。当=时，时，OM=0OM=0，即为，即为O O点。当点。当=时，时，OM=OWOM=OW。因此，赤道大圆的。因此，赤道大圆的半径可以表示空间线段的倾角半径可以表示空间线段的倾角。3 3

48、面的投影面的投影 如图如图17-21b)17-21b)所示所示NBSDNBSD为一通过心的倾斜平面，它与为一通过心的倾斜平面，它与球面的交线为一个大圆。自球面的交线为一个大圆。自F F极点仰观上半球极点仰观上半球NBSNBS面，其面，其赤平投影为赤平投影为NMSNMS圆弧。将赤平面从球体中取出来，即如图圆弧。将赤平面从球体中取出来，即如图1721c)1721c)所示。从图可知：所示。从图可知：NSNS的方向代表的方向代表NBSDNBSD面的走向；面的走向；MOMO的方向代表该面的倾向；同线的投影一样，的方向代表该面的倾向；同线的投影一样，WMWM线的线的长短反映面的倾角。倾角的刻度是自长短反映

49、面的倾角。倾角的刻度是自W(W(或或E)E)至至O O点刻度为。点刻度为。图图17-21d)17-21d)为两个相交的倾斜平面，为两个相交的倾斜平面，MOMO为两倾斜平面为两倾斜平面交线的投影。交线的投影。(二)赤平极射投影的制图方法 从上述可知，利用赤平极射投影，可以把空间线段或从上述可知，利用赤平极射投影，可以把空间线段或平面的产状化为平面来反映。并且，可以在投影图上简便平面的产状化为平面来反映。并且，可以在投影图上简便地确定它们之间的夹角、交线和组合关系。如果已知结构地确定它们之间的夹角、交线和组合关系。如果已知结构面的产状，就可以用赤平极射投影的作图方法来表示。常面的产状，就可以用赤平

50、极射投影的作图方法来表示。常用的投影网是预先制好的吴氏投影网，如图用的投影网是预先制好的吴氏投影网，如图17-2217-22所示。所示。如如已已知知一一结结构构面面的的走走向向为为N40EN40E，倾倾向向SESE，倾倾角角4040，制图的步骤如下：，制图的步骤如下：(1)(1)首先将透明纸蒙在吴氏投影网上，在透明纸上作一首先将透明纸蒙在吴氏投影网上，在透明纸上作一与投影网相同的圆与投影网相同的圆(称基圆称基圆)，并标出，并标出EWSNEWSN方位及方位角方位及方位角分度分度(图图17-23a)17-23a)。(2)(2)经过圆心绘经过圆心绘N40EN40E的方向线与基圆交于的方向线与基圆交于