大学地质学与工程地质PPT岩质边坡稳定分析.pptx

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1、第第1111章章 岩质岩质边坡稳定边坡稳定 的的结构分析法结构分析法E-mail:wenjiexuE-mail:徐文徐文杰杰清华大学清华大学 水利系水利系第 2 页本章内容本章内容本章内容本章内容概概 述述极极射赤平投射赤平投影影节节理极点图理极点图赤平投影在岩质边坡稳定分析中的应用赤平投影在岩质边坡稳定分析中的应用第 3 页1.1.1.1.概概概概 述述述述2000.4.9 西藏易贡滑坡西藏易贡滑坡第 4 页1.1.1.1.概概概概 述述述述第 5 页1.1.1.1.概概概概 述述述述2008.5.12唐家山滑坡唐家山滑坡云荞水库趾云荞水库趾板边坡板边坡滑坡滑坡第 6 页1.1.1.1.概概

2、概概 述述述述第 7 页1.1.1.1.概概概概 述述述述岩质边岩质边坡破坏的特点是什么？坡破坏的特点是什么？不稳定的结构体沿着某些结构面拉开，并沿着另外的一些结构面向着一定的临空面滑动。通过分析岩体结构要素，通过分析岩体结构要素，明确岩体滑移边界条件，明确岩体滑移边界条件，从而判断岩体的稳定性。从而判断岩体的稳定性。第 8 页本章内容本章内容本章内容本章内容概概 述述极极射赤平投射赤平投影影节节理极点图理极点图赤平投影在岩质边坡稳定分析中的应用赤平投影在岩质边坡稳定分析中的应用第 9 页极射赤平投极射赤平投影影：利用一个利用一个球体作为投影工具球体作为投影工具,通过通过球心的赤道平面为投影面

3、，球心的赤道平面为投影面，以南极或北极为发以南极或北极为发射点将射点将物体的几何要素物体的几何要素(点、线、点、线、面面)投影到赤平面上，化投影到赤平面上，化立体为平面的一种投影立体为平面的一种投影。2.2.2.2.极射极射极射极射赤平赤平赤平赤平投影投影投影投影-基本原理基本原理P赤平面赤平面M投影球投影球工程地质中，习惯上以南极为发射点投影北半球上的物体。工程地质中，习惯上以南极为发射点投影北半球上的物体。基圆基圆第 10 页面的投影面的投影面的投影面的投影线的投影线的投影点的投影点的投影点的投影点的投影WENS北极北极南极南极P PMMO O2.2.2.2.极射极射极射极射赤平赤平赤平赤

4、平投影投影投影投影-基本原理基本原理第 11 页面的投影面的投影面的投影面的投影线的投影线的投影点的投影点的投影点的投影点的投影B BO OMMOB线在赤平面投影为线在赤平面投影为OMMO的方向与的方向与OB的倾向一致的倾向一致OM的长度随的长度随的大小而变化的大小而变化MMO O2.2.2.2.极射极射极射极射赤平赤平赤平赤平投影投影投影投影-基本原理基本原理第 12 页面的投影面的投影面的投影面的投影线的投影线的投影点的投影点的投影点的投影点的投影B BA AC CO OMMMMO OA AC CAC的的方向方向代表代表ABC面面的走向的走向MO的方向代表面的倾向的方向代表面的倾向OM的长

5、度代表面的倾角的长度代表面的倾角2.2.2.2.极射极射极射极射赤平赤平赤平赤平投影投影投影投影-基本原理基本原理第 13 页面的投影面的投影面的投影面的投影线的投影线的投影点的投影点的投影点的投影点的投影MMO OA AC C2.2.2.2.极射极射极射极射赤平赤平赤平赤平投影投影投影投影-基本原理基本原理第 14 页面的投影面的投影面的投影面的投影线的投影线的投影点的投影点的投影点的投影点的投影J1：29060 J2：5040 2.2.2.2.极射极射极射极射赤平赤平赤平赤平投影投影投影投影-基本原理基本原理第 15 页赤平投影，可以把空间直线和平面的产状在平赤平投影，可以把空间直线和平面

6、的产状在平面上来反面上来反应应。而且不。而且不考虑平面和直线的空间位考虑平面和直线的空间位置，只表示它们的空间方置，只表示它们的空间方向从而将向从而将平面和直线平面和直线一并平移至投影球中心，作出它们的赤平投影一并平移至投影球中心，作出它们的赤平投影。在赤平投影图上，一个大圆代表一个平面或一在赤平投影图上，一个大圆代表一个平面或一组相互平行的平面；一条直线（或一个点）代组相互平行的平面；一条直线（或一个点）代表一条直线或一组平行的直线。表一条直线或一组平行的直线。2.2.2.2.极射极射极射极射赤平赤平赤平赤平投影投影投影投影-基本原理基本原理第 16 页N走向倾向倾 角在工程地质上，可以用赤

7、平投影来表示优势结构面优势结构面或某些重要结重要结构面的产状及其空间组合关系构面的产状及其空间组合关系；在分析岩体稳定性时，还可利用其来表示临空面、边坡面、工程作用力、岩体阻抗力及岩体变形滑移方向等。2.2.2.2.极射极射极射极射赤平赤平赤平赤平投影投影投影投影-基本原理基本原理第 17 页吴氏投影网吴氏投影网2.2.2.2.极极极极射赤平投射赤平投射赤平投射赤平投影影影影-基本作图方法基本作图方法（手绘法）（手绘法）基圆基圆 基基圆圆：赤平面与球面的交线。由正北顺时针为0360，每小格2，表示方位角。两两个直个直径：径：分别为南北走向和东西走向直立平面的投影。自圆心基圆为900，每小格2，

8、表示倾角。经线经线大圆大圆:通过球心的一系列走向南北、向东或向西倾斜的平面的投影，自南北直径向基圆代表倾角由陡到缓的倾斜平面。纬纬线小线小圆圆:一系列不通过球心的东西走向的直立平面的投影。它们将南北向直径、经线大圆和基圆等分，每小格2。直径直径经线大圆经线大圆纬线小圆纬线小圆第 18 页1 1）固定投影网，在透明）固定投影网，在透明纸覆于投影网上，作好纸覆于投影网上，作好投影图的基圆，并标出投影图的基圆，并标出已知平面的走向方位点已知平面的走向方位点和倾向方位和倾向方位点。点。A AB B结构面的产状结构面的产状12040 作图步骤作图步骤作图步骤作图步骤作图步骤作图步骤D D2.2.2.2.

9、极极极极射赤平投射赤平投射赤平投射赤平投影影影影-基本作图方法基本作图方法（手绘法）（手绘法）第 19 页2）转动透明纸，使）转动透明纸，使A点点与投影网的与投影网的N点重合，使点重合，使D点与投影网的点与投影网的E点重合。点重合。结构面的产状结构面的产状12040 作图步骤作图步骤作图步骤作图步骤作图步骤作图步骤2.2.2.2.极极极极射赤平投射赤平投射赤平投射赤平投影影影影-基本作图方法基本作图方法（手绘法）（手绘法）第 20 页3）在与倾向方位点）在与倾向方位点D相相对对的半圆内，找出的半圆内，找出与平与平面面倾角一致的经线，将其描倾角一致的经线，将其描在投影图上在投影图上，此，此大圆就

10、是大圆就是已知平面的已知平面的投影。投影。4040结构面的产状结构面的产状12040 作图步骤作图步骤作图步骤作图步骤作图步骤作图步骤2.2.2.2.极极极极射赤平投射赤平投射赤平投射赤平投影影影影-基本作图方法基本作图方法（手绘法）（手绘法）第 21 页平面的赤平面的赤平投影平投影步骤步骤(口诀口诀):A、基圆顺钟找倾向、基圆顺钟找倾向；B、东西直径数、东西直径数倾角倾角 （由（由圆周向圆心数圆周向圆心数）；）；C、径向圆弧拟平面、径向圆弧拟平面；D、复原归位定投影。、复原归位定投影。2.2.2.2.极极极极射赤平投射赤平投射赤平投射赤平投影影影影-基本作图方法基本作图方法（手绘法）（手绘法

11、）第 22 页2.2.2.2.极极极极射赤平投射赤平投射赤平投射赤平投影影影影-基本作图方法基本作图方法（程序法）（程序法）第 23 页function WuShiNet(R)alpha=0:pi/50:2*pi;%角度0,2*pi x=R*cos(alpha);y=R*sin(alpha);plot(x,y,-)%绘制大圆dR=R/25;hold onaxis offfor i=0:35%绘制大圆外部角度刻度 x=R*cos(i*10*pi/180),(R+dR)*cos(i*10*pi/180);y=R*sin(i*10*pi/180),(R+dR)*sin(i*10*pi/180);pl

12、ot(x,y)endplot(0,0,+)%绘制圆心text(11,0,E,FontSize,14)text(-0.5,11,N,FontSize,14)text(-0.5,-11,S,FontSize,14)text(-12,0,W,FontSize,14)axis equal end绘制半径为绘制半径为R R的的吴氏网大圆吴氏网大圆2.2.2.2.极极极极射赤平投射赤平投射赤平投射赤平投影影影影-基本作图方法基本作图方法（程序法）（程序法）第 24 页function ArcBy3Point(Dip0,Dia0,R,color)A1=pi*3/2-Dip0;%A点坐标Point0(1)=R

13、*cos(pi-Dip0);Point0(2)=R*sin(pi-Dip0);Dh=sin(pi/4-Dia0/2)*R/sin(3*pi/4-Dia0/2);Point1(1)=Dh*cos(A1);Point1(2)=Dh*sin(A1);%B点坐标Point2(1)=-Point0(1);Point2(2)=-Point0(2);Center=Center3P(Point0,Point1,Point2);%color为设置的投影圆弧颜色Arc(Point0,Point2,Center,color)end根据倾向根据倾向Dip0，倾角，倾角Dia0及吴氏网大圆半及吴氏网大圆半径径R绘制投影

14、圆弧绘制投影圆弧2.2.2.2.极极极极射赤平投射赤平投射赤平投射赤平投影影影影-基本作图方法基本作图方法（程序法）（程序法）第 25 页本章内容本章内容本章内容本章内容概概 述述极极射赤平投射赤平投影影节节理极点图理极点图赤平投影在岩质边坡稳定分析中的应用赤平投影在岩质边坡稳定分析中的应用第 26 页3.3.3.3.节理极点图节理极点图节理极点图节理极点图B BMMO OC CA AD DP P-基本原理基本原理第 27 页放射线表示倾向（放射线表示倾向（0360）同心同心圈表示倾角（由圆心到圆周圈表示倾角（由圆心到圆周为为090）。3.3.3.3.节理极点图节理极点图节理极点图节理极点图-

15、基本作图方法基本作图方法（手绘法）（手绘法）（极极极极等等等等面面面面积积积积投投投投影影影影网网网网）赖赖赖赖特特特特网网网网第 28 页 极点等密度图极点等密度图极点图极点图极点图极点图赖特赖特网（网（极等面积投影网极等面积投影网）NEWS将透明纸将透明纸覆于覆于投影网上，做投影网上，做好大圆，并表明方位好大圆，并表明方位。若产状相同的节理有数条，若产状相同的节理有数条，则在点旁注明条数。则在点旁注明条数。3一结构面产状：一结构面产状：NE2070。以北以北为为00，顺时针数，顺时针数2020即倾即倾向；再向；再由圆心到圆由圆心到圆周数周数7070（即倾角）定点（即倾角）定点，该该点点就是

16、节理的极点。就是节理的极点。3.3.3.3.节理极点图节理极点图节理极点图节理极点图-基本作图方法基本作图方法（手绘法）（手绘法）第 29 页 极点等密度图极点等密度图极点图极点图极点图极点图3.3.3.3.节理极点图节理极点图节理极点图节理极点图-基本作图方法基本作图方法（手绘法）（手绘法）第 30 页 极点等密度图极点等密度图极点图极点图极点图极点图在透明纸极点图上作方在透明纸极点图上作方格网，格网，平行平行E-W、S-N线，间距等于线，间距等于大圆半径的大圆半径的1/10；3.3.3.3.节理极点图节理极点图节理极点图节理极点图-基本作图方法基本作图方法（手绘法）（手绘法）第 31 页

17、极点等密度图极点等密度图极点图极点图极点图极点图用密度计统计极点数用密度计统计极点数用密度计统计极点数用密度计统计极点数工具工具：中心中心中心中心密度计：密度计：密度计：密度计：中间中间有一小圆的四方形有一小圆的四方形胶板，小圆半径是大圆半径的胶板，小圆半径是大圆半径的1/10；边缘密度计：两端有两个小圆的长边缘密度计：两端有两个小圆的长边缘密度计：两端有两个小圆的长边缘密度计：两端有两个小圆的长条胶板，小圆半径也是大圆半径的条胶板，小圆半径也是大圆半径的条胶板，小圆半径也是大圆半径的条胶板，小圆半径也是大圆半径的1/101/10，两个小圆圆心连线的长度等大，两个小圆圆心连线的长度等大，两个小

18、圆圆心连线的长度等大，两个小圆圆心连线的长度等大圆直径，中间有一条纵向窄缝，便圆直径，中间有一条纵向窄缝，便圆直径，中间有一条纵向窄缝，便圆直径，中间有一条纵向窄缝，便于转动和来回移动于转动和来回移动于转动和来回移动于转动和来回移动。3.3.3.3.节理极点图节理极点图节理极点图节理极点图-基本作图方法基本作图方法（手绘法）（手绘法）第 32 页 极点等密度图极点等密度图极点图极点图极点图极点图统计：统计：1）先用中心密度计从左到右，由上到下，顺次统计完整小圆内的节理数（极点数），并标注在每一方格“+”中心，即小圆中心上；4用密度计统计极点数用密度计统计极点数用密度计统计极点数用密度计统计极点

19、数3.3.3.3.节理极点图节理极点图节理极点图节理极点图-基本作图方法基本作图方法（手绘法）（手绘法）第 33 页 极点等密度图极点等密度图极点图极点图极点图极点图2）用边缘密度计统计圆周附近残缺小圆内的节理数，将两端加起来，记在有“+”中心的那一个残缺小圆内，小圆圆心不能与“+”中心重合时，可沿窄缝稍作移动和转动。如果两小圆中心均在圆周，则在圆周的两个圆心上都记上相加的节理数。63.3.3.3.节理极点图节理极点图节理极点图节理极点图-基本作图方法基本作图方法（手绘法）（手绘法）第 34 页 极点等密度图极点等密度图极点图极点图极点图极点图统计后，大圆内每一小方格“+”中心上都注上了节理数

20、目，把数目相同的点连成曲线（方法与连等高线一样），即成节理等值线图。做等值线做等值线做等值线做等值线3.3.3.3.节理极点图节理极点图节理极点图节理极点图-基本作图方法基本作图方法（手绘法）（手绘法）第 35 页3.3.3.3.节理极点图节理极点图节理极点图节理极点图-基本作图方法基本作图方法（程序法）（程序法）第 36 页本章内容本章内容本章内容本章内容概概 述述极极射赤平投射赤平投影影节节理极点图理极点图赤平投影在岩质边坡稳定分析中的应用赤平投影在岩质边坡稳定分析中的应用第 37 页坡面大圆结构面大圆滑动方向云荞水库趾云荞水库趾板边坡板边坡滑坡滑坡4.4.4.4.赤平投影在岩质边坡稳定分

21、析中的应赤平投影在岩质边坡稳定分析中的应赤平投影在岩质边坡稳定分析中的应赤平投影在岩质边坡稳定分析中的应用用用用-一组结构面一组结构面第 38 页4.4.4.4.赤平投影在岩质边坡稳定分析中的应赤平投影在岩质边坡稳定分析中的应赤平投影在岩质边坡稳定分析中的应赤平投影在岩质边坡稳定分析中的应用用用用-一组结构面一组结构面极点集中点对极点集中点对应平面应平面的的大圆大圆坡坡面大圆面大圆滑动方向滑动方向第 39 页坡面大圆坡面大圆结构面大圆结构面大圆4.4.4.4.赤平投影在岩质边坡稳定分析中的应赤平投影在岩质边坡稳定分析中的应赤平投影在岩质边坡稳定分析中的应赤平投影在岩质边坡稳定分析中的应用用用用

22、-一组结构面一组结构面第 40 页极点集中点对极点集中点对应平面应平面的的大圆大圆坡坡面大圆面大圆4.4.4.4.赤平投影在岩质边坡稳定分析中的应赤平投影在岩质边坡稳定分析中的应赤平投影在岩质边坡稳定分析中的应赤平投影在岩质边坡稳定分析中的应用用用用-一组结构面一组结构面第 41 页4.4.4.4.赤平投影在岩质边坡稳定分析中的应赤平投影在岩质边坡稳定分析中的应赤平投影在岩质边坡稳定分析中的应赤平投影在岩质边坡稳定分析中的应用用用用-一组结构面一组结构面第 42 页坡面大圆结构面大圆交线方向4.4.4.4.赤平投影在岩质边坡稳定分析中的应赤平投影在岩质边坡稳定分析中的应赤平投影在岩质边坡稳定分

23、析中的应赤平投影在岩质边坡稳定分析中的应用用用用-两组结构面两组结构面第 43 页极点集中点对极点集中点对应平面应平面的的大圆大圆坡坡面大圆面大圆滑动方向滑动方向4.4.4.4.赤平投影在岩质边坡稳定分析中的应赤平投影在岩质边坡稳定分析中的应赤平投影在岩质边坡稳定分析中的应赤平投影在岩质边坡稳定分析中的应用用用用-两组结构面两组结构面第 44 页结构面结构面走向与走向与坡面走坡面走向基本向基本一致一致 4.4.4.4.赤平投影在岩质边坡稳定分析中的应赤平投影在岩质边坡稳定分析中的应赤平投影在岩质边坡稳定分析中的应赤平投影在岩质边坡稳定分析中的应用用用用-两组结构面两组结构面第 45 页结构面结

24、构面走向与走向与坡面走坡面走向斜交向斜交 4.4.4.4.赤平投影在岩质边坡稳定分析中的应赤平投影在岩质边坡稳定分析中的应赤平投影在岩质边坡稳定分析中的应赤平投影在岩质边坡稳定分析中的应用用用用-两组结构面两组结构面第 46 页4.4.4.4.赤平投赤平投赤平投赤平投影在岩影在岩影在岩影在岩质边坡稳定分质边坡稳定分质边坡稳定分质边坡稳定分析中的应用析中的应用析中的应用析中的应用-碎裂结构边坡碎裂结构边坡坡面大圆坡面大圆坡顶坡顶第 47 页4.4.4.4.赤平投赤平投赤平投赤平投影在岩影在岩影在岩影在岩质边坡稳定分质边坡稳定分质边坡稳定分质边坡稳定分析中的应用析中的应用析中的应用析中的应用-碎裂

25、结构边坡碎裂结构边坡第 48 页本章小结本章小结本章小结本章小结掌握赤平投影图及节理极点等密度图的绘掌握赤平投影图及节理极点等密度图的绘图原理和方法图原理和方法掌掌握如何通过赤平投影图进行岩质边坡的握如何通过赤平投影图进行岩质边坡的稳定性分析稳定性分析工程地质学工程地质学 的的可持续发展可持续发展第 50 页工程地质学的可持续发工程地质学的可持续发工程地质学的可持续发工程地质学的可持续发展展展展信息技术信息技术信息技术信息技术计算机可视化计算机可视化数字图像技术数字图像技术数字图像技术数字图像技术数值计算技术数值计算技术数值计算技术数值计算技术空间几何学空间几何学空间几何学空间几何学地质学地质学力学力学数学数学岩石力学岩石力学GISGIS土力学土力学工程地质学工程地质学第 51 页工程地质学的可持续发工程地质学的可持续发工程地质学的可持续发工程地质学的可持续发展展展展祝福同学们：学业有成！心想事成！快乐每一天！祝同学们：祝同学们：期末取得优异的成绩！期末取得优异的成绩！