工程地质学 岩质边坡稳定分析.ppt

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1、工 程 地 质 学岩质边坡稳定的工程地质分析,链子崖危岩体是位于长江三峡航道咽喉上的一处稳定性最差的大型灾害性崩滑体。链子崖危岩体在长江南岸，下距宜昌市73km，距三峡坝址27km，属湖北省秭归县。,1.边坡岩体应力分布特征,边坡岩体处于自重应力场的理想状况下,边坡岩体为均质岩体,在坡角与河谷谷底形成应力集中带,在坡顶和坡面靠近地表部位，形成一个拉应力带,影响边坡岩体应力分布的主要因素,当L=3H 时，坡脚切向应力可达7-9倍H,坡高越高，坡内拉应力越高,坡角越大，拉应力范围越大，切向应力值越高,W0.8H 时坡脚处基本不随底宽的变化而变化,W0.8H 时坡脚处max随底宽的缩小而急剧增大,凹

2、形坡有利于坡体稳定，凸形坡则相反,在软弱面交汇处,应力受到阻滞,压、拉应力强烈集中,2.边坡岩体的破坏与变形,松弛张裂,岩体结构,下切深度,地应力特征,向下延伸至谷底附近即消失,可是新生的，但多为沿已有陡倾角裂隙发育而成,多为平直延伸，一般无明显错动,张开度和分布密度由坡面向深处逐渐减弱,在边坡岩体中，则可能成为边坡岩体失稳的主滑面,降低岩体强度，增大岩体透水性，使岩体更易风化,是良好的渗漏通道,在拱坝坝肩岩体中可能构成滑移岩体的侧向切割面,指：边坡岩体主要在重力作用下向临空面方向发生长期缓慢 的塑性变形的现象,向临空面的滑动,后果：,松动破碎,下部软弱岩层向临空面的挤出,指：坚硬岩层下面由软

3、弱岩层引起的缓慢性变形,点头哈腰,岩崩：坚硬岩体中发生的崩塌,土崩：土体中发生的崩塌,指：陡峭边坡崖壁上，由于陡倾裂隙的切割，导致岩体突发 倾倒崩落，堆积于坡脚的过程,坚硬岩层下部存在有软弱岩层,下部有洞穴或采空区,软、硬岩层的差异风化,4.滑坡,将要发生的滑坡的危害,地质 在三峡考察发现，只要地势平坦些的地方，多半有居民和城镇，而这些平地十之八九是古滑坡，如秭归老县城、新滩镇、云阳老县城、云安镇等等。在这些古滑坡上，人们繁衍生息，耕种收获。古代三峡人口少，没有大规模的开挖和高楼大厦的建设，所以虽然是建城在许多滑坡体上，人与自然倒能上千年相安无事。,结构疏松破碎,强度底,透水性强,稳定性差,指

4、：边坡岩(土)体主要在重力作用下，沿贯通的剪切破 坏面发生滑动的现象,坡脚出现泉水或潮湿洼地,双沟同源现象,峨眉山观音岩水库右坝肩滑坡发育在由白垩系夹关组一段（K2j1）砖红色砂岩夹薄层或透镜状泥岩、粉砂质泥岩构成的斜向河谷中，岩层倾向下游偏向左岸，是一个在中倾外岩层层面和陡倾裂隙组合成的楔形槽里滑动形成的基岩老滑坡。滑坡后缘窄，前缘宽，平面上呈三角形；后缘堆积体宽度约65m，前缘堆积体宽约200m，,滑坡全貌,滑坡后缘断壁至前缘纵向长约510m，滑坡堆积体纵向长约390m，滑坡后缘断壁长约120m，高约65m，后缘断壁最大高程约690m，滑坡堆积体最大高程约625m，前缘伸入河中。,浅层滑坡

5、（滑动面埋深仅数米）,中层滑动（滑动面埋深数米20米）,深层滑动（滑动面埋深20米50米）,极深层滑动（滑动面埋深大于50米）,顺层滑动 顺层面、片理面等结构面滑下,均质滑动 滑动发生于岩性均一的岩体中,牵引式滑坡,推动式滑坡,平移式滑动,滑坡的形成机制,D.岩石的强度在此对边坡稳定起决定性作用,力学性能,滑坡前期一般均伴随有历时长短不一的蠕动变形,变坡岩土体出现均匀沉陷,当滑动面受已有软弱结构面控制时,产状,5.影响边坡稳定性的因素,地貌、坡形条件,地层和岩性条件,软化或溶蚀岩石,产生动水压力,增大岩体重量,促进风化作用,横向坡,斜交坡,顺向坡,两 组,两组以上,Rockslide at Y

6、osemite National Park,California kills one,injures 4,产生静水压力,定性分析 工程地质分析,定量计算,6.岩质边坡稳定性的评价方法,定量计算,将滑动面简化成平面、折面、或弧面,将立体简化为平面,将均布力简化为集中力,将滑动体视为均质刚性体,有限元法计算,尾纵剖面开挖后最大主 应力图（MPa）,尾纵剖面开挖后最大剪 应力图（MPa）,尾纵剖面开挖后破坏接近度图,只考虑自重，不考虑侧向摩擦力,垂直于滑动方向上取一个单位宽度计算,计算公式,K 安全系数,滑动面为单一平面的一般计算(的库仑定理),滑动面为折面时的一般计算（推力法）,以最末段的下滑力判

7、断整体的稳定性,逐段计算下滑力,下滑力逐段向下传递,G1,计算第一步：,以1#滑块为计算对象,c1L1,K,G1cos1tg1,E1,G1sin1,E1KG1sin1 G1cos1tg1 c1L1,注：设滑块受到的来自下一个 滑块的阻滑力方向与本滑 块的底滑面平行,重力G1，,平行于底滑面的下滑力T1,来自下一个滑块的阻滑力E1,计算第二步：,重力G2，,平行于底滑面的分力T2,推力E1,平行于底滑面的分力E1cos(1 2),来自下一个滑块的阻滑力E2,E1sin(1 2)tg2,N2 G2cos2tg2,阻滑力：E2,E1cos(1 2),滑动因素：T2G2sin2,粘聚力：c2L2,计算

8、第 n 步,计算从下一段重新开始,当最末一段推力 Em 0 时，边坡为稳定状态,仅表明第i段没有向下传递推力,赤平极射投影图及作图原理,工程地质分析,快速、直观反映出一定工区范围内节理、裂隙 发育的一致规律,简单分析各不同方向节理、裂隙对工程造成的 不同影响,表达方式不够形象、准确,对特定结构面间及其与工程界面间的关系表达不 够具体,在平面上形象表达空间各种产状的界面,在平面上形象表达空间各种不同界面的相互组合、交切关系,分析结构面间以及结构面与各临空面、边坡坡面等的相互组合、交切关系,定性评价被这些界面所围限的岩体的稳定性,投影原理：,以球体南极点为观察点,投影工具:球体、赤平面,点状目标的

9、投影,投影结果：,赤平面上的一个点,向上观察北半球体上的 目标,目标与观察点间的连线（即视线）与赤平面间 的交点即为目标在赤平 面上的投影点,过球心任意空间线的投影,赤平面上的一条线,或赤平面上的一个点,倾向方向,结论:,当空间线直立时 L=,0,当空间线水平时 L=,0点在投影面的边线上,90点在投影面的中心点上,刻度尺从底角度到高角度由疏至密,据此，可将投影面的半径刻划成反映倾角大小的刻度：,投影线的始点(M)至球心 点(O)的方向即为该空间 直线的,投影线 MO 的长短 L 可 反映空间直线的倾角大 小：,过球心任一空间斜面的投影,投影结果:,一条弧线,结论:,走向方向,圆弧顶点至投影中

10、心点的方向即为该空间斜面的,倾向方向,倾向线投影线的长短反映了空间斜面 的大小,倾角,该投影线越长，意味着空间斜面的倾角愈,缓,该投影线长度为0，意味着空间斜面的倾角为,90,该投影线长度为投影圆半径，意味着空间斜面的倾角为,0,该直线的延展方向即为该空间 斜面的,圆弧顶点至投影中心点的连线 即为该斜面最大倾斜线的水平 投影线,请作出结构面12545、6030、31570的赤平极射投图,结构面12545,其长短由结构面的倾角确定,其箭头方向即为结构面的倾向方向,赤平极射投影图正规作图步骤,岩体滑动方向的图解分析,若交线在两倾向线以内，交线指向方向即为滑动方向，两结构面此处均为滑动面,若交线在两

11、倾向线以外，则其中一倾向线(倾角较缓者）方向为滑动方向，滑动将发生在该倾向线所在的结构面,若交线与其中一倾向线重合，则重合线为滑动方向,作两组结构面的赤平投影图，标出其倾向线及结构面的交线；,滑动可能性分析,由一组结构面控制的斜坡,反向坡,坡面、结构面走向、倾向均相同，且坡角软弱面倾角，在赤平投影图上表现为坡面投影圆弧包含在结构面投影圆弧之内，此处边坡总体稳定性差，易滑；,顺向坡,边坡结构面发育特征与上条件相同，但坡角结构面倾角，在赤平投影图上表现为结构面投影圆弧包含在坡面投影圆弧之内，此处边坡总体属基本稳定；,顺向坡,横向坡,边坡结构面走向与结构面走向斜交，交角40，此处边坡稳定性视具体情况

12、安反坡或顺向坡考虑；,顺向坡,由两组结构面控制的斜坡,其坡面和结构面的投影线特征为：,结构面与坡面的组合表现为横向坡；,其坡面和结构面的投影线特征为：,结构面与坡面的组合表现为横向坡；,其坡面和结构面的投影线特征为：,结构面与坡面的组合表现为横向坡；,其坡面和结构面的投影线特征为：,结构面与坡面的组合表现为横向坡；,其坡面和结构面的投影线特征为：,结构面与坡面的组合表现为横向坡；,7.不稳定边坡的防治措施,平整坡面以免坑洼地积水,外围挖沟槽以阻断地表水流向坡体,坡体上修筑排水沟,修筑地下排水廊道,Drains are installed in near-horizontal boreholes

13、 under a tip of urban refuse which was sliding downhill near Ancona,Italy.,注意选择好削坡位置,指：挖除边坡上部岩体一部分，起减缓坡度、减轻 下滑体重量的作用,注意支挡建筑的作用力应在滑动面以下,注意墙体后的排水设计,适用于对岩质不稳定边坡的加固,随机锚固,系统锚固,防止岩土体表面风化剥落,防止小体积松动岩块脱落,设置马道减缓坡度,柔性支护,拦石网系统的基本原理与拦石挡墙相同，但采用的是高强热镀锌钢丝绳网和与之相配合的消能装置、支撑柱、支撑绳及拉锚等，拦截能量可达2000KJ，且具有施工安装简易、不需大型机械、所需施工场

14、地较少、不干扰正常行车、维护简单等优点。,固坡网系统是防治浅层边坡失稳的轻型开放式护坡系统。它主要以轻型金属网紧固有潜在扩离落石危险的坡面，其纵横交错的16张拉强与4.54.5m（实际施工中可根据地形条件在4.2m-4.8m间作适当调整选用）正方形模式布置的锚杆相联结，张拉绳构成的每个4.5m X4.5m网格内铺设一张4mX4m的RN/08/400型钢绳网，每张钢绳网与四周张拉绳间用缝合绳缝合联结并进行预张拉，该预张拉工艺能使该系统对坡面施以一定的法向预紧压力，从而提高危岩体的稳定性，阻止落石的发生。同时，这种开放式的防护形式不会影响地下水的正常排泄，并且给边坡的生态治理提供了先决条件。,导石

15、网系统的形式与固坡网系统基本相同，但仅在防护区域的上（和下）沿锚固，限定落石的移动范围。适用于施工极其困难、工期特别短的边坡防护工程。,导石棚系统基本原理与棚洞相同，但该系统采用的是高强热镀锌钢丝绳网、导向装置和防停积装置等，可将路堑边坡上的落石安全有效的引导到指定区域。由于该系统安装简易且工期短，是已建成通车的公路或铁路边坡防治扩离-落石灾害的有效方法。,生态护坡,（注意：应在采取工程措施之后实施）,Note:4 photos here,Gros Ventre Landslide Wyoming Traits:largest historic slide in U.S.June 23rd,1

16、925.40 million metric tons.followed heavy rains and snow melt.formed 40-60 meter deep lake.beds dipping parallel to slope.ranch destroyed by rising lake.1927 break out flood.,View from Grand Teton mountains across valley to E to Gros Ventre Range and large flake scar on mountain side.,Upper part of

17、slide showing where basal slip surface at bottom of Tensleep sandstone(on top of Amsden Formation clay beds)is exposed.Note intact sliver with trees half way down bare scarp.,View from interior of hummocky toe to other side of valley where Tensleep sandstone rode up and against in place Chugwater re

18、d clastics.,View from head scarp scar with snow to translational slide block in middle to hummocky toe at base.,This landslide formed a line with crescent scarps.,Landslide form deep crescent cuts.(scarps),Landslides cut shear cliffs.,Creep is the unnoticed slow movement of unconsolidated soils down

19、slope.It is commonly seen as curved tree trunks as in the above phote.Important to look for when buying real estate but not life-threatening.,An earth flow near Interstate Highway 70,Ellsworth County.The head is the upslope portion of the landslide.The scarp,the steeply inclined failure surface with

20、 exposed soil and rock,marks the top of a landslide.The toe is the downslope portion of the landslide.A mound of soil called a lobe marks the toe of the landslide.,RECOGNITION OF AREAS OF POTENTIAL SLOPE FAILURE(25)I Main Topics A Motivation B Signs of slope instability/I I Motivation A Most landsli

21、des(or potential slides)can be recognized or predicted if the proper investigations are performed in advance.B Except for small slides,slides typically cost far less to prevent than to fix(An ounce of revention is worth a pond of cure.).C Massive slides may cost many times the cost of the desired fa

22、cility;they should be avoided.III Signs of past slope instability(focus on topography and hydrology)A Review of maps(Figs.4.5,3.9 in SR 176)B Review of aerial photos&remote sensing imagery in SR 176 1 Hummocky topography a Oblique aerial photos:Figs.2.19,2,22,2.23,2.28,2.33 b Stereophotos:Figs.3.14,

23、3.26,3.31 2 Arcuate fractures and old scarps or scars http:/anaheim-a Oblique aerial photos:Figs.2.19,3.40,b Stereophotos:Figs.3.5,3.7,3.14,3.19,3.20,3.24,3 Areas of anomalous vegetation(seasonal photos useful)a Oblique aerial photos:Plate 3.3 a Stereophotos:Plates 3.1,3.2 4 Areas of seepage:Vertica

24、l infrared imagery:Fig.3.35 5 Sand flows and talus(Figs.3.25,3.30)C Features to examine in field reconnaissance 1 Ground cracks(Fig 4.2 in SR 176)2 Closed hillside depressions 3 Phreatophytes and seeps 4 Patched or hummocky roads 5 Tilted walls,trees,and fences,Surface signs of soil creep.Leaning po

25、wer and telephone pole,fences and gravestones,and trees bending first downslope before growing straight up may provide evide of soil creep.,The mechanics of soil creep.Individual soil or rock particles are raised at right angles to the slope by swelling or expansion and then settle vertically downwa

26、rd during compaction or contraction.The net result is slow downslope creep.,EARTHFLOW:Soil and other surface materials move downslope as a viscous flow.,SLUMP:a type of rotational slide.,BLOCK SLIDE:The sliding mass is moving along a planar surface.,Jipazi Landslide,Sanxia Gorges,Yangtze River,One o

27、f landslide in the Loess Plateau,Debris Flow in Jiangjiaguo,Yunnan Province,Take samples from debris flow in Jiangjiaguo,Front view of Xintan Landslide,Note:3 photos here,3 photos here,金报讯 11日晚10时20分左右，甬台温高速公路柳市附近发生大面积山体滑坡事故，致使温州大桥白鹭屿至乐成镇一段的高速公路双向车道全部瘫痪,高速交警、路政等有关部门迅速组织力量展开施救工作,何时恢复通车，有关部门尚无法预计。有消息称

28、，一辆7座的别克面包车被压的可能性暂未被排除，车上估计有37人。崩塌石方量达15000立方米，形成了一个长65米、宽约40米的锥行堆积体，大量乱石倾覆在高速公路双向车道上，造成70米左右的高速公路车道被掩埋，车道上堆积的泥石有20多米高.,The Twelve Apostles are limestone sculptures situated on the Great Ocean Road,Victoria.The road itself is 400km long and follows the beautiful Victorian coastline through Port Camp

29、bell National Park and beyond to Warrnambool.,Note:2 photos here,Frank landslide in the Canadian Rocky Mts.front range,southwestern Alberta.A large mass of rock failed suddenly from the mountain side on April 29,1903.The resulting landslide buried the town of Frank at the valley bottom,and killed 70 people.Photo date 8/84,J.S.Aber.,贵州六盘山,