第8章 边坡岩体稳定性分析

2.渗透压力：包括渗流静水压力和渗流动水压力。 静水压力——数值上等于岩体受到的浮力。
u = rw g V
r w

动水压力——与水力梯度有关，数值上等于岩体受 到的渗流阻力。 F = r gV J
三、确定计算参数
试验数据
极限状态下的反算数据
经验数据

选用的计算参数，一般应接近于残余强度。 研究表明：残余强度与峰值强度的比值，大多变化 在0.6~0.9之间 摩擦系数计算值在峰值摩擦系数的60％~90％之间 选取，内聚力计算值在峰值内聚力的10％~30％之 间选取。
单平面滑动稳定性计算图

稳定性系数：
=
Fs Fr
=
G cos tg j C j L G sin
=
G cos tg j C j L G sin
=
滑动体极限 高度Hcr为：
tg j tg

2C j sin
rgH sin sin( )
2C j sin cos j
四、稳定性系数的计算和稳定性评价


稳定性系数=可供利用的抗滑力/滑动力
安全系数KS ：根据各种因素规定的允许的稳定性数。 大小是根据各种影响因素人为规定的，必须大于1 各种因素： ①岩体工程地质特征研究的详细程度； ②各种计算参数误差的大小； ③计算稳定性系数时，是否考虑了全部作用力； ④计算过程中各种中间结果的误差大小； ⑤工程的设计年限、重要性以及边坡破坏后的后果。 安全系数 KS一般取 1.05~1.5
V
h
边坡面附近的主应力迹线发生偏转。最大主应力与 坡面近于平行，最小主应力与坡面近于正交，向坡 体内逐渐恢复初始应力状态。 坡面上径向应力为零，为双向应力状态，向坡内逐 渐转为三向应力状态。
坡面附近产生应力集中带。在坡脚附近，最大 剪应力增高，最易发生剪切破坏。在坡肩附近， 常形成拉应力带。边坡愈陡，则此带范围愈大， 因此，坡肩附近最易拉裂破坏。 最大剪应力迹线为凹向坡面的弧线。

AB面 S = C1 AB N1tg1 1 BC面 S 2
= C 2 BC N 2 tg 2

C 3 BD Qtg 3
BD面 S =

块体Ⅰ S1 Q sin( 1 ) S cos( 1 ) W1 sin 1 = 0

分 析 方 法
模型模拟试验法
块体极限平衡法 弹性力学、弹塑性力学法 有限元法等数值方法
数学力学分析法
工程类比法 图解法
块体极限平衡法基本原理
假设条件 (1)边坡岩体将沿某一结构面（或组合面）产生滑 移破坏； (2)滑体为刚体，即滑动过程中相对位置不变化； (3)滑动面上的应力分布均匀； (4)不考虑滑体两侧的抗滑力。

一、几何边界条件分析
几何边界条件分析的内容是查清岩体中的各 类结构面及其组合关系，确定出可能的滑移 面、切割面。 几何边界条件分析的目的是确定边坡中可能 滑动岩体的位置、规模及形态，定性地判断 边坡岩体的破坏类型及主滑方向。 几何边界条件的分析可通过赤平投影、实体 比例投影等图解法或三角几何分析法进行。

1.滑动体为刚体的情况


ABCD为可能滑动体，根据滑动 面产状分为Ⅰ、Ⅱ两个块体。 FⅠ为块体Ⅱ对块体Ⅰ的作用力， FⅡ为块体Ⅰ对块体Ⅱ的作用力， FⅠ和FⅡ大小相等，方向相反， 其作用方向的倾角为θ。 滑动面AB以下岩体对块体Ⅰ的 反力R1(摩阻力) 与AB面法线的 夹角为φ1。
2 =
K s 边坡稳定 ; K s 边坡不稳定
§8.5 边坡岩体稳定性计算
单平面滑动
边 坡 破 坏 的 基 本 类 型
平面滑动 楔形体滑动 圆弧形滑动
同向双平面滑动
多平面滑动
倾倒破坏
一、单平面滑动
1、仅有重力作用时 滑动面上的抗滑力： Fs=Gcosβtgφj+CjL 滑动力： Fr＝Gsinβ

三、影响岩体边坡变形破坏的因素
5、地形地貌
直接影响边坡内的应 力分布特征，进而影响边坡的变形破 坏形式及边坡的稳定性。
6、地震
产生地震惯性力 7、天然应力 8、人为因素
§8.4 边坡岩体稳定性分析的步骤
定性分析是在工程地质勘察基础上，对边坡岩 体破坏的可能性及破坏形式进行初步判断。 定量分析是在定性分析的基础上，用一定的计 算方法对边坡岩体进行稳定性计算分析。
第8章 边坡岩体稳定性分析
§8.1 §8.2 §8.3 §8边坡岩体的变形与破坏 边坡岩体稳定性分析步骤 边坡岩体稳定性计算
§8.1

概
述
斜坡(slope)统指地表一切具有侧向临空面的 地质体，包括天然斜坡和人工边坡。 天然斜坡(简称斜坡）是指自然地质作用形成 未经人工改造的斜坡。 人工边坡(简称边坡）是指经人工开挖或改造 形成的斜坡。 研究目的：研究边坡变形破坏的机理(包括应 力分布及变形破坏特征)与稳定性，为边坡预 测预报及整治提供岩体力学依据。其中稳定 性计算是岩体边坡稳定性分析的核心。
3、有水压力作用与地震作用时 水平地震作用 FEK=1G
边坡的稳定性系数
=
(G cos U V sin FEK sin )tg j C j AD G sin V cos FEK cos
二、楔形体滑动

楔形体滑动 的滑动面由 两个倾向相 反、且其交 线倾向与坡 面倾向相同、 倾角小于边 坡角的软弱 结构面组成。
G 2 cos 2 tg 2 F|| sin 2 )tg 2 C 2 L2 （ G 2 sin 2 F|| cos 2 ) （
2.滑动体内存在结构面的情况


在滑动过程中，滑动体除沿滑动面滑动外，被结 构面分割开的块体之间还要产生相互错动。 采用分块极限平衡法和不平衡推力传递法进行稳 定性计算。
对人工开挖边坡，如何确定合理的边坡角α
矿体

安全、稳定 经济合理
§8.2 边坡岩体中的应力分布特征
一、应力分布特征

在岩体中进行开挖，形成人工边坡后，由于 开挖卸荷，在近边坡面一定范围内的岩体中， 发生应力重分布作用，使边坡岩体处于重分 布应力状态。

边坡岩体为适应重分布应力状态，将发生变 形和破坏。因此，研究边坡岩体重分布应力 特征是进行稳定性分析的基础。
研究意义
瓦依昂滑坡
盐池河滑坡
四川云阳鸡扒子滑坡
秭归县新滩滑坡（1985年），体积3000万立 方米，造成长江断航，千年新滩古镇被毁。
巴东县二道沟滑坡、三道沟滑坡
1995年，造成县城部分道路桥梁被毁。
秭归县千将坪滑坡（2003年），体积2400万立 方米，造成24人死亡或失踪及重大经济损失。

J41，135°∠78°；J42，320°∠49°；J43，263°∠63° 坡面Pm，275°∠85°。J42与J43交线产状为285°∠45°
J4点赤平投影图
J42、J43和PM组成的四面体实体投影
某基坑岩壁赤平投影与实体投影图
二、受力条件分析
在工程使用期间，可能滑动岩体或其边界面上承 受的力的类型及大小、方向和合力的作用点统称 为受力条件。 边坡岩体上承受的力常见有：岩体重力、建筑物 作用力及震动力、静水压力、动水压力等等。 1.地震作用 水平地震作用：FEK=1G
一、边坡岩体变形的基本类型
1、卸荷回弹 •在成坡过程中，由于荷重 不断减少，边坡岩体在减 荷方向(临空面) 产生伸长 变形，即卸荷回弹。
2、蠕变变形

边坡岩体自重应力作用 下，边坡岩体的变形将 会随时间不断增加，蠕 变变形。
当边坡内的应力未超过岩体的长期强度时，则这种变 形所引起的破坏是局部的。反之，这种变形将导致边 坡岩体的整体失稳。 几乎所有的岩体边坡失稳都要经历这种逐渐变形破坏 过程。


在以上假定条件下，分析滑动面上抗滑力与滑动力关系
抗滑力>滑动力，稳定；抗滑力≦滑动力，不稳定

稳定评价时，引入安全系数（KS）的概念。
块体极限平衡法步骤
可能滑动体，几何边界条件分析 受力条件分析 确定计算参数 计算稳定性系数 确定安全系数，进行稳定性评价
一、几何边界条件分析
几何边界条件是指构成可能滑动岩体的各种边界 面及其组合关系，包括滑动面、切割面和临空面 三种。 滑动面是指起滑动(即失稳岩体沿其滑动)作用的 面，包括潜在破坏面。 切割面是指起切割岩体作用的面，由于失稳岩体 不沿该面滑动，因而不起抗滑作用，如平面滑动 的侧向切割面。 临空面指临空的自由面，它的存在为滑动岩体提 供活动空间，临空面常由地面或开挖面组成。
2、有水压力作用
作用于CD上的 静水压V为：
2 V = 0.5 r w gZ w
有地下渗流时边坡稳定性计算图
作用于AD上的静水压力U为： 边坡稳定性系数为：
U =
1 2
r w gZ w
Hw Zw sin
=
(G cos U V sin )tg j C j AD G sin V cos


二、边坡破坏的基本类型
划分依据：滑面形态、数目、组合特征和力学机理。
单平面滑动
边 坡 破 坏 的 基 本 类 型
平面滑动 楔形体滑动
双平面滑动 多平面滑动 滑坡(剪破坏)
圆弧形滑动
倾倒破坏 崩塌(拉破坏)
判断下列斜坡破坏属于哪种类型？
三、影响岩体边坡变形破坏的因素
1、岩性 决定岩体边坡稳定性的物质基础。 2、岩体结构 岩体结构及结构面的发育特征 是岩体边坡破坏的控制因素。 3、水的作用 使岩土的质量增大、滑动面 的滑动力增大；岩土软化、抗剪强度降低； 对岩体产生动水压力和静水压力。 4、风化作用 使岩体内裂隙增多、扩大， 透水性增强，抗剪强度降低。