岩质边坡稳定分析及支护方式

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。
楔形体滑动的稳定性 系数计算的基本思路：
首先将滑体自重G 分解为垂直交线BD 的分量N和平行交线的分量(即滑动力Gsinβ)，然 后将N投影到两个滑动面的法线方向，求得作用于 滑动面上的法向力N1和N2，最后求得抗滑力及稳 定性系数。
N2tg2
BD面 S C3 BD Qtg3
平衡方程
SN11QQscions((11)
S cos(1 ) W1 sin 1 0 ) S sin(1 ) W1 cos 1 0
块体Ⅰ
Q 2W1 sin 1 [C3 BD cos(1 ) C1 AB W1tg1 cos 1] tg1C3 BD sin(1 ) (2 tg1tg3)sin(1 ) (tg1 tg3) cos(1 )
sin
边坡稳定性系数为
(G cos U V sin )tg j C j AD G sin V cos
1.3 有水压力作用与地震作用
水平地震作用
FEK a1G
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
支挡(挡墙、抗滑桩等)是边坡处治的基本措施。 对滑于 桩不 等稳)对定其的进边行坡支岩挡挡体墙，，是使一用种支较挡为结可构靠(的挡处墙治、手抗 段。
优点：可从根本上解决边坡的稳定性问题，达 到根治的目的。
3)加固 (1)注浆加固 当边坡坡体较破碎、节理裂隙较发育时， 可采用压力注浆这一手段，对边坡坡体进行 加固。灌浆液在压力的作用下，通过钻孔壁 周围切割的节理裂隙向四周渗透，对破碎边 坡岩土体起到胶结作用，形成整体，提高坡 体整体性及稳定性的目的。 优点：注浆加固可对边坡进行深层加固。 (2)锚杆加固 当边坡坡体破碎，或边坡地层软弱时，可 打入一定数量的锚杆，对边坡进行加固。锚 杆加固边坡的机理相当于螺栓的作用。 优点：锚杆加固为一种中浅层加固手段。
岩质边坡破坏机理及支护方案
主要内容
边坡基本概念 边坡破坏的形式 边坡稳定性分析 边坡稳定性计算 边坡处治的常用措施
一、边坡基本概念
1、定义： 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。
边坡示意图
2、边坡的分类
(1)按照边坡的成因可分为天然边坡和人工边坡。天 然边坡是自然形成的山坡和江河湖海的岸坡。
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。
2.2 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。
AB面
S1
C1
AB
N1tg1
BC面
S2
C2 BC
由陡倾或直立板状岩体组成的斜坡当岩层走向与坡面走向近平行时在自重应力的长期作用下由前缘开始向临空方向弯曲折裂并逐渐向坡内发展的现象称为倾倒破坏弯曲倾单平面滑动双平面滑动多平面滑动楔形状滑动圆弧形滑动平面滑动滑坡倾倒破坏崩塌边坡破坏的基本类型崩塌破坏倾倒破坏楔形体滑动单平面滑动多平面滑动双平面滑动圆弧滑动边坡的安全等级根据边坡破坏后造成损失的严重性边坡的类型及坡高等因素将边坡的安全等级划分为三级如表11所示
参数的确定
参 试验数据
数 获
极限状态下的反算数据
取 经验数据
从偏安全的角度起见，一般选用的计算参数，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，因此，在没有获得残余强度的 条件下，建议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。
边坡岩体上承受的力常见有：岩体重力、静水压 力、动水压力、建筑物作用力及地震动力等。
1.地震作用
水平地震作用：FEK=1G
2.水压力：包括渗透静水压力和渗透动水压力。 静水压力——水对岩体的静压力，数值上等于岩
体受到的浮力
U wg V 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。 Fr w gV J
假设条件 (1)边坡岩体将沿某一结构面（滑动面）产生滑移剪切 破坏； (2)滑体在滑动过程中相对位置不变化，即为刚体； (3)滑动面上的应力分布均匀； (4)不考虑滑体两侧的抗滑力。
稳定性系数=滑动面上可能利用抗滑力/滑动力 >1 稳定 ≦1 不稳定
在多数情况下，计算的稳定性系数都有一定误差，因此， 为保险起见，引入安全系数的概念。
阶梯状滑动，破坏面由多个实际滑动面和受拉 面组成，呈阶梯状，坡稳定性的计算思路与单平 面滑动相同，即将滑动体的自重 (仅考虑重力作用 时)分解为垂直滑动面的分量和平行滑动面的分量。
tg j [2C j cos( ' ) 2t sin( ' )]sin
tg
gH sin sin( ')
可能滑动体的滑动力为Gsinβ，垂直交线的分量为 N＝Gcosβ。将Gcosβ投影到△ABD和△BCD面的 法线方向上，得法向力N1、N2
N1
N sin2 sin(1 2 )
G cos sin2 sin( )
G cos sin1 sin(1 2 )
边坡的抗滑力 Fs N1tg1 N2tg2 C1SABD C2SBCD
(2)岩体结构的影响，表现在节理裂隙的发育程度 及其分布规律、结构面的胶结情况、软弱面和 破碎带的分布与边坡的关系、下伏岩石界面的 形态以及坡向坡角等；
(3)水文地质条件的影响，包括地下水的埋藏条件、 地下水的流动及动态变化等；
(4)地貌的影响，如边坡的高度、坡度和形态等；
(5)风化作用的影响，主要体现为风化作用将减弱岩 石的强度，改变地下水的动态；
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。
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。
后果
四、边坡岩体稳定性计算
1 单平面滑动
1.1 仅有重力作用时 滑动面上的抗滑力
Fs G cos tg j Cj L
滑动力 Fr＝G sin
稳定性系数
Fs G cos tg j C j L = tg j
2C j sin
Fr
G sin
tg gH sin sin( )
滑动体极限高度Hcr为
崩破塌坏边坡破坏的基本类楔型形体滑动
倾倒破坏
崩塌
边
楔形状滑动
坡
圆弧滑动
多平面滑动
破 滑坡 平面滑动 双平面滑动 坏
类
单平面滑动
型
圆弧形滑动
倾倒破坏
单平面滑动
双平面滑动
多平面滑动
边坡的安全等级
根据边坡破坏后造成损失的严重性、边坡的类型及坡 高等因素将边坡的安全等级划分为三级，如表1.1所示。
三、边坡岩体稳定性分析
(2)按照构成边坡坡体材料的性质可分为土质边坡和 岩质边坡。
(3)按照边坡的稳定性程度可分为稳定性边坡、基本 稳定边坡、欠稳定边坡和不稳定边自坡然。边这坡种分类 方法一般根据人工边边坡坡的稳定性系数的大小进行划分， 但无严格的规定。
(4)按照边坡的高度分类，边坡高度大于15m称为高 边坡，小于l5m称为一般边坡。
(5)根据边坡的断面形式可分为直立式边坡、倾斜 式边坡、台阶形边坡和复合形边坡。
(6)根据使用年限分为临时性边坡和永久性边坡。 临时性边坡是指工作年限不超过两年的边坡， 永久性边坡是指工作年限超过两年的边坡。
3、影响边坡稳定的因素：
(1)岩石性质的影响，包括岩石的坚硬程度、抗风 化能力、抗软化能力、强度、组成、透水性等；
2 同向双平面滑动
第一种情况为滑动体内不存在结构面，视滑动体 为刚体，采用力平衡图解法计算稳定性系数
第二种情况为滑动体内存在结构面并将滑动体切 割成若干块体的情况，这时需分块计算边坡的稳 定性系数
2.1 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。
崩塌：由结构面切割而形成块体，突然脱离母体 以垂直运动为主、翻滚跌跃而下的现象与过程。
滑坡：岩体沿着贯通的剪切破坏面（带），产生 以水平运动为主的现象，称为滑坡。
倾倒破坏：由陡倾或直立板状岩体组成的斜坡， 当岩层走向与坡面走向近平行时，在自重应力的 长期作用下，由前缘开始向临空方向弯曲、折裂， 并逐渐向坡内发展的现象称为倾倒破坏（弯曲倾 倒）。
边坡的稳定性系数 N1tg1 N2tg2 C1SABD C2SBCD G sin
五、边坡处治的常用措施
1)放坡 放坡是边坡处治的常用措施之一，通常为首选
措施。边坡失稳破坏通常是由于边坡过高、坡度 太陡所致。通过削坡挡，墙削掉一部份边坡不稳定岩 土体，使边坡坡度放缓，稳定性提高。
优点：施工简便、经济、安全可靠。 2)支挡
稳定性系数的计算及影响因素
稳定性系数=可供利用的抗滑力/滑动力 安全系数：根据各种因素规定的允许的稳定性系 数。大小是根据各种影响因素人为规定的，必须大 于1。安全系数一般=1.05~1.5
影响安全系数取值的因素：
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
(6)气候作用的影响，气候引起岩土风化速度、风化 厚度以及岩石风化后的机械、化学变化，同时引 起地下水(降水)作用的变化；
(7)地震作用的影响，除了使岩体增加下滑力外，还 常常引起孔隙水压力的增加和岩体的强度的降低；
(8)人类活动的影响，如开挖、填筑和堆载等人为因 数同样可能造成边坡的失稳。
二、边坡的破坏形式
H cr
2C j sin cos j g[sin( ) sin( j )]
忽略滑动面上内聚力(Cj=0)时
tg j tg
∴当Cj=0，φj＜β时，η＜1，Hcr=0
1.2 有水压力作用
作用于CD上的静水压力V
V
0.5
w
gZ
2 w
作用于AD上的静水压力U
U
1 2
w gZw
Hw Zw
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。
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。
度低，进度快。
土钉加固
(4)预应力锚索加固
当边坡较高、坡体可能的潜在破裂面位置较
深时，预应力锚索不失为一种较好的深层加固
手段。
植被防护
优点：主动受力、安全可靠，作用力均匀分 布于边坡上，对地形适应能力强，容易施工， 施工时对边坡扰动小，能维持坡体本身的力学 性能不变。
4)防护
预应力锚索
图 注浆、填塞等加固岩体裂隙 1—岩体断裂；2—混凝土块；3—清洗断裂面并注浆；
4—钻孔；5—清洗和扩大断裂并用混凝土填塞
(3)土钉加固
对于软质岩石边坡或土质边坡，可向坡体内 打入足够数量的土钉，对边坡起到加固作用。 土钉加固边坡的机理类似于群锚的作用。
优点：土钉加固具有“短”而“密”的特点，
是一种浅层边坡加固技术。造价低廉，施工难
块体极限平衡法步骤
可能滑动岩体几何边界条件的分析 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
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。
块体Ⅱ
Q
2W2
sin
2
[C3 ( 2
BD cos(2 ) C2 BC W2tg2 cos 2 ] tg2C3 BD sin(2 tg2tg3)sin(2 ) (tg3 tg2) cos(2 )
)
块体Ⅰ
块体Ⅱ
3 多平面滑动
边坡岩体的多平面滑动，
分为一般多平面滑动和
阶梯状滑动两个亚类。
定性分析是在工程地质勘察工作的基础上，对边 坡岩体变形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，应用一定的计 算方法对边坡岩体进行稳定性计算及定量评价。
模型试验法
分 析 数学力学分析法
方 法
工程类比法
图解法
极限平衡法 弹性力学、弹塑性力学法 有限元法等数值方法
块体极限平衡法