第6章_边坡稳定性的工程地质研究

第四节 边坡稳定性的评价方法
边坡稳定性的工程地质评价任务：
(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 定量评价；
(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。
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 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。
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 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， 引水渠道的修建，黄土湿陷等，均可引起边坡的变形与破坏。
土石坝边坡及坝肩边坡等。
边坡稳定性的工程地质分析意义： (1)通过勘察对边坡的稳定性做出评价和预测； (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。
第一节 概述
广西凤山山体崩塌
第二节 边坡岩体的应力分布
一、边坡应力分布的一般特征
(1)斜坡岩体的主应力迹线发生明显的偏转，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 力则愈与坡面近正交。 (2)在坡脚与河谷底部形成应力集中带。 (3)与主应力偏转相联系，最大剪应力迹线也发生偏转，呈 凹向临空面的弧线。在最大、最小主应力差值最大的部位(一 般在坡脚附近)，相应形成一个最大剪应力区，因而在这里容 易发生剪切变形破坏 。 (4)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。
表层和深层蠕动是缓慢长期持续变形， 但没有发生整体的、大范围和崩塌和滑坡。 所以属于变形类型或处于变形阶段。但进一 步发展，可导致边坡发生急剧的整体破坏， 即滑坡或崩塌。
第三节 边坡变性破坏的基本类型
三、崩塌
1、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 下，突然以高速脱离母岩翻滚堕落的急 剧变性破坏现象。 2、类型：规模巨大的山区崩塌，称为 山崩；小型崩塌，成为坠石。 3、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 互摩擦破碎后堆积于坡脚，形成岩堆或 崩积体。 4、地貌：岩堆（倒石堆，倒石锥）
1.滑坡的形态及特征
滑坡特征示意图
2003年7月13日 三峡库区沙镇溪发生千将坪滑坡， 致使24人失踪。
滑坡壁 滑坡周界
2、滑坡分类
2、滑坡分类
（1）根据滑动面与岩层构造之间的关系分为： 顺层滑坡。滑坡体沿岩层的层面或不整合面滑动。特别是大型滑坡和 滑坡群集地区，常是沿软弱岩层或其层面滑动。如：瓦依昂水库滑坡、 新滩滑坡。 切层滑坡。沿节理、断层或其他与层面相切的软弱结构面滑动。常发 生在节理裂隙发育、产状平缓或与斜坡呈反倾的岩层中，滑动面是折 线或弧线。 均质滑坡。在均质，明显层理的岩体或土体中滑动。滑动面受最大剪 应力控制，多呈圆弧形。
4、影响滑坡稳定性的因素
（2）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 是十分明显。 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 的地区，边坡稳定性较差，常出现巨大型滑坡及滑坡群； 2）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； 3）岩层或结构面的产状对边坡稳定有很大的影响。
a.锥形体
b. 楔形体 c.棱形体 d.槽形体 多组结构面发育的边坡稳定情况
4、影响滑坡稳定性的因素
（3）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： 处于水下的透水边坡将承受水的浮托力的作 用； 而不透水的边坡，坡面将承受静水压力，充 水的张开裂隙也将承受裂隙水静水压力的作用； 地下水的渗流，将对边坡体产生动水压力； 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； 地表水的冲刷，
第十一章 边坡稳定性 的工程地质研究
第一节 概述
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 陡
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 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 道边坡，船闸、溢洪道边坡、饮水水洞进、出口边坡、
页岩
平洞
坠石（风化后）
崩塌过程示意图
两种情况下的崩塌
崩落实例
第三节 边坡变性与破坏的类型
四、滑坡
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 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。

60 70 80
坡角
坡 角 最 大 前 应 力


1H 2H 3H 4H 底宽W W H
二、影响边坡岩体应力分布的主要因素 3.岩体结构的影响 比较复杂，岩体的不均一和不连续，沿软弱面的周围出现应 力集中或应力阻滞现象。
坡体内结构面上应力分布示意图 a. 平行 b. 垂直 c. 斜交 d.阻滞
只有一组结构面——顺向坡：
a. 结构面倾角（α）<坡角（β），产生顺 层滑坡。稳定性最差，最常见。 b.结构面倾角（α）> 坡角（β），比较稳 定。
α α β 图6-23 顺向坡
β
只有一组结构面——逆向坡： 是稳定，一般不会形成滑坡。
在切层的结构面发育时，才有可能形成折线破裂滑动 面或崩塌破坏。

3、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 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。
1、地形地貌及地物标志；
2、岩土结构特征；
3、水文地质标志；
4、滑坡边界及滑坡床标志。
滑坡体上的树木歪斜,像醉汉一样,东倒西歪,显示滑坡已滑动解体
4、影响滑坡稳定性的因素
（1）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。 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 边坡，一般稳定性较高； 2）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)发育时，容易形成直立坡而产生 崩塌； 3）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； 4）千枚岩、板岩及片岩，软弱易风化，容易出现蠕动现象； 5）黄土具有垂直节理、疏松透水，浸水后容易崩解湿陷。 6）崩积物、残坡积物。容易沿下伏基岩的接触面产生滑动。
图6-23 顺向坡
只有一组结构面——斜交坡：
交角越小，对边坡稳定的影响越明显。 当交角小于<40°时，按平行边坡考虑；
当交角小于>40 °时，稳定性较好；
当近于90 °直交时，横向坡，对稳定最有利。
有二组结构面 有两组或更多的软弱结构面时，互相切割，形成各种各样 的滑移体。 若一组结构面产状陡倾，起切割作用，平缓构成滑动面； 若二组结构面都陡倾，由另一组顺坡向产状平缓的结构面 构成滑动面。
表层蠕动变形示意图


深层蠕动，是由于坚硬岩层组成的边坡底部存在较厚的软 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。 发生深层蠕动的软弱夹层常是泥化页岩、粘土岩、泥灰岩、 凝灰岩及煤系地层等，上部脆性岩层多为石灰岩、白云岩、 砂岩、玄武岩、流纹岩等。
第三节 边坡变性破坏的基本类型
4、 影响滑坡稳定性的因素
（4）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。
（5）工程荷载的影响
b. 水平构造应力为3γh，斜坡张裂带
二、影响边坡岩体应力分布的主要因素
边 坡 应 力 分 布 的 一 般 特 征
二、影响边坡岩体应力分布的主要因素 2.坡形的影响
坡 角 最 大 前 应 力
0 5 10 15 20 25 30 30 40 50
随着坡高的增加，坡内应力值也随着 呈线性增大。但不改变等值线的图象 坡角变陡，拉应力的范围增大，切向 应力增高，坡角最大剪应力加大 坡底宽度W对坡脚应力状态影响。当 W<0.8H，坡脚最大剪应力随底宽缩小 而急剧增高；当W>0.8H，保持一常值 边坡的平面形态对应力有明显影响， 凹坡，应力集中减弱；凸坡相反。
第三节 边坡变性破坏的基本类型
一、松弛张裂
松弛张裂是边坡的侧向应力 削弱后，由于卸荷回弹而在斜坡 上出现张裂的现象。 随着河谷的进一步深切，则 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 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 成松弛张裂——卸荷裂隙带。
峡谷地区卸荷发育示意图
第三节 边坡变性破坏的基本类型
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。 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，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、倾倒、溃屈和滑坡。
砂岩中的柱状节理（松弛张裂）
卸
荷
张
裂
二、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 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 种类型。 表层蠕动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 倒转、破裂、倾倒。 在塑性岩石较强的岩层中,如页岩、千枚岩、板岩、片 岩等，表现为连续的弯曲变形。 在脆性的岩层中，如砂岩、石英岩等，在弯曲过程中被 拉断，层间错动，但层序不乱。当变形增大，发生坠落或倾 倒破坏。 表层蠕动多发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 般反坡向倾斜或倾角大于60º者更易发生。
按滑动面与岩层构造关系及始滑部位划分的滑坡类型
2、滑坡分类
（2）根据滑动的力学性质分为：

推移式滑坡。上部失稳，推下部。多与上部增加荷载有关。 牵引式滑坡。下部失稳，上部失去支撑下滑。多因坡脚遭受冲刷、挖 掘破坏而引起。 平移式滑坡。始滑部位是许多点，同时局部滑动，然后逐渐连接形成 统一的滑动面。
盐池河崩塌
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。
树木茂密，形成大片马刀树，表示浅层滑移明显
4、 影响滑坡稳定性的因素
内在因素：组成边坡岩土体的性质、地质构造、岩土体结构、 岩体初始应力等； 外在因素：水的作用、地震、岩石风化、工程荷载条件及人工 开挖等。 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 进边坡变性破坏的发生和发展。
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
二、影响边坡岩体应力分布的主要因素 1.原始应力状态的影响

岩体的原始应力对边坡应力分布有很大影响，尤其是垂直 于河谷方向的水平构造的影响更为显著。
30°
45°
60°
75°
90°
a. 水平构造应力为0，斜坡张裂带
30°
45°
60°
75°
第四节 边坡稳定性的评价方法
边坡稳定分析前应具备资料：①地形和地貌特征；② 地层岩 性和岩土体结构特征；③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；④边坡岩体风化、卸荷 深度；⑤各类岩土和潜在滑动面的物理力学参数以及岩体应力； ⑥岩土体变形监测和地下水观测资料；⑦坡脚淹没、地表水位 变幅和坡体透水与排水资料；⑧降雨历时、降雨强度和冻融资 料；⑨地震基本烈度和动参数；⑩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 等。