岩质边坡稳定分析彭杨皓

稳定系数=可供利用的最大抗滑力/滑动力
安全系数：根据各种因素规定的允许的稳定系数， 人为规定的，必须>1。安全系数一般取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。
9
0.510
1
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 i
参数的确定
参 数 获 取 试验数据
极限状态下的反算数据
⑤
⑥
破坏; 结构体为刚体,不计块体自身变形和结构面的压缩变 形; 岩体失稳是岩体在各种荷载作用下沿着结构面产生 的剪切滑移； 滑动面应力分布均匀； 不考虑滑体两侧的抗滑力。
（2）假设分析
① 首先将结构面和开挖临空面看成空间平面 , 将结
构体看成凸体 , 将各种作用荷载看成空间向量, 进 而应用几何方法研究在己知各空间平面的条件下 ,岩体内将构成多少种块体类型及其可动性,并给 予严格的数学证明。
三、 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 C j L 滑动力 Fr＝G sin 稳定性系数
2C j sin Fs G cos tg j C j L tg j = Fr G sin tg gH sin sin( )
（6）相关参数 稳定系数F：沿假定滑裂面的最大抗滑力与下 滑力的比值;
F>1时，坡体稳定；
F=1时，坡体处于极限平衡状态；
F<1时，边坡发生破坏。
在多数情况下，计算的稳定性系数都有一
定误差，为保险起见，引入安全系数的概念。
（7）块体极限平衡法步骤
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。
这两种分析方法是相互独立但计算结果是一样的
,都有严格的数学计算基础。
（4）块体极限平衡理论的特点
① 三维分析：岩体工程的主要特性 , 也是优于其他
分析方法的主要特点； ② 核心：寻找开挖临空面上的关键块体； ③ 研究对象：具有明显滑动面的空间岩体运动 , 只 考虑结构面间的抗剪强度 , 不考虑岩体本身的强 度破坏和变形；力学模型实质是刚体平行移动 , 故应用空间向量合成来求各种荷载的合力； ④ 可靠度：取决于分析参数取值的准确程度；首先 取决于结构面力学指标粘聚力c和内摩擦角φ、其 次结构面产状取值。
4 岩质边坡变形破坏模式
岩质边坡变形（松动、蠕动）发展到一定程度，将导致 边坡的失稳破坏。岩坡的失稳情况按其破坏方式主要分 为崩塌和滑坡两种。
崩塌（巨厚层状和块状岩体）；重力 + 其他外力 > 强度
（裂隙水、地震、大暴雨）
滑坡； 软弱结构面（平）、均质泥岩或页岩、土边坡或
节、废石堆、尾矿（圆）
地震、施工等因素变化较大, 不易考虑; 工程条件：滑坡规模、滑面深度、坡体高度、滑动类
型、滑坡的变形阶段、边坡角、滑坡推力、
工程地质水文条件：坡体结构类型及地下水等因素。
相似度是为评价工程相似性而提出的一种半定量的经验性指 标。在进行滑坡治理工程相似度分析中 , 主要考虑滑坡的工 程条件和工程地质水文条件两方面。各影响因素代表量详见 下表：
用力及地震作用等。
地震作用
水平地震作用：FEK=1G
1 —相应结构基本自振周期的水平地震影响系数值，多层砌体房
屋、底 部框架砌体房屋，宜取水平地震影响系数最大值； G—结构等效总重力荷载，单质点应取总重力荷载代表值，多质点 可取总重力荷载代表值的 85％；
地震烈度
6
0.064
7
0.127
8
0.255
力和粘聚力为零也能保持稳定的块体;
可能稳定块体是指在工程力和自重作用下，滑动面上有足
够的抗剪强度才能保持稳定的块体;
关键块体是指在工程力和自重作用下，滑动面上的抗剪强
度不足抵抗滑动力，若不采取工程加固措施必然会导致失 稳的块体。
关键块体极限平衡理论核心：寻找关键块体； ① 将结构面和开挖临空面看成空间平面，结构体看
经验数据
从偏安全的角度，一般选用的计算参数，应接近残 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，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。
稳定系数计算及影响因素
学
生:
彭杨皓 单仁亮 教授
指导老师:
二〇一五年十二月
主要内容
一、边坡基本概念
二、边坡稳定性分析
三、边坡岩体稳定性计算
四、岩土复合边坡稳定性问题
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 分类 1）成因：自然边坡和人工边坡。
② 块体几何可动性：有限块体分不可动块体、可动
块体。
不可动块体指沿空间任何方向移动皆受相邻块体阻碍，如果 相邻块体不发生移动，它也不能移动; 可动块体是指沿空间某一方向或若干方向移动而不受相邻块 体阻碍的块体。
③ 块体的受力情况：可动块体分稳定块体、可能稳
定块体、关键块体；
稳定块体是指在工程力和自重作用下，即使滑动面的摩擦
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。
临空面指临空自由面，为滑动岩体提供活动空间，
临空面常由地面或开挖面组成。
内容：查清岩体中各类结构面及其组合关
系，确定可能的滑移面、切割面；
（5）块体分类
岩体被各类结构面和临空面切割后,形成形状各异的镶 嵌块体。从岩体工程稳定性分析方面考虑,对其作以下 分类:
不可动块体
有限块体
块 体 无限块体 可动块体
稳定块体 可能稳定块体
关键块体
① 块体边界：有限块体、
无限块体；
无限块体是指未被结构面和
临空面完全切割成孤立体的块 体，仍有一部分与母岩相连; 有限块体是指被结构面和临空面完全切割成孤立体的块体。
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滑坡的数据来源: 工程实践;
文献、专著、论文等。
2）图解结构分析
在进行结构分析之前，根据岩体本身结构来进行破 坏形式的划分。 ①块状结构边坡：由多组结构面组合,发生块体或楔 形体破坏。
首先采用数值分析方法（如有限元、离散元、块
体元和DDA 等）确定边坡的位移场和应力场,再采 用超载法、强度储备法等使边坡达到极限状态 , 从 而间接得到安全系数。这种方法不仅考虑了滑移 体力的平衡 ,而且考虑了位移协调条件和岩体本构 关系等。
1）块体极限平衡法 （1）假设条件
① 结构面为确定产状的平面,并由现场地质测量获得; ② 结构面贯穿所研究岩体 ,即不考虑岩石块体
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
1 2 V w gZ w 2
成凸体，各种作用荷载看成空间向量，运用几何 方法研究在己知各空间平面条件下，岩体内将构 成多少种块体类型及其可动性。
② 通过几何分析排除所有的无限块体及不可动块体
;
③ 通过运动学分析，找出在工程力和自重作用下的
所有可能失稳块体;
④ 力学分析，根据滑动面的物理力学特性，确定开
挖面上所有的关键块体，并计算出所需锚固力， 从而制定相应的锚固措施。
1 定性分析 定性分析法一般包含工程类比法和图解法，主 要考虑影响边坡稳定性的一些地质因素，如主 控结构面、深大裂缝、地下水、不利结构面的 位置等。
1）工程类比法
新工程的设计时, 设计人员往往参照以前设计类似工 程时的经验方法。 滑坡治理工程相似度的影响因素
相似度反映两个工程综合相似程度 , 因此原则上与滑坡 治理工程有关的一切因素都属于分析对象 。
滑坡治理工程相似度的确定
（1）如果两个工程在各个方面完全一样, 则其相似 度为1.0; 如果两个工程处于相似与不相似的临界点, 则两个工程的相似度为0.5;
如果两个工程的相似度大于0. 5, 则两个工程是相
似的, 相似度越大, 则相似的程度越高。
（2）滑坡治理工程的相似度是一个综合相似度, 它 综合考虑了前述影响滑坡治理工程相似程度的9个因 素的作用，取加权之后的数值进行分析比对。
作用于AD上的静水压力U H w Zw 1 U w gZ w 2 sin 边坡稳定性系数为

(G cos U V sin )tg j C j AD G sin V cos
目的：确定边坡中可能滑动岩体的位置、
规模及形态，定性判断边坡岩体的破坏类
型及主滑方向；
方法：赤平投影、实体比例投影等图解法
或三角几何分析法。
受力条件分析 在工程使用期间，可能滑动岩体或其边界面 承受力的类型及大小、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、静水压力、动水压力、建筑物作