边坡的稳定性分析

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六、边坡治水措施
在边坡治理中,治坡必须治水,边坡治水
包括坡面排水及坡体排水。
1.地表排水系统 (1)滑体外截水沟 (2)滑体内排水沟 (3)自然沟防渗
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2.地下排水工程 (1)截水盲沟 (2)盲(隧)洞 (3)水平钻孔群排水 (4)垂直孔群排水
(5)井群抽水
(6)虹吸排水
(7)支撑盲沟
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边坡影响因素及破坏机理分析
✓ 岩土体的性质 ✓ 地质构造 ✓ 地应力 ✓ 岩土结构 ✓ 水的作用 ✓ 振动作用 ✓ 边坡形状与断面形态 ✓ 其他因素
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水的作用
一、水对土体强度参数的影响 二、水化学作用对岩土体的影响 三、不同地下水位对边坡的影响 四、水的物理作用 五、降雨的影响 六、边坡治水措施
四、水的物理作用
水对边坡岩土体的作用是多方面的,包 括材料性质、软化、冲刷等,这些作用都 将影响边坡的稳定性。一般而言,水的物 理作用往往具有突发性,从而对边坡的稳 定性构成较大的威胁。
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四、水的物理作用
✓ 材料性质
材料重点 抗剪强度 变形模量
✓ 软化作用
水的软化作用指水的浸泡使岩土体强度降低,其对边坡稳定性的危害很大。当边坡 岩 体或较弱夹层的亲水性强,有易溶于水的矿物时,如含盐的黏土质页岩等,浸水后易 发生 变化,抗剪强度降低,岩体结构受到破坏并产生崩解泥化现象,影响边坡稳定。一 般而 言,岩质边坡裂隙中的泥岩、泥质岩层,干燥时强度较高,泥化软化后,强度降低 。对于 土质边坡,浸水后的软化现象则更加明显,特别是湿陷性黄土边坡,遇水后将急 剧变形 破坏。
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边坡形状与断面形态
1、边坡外形
边坡外形影响边坡的稳定性,其走向的表面形状影响边坡岩土 体内的应力状态。如图 所示,对于凹形边坡,边坡岩土体表 面处于二向受压状态,稳定性较好;对于凸形 边坡,岩土体 鼓岀,两侧坡体易受拉应力,稳定性较差。此外,凹形边坡等 高线曲率半径 越小,越有利于边坡稳定。
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一、水对土体强度参数的影响
一般来说,岩土体的强度可用摩尔—库仑强度破 坏准则表示:
f = c + tan
式中:c,φ为土体的强度参数,分别是土体的粘聚 力和内摩擦角。
通过上式可知,影响土体抗剪强度的主要参数是 土体的粘聚力和内摩擦角,而上述两参数又是与土体 的含水量是密切相关的。
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二、水化学作用对岩土体的影响
水对岩土体产生一系列诸如水解、溶解和碳酸 化作用等化学反应,从而改变岩土体的矿物成分, 导致岩土体细微观结构的破坏,改变其结构特性而 影响岩土体的力学性能。受水化学作用后,岩土体 物理力学特征的变化较为复杂。即使是坚硬致密的 弱风化基岩,也不可避免地存在着大量微裂隙,水 化学溶解长期在裂隙中与矿物颗粒或晶体发生化学 反应,使原矿物分解并生成一些新的矿物,而某些 新生矿物具有高度的分散性,这种作用逐渐地降低 了岩土体的强度。
边坡沿走向的表面形状分类示意图
(a)凹形边坡(b)直线型边坡(c)凸形边坡
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边坡形状与断面形态
2、边坡坡度和坡高
对于均质岩土边坡,坡度及坡高越大,其稳定性越差。一般而 言,当边坡的稳定性受 顺倾滑动面控制时,边坡高度对其稳 定性的影响大于边坡坡度。另外,边坡坡度越大,坡 顶与坡 面拉应力带的范围越大,坡脚应力集中带的最大剪应力增加, 不利于边坡稳定。
D. 边坡治水应该采取坡面排水和坡体排水同时进, 以保证边坡稳定。
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振动作用
1、地震作用
地震对边坡稳定的影响较大,一是地震作用产生水平地震 附加力,使边坡下滑力增 大,从而降低边坡稳定性;二是地 震产生的地震波可能引起边坡岩土体应力的瞬时变化, 造成边 坡岩土体结构发生变化甚至破坏。
地震的横波在地表引起周期性左右晃动,纵波引起上下颠 簸。在地震作用下,边坡岩 体的结构面张裂、松弛,地下水 状态发生较大变化;在地震力的反复振动冲击下,边坡岩 体 结构面发生位移变形,直至破坏。地震对边坡稳定的影响主要 表现为累积效应和触发 (诱发)效应。
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振动作用
累积效应。边坡中由地震引起的附加力,通常以 边坡变形体的重量W与水平地 震加速度Kc之积表示, 即为KcW。在边坡稳定性计算中,一般将地震附加力 考虑为水平 指向坡外的力。边坡岩土体位移量的大 小不仅与震动强度有关,也与经历的震动次数有 关 ,频繁的小震对斜坡的累进性破坏起着十分重要的作 用,其累积效果使影响范围内的岩 体结构松动,结 构面强度降低。
(8)边坡渗沟 (9)洞—孔联合排水 (10)电渗排水
六、边坡治水措施
坡面排水
坡面排水主要是通过设置坡顶截水沟、平台截水沟、
边沟、排水沟及跌水与急流槽来实现。
坡体排水
坡体排水设施主要有渗沟、盲沟及斜孔等。①渗沟又分 支撑渗沟、边坡渗沟和截水渗沟三种,主要作用截排地表以 及几米范围内的地下水;②盲沟(即渗水隧洞)主要用于截排 或引排埋藏较深的地下水,如深圳莲塘水厂滑坡的岩层排水 工程就是采用渗水隧洞;③斜孔主要用于排除深层地下水, 土层和岩层均可采用,一般用水平钻机,埋置排水PVC管。
稳定程度 很不稳定 不稳定
稳定程度 相对稳定
坡度/(。) >25 10-25
坡度/(。)
土质边坡
土质
评价因素和指标 坡度/(。)
松散砂土、淤泥质黏 土、 冲填土
>50
黄土类土、黏性土、 新 的重力堆积
30-50
土质边坡
土质
评价因素和指标 坡度/(。)
岩质边坡
岩性
断层破碎带,岩石强烈风 化,节理裂隙发育,且充填 黏 土
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小结
A. 水的入渗导致边坡土体含水量增加,使土体的强 度参数(c、φ)降低,从而引起边坡失稳。
B. 水与岩土体长期的化学作用诱发岩土体浸水—失 水—再浸水现象是边坡变形的重要因素之一。
C. 对边坡不同地下水位的计算结果可知,地下水位 升高,滑动面逐步向坡脚移动,当地下水位高于 边坡脚一定高度时,将发生坡脚局部破坏现象。
中等风化的岩石,裂隙间 距20 - 50cm,裂隙中有少 量充 填物
地下水埋深 /m 0~3
3-10
岩质边坡
岩性
地下水埋深 /m
5~10
粗砂、砾石层、含石 土、 密实的黏土、老的 重力堆 积
20-30
坚硬完整岩石,风化微 弱, 节理裂隙较少
>10
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振动作用
2、爆破作用
爆破施工广泛应用于各类矿山、水利工程,其往往引起周 围岩体产生不同程度的破 坏,从而影响边坡岩体的稳定性。 爆破作用对边坡稳定的影响主要体现在三个方面,即爆 破的 动力作用、爆破对岩体的松动破坏及疲劳破坏等。 A. 爆破的动力作用 B. 爆破对岩体的松动破坏 C. 爆破对岩体的疲劳破坏
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其他因素
3、植被影响 植被生长也直接影响边坡的稳定。植 物根系可保持 土质边坡的稳定,通过植物 吸收部分地下水有助于 保持边坡的干燥; 在岩质边坡上,生长在裂隙中的 树根有时 也会引起边由自然或人类造成的植被变化 将导致 植物根系的生长和腐烂。在树木砍伐与重 新种植的循环过程中,树木砍伐后的最初几年里, 根系抗拉强度将大幅减弱;随着重新种 植的树木生 长,根系抗拉强度逐年增加,坡局部的崩滑,树木 根系腐烂可导致抗剪强度减少数十千帕,因此增加 了边坡灾害发生的 可能性。
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边坡形状与断面形态
3、边坡断面形态
从垂直断面上看,边坡可分为平面边坡、凹边坡和凸边坡。
图2-11边坡断面形态分类示意图 (a)平面边坡;(b)凹边坡;(c)凸边坡
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边坡形状与断面形态
3、边坡断面形态
✓平面边坡。平面边坡在设计中经常采用,这种边坡断面的绘制和计 算最简单, 但平面边坡是按组成边坡岩体的平均性质考虑的。如果组 成边坡岩体的强度有强有弱,且 彼此差异较大时,即使釆用了较大 的安全系数,也难免在弱岩层中发生破坏。 ✓凹边坡。凹边坡是根据松散介质力学计算出来的边坡,上陡下缓, 边坡断面保 持凹形可以使安全系数显著增大。在很多情况下,由于 风化引起岩体性质的弱化,可能需要把台阶上部的坡度放缓,而不是 加陡。此类边坡形式与实际边坡逐渐形成的历史过程相 违背,尽管 其有较充分的理论根据,却与实际并不相符。 ✓凸边坡。凸边坡具有上缓下陡的外形。此类边坡形式较符合露天矿 边坡形成的 时间特点,因此适用于深凹露天矿边坡。
一、水对土体强度参数的影响
以粘性土为例,通过土工直剪试验求得含水量w与土体强度参数的关 系见图1和图2。
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图1 内聚力与含水量关系曲线
一、水对土体强度参数的影响
图2 内摩擦角与含水量关系曲线
从两图可以看出,粘聚力和内摩擦角均随含 水量的增加而逐渐降低,且粘聚力的下降幅度较 大;
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触发(诱发)效应。触发效应可有多种表现形式 。在强震区,地震触发的崩塌、 滑坡往往与断裂活 动相联系。对于高陡的陡倾层状边坡,震动可促进陡 倾结构面或裂缝的 扩展,并引起陡立岩层的晃动。
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振动作用
地震对边坡稳定性的影响,除地震的震级及震中距外,还与边坡 岩土体性质、岩体结 构、坡度以及地下水等诸多因素有关。根据经 验,地震时各类边坡的相对稳定程度详见表
✓ 水流冲刷
岩体裂隙中常常有软弱物质充填。当裂隙中水流速度较大时,在渗透水流的作用下 , 裂隙中的充填物可能会被水流带走。对于砂土类材料,特别是粉细砂,其渗透稳定性很 差,较小的水力梯度就可能产生失稳。
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五、降雨的影响
自然因素中,降雨是诱发边坡灾害 的最主要因素。降雨入 渗过程主要表现为 对边坡岩土体力学参数的影响,使边坡稳 定性发生变化,从而引起滑坡或泥石流等 地质灾害,降雨对 边坡岩 土体参数的影响,主要体现在四个方面: 岩土体的重度 增大、岩土体材料抗剪强度 参数的降低、边坡应力状态的变 化、坡面 及坡体的渗流产生动水压降雨所造成的坡面渗流, 因其易带走 坡面的松散物质,可造成面状侵蚀和沟状侵蚀等 ,尤其对土质边坡侵蚀作用较大。降雨对岩质边坡的影响较小 ,但若岩体风化较严 重、降雨强度较大时,则会使岩体的风 化层受到影响,使其从基岩剥离。在地表水的流动 下,会带 走被剥离的岩屑,使新鲜基岩出露,强度降低,风化裂隙加深 ,产生恶性循环。 当降水在岩体坡面排泄受阻时,会加大岩 体的重量,增加坡体的下滑力力等。
图2-9某露天矿山爆破效应分区 (a)直接破碎区;(b)岩体崩坍区;(c)松动区;(d)地表变形裂缝区
效应分区
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边坡形状与断面形态
边坡形状及表面形态指边坡的外形、坡高、坡度 、断面形态以及边坡临空程度等。目前的稳定性分 析方法通常把边坡看成二维,且假定边坡从坡顶到 坡底是一个平面;而实际 上边坡在平面图上总是弯 曲的,在断面图上往往也是弯曲的。边坡形态对边 坡稳定有一定程度的影响,主要表现在以下方面。 A.边坡外形 B.边坡坡度和坡高 C.边坡断面形态
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二、水化学作用对岩土体的影响
在岩土体遇水的情况下,受水化学作用后产生 的易溶矿物随水流失,而难溶或结晶矿物则残留原 地,结果致使岩土体的孔隙增大,岩土体因此变得 松散脆弱。当岩土失水又浸水时,某些矿物与进入 岩土颗粒孔隙中的水作用后出现体积膨胀的现象, 这种体积膨胀是不均匀的,从而使得岩土体内部产 生了不均匀的应力,最终导致了矿物颗粒的碎裂解 体,表现出土体软化和崩解。于是岩土的内摩擦角 和粘聚力随之而减小。而边坡地下水位的升降正是 诱发岩土浸水—失水—再浸水这一反复循环的直接 因素,因此,对边坡变形的发展有着较大的影响。
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三、不同地下水位对边坡的影响
降雨入渗造成地下水位上升和地表水排泄不 畅 ,使地下水位升高。当水位线每次抬高4m, 对边坡的影响,如下图
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三、不同地下水位对边坡的影响
地下水位升高,滑动面逐步向坡脚移动,当地 下水位高于坡脚时,滑动面将下移而不再通过坡脚, 随着地下水的继续上升,最危险滑面将通过边坡面 而非坡顶,为一起始于坡面、绕过坡脚的圆弧,发 贵州大生学坡脚局部破坏现象。
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其他因素
1、人为因素
主要包括爆破、施工开挖、边坡卸载与加载、工程荷载、边 坡加固措施等。 人为因素对边坡稳定性的影响很大。
2、风化作用
风化作用对边坡稳定有较大的影响,弱化岩土体及结构面 的力学性质,从而引起边坡失稳。一般而言, 风化速度与岩石 本身的成分、结构和构造有关,同时也与温度、湿度、降雨等 气候条件以 及地下水、爆破振动、地震等因素有关。强度越 小的岩石,风化速度越快;温度变化大, 降雨量较多的地区, 岩石风化速度会加快 失稳。
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