第8章边坡岩体稳定性分析
边坡稳定性分析方法
边坡稳定性分析方法1.1 概述边坡稳定性分析是边坡工程研究的核心问题，一直是岩土工程研究的的一个热点问题。
边坡稳定性分析方法经过近百年的发展，其原有的研究不断完善，同时新的理论和方法不断引入，特别是近代计算机技术和数值分析方法的飞速发展给其带来了质的提高。
边坡稳定性研究进入了前所未有的阶段。
任何一个研究体系都是由简单到复杂，由宏观到微观，由整体到局部。
对于边坡稳定性研究，在其基础理论的前提下，边坡稳定分析方法从二维扩展到三维，更符合工程的实际情况；由于一些新理论和新方法的出现，如可靠度理论和对边坡工程中不确定性的认识，边坡稳定分析方法由确定性分析向不确定性分析发展。
同时，由于边坡工程的复杂性，边坡稳定评价不能依赖于单一方法，边坡的稳定性评价也由单一方法向综合评价分析发展。
1.2 边坡稳定性分析方法边坡稳定性分析方法很多，归结起来可分为两类：即确定性方法和不确定性方法, 确定性方法是边坡稳定性研究的基本方法,它包括极限平衡分析法、极限分析法、数值分析法。
不确定性方法主要有随机概率分析法等。
1.2.1 极限平衡分析法极限平衡法是边坡稳定分析的传统方法，通过安全系数定量评价边坡的稳定性，由于安全系数的直观性，被工程界广泛应用。
该法基于刚塑性理论，只注重土体破坏瞬间的变形机制，而不关心土体变形过程，只要求满足力和力矩的平衡、Mohr-Coulomb准则。
其分析问题的基本思路：先根据经验和理论预设一个可能形状的滑动面，通过分析在临近破坏情况下，土体外力与内部强度所提供抗力之间的平衡，计算土体在自身荷载作用下的边坡稳定性过程。
极限平衡法没有考虑土体本身的应力—应变关系，不能反映边坡变形破坏的过程，但由于其概念简单明了，且在计算方法上形成了大量的计算经验和计算模型，计算结果也已经达到了很高的精度。
因此，该法目前仍为边坡稳定性分析最主要的分析方法。
在工程实践中，可根据边坡破坏滑动面的形态来选择相应的极限平衡法。
边坡岩体稳定性分析的计算方法
边坡岩体稳定性分析的计算方法随着世界经济的发展和科技进步，边坡岩体稳定性分析也变得越来越重要。
稳定性分析可以帮助工程师和地质学家了解边坡岩体构造特征，判断边坡是否稳定，如果发现不稳定，可以采取措施进行稳定性锚固，改善边坡安全性。
因此，边坡岩体稳定性分析的计算方法受到广泛的关注。
二、边坡岩体稳定性分析的基本概念边坡岩体稳定性分析是指，通过对边坡岩体构造状况的详细研究和计算，判断边坡是否稳定。
边坡岩体稳定性分析的基本概念包括三大部分：滑移平面、滑力及抗滑力。
首先，滑移平面是指在滑力下，边坡岩体可能发生滑移的晶体层平面。
其次，滑力指的是边坡岩体在滑移平面上受到的拉力，是影响边坡稳定性的最主要因素。
最后，抗滑力是指边坡岩体内部结构强度对滑力的抵抗力，一般情况下，抗滑力要大于滑力，才能保证边坡的稳定性。
三、边坡岩体稳定性分析的计算方法边坡岩体稳定性分析的计算方法可以分为四大类：地质位置、滑力场理论、Dawson缓倾斜理论和多学科联合分析。
（1）地质位置法地质位置法是根据边坡岩体构造、岩性和地质条件来判断边坡的稳定性的方法。
通过有限的基础地质调查，可以掌握边坡的构造特征，从而预测边坡的稳定性。
（2）滑力场理论滑力场理论是根据边坡岩体的重力力和普朗特力及其他力学参数，绘制地质滑力场理论模型，分析滑力场分布，从而预测边坡的稳定性。
（3）Dawson缓倾斜理论Dawson缓倾斜理论和滑力场理论有许多共同点，都是根据重力力和普朗特力来分析边坡的稳定性的方法。
但与滑力场理论不同的是，Dawson缓倾斜理论更多的考虑边坡地表和深层岩体以及地基土体的影响，这为判断边坡的稳定性提供了较全面的信息。
（4）多学科联合分析多学科联合分析是指识别边坡岩体构造特征、岩性和地质条件，综合地质滑力场理论、Dawson缓倾斜理论以及实测地质资料、地震动力学、力学地质学等多学科的知识，分析并综合评估边坡的稳定性的方法。
四、总结边坡岩体稳定性分析的计算方法可以分为地质位置法、滑力场理论、Dawson缓倾斜理论和多学科联合分析四大类。
边坡的稳定性分析
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。
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
贵州大学
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
贵州大学
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。
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。
边坡岩体稳定性分析的计算方法
边坡岩体稳定性分析的计算方法边坡岩体稳定性分析是地质工程设计工作中十分重要的一部分，是评价和研究边坡岩体稳定性的重要方法之一。
随着地质工程的发展，计算机技术的发展和应用，计算边坡岩体稳定性的方法也在不断发展和完善。
本文介绍了边坡岩体稳定性分析的计算方法，以及计算边坡岩体稳定性的重要步骤和要素。
二、边坡岩体稳定性的计算方法1.计算要求计算边坡岩体稳定性的要求是首先进行岩体的力学性质分析，确定岩体的抗剪强度和抗压强度，以及岩体的尺寸、形状、排列结构和构造；随后确定边坡的几何形状参数和水文地质因素，以及重力作用体系的参数；最后，按照边坡分析方法进行计算，确定边坡岩体的稳定系数。
2.计算过程（1）岩体力学性质分析。
首先分析岩体的抗剪强度和抗压强度，其次施加水平和垂直运动，确定岩体的变形特性；（2）边坡几何形状分析。
确定边坡的几何形状参数，包括坡度、坡面宽度、坡面长度等，同时确定水文地质因素，如雨水、渗水、地下水等；（3）重力作用体系分析。
确定边坡岩体的重力作用体系，包括自重、滑移压力、地下水压力、渗水压力等；（4）运用边坡分析方法计算边坡岩体的稳定性。
可以采用等效滑动面法、艾里克斯准则、薛定谔方程等方法，计算边坡岩体的稳定性。
三、边坡岩体稳定性分析的要素1.岩体力学特性岩体的抗剪强度和抗压强度是影响边坡岩体稳定性的主要因素之一。
岩体的抗剪强度可以通过抗拉强度、抗折强度等相关试验来测定，而抗压强度可以通过抗压强度试验、岩石试验等来确定。
2.边坡几何参数边坡几何参数是指边坡的坡度、坡面宽度、坡面长度等参数，这些参数是影响边坡岩体稳定性的重要因素。
一般来说，边坡坡度越陡，边坡稳定性越低；坡面宽度、坡面长度越小，边坡稳定性越低。
3.水文地质条件水文地质条件是指边坡周围的雨水、渗水、地下水等情况，这些条件也是影响边坡岩体稳定性的重要因素。
一般来说，边坡周围有大量雨水、地下水时，边坡稳定性就会变差。
4.重力作用体系重力作用体系是指边坡岩体受到的重力、滑移压力、地下水压力、渗水压力等因素的综合作用，这也是影响边坡岩体稳定性的重要因素。
岩石边坡稳定分析
1.6 不同破坏模式的讨论
由于边坡岩体构造复杂多样，所以岩质边坡的破坏模式有许多种， 在大部分岩石力学及岩石边坡稳定方面的教材中，岩质边坡的简化 破坏形式可以分为：① 平面破坏（Plane Failure）；②楔体破坏 （Wedge Failure）；③倾倒破坏（Toppling Failure）。
边坡工程—边坡稳定性分析实例
杨松林(岩体稳定分析的广义条分法初步探讨,岩土工 程学报, 1999, 20（1））针对传统竖直条分法和萨尔玛法 应用于岩体边坡的稳定性分析的缺点，提出了适用范围更 广的广义条分法，广义条分法考虑了条块间分界面的应力 变形关系，采用条块间分界面的应力变形本构关系代替传 统的两类条分法对条块分界面上力的大小、方向或作用点 的人为假定，这一做法更加符合岩土工程的实际情况，并 采用优化搜索的方法给出了相对最危险的潜在滑动面及其 稳定系数
边坡工程—边坡稳定性分析实例
楔体滑动（Wedge slides）发 生在边坡被仅仅两个不平行 的不连续表面切割的情况下。 在这些情况下，近似的四边 滑块被两个岩体不连续表面 和两个地面的切平面围成。 倾倒破坏（Toppling）涉及 岩柱或岩块绕某一固定基面 转动。如图3为弯曲式倾倒 和块体式倾倒，另外还有弯 曲块体复合式倾倒。图4出 示了次生倾倒模式
边坡工程—边坡稳定性分析实例
岩土力学总复习
岩土力学总复习内容与要求第一部分土体力学绪论第1章土体中的应力第2章地基变形计算第3章土压力理论第4章土的抗剪强度与地基承载力第5章土坡稳定性分析第二部分岩体力学绪论第1章岩块、结构面、岩体的地质特性简介第2章岩石(块)的物理、水理与热学性质第3章岩块(石)的变形与强度第4章结构面的变形与强度第5章岩体的力学性质第6章岩体中的天然应力第7章地下洞室围岩稳定性分析第8章岩体边坡稳定性分析符号说明：◆掌握(含记住)▲理解△了解第一部分土体力学绪论◆土力学的研究对象、研究内容、研究任务及土体的工程特性(与一般连续体相比)▲土体在工程建筑中的三种用途第1章土体中的应力§1.1 概述▲地基附加应力σz是引起地基变形破坏的根源§1.2 土体的自重应力(σcz)◆σcz的概念◆σcz的计算方法(含有地下水与不透水层的情况)§1.3 基底压力(p)与基底附加压力(p 0)◆p 、p 0的概念◆影响p 的因素有哪些？◆计算、的已知斜向偏心荷载竖向偏心荷载竖向中心荷载0p p e ⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎭⎬⎫，P13式1-14要求记住。
§1.4 地基中的附加应力(σz )◆布氏解的假设前提及其适用范围◆局部荷载下σz 的影响因素◆矩形基础在⎪⎩⎪⎨⎧竖向梯形荷载竖向三角形荷载竖向均布荷载下σz 的计算其中注意B 边的取法与角点法、等效均布荷载法的应用◆条基均布荷载与三角形荷载下σz 的计算◆圆形基础均布荷载与三角形荷载下σz 的计算(前者r 范围，后者基底投影内)说明：σz 计算中，地基附加应力系数可查表！若遇到，会给出表。
◆非均质地基中的附加应力集中现象与附加应力扩散现象及其概念第2章 地基变形计算§2.1 概述◆地基变形按成因的分类◆地基变形按计算原理的主要方法§2.2 分层总与法(应力比法)◆计算原理与主要计算步骤▲具体计算方法§2.3 规范法◆计算原理与计算步骤▲具体计算方法▲平均附加应力系数的含义△规范法的优点§2.4 相邻荷载对地基变形的影响▲采用分区后叠加法§2.5 e-lg σ法(考虑应力历史法)◆正常固结土、超固结土、欠固结土变形计算中的压缩、再压缩与压缩指数(Cc)、回弹指数(Ce)的应用(公式不需死记)§2.6 弹性力学公式法(三向变形效应法)△一般了解§2.7 饱与粘性土的渗透固结▲渗透固结的影响因素及研究意义▲一维渗透固结理论的基本假设△固结方程的推导过程◆固结度的概念及其应用、固结层厚度(H)的取法第3章土压力理论§3.1 挡土墙上的土压力◆土压力的概念及其影响因素◆土压力的类型p0、p a、p p◆静止土压力的计算§3.2 朗肯土压力理论◆朗肯土压力理论的前提假设◆无粘性土、粘性土的主动土压力与被动土压力的计算方法◆填土分层、有地下水与表面有均布荷载情况下朗肯土压力的计算§3.3 库仑土压力理论◆基本假设◆无粘性土的库仑土压力计算原理△粘性土的库仑土压力计算原理◆坦墙的概念第4章土的抗剪强度与地基承载力§4.1 土的抗剪强度◆土的抗剪强度概念及剪切破坏本质与破坏条件△测定抗剪强度的常用方法◆掌握库仑公式的总应力法与有效应力法的表示方法◆莫尔-库仑强度理论的公式法与图解法◆直剪试验条件对实际排水条件的模拟△孔隙水压力系数A、B的确定方法◆应力路径的概念及正常固结土与超固结土应力路径的不同§4.2 (浅基础)地基承载力概述◆地基破坏的基本模式、阶段与界限荷载◆地基承载力与地基承载力特征值的概念§4.3 地基承载力的理论公式法◆临塑荷载公式法与临界荷载公式法的基本原理◆通过极限承载力通式分析地基承载力的组成及其影响因素§4.4 地基承载力的原位试验法与§4.5 地基承载力的经验法△一般了解第5章土坡稳定性分析§5.1 概述◆影响土坡稳定性的因素§5.2 无粘性土坡稳定性分析◆无粘性土坡稳定性分析方法§5.3 粘性土坡稳定性分析◆(瑞典)圆弧法的计算原理及确定滑弧圆心的技巧△毕肖普(圆弧)条分法的计算原理及设定圆心与分条的技巧◆掌握费伦纽斯法、毕肖普法与简化毕肖普法在计算原理上的区别△不平衡推力传递法与复合型滑面的土坡稳定性计算原理§5.4 土坡稳定性分析中的若干问题△一般了解第二部分岩体力学绪论◆岩体力学的研究对象与任务◆(工程)岩体的概念及其工程特性第1章岩块、结构面、岩体的地质特性简介§1.1 岩块的地质特性◆岩块及其结构的概念§1.2 结构面的地质特性◆结构面、软弱结构面与泥化夹层的概念▲结构面在岩体工程稳定性中的重要作用§1.3 岩体的地质特性◆岩体结构的概念及其分类方案§1.4 岩体的工程分类简介◆岩块的力学强度分类、RQD概念▲巴顿岩体质量(Q)分类中三项指标的含义第2章岩石(块)的物理、水理与热学性质§2.1 岩石的物理性质◆岩石空隙性中的n=n o+n c=(n a+ n b)+n c§2.2 岩石的水理性质◆岩石的吸水率、饱与吸水率、饱水系数、软化系数与抗冻系数的定义及其与空隙性指标的关系§2.3 岩石的热学性质(不作要求)第3章岩块(石)的变形与强度§3.1 概述△岩块力学属性的基本类型§3.2 岩石(块)的变形性质一、单轴压缩下的变形◆岩块的变形阶段、机理及特征指标◆动荷载、蠕变荷载、弹性滞后、应变强化、回滞环、岩石的“记忆”、疲劳破坏与疲劳强度等概念▲荷载条件对岩石变形的影响二、三轴压缩下的变形△一般了解三、岩石的蠕变性◆岩石的蠕变、流动、长期强度、极限长期强度的概念◆蠕变类型、蠕变阶段的划分▲M、K、Bu蠕变模型及其本构方程、本构曲线§3.3 岩石(块)的力学强度◆岩块单轴抗压强度(σc)概念及其影响因素◆岩块三轴抗压强度(σ1m)概念及其影响因素◆岩块单轴抗拉强度(σt)概念◆岩块抗剪强度(τf)概念及其按试验方法的分类§3.4 岩石(块)的破坏判据◆岩石破坏判据与强度理论的概念◆库仑—纳维尔判据与莫尔判据的基本原理◆格列菲斯判据与修正格列菲斯判据的本质及其区别第4章结构面的变形与强度§4.1 结构面的变形性◆结构面的法向刚度与剪切刚度的概念§4.2 结构面的力学强度(τf或c j、φj)△平直无充填结构面、粗糙起伏结构面、非贯通的断续结构面、具有软弱物充填的结构面4类结构面力学强度的主要特征第5章岩体的力学性质◆控制岩体力学性质的主要因素§5.1岩体的变形性质△岩体变形的主要试验△岩体变形参数(E m、E me)的静力载荷试验法的确定原理△岩体变形的组成、类型及其特征◆岩体变形结构效应的概念§5.2 岩体的强度性质◆岩体剪切强度的概念及其分类与主要影响因素◆岩体抗压强度的结构面产状效应：公式法与摩尔图解法▲约翰图解法第6章岩体中的天然应力§6.1 概述◆天然应力与重分布应力的概念▲研究岩体天然应力的意义§6.2 岩体中天然应力的分布特征△一般了解§6.3 岩体天然应力的量测▲量测原理§6.4 岩体中天然应力的估算不作要求第7章地下洞室围岩稳定性分析§7.1 概述◆围岩与围岩应力的概念§7.2 围岩应力的计算◆无压圆形洞室弹性围岩洞壁处应力计算及λ的影响◆无压圆形洞室弹性围岩λ=1.0时围岩应力计算及其分布规律△(其它洞形洞壁处的σθ计算一般了解)◆无压圆形洞室塑性围岩的应力分带及求塑性圈半径的修正芬纳-塔罗勃公式的应用◆掌握有压圆形洞室弹性围岩的应力计算§7.3 围岩的变形与破坏分析△围岩变形破坏的结构效应△弹性围岩与塑性围岩的位移计算▲围岩破坏区范围圈定的原理§7.4 围岩压力计算◆围岩压力的概念及其按形成机理的分类◆形变围岩压力、松动围岩压力、冲击围岩压力的概念◆形变围岩压力的修正芬纳-塔罗勃公式的应用◆岩爆的产生条件§7.5 围岩抗力与围岩极限承载力◆掌握围岩抗力、抗力系数、单位抗力系数与围岩极限承载力的概念第8章岩体边坡稳定性分析§8.1 概述△一般了解§8.2 岩体边坡的应力分布特征◆应力分布特征△影响因素§8.3 边坡岩体的变形与破坏分析简介(定性)▲掌握边坡岩体的变形类型与破坏类型△影响因素§8.4岩体边坡稳定性分析步骤△一般了解§8.5 平面滑动型岩体边坡稳定性计算(平面问题)◆考虑地下水与地震荷载的单滑面岩坡稳定性计算原理与方法▲同向双平面滑动稳定性计算原理(含滑体内有与无结构面的情况)§8.6 楔形体滑动型岩体边坡稳定性计算(空间问题)▲楔形体滑动的稳定性计算原理。
岩体边坡稳定性分析
岩体边坡稳定性分析岩体边坡稳定性分析的基本方法包括稳定性判据方法、数值模拟方法和经验方法。
稳定性判据方法是基于力学和应力分析理论，通过计算边坡上的剪切力和抗剪强度之间的平衡关系判断稳定与否。
常用的稳定性判据方法有穆勒布朗判据、圈内法、切β法等。
数值模拟方法是采用数学模型和计算机模拟手段，通过求解边坡稳定方程来评估稳定性。
经验方法则是基于大量岩体边坡的实测数据和统计分析得出的经验公式，使用方便但适用范围有限。
岩体边坡稳定性分析的主要因素包括地下水、岩体力学性质、边坡几何形状以及外荷载。
地下水对岩体边坡稳定性有着明显影响，当地下水位上升时，岩体边坡的稳定性会降低。
岩体力学性质包括岩石的抗剪强度、内摩擦角、岩石的断裂性质等，这些参数对边坡的稳定性具有重要影响。
边坡几何形状是指边坡的坡度和几何形态，不同几何形状会导致不同的应力分布规律，从而影响边坡的稳定性。
外荷载是指施加在边坡上的荷载，包括重力荷载、地震力、降雨等。
岩体边坡的稳定性评价指标通常包括安全系数、位移、应力等。
安全系数是评价边坡稳定性的定量指标，其定义为边坡承受力与破坏力之比。
一般来说，当安全系数大于1时，边坡处于稳定状态。
位移是指边坡因外力作用而发生的位移量，其用于评估边坡的破坏程度和变形情况。
应力是指边坡内部岩体所受到的力，根据岩石力学理论，应力越大，边坡稳定性越差。
下面以一个具体的岩体边坡案例为例，进行稳定性分析。
假设岩体边坡的长宽比为1:1，坡度为30度，岩体内摩擦角为30度，地下水位在岩体底部，当地下水位上升时岩体的抗剪强度降低。
根据穆勒布朗判据，可以计算出边坡的安全系数。
进一步使用数值模拟方法，进行边坡稳定方程的求解，得到边坡的稳定状态和位移情况。
最后，根据岩体边坡的应力分布情况，评估岩体边坡在不同荷载条件下的稳定性。
综上所述，岩体边坡稳定性分析是岩土工程领域中的一个重要课题，需要综合考虑多个因素，并采用合适的分析方法和评价指标进行分析。
岩质边坡稳定性分析
✓ 数值模拟法：利用计算机 模拟边坡的变形和破坏过 程，预测边坡的稳定性
12 34
✓ 模糊数学法：利用模糊数 学的方法，对边坡的稳定 性进行评价和预测
综合分析方法
定性分析：根据经验、知识、现场调查等对 边坡稳定性进行评估
定量分析：利用数学模型、计算机模拟等方 法对边坡稳定性进行定量计算
综合分析：结合定性和定量分析方法，对边 坡稳定性进行全面评估
边坡稳定性得到显著提高，保障
了高速公路的安全运营
某水电站边坡稳定性分析
01
水电站概况：介绍水电站的地理 位置、规模、结构等基本信息
03
边坡稳定性分析方法：介绍采用 的边坡稳定性分析方法，如极限 平衡法、有限元法等
05
边坡治理措施：根据边坡稳定性 分析结果，提出相应的边坡治理 措施，如锚杆加固、排水措施等
监测与预警：通过实时监测边坡变形、应力 等参数，对边坡稳定性进行动态评估和预警
岩质边坡稳定性分析的影响 因素
地质条件
岩石类型：不 同岩石类型的 力学性质和抗 风化能力不同
01
地下水：地下 水的存在和分Leabharlann 布对边坡稳定 性产生影响03
02
地质构造：断层、 褶皱等地质构造 对边坡稳定性产 生影响
04
岩体结构：岩 体的结构特征 对边坡稳定性 产生影响
02
边坡地质条件：分析边坡的地质 条件，如岩石类型、结构、地下 水等
04
边坡稳定性分析结果：展示边坡 稳定性分析的结果，如安全系数、 破坏模式等
06
结论：总结边坡稳定性分析的结 论，如边坡稳定性是否满足要求， 是否需要采取治理措施等
某矿山边坡稳定性分析
矿山概况：地理位置、 开采方式、地质条件 等
《边坡稳定性分析》PPT课件
§2.1概述
2.1.6条分法的应用
条分法种类较多，工程中用极限平衡理论进行 边坡稳定性分析时，常用“瑞典圆弧法、毕肖普 (Bishop)法、简布(Janbu)法和不平衡推力传递系数法” 等方法计算。主要是由于不同的滑动面形式，需要进 行不同的计算简化，也就对应着不同的计算方法。
1.滑面为单一平面。这种滑动形式的稳定性计 算分析方法较为简单，主要应用于砂土类非粘性土质 边坡以及有软弱夹层的岩石类边坡稳定性分析。
边坡防护技术
讲义
第二讲
边坡稳定性分析
§2.1概述
2.1.1边坡稳定判断
要进行边坡防护，首先要进行稳定性分析， 以判断边坡是否稳定以及边坡下滑体的下滑推力。
工程中采用边坡稳定安全系数K来判断其稳定 性。K由公式 K R 计算。
S
§2.1概述
2.1.1边坡稳定判断
《 建 筑 边 坡 工 程 技 术 规 范 》(GB50330-2002) 对边坡安全系数有如下规定：
常用的条分法包括瑞典圆弧法、毕肖普法、不 平衡推力传递系数法等。
§2.1概述
2.1.4刚体极限平衡法
条分法的基本假定为：
把滑动土体竖向分为若干土条，找出土条上 的作用力：土条本身重力，水平作用力，孔隙水压 力，两相邻土条传来的法向条间力和切向条间力。 考虑各个土条或整个滑动体的静力(水平力、竖向力、 力矩)平衡，得到相应的平衡方程。对方程求解，可 对边坡的稳定性和下滑推力进行判断。
表2.1建筑波安全系数规定值
安全系
边坡
数K
安全
等级 一级边坡
二级边坡
三级边坡
计算方法
平面滑动法பைடு நூலகம்折线滑动法
1.35
1.30
边坡稳定性分析
利用赤平极射投影分析的主要任务：
（1）初步判断岩体结构
主
的稳定性和稳定倾角；要ຫໍສະໝຸດ 任 务 （2）对于可能滑动的边
坡，提供滑动的方向。
当结构面的倾向与坡面倾向相反时，边坡为 稳定结构。
当结构面的倾向与坡面倾向基本一致但其倾 角大于坡角时，边坡为基本稳定结构。
当结构面的倾向与坡面倾向之间夹角小于 30°且倾角小于坡角时，边坡为不稳定结构。
小组成员
李红飞（边坡 制作） 杨守潇（岩爆制作）
赵睿（资料收集）
李勇（资料收集）
常高鹏（案例分析） 朱石磊（案例分析）
2
边坡稳定性分析方法简介
对于大型或地质条件复杂的边坡，其稳定性分析一般 分两阶段(定性+定量)进行。
第—阶段(定性) ，对初勘所取得的地质资料进行研 究，由于这阶段试验资料少，多用定性分析对边坡稳定性 作出估计，分析时应按不同的构造区段及边坡的不同方位 分别进行；
第二阶段(定量) ，对经上阶段分析认为是不稳定的 或不满足规范安全系数要求的边坡进行详勘，取得包括岩 土或软弱结构面强度、地下水流和水压等方面的资料后， 经定量分析对边坡稳定性作出判断。
对于新设计的大型边坡，根据建筑设计对边坡的要 求及边坡的荷载情况，分别预选2～3个坡角并按坡高段 进行稳定性验算，作出包括开挖、支护费用在内的技术 经济比较，然后从中选出最优的坡角、坡形。
（4）结构体滑移方向的分析
a.两结构面交线位于两结构面倾向线之间。 滑移方向为交线OC方向。
b.两结构面交线位于两结构面倾向线之外。
J1结构面的倾线方向为滑动方向。J2为切割面 。
c.交线与一组结构面的倾向线重合。 则重合线就是滑动方向, J2为切割面。
土力学_第8章(土坡稳定性分析)
18
3
粘性土土坡的稳定性分析
瑞典（彼得森，K.E. Petterson, 1915年提出的） 瑞典圆弧法
滑动面
(a) 实际滑坡体
(b)假设滑动面是圆弧面
19
基本思想：
整体圆弧滑动。 稳定系数定义为：
f Fs
滑移面
也可定义为抗滑力矩与滑动力矩之比：
Fs
Mf Ms
f LAC R
1
i
Fs
m
[ci'bi (Wi ui bi ) tan ' ]
W sin
i
i
mi cos i (1
tani tan i ) Fs
பைடு நூலகம்27
考虑地震作用力后的计算公式：
Fs
c' bi bi (hi w hiw ) tan ' i 1 cos i (sin i tan ' ) / Fs
Ni Wi cosi P i 1 i ) 0 i 1 sin(
P i i 1 ) Tfi 0 i Wi sin i P i 1 cos(
li ci' ( N i ui li ) tan ' T fi Fs
由上面三个计算式，消去Ni、Tfi得到满足力极限平衡得方程为： 1 Pi Wi sin i [li ci' (Wi cos i ui li ) tan 'i ] Pi 1 i Fs Pi—剩余下滑力； i —传递系数。 tani ' sin( i 1 i ) i cos( i 1 i ) Fs
W x T
i i
fi
第8章斜坡稳定性
1.滑移面为平面情况的稳定性计算
W H
K=F/S=(cH/sin+Wcostg)/(Wsin
F:抗滑阻力
S:推滑力
后缘被拉裂面分割，空隙水压力作用时：
K=[(Wcos-UVsin)tg+cA]/(Wsin+Vcos)
2. 弧形滑和散体斜坡中。
K
M1
R(L C tg N )
4.由坡面向内，受力状态由两向转化为三向。
二、影响斜坡岩体应力分布的主要因素
1.原始应力状态的影响：水平构造残余应力加 剧应力集中(坡脚、坡面、坡顶应力集中带)。
2.坡形(坡面几何形态)的影响: 坡角增加，坡面及坡顶张力带的范围扩大， 坡脚应力集中带τmax随之增高 坡底的宽度：当W<0.8H时，坡脚τmax随 底宽缩小而急剧增高；当w>0.8H时，为 常值。
•斜坡变形组合形式
蠕滑—拉裂
滑移—压致拉裂
弯曲—拉裂
塑流—拉裂
滑移—弯曲
二、斜坡破坏的主要类型及特征 1.崩塌：斜坡前缘被陡倾的结构面分割的岩体， 在重力作用下突然脱离母体翻滚而下的过程。
60o以上的陡坡前 缘 风化作用 地下水 地震
巫峡崩塌使建筑物毁坏交通中断
西陵峡人工采石造成的斜坡破坏
3.斜坡岩体结构面的影响：使岩体不均匀、不 连续，结构面周边出现应力集中或应力阻滞。
σ1 σ1
σ1
σ1 σ1∥结构面
σ1 σ1┴结构面
σ1 σ1斜交结构面
第二节 斜坡的变形破坏方式
一、斜坡坡体的卸荷回弹和蠕动变形
•卸荷回弹 ： 由坡体内积存的弹性应变能释放而产生 的坡体向临空方向回弹膨胀。
• 蠕变：在坡体应力(以自重应力为主)长期作用下发 生的一种缓慢而持续的变形。
岩质边坡稳定分析及支护方式
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。
(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；
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
后果
四、边坡岩体稳定性计算
边坡稳定性分析
边坡稳定性分析学习指导：本章介绍了边坡的破坏类型，即：岩崩和岩滑；着重介绍了边坡稳定性分析与评价基本方法，包括圆弧法岩坡稳定分析、平面滑动法岩坡稳定分析、双平面滑动岩坡稳定分析、力多边形法岩坡稳定分析及近代理论计算法；介绍了岩坡处理的措施。
重点：1。
边坡变形破坏类型；2影响边坡稳定性的因素；3边坡稳定性分析与评价。
9.1边坡变形和破坏类型9.1.1概述随着社会进步及经济发展，越来越多地在工程活动中涉及边坡工程问题，通过长期的工程实践，工程地质工作者已对边坡工程形成了比较完善的理论体系，并通过理论对人类工程活动，进行有效地指导。
近年来，随着环境保护意识的增加及国际减轻自然灾害十年来的开展，人类已认识到：边坡诞生不仅仅是其本身的历史发展，而是与人类活动密切相关；人类在进行生产建设的同时，必须顾及到边坡的环境效应，并且把人类的发展置于环境之中，因而相继开展了工程活动与地质环境相互作用研究领域，在这些领域中，边坡作为地质工程的分支之一，一直是人们研究的重点课题之一。
在水电、交通、采矿等许多领域，边坡工程是整个工程不可分割的一部分。
为了保证工程运行安全和节约资金，学者们对边坡的演变规律、边坡稳定性和滑坡预测进行了广泛的研究。
然而，随着人类工程活动的扩大和经济建设的快速发展，高陡边坡稳定性和大规模灾害性滑坡预测问题普遍出现在边坡工程中。
在我国，目前露天开采的人工边坡已达300-500m，这是水电工程中遇到的问题的天然边坡高度已达500―1000米，其中涉及的工程地质问题极为复杂，特别是在西南山区，边坡的变形、破坏极为普遍，滑坡灾害已成为一种常见的危害人民生命财产安全及工程正常运营的地质灾害。
因此，广大工程地质和岩石力学工作者长期以来对此问题进行了不懈的探索和研究，并取得了很大的进展；从最初的工程地质类比法、历史原因分析法等定性研究，到极限平衡法、数值分析法等定量分析方法，再到系统分析法、可靠性法、灰色系统法等不确定性方法，再辅以物理模拟法，工程地质力学理论和岩石（土）结构控制论的诞生，无疑为边坡工程和滑坡预测研究奠定了坚实的基础，为人类工程建设做出了巨大贡献。
边坡岩体稳定性分析的计算方法
边坡岩体稳定性分析的计算方法边坡岩体稳定性分析是地质工程学中的重要研究内容。
它是地质工程的重要基础，可以为精确评价地质环境各种地质斜坡的安全性提供重要的数据支撑。
近年来，随着科学技术的进步，越来越多的科学家和工程师研究了边坡岩体稳定性分析的计算方法，从而有效地改善了地质斜坡的稳定性。
一、边坡岩体稳定性分析的基本原理边坡岩体稳定性分析是通过对斜坡结构的物理性质、水文条件、地质因素等进行系统分析，确定斜坡冒顶、滑坡或不稳定破坏的危险性，从而预防发生灾害的方法。
基本分析步骤主要有滑动面分析、水力分析和稳定性分析3步。
1、滑动面分析滑动面分析是稳定性分析中最基本的部分，它是确定斜坡滑动面的位置和角度的重要步骤。
通过对斜坡物理特征的确定，研究斜坡的水力分布和强度特征的变化，从而确定滑动面的位置和角度；此外，为了准确确定滑动面，需要考虑斜坡节理的布置状况和地质条件的影响。
2、水力分析水力分析是指通过分析斜坡上存在的水文条件，来确定斜坡滑动面上水力变化的模式和范围。
首先，需要确定斜坡上各种水力作用的大小，如水压力和地表渗透力，这是确定斜坡滑动面的重要参数；其次，还需要对斜坡上水力作用分布的变化规律进行分析，并建立相应的水力分析模型，以计算水力作用的大小和方向；最后，要根据滑动面的位置和分布规律，确定在水力作用的情况下的滑动面的变化趋势。
3、稳定性分析稳定性分析是指根据分析出的斜坡滑动面位置，以及其上水力作用的情况，来确定斜坡稳定状态。
首先，根据滑动面的信息，确定斜坡的稳定状态；其次，根据水力作用的变化规律，计算滑动面上的水力变化情况，从而确定斜坡的变形状态；最后，根据稳定性分析的结果，结合当地地质条件，确定斜坡的安全状态。
二、常用的边坡岩体稳定性分析计算方法边坡岩体稳定性分析计算方法有多种，主要有静力法、动力法、水力法等。
1、静力法静力法是地质斜坡稳定性分析中，最为常用的方法之一，是通过对斜坡上地层、节理、岩体、水力等特征参数进行系统分析，确定斜坡的最不稳定位置，从而预测斜坡的压坡、滑坡及其他不稳定破坏的可能性的方法。
边坡稳定性分析及地质灾害防治(75页)
面为剪切滑移面。
根据与路线关系的不同，主要有顺层斜交和
斜交 边坡 结构
层 岩
状 体
反和层多界倾构面为。斜造和两块体交结一组两 构 组 构的种 面 构 造切割控 造 结。度制 结 构岩和构 面体，稳面 为的顺定位 滑变层性滑移形斜主移面破交要面坏岩，受主体，层产要破面反状受坏为倾岩层多后斜层面为边交、查构度的明造及空岩节其间层理与组层发开合面育挖关、程面系
似连续介质
大
体
软硬相间的岩石组合，通常有 软弱破碎带以碎屑、碎块、岩粉、泥为主；骨
一系列近于平行的软弱破碎带，架部分为大小不等、形态各异的岩块。软弱夹 它们与完整性较好的岩体相见 层和各种成因类型的破碎带发育。软化、泥化
不连续介质
存在
作用甚为明显。
岩性复杂，构造变动作用剧烈，碎屑和大小不等、形态不同的岩块。各类结构
采用适宜坡比开挖，浅层加 固，尤其注意对潜在失稳块
体的加固。
不同岩性组合对也有影响。
正交层 的边坡 体结构
状 岩
岩开体挖稳面构定性造受结构构面造切结割构岩面体控的制剪，切主滑要移为破倾坏向。查的度
明 产
构 状
造 、
结 发
构 育
面 程
略缓于倾向开挖面构造结构 面坡比开挖，坡面防护或浅 层加固。
2 边坡岩土体稳定性定性分析 顺层结构
2 边坡岩土体稳定性定性分析
岩土工程勘察规范 岩体结构分类
岩体结构类型 整体状结构
块状结构 层状结构 裂碎状结构 散体结构
岩体地质类型
巨块状岩浆岩和 变质岩，巨厚层
沉积岩
厚层状沉积岩， 块状岩浆岩和变
质岩
变韵律薄层、中 厚层状沉积岩，
副变质岩
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模型模拟试验法 分 析 数学力学分析法 方 法 工程类比法
图解法
2020/5/17
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
岩石力学
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；
2020/5/17
岩石力学
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
2020/5/17
岩石力学
§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。
2020/5/17
岩石力学
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。
2020/5/17
岩石力学
对人工开挖边坡，如何确定合理的边坡角α
矿体
2020/5/17
安全、稳定 经济合理
岩石力学
§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。
2020/5/17
岩石力学
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。
2020/5/17
岩石力学
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。
2020/5/17
2020/5/17
岩石力学
研究意义
瓦依昂滑坡
2020/5/17
盐池河滑坡
岩石力学
四川云阳鸡扒子滑坡
2020/5/17
岩石力学
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。
2020/5/17
岩石力学
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。
❖ 岩体的变形模量对边坡应力的影响。
❖ 泊松比对边坡应力有明显影响。这是由于泊松 比的变化，可以使水平自重应力发生改变。
(4)结构面
❖ 结构面的存在使坡体中应力发生不连续，并在
结构面周边或端点形成应力集中带。
2020/5/17
岩石力学
§8.3 边坡岩体的变形与破坏
岩体边坡的变形与破坏是边坡发展演化过程 中两个不同的阶段，变形属量变阶段，而破 坏则是质变阶段，它们形成一个累进性变形 破坏过程。
(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。
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。
2020/5/17
岩石力学
块体极限平衡法步骤
可能滑动体，几何边界条件分析
(1)天然应力 水平天然应力使坡 体应力重分布作用加剧。
(2)坡形、坡高、坡角及坡底宽度
❖ 坡高不改变应力等值线的形状， 但改变主应力的大小。 坡角影响边坡岩体应力分布图象。
❖ 坡底宽度对坡脚岩体应力有较大 的影响。
❖ 坡面形状对重分布应力也有明显 的影响。
2020/5/17
岩石力学
(3)岩体性质
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
2020/5/17
岩石力学
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。
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。
2020/5/17
岩石力学
2020/5/17
岩石力学
2020/5/17
岩石力学
二、影响边坡应力分布的因素
一、边坡岩体变形的基本类型 二、边坡破坏的基本类型 三、影响岩体边坡变形破坏的因素
2020/5/17
岩石力学
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。
2020/5/17
岩石力学
2020/5/17
岩石力学
岩石力学
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。
边
坡 平面滑动
破
坏
楔形体滑动
的
基 本
圆弧形滑动
类
型
倾倒破坏
2020/5/17
单平面滑动 双平面滑动 多平面滑动
滑坡(剪破坏)
崩塌(拉破坏)
岩石力学
2020/5/17
岩石力学
判断下列斜坡破坏属于哪种类型？
2020/5/17
§8.1 概 述
斜坡(slope)统指地表一切具有侧向临空面的 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。
岩石力学
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。