6. 岩体稳定性分析

吴 氏 网
面的投影
已知结构面的产状，走向NE30º ，倾向SE，倾角30º ，绘制投影。 1.将透明纸覆盖在投影网上，按照结构面的走向NE30º ，确定A 点，它的对称点B，AB即走向线方位； 2.转动透明纸，使A与B两点与投影网的南北极点重合，然后在投 影网的左半圆取倾角30º 的经线划弧ADB，即为结构面的投影； 3.将透明纸脱离投影网，得到结构面的投影ADB。
缺点：不能拉紧，因而必须在岩体发生明
显变形之前安装。
预应力锚杆－拉紧和注浆的机械式锚杆
优点：锚杆安装后 可立即拉紧，在良 好的岩层中锚固可 靠，可达到很高的 锚固力。 缺点：费用较高， 安装复杂。
注浆锚头式拉紧锚杆
优点：价格低廉， 锚固 性好，适用 岩石条件宽。承载 托板能直接显示锚 杆载荷。 缺点：在砂浆凝固 前不能拉紧。
挡土墙25°33° Nhomakorabea锚杆
3000
1:0
.5
锁口梁 ①人工素填土 (板岩碎屑及粉质粘土)
7.06
2000
3000
桩 (间距2000
800
比例尺： 1:100
②基岩 (石灰岩)
削坡减载及注浆加固
削坡减载是削去边坡上部的岩体 以减小下滑力；压脚稳坡是在边坡 坡脚堆筑废石，借以支撑滑体或增 加滑体下部滑动面上的摩擦力，从 而提高滑体的稳定性。 改变滑带土岩性质的方法： 注浆加固－将水泥浆注入岩体裂缝中，一方面可以通过 浆液的固结可在破碎的或有贯通裂隙的岩体中形成稳定 的骨架；另一方面还可以堵塞地下水的通道，并以浆液 置换岩体裂隙中的地下水，是一种间接的土岩硬化法。 滑面麻面爆破法－破坏滑动面的连续性，使滑带的内摩 擦角提高。
原则：防止地表水由开口张裂隙或裂 隙进入边坡； 通过有选择性的地表和地下疏 水，降低潜在破坏面附近的水压； 确定排水位置，使它只是降低 边坡附近的水压，而不是在大范 围内进行疏水。
机械加固－预应力锚杆
机械加固－抗滑桩
作用原理：作用于桩体上的滑坡推力，一部分经由桩体传至 桩前滑体，由桩前滑动面上的抗滑力平衡，另一 部分由桩体传至滑动面以下岩体中，因而滑面上 的滑坡推力减小，滑体稳定性提高。
次生结构面
结构面的特征
产状：倾向、倾角 细小<1m 中等1~10m 巨大>10m 规模：
非贯通、半贯通、贯通
形态：粗糙程度、起伏情况 表征结构面的发育程度，以线密度K表示。 密集程度：
K＝ n/L 或 K＝1/ d ，L为测线长度， n为与 测线相交的节理数， d 为平均间距。 硅质胶结>钙质胶结>泥质胶结
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6.4 滑坡 Landslides
边坡分类: 自然斜坡、挖坡、筑坡 影响边坡稳定性的因素 滑蹋模式 稳坡 锚杆
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Dam Disaster- Vaiont
建于意大利Piave河 支流Vaiont河下游 一双曲拱坝 坝弦长160m 坝高265m 1963年10月9日发 生大滑坡，滑坡速 度25m/s，死亡人 数2500。
6 岩体稳定性分析
6.1 6.2 6.3 6.4 岩体结构分析 赤平极射投影 岩体稳定性分析 滑坡
Stability Analysis of Rock Masses
6.1 岩体结构分析
6.1.1 结构面及其成因分类 6.1.2 结构面特征及强度 6.1.3 岩体结构特征及其工程地质性质
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结构面及其成因分类
原生结构面
火成结构面：流纹面、原生节理、侵入体与围岩接触面；
变质结构面：片理、板理； 沉积结构面：层理、沉积间断、软弱夹层等。
构造结构面
节理、断层、层间错动面等。
次生结构面
在风化作用、卸荷作用及地下水作用下形成的风化 裂隙、破碎带、卸荷裂隙、泥化夹层等。
原生结构面与构造结构面
临空面：滑移体与自由空间的交界 面，可以由地形面和人工开挖面构成。 CDHG面
岩体稳定性分析方法简介
岩体结构分析法 岩体稳定性分类-地质类比法 数值模拟分析 FEM BEM DEM MM Fractal Chaos 地质模型试验
岩体结构分析方法
通常采用刚体极限平衡分析方法，用“安全系数”K 衡量 岩体的稳定性程度。 滑面抗剪切强度 K＝ 滑面上的剪力 以边坡为例说明极限平衡分析法：滑体的边界条件如图所示， 滑面的抗剪强度指标为C、 1.滑面抗剪强度： N＝Wcos -1/2wh2sin - 1/2whL = N tg + CL 2.滑面上的剪力： T=Wsin+ 1/2wh2cos 3.安全系数： K= / T
应用要点：
１.正确划分计算范围与边界条件 2.正确输入岩体参数及初始地应力场 3.采用特殊单元来考虑岩体的非连续性和边 界效应
（三）岩石力学问题的其他数值分析方法 1.边界单元法
有限元法是对问题的微分近似表达式给出了 精确解，它实质上属于微分法。
与微分法相对应的是积分法，积分法所涉及的 边界可包围整个问题域，而数值分析的离散化 仅在边界上近似。下图表示了在外部问题模拟 时微分法与积分法之间的区别。
结构面的法向线及极点投影
已知结构面的产状，走向NW50º ，倾向NE，倾角40º ，绘制该 结构面的法向线及极点投影。 1.绘制结构面的投影ab;
2.将结构面投影覆盖于投影网上，使a,b与投影网上两极点相重合， 法向线投影在赤道线上，由结构面投影的顶点D，向圆心方向数 90º 的位置确定C点；
3.C点即为结构面的极点，连线CO即为法向线投影。
6.3 岩体稳定性分析
6.3.1 岩体失稳的边界条件 6.3.2 岩体稳定性分析方法简介
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岩体失稳的边界条件
滑动面：结构体滑移时，沿该结构 面滑动、产生相对位移。ABCD面 切割面：在滑体滑动工程中，不承 受较大的法向应力，不产生显著摩擦 阻力的结构面。一般仅沿此面拉开或 拉裂。ADE、BCF、ABEF面
木锚杆或锚栓
优点：价格 低廉，制造 简单。 缺点：强度 很低，只能 在支护压力 很小的场合 下使用。
可重复使用的全长度机械锚定锚杆
优点：沿钻孔全长锚定，应力分布类似注浆锚杆，可重复使用。 缺点：加工成本高，只能作不拉紧的锚杆使用。由于不能注浆， 因而无法防止锈蚀，故只适用于短期支护。
2.离散单元法
离散单元法完全强调岩体的非连续性。它 认为，岩体中的各离散单元，在初始应力作用 下各块体保持平衡。岩体被表面或内部开挖以 后，一部分岩体就存在不平衡力，离散单元法 对计算域内的每个块体所受的四周作用力及自 重进行不平衡计算，并采用牛顿运动定律确定 该岩块内不平衡力引起的速度和位移。反复逐 个岩块进行类似计算，最终确定岩体在已知荷 载作用下是否将破坏或计算出最终稳定体系的 累计位移。
物理化学作用
吸水或脱水引起岩体体积膨胀或收缩， 导致岩体松散、破碎或改变化学成分； 在结冰是引起体积增大10％，产生膨 胀压力并使裂隙开裂；引起边坡内部水 位升高； 润滑作用等。
滑蹋模式
平面滑坡 楔体破坏 倾倒破坏 圆弧破坏
稳坡
疏水 机械加固 削坡减载及注浆加固
稳坡－疏水
两结构面的组合交线
已知两个结构面的产状： a- a’走向NE40º ，倾向SE，倾角 30 º ；b-b’走向NW20 º ，倾向NE，倾角40 º 。求其交线。
1.绘制两个结构面的投影a-a’和b-b’；
2.两个结构面投影线的交点为C，联线CO即为两结构面的组 合交线的投影。交线产状为：倾向ES117 º ，倾角30 º 。
岩体结构因素
结构面的规模 结构面的连续性 结构面的抗剪强度 结构面的起伏度和粗糙度 结构面的结合状态及充填物 结构面的产状及其与边坡临空面的关系
地下水的作用
静水压力 动水压力
当地下水在土体或破碎岩体中流动时，为克服土颗粒或 岩石碎块的阻力，水对土颗粒或岩石碎块施以作用力， 这种作用力称为动水压力或渗透力。
式中：V－岩体中的波速；v－岩石块体中的波速
6.2 赤平极射投影 Stereographic Projection
赤平极射投影是以球体作为投影工具，表示物体上点、线、 面的角距关系的平面投影，并不涉及面的大小、线的绝对长 度及点与点间的绝对距离。
赤平面－NWSE；极点－F； 极射－FH； M－质点H投影； 弧SMN－极射投影曲线。
两结构面的夹角
已知两个结构面的产状： a- a’走向NE40º ，倾向SE，倾角 50 º ；b-b’走向NW80 º ，倾向NE，倾角40 º 。求其交角。 1.绘制两结构面的投影a-a’和b-b’，并求得其组合交线AO； 2.作交线AO的垂面投影e-f，该面与两结构面的交线分别为BO 和CO； 3.BO与CO之间的夹角，即为两结构面的夹角，可在投影 网上读出其夹角为105º 。
数值计算方法及新进展简介
（一）数值分析方法的分类
在岩石力学有关领域的数值分析方法应用中， 主要使用的方法为有限元法，边界单元，离 散单元法，拉格朗日单元法及块体理论等
（二）有限元法原理及其应用要点
原理：通过变分原理（或加权余量法）和分区 插值的离散化处理把基本支配方程转化为线 性代数方程，把待解域内的连续函数转化为 求解有限个离散点（节点）处的场函数值。
树脂注浆螺纹式拉紧锚杆
优点：使用 非常简便， 在不好的岩 石中可形成 高强度锚头。
缺点：树脂 昂贵。许多 树脂的有效 期都很短， 尤其在炎热 气温下有效 期更短。
楔缝式锚杆
优点：使用简单，价格低廉。在硬岩中有很好的锚固力，而且可 立即拉紧。 缺点：由于涨开的锚头和岩石间的接触面积小，故完整岩石强度 低于10MPa左右时，岩石会发生局部压碎，锚头可能发生滑动。
岩体稳定性分类法
RQD岩石质量指标（Rock Quality Designation, Deere,1964）： 100mm以上整段岩芯累计长度 RQD＝ ×100％ 钻孔长度