岩体边坡稳定性分析

浅成岩：浅成岩多为岩床、岩墙、岩脉等小型侵入体，岩石多呈斑状结构和中一 细粒均粒结构。 喷出岩：喷出岩为火山喷出的熔岩流冷凝而成，岩石颗粒很细，常为致密结构， 并且多有气孔构造，杏仁构造，酸性熔岩具流纹构造。
②沉积岩的工程地质特性 沉积岩普遍具有层理构造，其工程地质性质变化较大，具有明显的各向异性。 1）火山碎屑岩 2）胶结碎屑岩 3) 黏土岩 4) 化学-生物岩 ③变质岩的工程地质特性 变质岩一般年代较老，经受多次构造变动，断裂多，易风化，完整性差，常不均 一。
结构面——岩体由一种或多种岩石组成，甚至可以 是不同成因岩石的组合体，并在其形成过程中经受 了构造变动、风化等各种内外力地质作用的破坏与 改造。因此，岩体被层面、节理、断层、片理等各 种地质界面所切割，使其成为具有一定结构的多裂 隙体。把切割岩体的这些地质界面称为结构面。
岩体裂隙发育，将造成岩体边坡的不 稳定性。


（四）结构面的调查、统计和表示方法
为了反映结构面的分布规律及其对岩体稳定性 的影响，需要进行野外调查和室内资料整理工作， 并用统计图的形式把岩体结构面的分布情况表示出 来，下面以裂隙的调查、统计和表示方法为例进行 说明。 调查裂隙时，应先在调查区选取有代表性的基 岩露头，对一定面积内的裂隙，按表6-3所列内容进 行测量，同时应注意研究裂隙的力学性质。测量裂 隙产状的方法与测量岩层产状的方法相同。
性比研究单一岩块的特性更为 重要。

岩体结构指岩体中结构面和结构体两个要素的 组合特征。

岩体中各种地质界面包括物质分界 结构面 ： 面、断裂面、软弱夹层和溶蚀面，规模大 者如断层带，小者如节理统称为结构面。
结构体是由不同产状的结构面组合 结构体： 起来，将岩体切割成各种形状的单元块体。

一、岩体结构面
⑷结构面的密集程度 结构面的密集程度对岩体力学性质影响很大，决定着岩体变形和破坏的力学 机制，直接控制岩体的完整性和力学性质，也影响岩体的渗透性。
⑸结构面的连通性 结构面的连通性是指在某一定空间范围内的岩体中，结构面的走向、倾向方向 上的连通程度。 ⑹结构面的张开度与填充胶结情况 结构面的张开度是指结构面的两壁离开的距离，按其大小可分为四级。 ①闭合的：张开度小于0.2mm； ②微张的：张开度0.2-1.0mm； ③张开的：张开度1.0-5.0mm； ④宽张的：张开度大于5.0mm。 结构面的填充胶结情况对岩体力学性质的影响很大。
第六章 岩体边坡稳定性分析 第七章 地下洞室围岩稳定性分析
谢文扬
第六章
第一节 岩体结构 第二节 岩体边坡稳定性分析
1995年，巴东县二道沟、三道沟 滑坡造成县城部分道路桥梁被毁。
湖北秭归县千将坪滑坡（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。
岩体——岩体是在漫长的地质历史过程中 形成的，具有一定的结构特征，并与工程 建筑有关的天然地质体。
3、产生静水压力或动水压力
4、水流的冲刷作用
（一）工程地质定性分析 1.工程地质类比法 2.图解法【极射赤平投影图解法】
赤平投影是将物体三维空间的产状表现在平面上的一种 投影方法，即利用球体作投影工具，通过球心作一赤道平面， 把已知的点、线、面，从球体中心投影到球面上去，得到球 面投影；然后把球面投影转换成赤平投影。

二、岩体结构的类型及特征
㈠结构及其分类
⑴由各种成因的结构面组合将岩体分割成大小、形 状不同的单元块体称为岩体结构体。 一般就常见的结构体所呈现的各种形状加以简化，
可以大致归纳为柱状、块状、楔形、菱形和锥形等 六种基本形态。
㈡岩体结构类型及特征

岩体结构分为六种类型： 1、块状结构 2、镶嵌结构 3、碎裂结构 4、层状结构 5、层状碎裂结构 6、散体结构
㈡岩体的工程地质特性
①火成岩的工程地质特性 火成岩在我国广泛分布，最为常见的是花岗岩和玄武岩。火成岩具有较高的力学 强度，可作为各种建筑物良好的地基及天然建筑材料，但由于各类火成岩在矿物 组成、结构和构造等方面存在很大的差异。 深成岩：深成岩多为岩基、岩株等大型侵入体，颗粒粗大均匀，致密坚硬，孔隙 很少，裂隙较不发育，力学强度高，岩体的工程地质性质一般较好，常被选为大 型建筑物地基。
§第二节 洞室围岩的变形与破坏

当围岩应力已经超过岩体的极限强度时 ，围岩发生破坏。 当围岩应力的量级介于岩体的极限强度 和长期强度之间时，围岩需经瞬时的弹 性变形及较长时期蠕动变形的发展方能 达到最终的破坏，通常可根据围岩变形 历时曲线变化的特点而加以预报。

组成颗粒均匀致密各向同性，如花岗岩、闪长岩、 （1）块状结构：
石英岩、大理岩等。
是沉积岩的特有结构，由于沉积物质成分的变 （2）层状结构： 换或积间断，表现出软硬互层各向异性和橫向 渗透性较大的特性。

（3）碎裂结构： 由于构造破坏和风化作用而形成，一般含有多
组密集结构面的岩体，岩体常被分割成碎块状。

构造型软弱夹层——多为层间破碎软弱夹层，有构 造角砾岩、糜棱岩和断层泥等。

风化型软弱夹层——常带有局部性质，其分布规律 随地形地质条件、裂隙产状和水的作用等因素而定。 其中泥化夹层多为构造裂隙和层间错动带，它是在 长期的地下水和风化作用下形成的。夹层中的黏土 矿物含水率较大时，在软塑状态下其工程性质最差。 在工程建设中，经常遇到的重大的工程地质问题之 一就是软弱夹层。
岩体的多裂隙性特点决定了岩体与
岩石（单一岩块）的工程地质性质 有明显不同。两者最根本的区别， 就是岩体中的岩石被各种结构面所 切割。这些结构面的强度与岩石相 比要低得多，并且破坏了岩石的连 续性和完整性。
岩体的工程性质：首先取决于
这些结构面的性质，其次才是 组成岩体的岩石性质。
因此在工程中，研究岩体的特
一、洞室围岩重分布应力计算

对于连续、均匀和各向同性、天然应力比值系数 （即水平应力间的比值系数₤=6x⁄6y）为1的岩石 内开挖的圆形洞室，设洞室直径为a，则可根据弹 性理论导出与洞轴线相距为r出的岩石应力计算公 式：


随着离洞壁距离r增大，σ r逐渐增大，σ θ 逐渐减小， 并都渐渐趋近于天然应力σ 0值。在理论上，σ r，σ θ 要在r→∞处才达到 σ 0 值，但实际上 σ r ， σ θ 趋近于 σ 0的速度很快。 当r=6R0时，σ r和σ θ 与σ 0相差仅2.8%。因此，一般认 为，地下洞室开挖引起的围岩分布应力范围为6R0。在 该范围以外，不受开挖影响，这一范围内的岩体就是 常说的围岩，是有限元计算模型的边界范围。
⑺结构面的产状及组合关系 ⑻结构面的力学性质


（三）软弱夹层的特征
软弱夹层——是具有一定厚度的特殊的岩体软弱 结构面。它与周围岩体相比，具有显著低的强度 和显著高的压缩性。在岩体中只占很少的数量， 却是岩体中最关键部位。
如沉积岩中常夹有泥灰岩、泥页岩或炭质页岩，称 为沉积结构型软弱夹层。其特点是： 厚度薄，层数较多，岩相变化显著，常呈尖灭和互 层，对水的作用敏感。变质型的软弱夹层多有绢云 母等片状矿物，遇水润滑。
（一）工程地质定性分析
研究对象：地形地貌、地层岩性、地质构造与结构面、地
下水、不良地质现象等因素进行综合调查和研究，由此判断 岩质边坡的稳定性 1、工程地质类比法
内容：对已有边坡的破坏现象进行广泛的调查研究，了解其
变形特征、发展规律、影响因素及成因等，然后结合所要研 究的边坡进行对比，分析其工程地质条件的相似性和差异性，Fra Baidu bibliotek据此判断岩质边坡的稳定性
当稳定系数K＞1时，边坡稳定；相反，不稳定
滑动面为折 线时的稳定 计算主要运 用：传递系 数法及剩余 推力法
第七章 地下洞室围岩稳定性分析

§第一节 围岩压力 §第二节 §第三节 围岩的变形与破坏 地下洞室围岩稳定分析


§第一节 围岩压力


一、围岩应力重新分布
围岩开挖前，岩石体一般处于天然应力平衡状态，称为第一次应力状态或 初始应力状态。洞室开挖后，这种天然应力平衡状态遭到破坏，洞室围岩 因失去支撑，而向洞室空间松胀，从而改变围岩的相对平衡关系，形成新 的应力状态。这种由于洞室的开挖，围岩中应力，应变调整而引起原有天 然应力大小，方向和性质改变的过程和现象，称为围岩应力重分布。它直 接影响围岩的稳定性。
一、岩体边坡破坏形式及影响边坡稳定的因素 二、岩体边坡稳定性分析方法
（一）岩体边坡破坏形式
❶松动张裂：边坡在侧向应力减弱之后，由于卸荷回弹
而出现张开裂隙的现象(上宽下窄）
❷蠕动：边坡岩体在重力作用下，向临空方向发生的一
种缓慢变形现象
❸剥落：层层脱离母体沿斜坡滚落堆积于坡脚的现象
❹崩塌：陡峭的边坡上部被多组结构面切割的岩块在失
三、岩体工程地质分类及工程地质特性
㈠岩体工程地质分类
由于不同结构类型岩体的岩石质量不同，而且在水和风化作用等的参与和影响下， 岩体工程性质将变得极为复杂并相差悬殊。 岩体的工程地质分类是从工程角度出发，根据岩体的内在特征，将其分为工程地 质性质相类似的各种类别，并对各类岩体的质量给予定性和定量的评价。 目前，国内外关于岩体的工程地质分类方案有十几种，从分类的目的和考虑的因 素来看，可归结为一般性分类（综合性分类）和专门性分类。 ①岩石质量指标（RQD）分类法 ②按岩体结构类型的分类 ③巴顿岩体分类 ④岩体质量指标（RMQ）分类法
稳之后，因重力作用倾倒、翻滚、坠落的现象
❺滑坡：边坡上的岩体沿一组或多组结构面产生剪切破
坏的现象
松弛张裂
蠕动
崩塌
滑坡
（二）影响岩体边坡稳定的因素
❶岩性
❷地质构造及岩体结构
❸岩石风化程度
❹水的作用
❺地震
❻地形地貌
❼地应力
❽人类活动
◆水的作用
1、增加了边坡岩体的水下容重，加大了下滑力 2、产生水的软化、泥化及润滑作用
二、围岩压力的类型
松动压力 由于开挖而松动或坍塌的岩体以重力形式直接作用在支护结构上的压力称为松动压力。松动压力 按作用在支护上的力的位置不同，分为竖向压力和侧向压力。 形变压力 围岩变形受到支护约束而产生的压力。除与围岩应力有关外，还与支护时间及其刚度有关。柔性 支护可产生一定位移而使形变压力减小，宜大力推广。但需及时设置衬砌，以免围岩位移过大而形 成松动压力，不利于结构受力和正常施工。按围岩的本构特性（主要指岩土材料的应力-应变关系） 和受力程度,可以有弹性、塑性和粘性等不同性质的形变压力。 松动压力和形变压力经常同时存在。但以地质条件、支护类型和施工方法等不同而以某一种为主 。如在松散地层中采用现浇混凝土衬砌而回填不密实时，通常以松动压力为主；则以形变压力为主 。形变压力常随时间推移而逐渐加大，最终才趋于稳定。 膨胀压力 当岩体具有吸水、应力解除等膨胀性特征时，由于围岩膨胀所引起的压力称为膨胀压力。它与变 形压力的基本区别在于它是有吸水、应力解除等膨胀引起的。
2、图解法
1）一组结构面的边坡稳定性分析
由一组结构面构成的边坡稳定性与结构面的产状（走向 、倾向、倾角）和边坡的坡向、坡脚有直接关系。
（二）岩质边坡的稳定计算
计算原理：在定性分析基础上采用静力学的
刚体极限平衡原理进行计算的，主要考虑滑动 力和抗滑力之间的相互关系。
K=F/T
K－稳定系数 F－抗滑动力 T－滑动力


2、构造结构面
3、次生结构面
（二）结构面的特征
对结构面特征的研究内容主要包括：结构面的生成年代，规 模、形态与粗糙度、密集程度、连通性、张开度与填充胶结情况、 产状及组合关系、力学性质等。
⑴结构面的生成年代 结构面的生成年代是主要针对构造结构面而言的。 ⑵结构面的规模 结构面的类型不同，其规模可以不等，甚至是同一类型的结构面，其规模也 可以相差很大。 不同类型、不同规模的结构面，对工程的影响是不一样的，对具体工程要具 体分析，有时小规模的结构面对岩体稳定也可起控制作用。 ⑶结构面的形态与粗糙度 各种结构面的形态与粗糙度是不同的，因而对岩体强度的影响也是不同的， 常见的形态有：平直的、锯齿状或不规则的结构面等，根据粗糙度可将结构面划 分为镜面的、滑面的和糙面的等类型。

岩体结构面使岩体应力发生改变，影响岩 体的强度、力学连续性以及变形特征，使岩体 工程地质产生各向异性的特点。因此，对岩体 结构面的研究及其重要。


（一）结构面的类型及特征
1、原生结构面 1、岩体结构面 2、火成结构面 3、变质结构面 1、张性断层 2、压性断层 3、扭性断层 1、风化裂隙 2、卸荷裂隙