建筑岩质边坡岩石压力的计算方法-杭州

表3
结构面抗剪强度指标标准值
序号 硬 性 1 2 3 软 弱 4 5
结构面结合 程度 结合好 结合一般 结合差 结合很差 泥化层
内摩擦角 ϕ ( °) ＞35 35∼ 35∼27 27∼ 27∼18 18∼12 18∼
粘聚力 c(MPa) ＞0.13 0.13∼ 0.13∼0.09 0.09∼ 0.09∼0.05 0.05∼0.02 0.05∼
支护结构变形控制要求或 坡顶重要建（ 坡顶重要建（构）筑物基础位 置 岩 质 边 坡 对支护结构变形控制 严格； 严格；或基础位于 0.5H范围以内 0.5H范围以内 对支护结构变形控制 不严格； 不严格；或基础位于 0.5H范围以外 0.5H范围以外
侧向岩土压力修 正方法 修正静止岩石压 力EoˊEo’=β1Eo =β 且 ≥(1.3∼ ≥(1.3 Eo’≥(1.3∼1.4) Ea 主动岩石压力E 主动岩石压力Ea
边坡 岩体类型
Ⅲ 较完整 较完整 （碎裂镶 嵌） 较完整 Ⅳ 不完整 散体、 （散体、 碎裂） 碎裂）
表6
岩体完整 程度 组数
岩体完整程度划分
完整性 系数k 系数k 岩体体积 结构面数
结构面发育程度 结构类型 平均间距 （m) >1.0 整体状 厚层状结构， 厚层状结构， 块状结构、 块状结构、 层状结构以 及碎裂镶嵌 结构 裂隙块状结 构、碎裂结 构、散体结 构 > 0.75 < 3
建筑岩质边坡岩石压力的计算方法
郑颖人
院
士
博士生导师
中国人民解放军后勤工程学院
提纲
1.当前岩质建筑边坡设计中岩石压力的计算现状 当前岩质建筑边坡设计中岩石压力的计算现状 2.岩质边坡的破坏型式 2.岩质边坡的破坏型式 3.边坡支护结构上岩石压力的理论计算方法 3.边坡支护结构上岩石压力的理论计算方法 4.结构面参数的确定 4.结构面参数的确定 5.岩质边坡岩石压力的经验计算方法 5.岩质边坡岩石压力的经验计算方法 6.理论计算方法、 6.理论计算方法、经验计算方法与统计数值的比较 理论计算方法
2、岩质边坡的破坏型式
岩质边坡按照其破坏型式分为 滑移型与崩塌型。 滑移型破坏又可以分为有外倾 结构面情况（硬性结构面与软 弱结构面）及无外倾结构面的 情况（均质岩体、破碎岩体与 只有内倾结构面的岩体）。
表1 破坏 形式 外倾结 构面岩 体 滑移 型 均质岩 体 岩体特征
岩质边坡破坏形式 破坏特征 沿外倾结构面滑移， 沿外倾结构面滑移，分单面 滑移与多面滑移
结合很差 及泥化层
6、岩质边坡岩石压力的经验计算方法
1）边坡岩体稳定性分类 分类目的：一是评估岩体的稳定性；二是 估算支护型式与数量。 2）影响边坡稳定性的三大要素 ①岩体的完整性； ②结构面的倾向与倾角：结构面倾角接近 最不利； ③结构面的结合程度：分结合一般（含结 合好）及结合差。 水的影响单独考虑
(c)当边坡沿外倾软弱结构面破坏 时，侧向岩石压力按6.3.2计算，破 裂角取该外倾结构面的视倾角；同时 应按1和2款进行验算。 (d)当坡顶有建筑物基础且存在 外倾软弱结构面时，应按两种情况分 别计算，取其大值。
6）侧向岩土压力的修正 对支护结构变形有控制要求或坡顶有重要建（ 对支护结构变形有控制要求或坡顶有重要建（构）筑物时 表2 侧向岩石压力的修正
G1 G
F
5）侧向岩石压力计算应符合下列规定
(a) 对无外倾结构面的岩质边坡，以 岩体等效内摩擦角按侧向土压力方法计算 侧向岩压力。确定滑裂面时，Ⅰ类边坡岩 体可取75°左右，其余情况的破裂角取 45°＋ϕ/2； (b)当有外倾硬性结构面时，应分 别 以 外 倾 硬 性 结 构 面 的 参 数 按 6.3.2 或 6.3.4的方法和以岩体等效内摩擦角按侧 向土压力方法计算，取两种结果的大值； 除Ⅰ类边坡岩体外，破裂角取外倾结构面 倾角和45°＋ϕ/2两者中的小值；
规范提出两种方法：一方面 依靠以往的经验，但必须使经 验更为科学化、精确化、公认 化。其合理方法是依据定性定 量的指标对岩体边坡的稳定性 进行科学分类，并采用经验公 式进行计算使经验更符合实际。
另一方面从理论上寻求解决岩 石压力的计算问题，即从实际 观察到的岩体破坏机理出发， 依据岩体力学的观点，推导出 作用在支护结构上的岩石压力 计算公式，并提出确定抗剪强 度参数的合理wk.baidu.com法。
岩质边坡岩体分类 结 构 面 结合程度 结构面结合 良好或一般 同上 结构面结合 差 结构面结合 良好或一般 或差
结构面产状
完整
完整
Ⅱ
完整
外倾结构面或外倾不同 结构面的组合线倾角 75° 35° >75°或<35° 外倾结构面或外倾不同 结构面的组合线倾角 35° 75° 35°∼75° 外倾结构面或外倾不同 结构面的组合线倾角 75° 35° >75°或<35° 外倾结构面或外倾不同 结构面的组合线倾角＜ 结构面的组合线倾角 ＜ 35° 35°，有内倾结构面
1、当前岩质建筑边坡设计中岩石压力的计算 现状
•
建筑边坡一般是指城镇建设中 因为施工开挖或者填方形成的边 坡。坡高在20-30米以下，目前 计算岩质边坡上的岩石压力，常 引用库仑、朗金土压力公式，不 区分土体与岩体的不同，不仅导 致支挡结构设计偏于保守，也会 导致设计不安全。
•
由于设计中岩、土不 分，无论岩体完整与否， 结构面是外倾还是内倾， 都采用同样的岩石压力与 支护参数，这就会使边坡 设计造成很大浪费。
注 ： 1）Ea为主动岩石压力，Eo为静止岩石 压力； 2）β1 为静止岩石压力折减系数，根 据边坡岩体类别确定，对Ⅰ类取 0.3∼0.45 ， 对 Ⅱ 类 取 0.4∼0.55 ， 对 Ⅲ 类 取 0.5∼0.65 ， 对 Ⅳ 类 取 0.6∼0.75；裂隙发育时取大值，裂 隙不发育时取小值； 3）当基础浅埋时H为边坡高度；
4、结构面参数确定
1）选取参数的原则： 选取参数的原则：
①充分考虑边坡的安全性； ②参数选择应充分考虑现场 测试结果，包括现行规范。 国标：工程岩体分类标准 - 94年 c值：硬性结构面 0.08-0.22以上 软弱结构面 0-0.08
1）选取参数的原则： 选取参数的原则：
国标：水利水电工程地质勘察规范 - 99年 c值 无填充结构面 0.05-0.15 岩屑夹泥 0.05-0.10 泥夹岩屑 0.02-0.05 泥 0.002-0.005 重庆公路所现场测试c 值：0.04-0.11 三峡船闸高边坡测试c值： 较平滑： 0.04-0.20 较粗糙： 0.1-0.55 碎屑充填： 0.04-0.10
式中：Eak──主动岩石压力标准值，kN/m；
[
]
Ka──主动岩石压力系数； γ──岩体重度，kN/m3；
H──挡土墙高度，m； q──地表均布荷载标准值，kPa； β──填土表面与水平面的夹角，度；
度；
δ──岩体对挡土墙墙背的摩擦角，度； α──支挡结构墙背与水平面的夹角， cj──外倾结构面粘聚力，kPa； δ──岩石与挡墙背的摩擦角，度，取
j j j
式中： G──四边形滑裂体重量，kN； a──四边形滑裂体宽度，根据地质情况确定，m； L──滑裂面长度，m； ϕj──滑裂面内摩擦角，度； c j──滑裂面的粘聚力，kPa；其它符号含义同前。
4）考虑地震作用时侧向岩石压力的计算
对沿外倾结构面滑动的边坡，岩石侧向压力 标准值可按下式计算：
硬性结构面的 岩体 软弱结构面的 岩体 整体状岩体 无外倾结构面巨 块状、 块状、块状岩体 碎裂状、 碎裂状、散体 状岩体
沿极软岩、强风化岩、 沿极软岩、强风化岩、碎裂 结构或散体状岩体中最不利 滑动面滑移
沿陡倾软弱结构面倾倒， 沿陡倾软弱结构面倾倒 ， 尤其是 巨块状岩体倾倒或坠落； 巨块状岩体倾倒或坠落； 块状、 块状 、 碎裂状岩体沿内外倾结构 面不利组合面坠落、 面不利组合面坠落、掉块
2）岩体结构面的抗剪强度指标应根据现场原位试验确定
试验应符合GB/T50266《工程岩体试验方法标准》4.2的规定。 试验应符合GB/T50266《工程岩体试验方法标准》4.2的规定。当无条件 GB/T50266 的规定 进行试验时，对于二、三级边坡工程可按表3并结合反算分析确定。 进行试验时，对于二、三级边坡工程可按表3并结合反算分析确定。
Eak = rH k a
1 2 2
cos( ρ − β ) cos( θ − ρ ) sin( θ − ϕ d − η ' ) ka = 2 j cos η ' cos ρ sin( θ − β ) cos( ϕ d + ρ + δ − θ )
j
ϕ j d ──外倾结构面的等效内摩擦角，度；
ρ──墙背与竖直线的夹角，度； η’──滑体自重G与其和水平惯性力F的合力G1之间的夹角(称为地震角) ，度。 η’
6、岩质边坡岩石压力的经验计算方法
3）边坡岩体分Ⅰ类（极稳定）、Ⅱ类（ 稳定）、Ⅲ类（中等稳定）、Ⅳ类 （不 稳定）。 三个指标均良好划为Ⅰ类； 三个指标中有二个指标良好划为Ⅱ类； 三个指标中有一个指标良好划为Ⅲ类； 三个指标全不好划为Ⅳ类。
表5 判定 条件 边坡 岩体类型 Ⅰ 岩体完整 程 度
较完整
表5
判定 条件
岩质边坡岩体分类（续） 岩体完整 程 度 完整 较完整 结 构 面 结合程度 结构面结合 差 结构面结合 良好或一般 结合面结合 差 结构面结合 良好或一般 结合面结合 差或很差 碎块间结合 很差 结构面产状 外倾结构面或外倾不同 结构面的组合线倾角 35° 75° 35°∼75° 同上 外倾结构面或外倾不同 结构面的组合线倾角 75° 35° >75°或<35° 结构面无明显规律 外倾结构面以层面为主 ， 倾角多为35 35° 75° 倾角多为35°∼75°
③计算结果应符合重庆成熟经验，有经 验后逐步修正。 按统计结果：有外倾结构面的Ⅱ、Ⅲ类 围岩，边坡高度20m，9m2锚杆1-7根，一 般3-5根。 按理论计算公式： 9m2 锚杆0-7.2根；Ⅱ类 ： 岩体：一般0-2根；Ⅲ类岩体：一般0-4 根，个别情况下为5-7根。 按经验公式：Ⅱ类岩体：0.9-2.2根；Ⅲ类 岩体：2.2-4根。
图1 岩石压力计算简图
2）对沿外倾结构面滑动的边坡，其主动岩石压力按下式计算
E ak =
1 2
rH 2 k a
α sin( + β) ka = 2 kq sin( +θ)sin( −ϕ j ) −ηsinα cos j α θ ϕ j α θ sin α sin( −δ +θ −ϕ )sin( − β)
θ──外倾结构面倾角，度； ϕj──外倾结构面内摩擦角，度；
（0.33-0.5）ϕ；
当有多组外倾结构面时，应算出每组 结构面的主动岩石压力，并取其大值。
3）对沿缓倾的外倾软弱结构面滑动的边 坡，主动岩石压力标准值可按下式计算 ：
c L cos ϕ Eak = Gtg (θ − ϕ ) − j cos(θ − ϕ )
结构面
结构面
根据地区经验确定
3）岩体结构面结合程度可按表4确定 岩体结构面结合程度可按表 确定 表4 结合程度 结合好 结合一般 结合差 结构面结合程度 结构面特征 张开度小于1mm，胶结良好，无充填； 张开度小于1mm，胶结良好，无充填； 张开度1 mm， 张开度1∼3mm，硅质或铁质胶结 张开度1 mm，钙质胶结； 张开度1∼3mm，钙质胶结； 张开度大于3mm，表面粗糙， 张开度大于3mm，表面粗糙，钙质胶结 张开度1 mm，表面平直，无胶结、无充填； 张开度1∼3mm，表面平直，无胶结、无充填； 张开度大于3mm，岩屑充填或岩屑夹泥质充填 张开度大于3mm， 表面平直光滑、无胶结； 表面平直光滑、无胶结； 泥质充填或泥夹岩屑充填， 泥质充填或泥夹岩屑充填 ， 充填物厚度大于 起伏差； 起伏差； 分布连续的泥化夹层； 分布连续的泥化夹层； 未胶结的或强风化的小型断层破碎带
崩塌 型
危岩
3、边坡支护结构上岩石压力的理论计算方法
1) 岩石压力的理论计算公式
①沿外倾硬性结构面滑移时的岩石压力 （包括多阶边坡），有多条外倾结构面 时选其大值； ②沿外倾软弱结构面滑移时的岩石压力； ③均质岩体（包括碎裂，散体状岩体）； ④只有内倾结构面岩体（可以有倾角35o 以下的外倾结构面）。