4.4_斜坡变形破坏机制解析

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二、斜坡要素



坡面：斜坡的临空斜面 坡顶：斜坡的顶部 坡顶面：顶部缓平面或水平面 坡肩：坡面与坡顶面的转折部位 坡脚：斜坡最小部与水平地面相接部位 坡角：坡面与水平面的夹角 坡高：坡肩与坡脚间的垂直高度
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三、斜坡的变形破坏作用



斜坡在各种内、外地质营力作用下，不断地改 变着坡高和坡角，使坡体内应力分布发生变化。 当组成坡体的岩土体强度不能适应此应力分布 时，就产生了斜坡的变形破坏作用。 尤其是大规模的工程建设，使自然斜坡发生急 剧变化，斜坡的稳定程度也变化极大，往往酿 成灾害。 斜坡的变形与破坏，实质上是由斜坡岩土体内 应力与其强度这一对矛盾的发展演化所决定的
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§2斜坡中的应力分布特征

斜坡中的应力分布特征决定了斜坡变形 破坏的形式和机制，对斜坡稳定性评价 和合理防治措施也有一定意义；所以首 先要了解斜坡形成后坡体中应力分布的 特征。
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一、斜坡中应力状态的变化

天然岩土体中应力分布是比较复杂的， 除普遍存在的自重应力外，有时还有构 造应力、热应力、地下水应力等。一般 认为：当仅存在自重应力的情况下，未 形成斜坡前岩土体中的主应力（初始应 力）是呈铅直与水平状态的，即铅直应 力为最大主应力，水平应力为最小主应 力，此时岩土体内的最大剪应力与最大、 最小主应力多呈45°交角。 （画图）
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1.自Leabharlann Baidu斜坡变形破坏

是山区主要的工程动力地质作用 我国广大的西南、西北地区这一作用尤 为突出，灾害频发，而且近10余年来有 进一步加重的趋势
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2.自然斜坡人为破坏

自然斜坡由于人类工程、经济活动而产 生的斜坡破坏往往是灾难性的
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3.人工边坡


主要是水利水电工程边坡、铁路路堑和 露天采坑边帮的失稳 如抚顺煤矿和大冶铁矿露天采坑，都曾 发生过失稳事故，对生产和生命财产造 成一定的损失。
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§3斜坡变形破坏的类型



斜坡的变形与破坏，是斜坡发展演化过 程中两个不同的阶段 变形属量变阶段，破坏是质变阶段，它 们是一个累进破坏过程。 这个过程对天然斜坡来说时间往往较长， 而对人工边坡来说时间则较短暂。
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一、斜坡变形 deformation

斜坡变形按其机制可分为 1.拉裂(tensile crack) 2.蠕滑(creep slip) 3.弯折倾倒 (bend toppling)
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一、斜坡中应力状态的变化

在坡肩附近，在一定条件下坡面的径向 应力和坡顶的切向应力可转化为拉应力 （应力值为负值），形成一张力带。当 斜坡愈陡则此带范围愈大。因此坡肩附 近最易拉裂破坏。
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坡脚附近压应力带
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一、斜坡中应力状态的变化

（3）由于主应力偏转，坡体内的最大剪 应力迹线也发生变化，由原来的直线变 为凹向坡面的圆弧状

（1）无论什么样的天然应力场，斜坡面 附近的主应力迹线均明显偏转，表现为 愈接近坡面，最大主应力愈与之平行， 而最小主应力与之近乎正交，向坡体内 逐渐恢复初始状态。
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（1）最大主应力与最小主应力分 布特征
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一、斜坡中应力状态的变化



（2）由于应力分异结果，在坡面附近产 生应力集中带。 不同部位应力状态是不同的。在坡脚附 近，最大主应力（表现为切向应力）显 著增高，而最小主应力（表现为径向应 力）显著降低，甚至可能为负值。 由于应力差大，形成了最大剪应力增高 带，最易发生剪切破坏。
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一、斜坡中应力状态的变化

（4）坡面处的径向应力实际为零，所以坡面处 处于二向应力状态。
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二、影响斜坡应力分布的因素

1.岩体初始应力的影响 2.坡形的影响 3.岩土体性质和结构的影响
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1.岩体初始应力的影响


主要指的是水平构造应力存在的影响。 水平构造应力能使斜坡应力集中和分异 现象加剧，对斜坡坡肩附近张力带的发 展影响尤为明显。 水平构造应力量值愈大，则影响愈大。 在新构造运动强烈的地区，岩体中常存 在较大的水平构造应力，对斜坡稳定性 的影响是不容忽视的。
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一、斜坡中应力状态的变化


在斜坡形成过程中，由于侧向临空面的 产生，坡面附近的岩土体发生卸荷回弹， 引起应力重分布和应力分异、应力集中 等效应。 根据弹性力学有限单元分析和光测弹性 试验，均可确定坡体在尚未发生明显变 形或破坏之前的应力状态。其总的特征 可概括为4个方面
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一、斜坡中应力状态的变化

斜坡平面形态

斜坡平面形态可分为平直形、内凹形和外凸形等。 内凹形斜坡由于其两侧的支撑作用，应力条件较好， 即坡脚的剪应力较小。所以露天采坑的平面形态大 多是椭圆形的，且其长轴尽量平行于最大水平地应 力方向。
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3.岩土体性质和结构的影响


岩土体的弹性模量对均质坡体应力分布无多大 影响 泊松比一定程度上可影响坡体应力分布。 结构面对坡体应力分布的影响十分明显，这是 因为结构面的存在使坡体中应力分布出现不连 续现象，在这些面的周边成为应力集中带或发 生应力阻滞现象，这种情况在坚硬岩体斜坡中 尤为明显。 结构面的产状、性质及组合关系不同，对斜坡 稳定性的影响是不同的
Ch4斜坡变形工程地质研究

§1概述 §2斜坡中的应力分布特征 §3斜坡变形破坏的类型 §4崩塌 §5滑坡
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§1概述

一、概念 二、斜坡要素 三、斜坡的变形破坏作用
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一、概念



斜坡：系指地壳表部一切具有侧向临空 面的地质体 自然斜坡：未经人工改造的斜坡 山坡，海岸，河岸 人工边坡 ：指人工开挖或改造了形状的 斜坡 EX:基础边坡,露天矿边坡，路堑边坡
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2.坡形的影响

坡高

坡高不改变坡体中应力等值线的图形，但坡 高愈大，应力量值愈大。 坡角大小可以改变斜坡中应力分布的图像。 坡脚附近的剪应力集中带和坡肩附近的张力 带，其范围和量值是随着坡角增大的。也就 是说，陡峻的斜坡更易发生变形破坏。
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坡角

2.坡形的影响

坡底宽度


坡底宽度的影响可以用 W/H值来表征。随着 W/H 值 的减小，坡脚的剪 应力增大。 实际资料表明，当 W≥0.8H 时，这种影响就减弱， 以至不发生变化。