9斜坡岩土体稳定性的工程地质分析2012_图文
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
斜坡形成过程中，由于应力状态的上述变化， 斜坡岩(土)体将发生不同方式、不同规模和不同程 度的变形，并在一定条件下发展为破坏。斜坡破坏 系指斜坡岩(土)体中已形成贯通性破坏面时的变动。 而在贯通性破坏面形成之前，斜坡岩体的变形与 局部破裂，称为斜坡变形。 斜坡中已有明显变形破裂迹象的岩体，或已查 明处于进展性变形的岩体，称为变形体。
9.3.1 斜坡变形的主要方式
斜坡变形实际上在其形成过程中即已发生，表 现为卸荷回弹和蠕变两种主要方式。 卸荷回弹(unloading rebund)是斜坡岩体内积存 的弹性应变能释放而产生的。在高地应力区的岩质 斜坡中尤为明显。成坡过程中斜坡岩体向临空方向 回弹膨胀(参见图9-2上)，使原有结构松弛；同时又 可在集中应力和剩余应力作用下，产生系列新的表 生结构面(参见图3-29)，或改造一些原有结构面。
在此过程中当然也包含有蠕变，但是它是由岩 体中积存的内能作功所造成的，所以一旦失去约束 的那一部分内能释放完毕，这种变形即告结束，大 多在成坡以后于较短时期内完成。 斜坡中经卸荷回弹而松弛，并含有与之有关的 表生结构面的那部分岩体，通常称为卸荷带。它的 发育深度与组成斜坡的岩性、岩体结构特征、天然 应力状态、外形以及斜坡形成演化历史等因素有关。 卸荷带也是斜坡中应力释放的部位，相当于应力的 降低带。一般情况下，卸荷带愈深，应力集中带也
被贯通性破坏面分割的斜坡岩体，可以多种运 动方式失稳破坏，如滑落、崩落等。破坏后的滑落 体(滑坡)或崩落体等被不同程度地解体。但在特定 的自身或环境条件下，它们还可继续运动，演化或 转化为其他运动方式，称为破坏体的继续运动。 斜坡变形、破坏和破坏后的继续运动，分别代 表了斜坡变形破坏的三个不同演化阶段。
分布的影响是很微弱的。 软弱面的存在使应力分布状况复杂化。斜坡中平缓或倾 外的软弱面，在成坡过程中有利于上覆岩体中水平剩余应力 的释放和结构松弛，使其应力分布状况由重力场和水平剩余 应力叠加型向重力场型转化。 平缓或倾坡内的易压缩层，可使上覆岩体中可能破坏区 有明显的增加与扩大。
9.3 斜坡的变形与破坏
图9－2 用有限元解出的位移迹线图（上）和主应力迹线图（下）
（a）重力场条件（N＝0.33）；（b）以水平应力为主的构造应力场条件下（N＝3）
坡缘附近，在一定条件下，坡面的径向应力和 坡顶面的切向应力可转为拉应力，形成一张力带(图 9-3)。因而，这些部位的岩体容易被拉裂形成与坡 面近于平行的拉裂面(参见图3-29)。 (3)与主应力迹线偏转相联系，坡体内最大剪应 力迹线由原先的直线变为近似圆弧线，弧的下凹面 朝着临空方向。 (4)坡面处由于径向压力实际等于零，所以实际 上处于单向应力状态(不考虑斜坡走向方向的σ2时)， 向内渐变为两向或三向(考虑σ2时)状态。
分布得愈深。
斜坡的蠕变（slope creep）是在坡体压力(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，这种变形包含某些局部破裂，并产生一些新的 表生破裂面。坡体随蠕变的发展而不断松弛。瓦伊 昂滑坡失事前三年开始的长期观测，已发现该区有 蠕变迹象。1963年春季以前，大致保持等速蠕变， 同年春季、夏季测得的位移速率为0.14cm／d左右。 9月18日连续大雨后，位移速度逐日迅速增大直至滑 坡发生。 蠕变波及范围可以相当大，一些高山地区，都 发现深达数百米、长达数千米的巨型蠕变体。它们 常常是工程实践中重点研究和治理的对象。
图9－3 斜坡张力带分布状况 及其与水平剩余应力（σL）、
坡角（β）关系示意图
（据Stacey，1970）
图9－4 坡角最大剪应力与坡脚和坡 底宽（W）关系图解
（据Stacey，1970）
9.2.2 影响斜坡岩体应力分布的主要因素
9.2.2.3 斜坡岩体特性和结构特征的影响 均质坡中，岩体材料性质（弹性模量、泊松比）对应力
9.2.2 影响斜坡岩体应力分布的主要因素
9.2.2.Fra Baidu bibliotek 坡形的影响
坡高并不改变应力等值线图像，但坡内各处的应力值均
随坡高增高而线性增大。 坡角明显改变应力分布状态。随坡角变陡，坡面附近张 力带范围也随之扩大和增强，成坡过程中位移矢量离面趋势 也更加明显；坡脚应力集中带最大剪应力值也随之增高。 坡底的宽度W对坡角应力状态也有一定的影响。计算表 明，当W<0.8H时，坡脚最大剪应力随底宽缩小而急剧增高， 而当W>0.8H时，则保持为一常值，与一般斜坡一样。 斜坡的平面形态影响：凹坡形应力集中程度明显减缓。 圆形和椭圆形矿坑边坡，坡脚最大剪应力只有一般斜坡的一 半。对于椭圆形矿坑而言，当主应力平行于长轴时，应力集 中程度减轻明显。
9.3.2 斜坡破坏基本类型
斜坡破坏的分类，国内外已有许多不同的方案。 国际工程地质协会(IAEG)滑坡委员会 (D.M．Cruden， 1989)建议采用瓦恩斯的滑坡分类(D.Varnes，1978)作为国 际标准方案。分类综合考虑了斜坡的物质组成和运动 方式。按物质组成分为岩质和土质斜坡；按运动方式 划分为崩落(塌)(falls)、倾倒(topples)、滑动(落)(slides)、 侧向扩离(lateral spreads)和流动(flows)等5种基本类型。 还可组合成多种复合类型，如崩塌-碎屑流、滑坡-泥石 流等。
9.2.2 影响斜坡岩体应力分布的主要因素
9.2.2.1 原始应力状态的影响 岩体的原始应力状态中，水平剩余应力的大小对坡 体应力状态的影响尤为显著。它不但使主应力迹线的分 布形式有所不同(图9-2下)，而且明显地改变了各应力值 的大小，尤其对坡脚应力集中带和张力带的影响最大。 在坡脚区，根据图9-2可见，坡底的切向应力最大值 约相当于原始水平应力的三倍左右。当有侧向水平应力 时，该值成倍增高，如当σ L＝3ρgh时，该值可达710ρgh ，与σL=0的情况相比，相差十分悬殊。 在坡缘区，随着侧向水平应力的增大，张力带的范 围也增厚、扩大。 可见，当岩体中存在较高的原始侧向水平应力时， 斜坡则更容易遭受变形与破坏。
9.3.1 斜坡变形的主要方式
斜坡变形实际上在其形成过程中即已发生，表 现为卸荷回弹和蠕变两种主要方式。 卸荷回弹(unloading rebund)是斜坡岩体内积存 的弹性应变能释放而产生的。在高地应力区的岩质 斜坡中尤为明显。成坡过程中斜坡岩体向临空方向 回弹膨胀(参见图9-2上)，使原有结构松弛；同时又 可在集中应力和剩余应力作用下，产生系列新的表 生结构面(参见图3-29)，或改造一些原有结构面。
在此过程中当然也包含有蠕变，但是它是由岩 体中积存的内能作功所造成的，所以一旦失去约束 的那一部分内能释放完毕，这种变形即告结束，大 多在成坡以后于较短时期内完成。 斜坡中经卸荷回弹而松弛，并含有与之有关的 表生结构面的那部分岩体，通常称为卸荷带。它的 发育深度与组成斜坡的岩性、岩体结构特征、天然 应力状态、外形以及斜坡形成演化历史等因素有关。 卸荷带也是斜坡中应力释放的部位，相当于应力的 降低带。一般情况下，卸荷带愈深，应力集中带也
被贯通性破坏面分割的斜坡岩体，可以多种运 动方式失稳破坏，如滑落、崩落等。破坏后的滑落 体(滑坡)或崩落体等被不同程度地解体。但在特定 的自身或环境条件下，它们还可继续运动，演化或 转化为其他运动方式，称为破坏体的继续运动。 斜坡变形、破坏和破坏后的继续运动，分别代 表了斜坡变形破坏的三个不同演化阶段。
分布的影响是很微弱的。 软弱面的存在使应力分布状况复杂化。斜坡中平缓或倾 外的软弱面，在成坡过程中有利于上覆岩体中水平剩余应力 的释放和结构松弛，使其应力分布状况由重力场和水平剩余 应力叠加型向重力场型转化。 平缓或倾坡内的易压缩层，可使上覆岩体中可能破坏区 有明显的增加与扩大。
9.3 斜坡的变形与破坏
图9－2 用有限元解出的位移迹线图（上）和主应力迹线图（下）
（a）重力场条件（N＝0.33）；（b）以水平应力为主的构造应力场条件下（N＝3）
坡缘附近，在一定条件下，坡面的径向应力和 坡顶面的切向应力可转为拉应力，形成一张力带(图 9-3)。因而，这些部位的岩体容易被拉裂形成与坡 面近于平行的拉裂面(参见图3-29)。 (3)与主应力迹线偏转相联系，坡体内最大剪应 力迹线由原先的直线变为近似圆弧线，弧的下凹面 朝着临空方向。 (4)坡面处由于径向压力实际等于零，所以实际 上处于单向应力状态(不考虑斜坡走向方向的σ2时)， 向内渐变为两向或三向(考虑σ2时)状态。
分布得愈深。
斜坡的蠕变（slope creep）是在坡体压力(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，这种变形包含某些局部破裂，并产生一些新的 表生破裂面。坡体随蠕变的发展而不断松弛。瓦伊 昂滑坡失事前三年开始的长期观测，已发现该区有 蠕变迹象。1963年春季以前，大致保持等速蠕变， 同年春季、夏季测得的位移速率为0.14cm／d左右。 9月18日连续大雨后，位移速度逐日迅速增大直至滑 坡发生。 蠕变波及范围可以相当大，一些高山地区，都 发现深达数百米、长达数千米的巨型蠕变体。它们 常常是工程实践中重点研究和治理的对象。
图9－3 斜坡张力带分布状况 及其与水平剩余应力（σL）、
坡角（β）关系示意图
（据Stacey，1970）
图9－4 坡角最大剪应力与坡脚和坡 底宽（W）关系图解
（据Stacey，1970）
9.2.2 影响斜坡岩体应力分布的主要因素
9.2.2.3 斜坡岩体特性和结构特征的影响 均质坡中，岩体材料性质（弹性模量、泊松比）对应力
9.2.2 影响斜坡岩体应力分布的主要因素
9.2.2.Fra Baidu bibliotek 坡形的影响
坡高并不改变应力等值线图像，但坡内各处的应力值均
随坡高增高而线性增大。 坡角明显改变应力分布状态。随坡角变陡，坡面附近张 力带范围也随之扩大和增强，成坡过程中位移矢量离面趋势 也更加明显；坡脚应力集中带最大剪应力值也随之增高。 坡底的宽度W对坡角应力状态也有一定的影响。计算表 明，当W<0.8H时，坡脚最大剪应力随底宽缩小而急剧增高， 而当W>0.8H时，则保持为一常值，与一般斜坡一样。 斜坡的平面形态影响：凹坡形应力集中程度明显减缓。 圆形和椭圆形矿坑边坡，坡脚最大剪应力只有一般斜坡的一 半。对于椭圆形矿坑而言，当主应力平行于长轴时，应力集 中程度减轻明显。
9.3.2 斜坡破坏基本类型
斜坡破坏的分类，国内外已有许多不同的方案。 国际工程地质协会(IAEG)滑坡委员会 (D.M．Cruden， 1989)建议采用瓦恩斯的滑坡分类(D.Varnes，1978)作为国 际标准方案。分类综合考虑了斜坡的物质组成和运动 方式。按物质组成分为岩质和土质斜坡；按运动方式 划分为崩落(塌)(falls)、倾倒(topples)、滑动(落)(slides)、 侧向扩离(lateral spreads)和流动(flows)等5种基本类型。 还可组合成多种复合类型，如崩塌-碎屑流、滑坡-泥石 流等。
9.2.2 影响斜坡岩体应力分布的主要因素
9.2.2.1 原始应力状态的影响 岩体的原始应力状态中，水平剩余应力的大小对坡 体应力状态的影响尤为显著。它不但使主应力迹线的分 布形式有所不同(图9-2下)，而且明显地改变了各应力值 的大小，尤其对坡脚应力集中带和张力带的影响最大。 在坡脚区，根据图9-2可见，坡底的切向应力最大值 约相当于原始水平应力的三倍左右。当有侧向水平应力 时，该值成倍增高，如当σ L＝3ρgh时，该值可达710ρgh ，与σL=0的情况相比，相差十分悬殊。 在坡缘区，随着侧向水平应力的增大，张力带的范 围也增厚、扩大。 可见，当岩体中存在较高的原始侧向水平应力时， 斜坡则更容易遭受变形与破坏。