[工学]第二章 边坡稳定性分析

2. 块状岩质边坡赤平极射投影分析方法
利用赤平极射投影分析的主要任务：
（1）初步判断岩体结构
主
的稳定性和稳定倾角；
要
任
（2）对于可能滑动的边
务
坡，提供滑动的方向。
（1）一组结构面边坡稳定性分析
a.当岩层（结构面）的走向与边 坡的走向一致时，可 直接用赤平投影来判断。 分3种情况：
情况一：结构面投影位于边坡投影异侧时（反倾向坡），边 坡稳定；
内在因素对边坡的稳定性起控制作用，外部因素则使边坡的 下滑力增大，岩土体的强度降低而消弱岩土体的抗滑力，促进边 坡变性破坏的发生和发展。
一、岩土类型和性质的影响
地层岩性的差异是影响边坡稳定的主要因素。 1）深成侵入岩、厚层坚硬沉积岩以及片麻岩、石英岩等构成的 边坡，一般稳定性较高； 2）喷出岩边坡，如：玄武岩、凝灰岩、安山岩、火山角砾岩等， 其原生节理（尤其是柱状节理)发育时，容易形成直立坡而产生 崩塌； 3）含有粘土质页岩、泥岩、煤层、泥灰岩、石膏等夹层的沉积 岩边坡，最易产生顺层滑动，或因深层蠕动而造成崩塌； 4）千枚岩、板岩及片岩，软弱易风化，容易出现蠕动现象； 5）黄土具有垂直节理、疏松透水，浸水后容易崩解湿陷。 6）崩积物、残坡积物。容易沿下伏基岩的接触面产生滑动。
边坡稳定分析前应具备资料：
①地形和地貌特征； ②地层岩性和岩土体结构特征； ③断层、裂隙和软弱层的分布、产状、充填物质以及结构面的组合与连通率； ④边坡岩体风化、卸荷深度； ⑤各类岩土和潜在滑动面的物理力学参数以及岩体应力； ⑥岩土体变形监测和地下水观测资料； ⑦坡脚淹没、地表水位变幅和坡体透水与排水资料； ⑧降雨历时、降雨强度和冻融资料； ⑨地震基本烈度和动参数； ⑩边坡施工开挖方式、开挖程序、爆破方法、边坡外荷载、坡脚采空和开挖坡的 高度和坡度等。
树木茂密，形成大片马刀树，表示浅层滑移明显
2003年7月13日 三峡库区沙镇溪发生千将坪滑坡， 致使24人失踪。
滑坡壁 滑坡周界
2.2 影响边坡稳定性的因素
内在因素：组成边坡岩土体的性质、地质构造、岩土体结构、 岩体初始应力等；
外在因素：水的作用、地震、岩石风化、工程荷载条件及人工 开挖等。
（4）结构体滑移方向的分析 a.两结构面交线位于两结构面倾向线之间。 滑移方向为交线OC方向。
b.两结构面交线位于两结构面倾向线之外。 J1结构面的倾线方向为滑动方向。J2为切割面。
c.交线与一组结构面的倾向线重合。 则重合线就是滑动方向, J2为切割面。
二、力学分析法 （一）极限平衡法
极限平衡法是在已知滑移面上对边坡进行静力平衡计算，从而求出 边坡稳定系数，因此，必须知道滑移面的位置与形状。当滑面为一简单平 面时，可采用解析法计算，获得解析解。当滑面为圆弧、对数螺线、折线 或任意曲线时，无法获得解析解，通常要采用条分法求解。由于条间力假 定的不同，产生了十几种不同的极限平衡条分法。
时溶发育。 ❖ 夹有软弱夹层的沉积岩边坡：如夹有泥化夹层或破碎夹泥层的砂岩、页
岩、石灰岩等，具层状结构。 ❖ 软弱岩质边坡：如白垩纪的红色粘土岩、泥岩、泥灰岩、页岩等，强度
低，易风化、崩解。 ❖ 特殊岩类边坡：含石膏、岩盐等得易溶岩层，强度很低。 ❖ 变质岩类边坡：如片岩、千枚岩、片麻岩等，强度差别大，多呈片状或
按滑动面形态分类： 平面滑动：边坡岩体沿某一结构面如层面、节理或断层面发生滑动。通常发生 在滑动面的倾向与边坡面的倾向一致，而滑动面的倾角小于边坡角但大于其内 摩擦角的层状或有粘土夹层的岩体中，也可能发生在有较厚破碎带的岩体中。
这类破坏一般情况下走向范围可能较大。
按滑动面形态分类：
楔体滑动：当边坡中有两组或两组以上结构面与边坡斜交，且相互切割成楔形 体，当两结构面的组合交线的倾向与边坡倾向近于一致，组合交线的倾角小于 边坡角而大于其内摩擦角时，较易发生这类滑坡。
2.1.4 滑坡判断的标志
滑坡形成以后，常在地表形成地形地貌、岩性及岩土 结构、水文地质条件等各种局部异常现象，根据这些异常现 象即可判断滑坡体的存在与否。
1、地形地貌及地物标志； 2、岩土结构特征； 3、水文地质标志； 4、滑坡边界及滑坡床标志。
滑坡特征示意图
滑坡体上的树木歪斜,像醉汉一样,东倒西歪,显示滑坡已滑动解体
三、水的作用的影响
地表水和地下水是影响边坡稳定性的重要因素。不少滑坡的典型实例都 与水的作用有关或者水是滑坡的触发因素，水的作用主要表现在： 1）处于水下的透水边坡将承受水的浮托力的作用； 2）而不透水的边坡，坡面将承受静水压力，充水的张开裂隙也将承受裂 隙水静水压力的作用； 3）地下水的渗流，将对边坡体产生动水压力； 4）水对边坡岩土体还产生软化或泥化作用，使岩土体的抗剪强度大为降 低； 5）地表水的冲刷，地下水的溶蚀和潜蚀也直接对边坡产生破坏作用；
边坡稳定性的评价方法
一、地质分析法
1. 地质历史成因分析法 地质分析法是根据边坡的地貌形态、地质条件和边坡变形破坏的基本
规律，追溯边坡演变的全过程，预测边坡稳定性发展的总趋势和边坡变形 破坏方式，对边坡的稳定性作出定性评价。对发生过滑坡的边坡，则判断 其能否复活或转化。
大致包括以下内容： 1）根据边坡的地貌形态演变预测和评价边坡的稳定性； 2）根据地层岩性、地质构造等地质条件分析边坡变形破坏的形式； 3）根据边坡变形体的外形和内部变形迹象判断边坡的演变阶段； 4）根据周期性规律判定促进边坡演变的主导因素； 5）边坡稳定性的区域性评价。
满足 满足 自动满足
条块形状
垂直条块 垂直条块 垂直条块 垂直条块 垂直条块 垂直条块 非垂直条块 垂直条块 垂直条块 垂直条块 垂直条块 垂直条块
垂直条块
每种方法都有各自的传统求解格式，根据所满足的平衡条件，可将现有 极限平衡条分法分为四类：
四、地震作用的影响
地震对边坡稳定性的影响较大。在地震的作用下，首先使边坡岩体 的结构发生破坏或变化，出现新的结构面，或使原有结构面张裂、松弛， 饱水砂层出现振动液化，地下水状态亦有较大的变化。在地震力的反复 振动冲击下，边坡沿结构面发生位移变形，直至破坏。
五、工程荷载的影响
如拱坝坝肩承受的拱端推力；边坡坡肩附近修建大型水工建筑物引 起的坡顶超载；压力隧洞内水压力传递给边坡的裂隙水压力；库水对库 岸的浪击淘刷力；预应力锚固时所加的预应力等。由于工程的运行，也 可能间接地影响边坡的稳定。
b.稳定结构： 两结构面交线位于两边坡投影弧内侧。
c.较稳定结构： 两结构面交线位于两边坡投影弧外侧。
d.较不稳定结构： 两结构面交线位于两边坡投影弧之间，但结构面离
坡面较远，在坡面没有出露点.
e.不稳定结构： 两结构面交线位于两边坡投影弧之间，且结构面在坡面有 出露点。
（3）三组及多组结构面边坡稳定性分析 要分析其最不利的交点。 稳定性分析时要分析倾角最大但又小于坡角的点来分析； 推断稳定坡角时要选择倾角最小的点来分析。
DEK是推断的，不稳定体ADEK。削坡， 即可得到稳定坡角。 方法如下：
例：结构面走向2800，倾向SW，倾角500，与边坡斜交。 边坡走向3100，倾向SW。求稳定坡角。
解：（1）根据结构面的产状，绘制结构面的赤平投影A-A。 （2）切割面因为垂直于滑动面，故走 向为100（1900）倾角900。据此绘制 其赤平投影B-B，交A-A于M点。 （3）根据边坡走向和倾向，再通过M 点做边坡投影DMD。 （4）根据边坡投影DMD，利用吴氏网 可求得坡面倾角为540此角即为稳定坡 角。
第2章 边坡稳定性分析
2.1 基本概念 2.2 影响边坡稳定性的因素 2.3 边坡稳定性分析方法
按材料力学性质分：
（2）岩质边坡 ❖ 侵入岩类边坡：花岗岩类，坡陡、卸荷裂隙发育。 ❖ 喷出岩类边坡：玄武岩、凝灰岩、流纹岩等，强度差别大，裂隙发育。 ❖ 碎屑沉积岩边坡：砂岩、砾岩、页岩等，强度差别大，具有层状结构。 ❖ 碳酸盐岩类边坡：石灰岩、白云岩等，强度一般较高，层状结构，岩有
按边坡高度分：
按边坡坡度分：
按变形情况不同分：
未变形边坡： 边坡岩体未发生位移变形。 变形边坡： 边坡岩体曾发生位移变形。
2.1.3 滑坡分类
按滑坡厚度分类：
按滑动面与岩层层面的关系分类：
顺层滑坡： 滑坡体沿岩层层面滑动。 切层滑坡： 滑坡体的滑动面与岩层面相切割。 均质滑坡：覆盖层或堆积体沿圆弧面滑动。
10
Sarma法（II）
任意滑动面
11
Sarma法（III） 任意滑动面
12
Correia法
任意滑动面
13
严格Janbu法
任意滑动面
假定
平衡条件
垂直力 水平力
—
—
满足
—
满足 满足
满足 满足
满足 满足
满足 满足
满足 满足
满足 满足
满足 满足
满足 满足
满足 满足
满足 满足
力矩 考虑 考虑
— — — — — 满足 满足 满足 满足 满足
层状结构，岩体完整性差。
按地质环境与人工改造的程度分：
（1）自然斜坡：在自然地质作用下形成的山体斜坡、河谷岸坡、海岸陡崖等； （2 人工边坡：人类工程活动形成的规模不同、陡缓不等的斜坡，例如道路工程中 的工程中的路堑、路堤边坡，房屋、桥梁工 程的基坑边坡，露天矿山的边坡，水电 工程中的运河渠 道边坡，船闸、溢洪道边坡、饮水水洞进、出口边坡、土石坝边坡 及坝肩边坡等。
c.特殊情况一：
结构面走向与边坡走向成直交时，稳定坡角最大，为900。
d.特殊情况二： 结构面走向与边坡走向平行时，稳定坡角最小，结构面倾角即为稳定 坡角。
e.一般情况： 结构面走向与边坡走向斜交时，稳定坡角由结构面倾角α变到900。
（2）二组结构面边坡稳定性分析 a.最稳定结构： 两结构面交线位于两边坡投影弧内侧。
情况二： 结构面投影位于边坡投影同侧内侧时，边坡基本稳定； 顺倾向坡，结构面倾角大于坡面角。
情况三： 结构面投影位于边坡投影同侧外侧时，边坡不稳。 顺倾向坡，结构面倾角小于坡面角。
（1）一组结构面边坡稳定性分析
b.当岩层的走向与边坡的走向斜交时
若边坡稳定性发生破坏，从岩体结构的观 点来看,须同时具备两个条件： 第一，滑动面ADK； 第二，垂直于结构面的切割面DEK。
除上述因素外，坡脚人工开挖、爆破影响、岩体风化作用，引水渠 道的修建，黄土湿陷等，均可引起边坡的变形与破坏。
2.3 边坡稳定性分析
边坡稳定性评价的任务：
(1)对与工程建设有关的天然边坡或人工边坡的稳定性做出定性和定量评价； (2)为设计合理的人工边坡和边坡变形破坏的防治措施提供依据。
边坡稳定性评价方法可概括为： 地质分析法（历史成因分析法、赤平极射投影法） 力学计算法（包括极限平衡法、数值法） 工程地质类比法 可靠度分析法（基于概率论的结构设计方法） 反分析法 非线性数学方法（人工智能方法）
按力学条件分类：
牵引式滑坡： 滑坡体下部先变形滑动，使上部岩体失去支撑，从而使上部岩 体也随着变形移动。 推移式滑坡： 滑坡体上部先滑动，因而使下部岩体也变形滑动。 混合式滑坡： 不同滑块之间拉、压混合作用。 平移式滑坡： 上陡下缓，坡脚位置宽敞，顺势滑移。
按滑坡体积大小分类：
按滑行速度分类：
二、地质构造和岩体百度文库构的影响
地质构造因素对边坡稳定性，特别是岩质边坡稳定性的影响是十 分明显。 1）在区域构造比较复杂，褶皱比较强烈，新构造运动比较活动的地区， 边坡稳定性较差，常出现巨大型滑坡及滑坡群； 2）断层、节理裂隙发育特征和岩体结构对边坡稳定的影响也是十分明 显的，极易发生滑坡； 3）岩层或结构面的产状对边坡稳定有很大的影响。
按滑动面形态分类： 圆弧形滑动：滑动面为一圆弧面，通常发生在均值而松散的岩体或土体边坡上， 散体结构或坡度较大的裂隙岩体边坡也可能产生这种破坏形式。
边坡工程最为关注的是其安全性
❖ 土质边坡： 圆弧滑动破坏（粘性土） 平面滑动破坏（砂性土）。
❖ 岩石边坡滑动破坏形式： 平面破坏 楔形破坏（常表现滑体为四面体） 曲面破坏 倾倒破坏
常用极限平衡条分法及其假定
编 号
方法
滑动面
1
瑞典法
圆弧滑动面
2
简化Bishop法
圆弧滑动面
3
简化Janbu法
任意滑动面
4
陆军工程师团法 任意滑动面
5
罗厄法
任意滑动面
6
不平衡推力法
任意滑动面
7
Sarma法（I）
任意滑动面
8
Spencer法
任意滑动面
9 Morgenstern-Price法 任意滑动面