边坡的工程地质问题
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１０.２ 影响边坡稳定性的因素
• ２.触发(诱发)效应 • 触发效应可有多种表现形式.在强震区,地震触发的崩塌、滑坡往往与
断裂活动相联系.高陡的陡倾层状边坡,震动可促进陡倾结构面(裂缝) 的扩展,并引起陡立岩层的晃动.它不仅可引发裂缝中的空隙水压力(尤 其是在暴雨期)激增而导致破坏,也可因晃动造成岩层根部岩体破碎而 失稳. • 碎裂状或碎块状边坡,强烈的震动(包括人工爆破)甚至可使之整体溃散 ,发展为滑塌式滑坡.结构疏松的饱和砂土受震液化或敏感黏土受震变 形,也可导致上覆土体产生滑坡.
滑坡台阶组成的斜坡,多存在于山坡的中下部,如果坡脚受到强烈冲刷 或不合理的切坡,或者受到地震的影响,可能引起古滑坡复活,威胁建筑 物的稳定[图１０-８(c)].
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１０.３ 边坡的坡形及应力分布特征
• １０.３.２ 边坡应力分布的特殊点
• (１)直线坡的应力集中区在坡脚附近:剪应力集中; • (２)折线坡的应力集中区在变坡点、坡顶附近:张应力集中; • (３)台阶坡的应力状态表现为台阶上、下坡脚的集中应力和平台坡顶
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１０.３ 边坡的坡形及应力分布特征
• １０.３.１ 边坡的坡形
• １.直线坡 • 野外见到的直线形坡,一般可分为三种情况.第一种是山坡岩性单一,经
长期的强烈风化剥蚀,形成纵向轮廓比较均匀的直线形山坡,稳定性较 高;第二种是单斜岩层构成的直线形坡;第三种是岩性松软或岩体相当 破碎,在气候干寒,物理风化强烈的条件下经长期剥蚀碎落和坡面堆积 而形成的直线形坡,这种山坡在川西峡谷比较发育,稳定性最差.如图１ ０-８(a)所示. • ２.折线坡
的拉张.
• １０.３.３ 人工边坡的坡形确定
• 人工边坡的坡形可根据岩体结构或根据岩性变化确定.
• １０.３.４ 边坡稳定性分析方法
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１０.３ 边坡的坡形及应力分布特征
• １.工程地质分析法———比拟法 • 此法要求比对的边坡具有“相似性”,即一是边坡岩性、边坡所处的
构造部位和岩体结构的相似性;二是边坡类型的相似性. • ２.几何分析法———赤平极射投影分析 • 岩质边坡的变形和破坏主要受结构面控制.一般可利用赤平极射投影
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１０.３ 边坡的坡形及应力分布特征
• 折线坡的坡形为折线,是由软硬不同的水平岩层或微倾斜岩层组成的 基岩山坡,由于软硬岩层的差异风化而形成台阶状的外形.山坡表面剥 蚀强烈,基岩外露,稳定性一般较高.如图１０-８(b)所示.
• ３.台阶坡 • 台阶坡也叫作阶梯坡.通常由于山坡曾经发生过大规模的滑坡变形,由
任务10 边坡的工程地质问题
• 10.1 边坡变形破坏的基本类型 • 10.2 影响边坡稳定性的因素 • 10.3 边坡的坡形及应力分布特征
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１０.１ 边坡变形破坏的基本类型
• 边坡是一面临空的岩、土体斜坡. • 按成因边坡可分为自然边坡和人工边坡. • 边坡形成过程中和形成后,在自然和人为因素的影响下,岩、土体内部
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１０.２ 影响边坡稳定性的因素
• １０.２.３ 水的作用
• 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;充水的张开裂隙将承受 裂隙水静水压力的作用(图１０-６、图１０-７);地下水的渗流,将对边 坡岩土体产生动水压力.水对边坡岩体还产生软化或泥化作用,使岩土 体的抗剪强度大为降低;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.
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１０.２ 影响边坡稳定性的因素
• 海底斜坡失稳,不少也与地震造成饱水固结土体的液化有关,这也是为 什么在十分平缓的海底斜坡中会产生滑坡的重要原因之一.
• 我国岩质边坡工程实践中,为量化评价爆破的影响,根据经验采取降低 计算结构面的抗剪强度的方法实施,f 值降低１５％~３０％,c 值降低 ２０％~４０％.经理论计算,降低的低值和高值分别相当于地震烈度Ⅷ 度和Ⅸ度时造成的影响.
• １０.２.２ 地质构造和岩体结构的影响
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１０.２ 影响边坡稳定性的因素
• 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 稳定性差.断层带岩石破碎,风化严重,地下水最丰富和活动的地区极易 发生滑坡.岩层或结构的产状对边坡稳定也有很大影响,水平岩层的边 坡稳定性较好,但存在陡倾的节理裂隙,则易形成崩塌和剥落.同向缓倾 的岩质边坡(结构面倾向和边坡坡面倾向一致,倾角小于坡角)的稳定性 比反向倾斜的差,这种情况最易产生顺层滑坡.结构面或岩层倾角越陡, 稳定性越差.同向陡倾层状结构的边坡,一般稳定性较好,但由薄层或软 硬岩互层的岩石组成,则可能因蠕变而产生挠曲弯折或倾倒.反向倾斜 层状结构的边坡通常较稳定,但垂直层面或片理面的走向节理发育且 顺山坡倾斜,易产生切层滑坡.
的应力状态也会发生变化,从而可能产生破坏.
• １０.１.１ 边坡的变形类型
• １.卸荷回弹 • 卸荷回弹是斜坡岩体内积存的弹性应变能释放而产生的. • 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.
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１０.１ 边坡变形破坏的基本类型
• (１)河谷下切,在陡峻的河谷岸坡上形成卸荷裂隙;路堑边坡的开挖,使 新的卸荷裂隙产生.
• １０.２.４ 工程荷载
• 工程荷载的作用影响边坡的稳定性.
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１０.２ 影响边坡稳定性的因素
• １０.２.５ 地震作用
• 地震对边坡稳定性的影响表现为累积和触发(诱发)两方面效应. • １.累积效应 • 边坡中由地震引起的附加力S 的大小,通常以边坡变形体的重量W 与
地震振动系数k之积表示(S＝kW ).在一般边坡稳定性计算中,将地震 附加力考虑为水平指向坡外的力.但实际上应以垂直与水平地震力的 合力的最不利方向为计算依据.总位移量的大小不仅与震动强度有关, 也与经历的震动次数有关,频繁的小震对斜坡的累进性破坏起着十分 重要的作用,其累积效果使影响范围内岩体结构松动,结构面强度降低.
• ４.模型模拟试验 • 模型模拟试验主要是采用物理模型试验和数值模拟相结合的方法.模
拟试验按照研究要求不同,有物理模型试验和运动学模型试验.物理模 型试验要遵守相似性原理,原型和模型必须满足几何相似和强度相似.
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图１０-１ 疏松的土质边坡
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图１０-２ 破碎的岩质边坡
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图１０-３ 岩质边坡
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图１０-４ 软弱基底蠕动
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图１０-５ 边坡蠕动
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图１０-６ 裂隙静水压力
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图１０-７ 裂隙静水压力分布的不同情 况
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图１０-８ 边坡的坡形
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１０.１ 边坡变形破坏的基本类型
• (２)深层蠕动:软弱基底蠕动,坡体蠕动,如图１０-４和图１０-５所示.
• １０.１.２ 边坡的破坏类型
• (１)表层破坏:剥落,冲沟,滑塌. • (２)深层破坏:滑坡,崩塌、落石,扩离.
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１０.２ 影响边坡稳定性的因素
• １０.２.１ 岩土性质和类型
法表示边坡变形的边界条件,即可表明各组结构面的组合关系,滑动体 形态与边坡倾向、倾角的关系,从而可对边坡的稳定性做定性分析,以 便于进一步做力学计算. • ３.力学计算法———定量分析
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１０.３ 边坡的坡形及应力分布特征
• 以岩土力学理论为基础,运用静力学、弹塑性理论或刚体力学等进行 分析,通常是建立在静力平衡的基础上,按不同边界条件考虑力的组合, 进行边坡稳定性计算.
• 岩性对边坡的稳定及其边坡的坡高和坡角起重要的控制作用.坚硬完 整的块状或厚层状岩石如花岗岩、石灰岩、砾岩等可以形成数百米的 陡坡.而在淤泥或淤泥质软土地段,由于淤泥的塑性流动,几乎难以形成 边坡.黄土边坡在干旱时,可以直立陡峻,但一经水浸土则强度大减,变形 急剧,滑动速度快,规模和动能巨大,破坏力强且有崩塌性.松散地层边坡 的坡度较缓.
• (２)上覆岩石被剥蚀去,深部的岩石形成平行于地面的卸荷裂隙,常见 于花岗岩出露地区,尤其是采石场里.
• ２.蠕动 • 斜坡的蠕变是在坡体应力(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. • (１)表层蠕动:疏松的土质边坡,破碎的岩质边坡,如图１０-１~图１０３所示.
１０.２ 影响边坡稳定性的因素
• ２.触发(诱发)效应 • 触发效应可有多种表现形式.在强震区,地震触发的崩塌、滑坡往往与
断裂活动相联系.高陡的陡倾层状边坡,震动可促进陡倾结构面(裂缝) 的扩展,并引起陡立岩层的晃动.它不仅可引发裂缝中的空隙水压力(尤 其是在暴雨期)激增而导致破坏,也可因晃动造成岩层根部岩体破碎而 失稳. • 碎裂状或碎块状边坡,强烈的震动(包括人工爆破)甚至可使之整体溃散 ,发展为滑塌式滑坡.结构疏松的饱和砂土受震液化或敏感黏土受震变 形,也可导致上覆土体产生滑坡.
滑坡台阶组成的斜坡,多存在于山坡的中下部,如果坡脚受到强烈冲刷 或不合理的切坡,或者受到地震的影响,可能引起古滑坡复活,威胁建筑 物的稳定[图１０-８(c)].
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１０.３ 边坡的坡形及应力分布特征
• １０.３.２ 边坡应力分布的特殊点
• (１)直线坡的应力集中区在坡脚附近:剪应力集中; • (２)折线坡的应力集中区在变坡点、坡顶附近:张应力集中; • (３)台阶坡的应力状态表现为台阶上、下坡脚的集中应力和平台坡顶
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１０.３ 边坡的坡形及应力分布特征
• １０.３.１ 边坡的坡形
• １.直线坡 • 野外见到的直线形坡,一般可分为三种情况.第一种是山坡岩性单一,经
长期的强烈风化剥蚀,形成纵向轮廓比较均匀的直线形山坡,稳定性较 高;第二种是单斜岩层构成的直线形坡;第三种是岩性松软或岩体相当 破碎,在气候干寒,物理风化强烈的条件下经长期剥蚀碎落和坡面堆积 而形成的直线形坡,这种山坡在川西峡谷比较发育,稳定性最差.如图１ ０-８(a)所示. • ２.折线坡
的拉张.
• １０.３.３ 人工边坡的坡形确定
• 人工边坡的坡形可根据岩体结构或根据岩性变化确定.
• １０.３.４ 边坡稳定性分析方法
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１０.３ 边坡的坡形及应力分布特征
• １.工程地质分析法———比拟法 • 此法要求比对的边坡具有“相似性”,即一是边坡岩性、边坡所处的
构造部位和岩体结构的相似性;二是边坡类型的相似性. • ２.几何分析法———赤平极射投影分析 • 岩质边坡的变形和破坏主要受结构面控制.一般可利用赤平极射投影
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１０.３ 边坡的坡形及应力分布特征
• 折线坡的坡形为折线,是由软硬不同的水平岩层或微倾斜岩层组成的 基岩山坡,由于软硬岩层的差异风化而形成台阶状的外形.山坡表面剥 蚀强烈,基岩外露,稳定性一般较高.如图１０-８(b)所示.
• ３.台阶坡 • 台阶坡也叫作阶梯坡.通常由于山坡曾经发生过大规模的滑坡变形,由
任务10 边坡的工程地质问题
• 10.1 边坡变形破坏的基本类型 • 10.2 影响边坡稳定性的因素 • 10.3 边坡的坡形及应力分布特征
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１０.１ 边坡变形破坏的基本类型
• 边坡是一面临空的岩、土体斜坡. • 按成因边坡可分为自然边坡和人工边坡. • 边坡形成过程中和形成后,在自然和人为因素的影响下,岩、土体内部
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１０.２ 影响边坡稳定性的因素
• １０.２.３ 水的作用
• 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;充水的张开裂隙将承受 裂隙水静水压力的作用(图１０-６、图１０-７);地下水的渗流,将对边 坡岩土体产生动水压力.水对边坡岩体还产生软化或泥化作用,使岩土 体的抗剪强度大为降低;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.
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１０.２ 影响边坡稳定性的因素
• 海底斜坡失稳,不少也与地震造成饱水固结土体的液化有关,这也是为 什么在十分平缓的海底斜坡中会产生滑坡的重要原因之一.
• 我国岩质边坡工程实践中,为量化评价爆破的影响,根据经验采取降低 计算结构面的抗剪强度的方法实施,f 值降低１５％~３０％,c 值降低 ２０％~４０％.经理论计算,降低的低值和高值分别相当于地震烈度Ⅷ 度和Ⅸ度时造成的影响.
• １０.２.２ 地质构造和岩体结构的影响
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１０.２ 影响边坡稳定性的因素
• 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 稳定性差.断层带岩石破碎,风化严重,地下水最丰富和活动的地区极易 发生滑坡.岩层或结构的产状对边坡稳定也有很大影响,水平岩层的边 坡稳定性较好,但存在陡倾的节理裂隙,则易形成崩塌和剥落.同向缓倾 的岩质边坡(结构面倾向和边坡坡面倾向一致,倾角小于坡角)的稳定性 比反向倾斜的差,这种情况最易产生顺层滑坡.结构面或岩层倾角越陡, 稳定性越差.同向陡倾层状结构的边坡,一般稳定性较好,但由薄层或软 硬岩互层的岩石组成,则可能因蠕变而产生挠曲弯折或倾倒.反向倾斜 层状结构的边坡通常较稳定,但垂直层面或片理面的走向节理发育且 顺山坡倾斜,易产生切层滑坡.
的应力状态也会发生变化,从而可能产生破坏.
• １０.１.１ 边坡的变形类型
• １.卸荷回弹 • 卸荷回弹是斜坡岩体内积存的弹性应变能释放而产生的. • 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.
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１０.１ 边坡变形破坏的基本类型
• (１)河谷下切,在陡峻的河谷岸坡上形成卸荷裂隙;路堑边坡的开挖,使 新的卸荷裂隙产生.
• １０.２.４ 工程荷载
• 工程荷载的作用影响边坡的稳定性.
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• １０.２.５ 地震作用
• 地震对边坡稳定性的影响表现为累积和触发(诱发)两方面效应. • １.累积效应 • 边坡中由地震引起的附加力S 的大小,通常以边坡变形体的重量W 与
地震振动系数k之积表示(S＝kW ).在一般边坡稳定性计算中,将地震 附加力考虑为水平指向坡外的力.但实际上应以垂直与水平地震力的 合力的最不利方向为计算依据.总位移量的大小不仅与震动强度有关, 也与经历的震动次数有关,频繁的小震对斜坡的累进性破坏起着十分 重要的作用,其累积效果使影响范围内岩体结构松动,结构面强度降低.
• ４.模型模拟试验 • 模型模拟试验主要是采用物理模型试验和数值模拟相结合的方法.模
拟试验按照研究要求不同,有物理模型试验和运动学模型试验.物理模 型试验要遵守相似性原理,原型和模型必须满足几何相似和强度相似.
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图１０-１ 疏松的土质边坡
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图１０-２ 破碎的岩质边坡
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图１０-３ 岩质边坡
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图１０-４ 软弱基底蠕动
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图１０-５ 边坡蠕动
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图１０-６ 裂隙静水压力
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图１０-７ 裂隙静水压力分布的不同情 况
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图１０-８ 边坡的坡形
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１０.１ 边坡变形破坏的基本类型
• (２)深层蠕动:软弱基底蠕动,坡体蠕动,如图１０-４和图１０-５所示.
• １０.１.２ 边坡的破坏类型
• (１)表层破坏:剥落,冲沟,滑塌. • (２)深层破坏:滑坡,崩塌、落石,扩离.
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１０.２ 影响边坡稳定性的因素
• １０.２.１ 岩土性质和类型
法表示边坡变形的边界条件,即可表明各组结构面的组合关系,滑动体 形态与边坡倾向、倾角的关系,从而可对边坡的稳定性做定性分析,以 便于进一步做力学计算. • ３.力学计算法———定量分析
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１０.３ 边坡的坡形及应力分布特征
• 以岩土力学理论为基础,运用静力学、弹塑性理论或刚体力学等进行 分析,通常是建立在静力平衡的基础上,按不同边界条件考虑力的组合, 进行边坡稳定性计算.
• 岩性对边坡的稳定及其边坡的坡高和坡角起重要的控制作用.坚硬完 整的块状或厚层状岩石如花岗岩、石灰岩、砾岩等可以形成数百米的 陡坡.而在淤泥或淤泥质软土地段,由于淤泥的塑性流动,几乎难以形成 边坡.黄土边坡在干旱时,可以直立陡峻,但一经水浸土则强度大减,变形 急剧,滑动速度快,规模和动能巨大,破坏力强且有崩塌性.松散地层边坡 的坡度较缓.
• (２)上覆岩石被剥蚀去,深部的岩石形成平行于地面的卸荷裂隙,常见 于花岗岩出露地区,尤其是采石场里.
• ２.蠕动 • 斜坡的蠕变是在坡体应力(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. • (１)表层蠕动:疏松的土质边坡,破碎的岩质边坡,如图１０-１~图１０３所示.