6.1-6.4岩石边坡工程jian知识分享

（见：黄润秋.中国岩石高边坡工程及其研究.)
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（4）坡度
一般边坡: 缓坡：坡度小于15°
中等坡：坡度15°-30° 陡坡：坡度30°-60° 急坡：坡度大于60°至垂直 倒坡：坡度大于90°
矿山边坡: 陡边坡：坡度大于45 °
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1.3 边坡工程对国民经济建设的影响 （1） 边坡工程对露天矿建设的影响
深层蠕动
主要发育在坡体下部或坡体内部，按其形成机 制特点，深层蠕动有软弱基座蠕动和坡体蠕动 两类。
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﹛崩塌
2.2 边坡岩体的破坏模式 滑坡
（1）崩塌
其他破坏
崩塌是指块状岩体与岩坡分离向前翻滚而下。其规模
相差悬殊，大至山崩小至块体坠落均属崩塌。
图7-3 崩塌过程示意图
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边坡崩塌破坏
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产生崩塌的原因，从力学机理分析， 可认为是岩体在重力与其它外力共同作 用下超过岩体强度而引起的破坏的现象。
边坡工程
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主要内容
1 概述 2 边坡的破坏形式及其影响因素 3 边坡的稳定性分析 4 边坡的防治
2
1 、概述
1.1 边坡的定义
指地壳表部一切具有侧向临空面的地质体。 其特点是具有一定的坡度和高度。
坡肩
坡顶
坡面
坡高
坡底
坡趾
坡面角
3
露天矿开挖形成的斜坡构成了采矿区的边 界，因此称为边坡；
在铁路、公路建筑施工中，所形成的路堤 斜坡称为路堤边坡； 开挖路堑所形成的斜坡称为路堑边坡； 在水利建设中开挖所形成的斜坡也称为边坡。
风化作用 水 地下水对边坡的破坏机理表现在三个方而：
①降低滑面的正应力，减小摩阻力，进而降低了滑坡 体抗滑力；
②动水压力沿边坡临空面产生的分量增大了坡体下滑力； ③孔隙水压力产生的“水楔作用”推动了坡体上裂隙的 扩展进程。
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(4)斜坡直接受各种力的作用 区域构造应力的变化、地震、爆破、
地下静水压力和动水压力，以及施工荷载 等，都使斜坡直接受力，对斜坡稳定的影 响直接而迅速。
β
φ
(a) 开挖坡脚形成滑塌 (b) 恢复天然稳定坡角 图7-6 滑塌示意图
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2）岩块流动
岩块流动通常发生在均质硬岩层 中，这种破坏类似于脆性岩石在峰值 强度点上破碎而使岩层全面崩塌的情 形。
成因:应力集中点→岩石破裂或破碎 →邻近岩石破裂→岩层出现全面破裂 而崩塌，岩块象流体一样沿坡面向下 流动，形成岩块流动。
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（3）边坡工程对其它方面的影响 房屋建筑与市政建设中，边坡的稳定性
一方面影响到建筑物的安全运营与使用， 另一方面也影响到建设成本。
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2 边坡的破坏形式及其影响因素
2.1 边坡岩体的变形特征
岩石边坡的变形以坡体未出现贯通性的破坏面 为特点，但在坡体的局部区域，特别在坡面附近 也可能出现一定程度的破裂与错动，但从整体而 言并未产生滑动破坏。
路中断达20多小时。
水利边坡
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1.2 边坡的分类
（1）成因: 自然斜坡和人工边坡
天然斜坡：就是在一定的地质环境中，在各种地 质营力作用下形成和演化的自然历史过程的产物， 未经人为扰动。如山坡、海岸、河岸等。
人工边坡：人类为某种工程、经济目的而开挖， 往往是在自然斜坡的基础之上形成的，其特点就 是具有规则的几何形态，如路堑边坡、路堤边坡、 露天矿边帮、运河（渠道）边坡等。
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（2）边坡工程对铁路、公路、水利建设的影响 路堤施工中，在路堤高度一定的条件下，坡角
越大，路基所占面积就越小，反之就越大。 在平原地区，由于耕地紧张，为了保护耕地，路
基边坡的坡角愈大愈好；而在山区，大坡角的边坡 能有效地减少路堤的填方量。
而在路堑、水利工程施工中，加大边坡的坡角，同 样也能取得减少土石方量的作用，从而降低建设成 本。
H cotα
矿 体
Q Η
α
图7-2上盘废石挖方量Q的示意图
采矿工程完成的挖方量约占 人类各种开挖挖方量总和的五分 之四。采矿开挖的目的是开采有 用矿物，但为了保证边坡的稳定 性需要超挖大量的废石，
以图7-2所示的上盘为例，设 采深为H，坡段长为L，坡角为 α，α的极限值为90°，则图7-2 所示的废石挖方量Q为：
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路堤边坡
6
路堑边坡
7
三峡大坝工程 8
露天矿局部滑坡
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广东S223线丙村至梅州公路
公路滑坡
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铁西滑坡
铁西车站，暴雨型堆积层滑坡，铁轨被推移5m，列车颠覆11
都江堰市麻溪滑坡: 位于紫坪铺水库工程 建设区，在降雨和工 程开挖的影响下发生 了两次滑坡，滑坡体 总方量达到60万。 由于监测和预报及时， 没有人员伤亡，造成 滑坡前缘213国道公
顺坡结构面与主压应力呈交角，将出现最大剪 应力与拉应力值，对边坡稳定十分不利，坡体易 于沿结构面发生剪切滑移，同时可能出现折线型 蠕滑裂隙系统。结构面相互交汇或转折处，形成 很高的压应力及拉应力集中区，其变形与破坏常 较剧烈。
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(2) 改变斜坡外形，引起坡体应力分布的变化
河流、水库及湖海的冲刷及掏刷，使岸坡外 形发生变化。
楔形体法、平面破坏计算法、传递系数法、以及BakerGarber临界滑面法（Baker-Garber，1978）等。
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（3）应用范围
平面破坏滑动 ：平面破坏计算ห้องสมุดไป่ตู้ 圆弧形滑动面破坏：Fellenius法或Bishop法； 复合破坏滑动面：Janbu法、Morgenstern-Price
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根据滑面的形状，其滑坡形式可区分 为平面剪切滑动和旋转剪切滑动 。 1）平面剪切滑动
平面滑动的特点是块体沿着平面滑移。滑动 往往发生在地质软弱面的走向平行于坡面，产状 向坡外倾斜的地方。
根据滑面的空间几何组成，平面滑动存在简单 平面剪切滑动、阶梯式滑坡、三维楔体滑坡和多 滑块滑动几种破坏模式。
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由于地质作用而自 然形成的边坡
在天然岩土体中开 挖或填筑而成的边
坡
天然边坡 人工边坡
山坡、江 河岸坡
路基、堤坝、 矿山边坡、
基坑
（2）岩性 岩质边坡（由岩石构成，又分为顺层边坡、
切层边坡和逆向坡） 土质边坡
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（3）坡高
根据坡高将边坡分为一般边坡和高边坡。 黄润秋建议城建系统为大于15m，公路系 统为大于30m，铁道系统为大于50m，而矿 山系统和水电系统为大于100m，称为高边 坡。
边坡阶梯状破坏
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③三维楔体破坏
当两个不连续面的走向斜交坡面，其交线在坡 面上出露时，如果此交线的倾角显著大于摩擦角， 则位于此两不连续面上的岩石楔体将沿交线下滑， 形成空间楔体破坏。
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边坡楔形破坏
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④多滑块滑动：两个乃至更多的弱面可以组 合形成一滑动面。
两个滑块，上部滑块驱使下部滑块发生旋转，发展成 所谓的倾倒破坏
要表现为由于岩土体的不均一和不连续性， 使沿结构面周边出现应力集中或应力阻滞 现象。
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结构面与主压应力垂直，将发生平行结构面方 向拉应力，或在端点部位出现垂直于结构面的压 应力，有利于结构面压密和坡体稳定。
结构面与主压应力斜交，结构面周边主要为剪 应力集中，并于端点附近或应力阻滞部位出现拉 应力。
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① 简单平面剪切滑动：为了使滑动沿单一面发生， 必须满足以下几何条件：
1)滑动面的走向必须与坡面平行或接近平行（约在20 度范围之内）；
2)破坏面必须在边坡面露出，就是说它的倾角必须小于 坡面的倾角；
3)破坏面的倾角必须大于该面的摩擦角； 4)岩体中必须存在对于滑移仅有很小阻力的节理面，它 规定了滑动的侧面边界。
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（2）蠕动
边坡岩体在自重应力为主的坡体应力长期作用 下，向临空方向缓慢而持续的变形，称为边坡蠕 动。
蠕动的形成机制：岩土的粒间滑动（塑性变 形），或者沿岩石裂纹微错，或者由岩体中一系
列裂隙扩展所致。
表层蠕动
分类：
边坡浅部岩体在重力的长期作用下，向临空方向缓 慢变形构成一剪变带，其位移由坡面向坡体内部逐 渐降低直至消失，这便是表层蠕动。破碎的岩质斜 坡及土质斜坡，表层蠕动甚为典型。
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（2）滑坡 滑坡是指岩体在重力作用下，沿坡内软弱
结构面产生的整体滑动。与崩塌相比，滑 坡通常以深层破坏形式出现。
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不同的滑坡其滑速可以相差很大，这主要 取决于滑动面本身的物理、力学性质。
当滑动面通过塑性较强的岩土时，其滑速 一般比较缓慢；
当滑动面通过脆性岩石，或者滑面本身具 有一定的抗剪强度时，由于构成滑面之前 可以承受较高的下滑力，一旦形成滑面即 将下滑时，其抗剪强度急剧下降，因此滑 动往往是突发而迅速的。
Q=LH2·cotα/2
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当坡角从α2减少为α1时，挖方量的增量为：
Q=L H2 (ctgα2-ctgα1)/2 如果坡角从α1 =350增加到α2 =360，那么，对 深度400m的矿坑，每公里长的坡段可减少剥离量 4.15Mm3；如果坑深为100m，则剥离量减少 0.26Mm3。
H
1 2
由此可见，随坡 高的增加，加陡边坡 成了减少废石开挖和 运输量、提高矿山经 济效益的一个关键问 题。
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3）岩层曲折
当岩层成层状沿坡面分布时， 由于岩层本身的重力作用，或由 于裂隙水的冰胀作用，增加了岩 层之间的张拉应力，使坡面岩层 曲折，导致岩层破坏，岩块沿坡 向下崩落。
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2.3 边坡稳性的影响因素
(1)不连续面在边坡破坏中的作用 边坡变形与破坏的首要条件，在于坡体
中存在各种形式的结构面。 岩体的结构特征对边坡应力场的影响主
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3 边坡的稳定性分析
3.1边坡稳定性分析的方法
{ 定性分析方法
工程类比法 图解法（赤平极射投影、实体比例
{
投影、摩擦圆法等）
极限平衡法
{ 定量分析方法 数值分析法（有限元FEM，边界元 BEM，离散元DEM等）
可靠度分析方法（蒙特卡罗法和随机 有限元法等）
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3.2 极限平衡法
(1) 极限平衡法：是根据边坡上的滑体或滑体分块的力学平衡原理 （即静力平衡原理）分析边坡各种破坏模式下的受力状态，以 及边坡滑体上的抗滑力和下滑力之间的关系来评价边坡的稳定 性。
（2）方法种类：Fellenius法(W.Fellenius,1936) 、 Bishop法（A.W.Bishop,1955）、 Tayor法（Tayor，1937）、 Janbu法(N.Janbu,1954,1973)、
Morgenstern-Price 法 (Morgenstern-Price,1965)、 Spencer法(Spencer,1973) 、 Sarma法(Sarma,1979) 、
边坡的变形主要表现为松动和蠕动。
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（1）松动
坡体表部出现一系列与坡向近于平行的陡倾角张 开裂隙，被这种裂隙切割的岩体便向临空方向松 开、移动，这种过程和现象称为松动。它是一种 斜坡卸荷回弹的过程和现象。
实践中把发育有松动裂隙的坡体部位，称为 边坡松动带。边坡松动带使坡体强度降低，又使 各种营力因素更易深入坡体，加大坡体内各种营 力因素的活跃程度。它是边坡变形与破坏的初始 表现。
a）简单平面剪切，仅有一 个滑面和一个滑块
b）带张裂缝的平面剪切
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边坡单一平面破坏 31
边坡复合型平面破坏 32
②阶梯式滑坡：阶梯式滑动面由两组节理相 交而形成。这一滑坡的不稳定概率通常比 简单平面剪切的不稳定概率要大得多。
被横交节理连通的节理组上的阶 梯式滑坡
d）存在两个滑面的双滑面滑坡
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人工削坡未考虑岩体结构特点，切露了控制斜 坡稳定的主要软弱结构面，形成或扩大了临空面， 使坡体失去支撑，会导致斜坡的变形与破坏。
坡角增加时，坡顶及坡面张力带范围扩大，坡 脚应力集中带的最大剪应力也随之增大。坡顶、 坡脚应力集中增大，会导致斜坡的变形与破坏。
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(3) 改变斜坡岩土体的力学性质，使坡体 强度发生变化
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在非均质岩坡中，滑面很少是圆弧的，因为它 的形状受层面、节理裂隙的影响。这时滑面是由 短折线组成的圆弧，近似于对数螺旋线或其它形 状的弧面。
（a）圆弧滑面的平面示意图
（b）旋转剪切破坏的空间示意图
图7-5 发生在圆弧滑面上的旋转剪切破坏
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边坡圆弧形破坏
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（3）其他类型破坏
1）滑塌
边坡松散岩土的坡角β大于它的内摩擦角Φ时， 因表层蠕动进一步发展，使它沿着剪变带表现为 顺坡滑移、滚动与坐塌，从而重新达到稳定坡脚 的斜坡破坏过程，称为滑塌，或称为崩滑。
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2）旋转剪切滑动
旋转剪切滑动的滑面通常成弧形状，岩体沿 此弧形滑面滑移。
在均质的岩体中，特别是均质泥岩或页岩中易 产生近圆弧形滑面。当岩土非常软弱（土边坡） 或者岩体节理异常发育或已破碎（废石堆），破 坏也常常表现为圆弧状滑动。
圆弧形破坏发生的条件是：当土体或岩体中 的单个颗粒与边坡尺寸相比是极其小的，且这些 颗粒由于它们的形状关系不是互相咬合的。