東北大學(xué)課件邊坡工程-概述

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1、8.1概述8.2邊坡的破壞形式及其影響因素8.3邊坡穩(wěn)定性分析8.4滑坡的防治與監(jiān)測(cè)第八章巖石邊坡工程斜坡(slope)統(tǒng)指地表一切具有側(cè)向臨空面的地質(zhì)體，包括天然斜坡和人工邊坡。天然斜坡(簡(jiǎn)稱(chēng)斜坡）是指自然地質(zhì)作用形成未經(jīng)人工改造的斜坡。8.1概述人工邊坡(簡(jiǎn)稱(chēng)邊坡）是指經(jīng)人工開(kāi)挖或改造形成的斜坡。8.1.1邊坡工程對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的影響1)露天礦一種大規(guī)模的開(kāi)挖工程。廢石挖方量Q為：如果坡角從α1=35°增加到α2=36°，對(duì)深度400m的礦坑，每公里長(zhǎng)的坡段可減小剝離量4.15Mm3隨著坡高的增加

2、，加陡邊坡可減少?gòu)U石開(kāi)挖和運(yùn)輸量，提高礦山的經(jīng)濟(jì)效益，但存在邊坡的穩(wěn)定性問(wèn)題，陡到？程度——優(yōu)化設(shè)計(jì)2）鐵路、公路、水利建設(shè)路堤邊坡與路塹邊坡的穩(wěn)定性嚴(yán)重影響到鐵路、公路與水利設(shè)施的安全運(yùn)營(yíng)與建設(shè)成本路堤高度一定，坡角越大，路基占地面積越小。減少填方量路塹、水利工程施工中，加大邊坡角，減少土石方開(kāi)挖量8.1.1邊坡工程對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的影響3）其他方面房屋建筑與市政建設(shè)中，邊坡的穩(wěn)定性一方面影響到建筑物的安全運(yùn)營(yíng)與使用，另一方面也影響到建設(shè)成本。邊坡工程一方面關(guān)系到其所維系的各構(gòu)筑物的安全正常使用，另一

3、方面同樣也影響到施工成本。邊坡工程研究目的：研究邊坡變形破壞的機(jī)理(包括應(yīng)力分布及變形破壞特征)與穩(wěn)定性，一是對(duì)與工程有關(guān)的天然邊坡穩(wěn)定性作出定性和定量評(píng)價(jià)；二是要為合理地設(shè)計(jì)人工邊坡和邊坡變形破壞的防治措施提供依據(jù)。其中穩(wěn)定性計(jì)算是巖體邊坡穩(wěn)定性分析的核心8.1.1邊坡工程對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的影響在巖體中進(jìn)行開(kāi)挖，形成人工邊坡后，由于開(kāi)挖卸荷，在近邊坡面一定范圍內(nèi)的巖體中，發(fā)生應(yīng)力重分布作用，使邊坡巖體處于重分布應(yīng)力狀態(tài)。邊坡巖體為適應(yīng)重分布應(yīng)力狀態(tài)，將發(fā)生變形和破壞。因此，研究邊坡巖體重分布應(yīng)力特征是

4、進(jìn)行穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)。8.1.2應(yīng)力分布特征邊坡面附近的主應(yīng)力跡線(xiàn)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。最大主應(yīng)力與坡面近于平行，最小主應(yīng)力與坡面近于正交，向坡體內(nèi)逐漸恢復(fù)初始應(yīng)力狀態(tài)。坡面上徑向應(yīng)力為零，為雙向應(yīng)力狀態(tài)，向坡內(nèi)逐漸轉(zhuǎn)為三向應(yīng)力狀態(tài)。8.1.2應(yīng)力分布特征(3)坡面附近產(chǎn)生應(yīng)力集中帶。在坡腳附近，最大剪應(yīng)力增高，最易發(fā)生剪切破壞。在坡肩附近，常形成拉應(yīng)力帶。邊坡愈陡，則此帶范圍愈大，因此，坡肩附近最易拉裂破壞。(4)最大剪應(yīng)力跡線(xiàn)為凹向坡面的弧線(xiàn)。8.1.2應(yīng)力分布特征(1)天然應(yīng)力水平天然應(yīng)力使坡體應(yīng)力重分布作

5、用加劇。(2)坡形、坡高、坡角及坡底寬度坡高不改變應(yīng)力等值線(xiàn)的形狀，但改變主應(yīng)力的大小。坡角影響邊坡巖體應(yīng)力分布情況。坡底寬度對(duì)坡腳巖體應(yīng)力有較大的影響。坡面形狀對(duì)重分布應(yīng)力也有明顯的影響。8.1.3影響邊坡應(yīng)力分布的因素(3)巖體性質(zhì)及結(jié)構(gòu)特征巖體變形模量對(duì)邊坡應(yīng)力影響不大，泊松比對(duì)邊坡應(yīng)力影響較大。這是由于泊松比的變化，可以使水平自重應(yīng)力發(fā)生改變。(4)結(jié)構(gòu)面結(jié)構(gòu)面的存在使坡體中應(yīng)力發(fā)生不連續(xù)分布，并在結(jié)構(gòu)面周邊或端點(diǎn)形成應(yīng)力集中帶或阻滯應(yīng)力的傳遞，這種情況在堅(jiān)硬巖體邊坡中尤為明顯。8.1.3影響

6、邊坡應(yīng)力分布的因素巖體邊坡的變形與破壞是邊坡發(fā)展演化過(guò)程中兩個(gè)不同的階段，變形屬量變階段，而破壞則是質(zhì)變階段，它們形成一個(gè)累進(jìn)性變形破壞過(guò)程。8.2.1邊坡巖體變形的基本類(lèi)型8.2.2邊坡破壞的基本類(lèi)型8.2.3影響巖體邊坡變形破壞的因素8.2邊坡的破壞形式及其影響因素1、松動(dòng)在成坡過(guò)程中，由于荷重不斷減少，邊坡巖體在減荷方向(臨空面)產(chǎn)生伸長(zhǎng)變形，即卸荷回彈。天然應(yīng)力越大，向臨空方向的回彈變形量也越大。往往會(huì)伴隨產(chǎn)生一系列的張性結(jié)構(gòu)面。8.2.1邊坡巖體變形的基本類(lèi)型巖石邊坡的變形以坡體未出現(xiàn)貫通性

7、的破壞面為特點(diǎn)，但在坡體的局部區(qū)域，特別在坡面附近也可能出現(xiàn)一定程度的破裂與錯(cuò)動(dòng)，但從整體而言并未產(chǎn)生滑動(dòng)破壞，主要表現(xiàn)為松動(dòng)和蠕動(dòng)。2、蠕變變形邊坡巖體中的應(yīng)力對(duì)于人類(lèi)工程活動(dòng)的有限時(shí)間來(lái)說(shuō)，可以認(rèn)為是保持不變的。在這種近似不變的應(yīng)力作用下，邊坡巖體的變形也將會(huì)隨時(shí)間不斷增加，這種變形稱(chēng)為蠕變變形。當(dāng)邊坡內(nèi)的應(yīng)力未超過(guò)巖體的長(zhǎng)期強(qiáng)度時(shí)，則這種變形所引起的破壞是局部的。反之，這種變形將導(dǎo)致邊坡巖體的整體失穩(wěn)。這種破裂失穩(wěn)是經(jīng)過(guò)局部破裂逐漸產(chǎn)生的，幾乎所有的巖體邊坡失穩(wěn)都要經(jīng)歷這種逐漸變形破壞過(guò)程。8.

8、2.1邊坡巖體變形的基本類(lèi)型8.2.1邊坡巖體變形的基本類(lèi)型1）表層蠕動(dòng)邊坡淺部巖體在重力的長(zhǎng)期作用下，向臨空方向緩慢變形構(gòu)成一剪變帶，其位移由坡面向坡體內(nèi)部逐漸降低直至消失。巖質(zhì)邊坡的表層蠕動(dòng)，常稱(chēng)為巖層末端“撓曲現(xiàn)象”，系巖層或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)面較發(fā)育的巖體，在重力長(zhǎng)期作用下，沿結(jié)構(gòu)面錯(cuò)動(dòng)或局部破裂而成的屈曲現(xiàn)象。分布于頁(yè)、薄層砂巖或石灰?guī)r、片巖、石英巖，以及破碎的花崗巖體所構(gòu)成的邊坡中。軟弱結(jié)構(gòu)面愈密集，傾角愈陡，走向愈接近于坡面走向時(shí)，其發(fā)育尤甚。8.2