第6章 巖石邊坡工程

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1、215第6章巖石邊坡工程§6.1概述邊坡按成因可分為自然邊坡和人工邊坡。天然的山坡和谷坡是自然邊坡，此類邊坡是在地殼隆起或下陷過程中逐漸形成的。通常發(fā)生較大規(guī)模破壞是自然邊坡。人工邊坡是由于人類活動形成的邊坡，其中挖方形成的邊坡稱為開方邊坡，填方形成的稱為構(gòu)筑邊坡，后者有時也稱為壩坡。人工邊坡的幾何參數(shù)可以人為控制。邊坡按組成物質(zhì)可分為巖質(zhì)邊坡和土質(zhì)邊坡。巖坡失穩(wěn)與土坡失穩(wěn)的主要區(qū)別在于土坡中可能滑動面的位置并不明顯，而巖坡中的滑動面則往往較為明確，無需像土坡那樣通過大量試算才能確定。巖坡中結(jié)構(gòu)面的規(guī)模、性

2、質(zhì)及其組合方式在很大程度上決定著巖坡失穩(wěn)時的破壞形式；結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀或性質(zhì)稍有改變，巖坡的穩(wěn)定性將會受到顯著影響。因此，要正確解決巖坡穩(wěn)定性問題，首先需搞清結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)、作用、組合情況以及結(jié)構(gòu)面的發(fā)育情況等，在此基礎(chǔ)上不僅要對破壞方式做出判斷，而且對其破壞機制也必須進行分析，這是保證巖坡穩(wěn)定性分析結(jié)果正確性的關(guān)鍵。典型的邊坡如圖6-1所示。邊坡與坡頂面相交的部位稱為坡肩；與坡底面相交的部位坡趾或坡腳；坡面與水平面的夾角稱為坡面角或坡傾角；坡肩與坡腳間的高差稱為坡高。圖6-1邊坡示意圖邊坡穩(wěn)定問題是工程建設(shè)中經(jīng)

3、常遇到的問題，例如水庫的岸坡、渠道邊坡、隧洞進出口邊坡、拱壩壩肩邊坡以及公路或鐵路的路塹邊坡等，都涉及到穩(wěn)定性問題。邊坡的失穩(wěn)，輕則影響工程質(zhì)量與施工進度；重則造成人員傷亡與國民經(jīng)濟的重大損失。因此，不論土木工程還是水利水電工程，邊坡的穩(wěn)定問題經(jīng)常成為需要重點考慮的問題。215§6.2巖石邊坡破壞6.2.1巖石邊坡的破壞類型巖坡的破壞類型從形態(tài)上可分為崩塌和滑坡。所謂崩塌是指塊狀巖體與巖坡分離，向前翻滾而下。其特點是，在崩塌過程中，巖體中無明顯滑移面。崩塌一般發(fā)生在既高又陡的巖坡前緣地段，這時大塊的巖體與巖

4、坡分離而向前傾倒，如圖6-2(a)所示；或者，坡頂巖體由于某種原因脫落翻滾而在坡腳下堆積，如圖6-2(b)和(c)所示。崩塌經(jīng)常發(fā)生在坡頂裂隙發(fā)育的地方。其起因是由于風(fēng)化等原因減弱了節(jié)理面的內(nèi)聚力，或是由于雨水進入裂隙產(chǎn)生水壓力所致，或者也可能是由于氣溫變化、凍融松動巖石的結(jié)果，或者是由于植物根系生長造成膨脹壓力，以及地震、雷擊等原因而引起。自然界的巨型山崩，總是與強烈地震或特大暴雨相伴生。所謂滑坡是指巖體在重力作用下，沿坡內(nèi)軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生的整體滑動。與崩塌相比，滑坡通常以深層破壞形式出現(xiàn)，其滑動面往往深入

5、坡體內(nèi)部，甚至延伸到坡腳以下，其滑動速度雖比崩塌緩慢，但不同的滑坡其滑速可以相差很大，這主要取決于滑動面本身的物理力學(xué)性質(zhì)。當(dāng)滑動面通過塑性較強的巖土體時，其滑速一般比較緩慢；相反，當(dāng)滑動面通過脆性巖石，如果滑面本身具有一定的抗剪強度，在構(gòu)成滑面之前可承受較高的下滑力，那么一旦形成滑面即將下滑時，抗剪強度急劇下降，滑動往往是突發(fā)而迅速的?；碌幕瑒有问娇煞譃槠矫婊瑒?、楔形滑動以及旋轉(zhuǎn)滑動。平面滑動是一部分巖體在重力作用下沿著某一軟弱面(層面、斷層、裂隙)的滑動，如圖6-3(a)所示?；娴膬A角必須大于滑面的

6、內(nèi)摩擦角，否則無論坡角和坡高的大小如何，邊坡都不會滑動。平面滑動不僅要求滑體克服滑面底部的阻力，而且還要克服滑面兩側(cè)的阻力。在軟巖（例如頁巖）中，如果滑面傾角遠大于內(nèi)摩擦角，則巖石本身的破壞即可解除側(cè)邊約束，從而產(chǎn)生平面滑動。而在硬巖中，如果結(jié)構(gòu)面橫切到坡頂，解除了兩側(cè)約束時，才可能發(fā)生平面滑動。當(dāng)兩個軟弱面相交，切割巖體形成四面體時，就可能出現(xiàn)楔形滑動（圖6-3(b)）。如果兩個結(jié)構(gòu)面的交線因開挖而處于出露狀態(tài)，不需要地形上或結(jié)構(gòu)上的解除約束即可能產(chǎn)生滑動。法國Malpasset壩的崩潰(1656年)就是

7、巖基楔形滑動的結(jié)果。旋轉(zhuǎn)滑動的滑面通常呈弧形，如圖6-3(c)，這種滑動一般產(chǎn)生于非成層的均質(zhì)巖體中。215圖6-2巖崩類型圖6-3巖滑類型（a）傾倒破壞；（b）軟硬互成坡體的局部崩塌和墜落；（a）平面破壞；（b）楔形破壞（c）崩塌破壞1—砂巖；2—頁巖（c）旋轉(zhuǎn)滑動邊坡實際的破壞形式是很復(fù)雜的，除上述兩種主要破壞形式外，還有介于崩塌與滑坡之間的滑塌，以及傾倒、剝落、流動等破壞方式；有時也可能出現(xiàn)以某種破壞方式為主，兼有其它若干破壞形式的綜合破壞。巖坡的滑動過程有長有短，有快有慢，一般可分為三個階段。初期是

8、蠕動變形階段，這一階段中坡面和坡頂出現(xiàn)張裂縫并逐漸加長和加寬；滑坡前緣有時出現(xiàn)擠出現(xiàn)象，地下水位發(fā)生變化，有時會發(fā)出響聲。第二階段是滑動破壞階段，此時滑坡后緣迅速下陷，巖體以極大的速度向下滑動。這一階段往往造成巨大的危害。最后是逐漸穩(wěn)定階段，這一階段中，疏松的滑體逐漸壓密，滑體上的草木逐漸生長，地下水滲出由渾變清等。6.2.2邊坡穩(wěn)定的影響因素1.結(jié)構(gòu)面在邊坡破壞中的作用許多邊坡在陡坡角和幾百米高的條件下是穩(wěn)定的