08第8-3章斜坡岩体稳定性问题.ppt
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1、第8-3章斜坡岩体稳定性,工程地质学,1 基本概念及研究意义 斜坡岩(土)体稳定性的工程地质分折涉及两个方面的任务。 一方面要对斜坡的稳定性作出评价和预测; 另一方面要为设计合理的人工边坡以及制定有效整治措施提供依据。,表 我国80年代重大崩、滑灾害事件,斜坡结构类型分类原则相见9.3节。,2 斜坡岩体应力分布特征,2.1 斜坡应力场的基本特征 (1)由于应力的重分布,斜坡周围主应力迹线发生明显偏转。无论是在重力场条件下,还是在以水平应力为主的构造应力场条件下,其总的特征表现为愈靠近临空面,最大主应力愈接近平行于临空面,最小主应力则与之近于正交。,(2)由于应力分异的结果,在临空面附近造成应力
2、集中带。但坡脚区和坡线(斜坡面与坡顶面的交线)区情况有所不同。,图 用有限元解出的位移迹线图(上)和主应力迹线图(下) (a)重力场条件(N0.33);(b)以水平应力为主的构造应力场条件下(N3),2.2原始应力状态是影响斜坡岩体应力分布的主要因素 岩体的原始应力状态中,水平剩余应力的大小对坡体应力状态的影响尤为显著。它不但使主应力迹线的分布形式有所不同(下图),而且明显地改变了各应力值的大小,尤其对坡脚应力集中带和张力带的影响最大。,图93 斜坡张力带分布状况 及其与水平剩余应力(L)、 坡角()关系示意图 (据Stacey,1970),图94 坡角最大剪应力与坡脚和坡 底宽(W)关系图解
3、 (据Stacey,1970),3 斜坡的变形与破坏 斜坡形成过程中,由于应力状态的上述变化,斜坡岩(土)体特发生不同方式、不同规模和不同程度的变形,并在一定条件下发展为破坏。斜坡破坏系指斜坡岩(上)体中已形成贯通性破坏面时的变动。 而在贯通性破坏面形成之前,斜坡岩体的变形与局部破裂,称为斜坡变形。 斜坡中已有明显变形破裂迹象的岩体,或已查明处于进展性变形的岩体,称为变形体。,被贯通性破坏面分割的斜坡岩体,可以多种运动方式失稳破坏,如滑落、崩落等。破坏后的滑落体(滑坡)或崩落体等被不同程度地解体。但在特定的自身或环境条件下,它们还可继续运动,演化或转化为其他运动方式,称为破坏体的继续运动。 斜
4、坡变形、破坏和破坏后的继续运动,分别代表了斜坡变形破坏的三个不同演化阶段。,3.1 斜坡变形的主要方式 斜坡变形实际上在其形成过程中即已发生,表现为卸荷回弹和蠕变两种主要方式。 卸荷回弹(unloading rebund)是斜坡岩体内积存的弹性应变能释放而产生的。在高地应力区的岩质斜坡中尤为明显。成坡过程中斜坡岩体向临空方向回弹膨胀,使原有结构松弛;同时又可在集中应力和剩余应力作用下,产生系列新的表生结构面,或改造一些原有结构面。,在此过程中当然也包含有蠕变,但是它是由岩体中积存的内能作功所造成的,所以一旦失去约束的那一部分内能释放完毕,这种变形即告结束,大多在成坡以后于较短时期内完成。 斜坡
5、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。它的发育深度与组成斜坡的岩性、岩体结构特征、天然应力状态、外形以及斜坡形成演化历史等因素有关。卸荷带也是斜坡中应力释放的部位,相当于应力的降低带。一般情况下,卸荷带愈深,应力集中带也分布得愈深。,斜坡的蠕变是在坡体压力(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。坡体随蠕变的发展而不断松弛。瓦伊昂滑坡失事前三年开始的长期观测,已发现该区有蠕变迹象。1963年春季以前,大致保持等速蠕变,同年春季、夏季测得的位移速率为0.14cmd左右。9月18日连续大雨后,位
6、移速度逐日迅速增大直至滑坡发生。蠕变波及范围可以相当大,,3.2 斜坡破坏基本类型 斜坡破坏的分类,国内外已有许多不同的方案。近年来,国际工程地质协会(IAEG)滑坡委员会建议(DMCruden,1989)采用瓦思斯的滑坡分类(DVarnes,1978)作为国际标准方案。分类综合考虑了斜坡的物质组成和运动方式。按物质组成分为岩质和土质斜坡;按运动方式划分为崩落(塌)(faIls)、倾倒(topples)、滑动(落)(slides)、侧向扩离(1ateral spreads)和流动(flows)等5种基本类型。还可组合成多种复合类型,如崩塌碎屑流、滑坡泥石流等。,可将崩落(塌)(falls)、滑
7、落(坡)(s1iding)和(侧向)扩离(1ateral spreading)作为三种基本破坏方式,也是斜坡失稳的基本方式。就岩体破坏机制而言,崩塌以拉断破坏为主、滑坡以剪切破坏为主、扩离则主要是由塑性流动破坏所致。 (1)崩塌 (2)滑坡 (3)扩离-流,崩塌,滑坡,滑坡的表面形态及结构(国际滑坡编目小组),a: 后缘环状拉裂缝,b: 滑坡断壁,c:横向裂缝及滑坡台阶,d: 滑坡舌及纵张裂缝后缘,e:滑坡侧壁及羽状裂缝,查纳滑坡,贵阳沙冲路滑坡,龙羊峡库岸滑坡,2003年5月11日贵州省三穗县平溪特大桥滑坡致使35人死亡,毁坏桥墩,2003年7月13日 三峡库区沙镇溪发生千将坪滑坡, 致使2
8、4人失踪。,滑坡壁,滑坡周界,西藏易贡特大崩滑灾害,鸡扒子滑坡全貌,盐池河崩塌,新滩滑坡全貌,泥石型,水石型,泥流型,坡面型泥石流,沟谷型泥石流,4 斜坡变形破坏与内外应力的关系 斜坡之所以能发展为最终破坏,又总是和一定的内外应力对斜坡的改造作用相联系的。这些作用对斜坡稳定性造成的影响有的是可逆的,有的是不可逆的。它们主要通过以下几方面来改变斜坡的稳定性。 (1)改变斜坡的外形,实际上是改变了斜按的临空状况及应力场。属于这方面的作用包括流水、海、湖(包括人工湖泊)的蚀淤,泥石流的侵蚀刨蚀和堆填以及人工开挖、堆放等: (2)改变斜坡岩体的结构特征和力学性质,,即降低斜坡的抗变形、抗破坏能力。属于
9、这方面的作用包括风化作用、冻融作用和地下水的作用等不可逆因素(水的浸湿软化作用等可逆因素)。 (3)改变斜坡岩体的应力状况。属于这方面的作用包括地下水动水压力和空(孔)隙水压力的作用、区域构造应力场的变化、地震力、人工爆破震动力以及开挖斜坡、工程荷载等。这些动力如果已使斜坡造成变形或破坏,其影响则为不可逆的,否则为可逆的。 在影响某一斜坡稳定性的诸多因素中,往往可以确定其中起关健性作用的主导因素,,它是在斜坡演变历史中不断降低斜坡稳定性的动力因素。某些可逆因素,如降雨、洪水、 地震及气温的变化等,可以使稳定性已接近失稳状态的斜坡突然破坏,它并不一定是促使 斜坡稳定性降低的主导因素,称为触发或诱
10、发因素。 (4)与地下水作用的关系 地下水作用活跃带及水动力模型 斜坡岩(土)体中地下水作用活跃带可有多种形式。强烈的溶蚀作用、渗透变形以及软化、泥化作用等,可在斜坡中形成对斜坡演变起重要控制作用的活跃带。,图951 顺向层状体斜坡水动力学基本模型 左:包气带季节变动带水动力型:(a)(b)间歇裂隙充水承压型(阴影曲线代表空隙水压力分布状况),(c)间歇下渗潜水型,(d)间歇潜水型;右:层间含水层水动力型:(a)弱循环承压型,(b)、(c)强循环承压型,5 斜坡稳定性评价与预测 5.1过程机制分析法 这种方法的实质就是应用前述斜坡变形、破坏的基本规律,通过追溯斜坡演变的全过程,对斜坡稳定性发展
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