岩石边坡稳定性分析方法_贾东远
文章编号:1001-831X(2004)02-0250-06
岩石边坡稳定性分析方法
贾东远1,2,阴 可1,李艳华3
(1.重庆大学土木工程学院,重庆 400045;2.秦皇岛市建筑设计院,河北秦皇岛 066001;
3.河北农经学院工业工程系,河北廊坊 065000)
摘 要:通过综述岩石边坡稳定性分析方法及其研究的一些新近展,并具体从极限平衡法、数值计算方法、流变分析、动力分析等方面进行详细论述,对岩石边坡稳定性分析中涉及到的岩体参数取值、计算模型、各种方法的优缺点等方面进行了探讨,最后提出对岩石边坡稳定性分析的建议。
关键词:岩石边坡;稳定性;极限平衡;数值计算
中图分类号:TU457 文献标识码:A
前言
岩石边坡稳定性分析一直是岩土工程中重要的研究内容。在我国基本建设中,特别是三峡工程及西部大开发,出现了许多岩石边坡工程,如三峡船闸高边坡、链子崖危岩体以及由于移民迁建用地、城市建设用地形成的边坡等等。在解决这些复杂的岩石边坡问题的过程中,大大促进了岩石边坡稳定性分析方法的发展。随着人们对岩石边坡认识的不断深入以及计算机技术的发展,岩石边坡稳定性分析方法近年来发展很快,取得了一系列研究成果,现分别对其中主要的研究方向和成果作简要介绍并分析各自特点和适用条件,为岩石边坡稳定性分析的工程应用和理论研究提供参考意见。
1 岩体参数及计算模型
极限平衡、数值计算等计算方法在岩石边坡稳定性分析中得到广泛应用,其中如何选择计算所需的工程岩体力学参数成为关键的问题。对于重大工程,可通过现场大型岩体原位试验取得岩体力学参数,但由于时间和资金限制,原位试验不可能大量进行,因而该方法仍有一定的局限性。另外,选取岩性特别均匀的试样几乎是不可能的,多数情况下,是用经验公式来确定岩体抗剪强度参数。但是,经验公式是以一定数量的室内和现场实验资料为依据,通过回归分析求出的,而未能把较多的地质描述引入其中。各个经验公式计算同一岩体的参数时,普遍存在因经验程度不同而确定出的抗剪强度相差较大。由于这些原因,许多文献提出了用其它方法来确定岩体的抗剪强度参数[1-4]。其中张全恒(1992)[1]讨论了确定岩体结构面抗剪强度参数常规方法存在的问题,提出了经验公式和实验相结合的试件法;何满潮(2001)[2]根据工程岩体的连续性理论,提出了根据室内完整岩块试验参数,结合野外工程岩体结构特点进行计算机数值模拟试验,从而确定工程岩体力学参数的方法;周维垣(1992)[3]提出确定节理岩体力学参数的计算机模拟试验法,该方法基于节理裂隙岩体的野外勘察资料,建立岩体损伤断裂模型,在计算机上模拟试验过程,获得所需数据;杨强等(2002)[4]在样本有限的情况下,采用可靠度理论,求出某保证率下的岩体抗剪强度值。
岩体作为复杂的地质体,其力学特性是多种因素共同作用的结果,如形成过程、地质环境和工程环境等。为了能将所有控制因素作为一个整体来考虑,而不仅局限于定量因素,许多文献利用人工
第24卷 第2期2004年6月 地 下 空 间
UNDERGROUND SPACE
Vol.24 No.2
Jun.2004
收稿日期:2003-12-11(修改稿)
作者简介:贾东远(1975-),男,河北唐山人,硕士,主要从事岩土工程设计、检测方面的工作。
神经网络来确定岩体的抗剪强度参数[5],[6]。若采用了此种方法来解决工程岩体的抗剪强度参数选取的非确定性问题,须先建立了选取工程岩体抗剪强度参数的人工神经网络模型,然后通过大量工程测试资料进行训练和学习,最后得出一些有意义的结论。随着人工智能和专家系统技术的发展,在整理现有大量实测资料的基础上,建立一个具有专家丰富经验和大量数据资料的用于岩体力学参数选取的专家系统是完全可能也是十分必要的。
节理岩体的强度、变形和稳定性主要受结构面控制,必须根据工程实际情况,合理的选用参数,正确建立计算模型。数值方法中通常将岩体节理当作一种介质,单独设立单元加以考虑,最为典型的是Goodman节理单元,这种单元在工程中被广泛应用,并在实践中不断得到完善、修改和发展。当实际工程中节理大量存在时,采用节理单元较为困难,甚至有时不可能,这时采用基于均匀化思想的节理岩体复合模型,为节理密集时的数值分析提供了方便。其基本思想是将存在大量节理的岩体等效为一种宏观复合材料,这包括给出了单向节理岩体的复合本构模型,进行了实验验证,建立节理岩体的本构方程,进行了有限元仿真分析,计及了节理岩体宽度、刚度及走向等对岩体结构力学特性的影响,或运用物理模拟实验和数值方法对节理岩体的破坏机理损伤演化方程等展开了多方面的研究[7]-[11]。目前这方面的研究成果很多,但形成理论体系得到公认并在实际工程中应用的还不多,仍需进一步深入细致地研究,以建立更科学实用的节理岩体本构模型。
2 边坡稳定性分析方法
目前岩石边坡的稳定性分析方法中主要有两大类方法。第一类方法是在边坡滑面确定的情况下,根据滑裂面上的抗滑力和下滑力直接计算边坡安全系数。滑裂面上的力可以由滑体的静力平衡条件求解,这类方法包括极限平衡法、关键块理论等。第二类方法首先采用数值分析方法(如有限元、离散元、块体元和DDA等)确定边坡的位移场和应力场,再采用超载法、强度储备法等使边坡达到极限状态,从而间接地得到安全系数。这种方法不仅考虑了滑移体力的平衡,而且考虑了位移协调条件和岩体本构关系等。现将这几种主要岩石边坡稳定性分析方法概述如下。
2.1 极限平衡法
目前许多边坡稳定分析方法都是建立在极限平衡理论之上,而且大都采用刚体极限平衡法,这些方法简单易行。其基本出发点是把岩块作为一个刚体,为方便计算作了一些假定,不考虑岩体的应力应变关系,因而这种建立在刚体极限平衡理论上的稳定分析方法无法考虑边坡的变形与应力分布。当然,国内外学者针对极限平衡法进行了大量的研究,如H.Kumsar等(2000)[12]介绍了静力和动力荷载条件下楔体滑坡模型试验研究情况,在极限平衡分析方法中考虑了动力的作用,并且在严格的试验条件和实际工程中得到验证;杨松林(1999)[13]针对传统竖直条分法和萨尔玛法应用于岩石边坡稳定性分析的缺点,提出了适用范围更广的广义条分法,广义条分法考虑了条块间分界面的应力变形关系,采用条块间分界面的应力变形本构关系代替传统的两类条分法对条块分界面上力的大小、方向或作用点的人为假定,这一做法更加符合岩土工程的实际情况,并采用优化搜索的方法给出了相对最危险的潜在滑动面及其安全系数;D. Stark等(1998)[14]将二维极限平衡法推广到三维,使之更能反映实际边坡的状况;李冬田(2001)[15]提出一种三维的岩石边坡极限平衡法,即应用岩石边坡多层DE M几何模型,参照简化Bishop法的假定,进行边坡稳定性分析的层分析方法,进而提出了抗滑系数谱的概念,以反映碎裂岩体稳定因素的不均匀性。
2.2 数值计算方法
运用数值方法进行岩石边坡的稳定性分析有许多优点。由于岩石边坡工程所处的边界条件和地质环境一般比较复杂,加之岩体的不连续性、不均匀性、各向异性等特性,造成边坡工程问题十分复杂,而数值分析方法可以方便地处理这些问题。数值分析法可以根据岩体的破坏准则,确定边坡的塑性区、拉裂和压碎区,可以分析边坡渐进破坏过程和确定边坡起始破坏部位,可以得到岩石边坡的应力场、应变场和位移场,可以分析边坡工程的分步开挖、边坡岩体与加固结构的相互作用,可以考虑地下水渗流、爆破和地震等因素对边坡稳定性的影响等。此外,用离散单元法可以仿真边坡整体滑移过程,这对于预测边坡的破坏规模和方向具有重要意义。随着计算机技术的飞速发展,数值方法发展很快,在岩石边坡稳定性分析中正发挥着越来越重要的作用。
国内岩石力学与工程界在将数值方法应用于
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岩石边坡稳定分析方面进行了大量实践,取得了一系列重要成果。张永兴、阴可(1999)[16]采用有限元模拟了三峡船闸开挖的情况;潘亨水(1998)[17]结合具体工程实例,探索了强度储备法在岩石边坡中稳定性分析中的具体应用;寇小东(2001)[18]应用显式有限差分法(FLAC 3D)计算三峡船闸高边坡开挖过程的应力变形和稳定性;孙亚东(2002)[19]采用当前国际上发展的一种最新数值分析方法 非连续变形分析(DDA),结合一典型算例对该方法进行验证,对倾倒的破坏机理进行分析研究;冯子良等(2000)在三维弹塑性有限元计算基础上引入动态规划理论来分析复杂受力状态下岩体的总体稳定性,确定各个剖面的滑面形状,从而判断总体空间问题;栾茂田等(2000)[20]提出了非连续变形计算力学模型(DDC MM)的基本原理,并将其应用于一个典型岩石边坡的稳定性分析。
另外,随着数值分析方法的不断发展,出现了不同数值分析方法的结合使用,如有限元、边界元、无限元、离散元与块体元等的相互结合;数值解与解析解的相互结合,这些方法的相互结合使用能充分发挥各自的特性,解决复杂的岩体边坡问题。如任清文等(2001)[21]采用块体单元法进行边坡稳定性分析,此法兼有极限平衡法和有限元法的优点,既满足全部平衡条件,又在一定程度上考虑了材料的变形;张季如(2002)[22]对边坡开挖作非线性有限元分析,获得边坡变形的大小和分布、塑性区的扩展状态、滑移面的形成、发展直至整体破坏的演变过程,并以此确定合理的滑移面位置,最后采用极限平衡法计算边坡的安全系数。
当前,有限元法已经成为最流行的数值计算方法之一,成为岩石边坡稳定性分析的主要计算工具,现在已经有许多常规标准的算法,并且开发了许多商业软件和专业程序。用有限元法分析边坡稳定性的步骤通常是首先计算出边坡内每一单元的应力,然后根据整个滑裂面的抗剪强度与实际产生的剪应力之比来求得安全系数。Duncan (1996)[23]指出边坡安全系数可以定义为使边坡刚好达到临界破坏状态时,对岩土体剪切强度进行折减的程度,这种强度折减技术特别适合用有限元方法来实现。随着计算机技术的发展,尤其是岩土材料的弹塑性有限元计算技术的发展,出现了许多适合于岩土材料的大型通用有限元软件,其前后处理的功能越来越强大,为利用有限元进行边坡稳定性分析创造了条件[24]-[28]。由于用折减系数等方法所计算的边坡安全系数的大小与所采用的屈服准则有关,而许多大型有限元程序(如ANSYS、MARK、PATRAN、DE NG)只给出了广义米赛斯屈服准则,赵尚毅(2002)[28]对几种常用的屈服准则进行了比较,导出了各种准则互相代换的关系。随着计算机和有限元技术发展,强度折减有限元方法正成为边坡稳定性分析研究的新趋势。
有限元法可以比较准确地分析岩石边坡中应力应变的分布,并根据强度准则计算安全系数。但是其应力应变一般是按未破坏时的边界条件算出来的,而实际上任何超过抗剪或抗拉强度的应力状态都是不能稳定的,一旦发生局部破坏应力将重新调整,边坡的安全系数也随之而改变。在弹塑性有限元分析中,虽然也考虑了超过强度后应力释放问题,但是认为边坡中破坏的不是面而是一个大的塑性区,这同边坡的实际破坏状态不符。为此,程谦恭(2000)[30]根据岩石边坡实际地质模型,采用弹塑性与粘弹塑性理论的本构方程,通过有限元模拟分析,定量地揭示和模拟了高边坡岩体破裂、变形、破坏及失稳前后锁固段岩体渐进性破坏的机理和过程。王庚荪(2000)[31]研究了边坡的渐进破坏过程,对边坡稳定性的影响提出了新的接触单元模型并用来模拟滑面上的接触摩擦状态,模拟边坡的渐进破坏过程和进行稳定性分析,计算表明,考虑渐进破坏所求得的稳定安全系数比常规的不考虑渐进破坏所求得的安全系数小5%~10%左右。
有限元法经历了从线性到非线性、弹性到弹塑性、平面到三维空间、静力到动力、均匀介质到多相介质、各向同性到各向异性的发展,也经历了从被认为是单纯的计算方法发展到作为一种数值实验的过程。经过几十年的发展,有限元法已经日臻完善,并在边坡稳定分析中广泛采用,但还有许多问题值得进一步研究,比如网格离散客观性差,在应力集中区,不同网格计算精度可能会相差很多;出现新的大裂缝或剪切带时,网格调整比较困难;边坡岩体本构模型的选择;大型三维有限元模型在高度非线性情况下的收敛问题等等。
2.3 其它方法
由于岩石边坡工程所涉及的岩体形成于不同条件、不同环境,经地壳多次运动作用,既有宏观上的不连续性又有微观上的不连续性,不同的方法从不同的角度对边坡的稳定性及相关问题进行了研究,如离散元从离散块体的角度对边坡进行应力和
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位移计算,而极限平衡方法仅从考虑变形破坏的极限状态来进行分析。由于岩体形态是如此之复杂,确定性计算方法无法概括其复杂性,一个经过抽象的数学模型所求得的确定性解与实际情况相比必然会有一定的出入,为此,发展了许多的不确定性方法。
神经网络方法从模拟人脑形象思维入手,具有非线性、并行性和强泛化性等特点。目前,用于地质体的神经网络主要是BP网络,许多文献研究了这种方法的应用。如卢才金等(1999)[32]结合前人的研究成果对神经网络中的B P算法进行综合改进,并将其运用于岩石边坡稳定性评判,并建立了评判模型。
边坡稳定性分析是不确定性问题,具有随机性、模糊性,传统方法为定值方法,没有考虑实际存在的不确定性,所给的安全系数并不能反应分析对象真实的安全度和可靠度,对于这类具有模糊性的事件可以采用模糊数学方法,如刘瑞玲等(1999)[33]采用Fuzzy数学方法充分考虑工程实际经验,建立了Fuzzy综合评判模型。
应用系统科学、人工智能、神经网络、进化计算和模糊数学等新兴学科理论,综合研究岩石边坡工程系统的不确定性和工程经验,发展出一套切实可行的智能力学分析方法,这可能是解决复杂的边坡工程涉及问题的一条有效途径。李章明等(1996)[34]开发了露天矿边坡实用的专家系统,用于边坡问题的智能化研究;冯夏庭(2000)[6]对影响边坡稳定性的因素进行了分析,提出了边坡稳定性分析的综合集成理论和方法。
2.4 边坡流变分析
岩石边坡的变形与失稳大多与时间有关,上述两类方法只能分析边坡的短期稳定性,对于由岩体流变引起的长期变形和稳定性无法作出预测。岩体蠕变是高边坡变形的一个非常重要因素,边坡蠕变可以理解为一个没有明显滑移面的长期地质运动,虽然每年只发生几毫米的位移,但在较长时间内这种位移的累加,则表现为可以测量出来的边坡运动,如果运动超出了临界加速度值,则蠕变表现为滑移和流动。
许多人在岩体流变方面作了研究工作,其中所用的数值方法多为有限元法。在以前国内外研究成果的基础上,冯夏庭(2000)[6]提出了一个描述开挖后岩体高边坡时效特性的流变模型,并在一个有限元程序中执行,研究了三峡船闸高边坡的流变特性;章根德等(1999)[35]在试验确定边坡岩体开挖卸荷带及其参数的基础上,进行了既考虑流变又考虑开挖卸荷效应的边坡数值分析;徐平等(2002)[36]介绍了三峡工程船闸区岩体及结构面现场蠕变试验成果,考虑施工开挖卸荷对边坡的扰动影响以及边坡水压力的作用,进行了施工期和运行期边坡流变稳定性的数值分析;曹树刚等(2002)[37]通过对岩石的应力应变曲线和蠕变曲线分析,将粘滞模型中的粘滞系数修正为非线性,提出一种组合流变模型。
2.5 边坡动力分析
自然状态下的边坡,有的很稳定,而有的处于极限平衡状态,当地震发生时,地面震动会诱发滑坡,灾害后果跟边坡的几何形状、岩体特性以及所处位置有关,在许多地震中,滑坡引起的破坏可能比其它震害还要大,例如在1962年Alaska地震中,估计56%的损坏是由滑坡引起的;Kobayashi(1981)发现在1964~1980年间的日本大地震中,大半的人员伤亡是由滑坡引起的;又如在1920年宁夏海源大地震中,发生了几百处大滑坡,导致100,000多人死亡。因此,边坡地震稳定性评价是非常重要的。
地震在边坡中产生水平和竖向动应力,这些应力在边坡内部沿着潜在滑裂面产生动正应力和动剪应力。这些应力叠加在已经存在的静应力之上,当动剪应力超过抵抗剪应力时可能诱发边坡惯性失稳。已经有许多技术方法来分析这种惯性失稳,而这些方法最主要的区别是对地震运动和边坡动力响应描述的准确性。最初岩土结构的地震稳定用拟静力法分析,在这种方法中地震影响是作为水平、垂直加速度来考虑,Terzaghi(1956)首先运用拟静力法分析边坡的地震稳定,这种方法相对简单、直接,可以算出边坡的安全系数来对边坡稳定性进行评价,但是这种方法不能计算出和边坡失稳相关的变形信息。预测边坡变形的分析能为地震边坡稳定性评价提供有用的指标,另外,地震加速度随时间而变化,边坡的拟静力安全系数随着时间而变化,为此,Newmark(1965)考虑在这种条件下边坡的状态,提出屈服加速度的概念,采用以此概念为基础的滑块模型来计算边坡的永久变形。最近,国外的许多学者在这方面进行了研究[38],[39]。地震边坡稳定性的应力变形分析通常采用动力有限元法分析,国内从80年代开始采用有限元动力分析方法研究岩石边坡的地震响应,清华大学研究过龙羊
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峡和二滩工程岩石坝肩的动力特性及地震响应加速度,对库岸边坡进行了有限元动力计算和模型试验;1991年长江科学院采用有限元法研究了三峡船闸高边坡的地震稳定性;辛鸿博等(2002)[40]根据我国过去近800年间地震诱发天然岩土边坡的事例,研究了我国岩土边坡地震崩滑特征以及边坡地震崩滑与地震动参数的关系,通过对125次历史地震造成的285例典型滑坡进行分析,提出预测天然岩土边坡地震崩滑的初判标准。
目前的研究还远不能满足工程实际的需要。无论是采用动力模型试验还是采用有限元进行动力分析,目前大多数是针对某些特定的重大工程需要,常规条件下的岩石边坡动力问题的研究工作并不多,何蕴龙等(1998)[41]在大量有限元动力计算的基础上,分析总结了岩石边坡地震动力系数的分布规律,提出了一个简便的岩石边坡地震作用近似计算方法。
3 结论
综上所述,岩石边坡稳定性分析在近十几年取得了许多研究成果,传统方法得到了不断完善,新理论新方法得到应用。
(1)岩体强度参数的确定是岩石边坡稳定分析中非常重要的问题。通过前面的分析可以看出,确定岩体强度参数的方法很多,各有其优点和不足,但是在实际的工程设计中,有些规范的岩体强度参数是通过对岩石的内摩擦角和粘聚力进行打折来确定的(例如重庆市规范DB50/5018-2001 建筑边坡支护技术规范 ,岩体内摩擦角标准值可由岩石内摩擦角标准值乘以0.80~0.95的折减系数确定,岩体粘聚力标准值可由岩石粘聚力标准值乘以0.20~0.30的折减系数来确定),这种方法有很大的人为性,也是造成许多工程事故的原因。因此在确定岩体参数方面,还有许多工作要做;
(2)现行边坡稳定性分析方法很多,大多数属于极限平衡法。它简便易行的优点明显,但将滑体视为刚体,边界条件也过于简化,其结果往往导致不是过于浪费就是偏于不安全。从发展趋势看,许多学者正研究努力克服这方面的缺点;
(3)自上世纪60年代以来,边坡工程数值分析日益普遍,目前已经能够比较详细地模拟岩体非线性本构关系和施工过程、流体和地震等作用对边坡的影响。但根据计算结果如何评判边坡的稳定性,还没有完善的、为工程界普遍接受的方法。另外,由于影响边坡稳定性的因素很多,以及岩体本身的复杂性、岩体本构关系确定的人为性、单元间应力的不连续性等,使岩石边坡的数值分析还有许多工作要做;
(4)由于岩石边坡工程实际情况的复杂性和影响因素的多样性,往往采用单纯一种方法(如极限平衡法或有限元法)不能完全准确评判一个边坡的特性,不同分析方法联合使用是岩石边坡稳定性评价的发展趋势;
(5)岩体参数确定及稳定性分析中采用新理论新方法,如神经网络、模糊数学等,最近发展非常快,但是还很不完善,目前还没有在实际工程中普遍应用,要继续发展这方面的理论和工程应用研究,使其在普遍常规的岩石边坡工程中发挥重要作用;
(6)在西部大开发及长江三峡工程大量的岩石边坡工程位于高地震烈度区,面临岩体动力特性与动力稳定性问题,如边坡在地震动力循环荷载作用下的变形、强度特性等将直接影响边坡周围的人民生命及建筑物安全,如何正确计入地震作用,边坡在地震循环荷载作用下的疲劳损伤、软弱层在地震动荷载作用下的液化滑移或大变形、裂隙在地震荷载作用下的非线性特性等都需要加强研究。岩石边坡在地震力作用下的动力稳定性分析,是一个具有广泛工程实际意义的课题。
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边坡稳定性分析资料讲解
边坡稳定性分析
第9章边坡稳定性分析 学习指导：本章介绍了边坡的破坏类型，即：岩崩和岩滑；着重介绍了边坡稳定性分析与评价基本方法，包括圆弧法岩坡稳定分析、平面滑动法岩坡稳定分析、双平面滑动岩坡稳定分析、力多边形法岩坡稳定分析及近代理论计算法；介绍了岩坡处理的措施。 重点：1边坡的变形与破坏类型； 2影响边坡稳定性的因素； 3边坡稳定性分析与评价。 9.1 边坡的变形与破坏类型 9.1.1概述 随着社会进步及经济发展，越来越多地在工程活动中涉及边坡工程问题，通过长期的工程实践，工程地质工作者已对边坡工程形成了比较完善的理论体系，并通过理论对人类工程活动，进行有效地指导。近年来，随着环境保护意识的增加及国际减轻自然灾害十年来的开展，人类已认识到：边坡诞生不仅仅是其本身的历史发展，而是与人类活动密切相关；人类在进行生产建设的同时，必须顾及到边坡的环境效应，并且把人类的发展置于环境之中，因而相继开展了工程活动与地质环境相互作用研究领域，在这些领域中，边坡作为地质工程的分支之一，一直是人们研究的重点课题之一。 在水电、交通、采矿等诸多的领域，边坡工程都是整体工程不可分割的部分，为保证工程运行安全及节约经费，广大学者对边坡的演化规律、边坡稳定性及滑坡预测预报
等进行了广泛研究。然而，随着人类工程活动的规模扩大及经济建设的急剧发展，边坡工程中普遍出现了高陡边坡稳定性及大型灾害性滑坡预测问题。在我国，目前的露天采矿的人工边坡已高达300—500m,而水电 工程中遇到的天然边坡高度已达500—1000米，其中涉及的工程地质问题极为复杂，特别是在西南山区，边坡的变形、破坏极为普遍，滑坡灾害已成为一种常见的危害人民生命财产安全及工程正常运营的地质灾害。 因此，广大工程地质和岩石力学工作者对此问题进行了长期不懈的探索研究，取得了很大的进展；从初期的工程地质类比法、历史成因分析法等定性研究发展到极限平衡法、数值分析法等定量分析法，进而发展到系统分析法、可靠度方法灰色系统方法等不确定性方法，同时辅以物理模拟方法，并且诞生了工程地质力学理论、岩（土）体结构控制论等，这些无疑为边坡工程及滑坡预报研究奠定了坚实的基础，为人类工程建设做出了重大贡献。 在工程中常要遇到岩坡稳定的问题，例如在大坝施工过程中，坝肩开挖破坏了自然坡脚，使得岩体内部应力重新分布，常常发生岩坡的不稳定现象。又如在引水隧洞的进出口部位的边坡、溢洪道开挖的边坡、渠道的边坡以及公路、铁路、采矿工程等等都会遇到岩坡稳定的问题。如果岩坡由于力过大和强度过低，则它可以处于不稳定的状态，一部分岩体向下或向外坍滑，这一种现象叫做滑坡。滑坡造成危害很大，为此在施工前，必须做好稳定分析工作。 岩坡不同于一般土质边坡，其特点是岩体结构复杂、断层、节理、裂隙互相切割，块体极不规则，因此岩坡稳定有其独特的性质。它同岩体的结构、块体密度和强度、边坡坡度、高度、岩坡表面和顶部所受荷载，边坡的渗水性能，地下水位的高低等有关。 岩体内的结构面，尤其是软弱结构面的的存在，常常是岩坡不稳定的主要因素。大部分岩坡在丧失稳定性时的滑动面可能有三种。一种是沿着岩体软弱岩层滑动；另一种是沿着岩体中的结构面滑动；此外，当这两种软弱面不存在时，也可能在岩体中滑动，但主要的是前面两种情况较多。在进行岩坡分析时，应当特别注意结构面和软弱层的影
【精品】第9章边坡稳定性分析
第9章边坡稳定性分析 学习指导：本章介绍了边坡的破坏类型,即:岩崩和岩滑;着重介绍了边坡稳定性分析与评价基本方法,包括圆弧法岩坡稳定分析、平面滑动法岩坡稳定分析、双平面滑动岩坡稳定分析、力多边形法岩坡稳定分析及近代理论计算法；介绍了岩坡处理的措施。 重点：1边坡的变形与破坏类型； 2影响边坡稳定性的因素； 3边坡稳定性分析与评价. 9。1边坡的变形与破坏类型 9。1.1概述
随着社会进步及经济发展，越来越多地在工程活动中涉及边坡工程问题，通过长期的工程实践，工程地质工作者已对边坡工程形成了比较完善的理论体系,并通过理论对人类工程活动，进行有效地指导。近年来，随着环境保护意识的增加及国际减轻自然灾害十年来的开展，人类已认识到：边坡诞生不仅仅是其本身的历史发展，而是与人类活动密切相关；人类在进行生产建设的同时，必须顾及到边坡的环境效应，并且把人类的发展置于环境之中,因而相继开展了工程活动与地质环境相互作用研究领域，在这些领域中，边坡作为地质工程的分支之一，一直是人们研究的重点课题之一。 在水电、交通、采矿等诸多的领域，边坡工程都是整体工程不可分割的部分，为保证工程运行安全及节约经费，广大学者对边坡的演化规律、边坡稳定性及滑坡预测预报等进行了广泛研究。然而，随着人类工程活动的规模扩大及经济建设的急剧发展,边坡工程中普遍出现了高陡边坡稳定性及大型灾害性滑坡预测问题。在我国，目前的露天采矿的人工边
坡已高达300—500m，而水电工程中遇到的天然边坡高度已达500—1000米，其中涉及的工程地质问题极为复杂，特别是在西南山区，边坡的变形、破坏极为普遍,滑坡灾害已成为一种常见的危害人民生命财产安全及工程正常运营的地质灾害。
边坡稳定性分析方法
边坡稳定性分析方法 1.1 概述 边坡稳定性分析是边坡工程研究的核心问题，一直是岩土工程研究的的一个热点问题。边坡稳定性分析方法经过近百年的发展，其原有的研究不断完善，同时新的理论和方法不断引入，特别是近代计算机技术和数值分析方法的飞速发展给其带来了质的提高。边坡稳定性研究进入了前所未有的阶段。 任何一个研究体系都是由简单到复杂，由宏观到微观，由整体到局部。对于边坡稳定性研究，在其基础理论的前提下，边坡稳定分析方法从二维扩展到三维，更符合工程的实际情况；由于一些新理论和新方法的出现，如可靠度理论和对边坡工程中不确定性的认识，边坡稳定分析方法由确定性分析向不确定性分析发展。同时，由于边坡工程的复杂性，边坡稳定评价不能依赖于单一方法，边坡的稳定性评价也由单一方法向综合评价分析发展。 1.2 边坡稳定性分析方法 边坡稳定性分析方法很多，归结起来可分为两类：即确定性方法和不确定性方法, 确定性方法是边坡稳定性研究的基本方法,它包括极限平衡分析法、极限分析法、数值分析法。不确定性方法主要有随机概率分析法等。 1.2.1 极限平衡分析法 极限平衡法是边坡稳定分析的传统方法，通过安全系数定量评价边坡的稳定性，由于安全系数的直观性，被工程界广泛应用。该法基于刚塑性理论，只注重土体破坏瞬间的变形机制，而不关心土体变形过程，只要求满足力和力矩的平衡、Mohr-Coulomb准则。其分析问题的基本思路：先根据经验和理论预设一个可能形状的滑动面，通过分析在临近破坏情况下，土体外力与内部强度所提供抗力之间的平衡，计算土体在自身荷载作用下的边坡稳定性过程。极限平衡法没有考虑土体本身的应力—应变关系，不能反映边坡变形破坏的过程，但由于其概念简单明了，且在计算方法上形成了大量的计算经验和计算模型，计算结果也已经达到了很高的精度。因此，该法目前仍为边坡稳定性分析最主要的分析方法。在工程实践中，可根据边坡破坏滑动面的形态来选择相应的极限平衡法。目前常用的极限平衡法有瑞典条分法、Bishop法、Janbu法、Spencer法、Sarma法Morgenstern-Price 法和不平衡推力法等。
岩石边坡稳定性分析方法_贾东远
文章编号:1001-831X(2004)02-0250-06 岩石边坡稳定性分析方法 贾东远1,2,阴 可1,李艳华3 (1.重庆大学土木工程学院,重庆 400045;2.秦皇岛市建筑设计院,河北秦皇岛 066001; 3.河北农经学院工业工程系,河北廊坊 065000) 摘 要:通过综述岩石边坡稳定性分析方法及其研究的一些新近展,并具体从极限平衡法、数值计算方法、流变分析、动力分析等方面进行详细论述,对岩石边坡稳定性分析中涉及到的岩体参数取值、计算模型、各种方法的优缺点等方面进行了探讨,最后提出对岩石边坡稳定性分析的建议。 关键词:岩石边坡;稳定性;极限平衡;数值计算 中图分类号:TU457 文献标识码:A 前言 岩石边坡稳定性分析一直是岩土工程中重要的研究内容。在我国基本建设中,特别是三峡工程及西部大开发,出现了许多岩石边坡工程,如三峡船闸高边坡、链子崖危岩体以及由于移民迁建用地、城市建设用地形成的边坡等等。在解决这些复杂的岩石边坡问题的过程中,大大促进了岩石边坡稳定性分析方法的发展。随着人们对岩石边坡认识的不断深入以及计算机技术的发展,岩石边坡稳定性分析方法近年来发展很快,取得了一系列研究成果,现分别对其中主要的研究方向和成果作简要介绍并分析各自特点和适用条件,为岩石边坡稳定性分析的工程应用和理论研究提供参考意见。 1 岩体参数及计算模型 极限平衡、数值计算等计算方法在岩石边坡稳定性分析中得到广泛应用,其中如何选择计算所需的工程岩体力学参数成为关键的问题。对于重大工程,可通过现场大型岩体原位试验取得岩体力学参数,但由于时间和资金限制,原位试验不可能大量进行,因而该方法仍有一定的局限性。另外,选取岩性特别均匀的试样几乎是不可能的,多数情况下,是用经验公式来确定岩体抗剪强度参数。但是,经验公式是以一定数量的室内和现场实验资料为依据,通过回归分析求出的,而未能把较多的地质描述引入其中。各个经验公式计算同一岩体的参数时,普遍存在因经验程度不同而确定出的抗剪强度相差较大。由于这些原因,许多文献提出了用其它方法来确定岩体的抗剪强度参数[1-4]。其中张全恒(1992)[1]讨论了确定岩体结构面抗剪强度参数常规方法存在的问题,提出了经验公式和实验相结合的试件法;何满潮(2001)[2]根据工程岩体的连续性理论,提出了根据室内完整岩块试验参数,结合野外工程岩体结构特点进行计算机数值模拟试验,从而确定工程岩体力学参数的方法;周维垣(1992)[3]提出确定节理岩体力学参数的计算机模拟试验法,该方法基于节理裂隙岩体的野外勘察资料,建立岩体损伤断裂模型,在计算机上模拟试验过程,获得所需数据;杨强等(2002)[4]在样本有限的情况下,采用可靠度理论,求出某保证率下的岩体抗剪强度值。 岩体作为复杂的地质体,其力学特性是多种因素共同作用的结果,如形成过程、地质环境和工程环境等。为了能将所有控制因素作为一个整体来考虑,而不仅局限于定量因素,许多文献利用人工 第24卷 第2期2004年6月 地 下 空 间 UNDERGROUND SPACE Vol.24 No.2 Jun.2004 收稿日期:2003-12-11(修改稿) 作者简介:贾东远(1975-),男,河北唐山人,硕士,主要从事岩土工程设计、检测方面的工作。
边坡稳定性计算说明
边坡稳定性计算 一、编制依据 为保证挖方施工安全，施工现场做到“安全、文明”，满足施工进度要求，以下列法律、法规、标准、规范、规程、相关文件为强制性前提，进行边坡稳定性计算。 1、现有施工图设计； 2、《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）； 3、《路桥施工计算手册》（人民交通出版社）； 4、《土力学与地基基础》； 二、工程概况及地质情况 岢岚至临县高速公路是《山西省高速公路网规划》“3纵11横11环”中西纵高速公路的重要组成部分，也是山西省西部把第四横（保德-五台长城岭）和第五横（平定杨树庄—佳县）高速公路窜连起来的重要路段。 项目区路线走廊带地形起伏极大，总体地势为东北高西南低，地貌主体为隆起的基岩中山与黄土梁峁，部分区域为海拔较低的河流沟谷及冲沟，。受构造活动和水流侵蚀作用的影响，本区地形切割剧烈，河谷发育，沟壑纵横，依据地貌成因类型及其显示特征，将本区划分为黄土丘陵区、侵蚀堆积河川宽谷区、山岭区、黄土覆盖中低山区四个地貌单元，岩性主要为第四系冲、坡积及风积粉土及粉质粘土等。 三、计算 本项目地形复杂，涵洞、桩基及路基施工作业面比较多。根据挖方路段在全线的分布情，选择有代表性路段进行分析计算。由于项目地质挖方为风积粉土及粉质粘土，是典型的黄土地貌。根据施工图纸给出的计算参数，对于黄土挖方路段，拟定边坡参数γ=19g/cm3，C=40 Kpa，φ=29°，采用瑞典条分法进行计算，稳定安全系数达到1.2以上。 3.1 瑞典条分法原理 如图所示边坡，瑞典条分法假定可能滑动面是一圆弧AD，不考虑条块两侧的作用力，即假设Ei和Xi的合力等于Ei+1和Xi+1的合力，同时它们的作用线
边坡稳定性分析方法及其适用条件资料
边坡稳定性分析方法及其适用条件 摘要：边坡是一种自然地质体，在外力的作用下，边坡将沿其裂隙等一些不稳定结构面产生滑移，当土体内部某一面上的滑动力超过土体抗滑动的能力，将导致边坡的失稳。边坡稳定性分析是岩土工程的一个重要研究内容，并已经形成一个应用研究课题，本文对目前边坡稳定性分析中所采用的各种方法进行了归纳，并阐述了其适用条件。 关键词：边坡稳定性分析方法适用条件 正文： 一、工程地质类比法 工程地质类比法，又称工程地质比拟法，属于定性分析，其内容有历史分析法、因素类比法、类型比较法和边坡评比法等。该方法主要通过工程地质勘察，首先对工程地质条件进行分析，如对有关地层岩性、地质构造、地形地貌等因素进行综合调查和分类，对已有的边坡破坏现象进行广泛的调查研究，了解其成因、影响因素和发展规律等；并分析研究工程地质因素的相似性和差异性；然后结合所要研究的边坡进行对比，得出稳定性分析和评价。其优点是综合考虑各种影响边坡稳定的因素，迅速地对边坡稳定性及其发展趋势作出估计和预测；缺点是类比条件因地而异，经验性强，没有数量界限。 适用条件：在地质条件复杂地区，勘测工作初期缺乏资料时，都常使用工程地质类比法，对边坡稳定性进行分区并作出相应的定性评价，因此，需要有丰富实践经验的地质工作者，才能掌握好这种方法。
二、极限分析法 应用理想塑性体或刚塑性体处于极限状态的极小值原理和极大 值原理来求解理想塑性体的极限荷载的一种分析方法。它在土坡稳定分析时，假定土体为刚塑性体，且不必了解变形的全过程，当土体应力小于屈服应力时，它不产生变形，但达到屈服应力，即使应力不变，土体将产生无限制的变形，造成土坡失稳而发生破坏。其最大优点是考虑了材料应力—应变关系，以极限状态时自重和外荷载所做的功等于滑裂面上阻力所消耗的功为条件，结合塑性极限分析的上、下限定理求得边坡极限荷载与安全系数。 三、极限平衡法 该法将滑体作为刚体分析其沿滑动面的平衡状态,计算简单。但由于边坡体的复杂性,计算时模型的建立与参数的选取不可避免地使计算结果与实际结果不吻合。常用的方法有如下几种。 1瑞典条分法。基本假定:A边坡稳定为平面应变问题;B滑动面为圆弧;C计算圆弧面安全系数时,将条块重量向滑面法向分解来求法向力。该方法不考虑条间力的作用,仅能满足滑动体的力矩平衡条件,产生的误差使安全系数偏低。 优缺点：在不能给出应力作用下的结构图像的情况下，仍能对结构的稳定性给出较精确的结论，分析失稳边坡反算的强度参数与室内试验吻合度较好，使分析程序更加可信;但需要先知道滑动面的大致位置和形状，对于均质土坡可以通过搜索迭代确定其危险滑动面，但是对于岩质边坡，由于其结构和构造比较复杂，难以准确确定其滑动
边坡稳定计算
附件四：边坡稳定性计算书 1、汽机房区域边坡稳定性计算书（适用于基坑基底标高为-7.00m~-9.00m）H=8.5m 天然放坡支护 ---------------------------------------------------------------------- [ 基本信息 ] ---------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------- [ 放坡信息 ] ---------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------- [ 超载信息 ] ----------------------------------------------------------------------
---------------------------------------------------------------------- [ 土层信息 ] ---------------------------------------------------------------------- [ 土层参数 ] ---------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------- [ 整体稳定验算 ] ---------------------------------------------------------------------- 天然放坡计算条件: 计算方法：瑞典条分法 应力状态：总应力法 基坑底面以下的截止计算深度: 0.00m 基坑底面以下滑裂面搜索步长: 5.00m 条分法中的土条宽度: 1.00m 天然放坡计算结果:
岩石路堑边坡稳定性分析
岩石路堑边坡稳定性分析 [摘要]本文主要阐述了影响岩石路堑边稳定性的主要因素，并且简要说明了岩石路堑边稳定性的分析方法，最后向大家介绍了，堑边路面稳定性的防治措施。 【关键词】堑边路面稳定性；分析方法；防治措施 1、影响岩石路堑边坡稳定性的主要因素 1.1岩石构造和地质类型 影响边坡稳定性的因素主要有地理因素和工程因素。地理因素包括岩石的结构密度，地貌特征等等因素。而工程因素主要包括人为因素，工程损伤和地震等不可预计的事件。在地理因素之中，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。坚硬的岩石如花岗岩、石灰岩等可以形成非常稳定的堑边坡。而在淤泥集中的路段，由于淤泥的流动性非常强，几乎难以形成坚固的边坡。 不同的岩是层组成的边坡，其变形破坏的程度也有着很大的不同，以黄土地区为例，边坡的变形破坏形式以滑坡为主，而在花岗岩、厚层石灰岩、沙岩地区则以崩塌为主。在碎屑岩以及松散土层的地区，容易产生碎屑流或者泥石流等自然灾害。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，又是地下水最丰富和活动的地区极易发生滑坡。岩层结构的形状对边坡稳定也有很大影响，水平岩层的边坡稳定性较稳定，不过却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的稳定性比反向倾斜的差。同向陡倾层状结构的边坡，一般稳定性较好，但由于是由薄层或软硬岩层的岩石组成，可能因蠕变而产生挠曲弯折或倾倒。比较稳定的山坡上反向倾斜的类型，但垂直层面走向的山坡则易产生切层滑坡[1]。 1.2影响堑边坡稳定性中水的作用 地表水和地下水是影响边坡稳定性的重要因素。不少滑动都是由于水的流动而引起的。处于水下的透水边坡将承受水的浮托力的作用，而不透水的边坡，将承受静水压力；充水的张开裂隙将承受裂隙水静水压力的作用；地下水的渗流，将对边坡岩体产生动水压力；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。此外，工程荷载、地震、爆破等因素对边坡稳定性也会产生很大的影响。 2、岩石路堑边的破坏类型及稳定性的分析方法 2.1岩石路堑边的破坏类型 岩坡的破坏类型分为平面滑动和楔形滑动以及旋转滑动三种。从形态上看来
边坡稳定性分析方法
边坡稳定性分析方法 边坡稳定性问题涉及矿山工程、道桥工程、水利工程、建筑工程等诸多工程领域。岩土边坡是一种自然地质体，一般被多组断层、节理、裂隙、软弱带切割，使边坡存在削弱面，在边坡角变化、地下水、地震力、水库蓄水等外因作用下，使边坡沿削弱面产生相对滑移而产生失稳。 边坡稳定性分析过程一般步骤为：实际边坡→力学模型→数学模型→计算方法→结论[4]。其核心内容是力学模型、数学模型、计算方法的研究，即边坡稳定性分析方法的研究。边坡稳定分析方法研究一直是边坡稳定性问题的重要研究内容，也是边坡稳定研究的基础。 1 边坡稳定性研究发展状况 边坡稳定性的分析研究始于本世纪二十年代，最早是对土质边坡的稳定性进行分析和计算，直到60年代初，岩体边坡的稳定性分析研究才开始进行。早期对边坡稳定性的研究主要从两方面进行的：一是借用刚体极限平衡理论，根据三个静力平衡条件计算边坡极限平衡状态下的总稳定性。二是从边坡所处的地质条件及滑坡现象上对滑坡发生的环境及机制进行分析，但基本上都是单因素的。 50年代，我国许多工程地质工作者，在研究中采用前苏联的“地质历史分析”法，也是偏重于描述和定性分析。60年代初的意大利瓦依昂水库滑坡及我国一些水电工程及露天矿山遇到的大型滑坡和岩体失稳事件，使工程地质学家们认识到边坡是一个时效变形体，边坡的演变是一个时效过程或累进性破坏过程，每一类边坡都有其特定的时效变形形式或时效变形过程，这些过程所包含的力学机制只有用近代岩石力学理论才能解释，从而使边坡稳定性研究进入了模式机制研究或内部作用过程研究的新阶段。 进入80年代以来，边坡稳定研究进入了蓬勃发展的新时期。一方面随着计算理论和计算机科学的迅猛发展，数值模拟技术已广泛应用于边坡稳定性研究。边坡稳定性分析的研究也开始采用数值模拟手段定量或半定量地再现边坡变形破坏过程和内部机制作用过程，从岩石力学和数学计算的角度认识边坡变形破坏机制，认识边坡稳定性的发展变化。另一方面，现代科学理论方法，如系统方法、模糊数学、灰色理论、数量化理论及现代概率统计等新兴学科都被广泛的引入边坡稳定性的科学研究中，从而大大扩充了边坡工程的理论和研究方法，提高
边坡稳定性分析
边坡稳定性分析 内容摘要 目前，边坡失稳的防治仍然是一项很艰巨的任务，对边坡的稳定性分析及处治技术进行深入研究具有重要的意义。论文首先简要阐述了边坡工程稳定性分析及处治技术研究的意义，介绍了边坡工程稳定性分析的一些常用方法，并结合笔者的实践经验，提出了边坡工程处治对策。 边坡稳定分析是岩土工程中的重要研究课题。边坡稳定性分析的观点变化是随着人类理论方面的突破和实践经验的积累而变化的。总的来说,边坡稳定性分析是一个逐步由定性分析向定量、半定量分析发展的过程,并且可视化程度越来越高。文章从定性分析、定量分析、不确定分析等角度介绍了几种主要的边坡稳定性分析方法 关键词：边坡；边坡稳定性；边坡失稳；稳定性分析；处治对策 1
边坡稳定性分析 目录 内容摘要 (1) 1绪论 (4) 1.1 边坡稳定性概念 (4) 1.1.1 边坡体自身材料的物理力学性质 (4) 1.1.2 边坡的形状和尺寸 (5) 1.1.3 边坡的工作条件 (5) 1.1.4 边坡的加固措施 (5) 1.2 边坡的稳定性表示方法 (5) 1.3 边坡破坏 (6) 2 边坡的分类 (6) 3 边坡稳定性的影响因素 (7) 3.1 潜在影响因素 (7) 3.1.1 地形因素 (7) 3.1.2 地质材料因素 (7) 3.1.3 地质构造因素 (8) 3.2 诱发影响因素 (8) 3.2.1 环境因素 (8) 3.2.2 人为因素 (9) 4 边坡稳定性的分析方法 (10) 4.1 定性分析方法 (10) 4.1.1 工程地质类比法 (10) 4.1.2 地质分析法(历史成因分析法) (10) 4.1.3 图解法 (10) 4.1.4 边坡的分析数据库和专家系统 (11) 4.2 定量分析方法 (11) 4.2.1 极限平衡法 (11) 2
边坡稳定性计算方法11111
一、边坡稳定性计算方法 在边坡稳定计算方法中，通常采用整体的极限平衡方法来进行分析。根据边坡不同破裂面形状而有不同的分析模式。边坡失稳的破裂面形状按土质和成因不同而不同，粗粒土或砂性土的破裂面多呈直线形；细粒土或粘性土的破裂面多为圆弧形；滑坡的滑动面为不规则的折线或圆弧状。这里将主要介绍边坡稳定性分析的基本原理以及在某些边界条件下边坡稳定的计算理论和方法。 （一）直线破裂面法 所谓直线破裂面是指边坡破坏时其破裂面近似平面，在断面近似直线。为了简 化计算这类边坡稳定性分析采用直线破裂面法。能形成直线破裂面的土类包括：均质砂 性土坡；透水的砂、砾、碎石土；主要由内摩擦角控制强度的填土。 图 9 － 1 为一砂性边坡示意图，坡高 H ，坡角β，土的容重为γ，抗 剪度指标为c、φ。如果倾角α的平面AC面为土坡破坏时的滑动面，则可分析 该滑动体的稳定性。 沿边坡长度方向截取一个单位长度作为平面问题分析。 图9-1 砂性边坡受力示意图已知滑体ABC重 W，滑面的倾角为α，显然，滑面 AC上由滑体的重量W= γ（Δ ABC）产生的下滑力T和由土的抗剪强度产生的抗滑力Tˊ分别为： T=W · sina 和 则此时边坡的稳定程度或安全系数可用抗滑力与下滑力来表示，即 为了保证土坡的稳定性，安全系数F s 值一般不小于 1.25 ，特殊情况下可允许减小到 1.15 。对于C=0 的砂性土坡或是指边坡，其安全系数表达式则变为 从上式可以看出，当α =β时，F s 值最小，说明边坡表面一层土最容易滑动，这时
当 F s =1时，β=φ，表明边坡处于极限平衡状态。此时β角称为休止角，也称安息角。 此外，山区顺层滑坡或坡积层沿着基岩面滑动现象一般也属于平面滑动类型。这类滑坡滑动面的深度与长度之比往往很小。当深长比小 于 0.1时，可以把它当作一个无限边坡进行分析。 图 9-2表示一无限边坡示意图，滑动面位置在坡面下H深度处。取一单位长度的滑动土条 进行分析，作用在滑动面上的剪应力为,在极限平衡状态时，破坏面上的 剪应力等于土的抗剪强度，即 得 式中N s =c/ γ H 称为稳定系数。通过稳定因数可以确定α和φ关系。当c=0 时，即无粘性 土。α =φ，与前述分析相同。 二圆弧条法 根据大量的观测表明，粘性土自然山坡、人工填筑或开挖的边坡在破坏时，破裂面的形状多呈近似的圆弧状。粘性土的抗剪强度包括摩擦强度和粘聚强度两个组成部分。由于粘聚力的存在，粘性土边坡不会像无粘性土坡一样沿坡面表面滑动。根据土体极限平衡理论，可以导出均质粘这坡的滑动面为对数螺线曲面，形状近似于圆柱面。因此，在工程设计中常假定滑动面为圆弧面。建立在这一假定上稳定分析方法称为圆弧滑动法和圆弧条分法。 1. 圆弧滑动法 1915 年瑞典彼得森（ K.E.Petterson ）用圆弧滑动法分析边坡的稳定性，以后该法在各国得到广泛应用，称为瑞典圆弧法。 图 9 － 3 表示一均质的粘性土坡。AC 为可能的滑动面，O为圆心，R 为半径。假定 边坡破坏时，滑体ABC在自重W 作用下，沿AC绕O 点整体转动。滑动面 AC 上的力 系有：促使边坡滑动的滑动力矩 M s =W · d ；抵抗边坡滑动的抗滑力矩，它应该包括由 粘聚力产生的抗滑力矩M r =c ·AC · R ，此外还应有由摩擦力所产生的抗滑力矩，这里 假定φ＝ 0 。边坡沿AC的安全系数F s 用作用在 AC面上的抗滑力矩和下滑力矩之比表 示，因此有 这就是整体圆弧滑动计算边坡稳定的公式，它只适用于φ＝ 0 的情况。 图9-3 边坡整体滑动 2. 瑞典条分法 前述圆弧滑动法中没有考虑滑面上摩擦力的作用，这是由于摩擦力在滑面的不同位置其方向和大小都在改变。为了将圆弧滑动法应用于φ＞ 0 的粘性土，在圆弧法分析粘性土坡稳定性的基础上，瑞典学者 Fellenius 提出了圆弧条分析法，也称瑞典条分法。条会法就是将滑动土体竖向分成若干土条，把土条当成刚塑体，分别求作用于各土条上的力对圆心的滑动力矩和抗滑力矩，然后按式（ 9-5 ）求土坡的稳定安全系数。 采用分条法计算边坡的安全系数F ，如图 9 － 4 所示，将滑动土体分成若干土条。土条的宽度越小，计算精度越高，为了避免计算过于繁
深基坑边坡稳定性计算书
... . . 土坡稳定性计算书 本计算书参照《建筑施工计算手册》江正荣编著中国建筑工业、《实用土木工程手册》第三版文渊编著人民教同、《地基与基础》第三版中国建筑工业、《土力学》等相关文献进行编制。 计算土坡稳定性采用圆弧条分法进行分析计算，由于该计算过程是大量的重复计算，故本计算书只列出相应的计算公式和计算结果，省略了重复计算过程。 本计算书采用瑞典条分法进行分析计算，假定滑动面为圆柱面及滑动土体为不变形刚体，还假定不考虑土条两侧上的作用力。 一、参数信息: 条分方法：瑞典条分法； 考虑地下水位影响； 基坑外侧水位到坑顶的距离(m)：1.56； 基坑侧水位到坑顶的距离(m)：14.000； 放坡参数： 序号放坡高度(m) 放坡宽度(m) 平台宽度(m) 条分块数 0 3.50 3.50 2.00 0.00 1 4.50 4.50 3.00 0.00 2 6.20 6.20 3.00 0.00 荷载参数： 土层参数：
序号土名称 土厚 度 （m） 坑壁土的重 度γ(kN/m3) 坑壁土的摩 擦角φ(°) 粘聚力 （kPa） 饱容重 (kN/m3) 1 粉质粘土15 20.5 10 10 20.5 二、计算原理: 根据土坡极限平衡稳定进行计算。自然界匀质土坡失去稳定，滑动面呈曲面，通常滑动面接近圆弧，可将滑裂面近似成圆弧计算。将土坡的土体沿竖直方向分成若干个土条，从土条中任意取出第i条，不考虑其侧面上的作用力时，该土条上存在着： 1、土条自重， 2、作用于土条弧面上的法向反力， 3、作用于土条圆弧面上的切向阻力。 将抗剪强度引起的极限抗滑力矩和滑动力矩的比值作为安全系数，考虑安全储备的大小，按照《规》要求，安全系数要满足>=1.3的要求。 将抗剪强度引起的极限抗滑力矩和滑动力矩的比值作为安全系数，考虑安全储备的大小，按照《规》要求，安全系数要满足>=1.3的要求。 三、计算公式:
岩石边坡治理
应用锚杆治理岩石边坡的研究 摘要: 应用正交设计原理对常张高速公路某边坡锚固参数进行了优化设计, 结果表明以边坡水平变形量为评价指标, 主要锚固参数对锚固效果的影响显著性依次为: 锚杆长度> 锚杆间距> 混凝土喷层厚度。 关键词: 锚杆, 正交设计, 锚固参数, 水平变形 在各类边坡工程中, 开挖岩石高边坡工程是十分常见而又非常重要的, 往往由于其复杂的地质结构而成为边坡工程中的重点与难点。岩石工程边坡的稳定问题事关工程建设和运行期间的安全和经济效益, 对其稳定性进行综合评价和控制具有非常重要的工程实践意义和经济价值。在我国, 治理岩石边坡的最有效措施就是锚固, 然而锚固参数( 锚杆长度、锚固间距、喷混凝土厚度等) 的选取至今都没能很好的解决, 设计大多数停留在经验( 规范) 的层次上。因此, 如何确定岩石边坡最优锚固参数就显得尤为重要。 1 锚杆加固机理 研究锚杆的加固机理必须考虑其锚固方式, 它与所加固的岩体之间的相互作用。研究表明, 作为岩体内在因素的岩体结构在岩体的变形破坏发展过程中起着决定性作用, 而作为外因的外力即荷载, 是通过内因起作用的。在岩体表面或内部修建工程时, 应把岩体视为工程结构的一部分或全部, 岩体与地下洞室的支护结构形成一个完整的支护体系。而且在整个体系中, 岩体应视为主要的承载体单元。在岩体加固工程中, 对不稳定岩体不一定采取支护措施, 而从改造变更岩体结构的观点出发, 对劈裂、块裂结构的岩体直接进行处理, 使它变为完整的岩体。锚杆的作用效果还可从改变岩体应力状况方面来理解。岩体变形和破坏机制包括结构变形和破坏及材料变形和破坏两种因素, 其中材料的变形和破坏多
平面、折线滑动法边坡稳定性计算书
平面、折线滑动法边坡稳定性计算书计算依据： 1、《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012 2、《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2002 3、《建筑施工计算手册》江正荣编著 一、基本参数 边坡稳定计算方式折线滑动法边坡工程安全等级三级边坡边坡土体类型填土土的重度γ(KN/m3) 20 土的内摩擦角φ(°)15 土的粘聚力c(kPa) 12 边坡高度H(m) 11.862 边坡斜面倾角α(°)40 坡顶均布荷载q(kPa) 0.2 二、边坡稳定性计算 计算简图 滑动面参数 滑动面序号滑动面倾角θi(°)滑动面对应竖向土条宽度bi(m) 1 35 5.67 2 35 5.6 3 35 5.67 土条面积计算：
R1=(G1+qb1)cosθ1×tanφ+c×l1=(156.213+0.2×2.803)×cos(35°)×tg(15°)+12×6.922=117.474 kN/m T1=(G1+ qb1)sinθ1 =(156.213+0.2×2.803)×sin(35°)=89.922 kN/m R2=(G2+qb2)cosθ2×tanφ+c×l2=(131.759+0.2×0)×cos(35°)×tg(15°)+12×6.836=110.952 kN/m T2=(G2+ qb2)sinθ2 =(131.759+0.2×0)×sin(35°)=75.574 kN/m R3=(G3+qb3)cosθ3×tanφ+c×l3=(44.652+0.2×0)×cos(35°)×tg(15°)+12×6.922=92.865 kN/m T3=(G3+ qb3)sinθ3 =(44.652+0.2×0)×sin(35°)=25.611 kN/m K s=(∑R iψiψi+1...ψn-1+R n)/(∑T iψiψi+1...ψn-1+T n)，(i=1,2,3,...,n-1) 第i块计算条块剩余下滑推力向第i+1计算条块的传递系数为： ψi=cos(θi-θi+1)-sin(θi-θi+1)×tanφi K s=(∑R iψiψi+1...ψn-1+R n)/(∑T iψiψi+1...ψn-1+T n)=(117.474×1×1+110.952×1+92.865)/(89.922×1×1+75.574×1+25.611)=1.681≥1.25 满足要求！
边坡工程第七章
第7章平面形破坏的稳定分析 §7.1 引言 在岩石边坡中平面破坏是比较少见的，原因是产生平面破坏所需要的全部几何条件在实际边坡中仅是偶而存在。楔形破坏则是普遍得多的一种情况，所以许多岩石边坡工程师把平面破坏当作较普遍的楔形破坏分析的一种特殊情况。 对于一个具有广泛设计知识的经验丰富的边坡设计师来说，这种办法可能是正确的，但在边坡破坏的一般讨论中，忽视二线边坡问题那就不应该了。从这个简单破坏模式的力学研究中可学到许多有价值的东西，这对于说明边坡随抗剪强度和地下水条件变化而变化的灵敏度是特别有用的。当论及较复杂的三维边坡破坏力学时，这种变化就不太明显。 沿一个结构面发生的平面滑动破坏是最简单的平面形破坏，大部分情况下，是沿着由几个结构面组成的多平面形破坏，这时在剖面上看，滑动面为折线形。 图7-1 发生平面形破坏的条件 §7.2滑体沿单个滑面滑动时的稳定分析 §7.2.1平面破坏的一般条件 为了使滑动沿单一平面发生，如图7-1所示，必须满足以下的几何条件： 1. 滑动面的走向必须与坡面平行或接近平行(约在° ±20的范围之内)。 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，即β α>。 β>。 3．破坏面的倾角必须大于该面的摩擦角，即φ 4．岩体中必须存在对于滑动仅有很小阻力的解离面，它规定了滑动的侧面边界。另一种可能的情况是，破坏在穿通边坡的凸出的“鼻部”的破坏平面上发生。 分析二维边坡问题时，通常是考虑与边坡面正交的一个单位厚度的岩片。这就是说， 滑动面的面积可用穿过边坡垂直断面上可见的滑动线长度来代表，而滑动块的体积可用在 105
106 垂直断面上表示该块体图形的面积来代表。 §7.2.2 平面破坏分析 分析中所考虑的边坡几何要素，如图7-2中所规定。注意，有两种情况须加考虑： a ．坡顶面上有张裂缝的边坡。 b ．坡面上有张裂缝的边坡。 图7-2 边坡的几何要素 当张裂缝与边坡坡顶线重合时，则处于由一种情况转变为另一种情况的过渡阶段，这时： βαtan cot 1?=H z （7-1） 此分析中所作的假定如下： a ．滑动面及张裂缝的走向平行于坡面。 b ．张裂缝是直立的，其中充有深度为w z 的水。 c. 水沿张裂缝的底进入滑动面并沿滑动面渗透，在大气压力下沿坡面滑动面的出露处流出。在张裂缝中和沿滑动面上由于存在着地下水而引起的水压分布如图7-2所示。 d ．W (滑动块的重量)、U (由于滑动面上水压所产生的上举力)和V (由于张裂缝中的水压所产生的力)三力均通过滑体的重心来作用。换言之，这就是假定没有使岩块旋转的力矩， 所以破坏仅仅是滑动。尽管这个假定对于大多数实际边坡来说不是绝对真实的，但忽视力
边坡稳定性分析模式及流程
一、土岩混合边坡分析 土岩混合边坡稳定性分析一般有四种: 1、上部土层及风化层内部的破坏（圆弧或折线，受土体强度控制，软件自动搜索最危险滑面）； 2、沿土岩交界面滑动破坏（土与风化层面或土、风化层与基岩面，受交界面强度控制，软件指定交界面进行计算稳定性，采用圆滑滑动（均质土体时）和折线滑动（覆盖层与基岩面时）两种计算）； 3、下部岩体结构面破坏（受结构面控制，平面或楔形体破坏，倾倒破坏也可能。先用赤平投影定性分析（龙海涛和理正结合使用），根据定性情况，若不稳定，则用理正进行定量稳定性计算（平面滑动和楔形体滑动））。 4、上部土体圆弧滑动，下部岩体沿结构面滑动破坏（分析了1和3后，二者都不稳定时，则对边坡整体进行计算，采用1的最危险滑动面与3的平面滑动面组合成上部圆弧，下部直线（层面、某节理裂隙或结构面组合的交线）的整体滑动面，采用传递系数法进行稳定性计算），则1.2.3.4得到四种稳定系数，根据稳定系数进行综合评价。 5、极软岩边坡可能受岩土体强度控制，也可能受结构面控制，故也应对边坡整体进行稳定性计算，采用圆弧滑动（简化毕肖普法）和折线滑动（传递系数隐式解法）分别进行计算。 6、若1.2稳定，3不稳定，则会发生下部岩体沿结构面滑动破坏，从而带动上部土体一起滑动破坏。故下部岩体稳定性很重要。 综合內摩擦角是对平面滑动的，若提粘聚力很小，甚至为零，只有內摩擦角，则破坏模式为平面滑动，如砂砾石层，岩层等。若判断破坏模式为圆弧滑动，则必须提粘聚力与內摩擦角，如破碎岩层、强风化层与上部土层可能发生圆弧滑动破坏。故，提不提粘聚力，可否换算成综合內摩擦角，取决于判断其破坏模式是圆弧还是平面滑动。 下部为极软岩的土岩混合边坡除按岩质边坡分析外，还需计算五种滑动面稳定系数，如下：（下部为硬质的边坡，可不计算整体圆弧滑动，整体折现滑动视基岩内部裂隙及破碎带
深基坑边坡稳定性计算书
土坡稳定性计算书 本计算书参照《建筑施工计算手册》江正荣编著中国建筑工业出版社、《实用土木工程手册》第三版杨文渊编著人民教同出版社、《地基与基础》第三版中国建筑工业出版社、《土力学》等相关文献进行编制。 计算土坡稳定性采用圆弧条分法进行分析计算，由于该计算过程是大量的重复计算，故本计算书只列出相应的计算公式和计算结果，省略了重复计算过程。 本计算书采用瑞典条分法进行分析计算，假定滑动面为圆柱面及滑动土体为不变形刚体，还假定不考虑土条两侧上的作用力。 一、参数信息: 条分方法：瑞典条分法； 考虑地下水位影响； 基坑外侧水位到坑顶的距离(m)：1.56； 基坑内侧水位到坑顶的距离(m)：14.000； 放坡参数： 序号放坡高度(m) 放坡宽度(m) 平台宽度(m) 条分块数 0 3.50 3.50 2.00 0.00 1 4.50 4.50 3.00 0.00 2 6.20 6.20 3.00 0.00 荷载参数： 土层参数：
序号土名称 土厚 度（m） 坑壁土的重 度γ(kN/m3) 坑壁土的内 摩擦角φ(°) 粘聚力 （kPa） 饱容重 (kN/m3) 1 粉质粘土15 20.5 10 10 20.5 二、计算原理: 根据土坡极限平衡稳定进行计算。自然界匀质土坡失去稳定，滑动面呈曲面，通常滑动面接近圆弧，可将滑裂面近似成圆弧计算。将土坡的土体沿竖直方向分成若干个土条，从土条中任意取出第i条，不考虑其侧面上的作用力时，该土条上存在着： 1、土条自重， 2、作用于土条弧面上的法向反力， 3、作用于土条圆弧面上的切向阻力。 将抗剪强度引起的极限抗滑力矩和滑动力矩的比值作为安全系数，考虑安全储备的大小，按照《规范》要求，安全系数要满足>=1.3的要求。 将抗剪强度引起的极限抗滑力矩和滑动力矩的比值作为安全系数，考虑安全储备的大小，按照《规范》要求，安全系数要满足>=1.3的要求。 三、计算公式:
第6章岩石边坡工程分析
第6章岩石边坡工程 (213) §6.1 概述 (213) §6.2 岩石边坡破坏 (214) 6.2.1 岩石边坡的破坏类型 (214) 6.2.2 边坡稳定的影响因素 (215) §6.3 岩石边坡稳定分析 (217) 6.3.1 圆弧法岩坡稳定分析 (217) 6.3.2 平面滑动岩坡稳定分析 (221) 6.3.3 双平面滑动岩坡稳定分析 (226) 6.3.4 力多边形法岩坡稳定分析 (228) 6.3.5 力的代数叠加法岩坡稳定分析 (230) 6.3.5 楔形滑动岩坡稳定分析 (231) 6.3.6 倾倒破坏岩坡稳定分析 (234) §6.4 岩石边坡加固 (237) 6.4.1 用混凝土填塞岩石断裂部分 (237) 6.4.2 锚栓或预应力缆索加固 (237) 6.4.3 混凝土挡墙或支墩加固 (238) 6.4.4 挡墙与锚栓相结合的加固 (238) 6.5 岩石边坡加固实例 (240) 习题 (242)
第6章岩石边坡工程 §6.1概述 倾斜的地面称为坡或斜坡。露天矿井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、公路建设施工中，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。在土木工程中常称为边坡的实际上是建筑边坡，就是在建（构）筑物场地或其周边，由于建（构）筑物和市政工程开挖或填筑施工所形成的人工边坡和对建（构）筑物安全或稳定有影响的自然边坡。 边坡按成因可分为自然边坡和人工边坡。天然的山坡和谷坡是自然边坡，此类边坡是在地壳隆起或下陷过程中逐渐形成的。较大规模的破坏都是自然边坡。人工边坡是由于人类活动形成的边坡，其中挖方形成的边坡称为开方边坡，填方形成的称为构筑边坡，后者有时也称为坝坡。人工边坡的几何参数可以人为控制。 边坡按组成物质可分为岩质边坡和土质边坡。岩坡失稳与土坡失稳的主要区别就在于土坡中可能滑动面的位置并不明显，而岩坡中的滑动面则往往较为明确，无需像土坡那样通过大量试算才能确定。岩坡中结构面的规模、性质及其组合方式在很大程度上决定着岩坡失稳时的破坏形式；结构面的产状或性质稍有改变，则岩坡的稳定性将会受到显著影响。因此，要正确解决岩坡稳定性问题，首先需搞清结构面的性质、作用、组合情况以及结构面的发育情况等，在此基础上不仅要对破坏方式做出判断，而且对其破坏机制也必须进行分析，这是保证岩坡稳定性分析结果正确性的关键。 典型的边坡如图6-1所示。边坡与坡顶面相交的部位称为坡肩；与坡底面相交的部位坡趾或坡脚；坡面与水平面的夹角称为坡面角或坡倾角；坡肩与坡脚间的高差称为坡高。 图6-1 边坡示意图 边坡稳定向题是工程建设中经常遇到的问题，例如水库的岸坡、渠道边坡、隧洞进出口边坡、拱坝坝肩边坡以及公路或铁路的路堑边坡等，都涉及到稳定性问题。边坡的失稳，轻则影响工程质量与施工进度；重则造成人身伤亡与国民经济的重大损失。因此，不论土木工程还是水利水电工程，边坡的稳定问题经常成为需要重点考虑的问题。