岩石力学-岩石边坡工程课件.ppt

1、岩石力学岩石力学岩 石 力 学岩 石 力 学辽宁科技大学辽宁科技大学Rock Rock MechanicsMechanics岩石力学岩石力学第七章 岩石边坡工程岩石力学岩石力学7.1 边坡工程的影响与分类岩石力学岩石力学首都钢铁公司水厂铁矿边坡首都钢铁公司水厂铁矿边坡一、基本概念一、基本概念 水厂铁矿是一座大型变质岩型磁铁矿床，位于河北省迁安市，西至北京200km，西南至唐山80km，东南至迁安市20km。水厂铁矿整个露天采场上口尺寸3600m(400-1680)m，露天底尺寸180m60 m，采场边坡最高标高为+310m，最低开采标高-350m，采场封闭圈标高+80m，采场总体边坡角41-4

2、6，台阶坡面角65。岩石力学岩石力学高速公路滑坡高速公路滑坡岩石力学岩石力学漫湾水电工程的滑坡漫湾水电工程的滑坡岩石力学岩石力学三峡船闸岩石边坡三峡船闸岩石边坡岩石力学岩石力学西藏易贡巨型山体滑坡西藏易贡巨型山体滑坡岩石力学岩石力学一、基本概念一、基本概念露天矿边坡：露天矿边坡：露天矿开挖形成的斜坡构成露天矿开挖形成的斜坡构成的采矿区的边界。的采矿区的边界。（最终帮边坡、工作帮边坡和台阶边坡）；（最终帮边坡、工作帮边坡和台阶边坡）；路堤边坡：路堤边坡：铁路、公路建筑施工中形成的铁路、公路建筑施工中形成的路堤斜坡。路堤斜坡。路堑边坡：路堑边坡：开挖路堑所形成的斜坡称为。开挖路堑所形成的斜坡称为。

3、岩石力学岩石力学一、基本概念一、基本概念坡面角：坡面角：坡面与水平面的夹角。坡面与水平面的夹角。坡高：坡高：坡肩与坡脚间的高差。坡肩与坡脚间的高差。坡肩：坡肩：边坡边坡与坡顶面相交与坡顶面相交的部位称。的部位称。坡脚：坡脚：边坡边坡与坡底面相交与坡底面相交的部位。的部位。边坡要素边坡要素岩石力学岩石力学设采深为设采深为H、采场、采场长为长为L，坡角为，坡角为。若若从从1增加至增加至2，减少剥岩量：减少剥岩量：2121()2QLHctgctg二、二、边坡工程对露天矿建设的影响边坡工程对露天矿建设的影响采矿工程完成的挖方量约占人类各种挖方采矿工程完成的挖方量约占人类各种挖方量总和的五分之四。量总和

4、的五分之四。岩石力学岩石力学对于一个深对于一个深400m的大型露天矿，如的大型露天矿，如果从坡角果从坡角35增加到增加到36，每公里长，每公里长的坡段可减少剥离量的坡段可减少剥离量415万万m3，节约的，节约的剥岩费上亿元。剥岩费上亿元。加陡边坡成为减少废石开挖量和运输加陡边坡成为减少废石开挖量和运输量、提高矿山经济效益的关键问题。量、提高矿山经济效益的关键问题。二、二、边坡工程对露天矿建设的影响边坡工程对露天矿建设的影响岩石力学岩石力学三、三、边坡的分类边坡的分类自然边坡自然边坡：天然的山坡和谷坡。：天然的山坡和谷坡。自然边坡是在地壳隆起或下陷过程中逐自然边坡是在地壳隆起或下陷过程中逐渐形成

5、的，这类运动今天可能还在继续。渐形成的，这类运动今天可能还在继续。然而，只要边坡位于侵蚀基准面以上，不然而，只要边坡位于侵蚀基准面以上，不论成因如何，它们就处于受剥蚀的环境之论成因如何，它们就处于受剥蚀的环境之中，开始了风化、解体以至滑塌的过程，中，开始了风化、解体以至滑塌的过程，较大规模的破坏就是自然滑坡。较大规模的破坏就是自然滑坡。边坡按成因分类边坡按成因分类岩石力学岩石力学三、三、边坡的分类边坡的分类人工边坡人工边坡：人工建设形成的。：人工建设形成的。挖方形成的边坡称为挖方形成的边坡称为开挖边坡开挖边坡，填，填方形成的边坡称为方形成的边坡称为填筑边坡填筑边坡，水力水，水力水电工程中还称为

6、坝坡，这类边坡的几电工程中还称为坝坡，这类边坡的几何参数可以人为控制。何参数可以人为控制。边坡按成因分类边坡按成因分类岩石力学岩石力学三、三、边坡的分类边坡的分类土质边坡和岩质边坡土质边坡和岩质边坡土体和岩石的物质构成并无本质的差土体和岩石的物质构成并无本质的差别，差别在于结构，它们的工程地质和别，差别在于结构，它们的工程地质和水文地质特征及力学特征差异显著，使水文地质特征及力学特征差异显著，使得岩质边坡和土质边坡的力学性能很不得岩质边坡和土质边坡的力学性能很不相同，其边坡破坏模式的差别也十分显相同，其边坡破坏模式的差别也十分显著。著。边坡按组成物质分类边坡按组成物质分类岩石力学岩石力学岩石力

7、学岩石力学7.2 边坡的破坏形式和影响因素岩石力学岩石力学一、边坡岩体的变形特征一、边坡岩体的变形特征岩石边坡的变形以岩石边坡的变形以坡体未出现贯通性坡体未出现贯通性的破坏面的破坏面为特点，但在边坡体的局部区为特点，但在边坡体的局部区域，特别在坡面附近可能出现一定程度域，特别在坡面附近可能出现一定程度的破裂与错动。的破裂与错动。边坡的变形主要表现为边坡的变形主要表现为松动和蠕动松动和蠕动。岩石力学岩石力学一、边坡岩体的变形特征一、边坡岩体的变形特征边坡坡脚部位的岩体被边坡坡脚部位的岩体被冲刷侵蚀掉冲刷侵蚀掉或人工开挖或人工开挖，使边坡岩体失去约束，使边坡岩体失去约束，应力重新调整分布，从而使岸

8、坡岩体应力重新调整分布，从而使岸坡岩体发生向临空面方向的发生向临空面方向的回弹变形回弹变形及产生及产生近平行于边坡的近平行于边坡的拉张裂隙拉张裂隙，一般称作，一般称作边坡卸荷裂隙。边坡卸荷裂隙。松动变形松动变形岩石力学岩石力学一、边坡岩体的变形特征一、边坡岩体的变形特征卸荷裂隙多呈卸荷裂隙多呈层层状状向坡体内发育，向坡体内发育，形成松弛张裂带或形成松弛张裂带或称称卸荷带卸荷带，其宽度，其宽度和深度均可达和深度均可达百米百米以上，它主要取决以上，它主要取决于河谷下切深度、于河谷下切深度、地应力及岩体结构地应力及岩体结构等。等。松动变形松动变形岩石力学岩石力学一、边坡岩体的变形特征一、边坡岩体的变

9、形特征在河谷在河谷底部也可底部也可出现卸荷出现卸荷裂隙，形裂隙，形成大致平成大致平行于谷底行于谷底的松弛张的松弛张裂带，深裂带，深也可达数也可达数十米。十米。松动变形松动变形岩石力学岩石力学一、边坡岩体的变形特征一、边坡岩体的变形特征（二）、蠕动（二）、蠕动边坡岩体在自重应力等应力的长期作边坡岩体在自重应力等应力的长期作用下，向临空方向用下，向临空方向缓慢而持续缓慢而持续的变形，的变形，称为边坡蠕动。称为边坡蠕动。蠕动形成机制：蠕动形成机制：1 1、岩土的粒间滑动、岩土的粒间滑动(塑性变形塑性变形)；2 2、沿岩石裂纹微错；、沿岩石裂纹微错；3 3、岩体中一系列裂隙扩展所致。、岩体中一系列裂隙

10、扩展所致。蠕动变形蠕动变形岩石力学岩石力学一、边坡岩体的变形特征一、边坡岩体的变形特征蠕动变形蠕动变形表层蠕动表层蠕动主要表现为边坡主要表现为边坡表部岩体发生弯曲表部岩体发生弯曲变形变形，多是从下部未经变动的部分向上逐渐连，多是从下部未经变动的部分向上逐渐连续向临空方向弯曲。多发生在陡倾层状岩层或续向临空方向弯曲。多发生在陡倾层状岩层或陡倾结构面发育的岩体中。陡倾结构面发育的岩体中。岩石力学岩石力学一、边坡岩体的变形特征一、边坡岩体的变形特征蠕动变形蠕动变形深层蠕动深层蠕动是由于坚硬岩层组成的是由于坚硬岩层组成的边坡底部存边坡底部存在较厚的软弱岩层在较厚的软弱岩层时，由软弱岩层发生塑性流时，由

11、软弱岩层发生塑性流动而引起的长期缓慢的边坡蠕动变形。动而引起的长期缓慢的边坡蠕动变形。岩石力学岩石力学二、边坡二、边坡岩体的破坏模式岩体的破坏模式（一）、崩塌（一）、崩塌崩塌崩塌高陡的边坡岩体突然发生倾倒崩落，高陡的边坡岩体突然发生倾倒崩落，岩块滚落堆积于坡脚的现象。岩块滚落堆积于坡脚的现象。山崩山崩-大规模的岩体崩塌，可达数千万甚至大规模的岩体崩塌，可达数千万甚至上亿立方米。上亿立方米。坠石坠石-小规模的崩塌，一般仅数立方米或数小规模的崩塌，一般仅数立方米或数十立方米。十立方米。坚硬岩体中发生的崩塌也称坚硬岩体中发生的崩塌也称岩崩岩崩，土体中发，土体中发生的则称生的则称土崩土崩。崩塌下来的岩

12、块碎石大小混杂。崩塌下来的岩块碎石大小混杂堆积于坡脚，称为堆积于坡脚，称为崩积物崩积物。岩石力学岩石力学二、边坡二、边坡岩体的破坏模式岩体的破坏模式（二）、滑坡（二）、滑坡滑坡是边坡岩体主要在重力作用下沿滑坡是边坡岩体主要在重力作用下沿贯通的贯通的剪切破坏面剪切破坏面发生滑动破坏的现象。发生滑动破坏的现象。滑坡通常以深层破坏形式出现，其滑动面往滑坡通常以深层破坏形式出现，其滑动面往往深入坡体内部，甚至延伸到坡脚以下。往深入坡体内部，甚至延伸到坡脚以下。根据滑面的形状，滑坡形式可区分为根据滑面的形状，滑坡形式可区分为平面剪平面剪切滑动和旋转剪切滑动切滑动和旋转剪切滑动。岩石力学岩石力学二、边坡二

13、、边坡岩体的破坏模式岩体的破坏模式l l、平面剪切滑动、平面剪切滑动 平面滑动的特点是块体沿着平面滑移，它平面滑动的特点是块体沿着平面滑移，它的产生是由于这一平面上的抗剪力与边坡形状的产生是由于这一平面上的抗剪力与边坡形状不相适应。这种滑动往往发生在不相适应。这种滑动往往发生在地质软弱面的地质软弱面的走向平行于坡面走向平行于坡面、产状向坡外倾斜的地方。、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坡和多滑块滑动等几种破坏模式。等几种破坏模式。岩石力学岩

14、石力学二、边坡二、边坡岩体的破坏模式岩体的破坏模式岩石力学岩石力学二、边坡二、边坡岩体的破坏模式岩体的破坏模式2 2、旋转剪切滑动、旋转剪切滑动旋转剪切滑动的滑面通常成弧形状，均质旋转剪切滑动的滑面通常成弧形状，均质岩体易产生近圆弧形滑面，当岩土非常软弱岩体易产生近圆弧形滑面，当岩土非常软弱(土边坡土边坡)、或岩体节理、或岩体节理异常发育、或已破碎异常发育、或已破碎(废石堆废石堆)，破坏也常，破坏也常常表现为圆弧状滑动。常表现为圆弧状滑动。岩石力学岩石力学三、边坡三、边坡稳定性的影响因素稳定性的影响因素p 影响边坡稳定性的因素有内在因素与外影响边坡稳定性的因素有内在因素与外在因素两个方面。在因

15、素两个方面。p 内在因素有组成边坡岩土体的性质、地内在因素有组成边坡岩土体的性质、地质构造、岩体结构、地应力等。它们常质构造、岩体结构、地应力等。它们常常起着主要的控制作用。常起着主要的控制作用。p 外在因素有地表水和地下水的作用、地外在因素有地表水和地下水的作用、地震、风化作用、人工挖掘、爆破以及工震、风化作用、人工挖掘、爆破以及工程荷载等。其中地表水和地下水是影响程荷载等。其中地表水和地下水是影响边坡稳定最重要、最活跃的外在因素，边坡稳定最重要、最活跃的外在因素，其他大多起着触发作用。其他大多起着触发作用。岩石力学岩石力学1 1、边坡外形、边坡外形2 2、岩石性质、岩石性质3 3、岩体构造

16、、岩体构造 4 4、水的影响、水的影响 5 5、爆破与地震、爆破与地震 6 6、构造应力、构造应力 7 7、风化作用、风化作用三、边坡三、边坡稳定性的影响因素稳定性的影响因素岩石力学岩石力学1 1、边坡外形：斜坡的高度、坡度、形状、边坡外形：斜坡的高度、坡度、形状等要素可使斜坡内力状态变化而导致斜坡处于等要素可使斜坡内力状态变化而导致斜坡处于稳定或失稳状态。稳定或失稳状态。矿山开采、河流的冲刷，使边坡外形发生矿山开采、河流的冲刷，使边坡外形发生变化，当侵蚀切露坡体底部的软弱结构面、使变化，当侵蚀切露坡体底部的软弱结构面、使坡体处于临空状态、或侵蚀切露坡体下伏软弱坡体处于临空状态、或侵蚀切露坡体

17、下伏软弱层的顶面时，使坡体失去平衡，最后导致破坏。层的顶面时，使坡体失去平衡，最后导致破坏。三、边坡三、边坡稳定性的影响因素稳定性的影响因素岩石力学岩石力学2 2、岩石性质：组成边坡的岩石强度、岩石性质：组成边坡的岩石强度高，边坡稳定性好；岩石强度低则稳定高，边坡稳定性好；岩石强度低则稳定性差。性差。易亲水软化的土层、软岩及断层破碎易亲水软化的土层、软岩及断层破碎带组成的边坡体，容易产生滑坡。带组成的边坡体，容易产生滑坡。三、边坡三、边坡稳定性的影响因素稳定性的影响因素岩石力学岩石力学3 3、岩体构造：斜坡内的一些层面、节理、岩体构造：斜坡内的一些层面、节理、断层、片理等软弱面与斜坡坡面倾向近

18、于一致断层、片理等软弱面与斜坡坡面倾向近于一致时，则斜坡的岩体容易失稳成为滑坡。时，则斜坡的岩体容易失稳成为滑坡。许多边坡在陡坡角和几百米高的条件下是稳许多边坡在陡坡角和几百米高的条件下是稳定的，而许多平缓边坡高仅几十米就破坏了，定的，而许多平缓边坡高仅几十米就破坏了，这种差异是因为岩石边坡的稳定性是随岩体中这种差异是因为岩石边坡的稳定性是随岩体中不连续面不连续面(如断层、节理等如断层、节理等)的倾角而变化的。的倾角而变化的。三、边坡三、边坡稳定性的影响因素稳定性的影响因素岩石力学岩石力学4 4、水的影响：地下水在斜坡内的、水的影响：地下水在斜坡内的静水静水压力、动水压力及软化岩土体作用压力、

19、动水压力及软化岩土体作用，使斜，使斜坡稳定性降低，是影响斜坡稳定性的重要坡稳定性降低，是影响斜坡稳定性的重要因素。因素。斜坡的变形与破坏大都发生在雨季或雨后，斜坡的变形与破坏大都发生在雨季或雨后，还有部分发生在水库蓄水和渠道放水之后，还有部分发生在水库蓄水和渠道放水之后，有的则发生在施工排水不当的情况下，这有的则发生在施工排水不当的情况下，这些都表明些都表明水对斜坡稳定性的影响水对斜坡稳定性的影响是十分显是十分显著的。著的。三、边坡三、边坡稳定性的影响因素稳定性的影响因素岩石力学岩石力学5 5、爆破与地震：爆破与地震可使岩体进、爆破与地震：爆破与地震可使岩体进一步破碎，破坏岩土体结构，强度降低

20、。地震一步破碎，破坏岩土体结构，强度降低。地震产生惯性力增加滑体下滑力，促进滑坡的发生。产生惯性力增加滑体下滑力，促进滑坡的发生。地震引起坡体振动，等于坡体承受一种附加地震引起坡体振动，等于坡体承受一种附加荷载，它使坡体受到反复振动冲击，使坡体软荷载，它使坡体受到反复振动冲击，使坡体软弱面咬合松动，抗剪强度降低或完全失去结构弱面咬合松动，抗剪强度降低或完全失去结构强度，斜坡稳定性下降甚至失稳。地震对斜坡强度，斜坡稳定性下降甚至失稳。地震对斜坡破坏的影响程度，取决于地震烈度大小，并与破坏的影响程度，取决于地震烈度大小，并与斜坡的岩性、层理、断裂的分布和密度以及坡斜坡的岩性、层理、断裂的分布和密度

21、以及坡面的方位和岩土体含水性有关。面的方位和岩土体含水性有关。三、边坡三、边坡稳定性的影响因素稳定性的影响因素岩石力学岩石力学6 6、构造应力：水平构造残余应力愈大，、构造应力：水平构造残余应力愈大，影响愈大，呈正比关系，与自重应力状态下相影响愈大，呈正比关系，与自重应力状态下相比较，边坡变形与破坏的范围增大，程度加剧。比较，边坡变形与破坏的范围增大，程度加剧。边坡处于一定历史条件下的地应力环境之中，边坡处于一定历史条件下的地应力环境之中，特别是在新构造运动强烈的地区，往往存在较特别是在新构造运动强烈的地区，往往存在较大的水平构造残余应力，因而这些地区边坡岩大的水平构造残余应力，因而这些地区边

22、坡岩体的临空面附近常常形成应力集中，主要表现体的临空面附近常常形成应力集中，主要表现为加剧应力分异现象。这在坡脚、坡面及坡顶为加剧应力分异现象。这在坡脚、坡面及坡顶张力带表现得最明显。张力带表现得最明显。三、边坡三、边坡稳定性的影响因素稳定性的影响因素岩石力学岩石力学7 7、风化作用：使边坡岩体强度减小，坡、风化作用：使边坡岩体强度减小，坡体稳定性大大降低，促进斜坡变形与破坏，坡体稳定性大大降低，促进斜坡变形与破坏，坡体岩土风化越深，斜坡稳定性越差；体岩土风化越深，斜坡稳定性越差；综上所述，论证边坡稳定性应根据岩体的结综上所述，论证边坡稳定性应根据岩体的结构特点、水文地质条件、地形地貌特征，并

23、结构特点、水文地质条件、地形地貌特征，并结合区域地质发育史，分析各种营力的作用性质合区域地质发育史，分析各种营力的作用性质及变化过程进行。及变化过程进行。三、边坡三、边坡稳定性的影响因素稳定性的影响因素岩石力学岩石力学岩石力学岩石力学7.3 边坡稳定性分析计算岩石力学岩石力学（一）、（一）、边坡稳定性分析方法分类边坡稳定性分析方法分类目前用于边坡稳定性分析的方法大体上可目前用于边坡稳定性分析的方法大体上可分为分为定性分析方法和定量分析方法定性分析方法和定量分析方法两大类。两大类。定性分析方法：工程类比法、赤平极射投定性分析方法：工程类比法、赤平极射投影法、实体比例投影法、摩擦圆法等；影法、实体

24、比例投影法、摩擦圆法等；定量分析方法：极限平衡法、数值分析法定量分析方法：极限平衡法、数值分析法(有限元，边界元，离散元等有限元，边界元，离散元等)及可靠性分析及可靠性分析方法方法(蒙特卡洛法和随机有限元法等蒙特卡洛法和随机有限元法等)。一、稳定性分析方法综述一、稳定性分析方法综述岩石力学岩石力学（二）、（二）、极限平衡法基本原理极限平衡法基本原理极限平衡法是依据边坡上的滑体或滑体分极限平衡法是依据边坡上的滑体或滑体分块的力学平衡原理块的力学平衡原理(即静力平衡原理即静力平衡原理)，分析，分析边坡各种破坏模式下的受力状态，以及边坡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

25、的关系，来评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。价边坡的稳定性。极限平衡法是边坡稳定性分析计算的最主极限平衡法是边坡稳定性分析计算的最主要方法，也是工程实践中应用最多的一种方要方法，也是工程实践中应用最多的一种方法。法。一、稳定性分析方法综述一、稳定性分析方法综述岩石力学岩石力学（三）、极限平衡稳定性分析方法（三）、极限平衡稳定性分析方法 1 1、瑞典法（、瑞典法（FelleniusFellenius法，法，1936)1936)；2 2、毕肖普法（、毕肖普法（BishopBishop法，法，1955)1955)；3 3、简布法（、简布法（JanbuJanbu法，法，19541

26、954，1973)1973)；4 4、摩根斯坦泼赖斯法（、摩根斯坦泼赖斯法（MorgensernMorgensern-Price-Price法法 ,1965),1965)；5 5、斯宾塞法（、斯宾塞法（SpencerSpencer法、法、l973)l973)；6 6、萨尔玛法（、萨尔玛法（SarmaSarma法，法，1979)1979)；7 7、传递系数法；、传递系数法；8、楔形体法；、楔形体法；9、三维极限平衡计算法。、三维极限平衡计算法。一、稳定性分析方法综述一、稳定性分析方法综述岩石力学岩石力学（四）、极限平衡计算方法选择：（四）、极限平衡计算方法选择：1 1、二维？三维计算？、二维？三

27、维计算？2 2、滑面形状：平面破坏面、圆弧形、滑面形状：平面破坏面、圆弧形破坏面、任意形状破坏面；破坏面、任意形状破坏面；3 3、考虑滑体内岩体结构面错动时可考虑滑体内岩体结构面错动时可选择选择Sarma法。法。4、简化法？精确法？、简化法？精确法？一、稳定性分析方法综述一、稳定性分析方法综述岩石力学岩石力学（五）、（五）、极限平衡法特点极限平衡法特点在极限平衡法的各种方法中，尽管在极限平衡法的各种方法中，尽管每种分每种分析方法都有它适用范围及假定条件析方法都有它适用范围及假定条件，且得出，且得出的计算公式所涉及的因素各不相同，但将它的计算公式所涉及的因素各不相同，但将它们都归结为极限平衡法，

28、大前提是相同的，们都归结为极限平衡法，大前提是相同的，所有的极限平衡法都有三个前提。所有的极限平衡法都有三个前提。一、稳定性分析方法综述一、稳定性分析方法综述岩石力学岩石力学1 1、滑动面上岩土提供的极限抗剪强度、滑动面上岩土提供的极限抗剪强度S S与与作用在滑面上的垂直应力作用在滑面上的垂直应力存在如下关系：存在如下关系：一、稳定性分析方法综述一、稳定性分析方法综述式中，式中，C C、CC分别为滑动面的粘结力分别为滑动面的粘结力和有效粘结力；和有效粘结力；、分别为滑动面分别为滑动面的内摩擦角和有效内摩擦角；的内摩擦角和有效内摩擦角；u为滑动面为滑动面孔隙水压力。孔隙水压力。SCtg()SCu

29、 tg岩石力学岩石力学2 2、稳定系数、稳定系数F(F(安全系数安全系数)的定义为沿最危的定义为沿最危险破坏面作用的最大抗滑力险破坏面作用的最大抗滑力(或力矩或力矩)与下滑与下滑力力(或力矩或力矩)的比值。即的比值。即3 3、二维极限平衡分析的基本单元是单位、二维极限平衡分析的基本单元是单位宽度的分块滑体（刚性）。宽度的分块滑体（刚性）。一、稳定性分析方法综述一、稳定性分析方法综述F抗滑力（或力矩）下滑力（或力矩）岩石力学岩石力学平面破坏计算法是对边坡上滑体沿单一结平面破坏计算法是对边坡上滑体沿单一结构面或软弱面产生平面滑动的分析方法。构面或软弱面产生平面滑动的分析方法。二、平面破坏计算法二、

30、平面破坏计算法岩石力学岩石力学（一）、假定条件（一）、假定条件 1 1、滑动面及张裂隙的走向平行于坡面；、滑动面及张裂隙的走向平行于坡面；2 2、张裂隙是直立的，其中充有高度为、张裂隙是直立的，其中充有高度为ZwZw的水柱；的水柱；3 3、水沿张裂隙的底进入滑动面并沿滑动、水沿张裂隙的底进入滑动面并沿滑动面渗透；面渗透；4 4、滑体沿滑动面做刚性下滑。、滑体沿滑动面做刚性下滑。二、平面破坏计算法二、平面破坏计算法岩石力学岩石力学（二）、滑体作用力（二）、滑体作用力滑体上作用力有：滑体重量滑体上作用力有：滑体重量W W；滑动面上的；滑动面上的法向力法向力N N；滑动面；滑动面L L的裂隙水压力的

31、裂隙水压力U(U(该力在库该力在库仑准则里考虑仑准则里考虑)；抗滑力抗滑力S S；作用；作用在滑体重心上的在滑体重心上的水平力水平力(如地震如地震力力)Q)QA A；张裂隙；张裂隙孔隙水压力孔隙水压力V V。二、平面破坏计算法二、平面破坏计算法岩石力学岩石力学二、平面破坏计算法二、平面破坏计算法滑线法向力平衡：滑线法向力平衡：00001sincossincossincos()AANNQWVSQWVSSClNU tgF滑线滑线切向力切向力平衡：平衡：库仑破坏准则和安全系数定义：库仑破坏准则和安全系数定义：（三）、力学分析（三）、力学分析岩石力学岩石力学二、平面破坏计算法二、平面破坏计算法11()

32、(sincossin)(sincossin)cossincosAAAFClNU tgSClQWVU tgSClQWVU tgQWV岩石力学岩石力学滑面水浮托力滑面水浮托力U U、裂隙水压力、裂隙水压力V V和滑面长度和滑面长度l：二、平面破坏计算法二、平面破坏计算法2212()sinsinWWWWZHZUVZHZl岩石力学岩石力学 Bishop法是一种适合于圆弧形破坏滑法是一种适合于圆弧形破坏滑动面的边坡稳定性分析方法，但它不要动面的边坡稳定性分析方法，但它不要求滑动面为严格的圆弧，而只是近似圆求滑动面为严格的圆弧，而只是近似圆弧即可。弧即可。三、简化毕肖普（三、简化毕肖普（Bishop)法法

33、岩石力学岩石力学（一）假设条件（一）假设条件1、滑动面为圆弧形或近似圆弧形；、滑动面为圆弧形或近似圆弧形；2、采用简化、采用简化Bisllop法时假定条块侧法时假定条块侧面的垂直剪力面的垂直剪力(Yi-Yi+1)tgi0三、简化毕肖普（三、简化毕肖普（Bishop)法法岩石力学岩石力学（二）（二）滑体条块作用力：滑体条块作用力：分块的重量分块的重量Wi；分块；分块上的地面荷载上的地面荷载Qi；作用；作用在分块上的水平作用力在分块上的水平作用力QAi；条间作用力的水平；条间作用力的水平分量分量Xi；条间作用力的垂；条间作用力的垂直分量直分量Yi；条块底面的抗；条块底面的抗剪力剪力Si；条块底面的

34、法向；条块底面的法向力力Ni。三、简化毕肖普（三、简化毕肖普（Bishop)法法岩石力学岩石力学三、简化毕肖普（三、简化毕肖普（Bishop)法法条块垂向力平衡：条块垂向力平衡：110011111cossin()(sin)cossiniiiiiiiiii iii iiiiii iiiii iiiiiiiYWNYYSQSC lNu l tgFNWQC lYmFYu l tgFmtgF库仑破坏准则：库仑破坏准则：（三）、力学分析（三）、力学分析岩石力学岩石力学由滑体绕圆弧中心由滑体绕圆弧中心O点力矩平衡点力矩平衡Mo0得得三、简化毕肖普（三、简化毕肖普（Bishop)法法111101()sinco

35、s)()()sincos(cos)iiiAiiiniiiiiiiiiiiinniiiAiiiiiiiWQ RS RQ RC bWQu b tgYYtgmFWQQbl岩石力学岩石力学令令(Yi-Yi+1)tgi0得简化得简化Bishop法：法：三、简化毕肖普（三、简化毕肖普（Bishop)法法1111()()sincos(cos)niiiiiiiiinniiiAiiiiiiiC bWQu b tgmFWQQbl岩石力学岩石力学（一）、假设条件（一）、假设条件 1、垂直条块侧面上的作用力位于滑、垂直条块侧面上的作用力位于滑面之上面之上13条块高处；条块高处；2、作用在条块上的重力、反力通过、作用在

36、条块上的重力、反力通过条块底面的中点。条块底面的中点。四、简布（四、简布（Janbu)法法岩石力学岩石力学四、简布（四、简布（Janbu)法法岩石力学岩石力学（二）、（二）、Janbu法满足的平衡条件法满足的平衡条件1、条块水平方向力平衡；、条块水平方向力平衡；2、条块垂直方向力平衡；、条块垂直方向力平衡；3、条块绕分块底滑面中点的力矩平、条块绕分块底滑面中点的力矩平衡。衡。四、简布（四、简布（Janbu)法法岩石力学岩石力学 （一）、基本原理：（一）、基本原理：Sarma法是法是Sarma 于于1979年在年在“边坡边坡和堤坝稳定性分析和堤坝稳定性分析”一文中提出的，基一文中提出的，基本本原

37、理是：边坡破坏的滑体除非是沿一个原理是：边坡破坏的滑体除非是沿一个理想的平面或弧面滑动，才可能作一个理想的平面或弧面滑动，才可能作一个完整的刚体运动，否则，滑体必须先破完整的刚体运动，否则，滑体必须先破裂成多个可相对滑动的块体，才可能发裂成多个可相对滑动的块体，才可能发生滑动。也就是说在滑体内部要发生剪生滑动。也就是说在滑体内部要发生剪切情况下才可能滑动。切情况下才可能滑动。五、萨尔玛（五、萨尔玛（Sarma)法法岩石力学岩石力学五、萨尔玛（五、萨尔玛（Sarma)法法岩石力学岩石力学五、萨尔玛（五、萨尔玛（Sarma)法法岩石力学岩石力学五、萨尔玛（五、萨尔玛（Sarma)法法（二）、（二）

38、、Sarma法满足的平衡条件法满足的平衡条件1、条块水平方向力平衡；、条块水平方向力平衡；2、条块垂直方向力平衡；、条块垂直方向力平衡；3、条块、条块底面和侧面底面和侧面同时满足摩尔同时满足摩尔库仑强度准则。库仑强度准则。岩石力学岩石力学（三）、水平加速度（三）、水平加速度K的递推公式：的递推公式：五、萨尔玛（五、萨尔玛（Sarma)法法111111121113 2121113 2()/()/()/ibi iiibiisiiiwisiisiiiwisinnnnn nn nnnnnn nn nSC lNU tgFXC dEP tgFXCdEPtgFaa eae eae eeeKPP eP e e

39、Pe eee岩石力学岩石力学（四）、稳定系数计算（四）、稳定系数计算 计算稳定系数时，首先假设稳定系数计算稳定系数时，首先假设稳定系数F1，计算出，计算出K，此时为，此时为KC，即，即极限水平极限水平加速度加速度，物理意义是，使滑体达到极限，物理意义是，使滑体达到极限平衡时的平衡状态，必须在滑体上施加平衡时的平衡状态，必须在滑体上施加一个临界水平加速度一个临界水平加速度KC，KC为正时，方为正时，方向向坡外，向向坡外，KC为负时方向向坡内。求其为负时方向向坡内。求其稳定系数稳定系数F，要采用迭代法求解。，要采用迭代法求解。五、萨尔玛（五、萨尔玛（Sarma)法法岩石力学岩石力学（五）、主要特点

40、及适用条件（五）、主要特点及适用条件用极限加速度系数用极限加速度系数Kc来描述边坡的稳来描述边坡的稳定程度，可用于评价各种破坏模式边坡定程度，可用于评价各种破坏模式边坡稳定性，如平面破坏、楔形体破坏，圆稳定性，如平面破坏、楔形体破坏，圆弧面破坏和非圆弧面破坏等，而且弧面破坏和非圆弧面破坏等，而且它的它的条块的分条是任意的条块的分条是任意的，无需条块边界垂，无需条块边界垂直，从而可以对各种特殊的边坡破坏模直，从而可以对各种特殊的边坡破坏模式进行稳定性分析，式进行稳定性分析，Sarma法计算比较法计算比较复杂，要用迭代法计算。复杂，要用迭代法计算。五、萨尔玛（五、萨尔玛（Sarma)法法岩石力学岩

41、石力学三维楔形体三维楔形体法主要用于岩法主要用于岩体受结构面控体受结构面控制的楔体，沿制的楔体，沿两个相交的不两个相交的不连续面上滑动连续面上滑动时边坡的稳定时边坡的稳定性分析。性分析。六、三维楔形体法六、三维楔形体法岩石力学岩石力学（一）、假设条件（一）、假设条件 1、楔体由两相交结构面、坡面和坡、楔体由两相交结构面、坡面和坡顶面构成；顶面构成；2、滑体沿两滑面的交线下滑；、滑体沿两滑面的交线下滑；3、坡顶面倾斜；、坡顶面倾斜；4、坡肩后面有张裂缝存在；、坡肩后面有张裂缝存在；5、张裂缝中和滑动面上有水压作用、张裂缝中和滑动面上有水压作用6、作用有锚固力。、作用有锚固力。六、三维楔形体法六、

42、三维楔形体法岩石力学岩石力学(二）、滑体作用力二）、滑体作用力楔体的重量；平面楔体的重量；平面A、B上的总法向力、有效上的总法向力、有效法向力、水浮托力；法向力、水浮托力；张裂缝中水压力；锚张裂缝中水压力；锚索或锚杆所施加的外索或锚杆所施加的外部锚固力；顺着潜在部锚固力；顺着潜在滑动线的抗滑力；水滑动线的抗滑力；水平地震力。平地震力。六、三维楔形体法六、三维楔形体法岩石力学岩石力学（三）、稳定系数（三）、稳定系数六、三维楔形体法六、三维楔形体法5555AABBaeAbeBwvTeSFSC AC AN tgN tgmWm VmTmKW岩石力学岩石力学采用极限平衡法分析边坡稳定性时，采用极限平衡法

43、分析边坡稳定性时，首先需要确定滑面的形状和位置首先需要确定滑面的形状和位置，对于，对于直接由边坡体内的软弱结构面控制的滑直接由边坡体内的软弱结构面控制的滑面，可由工程地质的方法确定其位置和面，可由工程地质的方法确定其位置和形状。而对于无软弱结构面控制的或部形状。而对于无软弱结构面控制的或部分受软弱结构面控制的边坡滑面，其最分受软弱结构面控制的边坡滑面，其最危险滑面的确定就成为重要而又必须解危险滑面的确定就成为重要而又必须解决的问题。决的问题。七、最危险滑面的优化搜索七、最危险滑面的优化搜索岩石力学岩石力学 寻找最危险滑面，实际上是找出安寻找最危险滑面，实际上是找出安全系数最小全系数最小(最容易

44、发生滑坡最容易发生滑坡)的那个滑的那个滑面，即找出函数面，即找出函数F(Xi)的最小值的最小值.Fmin=minF(Xi)式中，式中，Fmin为最小安全系数；为最小安全系数；F(Xi)为第为第i个潜在滑面的安全系数，个潜在滑面的安全系数，是滑面几何尺寸的函数，是滑面几何尺寸的函数，Xi是是N维向量，维向量，XiX1，X2，XN控制着第控制着第i个滑个滑面的几何形状和位置。面的几何形状和位置。七、最危险滑面的优化搜索七、最危险滑面的优化搜索岩石力学岩石力学危险滑面的确定包含着安全系数的优危险滑面的确定包含着安全系数的优化，因而在安全系数的优化过程中，将化，因而在安全系数的优化过程中，将产生最小安

45、全系数值，同时也将产生相产生最小安全系数值，同时也将产生相应于最小安全系数的滑面。安全系数的应于最小安全系数的滑面。安全系数的优化可采用非线性优化方法（如优化可采用非线性优化方法（如0.618法、最优梯度法、单纯形法）、人工智法、最优梯度法、单纯形法）、人工智能算法（神经网络法、遗传算法和蚁群能算法（神经网络法、遗传算法和蚁群算法）和随机搜索法等。算法）和随机搜索法等。七、最危险滑面的优化搜索七、最危险滑面的优化搜索岩石力学岩石力学显然，稳定系数限值显然，稳定系数限值FS的取值的大小的取值的大小是边坡设计和稳定性评价中的最重要的是边坡设计和稳定性评价中的最重要的决策。目前国内外不少学者和政府机

46、构决策。目前国内外不少学者和政府机构的规范根据不同工程和工程所在的地区的规范根据不同工程和工程所在的地区推荐了不同的稳定系数限值推荐了不同的稳定系数限值FS，建议的，建议的FS值多在值多在1.051.50的范围内。的范围内。八、稳定系数限值八、稳定系数限值FS岩石力学岩石力学岩石力学岩石力学7.4 滑坡的防治与监测岩石力学岩石力学 边坡的稳定性破坏，是由于岩石的抗拉或边坡的稳定性破坏，是由于岩石的抗拉或抗剪强度被克服所致抗剪强度被克服所致,破坏有不同的模式。破坏有不同的模式。滑坡是一种深层的边坡破坏，按工程实际对滑坡是一种深层的边坡破坏，按工程实际对滑坡进行分类，主要有三大类型滑坡进行分类，主

47、要有三大类型：1)1)、岩块流动滑坡；、岩块流动滑坡；2)2)、平面剪切滑坡；、平面剪切滑坡；3)3)、旋转剪切滑坡。、旋转剪切滑坡。一、滑坡的工程分类一、滑坡的工程分类岩石力学岩石力学 （一）滑坡监测的目的（一）滑坡监测的目的1 1、滑坡整治前配合地面调查和勘探工作，、滑坡整治前配合地面调查和勘探工作，收集各种位移及变形资料，研究不同地质条件收集各种位移及变形资料，研究不同地质条件下不同类型滑坡的产生过程、发育阶段和动态下不同类型滑坡的产生过程、发育阶段和动态规律，用以分析滑坡性质，为整治设计提供资规律，用以分析滑坡性质，为整治设计提供资料。料。如滑坡体上各种裂缝产生、发展的顺序及分如滑坡体

48、上各种裂缝产生、发展的顺序及分布特征；滑坡各部分的应力分布及变化；滑坡布特征；滑坡各部分的应力分布及变化；滑坡发育阶段的划分及动态规律。发育阶段的划分及动态规律。二、滑坡的监测二、滑坡的监测岩石力学岩石力学2 2、研究滑坡的主要影响因素。、研究滑坡的主要影响因素。3 3、研究抗滑构筑物的受力状态。、研究抗滑构筑物的受力状态。4 4、研究滑坡的预报方法、研究滑坡的预报方法5 5、在整治过程中，监视滑坡的发展变化情、在整治过程中，监视滑坡的发展变化情况，预测发展动向，防止事故发生。况，预测发展动向，防止事故发生。6 6、整治工程完成后，通过一定时期的延续、整治工程完成后，通过一定时期的延续观测，判

49、断其是否逐渐稳定，并检验完成治理观测，判断其是否逐渐稳定，并检验完成治理工程的整治效果。工程的整治效果。二、滑坡的监测二、滑坡的监测岩石力学岩石力学（二）监测方法（二）监测方法 1 1、滑坡地面位移观测、滑坡地面位移观测建网观测建网观测 滑坡的演变一般较为复杂，为掌握滑坡的滑坡的演变一般较为复杂，为掌握滑坡的变形规律，研究防治措施，对不同类型的滑坡，变形规律，研究防治措施，对不同类型的滑坡，应设置滑坡位移观测网进行仪器观测。应设置滑坡位移观测网进行仪器观测。建立位移观测网，观测滑坡动态是研究滑坡建立位移观测网，观测滑坡动态是研究滑坡的传统方法之一。的传统方法之一。二、滑坡的监测二、滑坡的监测岩

50、石力学岩石力学二、滑坡的监测二、滑坡的监测537005370053600#公路101900102000536001020001019005350053500岩石力学岩石力学二、滑坡的监测二、滑坡的监测岩石力学岩石力学 2 2、地表裂缝简易观测法、地表裂缝简易观测法 滑坡变形过程中，在滑体的不同部位所产滑坡变形过程中，在滑体的不同部位所产生的裂缝随滑坡变形的发展而变化，具有明显生的裂缝随滑坡变形的发展而变化，具有明显的规律，对于反映于地表及建筑物上的裂缝进的规律，对于反映于地表及建筑物上的裂缝进行动态观测，就可以准确地了解滑动体变形的行动态观测，就可以准确地了解滑动体变形的全过程。全过程。二、滑