第四章斜坡变形破坏工程地质研究课件.ppt
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- 第四 斜坡 变形 破坏 工程地质 研究 课件
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1、第四章第四章斜坡变形破坏工程地质研究斜坡变形破坏工程地质研究n 边坡中的应力分布特征边坡中的应力分布特征n 边坡的变形与破坏边坡的变形与破坏n 边坡稳定性分析方法边坡稳定性分析方法n 边坡变形破坏的防治措施边坡变形破坏的防治措施n斜坡斜坡(slope)统指地表一切具有侧向临空面的地质体,统指地表一切具有侧向临空面的地质体,包括天然斜坡和人工边坡。包括天然斜坡和人工边坡。n天然斜坡天然斜坡(简称斜坡)是指自然地质作用形成未经人简称斜坡)是指自然地质作用形成未经人工改造的斜坡。工改造的斜坡。n人工边坡人工边坡(简称边坡)是指经人工开挖或改造形成的简称边坡)是指经人工开挖或改造形成的斜坡。斜坡。n斜
2、坡的变形与破坏斜坡的变形与破坏第一节第一节 概述概述坡底坡底坡脚坡脚坡角坡角坡顶坡顶坡高坡高土坡稳定分析问题土坡稳定分析问题唐古拉山北的断坡滑塌(镜头向南,唐古拉山北的断坡滑塌(镜头向南,2001.3)宁东盆中的断坡滑塌(镜头向南,宁东盆中的断坡滑塌(镜头向南,2001.7)江、河、湖、海岸坡 挖方:沟、渠、坑、池 填方:堤、坝、路基、堆料小浪底土石坝山坡上方有崩落和滑动危险的巨石山坡上方有崩落和滑动危险的巨石 鹰嘴岩滑坡鹰嘴岩滑坡 汉口新华下路一建汉口新华下路一建筑工地发生筑工地发生基坑滑基坑滑坡坡事故,造成工地事故,造成工地旁一条道路塌陷,旁一条道路塌陷,出现约出现约2020米长的裂米长的
3、裂缝,部分地下管线缝,部分地下管线移位。移位。(2005.72005.7)地铁隧道坍塌(地铁隧道坍塌(2007.3)n研究目的研究目的:研究边坡变形破坏的:研究边坡变形破坏的机理机理(包括应包括应力分布及变形破坏特征力分布及变形破坏特征)与与稳定性稳定性,为边坡预,为边坡预测预报及整治提供岩体力学依据。其中测预报及整治提供岩体力学依据。其中稳定稳定性计算是边坡稳定性分析的核心性计算是边坡稳定性分析的核心。第二节第二节 斜坡中的应力分布特征斜坡中的应力分布特征n在岩土体中进行开挖,形成人工边坡后,在岩土体中进行开挖,形成人工边坡后,由于开挖卸荷,在由于开挖卸荷,在近边坡面一定范围内近边坡面一定范
4、围内的岩土体的岩土体中,发生应力重分布作用,使中,发生应力重分布作用,使边坡岩土体处于重分布应力状态。边坡岩土体处于重分布应力状态。n边坡岩土体为适应重分布应力状态,将边坡岩土体为适应重分布应力状态,将发生发生变形和破坏变形和破坏。因此,研究边坡岩土。因此,研究边坡岩土体重分布应力特征是进行稳定性分析的体重分布应力特征是进行稳定性分析的基础。基础。一、应力状态的变化一、应力状态的变化v 边坡面附近的边坡面附近的主应力迹线发生偏转主应力迹线发生偏转。最大主应。最大主应力与坡面近于平行,最小主应力与坡面近于正力与坡面近于平行,最小主应力与坡面近于正交,向坡体内逐渐恢复初始应力状态。交,向坡体内逐渐
5、恢复初始应力状态。v 坡面上径向应力为零,为坡面上径向应力为零,为双向应力状态双向应力状态,向坡,向坡内逐渐转为三向应力状态。内逐渐转为三向应力状态。v 坡面附近产生应力集中带。在坡脚附近,最大坡面附近产生应力集中带。在坡脚附近,最大剪应力增高,最易发生剪切破坏。在坡肩附近,剪应力增高,最易发生剪切破坏。在坡肩附近,常形成拉应力带。边坡愈陡,则此带范围愈大,常形成拉应力带。边坡愈陡,则此带范围愈大,因此,坡肩附近最易拉裂破坏。因此,坡肩附近最易拉裂破坏。v 最大剪应力迹线为最大剪应力迹线为凹向坡面的弧线凹向坡面的弧线。二、影响边坡应力分布的因素二、影响边坡应力分布的因素n(1)天然应力天然应力
6、 水平天然应力使坡体水平天然应力使坡体应力重分布作用加剧。应力重分布作用加剧。n(2)坡形、坡高、坡角及坡底宽度坡形、坡高、坡角及坡底宽度v坡高坡高不改变应力等值线的形状,但不改变应力等值线的形状,但改变主应力的大小。改变主应力的大小。v坡角坡角影响边坡岩体应力分布图象。影响边坡岩体应力分布图象。v坡底宽度坡底宽度对坡脚岩体应力有较大的对坡脚岩体应力有较大的影响。影响。v坡面形状坡面形状对重分布应力也有明显的对重分布应力也有明显的影响。影响。n(3)(3)岩体性质岩体性质v岩体变形模量对边坡应力影响不大,泊松比对边坡应力岩体变形模量对边坡应力影响不大,泊松比对边坡应力影响较大。这是由于泊松比的
7、变化,可以使水平自重应影响较大。这是由于泊松比的变化,可以使水平自重应力发生改变。力发生改变。n(4)(4)结构面结构面v结构面的存在使坡体中应力发生不连续分布,并在结构结构面的存在使坡体中应力发生不连续分布,并在结构面周边或端点形成应力集中带或阻滞应力的传递,这种面周边或端点形成应力集中带或阻滞应力的传递,这种情况在坚硬岩体边坡中尤为明显情况在坚硬岩体边坡中尤为明显。第三节第三节 边坡的变形与破坏边坡的变形与破坏n边坡的变形与破坏是边坡发展演化过程中两个边坡的变形与破坏是边坡发展演化过程中两个不同的阶段,变形属量变阶段,而破坏则是质不同的阶段,变形属量变阶段,而破坏则是质变阶段,它们形成一个
8、变阶段,它们形成一个渐进性破坏渐进性破坏过程。过程。一、边坡变形的基本类型一、边坡变形的基本类型二、边坡破坏的基本类型二、边坡破坏的基本类型三、影响边坡变形破坏的因素三、影响边坡变形破坏的因素一、边坡变形的基本类型一、边坡变形的基本类型1、卸荷回弹(拉裂)、卸荷回弹(拉裂)在成坡过程中,由于荷在成坡过程中,由于荷重不断减少,边坡岩体在重不断减少,边坡岩体在减荷方向减荷方向(临空面临空面)产生产生伸长变形,即卸荷回弹。伸长变形,即卸荷回弹。天然应力越大,向临空天然应力越大,向临空方向的回弹变形量也越大。方向的回弹变形量也越大。往往会伴随产生一系列的往往会伴随产生一系列的张性结构面。张性结构面。2
9、、蠕变变形(蠕滑)、蠕变变形(蠕滑)n边坡中的应力对于人类工程活动的有限时间来说,可以认边坡中的应力对于人类工程活动的有限时间来说,可以认为是保持不变的。在这种近似不变的应力作用下,边坡的为是保持不变的。在这种近似不变的应力作用下,边坡的变形也将会随时间不断增加,这种变形称为蠕变变形。变形也将会随时间不断增加,这种变形称为蠕变变形。n当边坡内的应力未超过岩土体的长期强度时,则这种变形当边坡内的应力未超过岩土体的长期强度时,则这种变形所引起的破坏是局部的。反之,这种变形将导致边坡的整所引起的破坏是局部的。反之,这种变形将导致边坡的整体失稳。体失稳。n这种破裂失稳是经过局部破裂逐渐产生的,几乎所有
10、的边这种破裂失稳是经过局部破裂逐渐产生的,几乎所有的边坡失稳都要经历这种逐渐变形破坏过程。坡失稳都要经历这种逐渐变形破坏过程。3、弯折倾倒、弯折倾倒n由陡倾片状岩石组成的斜坡,当走向与坡面平行时,在重由陡倾片状岩石组成的斜坡,当走向与坡面平行时,在重力作用下发生向临空面方向同步弯曲的现象。力作用下发生向临空面方向同步弯曲的现象。n机制:相当于悬臂梁在弯矩作用下所发生的弯曲。机制:相当于悬臂梁在弯矩作用下所发生的弯曲。n发展下去,可形成崩塌、滑坡;在天然边坡和人工边坡中发展下去,可形成崩塌、滑坡;在天然边坡和人工边坡中均存在。均存在。二、边坡破坏的基本类型二、边坡破坏的基本类型单平面滑动单平面滑
11、动双平面滑动双平面滑动多平面滑动多平面滑动边边坡坡破破坏坏的的基基本本类类型型楔形状滑动楔形状滑动圆弧形滑动圆弧形滑动平面滑动平面滑动滑坡滑坡崩塌崩塌n滑坡:滑坡:斜坡岩土体沿着贯通的剪切破坏面(带),产斜坡岩土体沿着贯通的剪切破坏面(带),产生以水平运动为主的现象,称为滑坡。生以水平运动为主的现象,称为滑坡。n崩塌:崩塌:斜坡岩土体被结构面分割的块体,突然脱离母斜坡岩土体被结构面分割的块体,突然脱离母体以垂直运动为主、翻滚跌跃而下的现象与过程。体以垂直运动为主、翻滚跌跃而下的现象与过程。n特点:特点:突然脱离母体,发生在高陡边坡的坡肩部位,质点突然脱离母体,发生在高陡边坡的坡肩部位,质点位移
12、位移SySx,在垂直方向运动为主;其无依附面,飞跃而下,在垂直方向运动为主;其无依附面,飞跃而下,规律复杂,爆发突然;规律复杂,爆发突然;n机制:机制:某一滑移面上的剪应力超过了该面的抗剪强度。某一滑移面上的剪应力超过了该面的抗剪强度。n特点:特点:较深层的破坏,滑移面深入到坡体内部以至坡脚以较深层的破坏,滑移面深入到坡体内部以至坡脚以下,质点位移下,质点位移SxSy;有依附面(滑移面),滑移速度比较;有依附面(滑移面),滑移速度比较慢,且具有整体性。慢,且具有整体性。滑坡 清江隔河岩水库茅坪滑坡、白岩危岩体清江隔河岩水库茅坪滑坡、白岩危岩体 三、影响边坡变形破坏的因素三、影响边坡变形破坏的因
13、素n1、岩性岩性 决定岩土体边坡稳定性的物质基础。决定岩土体边坡稳定性的物质基础。n2、岩土体结构岩土体结构 岩土体结构及结构面的发育特征是边坡岩土体结构及结构面的发育特征是边坡破坏的控制因素。破坏的控制因素。n3、水的作用水的作用 使岩土体的质量增大、滑动面的滑动力使岩土体的质量增大、滑动面的滑动力增大;岩土体软化、抗剪强度降低;对岩土体产生动增大;岩土体软化、抗剪强度降低;对岩土体产生动水压力和静水压力。水压力和静水压力。n4、风化作用风化作用 使岩土体内裂隙增多、扩大,透水性增使岩土体内裂隙增多、扩大,透水性增强,抗剪强度降低。强,抗剪强度降低。n5、地形地貌地形地貌 直接影响边坡内的应
14、力分布特征,进直接影响边坡内的应力分布特征,进而影响边坡的变形破坏形式及边坡的稳定性。而影响边坡的变形破坏形式及边坡的稳定性。n6、地震地震 产生地震惯性力产生地震惯性力 n7、人为因素人为因素Fs1.4Fs2.5 Frame 001 15 Apr 2006 Example:2D Finite-Element DataFrame 001 15 Apr 2006 Example:2D Finite-Element DatatF1.78(SSRFEM)Frame 001 06 Jun 2006 Example:2D Finite-Element DataFrame 001 06 Jun 2006
15、Example:2D Finite-Element DatatF2.50(SSRFEM)17.1m7.3m7.3m33.5m123.1m33.5mH=28.6m18 Frame 001 09 Jun 2006 Example:2D Finite-ElementDataFrame 001 09 Jun 2006 Example:2D Finite-ElementDatatF1.55(SSRFEM)Frame 001 08 Jul 2006 Example:2D Finite-Element DataFrame 001 08 Jul 2006 Example:2D Finite-Element D
16、atatF1.90(SSRFEM)t60小时t70小时t75小时非稳定渗流情况非稳定渗流情况 Frame 001 08 Jul 2006 Example:2D Finite-Element DataFrame 001 08 Jul 2006 Example:2D Finite-Element DatatF1.95(SSRFEM)Frame 001 14 Apr 2006 Example:2D Finite-Element DataFrame 001 14 Apr 2006 Example:2D Finite-Element DatatF2.08(SSRFEM)Frame 001 14 Apr
17、2006 Example:2D Finite-Element DataFrame 001 14 Apr 2006 Example:2D Finite-Element DatatF1.98(SSRFEM)tF2.03 (SSRFEM)Frame 001 14 Apr 2006 Example:2D Finite-Element DataFrame 001 14 Apr 2006 Example:2D Finite-Element DatatF1.96(SSRFEM)t80小时t85小时t90小时 Frame 001 09 Jun 2006 Example:2D Finite-Element Da
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