工程地质分析原理 第九章斜坡岩(土)体稳定性的工程地质分析
第九章斜坡岩(土)体稳定性的工程地质分析
91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。 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
◼ 9.1 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9-1我国80年代重大崩、滑灾害事件 崩塌、滑坡名称 发生日期方量(10m3)运动速度最大运动距离(m)死亡人数 斜坡类型 诱发因素 盐池河崩塌 1980.63 100 34m/s 400 284 平缓层状,软弱 地下采矿 (湖北) (最大值) 铁西滑坡 19817.8 20 4m/h 中倾外层状体 地面采石 (平均值) 老滑体局部复活 渡口灰岩矿山滑坡198161 416 5.5m/mi 220 中倾外层状体斜 地面采石 (四川,攀枝花) n(平均 四川盆地西部 1981. 数百个,单个5m/s± 100± 约10人 多种类型层状体暴雨(数十年一 暴雨滑坡 坡方量大多小 遇,暴雨强度> 于100万m3 200mm/d) 鸡扒子滑坡 1982.7.2 1500 3-10 150-200 变角倾外层状体 暴雨 (四川,长江云阳) m/min 斜坡,老滑坡局部 洒勒山坡-碎屑流|1983.3.73000-400032m/s 237 平缓层状体斜坡 (最大值) 新滩滑坡 10m/s 老滑坡复活 (湖北,长江新滩) 马家坝滑坡 1986.7.1 2400 中速 数十米 缓倾外层状体斜 暴雨 湖北,姊归) 6 坡,老滑坡复活 西宁滑坡-碎屑流198811 700 18-50 硕内层状体斜坡 溪口滑坡-碎屑流 1500 倾内层状体斜坡 暴雨 (四川,华蓥山) 0 昭通滑坡-碎屑流1991921500-2000 75m/s 4500 216 倾外层状斜坡 暴雨 (云南,金沙江支流) (平均) ⑩斜坡结构类型分类原则相见9.3节
崩塌、滑坡名称 发生日期 方量（104m3） 运动速度 最大运动距离（m） 死亡人数 斜坡类型① 诱发因素 盐池河崩塌 （湖北） 1980.6.3 100 34 m/s （最大值） 400 284 平缓层状，软弱 基座 地下采矿 铁西滑坡 （四川，成昆线） 1981.7.8 220 4m/h (平均值） 70 中倾外层状体， 老滑体局部复活 地面采石 渡口灰岩矿山滑坡 （四川，攀枝花） 1981.6.1 0 416 5.5m/mi n（平均 值） 220 中倾外层状体斜 坡 地面采石 四川盆地西部 暴雨滑坡 1981. 7月，9 月 数百个，单个 滑坡方量大多小 于100万m3 5 m/s± 100 ± 约10人 多种类型层状体 斜坡 暴雨（数十年一 遇，暴雨强度＞ 200mm/d） 鸡扒子滑坡 （四川，长江云阳） 1982.7.2 4 1500 3－10 m/min 150－200 变角倾外层状体 斜坡，老滑坡局部 复活 暴雨 洒勒山滑坡－碎屑流 （甘肃） 1983.3.7 3000－4000 32 m/s （最大值） 900 237 平缓层状体斜坡 新滩滑坡 （湖北，长江新滩） 1985.6.1 2 3000 10 m/s 80 老滑坡复活 马家坝滑坡 （湖北，姊归） 1986.7.1 6 2400 中速 数十米 缓倾外层状体斜 坡，老滑坡复活 暴雨 西宁滑坡－碎屑流 （四川，巫溪） 1988.1.1 0 700 18－50 m/s 800 26 倾内层状体斜坡， 软弱基底 溪口滑坡－碎屑流 （四川，华蓥山） 1989.7.1 0 20 20－30 m/s 1500 221 倾内层状体斜坡 暴雨 昭通滑坡－碎屑流 （云南，金沙江支流） 1991.9.2 3 1500－2000 75m/s （平均） 4500 216 倾外层状斜坡 暴雨 表9－1 我国80年代重大崩、滑灾害事件 ①斜坡结构类型分类原则相见9.3节
92斜坡岩体应力分布特征 9.2.1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 (图92下)
◼ 9.2 斜坡岩体应力分布特征 9.2.1 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 (图9—2下)
(2)由于应力分异的结果,在临空面附近造成 应力集中带。但坡脚区和坡线(斜坡面与坡顶面的 交线)区情况有所不同。 坡脚附近最大主应力(相当于临空面的切向应力) 显著增高,且愈近表面愈高(图9-2下);最小主 应力(相当于径向应力)显著降低,于表面处降为 零,甚至转为拉应力。因而,这一带是斜坡中应 力差或最大剪应力最高的部位,形成一最大剪应 力增高带,通常是斜坡中最容易发生变形和破坏 的部位,往往因此而产生与坡面或坡底面平行的 压致拉裂面(参见图3-29)
◼ (2)由于应力分异的结果，在临空面附近造成 应力集中带。但坡脚区和坡线(斜坡面与坡顶面的 交线)区情况有所不同。 ◼ 坡脚附近最大主应力(相当于临空面的切向应力) 显著增高，且愈近表面愈高(图9—2下)；最小主 应力(相当于径向应力)显著降低，于表面处降为 零，甚至转为拉应力。因而，这一带是斜坡中应 力差或最大剪应力最高的部位，形成一最大剪应 力增高带，通常是斜坡中最容易发生变形和破坏 的部位，往往因此而产生与坡面或坡底面平行的 压致拉裂面(参见图3—29)
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图9－2 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（N＝0.33）；（b）以水平应力为主的构造应力场条件下（N＝3）
坡缘附近,在一定条件下,按面的径向应力和 按顶面的切向应力可转为拉应力,形成一张力带 (图9—3)。因而,这些部位的岩体容易被拉裂形 成与波面近于平行的拉裂面(参见图3-29)。 (3)与主应力迹线偏转相联系,坡体内最大剪应 力迹线由原先的直线变为近似圆弧线,弧的下凹 面朝着临空方向。 (4)坡面处由于径向压力实际等于零,所以实际 上处于单向应力状态(不考虑斜坡 走向方向的02时),向内渐变为两向或三向(考虑 σ2时状态
◼ 坡缘附近，在一定条件下，按面的径向应力和 按顶面的切向应力可转为拉应力，形成一张力带 (图9—3)。因而，这些部位的岩体容易被拉裂形 成与波面近于平行的拉裂面(参见图3—29)。 ◼ (3)与主应力迹线偏转相联系，坡体内最大剪应 力迹线由原先的直线变为近似圆弧线，弧的下凹 面朝着临空方向。 ◼ (4)坡面处由于径向压力实际等于零，所以实际 上处于单向应力状态(不考虑斜坡 ◼ 走向方向的σ2时)，向内渐变为两向或三向(考虑 σ2时)状态
9.2.2影响斜坡岩体应力分布的主要因素 9.2.2.1原始应力状态的影响 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图9-2下),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。 在坡脚区,根据图9—2可见,坡底的切向应力 最大值约相当于原始水平应力的三倍左右。当有 侧向水平应力时,该值成倍增高,如当σL= 3ρgh时,该值可达7-10pgh,与σL=0的情况相 比,相差十分悬殊
◼ 9.2.2 影响斜坡岩体应力分布的主要因素 ◼ 9.2.2.1 原始应力状态的影响 ◼ 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(图9—2下)，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。 ◼ 在坡脚区，根据图9—2可见，坡底的切向应力 最大值约相当于原始水平应力的三倍左右。当有 侧向水平应力时，该值成倍增高，如当σ L＝ 3ρgh时，该值可达7-10ρgh ，与σL=0的情况相 比，相差十分悬殊
30 45 坡角最大剪应力 t=3g4 15 60 = gogH (b) 40 50 60 T0 坡角(度 图9-3斜坡张力带分布状况图9-4坡角最大剪应力与坡脚和坡 及其与水平剩余应力(aL)、 底宽(W)关系图解 坡角(β)关系示意图 (据 Stacey,1970) (据 Stacey,1970)
图9－3 斜坡张力带分布状况 及其与水平剩余应力（σL）、 坡角（β）关系示意图 （据Stacey，1970） 图9－4 坡角最大剪应力与坡脚和坡 底宽（W）关系图解 （据Stacey，1970）
93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
◼ 9.3 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