边坡工程第2章-边坡稳定影响因素(冶金出版社)

边坡工程SlopeEngineering第二章边坡稳定影响因素本章主要介绍边坡稳定影响因素，详细讲述岩土体性质、地质构造及地应力、岩体结构、水、振动等因素对边坡稳定性的影响。了解地质构造、地应力及边坡形态对边坡稳定的影响，理解并掌握岩土体性质、结构面等内部因素对边坡稳定性的影响，掌握水、振动以及人为等外部因素对边坡稳定性的影响。本章主要内容学习要点目录CONTENTS2.2地质构造及地应力2.3岩体结构2.4水的作用2.1岩土体性质目录CONTENTS2.6边坡形状及表面形态2.5振动作用2.7其他因素2.1岩土体性质2.1岩土体性质边坡岩土体的性质，是决定边坡抗滑力的根本因素，主要包括岩石和土体的物理、化学、力学及水理性质等。岩土体的抗剪强度是衡量边坡稳定的重要参数；不同岩土体边坡，其变形破坏特征有所不同。在黄土地区，边坡的变形破坏形式以滑坡为主；在花岗岩、厚层石灰岩、砂岩地区以崩塌为主；在片岩、板岩、千枚岩地区易产生表层挠曲和倾倒等蠕动变形；在碎屑岩及松散土层地区，易产生碎屑流或泥石流等。2.1岩土体性质边坡岩土体的性质，是决定边坡抗滑力的根本因素，主要包括岩石和土体的物理、化学、力学及水理性质等。岩土体的抗剪强度是衡量边坡稳定的重要参数；不同岩土体边坡，其变形破坏特征有所不同。岩浆岩沉积岩变质岩2.2地质构造及地应力2.2.1地质构造2.2.2地应力2.2.1地质构造组成地壳的岩层在内、外动力地质作用下发生变形而形成的诸如断层、褶皱、节理、劈理等各种面状和线状构造。地质构造的形态、产状及规模等，对边坡尤其是岩质边坡稳定性的影响十分显著。结构面/不连续面：断层、节理、层理、片理等。岩体：岩石块体+结构面。断层褶皱节理2.2.1地质构造组成地壳的岩层在内、外动力地质作用下发生变形而形成的诸如断层、褶皱、节理、劈理等各种面状和线状构造。地质构造的形态、产状及规模等，对边坡尤其是岩质边坡稳定性的影响十分显著。断层断层降低了边坡岩体的整体强度；断层破碎带不仅岩体破碎，常夹有许多断层泥，而且断层上下盘的岩性可能不同，易产生不均匀变形；沿断层破碎带地段易形成风化深槽及岩溶发育带，断层陡坡或悬崖多处于不稳定状态，易发生崩塌等；断层可增大岩石的透水性和含水性，断层破碎带往往是地下水的良好通道，断层露头往往是地下水出露地段；断层破碎带在新的地壳运动影响下，可能发生新的移动，从而影响边坡稳定。2.2.1地质构造褶皱核部岩层变形强烈，背斜顶部和向斜底部发育有张拉裂隙，稳定性较差；在变形强烈时，沿褶皱核部常有断层存在，岩石破碎或形成构造角砾岩带，核部的裂隙往往是地下水富集和流动的通道；在褶皱的翼部形成倾斜岩层时，容易造成顺层滑动，特别是当岩层倾向与临空面坡向一致，且岩层倾角小于坡角，或当岩层中有云母片岩、滑石片岩等软弱岩层存在时，位于褶皱翼部的边坡稳定性一般较差。褶皱组成地壳的岩层在内、外动力地质作用下发生变形而形成的诸如断层、褶皱、节理、劈理等各种面状和线状构造。地质构造的形态、产状及规模等，对边坡尤其是岩质边坡稳定性的影响十分显著。2.2.1地质构造节理是一种发育广泛的裂隙，其将岩层切割成块体，对岩体强度和稳定性有较大影响。节理间距越小，岩体破碎程度越高，抗剪强度越低。岩层中发育的节理裂隙往往是地下水的通道，同时促进风化作用。随着岩层风化程度的加剧和水对岩石的浸泡软化，岩石质地变软、强度降低，边坡稳定性变差。节理组成地壳的岩层在内、外动力地质作用下发生变形而形成的诸如断层、褶皱、节理、劈理等各种面状和线状构造。地质构造的形态、产状及规模等，对边坡尤其是岩质边坡稳定性的影响十分显著。2.2.2地应力地应力是指天然状况下地壳中的应力状态。与人类活动引起的应力变化相比，地应力又称为初始应力或原始应力。地壳或地球体内应力状态随空间点的变化称为地应力场，其包括重力场、温度应力场、水压力场、气压力场和构造应力场。在地应力状态复杂的区域，构造活动比较强烈，构造应力场复杂多变，岩体中裂隙高度发育，其直接导致岩体完整性差、强度低、渗透性强，边坡容易失稳。对边坡而言，一般情况下水平应力、近水平应力大于竖直应力，较高的水平应力易使边坡中的岩层向临空面产生层间滑动，尤其存在结构面渗水及软弱夹层时，层间错动较为明显。2.3岩体结构2.3.1结构面类型2.3.2结构面状态2.3.3结构面力学性质2.3岩体结构被结构面切割而成的岩石块体称为结构体。结构体有块状、柱状、层状、棱形和楔形等形态，在强烈风化或挤压作用下，也可形成碎裂、散体等结构。结构面是具有一定方向、延展较大而厚度较小的面状地质界面。除断层、节理、层理、片理外，结构面还包括物质分异面，如假整合、不整合接触等。岩体结构：不同类型的结构面和结构体在岩体内的组合、排列形式，包括整体结构、块状结构、层状结构、碎裂状结构和散体状结构等类型。在岩质边坡工程评价中，结构面往往是控制边坡稳定的主要因素之一，应特别注意研究岩体结构面的特性，主要包括结构面的类型、产状、形态、连续性、密集程度、结合状态、充填状况及数量等。2.3岩体结构岩体结构分类的目的在于为工程建设服务，其分类标准与工程建设规模密切相关。一般而言，工程建设规模和尺寸不同，相应的岩体结构分类标准也不同。岩体结构类型岩体地质类型结构体形状结构面发育情况岩土工程特性边坡工程问题整体状结构巨块状岩浆岩、巨厚层沉积岩、正变质岩巨块状以层面和原生结构节理为主，多呈闭合型，裂隙结构面间距大于1.5m，一般不超过1~2组，无危险结构面组成的落石掉块整体性强度高，岩体稳定，可视为均质弹性各向同性体不稳定结构体的局部滑动块状结构厚层状沉积岩、正变质岩、块状岩浆岩、副变质岩块状柱状只有少量的贯穿性较好的节理裂隙，裂隙结构面间距为0.7~1.5m，一般为2~3组整体性强度较高，结构面相互牵制，岩体基本稳定，接近弹性各向同性层状结构多韵律的薄层及中厚层状沉积岩、副变质岩层状板状有层理、片理、节理，常有层间错动接近均一的各向异性体，其变形及强度特征，受层面及岩层组合控制，可视为弹塑性体，稳定性较差可能产生滑塌，岩层弯张破坏及软弱岩层的塑性变形碎裂状结构构造影响严重的破碎岩层碎块状断层、断层破碎带、片理、层理及层间结构面较发育，裂隙结构面间距0.25~0.5m，一般在3组以上完整性破坏较大，整体强度很低，并受断裂等软弱面控制，多呈弹塑性介质，稳定性很差易引发规模较大的岩体失稳，地下水加剧岩体失稳散体状结构构造影响剧烈的断层破碎带，强风化带，全风化带碎屑状、颗粒状断层破碎带交叉，构造及风化裂隙密集，结构面及组合错综复杂，并多充填黏性土，形成许多大小不一的分离岩块完整性遭到极大破坏，岩体属性接近松散介质2.3.1结构面类型不同类型结构面对边坡稳定的影响有所不同。一般而言，构造结构面的影响最大，次生结构面次之，原生结构面影响最小。原生结构面是指成岩阶段所形成的结构面，按成岩作用的不同又分为火成结构面、沉积结构面及变质结构面。构造结构面是指在构造运动作用下形成的各种结构面，如断层、节理、劈理和层间错动面等。次生结构面是指由外力（如卸荷、爆破、风化、水等）作用而形成的各种界面，包括卸荷裂隙、爆破裂隙、风化裂隙、泥化夹层等。2.3.2结构面形态结构面状态指结构面的产状、形态（起伏程度）、连续性（延伸程度）、密集程度（结构面间距）、结合程度、充填状况以及数量等。1.结构面产状：结构面的空间分布和延展方向，采用走向、倾向、倾角等结构面几何参数表示。结构面产状往往控制着边坡岩体沿某一结构面的滑动。2.结构面形态：结构面一般是粗糙不平的，这种形态对结构面的抗剪强度、乃至岩体的整体强度有重要影响。结构面起伏不平的程度，常用起伏度和粗糙度来表征。3.结构面结合程度及充填状况：结构面抗剪强度有重要影响。4.结构面连续性及间距：结构面的规模不同，其延展范围的连续性也不同。大的结构面延展范围大，连续性好，对边坡稳定性不利。5.结构面数量：岩体自由变形的可能性会更大，切割面、滑动面、甚至临空面产生的机会更多，因而组成可能滑动块体的条件会更多，同时也给地下水活动提供了有利的条件。2.3.2结构面形态3.结构面结合程度及充填状况结构面是闭合的、干净无充填物，相邻结构面直接接触，结构面的抗剪强度取决于结构面壁的岩性、硬度、表面的粗糙度和起伏程度等。结构面是闭合的、但有泥质或矿物质薄膜等，结构面的抗剪强度不仅取决于面的形态（光滑、粗糙）和面壁岩性，也取决于这些薄膜矿物的类型及其亲水性。结构面是张开的，或被大量不连续岩粉、岩屑所充填或者充水充气等，结构面的抗剪强度显著降低或完全丧失。结构面间被连续的充填物所充填，两相邻的结构面不直接接触，结构面的抗剪强度取决于结构面表面起伏程度和充填物厚度，以及充填物的成分（硅质、钙质、泥质）与其物理力学性质。当结构面充填物的厚度大于起伏差的高度时，应以充填物的抗剪强度作为计算依据，不应将结构面起伏程度的影响考虑在内。2.3.3结构面力学性质结构面的力学性质主要包括三个方面，即：法向变形、剪切变形和抗剪强度。法向变形受结构面的应力路径、抗压强度及粗糙性等诸多因素影响；剪切变形与岩石强度、结构面起伏程度和法向力等因素有关；抗剪强度结构面类型结构面结合程度内摩擦角/°黏聚力/MPa硬性结构面1结合好350.132结合一般35~270.13~0.093结合差27~180.09~0.05软弱结构面4结合很差18~120.05~0.025结合极差（泥化层）120.02《建筑边坡工程技术规范》GB50330-20132.4水的作用2.4.1水的力学作用2.4.2水的物理作用2.4.3水的化学作用2.4.4降雨的影响2.4.1水的力学作用水对边坡的力学作用主要包括静水压力、浮托力、动水压力（渗透水压力）等。不同结构类型的边坡，有其自身特有的水力学模型。静水压力按作用于边坡部位和方向的不同，静水压力主要包括两种情况：一是边坡坡面上的静水压力，二是边坡裂隙的静水压力。静水压力对边坡稳定的影响可能有利，也可能不利。浮托力处于水下的透水边坡，承受浮托力作用，坡体有效重量减轻，对边坡稳定不利。动水压力动水压力是地下水在流动（渗流）过程中施加于岩土体颗粒上的力。在土坝、基坑工程及水工建筑物中，动水压力的大小往往是影响工程安全的重要因素之一。2.4.2水的物理作用材料性质材料重度：当水在岩土体介质中未达到饱和状态时，介质的重度是湿重度。当边坡较陡时，介质湿重度的增大导致自重增大，容易造成边坡失稳。水位升高时，在水位线以下的岩土体介质为浮重度，此时自重减小也有增大边坡的失稳可能。抗剪强度：黏聚力和内摩擦角是决定岩土体材料抗剪强度的重要参数。除坚硬岩石外，当岩土体介质特别是岩石裂隙中的泥化层及黏土材料饱和度增加时，黏聚力和内摩擦角都将减小，岩土体抗剪强度的减小将降低边坡稳定性。变形模量：当裂隙岩体由非饱和状态进入饱和状态后，其变形模量将不同程度地减小。若边坡岩体内含有此类岩石，在降雨或水库蓄水时，随着地下水位的上升，都可能引起边坡坡体的沉陷，造成边坡坡面出现裂隙，并产生新的可能滑动面。2.4.2水的物理作用软化作用水的软化作用指水的浸泡使岩土体强度降低，其对岩土边坡稳定性的危害很大。当边坡岩体或较弱夹层的亲水性强，有易溶于水的矿物时，如含盐的黏土质页岩等，浸水后易发生变化，抗剪强度降低，岩体结构受到破坏并发生崩解泥化现象，影响边坡稳定。一般而言，岩质边坡裂隙中的泥岩、泥质岩层，干燥时强度较高，泥化软化后，强度降低。对于土质边坡，浸水后的软化现象则更加明显，特别是湿陷性黄土边坡，遇水后将急剧变形破坏。水流冲刷岩体裂隙中常常有软弱物质充填。当裂隙中水流速度较大时，在渗透水流的作用下，裂隙中的充填物可能会被水流带走。对于砂土类材料，特别是粉细砂，其渗透稳定性很差，较小的水力梯度就可能产生失稳。水流冲刷往往是河岸崩塌的主要原因。2.4.3水的化学作用水对边坡岩土体介质往往有化学作用。在一定条件下，岩土体矿物因吸收或失去水分子而发生水化或脱水作用