岩石力学课程Chapter8

第八章岩坡稳定分析Chapter8StabilityAnalysisofRockSlope学习内容→岩坡及其破坏形式，岩坡的稳定性分析和计算；圆弧法、多边形法、力的代数叠加法等；岩坡的加固方法。学习对象→岩坡、岩坡稳定、岩坡的加固学习目的→了解岩坡及其破坏形式，岩坡的稳定性分析和计算；掌握圆弧法、多边形法、力的代数叠加法等岩坡的稳定性分析和计算的方法，岩坡的加固方法，如用混凝土填塞岩石断裂部分，锚栓或预应力锚索加固，用混凝土挡墙或支墩加固，挡墙与锚索或锚杆相结合的加固。学习提示LearningHints§8.1概述边坡：※土质边坡—均匀介质，滑动面主要受应力条件控制※岩质边坡※混合边坡—土质和岩质的结合面岩坡的特点§8.1概述岩坡——顾名思义，由岩体构成的边坡，由于岩体结构复杂，由断层，节理，裂隙切割岩块极不规则，因此，岩坡的稳定性主要由结构面产状及组合形式控制。影响岩坡稳定的主要因素1.岩体结构（控制性结构面）2.降雨：结构面强度参数降低；渗透压力3.地震4.开挖，爆破5.蓄水等分析方法§8.1概述1.刚体极限平衡法——将结构切割岩体视为刚体，按M—C准则，指定滑面进行强度校核2.有限元法（数值分析方法）3.赤平投影法§8.2岩坡失稳的类型岩坡失稳表现形式1.岩崩——高陡边坡，坡顶岩体由风化，冻融，松动压力等因素作用而脱离并向坡脚堆积2.滑坡——边坡残岩及岩体，沿着软弱结构面或剪断岩体，向临空方向滑动§8.2岩坡失稳的类型滑坡类型1.平面滑动——由一个或多个走向与坡面近于平行的滑裂面构成，且顺走向方向的长度远大于坡高---可简化为平面滑动分析2.楔形滑动——沿多个滑裂面交线滑动“空间滑坡”按空间问题分析3.旋转滑动——指滑裂面呈弧状，滑块绕一中心位置旋转滑动，多发生于土质边坡或均质岩坡§8.3圆弧法岩坡稳定分析对于土坡，由于没有明显的软弱结构面，滑动面多呈圆弧状，采用圆弧法对于均质岩坡也可借用。基本原理1.假定坡体沿O点旋转滑动2.条分（6～10条）3.计算第i条iisinW滑动力RlctgcosWMiiiiiiR阻滑力矩RsinWMiiiS滑动力矩iW重量§8.3圆弧法岩坡稳定分析niiiniiiiiiniiSniiSssinWlctgcosWMMK1111滑动力矩抗滑力矩特点：由于圆心O及滑面是任意假设的，需试验确定(Ks)min和最危险滑面位置，实际计算，可查有关设计手册，教材进行基本原理对于土坡，由于没有明显的软弱结构面，滑动面多呈圆弧状，采用圆弧法对于均质岩坡也可借用。4.计算滑坡安全系数§8.4单一滑动岩坡稳定分析cosVsinWtgsinVUcosWLcFiis滑动力抗滑力关于L，W参数详细计算见书P197。基本原理基本假定：坡体中存在倾角β，走向坡面的结构面，坡顶由于风化等因素，形成张开裂隙，深度Z，其中水，边坡坡高H，坡角稳定分析：ABCD岩块稳定安全系数→CD裂隙面→沿BA滑动cosVsinW滑动力iitgsinVUcosWLc阻滑力§8.5双平面滑动岩坡稳定分析一、滑坡体中无软弱结构面情况岩坡受二条结构面切割，形成双平面滑动情况（AB+BC）分析较单一滑面复杂主要特点：方程数少于待求未知数→补充条件方程求解。222222SFcSNfKAB面阻滑力假定滑块安全系数K→则当滑面AB与BC阻滑力降低K倍，滑块即处于极平衡。BC面阻滑力111111SFcSNfK§8.5双平面滑动岩坡稳定分析0yF22112211sinSsinScosNcosNW0xF22112211cosScosSsinNsinNKNN、、、、四个方程涉及2121SS12111222(cossin)(cossin)ffNNKK112212sinsincFcFWKK12112211122212(sincos)(sincos)coscosffcFcFNNKKKK补充条件：滑块ABCD滑动时，必然离开AB面，即N1＝0§8.5双平面滑动岩坡稳定分析二、滑坡体中存在软弱面情况在ABC滑体中存在BD软弱结构面，切割ABC块体为ABD+BCD两块刚体。存在相互错动，作用力P。分析思路：1.分别分析ABD+BCD两块；2.建立两块间的联系ACBS2N1W1α2α1N2S1DPSN软弱面具体常用两种方法1.不平衡推力法2.等K法§8.5双平面滑动岩坡稳定分析二、滑坡体中存在软弱面情况1）计算第①块不平衡推力P(滑块在滑面S1+P作用下极限平衡)ACBS2N1W1α2α1N2S1DPSN软弱面1.不平衡推力法PDS1α1W1N1BAα①BDCα2N2S2W2α2α2P②沿AB滑面平衡条件：111sinWPS111111111sinsin()PWSWcFfN沿AB法向：111cosNW1111111sin(cos)PWcFfW§8.5双平面滑动岩坡稳定分析二、滑坡体中存在软弱面情况2）分析第②块：ACBS2N1W1α2α1N2S1DPSN软弱面1.不平衡推力法PDS1α1W1N1BAα①BDCα2N2S2W2α2α2P②沿BC滑面：沿BC滑面法向：22212sincos()SWP22212cossin()NWP22222122212cossin()sincos()cFfWPKWP岩坡整体安全系数§8.5双平面滑动岩坡稳定分析二、滑坡体中存在软弱面情况2.等K法块①：抗滑力1111111111()(cos)SPcFfNPcFfWP滑动力11sinW块②：抗滑力222222222212cossin()ScFfNcFfWP滑动力2212sincos()WP11111111cossincFfWPKKW222221222212cossin()sincos()cFfWPKKWP§8.6多滑面形成的平面滑坡体分析假定n个岩块组成平面滑坡体，第i块，滑面倾角αi，作用力Si,Ni，假定多滑块具有相同K（即等K法）①N1α1S1P1S2N2α2②P2Pi-1PiαiiPn-1n-1αn-1SnNnαnn设第i块作用于i+1块不平衡推力Pi，方向平行于第i滑面：Pi-1αi-1αi-WiαiNiSiPi抗滑力()iiiiiiiSPcFfNP滑动力11cos()siniiiiiPW11cossin()iiiiiiNWP正应力§8.6多滑面形成的平面滑坡体分析考虑第i块抗滑安全系数:11()cos()siniiiiiiiiiicFfNPKPW1111(cossin()cos()siniiiiiiiiiiiiiicFfWPPKPW将Ni代入，可导出：同理：第n块（最后一块）1111cossincos()sinnnnnnnnnnnnnnfWPcFKPWnnnnnSfNcF11cos()sinnnnnnPW11cossin()nnnnnnNWP由（13）式可看出，要计算最后一块K，须先计算Pn-1即需要由（12）式递推公式，逐块计算P1，P2……Pn-1(其中：P1计算时，P0=0)§8.7岩块加固7.1.1岩坡的原型观测地震深部变形特别应注意暴雨量～边坡变形量关系！多点位移计测斜仪水准测量网，观测地表变形；一般表现：树木斜生、前缘剪出、后裂抗裂§8.7岩块加固7.1.2边坡加固措施（三条途径）通过开挖主滑体中减载、排水措施减小下滑力采用压脚，预锚主动增加阻滑力或采用抗滑桩、挡墙、预锚被动增加阻滑力采用排水、化灌、麻面爆破、基础置换措施，植被护坡等技术。提高滑面c、φ值§8.7岩块加固7.1.2边坡加固措施混凝土填塞岩石断裂部分锚栓或预应力锚索加固§8.7岩块加固7.1.2边坡加固措施混凝土挡墙或支墩加固挡墙与锚索或锚杆相结合的加固