岩体力学在边坡工程中的应用之二.doc

一、内容提要：本讲主要讲述斜坡稳定性评价方法和斜坡变形破坏防治

二、重点难点：斜坡稳定性评价各种方法理论原理

三、内容讲解：

四、斜坡稳定性评价方法

斜坡稳定性评价目是：合理设计人工边坡，使之既稳定安全，又不浪费开挖工作量；评定、核算及工程有关天然斜坡稳定性现状及受工程影响后稳定性状况；对已建成人工边坡检查其稳定性状况；为整治斜坡提供设计依据。
斜坡稳定性评价方法有多种，常用有：自然历史分析法、力学计算法、图解法和工程地质类比法。大体上分定性评价和定量评价两大类。

【例题1】斜坡稳定性评价方法有多种，下列不属于其中方法是（      ）。

A. 自然历史分析法
B. 力学计算法
C. 工程地质类比法
D.应力解除法

答案:D

【例题2】边坡工程设计合理性在于（      ）。

A.边坡稳定安全
B.边坡开挖经济上合理
C.设计符合规范要求
D.A+B

答案:D

【例题3】对已建成人工边坡，边坡稳定性评价目是（    ）。

A. 合理设计人工边坡，使之既稳定安全，又不浪费开挖工作量
B. 评定、核算及工程有关天然斜坡稳定性现状及受工程影响后稳定性状况
C. 检查其稳定性状况
D. 为整治斜坡提供设计依据

答案:C

(一)自然历史分析法
这是一种定性评价方法。主要通过研究斜坡形成地质历史和所处自然地理及地质环境、斜坡地貌和地质结构、发展演化阶段及变形破坏形迹，来分析主要和次要影响因素，从而对斜坡稳定性做出初步评价。所以这种方法实际上是通过追溯斜坡发生、发展演化全过程，来进行稳定性评价。它对研究斜坡稳定性区域性规律尤为适用。
自然历史分析法主要包括三方面研究内容：
(1)区域地质背景研究，包括区域构造、地层岩性分布和地形地貌特点以及近期地壳运动强烈程度(如地壳运动形式、地应力状态、有否活断层分布及其特征等)，并结合斜坡变形破坏分布和特征，就可以建立起斜坡变形破坏现象及区域地质背景间相关关系。可由点到面来研究斜坡变形破坏某些规律。这是一项基础性且带有全局意义研究工作。例如我国四川盆地主要由侏罗系红色砂、泥岩互层组成，属典型挡式褶皱构造，近期江河强烈下切，因此在处于同向坡背、向斜转折部位，尤其在河谷地带，斜坡变形破坏现象十分发育。
(2)分析使斜坡演变主导因素及触发因素。尤其是一些周期性因素(气候、水文、地震)及斜坡变形破坏间相关性。
(3)预测斜坡所处演化阶段和发展趋势，可能破坏方式。可通过斜坡地质结构、外形及变形破坏形迹来进行，也可通过必要监测手段来研究。
需要指出是：自然历史分析法虽属初步、定性评价方法，但是它是其他各种评价方法基础，没有这种评价方法，其他评价方法将难以进行。

【例题4】下列哪项不属于自然历史分析法当中所主要包括研究内容（    ）。

A. 区域地质背景研究
B. 分析使斜坡演变主导因素及触发因素
C. 预测斜坡所处演化阶段和发展趋势，可能破坏方式
D. 分析坡上有漏水，水流冲刷坡脚或因河水位急剧升降引起岸坡内动水压力强烈作用

答案:D

【例题5】在下列斜坡稳定性评价方法当中，哪种方法是属于初步、定性评价方法，但它是其他各种评价方法基础，没有这种评价方法，其他评价方法将难以进行。（    ）。

A. 自然历史分析法
B. 力学计算法
C. 工程地质类比法
D.图解法

答案:A

(二)力学计算法
力学计算法主要适用于滑坡类破坏型式，是一种定量评价方法。常用是刚体极限平衡法。采用这种方法前提条件是：①只考虑破坏面上极限平衡状态，而不考虑岩土体变形即视岩土体为刚体；②破坏面(滑动面)上强度由凝聚力和摩擦力(c、 值)控制，即遵循库仑判据；③滑体中应力，以压应力及剪应力方式，集中作用于滑面上，即均为集中力；④以平面(二维)课题来处理，这是为了求解方便而对实际情况简化。

刚体极限平衡法表面上看来是一种严格定量评价方法，但是由于上述前提条件，以及边界条件确定和计算参数取得都还存在不少问题。因此在实际工作中，常根据斜坡或边坡工程重要性及具体情况，用一个安全稳定系数Kc来保证计算安全度。一般规定Kc=1.1～1.5，即要求计算所得斜坡或工程边坡稳定系数大于这个数字才是安全稳定，否则将是不安全。

岩质斜坡稳定性，一般取决于软弱结构面特点及其组合关系。进行稳定性计算时应先确定可能滑动面，即岩体中存在软弱结构面。其中比较简单是单一同向结构面斜坡。由二组或二组以上结构面控制斜坡，条件就比较复杂了。这里介绍单一同向结构面和折线形滑面两种斜坡稳定性计算。

【例题6】斜坡稳定性评价方法当中力学计算法属于（    ）。

A.定性评价方法
B.定量评价方法
C.半定量评价方法1．单一同向结构面斜坡
斜坡稳定性受倾向及坡向一致一组软弱结构面控制。其稳定性计算可沿滑动方向取一单宽剖面(图17-1-14)。
D.定性或半定量评价方法

答案:B

【例题7】岩质斜坡稳定性，一般情况下取决于（      ）。
A.坡形
B.斜坡要素
C.岩石抗剪强度指标
D.软弱结构面特点及其组合

答案:D
1．单一同向结构面斜坡
斜坡稳定性受倾向及坡向一致一组软弱结构面控制。其稳定性计算可沿滑动方向取一单宽剖面(图17-1-14)。

式中h为由坡顶至滑动面高度，也称为变形体高度；其他符号意义同前。
由上面计算式可看出，这类斜坡滑动面长度L对其稳定性无影响，而变形体高度h和滑动面倾角 影响则较大，即 和h愈大斜坡稳定性愈差。而滑动面性质对斜坡稳定性影响是很大，如果该面很软弱(如泥化夹层)，而且平整光滑时，斜坡稳定程度则大大下降。尤其当结构面上粘聚力很小，甚至接近于零时，则滑体稳定性仅取决于摩擦阻力大小，即

答案:A

【例题9】对于单一同向结构面斜坡，其稳定性及下列哪一项无关？（  ）

A. 粘聚力
B.内摩擦角
C.坡高
D.滑动面长度

答案:D

【例题10】对于无粘性土边坡，其稳定性及土坡下列哪一项指标有关？（    ）

A. 粘聚力
B.内摩擦角
C.坡高
D.滑动面长度

答案:B

2．折线形滑动面斜坡

斜坡滑动面不规则。在自然界中此类滑坡较多见，坡积层(沿下伏基岩面滑移)滑坡也属之。
计算这类斜坡稳定性时，一般是根据所查明滑动面起伏情况，划分为折线形块段，每一块段底部滑面为平直斜面，并确定各段计算参数(图17-1-15)。然后可根据我国铁道部门采用滑坡推力计算法来计算斜坡稳定性。计算时假定滑坡作整体滑动，各段之间不考虑挤压和拉裂，所以可不考虑块段两侧力作用。
现将计算过程及需要注意问题说明如下：

【例题11】当坡积层沿下伏基岩面滑移形成滑坡时，其滑动面形状为（     ）。
A.直线型      B.平面型     C.圆弧型     D.折线型              答案:D
【例题12】对于折线形滑动面斜坡，当计算其稳定性时，各块段底部滑面为（    ）。
A.平面        B.不规则曲面      C.规则曲面     D.平直斜面    答案:D
【例题13】对于折线形滑动面斜坡，当计算其稳定性时，各块段两侧部应考虑（    ）。
A.挤压力作用      B.拉裂力作用    C.摩擦力作用      D.不考虑块段两侧力作用
答案:D

(三)图解法

图解法是一种定性或半定量评价方法。在斜坡稳定性评价中，一般采用两种图解法，即图表计算法和图解分析法。
图表计算法种类较多，其基本原理一般都是根据斜坡所处条件，先确定某一无因次量，并绘制不同坡角情况下无因次量及稳定系数关系曲线图，或不同稳定系数情况下无因次量及坡角关系曲线图。借助于曲线图，在已知 等参数后，就可直接从关系曲线上查得稳定系数。
图表计算法及力学计算法相比较，其结果精度差些。但是，在进行边坡初步设计时是可以满足要求。

【例题14】图表计算法及力学计算法相比较，二者在计算结果精度上为（    ）。

A.相同
B.图表计算法差些
C.力学计算法差些
D.无法比较

答案:B

【例题15】图表计算法可在边坡设计哪一个阶段采用，且能满足精度要求。（    ）。

A.初步设计
B.技术设计
C.施工图设计       

答案:A

下面主要介绍一下图解分析法。
图解分析法以赤平极射投影为基础。通过对斜坡岩体结构面大量调查统计，掌握了优势软弱结构面产状特征，据以分析它们对斜坡稳定性影响。现就单一软弱面和两组软弱面情况分析斜坡稳定性。

【例题16】图解分析法以（   ）为基础。

A. 赤平极射投影
B. 自然历史分析法而
C. 力学计算法
D.图解法

答案:A

【例题17】根据图17-1-16分析，除了图中（e）所示斜坡不太稳定以外，其余各图中最不稳定斜坡是（   ）。

A. (a)
B. (b)
C. (c)
D. (d)

答案:B

【例题18】斜交坡稳定情况需根据（    ）而定。

A. 弱面倾向
B.坡面倾向
C. 坡角、弱面倾角大小
D. 弱面倾向及坡面倾向之间夹角

答案:D

二组软弱结构面斜坡，其稳定性由弱面交线产状控制，大致可分三种情况。①交线倾向坡内(图17-1-17(a))。在赤平投影图上，两组结构面投影弧交线及坡面投影弧相对，斜坡是稳定。②交线倾向及坡面倾向一致，但其倾角小于坡角[图17-1-17(b)]。在赤子投影图上，结构面投影弧交线及坡面弧同在一侧，但位于坡面弧外侧。这种情况说明斜坡是不稳定。③交线倾向及坡面倾向一致，但其倾角大于坡角[图17-1-17(c)]，这种情况斜坡比较稳定。
三组软弱面构成斜坡情况比较复杂，但用赤平投影图加以分析也可判断斜坡稳定性情况。
上述赤平投影法是纯粹定性地判断斜坡稳定性，它仅给出斜坡稳定性可能情况，在初步分析斜坡稳定性时可采用。

下面介绍一种基于赤平投影法半定量评价斜坡稳定性方法—摩擦锥法

【例题19】当利用摩擦锥圆法评价单滑面岩质斜坡稳定性时，如果重量矢量落在视摩擦锥内，斜坡上块体将（    ）。

A.处于极限平衡状态
B.不会滑动
C.滑动
D.无法判断

答案:B

(四)工程地质类比法
当采用工程地质类比法时，应全面分析比较边坡工程及已有边坡岩性、结构、自然环境、变形主导因素等方面相似性；评价边坡工程稳定性和发展趋势对以下内容进行分析：
(1)边坡及其相邻地段滑坡、崩塌、沉陷等不良地质现象。
(2)岩质边坡中夹泥、页岩等易风化、软化岩层或软硬交互不利岩层组合。
(3)土质边坡中网状裂隙发育，有软弱夹层，或边坡体由膨胀岩土组成。
(4)软弱结构面及坡面倾向一致；或交角小于45°且结构面倾角小于坡角；或基岩面倾向坡外且倾角较大。
(5)地层渗透性差异大，地下水在弱透水层或基岩面上积聚流动，断层及裂隙中有承压水出露。
(6)坡上有漏水，水流冲刷坡脚或因河水位急剧升降引起岸坡内动水压力强烈作用。
(7)边坡处于强震区或相邻地段采用大爆破施工。
在以上分析基础上，可选取坡角及其他计算参数，但仅能用于地质条件简单中、小型边坡。《岩土工程勘察规范》在考虑岩石性质、风化程度及边坡设计高度等因素影响下，给出了岩质边坡容许坡高值，见表17-l-4。

【例题20】对于中等风化硬质岩石，当坡高在8m以内时，容许边坡值为（    ）。

A.  1：0.1
B.  1：0.25
C.  1：0.40
D. 1：0.50

答案:B

五、斜坡变形破坏防治

斜坡变形破坏防治应贯彻“以防为主，及时治理”原则。以防为主，指是对不稳定结构类型斜坡预先采取措施，以防止变形；工程布置应尽量绕避严重不稳定斜坡地段，或采取相应设计方案。及时治理，指是对已发生变形斜坡应及时采取治理措施，使之不再继续向破坏方向发展，以保证工程顺利施工和安全使用。为此要进行工程地质勘察，查清斜坡地段工程地质条件和影。向斜坡稳定性各项因素，并查明斜坡变形破坏边界条件和规模，目前所处演化阶段等。针对工程重要性，因地制宜地采取不同防治措施。

【例题21】斜坡变形破坏防治原则为（      ）。

A.以防为主，及时治理
B.防治并重
C.以治为主，提倡预防 
D.不预防，注重治理

答案:A

针对不同情况，斜坡变形破坏防治措施大致可分为以下几类。
(一)支挡工程
支挡工程是改善斜坡力学平衡条件。提高斜坡抗滑力最常用措施，主要有挡墙、抗滑桩、锚杆(索)和支撑工程等。
挡墙也叫挡土墙，是目前较普遍使用一种抗滑工程。它位于滑体前缘，借助于自身重量以支挡滑体下滑力，且及排水措施联合使用。按建筑材料和结构形。式不同，有抗滑片石垛、抗滑片石竹笼、浆砌石抗滑挡墙、混凝土或钢筋混凝土抗滑挡墙等。挡墙优点是结构比较简单，可以就地取材，而且能够较快地起到稳定滑坡作用。但一定要把挡墙基础设置于最低滑动面之下稳固层中，墙体中应预留泄水孔，并及墙后盲沟连续起来(图17-1-21)。

抗滑桩是用以支挡滑体下滑力，使之固定于滑床桩柱。它优点是：施工安全、方便、省时、省工、省料。且对坡体扰动少，所以也是国内外广为应用一种支挡工程。它材料有木、钢、混凝土及钢筋混凝土等。施工时可灌注，也可锤击贯人。抗滑桩一般集中设置在滑坡前缘部位，且将桩身全长1／3～1／4埋置于滑坡面以下稳固层中(图17-1-22)。

锚杆(索)是一种防治岩质斜坡滑坡和崩塌有效措施。利用锚杆(索)上所施加预应力，以提高滑动面上法向应力。进而提高该面抗滑力，改善剪应力分布状况(图17-1-23)。支撑主要用来防治陡峭斜坡顶部危岩体，防止其崩落(图17-1-24)。

【例题22】通过设置挡墙、抗滑桩、锚杆(索)和支撑工程等支工程，可改善斜坡力学平衡条件，提高（     ）。

A. 岩土体抗剪强度
B.地基承载力
C. 斜坡下滑力
D. 斜坡抗滑力

答案:D

(二)排水
斜坡变形破坏常及水作用有密切关系，因此要采取措施排除斜坡地段地表水和地下水，以消除或减轻水对斜坡危害作用。
首先要拦截流入被保护斜坡区或滑坡地段地表水流。应在斜坡保护区或滑坡区外设置环形截水沟，将水流旁引。该截水沟迎水面沟壁上应设置泄水孔，以排除部分地下水。在被保护斜坡区或滑坡体内，也应充分利用地形和自然沟谷，布置树枝状排水系统，以阻止地表水冲刷坡面和渗入地下(图17-1-25)。排水沟应该用片石或混凝土铺砌。排除地下水可使坡体含水量及其中空隙水压力降低，以增强抗滑力和减小下滑力。排水措施较多，有截水沟、盲沟、水平钻孔、盲洞、集水井等。
排水措施一般是及其他措施配合使用。

【例题23】排除地下水可使坡体含水量及其中空隙水压力降低，以提高坡体稳定性，这是因为排水可（     ）。

A. 提高岩土体抗剪强度
B. 增强抗滑力
C. 减小下滑力
D. B+C

答案:D

(三)减荷反压
这一方法在滑坡防治中应用较广。减荷目在于降低坡体下滑力，其主要方法，将滑坡体后缘岩土体削去一部分或将较陡斜坡减缓。但是单纯减荷往往不能起到阻滑作用。最好及反压措施结合起来，即将减荷削下土石堆于斜坡或滑体前缘阻滑部位，使之既起到降低下滑力，又增加抗滑力良好效果(图17-1-26)。这种措施对防治推动式滑坡效果较好。

【例题24】为防治推动式滑坡，宜采用措施为（    ）。

A.排水
B.护坡 
C.设置支挡结构
D.减荷反压

答案:D

(四)其他措施
其他措施指护坡、改善岩土性质、防御绕避等措施。
护坡是为了防止水流对斜坡冲刷或冲蚀；也可以防止坡面风化。为了防止河水冲刷或海、湖、水库水波浪冲蚀，一般修筑挡水防护工程(如挡水墙、防波堤、砌石及抛石护坡等)和导水工程(如导流堤、T坝、导水边墙等)。为了防止易风化岩石所组成边坡表面风化剥落，可采用喷浆、灰浆抹面和浆砌片石等护坡措施。

改善岩土性质目，是为了提高岩土体抗滑能力，也是防治斜坡变形破坏一种有效措施。常用有化学灌浆法、电渗排水法和焙烧法等。它们主要用于土体性质改善，也可用于岩体中软弱夹层加固处理。
防御绕避措施一般适用于线路工程(如铁路、公路)。当线路遇到严重不稳定斜坡地段，处理很难时，可考虑采用此措施。具体工程措施有：明硐和御塌棚(图17-1-27)，外移作桥和内移作隧(图17-1-28)等。
上述各项措施，可根据具体条件选择采用。有时可采取综合治理措施。

【例题25】对于斜坡变形破坏防治中采取改善岩土性质措施，其目是（     ）。

A. 提高岩土体抗剪强度
B. 提高地基承载力
C. 提高岩土体下滑力    
D. 搞高岩土体抗滑力

答案:D

      主讲：董军兆

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