边坡工程教案第1章--边坡工程的岩土基础8-28.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第一章 边坡工程的岩土基础,1.1 岩土类型及其边坡效应,1.2 岩土体结构及其边坡效应,1.3 岩土体赋存环境及其边坡效应,1.1 岩土类型及其边坡效应,1.1.1 土体类型及其边坡效应,1.1.2 岩体类型及其边坡效应,1.1.1 土体类型及其边坡效应,一、土的成因类型及其特征,二、土体的粒度类型及其稳定性,一、土的成因类型及其特征,残积,坡积和崩积,洪积,冲积,淤积,冰积或冰水沉积,风积,人工堆积,1.1.2 岩体类型及其边坡效应,一、岩体成因类型,1、岩体特性,2、岩体成因类型及其特征,二、岩体强度类型,1、岩体特性,（1）不连续性,（2）非均质性,（3）各向异性,（4）存在于不同于自重应力的天然应力场,1,、,岩体成因类型,（1）沉积岩,（2）岩浆岩,（3）变质岩,（1）沉积岩,碎,屑沉积岩,机械作用为主，具有明显层理和物质分层性，其力学性质主要取决于胶结物质，常见有硅质、钙质、铁质和泥质,有机沉积岩,有机质含量高，具有较强的遇水可变性,化学沉积岩,以碳酸盐岩，这类岩石多呈结晶结构，致密状，具有可溶性。,火山沉积岩,物质成分，特别是粒度成分变化大，易风化，常形成粘土质软弱夹层。,（2）岩浆岩,按,化学性质分：超基性、基性、中性、碱性和酸性,按成岩环境分：深成、浅成和喷出岩,岩石强度：,由深（超基性）,喷（酸性），,小大,；,抗风化能力：,由深（超基性）,喷（酸性）由,弱强。,冷,接触接触带没有蚀变和变质的现象。呈断层接触。,热接触接触带有蚀变和变质的现象。这种接触除极少数情况下使围岩性质变好外，大多数是使岩体性状恶化，常呈软弱接触带。,（3）变质岩,特征,：,I、,结晶结构,II、,形成片理构造，使岩石具有强烈 的各向异性。,变质作用有三种类型：动力、接触和区域,一般说来，沉积岩经变质后使结构联结加强，力学性质改善，对边坡稳定性有利；岩浆岩经变质后破坏其结构强度使其性质恶化，对边坡不利。,变质程度：浅（板岩）中深,片理 ：不完整片理片麻理,岩石强度：低中高,抗风化能力：弱中强,边坡稳定性：差中好,岩性是组成边坡的物质基础。长江三峡地区地层从震旦系第四系均有出露，滑坡崩塌的发育与岩性具有明显的关系（图）。从表可见,98%,以上的滑坡和崩塌发生在三叠系和朱罗系地层中，通过对哪些时代地层的岩性及其组合分析并结合其它地区多年来的研究成果发现，岩性对边坡稳定性影响主要在于它的性质和组合。岩性及其不同组合是边坡破坏的物质基础，岩性对边坡稳定性效应主要表现在如下几方面,:,序号,名称,破坏类型,地层代号,构造部位,稳定性,1,丰都桃圆,崩塌,J,2S,向斜南翼转折端,不稳,2,丰都陈家吊崖,滑坡,J,3S,向斜南翼近轴部,不稳,3,丰都龙王庙,滑坡,J,3S,向斜南翼近轴部,不稳,4,丰都猫须子,滑坡,J,3P,向斜南翼近轴部,不稳,5,万县后槽,滑坡,J,1,2Z,向斜东端翘起端,较稳,6,万县刘家院子,滑坡,J,2S,向斜南翼转折端,稳定,7,万县市玉凰观,基岩切层滑坡,J,2S,向斜南翼转折端,较稳,8,万县沙河子中学,基岩顺层滑坡,J,2S,向斜北西翼,不稳,9,万县草街子,基岩顺滑坡,J,2S,向斜北西翼,稳定,10,万县铺哑口,基岩顺层滑坡,J,2S,向斜轴部,较稳,11,万县市高升堂,基岩崩塌,J,2S,向斜北西翼,较稳,12,云阳兴隆滩,基岩顺层滑坡,J,3P,向斜北西翼,稳定,13,云阳旧县坪,基岩顺层滑坡,J,3S,向斜北西翼,较稳,14,云阳城西,基岩顺层滑坡,J,3P,向斜北西翼,不稳,15,云阳城东,基岩顺层滑坡,J,3P,向斜北西翼,较稳,16,云阳鸡扒子,基岩顺层滑坡,J,3P,向斜北西翼,较稳,17,云阳宝塔,基岩顺层滑坡,J,3P,向斜北西翼,较稳,18,云阳罗家湾,基岩顺层滑坡,J,3P,向斜南翼,较稳,19,奉节新铺,基岩顺层滑坡,J,3P,向斜东端翘起端,不稳,20,奉节三磴子,基岩顺层滑坡,J,1Z,向斜东端翘起端,不稳,21,奉节百焕坪,基岩顺层滑坡,J,3,向斜东端翘起端,较稳,22,奉节次草沱,基岩顺层滑坡,T,2b,向斜东端翘起端,较稳,23,奉节白衣俺,基岩顺层滑坡,T,2b,向斜北西翼,不稳,24,巫山刘家屋场,基岩顺层滑坡,T,2b,背斜北西翼,较稳,25,巫山水竹圆,基岩切层滑坡,T,2b,背斜北西翼,不稳,26,巫山鸭浅湾,基岩崩塌,P,1j,背斜北西翼,不稳,27,巫山曹家湾,基岩崩塌,P,1j,背斜北西翼,不稳,28,巴东火焰石,基岩顺层滑坡,P,背斜北西翼,不稳,29,巴东西嚷口,基岩顺层滑坡,T,2b,背斜转折端,不稳,30,巴东横坪,基岩切层滑坡,T,2b,秭归向斜盘地西缘,不稳,31,秭归范家坪,基岩顺层滑坡,J,1,秭归向斜盘地西缘,较稳,32,秭归楚王城,基岩顺层滑坡,J,3C,秭归向斜盘地西缘,较稳,长江三峡地区滑坡、崩塌与地层的关系图,岩性、岩性组合的多样性与复杂性。这是边坡地质体最普遍、最显著的特征之一。岩性岩组的多样性与其形成环境紧密相关的，不仅是多样的环境，而且是环境的多变性，如高温高压的变质环境或动荡不定的浅海、滨海和陆相环境，它们所形成的地质体，不仅岩性岩相多变，岩石组合复杂，而且原生界面,(,如层面、片理等,),发育、界面形式和接合性状不一。因而，造成岩性的多样性以及性质的多变性。进而造成边坡变形破坏类型的多样性。,软、硬岩及其在边坡中的位置。所谓软岩，通常指的其抗压强度小于20,MPa,的岩石。软岩往往是地质体中的薄弱带，易变形与破裂，从而导致岩体的整体失稳。故，软弱岩石往往是岩体边坡变形的先导。所以，从某种意义上采说，在岩质边坡稳定性中，抓住了软岩，也就抓住了稳定性问题的关键。边坡中软、硬岩的配置如何，是上硬下软或上软、下硬还是上、下硬中间软，就有不同的变形；如上硬下软，由于软岩的变形，往往导致上覆硬岩的变形与开裂。这在长江三峡震旦系、二叠系出露地区，为上硬下软，下不软岩变形而引发边坡变形与失稳，如链子崖等，从中可得到深刻的启示。,软弱夹层为地质体中的薄弱面，颇受关注。这方面有关专家进行了比较系统的研究，发表了相关的论著，有不少突破。是控制边坡稳定性的重要软弱结构面。,断层岩是软弱岩体中最突出最重要的一类。近些年来，关于断层效应的研究非常深入，对断层在岩体边坡稳定性中地位和作用有了更深刻的认识。如断层岩类型、断层岩的围压效应、断层岩的再生结构与再生强度、以及断层岩与环境的关系均有较深的进展，这些效应成为边坡稳定性因素分析中的依据。,风化岩是一种次生岩石，它是风化作用的产物。成份和结构的变异是风化岩最关键的体现。风化作用是无孔不入的，特别是路堑边坡，工程开挖给风化作用提供了良好的环境条件，它的普遍性和对岩体强度的弱化是不可忽视的。因而风化作用对整个岩体的全方位改造和风化速率就成了风化岩的研究焦点，也是认识改造后岩体的一把钥匙，同时，也是分析评价岩体边坡稳定性的又一条途径和依据。,总之，在岩性的边坡稳定性效应中，软岩和软弱夹层扮演着重要角色。是边坡变形破坏最基本也是最重要的物质基础。,原生结构面的解体性。这里所指的原生结构面，系指在成岩过程中所形成的界面，如层面、夹层等。它们的存在，使岩体复杂化，而复杂化最明显的标志，就是致使岩体的解体，并往往成为构造与次生作用的优选对象和优良场所。原生结构面这种先导控制与解体，在岩体形成的全过程中，有着无可替代的作用，十分重要。原生结构面与岩性岩组的共同耦合，成为评价岩体边坡稳定性的重要组分，因而不可低诂与忽视。原生结构面发育的典型建造有大理石建造、含煤、含盐建造、变质岩建造以及火山岩建造等。一旦遇到这些建造时，应特别重视原生结构面类型、分布与性状，这对认识这类岩体是非常必要的。,特殊岩类的特殊性能。在大量工程实践中，遇到了不少特殊岩类的特殊性能引发的边坡稳定性问题。其中，最典型的就是粘土岩类的膨胀性和碳酸盐石类的可溶性。,关于膨胀岩(土)，近些年研究较为广泛。南昆铁路为最典型，膨胀岩(土)分布广，所产生的边坡失稳多，一般治理不易凑效。膨胀岩(土)的吸水膨胀、失水收缩与粘土矿物类型、含量有密切关系。要关注蒙脱石的含量、体膨胀系统以及随之而产生的膨胀压力。,可溶岩亦是特殊岩类之一。对可溶性岩类应特别关系溶蚀的后果以及与地下水相联系的水文地质条件。,经过上述重点研究与全面分析后，所建立的工程地质岩组就较为适应边坡工程的需求。因此，建立工程地质岩组是一项十分重要的基础性工作。它与岩体结构一结合，便是自然岩体的面貌，仅此还不全面，必须认清自然岩体的赋存环境。只有这样，才具天然岩体的全貌。我们研究的对象就是这样有血有肉的活生生的天然岩体。舍此或只抓住其中之一，那都是不全面或是不贴切的。,二、岩体强度类型,1、软岩,2、硬岩,1.2 岩土结构及其边坡效应,一、土体的结构特征及其边坡效应,二、岩体的结构特征及其边坡效应,一、土体的结构特征及其边坡效应,1、微观结构,2、宏观结构,二、岩体的结构特征及其边坡效应,岩体结构是控制岩体基本性能和变形失稳的主导因素，这已为大量工程实践和自然地质现象所证实了的。无论岩体结构，或是结构面，均是以岩性岩组作为载体，在其中发生、发展与发育，原始岩层性状对各类结构面的形成有着紧密的关系，因而成为重要前提，不可忽视；,此外，构成岩体结构的两个基本单元中，结构面又是主导的，可以说，没有结构面，也就无岩体结构可言，实质上，岩体结构是结构面性状、发育与组合的综合反映。更何况岩体失稳，与其说是岩体结构，更直接地讲是结构面所导致的。因而，结构面应成为研究的重点，也是影响边坡稳定性的要素之一。岩体结构的边坡稳定性效应主要表现为如下方面：,结构面的地质特性。关于结构面地质特性的研究，一般应遵循如下要点：一是结构面是多成因类型的。这不仅反映其复杂性的一面，而且更主要预示着结构面生成的多环境。不同环境下形成的结构面，其地质特性各具特色，因而对边坡稳定性的影响也不同；二是结构面主要地质特性。从边坡稳定性分析角度出发，主要影响有：一是结构面的宏观力学类型。所谓宏观力学类型，即是区分出硬性结构面与软弱结构面。这两类结构面在边坡中所起的作用是不等的，有时甚至是截然不同的；,二是软弱结构面的主要地质类型。根据实例统计，有三大类软弱结构面：一是层间错动面或错动带。层间错动越发育，错距越大，其破碎和泥化程度越高，边坡稳定性就越差；二是断层破碎带。这是破裂构造的主要表现方式，断裂错动愈大，断层泥、糜棱岩化愈发育，力学性能越低，对边坡稳定性的影响就越大；,三是接触破碎带与基性超基性岩脉。前者是动力变质和错动的产物，片理或劈理发育，岩层揉皱与变质，岩性软弱，易风化与软化，不利于边坡稳定性。一些典型基性与超基性岩脉，如辉绿岩脉、煌斑岩脉，易风化，而成为软弱结构面，进而成为边坡破坏的结构面。此外，结构面的规模，即长度、宽度及其形态等，这对分析结构面在边坡工程中的作用与功能有重要意义。,结构面的力学性质与力学效应。结构面的力学性质主要取决于物质组成、结构特征及环境因素，尤其是水的作用。孙广忠教授在他的岩体结构力学一书中较系统地介绍了结构面力学性质与力学效应：在法向变形方面，如图所示，无论软弱结构面，还是硬性结构面，它们的变形曲线大体一致，均呈指数曲线特征，常以法向压缩刚度,Km,来表征。,图1 结构面法向变形特征,图2 结构面变形,破坏类型(据孙广忠),在剪切变形方面，在剪力作用下，结构面剪切变形有二种基本形态，如图所示，一种为塑性变形，一种为脆性破坏。为表征其变形规律，同样用剪切刚度。剪切变形曲线有两种变化形态，一种为常刚度变形,(,硬性结构面,),，一种为变刚度变形,(,软弱结构面,),。,结构面力学效应本质上是结构面对岩体力学性质的影响。这一影响主要反映在结构面结合及充填状况、形态及连续性、延展性与贯通性、密度、产状等五个方面。其基本规律如下：,结构面抗剪强度随夹层松软和粘土含量增加而降低；,随结构面夹层厚度增加而强度降低，当夹层厚度大于结构面起伏差时，这时结构面的强度主要取决于夹层的性质；,结构面形态多样，但最常见的还是台阶型、锯齿形与波状型。它们的力学效应不等，大体有四种破坏方式，即平面剪切滑动，压剪，爬坡滑动和啃断。显然，不同的破坏方式，预示着不同的影响程度；,关于结构面的延展性、贯通性及密度的影响，前两者实质上为结构面的尺寸大小，后者为结构面的发育程度。关于结构面的尺寸，不仅要注意结构面自身尺寸，而且还要关注结构面尺寸与工程规模尺寸之比，这将在后面加以研讨。而结构面发育程度，除面密度和体密度外，往往简洁地运用结构面间距作为其标志性参数。显然，随着间距的愈来愈小，岩体的完整性愈差，而岩体强度就愈低；,结构面的产状效应也是十分重要的，它使岩体力学性质具强烈的方向性或各向异性，尤其使岩体的力学作用大为改观。,总之，随着结构面的性状千变万化以及不同组合，对岩体力学性质和力学作用有着千变万化的影响。使边坡稳定性也因之复杂多变。,1.3岩土的赋存条件及其边坡效应,1、地下水与大气降水,2、地应力,3、地震,1、地下水与大气降水,大量实例表明，水在边坡的变形破坏中有着举足轻重的作用，就以所掌握的公路边坡资料而言，,90,以上公路滑坡均是发生在雨季，尤其是暴雨、连续雨，或者地下水的参与，还充分说明了水是影响边坡变形和稳定性的重要因素。一般说来，水对边坡稳定性的效应主要表现在如下方面：,地下水在岩体中的作用。岩体中水具有两种作用：一是降低岩体强度，尤其是软弱结构面的抗剪强度；二是改变坡体的应力状态，增加水压力(包括动、静二部分)。就滑面和分割面而言，前者降低了滑面的有效法向应力，也即增加了下滑力，后者降低了抗滑力，从而边坡稳定状态恶化。,岩体整体度的降低。当岩体饱和后一般其软化系数仅为,0,5,0,7,，主要取决于岩性和裂隙性。当岩体中含膨胀性岩石时，由于膨胀性岩石均有得水膨胀，失水干缩的特性，结果岩体完整性遭受破坏，物理力学性能明显降低。我国膨胀性的岩石较发育，分布十分广泛，因而值得关注。当为软岩时，一旦浸水，软化明显，其,W=21,27,，,液限为,3,l,50,，,通常是表现为塑性状态，结果往往大雨大滑，小雨小滑。治理好的边坡没过多久又再次发生破坏。,结构面(尤其软弱的)强度的降低。软弱结构面物理力学性能的变化对边坡变形和稳定性影响最突出，它是造成边坡失稳的重要原因。浸水后的软弱结构面有二个显著作用，即软化与泥化，前者使强度明显降低，而后者完全改变了性态，其强度降低幅度最大。,增加静(动)水压力。在一般的边坡稳定性计算中，考虑不考虑地下水作用，其稳定系数相差较大，一般增或减的幅度在30左右。对边坡稳定性的影响非常明显。,水对边坡稳定性的影响，从如下一工程实例中也得到证实：某一边坡工程，存在潜在的不稳定的四面体，对其进行三维极限平衡稳定计算。结果表明，在无水介入条件下，边坡坡度对四面体抗滑稳定安全系数（,K,）,无关，一旦地下水介入，仅考虑扬压力情况下，则四面体抗滑稳定安全系数,(,K),，,与边坡坡角呈反比关系见图,5,4,表示，在同一四面体、相同的边坡角和力学参数条件下，随着,3,号点水压强值的增大，而,K,值呈直线下降，说明水压力对边坡稳定性影响的敏感性是高的。,地下水对边坡稳定性的影响,同时也说明，水对边坡的敏感性还是十分显著的。这就说明了水的作用意义以及为什么雨季为滑坡多发期的根本原因所在。,