1、第九章岩坡稳定性分析第九章岩坡稳定性分析重点内容：重点内容：9.1 岩坡的破坏类型岩坡的破坏类型9.2 圆弧法分析岩坡稳定性圆弧法分析岩坡稳定性9.4 力的代数叠加法分析岩坡稳定性力的代数叠加法分析岩坡稳定性9.5 岩坡加固措施岩坡加固措施9.3 平面滑动岩坡稳定分析平面滑动岩坡稳定分析岩质边坡岩质边坡由岩体材料构成的斜坡为岩坡由岩体材料构成的斜坡为岩坡国道国道320320麻江段虫蚁坡滑坡麻江段虫蚁坡滑坡斜坡分为天然斜坡和人工开挖边坡，主斜坡分为天然斜坡和人工开挖边坡，主要由岩石材料构成的斜坡为岩坡。要由岩石材料构成的斜坡为岩坡。天然斜坡大多稳定，而人类工程活动会天然斜坡大多稳定，而人类工程活
2、动会改变坡体的应力分布，打破其天然平衡改变坡体的应力分布，打破其天然平衡状态，产生滑坡等灾害。状态，产生滑坡等灾害。岩坡失稳的危害是巨大的，在工程中应岩坡失稳的危害是巨大的，在工程中应加强对其稳定性的研究。加强对其稳定性的研究。20192019年年1111月，宜万铁路高阳寨隧道口岩崩事故，滑坡体总月，宜万铁路高阳寨隧道口岩崩事故，滑坡体总方量约方量约30003000立方米立方米 ,遇难者达遇难者达3030多人多人 20192019年年1111月，宜万铁路高阳寨隧道口岩崩事故，滑月，宜万铁路高阳寨隧道口岩崩事故，滑坡体总方量约坡体总方量约30003000立方米立方米 ,遇难者达遇难者达3030多
3、人多人 圆弧滑动后的形态圆弧滑动后的形态人类工程活动在水电、交通、采矿等部门人类工程活动在水电、交通、采矿等部门根据工程布置的需要开挖出很多岩坡。根据工程布置的需要开挖出很多岩坡。岩坡不同于土坡，其结构复杂，软弱结构岩坡不同于土坡，其结构复杂，软弱结构面的存在常是岩坡不稳定的主要因素。面的存在常是岩坡不稳定的主要因素。岩坡的变形与破坏，取决于岩体（含结构岩坡的变形与破坏，取决于岩体（含结构面）的应力分布和强度特征。当其自身难面）的应力分布和强度特征。当其自身难以保持平衡时，人类将给其提供必要的外以保持平衡时，人类将给其提供必要的外部荷载维持其稳定，即岩坡加固。部荷载维持其稳定，即岩坡加固。9.
4、1 岩坡的破坏类型岩坡的破坏类型一、岩坡失稳时的三种可能滑动面一、岩坡失稳时的三种可能滑动面(一一)沿着岩体软弱岩层滑动沿着岩体软弱岩层滑动软弱岩层：粘土页岩、凝灰岩、泥灰岩、去母片岩、滑石片岩等，特软弱岩层：粘土页岩、凝灰岩、泥灰岩、去母片岩、滑石片岩等，特点：遇水后易软化，强度大大降低，形成软弱层。点：遇水后易软化，强度大大降低，形成软弱层。(二二)沿着岩体内的结构面滑动沿着岩体内的结构面滑动结构面：层面、节理、断裂面、片理等。结构面：层面、节理、断裂面、片理等。(三三)无上述两种软弱面时，也可能在岩体中滑动无上述两种软弱面时，也可能在岩体中滑动软弱层面和结构面滑动是主要的形式。软弱层面和
5、结构面滑动是主要的形式。二、岩坡的破坏类型二、岩坡的破坏类型(一一)岩崩岩崩原因：岩坡过陡或风化作原因：岩坡过陡或风化作用用倾倒破坏倾倒破坏局部崩塌局部崩塌和坠落和坠落崩塌崩塌为局部岩体以突然方式从母体分为局部岩体以突然方式从母体分离，常发生在坡体裂隙发育的陡离，常发生在坡体裂隙发育的陡坡，有崩塌和倾倒两类，受风化、坡，有崩塌和倾倒两类，受风化、雨水地震等影响。雨水地震等影响。边坡岩性：边坡岩性：M-1黑云黑云花岗片麻岩花岗片麻岩边坡岩性：边坡岩性：M-1黑云黑云花岗片麻岩花岗片麻岩SN向陡节理发育的分向陡节理发育的分带性带性(左岸左岸0梁上游侧中梁上游侧中线路线路1130m上方上方 阶梯状滑
6、动阶梯状滑动-弯曲倾倒复合弯曲倾倒复合模式模式边坡岩性：边坡岩性：M-3黑云花黑云花岗片麻岩岗片麻岩阶梯状滑动阶梯状滑动弯曲倾倒弯曲倾倒1055m边坡岩性：边坡岩性：M-3黑云花岗片麻岩黑云花岗片麻岩(二二)岩滑岩滑岩体沿着岩体深处某种面滑动，分为平岩体沿着岩体深处某种面滑动，分为平面滑动、楔形滑动和旋转滑动。面滑动、楔形滑动和旋转滑动。1、平面滑动、平面滑动岩体滑某一软弱面滑动岩体滑某一软弱面滑动.2、楔形滑动、楔形滑动岩体滑两组以上的软弱面滑动岩体滑两组以上的软弱面滑动.3、旋转滑动、旋转滑动滑动面为弧形，发生于非成层的均质滑动面为弧形，发生于非成层的均质岩体中岩体中.岩坡沿结构面的平面滑
7、移岩坡沿结构面的平面滑移国道国道320320麻江段虫蚁坡滑坡麻江段虫蚁坡滑坡-平面滑坡平面滑坡沿沿滑滑动动面面产产生生的的擦擦痕痕楔形滑动楔形滑动三、三、影响边坡稳定性的因素影响边坡稳定性的因素内在因素：地貌特征、岩土体的性质、地质内在因素：地貌特征、岩土体的性质、地质构造、岩土体结构、岩体初始应力构造、岩土体结构、岩体初始应力。外在因素：水的作用、地震、岩体风化程度、外在因素：水的作用、地震、岩体风化程度、工程荷载条件及人为因素。工程荷载条件及人为因素。内在因素对边坡的稳定性起控制作用，外部内在因素对边坡的稳定性起控制作用，外部因素起诱发破坏作用。因素起诱发破坏作用。四、岩坡稳定性分析的目的
8、和方法四、岩坡稳定性分析的目的和方法(一一)边坡稳定性分析与评价的目的边坡稳定性分析与评价的目的一是对与工程有关的天然边坡稳定性作出定性和定一是对与工程有关的天然边坡稳定性作出定性和定量评价；量评价；二是要为合理设计人工边坡和边坡变形破坏的防治二是要为合理设计人工边坡和边坡变形破坏的防治措施提供依据。措施提供依据。(二二)边坡稳定性分析的方法边坡稳定性分析的方法1）定性分析方法）定性分析方法（1）地质分析法地质分析法（2）工程地质类比法工程地质类比法（3）图解法）图解法（4）边坡稳定专家系统）边坡稳定专家系统2）定量评价方法定量评价方法（1）极限平衡法极限平衡法（2）数值分析方法数值分析方法9
9、.2 圆弧法岩坡稳定分析圆弧法岩坡稳定分析对于均质的以及没有断裂面的岩体，常发生圆弧滑动对于均质的以及没有断裂面的岩体，常发生圆弧滑动思路：假定滑动面为圆弧面，滑体为刚思路：假定滑动面为圆弧面，滑体为刚体，分析滑动面上的滑动力矩与抗滑力体，分析滑动面上的滑动力矩与抗滑力矩，则岩坡的稳定安全系数矩，则岩坡的稳定安全系数Fs:SMMFRs滑动力矩抗滑力矩Fs1:稳定稳定Fs=1:极限平衡极限平衡Fs1:不稳定不稳定滑体为刚体滑体为刚体滑动圆弧面滑动圆弧面条分法条分法对于第对于第i条岩条滑弧上：条岩条滑弧上：iiiiiiWTWNsincos法向力和切向力：法向力和切向力：抗滑力：抗滑力：iiiitg
10、Nlc抗滑力矩：抗滑力矩：RtgNlcMiiiiiR滑面上总抗滑力矩：滑面上总抗滑力矩：niiiiiniiRRRtgNlcMM11滑面上总滑动力矩：滑面上总滑动力矩：niiSRTM1则滑动面上的安全系数为：则滑动面上的安全系数为：niiiniiiiiiniiniiiiisRsWtgWlcTtgNlcMMF1111sincos由于滑动面是任意假定的，因此要假定多个滑动面进行试算，从中由于滑动面是任意假定的，因此要假定多个滑动面进行试算，从中找出最小的安全系数，即为真正的安全系数找出最小的安全系数，即为真正的安全系数9.3平面滑动岩坡稳定分析平面滑动岩坡稳定分析一、平面滑动产生的条件一、平面滑动产
11、生的条件（1）滑动面的走向与坡面）滑动面的走向与坡面平行或接近平行；平行或接近平行；（2）滑动面的倾角必小于坡面的倾角，即：）滑动面的倾角必小于坡面的倾角，即：；（3）滑动面的倾角必大于滑动面摩擦角，即：）滑动面的倾角必大于滑动面摩擦角，即：j j；一、平面滑动分析一、平面滑动分析（一）假定（一）假定（1）滑动面及张裂缝的走向与）滑动面及张裂缝的走向与坡面平行；坡面平行；（2）张裂缝垂直，充水浓度为）张裂缝垂直，充水浓度为Zw；（3）滑动面上的水压力为三角形分布；）滑动面上的水压力为三角形分布；（4）滑体的重力）滑体的重力W、滑面上的水压力、滑面上的水压力U和张裂缝中水压力和张裂缝中水压力V均
12、通过滑体的重心，即滑只有滑动没有转动。均通过滑体的重心，即滑只有滑动没有转动。滑坡的后缘拉裂缝滑坡的后缘拉裂缝平面滑移的后缘拉裂缝及保留岩体平面滑移的后缘拉裂缝及保留岩体（二）安全系数的计算（二）安全系数的计算按极限平衡条件可求得：按极限平衡条件可求得：cossinsincosVWtgVUWLcFjjs滑动力抗滑力sinZHLLZUww21221wwZV当张裂缝位于坡顶面时：当张裂缝位于坡顶面时：ctgctg12122HZHW当张裂缝位于坡面上时：当张裂缝位于坡面上时：1tgctgctg12122HZHW9.4力的代数叠加法岩坡稳定分析力的代数叠加法岩坡稳定分析思想：根据滑坡推力（滑动力与抗滑
13、力之差，思想：根据滑坡推力（滑动力与抗滑力之差，不平衡推力）评价滑坡的稳定性。不平衡推力）评价滑坡的稳定性。计算方法为计算方法为力的代数叠加法（传递系数法或不平衡推力力的代数叠加法（传递系数法或不平衡推力法）。法）。适用范围：滑动面为平缓的折线或曲线（坡角适用范围：滑动面为平缓的折线或曲线（坡角小于小于45）。）。方法类型：极限平衡法方法类型：极限平衡法一、假定一、假定（1）滑坡体不可压缩并作整体下滑，不考虑条块之间挤压变形；）滑坡体不可压缩并作整体下滑，不考虑条块之间挤压变形；（2）条块之间只传递推力不传递拉力，不出现条块之间的拉裂。）条块之间只传递推力不传递拉力，不出现条块之间的拉裂。（3
14、）块间作用力以集中力表示，它的作用线平行于前一块滑面的方向，）块间作用力以集中力表示，它的作用线平行于前一块滑面的方向，且作用在界面的中点。且作用在界面的中点。（4）不考虑条块两侧的摩擦力。）不考虑条块两侧的摩擦力。（二）公式推导（二）公式推导第第i条块静力平衡有：条块静力平衡有：0)sin(cos11iiiiiiEWN0)cos(sin1iiiiiiiEWET莫尔库仑准则：莫尔库仑准则：iiiiiNlcTtan解答上三式可得：解答上三式可得：1tgcossiniiiiiiiiiiElcWWEiiiiiiitg)sin()cos(11传递系数，即：第即：第i条块的剩余下滑力（即该块的滑坡推力）
15、条块的剩余下滑力（即该块的滑坡推力）Ei:1tgcossiniiiiiiiiiiElcWWE计算时从上往下逐块进行，如果最后一块的计算时从上往下逐块进行，如果最后一块的En，若：若：En0，则不稳定，则不稳定，En0，则极限平衡，则极限平衡，En0，则稳定。，则稳定。iiiiiiitg)sin()cos(11传递系数，安全系数安全系数FS：一般采用加大自重下滑力来计算：一般采用加大自重下滑力来计算：1tgcossiniiiiiiiiiSiElcWWFEFS1.051.25注意注意：如果计算断面中有逆坡，倾角：如果计算断面中有逆坡，倾角i为负值，则为负值，则Wisin i也是负值因而也是负值因而
16、Wisin i变成了抗滑力，在计算滑坡推力时，变成了抗滑力，在计算滑坡推力时，Wisin i项就不应乘以安全系项就不应乘以安全系数了。数了。逆坡逆坡（三）例题：（三）例题：某一滑坡如图示，各分块重量及计算参数如下表，计算滑坡推力并判断其某一滑坡如图示，各分块重量及计算参数如下表，计算滑坡推力并判断其稳定性（安全系数稳定性（安全系数Fs取取1.25）。）。解：分别按解：分别按1tgcossiniiiiiiiiiiElcWWE1tgcossiniiiiiiiiiSiElcWWFE对滑体从上到下逐块进行对滑体从上到下逐块进行计算得下表：计算得下表：岩质边坡失稳是由于其下滑力增加或抗滑力降低，应从此岩
17、质边坡失稳是由于其下滑力增加或抗滑力降低，应从此两个方面入手解决边坡的稳定性问题。加固措施有：两个方面入手解决边坡的稳定性问题。加固措施有：2、制止风化：坡面封闭、护坡等、制止风化：坡面封闭、护坡等 挂网、喷混凝土挂网、喷混凝土9.5 岩坡加固措施岩坡加固措施一、降低各种外部营力影响一、降低各种外部营力影响1、降低水的影响：坡脚抗冲刷、坡面封闭、截引地表水、降低水的影响：坡脚抗冲刷、坡面封闭、截引地表水、坡面排水（排水孔）、疏干地下水（排水孔、沙井、排水洞坡面排水（排水孔）、疏干地下水（排水孔、沙井、排水洞等）等）排水疏干排水疏干挖方减载挖方减载坡面防护坡面防护截引表水截引表水二、直接降低滑动
18、力：二、直接降低滑动力：削坡减载，使坡高降低、坡角变缓、削坡减载，使坡高降低、坡角变缓、支撑支撑削坡减载后的洞口边坡面貌削坡减载后的洞口边坡面貌三、提高抗滑力三、提高抗滑力 1、改善滑面参数：灌浆、置换、砼塞、改善滑面参数：灌浆、置换、砼塞三、提高抗滑力：三、提高抗滑力：2、支挡（被动防护）：、支挡（被动防护）：挡墙：靠自身重力抵抗坡体下滑或倾覆。挡墙：靠自身重力抵抗坡体下滑或倾覆。框架：增加坡面的整体性，提供框架：增加坡面的整体性，提供3。抗滑桩：埋入稳定岩层，桩承受荷载后变抗滑桩：埋入稳定岩层，桩承受荷载后变形并产生抗力，抵消部分下滑力。形并产生抗力，抵消部分下滑力。挡墙挡墙抗滑桩抗滑桩（
19、三）提高抗滑力（三）提高抗滑力 3、锚固（主动防护）、锚固（主动防护）锚杆及预应力锚杆、锚筋桩、锚索：锚杆及预应力锚杆、锚筋桩、锚索：锚固段应深入稳定岩体，在锚头部位施加作锚固段应深入稳定岩体，在锚头部位施加作用力，张拉段将拉力传递给周围岩体，锚固用力，张拉段将拉力传递给周围岩体，锚固段提供锚固力。段提供锚固力。力学作用：改变的坡体的受力状态，形成了力学作用：改变的坡体的受力状态，形成了压缩带，增加了整体性，增大了滑面的正应压缩带，增加了整体性，增大了滑面的正应力和抗滑摩擦力，提高了抗剪指标。力和抗滑摩擦力，提高了抗剪指标。4、联合支护方法、联合支护方法 在施工中，常将上述各种方法组合应用，以
20、达到在施工中，常将上述各种方法组合应用，以达到最佳的支护效果。工程安全是第一位的。最佳的支护效果。工程安全是第一位的。排水是必须考虑的。各种加固措施的适宜性及经排水是必须考虑的。各种加固措施的适宜性及经济合理性也是应该考虑的。济合理性也是应该考虑的。四、实际工程介绍四、实际工程介绍二滩水电站进水口及二滩水电站进水口及8号公路边坡号公路边坡锚索、锚杆、喷砼、框架、挡墙、灌浆等联合支护锚索、锚杆、喷砼、框架、挡墙、灌浆等联合支护抗滑桩施工抗滑桩施工框架与长锚杆联合支护框架与长锚杆联合支护预应力锚索支护（预应力锚索支护（3000KN）联合支护联合支护桩板墙桩板墙桩板墙桩板墙削坡减载削坡减载框架支护框架支护框架与锚索相结合的加固框架与锚索相结合的加固框架与锚索相结合的加固框架与锚索相结合的加固框架与锚索相结合的加固框架与锚索相结合的加固框架与锚索相结合的加固框架与锚索相结合的加固锚索加固锚索加固
