岩体力学在边坡工程中的应用课件

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1、岩 体 力 学 在 边 坡 工 程 中 的 应 用 1 第 八 章 岩 体 力 学 在 边 坡 工 程 中 的 应 用一 、 边 坡 中 的 应 力 分 分 析现 有 方 法 ： （ 1） 应 力 测 量 法 ； （ 2） 室 内 光 弹 性 和 模 拟 实 验 法 ； （ 3） 数 值 计 法 ； （ 4） 近 似 计 算 法 岩 体 力 学 在 边 坡 工 程 中 的 应 用 2 岩 体 力 学 在 边 坡 工 程 中 的 应 用 3 岩 体 力 学 在 边 坡 工 程 中 的 应 用 4 岩 体 力 学 在 边 坡 工 程 中 的 应 用 5 岩 体 力 学 在 边 坡 工 程 中 的

2、应 用 6 岩 体 力 学 在 边 坡 工 程 中 的 应 用 7 从 力 学 特 性 来看 分 为 五 类 1、 岩 石 崩 塌2、 平 移 滑 动3、 旋 转 滑 移4、 岩 块 流 动5、 岩 层 曲 折二 、 岩 坡 破 坏 形 式 与 分 类1、 岩 石 崩 塌 (图 8-6a) 原 因 ： 裂 隙 水 压 力 、 冻 胀 力 致 岩 体 力 学 在 边 坡 工 程 中 的 应 用 8 由 于 外 界 条 件 干 扰 （ 开 挖 、 风 化 、 震 动 ） 滑移 体 沿 弱 面 滑 移3、 旋 转 滑 动 (图 8-6c) 由 于 外 界 条 件 干 扰 ， 在 均 质 页 岩 或

3、泥 岩 中 产 生新 的 圆 弧 破 裂 面 ， 岩 体 沿 此 圆 弧 面 产 生 滑 移 。4、 岩 块 流 动 (图 8-6d) 高 应 力 作 用 下 ， 生 产 脆 性 破 裂 （ 破 坏 ） 面 。 不 规 则 。5、 岩 层 曲 折 (图 8-6e) 在 自 重 与 裂 隙 水 压 力 共 同 作 用 下 岩 层 面 发 生2、 平 移 滑 动 (图 8-6b) 岩 体 力 学 在 边 坡 工 程 中 的 应 用 9 岩 石 崩 塌 平 移 滑 动 旋 转 滑 移岩 块 流 动 岩 层 曲 折 岩 体 力 学 在 边 坡 工 程 中 的 应 用 10c c 三 、 岩 石 崩 塌

4、 的 力 学 稳 定 分 析 图 (8-7) 岩 块 的 翻 转 发 生 于 剪 切 破 坏 不 可 能 的 地 方 ，这 时 ， 岩 块 受 到 侧 向 的 推 力 (如 静 水 压 力 或 冻胀 力 等 )， 而 引 起 翻 转 破 坏 ， 又 称 倾 倒 破 坏 。楔 体 翻 转 的 临 界 中 心 角 ： 1232arctan ddc d1和 d2分 别 为 水 平 节 理 间 距 和 垂 直 节 理 间 距 。当 为 稳 定 状 态当 为 不 稳 定 状 态一 般 认 为 ， 当 岩 坡 的 坡 度 大 于 60 0时 该 类 岩 坡就 可 然 处 于 不 稳 定 状 态 岩 体 力

5、 学 在 边 坡 工 程 中 的 应 用 11 抗 翻 转 力强 ， 不 容易 翻 转 抗 翻 转 力弱 ， 容 易翻 转 岩 体 力 学 在 边 坡 工 程 中 的 应 用 12图 8-8 平 面 剪 切 破 坏滑 动 体 滑 动 面WsinW cosW tancosW四 、 平 移 滑 动 的 力 学 稳 定 性 分 析致 滑 力抗 滑 力稳 定 系 数 要 点 ：1、 单 一 连 续 滑 动 面 岩 体 力 学 在 边 坡 工 程 中 的 应 用 13 sinsinsin2 2 iirHW （ 1） 滑 动 体 的 体 积 ：（ 2） 滑 移 面 AB上 总 粘 结 力 ： sinHC

6、tancosW总 摩 擦 力 ：sinW（ 3） 稳 定 系 数 ： sin cossin W tgWCHK （ 4） 边 坡 临 界 高 度 将 K=1和 W的 值 代 入 (3)得 sinsin cossin2 i irCH致 滑 力 ： 岩 体 力 学 在 边 坡 工 程 中 的 应 用 14 （ 5） 注 ： 在 实 际 观 测 中 ， 顺 层 滑 动 体 不 是ABD楔 体 ， 而 是 AECD楔 体 。 EBC楔 体 仍 保 留 在原 处 不 动 。 这 说 明 靠 近 滑 体 的 后 部 产 生 张 应力 ， 使 滑 体 后 缘 产 生 了 许 多 张 裂 缝 CE。CBE稳 定

7、 块 体 K1， DCEA滑 动 体张 裂 缝 CE的 理 论 深 度 ： 2452 tgrCZ O 岩 体 力 学 在 边 坡 工 程 中 的 应 用 15 基 本 假 设 1.滑 动 面 和 张 性 断 裂 面 与 边 坡 面 走 向 平 行 。2.张 性 断 裂 是 竖 直 向 的 ， 并 注 满 水 ,水 深 为 Zw。3.水 沿 张 性 断 裂 的 底 部 进 入 滑 面 ， 并 沿 滑 面 渗 透 4.各 个 力 都 通 过 滑 动 面 的 形 心 起 作 用5.滑 面 的 抗 剪 强 度 由 粘 结 力 和 内 摩 擦 角 确 定 ， 符合 库 仑 方 程6.计 算 厚 度 为

8、单 位 厚 度 ， 岩 片 两 侧 有 释 放 面2、 张 性 断 裂 边 坡 单 面 滑 动 岩 体 力 学 在 边 坡 工 程 中 的 应 用 16 W cosW sinW cosV sinVU-水 压 力在 滑 动 面上 产 生 的浮 力 V-张 性 断裂 面 上 的水 压 力 岩 体 力 学 在 边 坡 工 程 中 的 应 用 17 稳 定 性 系 数 cossin tan)sincos( VW VUWCAK 式 中 ： sin )( ZHA cos)(21 ZHZU ww 2 2ww ZV cotcot)(121 22 iHZHW （ 8-9） 岩 体 力 学 在 边 坡 工 程 中

9、 的 应 用 18 3、 滑 体 沿 两 个 平 面 剪 切 岩 体 力 学 在 边 坡 工 程 中 的 应 用 19 极 限 平 衡 分 析 ： 总 合 外 力 R分 解 为 X、 Y方 向 ； 并 与 两 个 滑移 面 上 的 正 压 力 N和 剪 切 力 S构 成 平 衡 条 件 。 22112211 22212211 coscossinsin sinsincoscos ssNNX ssNNY 其 中 ： KbcCKNS KabCKNS 2222 1111 tantan K-稳 定 系 数 K1 岩 坡 处 于 稳 定 状 态 K=1 岩 坡 处 于 极 限 状 态 岩 体 力 学 在

10、边 坡 工 程 中 的 应 用 20 以 上 极 限 平 衡 分 析 得 到 两 个 方 程 ， 其 中 含 有 3个 未 知 数 、 无 法 求 解 ， 再 找 一 个 方 程 。 在 极 限 状 态 下 ， ab面 脱 离 母 体 ， 则 N1=0。 由 前 方 程 求 得 ： 2222 11211 CKBKA CKBKAN 1 112111 2 40 A CABBKN 由 此 得 ：式 中 ： )sin(tantan )sin(tan )cos()tan(tan )cossin(tan)cos( )sin(sincos 12212 21211 12212 22221211 122221

11、C abcCB YXbccabcB AYXA (8-20) 岩 体 力 学 在 边 坡 工 程 中 的 应 用 21 注 1： 由 式 (8-20)求 得 的 K值 为 上 限 值 。注 2： 如 果 计 算 K值 为 负 ， 则 表 示 不 可 能 失 稳 。注 3： 此 分 析 适 合 于 主 滑 面 较 长 、 辅 助 面 较 短 的 情 况 。 如 果 辅 助 面 较 平 坦 、 较 长 、 则 计 算 K值 偏大 。（ 三 ） 、 楔 体 稳 定 的 力 学 分 析 两 组 及 两 组 以 上 的 结 构 面 切 割 成 一 个 的 楔 形滑 体 。 如 图 四 面 体 ABCD沿

12、F 1、 F2两 面 滑 位 岩 体 力 学 在 边 坡 工 程 中 的 应 用 221221 岩 体 力 学 在 边 坡 工 程 中 的 应 用 23 sin 22112211 Q FCFCtgNtgNK 双 面 滑 移 体 稳 定 系 数其 中 ： N1、 N2分 别 为 作 用 于 F1、 F2上 的 法 向 压 力 。 由 正 弦 定 律 得 ：cosQ 12 21 cosQN1N2)sin( cossin )sin( cossin 2112 2121 dQN QN )sin( sincos )( sincos 21 12 21 21 QN SinQN 岩 体 力 学 在 边 坡 工

13、程 中 的 应 用 24 062 AChHQ 四 面 滑 位 体 体 的 自 重主 、 辅 滑 动 面 的 面 积 ：11 2 hBDF 22 2 hBDF - 两 滑 移 面 的 法 线 与 F1滑 面 法 线 的 夹 角 - 两 滑 移 面 的 法 线 与 F2滑 面 法 线 的 夹 角12 岩 体 力 学 在 边 坡 工 程 中 的 应 用 25 五 、 转 动 滑 动 的 力 学 稳 定 分 析 岩 体 力 学 在 边 坡 工 程 中 的 应 用 26 此 类 一 般 在 土 坡 中 遇 见 ， 但 在 风 化 岩 、 页岩 或 节 理 切 割 破 碎 的 岩 坡 中 也 有 发 生

14、。1、 滑 面 ： 弧 形 面 、 圆 弧 状 面 或 对 数 螺 成 面2、 假 设 ： 破 坏 面 是 圆 柱 面 作 为 平 面 问 题 来 分 析 岩 层 抗 剪 力 符 合 库 仑 理 论 破 坏 面 上 每 点 发 挥 最 大 抗 剪 力 岩 石 分 条 上 铅 垂 侧 水 平 力 不 计 边 坡 简 化 为 如 图 8-12应 力 状 态 岩 体 力 学 在 边 坡 工 程 中 的 应 用 27 3、 K值 计 算 L T NcLK i i tanNi， Ti-岩 条 单 元 滑 动 面 上 的 正 应 力 和 剪 应 力4、 存 在 裂 隙 水 压 力 时 计 算 K值 公 式

15、 中 的 Ni， Ti变 成 / T和iN其 中 ： -岩 条 单 元 重 量 引 起 的 剪 应 力 和 渗 透 力 之 和 。/T iii lNN /-岩 条 单 元 滑 动 面 长 度 和 静 水 压 力 。和il -滑 移 面 的 总 弧 长 岩 体 力 学 在 边 坡 工 程 中 的 应 用 28 岩 体 力 学 在 边 坡 工 程 中 的 应 用 29 六 、 岩 块 流 动 的 力 学 分 析 高 应 力 下 的 脆 性 破 坏 ， 通 过 应 力 分 析 和强 度 条 件 判 定 期 稳 定 状 态 。 c tRP 324RP 发 生 脆 性 破 坏 的 条 件 ：七 、 边

16、坡 岩 层 曲 折 分 析 要 点 当 边 坡 坡 面 有 顺 向 的 岩 层 分 布 ， 而 且岩 层 厚 度 不 大 时 ， 如 果 沿 着 岩 层 有 垂 直 节 理切 割 ， 也 就 是 使 岩 层 成 为 长 细 柱 体 结 构 沿 着坡 面 分 布 ， 在 沿 坡 面 倾 向 的 重 力 分 量 作 用 下 ，导 致 岩 层 弯 曲 破 坏 。 岩 体 力 学 在 边 坡 工 程 中 的 应 用 30图 8-14 边 坡 曲 折 的 力 学 分 析 岩 体 力 学 在 边 坡 工 程 中 的 应 用 31 26)-(8 )(cos tgtgETP 27)-(8 )7.0( 22 EIP cr 用 压 杆 失 稳 判 断 的 欧 拉 公 式 ， 可 近 似 确 定 岩层 曲 折 的 荷 载 ： 如 果 将 岩 层 简 化 为 在 坡 顶 处 为 铰 接 ， 在坡 趾 处 为 固 接 的 力 学 模 型 (图 8-14 .b)。 则 由欧 拉 公 式 得 ：注 ： 岩 体 力 学 在 边 坡 工 程 中 的 应 用 32 挡 墙 措 施 ： 排 水 减 荷 加 固 桩 基 锚 杆 注 浆岩 坡 失 稳 两 方 面 因 素 下 滑 力 增 加 抗 滑 力 降 低八 、 岩 坡 加 固 措 施 返 回