岩体力学在边坡工程中的应用

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1、第八章岩体力学在边坡工程中的应用（一）岩质边坡的应力分布特征由有限元法分析的结果知，形成边坡后，岩体中的应力有如下变化特性：1.由于应力重新分布，边坡周围的主应力迹线发生明显偏转，其总的特征为愈靠近临空面，最大主应力（）愈接近平行临空面。2.坡脚附近最大主应力（相当于临空面的切向应力）显著增高，且愈近表面愈高；最小主应力则显著降低，于表面处降为零，甚至转为拉应力。3.坡缘（坡面与坡顶的交线）附近，在一定的条件下，坡面的径向应力和坡顶的切向应力可转化为拉应力，形成张力带。4.坡体内最大剪应力迹线由原来的直线变为近似圆弧形，弧的凹面朝向临空方向。5.坡面处于单向应力状态（不考虑坡面走

2、向方向的）向内渐变为两向（若考虑则是三向）应力状态。另外，应注意到，以上特征只能使用于均质各向同性的岩体中，如果边坡内存在大的断层或层状岩体，则应力分布必有较大的差异。影响应力分布的主要因素有：原岩应力状态、岩坡形态、岩体的变形特征和结构特征等。其中，以原岩应力状态的影响最为显著。（二）岩质边坡的变形和破坏特征岩质边坡中未出现贯通性破裂面之前，坡体的变化特征属变形特征；出现贯通性破裂面后的坡体特征属破坏特征。其发展过程是：坡面及附近岩体松动（又称松弛张裂）－岩体蠕动－加速蠕动－破坏。其中，前三步的特征均属变形特征，最后一步的特征才是破坏特征。1.变形特征在边坡形成的初始阶段，由于

3、卸荷作用，岩体内的应力重新分布，使边坡表面及其附近岩体发生松动，形成表面张开裂隙，包括：回弹裂隙，坡面、坡顶张裂带裂隙，坡脚应力集中带的张开裂隙。岩坡发生松动后，降低了岩体的强度，在外力（主要是自重）作用下，岩体向自由面方向缓慢变形，称之为岩坡的蠕动。如果坡体中的应力小于岩体的长期强度，坡体的蠕动逐渐减速，最后趋于稳定；反之，坡体蠕动加速，最终导致破坏。2.破坏特征由于边坡的破坏有各种各样的原因，而产生破坏后的形态和作用也极不一致，因而岩坡破坏形式的分类也是各种各样的。从破坏的力学特征看，将常见的边坡破坏形式分为岩石崩塌、平移滑动、旋转滑动、岩块流动和岩层曲折五类（见图8-1a,

4、b,c,d,e）。图8-1边坡破坏形式分类（1）崩塌（图8-1a）岩坡前缘的部分岩体被陡倾角的破裂面分割，以突然的方式脱离母体，翻滚而下，岩块相互撞击破碎，堆积于坡脚而形成岩堆，称为崩塌。崩塌产生的原因：①由于风化减弱了节理面间的粘结力；②由于雨水渗入张裂隙中，造成了裂隙水的水水压作用于向坡处的岩块上；③岩石受到冰胀，风化和气温变化的影响，从而减弱岩体的抗拉强度和松动了岩块，造成了岩石崩落的条件。（2）平移滑动（图8-1b）平移滑动是一部分岩体沿着地质软弱面，如层面、断层、裂隙或节理面的滑动。其特点是块体运动沿着平面滑移。它的产生是由于这一平面上的抗剪力与边坡几何形状不相适应。这

5、种滑动往往发生在地质软弱面的产状往坡外倾斜的地方。由于坡脚开挖或者某种原因（如风化、水的浸润等）降低了软弱面的内摩擦角，这就使的地质软弱面以上的部分岩体沿此平面而下滑，造成了边坡破坏。（3）旋转滑动（图8-1c）旋转滑动的滑面通常成弧形状，岩体沿此弧形滑面而滑移。在均质的岩体中，特别是均质泥岩或页岩中，滑面近圆弧形。但在非均质的岩坡中，滑面很少是圆弧形的，因为它的形状受层面、节理裂隙的影响。这时，滑面是由短折线组成的弧形，近似于对数螺旋曲线或其他形状的弧面。滑体沿着弧面上滑动，使滑体好像是以某一半径围绕某中心而作旋转运动，使的滑体顶面往后倾斜。这种滑动的表面形态通常是成马蹄形的。

6、在滑体的后部往往产生许多张裂隙。在雨后，雨水贯进裂隙中，减弱了滑面的抗剪强度，又促使滑体滑动。（4）岩体流动（图8-1d）岩体流动通常发生在均质的硬岩层中，这种破坏类似于脆性岩石因最高应力点上的破碎而使岩层全面崩塌那样的情况。因而它的成因首先是在岩层内部某一应力集中点上的岩石遭到高应力的作用而开始破裂或破碎。于是，所增加的荷载传给邻近的岩石，从而又使邻近岩石受到超过某本身强度的荷载，又导致了进一步的破裂。这一过程的不断进行，直至岩层出现全面破裂而崩塌为止。这样，岩块像流体一样的沿坡面向下流动，而成岩块流动。其破坏面极不规则，没有一定形状。并由于岩块流动，使的岩体发生相应的内部变形

7、。（5）岩层曲折（图8-1e）有时，边坡破坏也可因坡面节理岩层的曲折引起，也有称溃曲。当岩层成层状沿坡面分布时，由于岩层本身的重力作用，或由于裂隙水的结冰作用，增加了岩层的荷载，而使坡面岩层曲折，导致岩层破坏，岩体沿坡向下崩落。（三）影响边坡稳定性的主要因素影响边坡稳定性的因素很多，可以概括为内在因素和外在因素两个方面。其中，内在因素包括地貌条件、岩石性质、岩体结构与地质构造等。外在因素包括水文地质条件、风化作用、水的作用、地震及人为因素等。内因在边坡的变形中起决定性的控制作用，