岩石力学基础教程 教学课件 作者 侯公羽 第8章 岩石力学在边坡工程中的应用.ppt

《岩石力学基础教程 教学课件 作者 侯公羽 第8章 岩石力学在边坡工程中的应用.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第8章岩石力学在边坡工程中的应用8.1岩质边坡的应力分布特征边坡包括天然边坡和人工边坡，它具有一定的坡度和高度，在重力和其他地质应力作用下不断地发展变化着。自然界的山坡、谷壁、河岸等各种边坡的形成，正是这些地质应力作用的结果。人类工程活动也经常开挖出许多人工边坡，如路堑边坡，运河渠道、船闸、溢洪道边坡，房屋基坑边坡和露天矿坑的边坡等。典型的边坡如图8.1所示。8.1边坡示意图8.1.1边坡应力状态边坡形成前，岩体中应力场为原始应力状态。边坡成坡过程中，临空面周围的岩体发生卸荷回弹，引起应力重分布和应力集中等效应。

2、边坡成坡后，岩体的应力状态较成坡前发生以下几个主要方面的变化：（1）坡体中主应力方向发生明显偏转(图8.2)。坡面附近的最大主应力。与坡面近于平行，其最小主应力与坡面近于正交；坡体下部出现近于水平方向的剪应力，且总趋势是由内向外增强，愈近坡脚处愈强，向坡体内部逐渐恢复到原始应力状态。（2）坡体中产生应力集中现象。坡脚附近形成明显的应力集中带，坡角愈陡，集中愈明显。坡脚应力集中带的主要特点是最大主应力与最小主应力的应力差达到最大值，出现最大的剪应力集中，形成一最大剪应力增高带。图8.1边坡主应力迹线示意图(a)=3

3、0°,W=0;(b)=75°,W=0;(c)=20°,W≥0.8H;（d）=75°,W≥0.8H（3）坡面的岩土体由于侧向压力近于零，实际上变为两向受力状态；而向坡体内部逐步地变为三向受力状态。（4）坡面或坡顶的某些部位，由于水平应力明显降低而可能出现拉应力，形成张力带，如图8.2所示。实际上，边坡应力分布远比上述复杂，它还受多种因素的影响。图8.2坡顶及坡面张力带示意图8.1.2影响边坡应力分布的主要因素边坡应力分布主要受原始应力状态、坡形和岩土体结构特征的影响。边坡应力的特征，首先取决于未被开挖前岩土体的原始

4、应力状态。任何边坡都毫无例外地处于一定历史条件下的地应力环境之中，特别是在新构造运动强烈的地区，往往存在较大的水平构造残余应力。因而在这些地区边坡岩体的临空面附近常常形成应力集中，主要表现为加剧应力分异现象。坡面几何形态是影响坡体应力分布的主要因素。表示坡面几何形态的主要要素是坡角。坡角增大时，坡顶及坡面张力带的范围扩大(图8.2)；坡脚应力集中带的最大应力也随之增高。谷底岩土体将因谷坡岩土体向下滑移的趋势而呈挤压状态，应力增高，变形加剧。谷坡的这种状况主要表现在坡脚附近。边坡变形与破坏的首要条件，在于坡体中存在

5、着各种形式的脆弱结构面，其影响尤以岩质边坡最为显著。边坡岩体的结构特征对坡体应力场的影响相当复杂。其主要表现是，由于岩体的不均一和不连续，沿脆弱结构面周边出现应力集中或应力阻滞现象。因此，它构成了边坡变形与破坏的控制性条件，从而产生不同类型的边坡变形与破坏的机理。8.2岩质边坡变形与破坏类型8.2.1边坡变形的类型边坡变形按其机制可分为拉裂、蠕滑和弯折倾倒三种基本形式。①拉裂。在边坡岩土体内拉应力集中部位或张力带内，形成的张裂隙变形形式称拉裂。这种现象在由坚硬岩土体组成的高陡边坡坡肩部位最常见，它往往与坡面近于平

6、行，尤其当岩体中陡倾构造节理较发育时，拉裂将沿其发生、发展。拉裂的空间分布特点是上宽下窄，以至尖灭；由坡面向坡里逐渐减少。拉裂还可能由岩体初始应力释放而发生的卸荷回弹所致，这种拉裂通常称为卸荷裂隙。②蠕滑。边坡岩土体沿局部滑移面向临空方向的缓慢剪切变形称蠕滑。蠕滑发生的部位，在均质岩土体中一般受最大剪应力迹线控制，而当存在软弱结构面时，往往受缓倾坡外的弱面所控制。当边坡基座由很厚的软弱岩土体组成时，则坡体可能向临空方向溯流挤出，称之为深层蠕滑。当坡体内各局部剪切面(蠕滑面)贯通，且与坡顶拉裂缝也贯通时，即演变为滑

7、坡。图8.3弯折倾倒发展过程图③弯折倾倒。由陡倾板(片)状岩石组成的边坡，当走向与坡面平行时，在重力作用下所发生的向临空方向同步弯曲的现象称弯折倾倒。这种边坡变形现象在天然边坡或人工边坡中均可见到。弯折倾倒的特征是：弯折角约20°~50°，弯折倾倒程度由地面向深处逐渐减小，一般不会低于坡脚高程；下部岩层往往折断，张裂隙发育，但层序不乱，而岩层层面间位移明显；沿岩层面产生反坡向陡坎，其发展过程如图8.3所示。图8.3弯折倾倒发展过程图8.2.2边坡破坏的类型边坡破坏的形式主要为崩塌和滑坡。①崩塌边坡岩土体被陡倾的拉

8、裂面破坏分割，突然脱离母体而快速位移、翻滚、跳跃和坠落，堆于崖下，即为崩塌。崩塌按规模大小可分为山崩和坠石，按物质成分又可分为岩崩和土崩。崩塌的特征是，一般发生在高陡边坡的坡肩部位，质点位移矢量铅直方向较水平方向要大得多，发生时无依附面，往往是突然发生的，运动快速。崩塌一般发生在厚层坚硬脆性岩体中。这类岩体能形成高陡的边坡，边坡前缘由于应力重分布和卸荷等原因，产生长而深的