岩体力学第八章岩体力学在边坡工程中的应用.ppt

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,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,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),岩石崩塌,平移滑动,旋转滑移,岩块流动,岩层曲折,三、岩石崩塌的力学稳定分析,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：,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600时该类岩坡就可然处于不稳定状态,抗翻转力强，不容易翻转,抗翻转力弱，容易翻转,图8-8 平面剪切破坏,滑动体,滑动面,W,四、平移滑动的力学稳定性分析,要点：,1、单一连续滑动面,（1）滑动体的体积：,（2）滑移面AB上 总粘结力：,总摩擦力：,（3）稳定系数：,（4）边坡临界高度 将K=1和W的值代入(3)得,致滑力：,（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稳定块体K1，DCEA滑动体,张裂缝CE的理论深度：,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.计算厚度为单位厚度，岩片两侧有释放面,2、张性断裂边坡单面滑动,W,U-水压力在滑动面上产生的浮力,V-张性断裂面上的水压力,稳定性系数,式中：,（8-9）,3、滑体沿两个平面剪切,刚性滑移体abc,主滑面,辅助面,总外力,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。,其中：,K-稳定系数,K1 岩坡处于不稳定状态,K1 岩坡处于稳定状态,K=1 岩坡处于极限状态,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：,由此得：,式中：,(8-20),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F1、F2两面滑位,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：,N1,N2,四面滑位体体的自重：,主、辅滑动面的面积：,- 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,五、转动滑动的力学稳定分析,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。 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,3、K值计算,Ni，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值公式中的Ni，Ti变成,其中： -岩条单元重量引起的剪应力和 渗透力之和。,-岩条单元滑动面长度和静水压力。,-滑移面的总弧长,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。,发生脆性破坏的条件：,七、边坡岩层曲折分析,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。,图8-14 边坡曲折的力学分析,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