第26卷 第6期
岩石力学与工程学报 V ol.26 No.6
2007年6月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering June ，2007
收稿日期：2006–08–11；修回日期：2006–12–25
基金项目：国家自然科学基金委员会、二滩水电开发有限责任公司雅砻江水电开发联合研究基金项目(50539110)
作者简介：徐卫亚(1962–)，男，博士，1982年毕业于华东水利学院，现任教授、博士生导师，主要从事岩石力学与工程方面的教学与研究工作。E-mail ：wyxu@https://www.doczj.com/doc/0315593399.html,
节理岩体边坡模糊稳定性分析方法研究
徐卫亚1，谈小龙1，蒋中明2
(1. 河海大学 岩土工程研究所，江苏 南京 210098；2. 长沙理工大学 岩土工程研究所，湖南 长沙 410076)
摘要：节理岩体边坡失稳破坏同时受控于节理与岩体抗剪强度。在对具有两组平行节理的岩体边坡失稳破坏机制研究基础上，探讨节理岩体边坡几何物理参数为模糊数情况下边坡稳定性评价的分析方法，给出节理岩体边坡模糊安全系数的计算公式，编制基于潜在滑动面自动搜索边坡模糊稳定性研究程序。算例研究成果表明，采用模糊分析方法可以对节理岩体边坡稳定性有更全面客观的了解，能为潜在不稳定边坡的稳定性评价和锚杆设计等提供重要的参考依据，避免发生由于计算参数不确定性引起的加固节理岩体边坡破坏情况。 关键词：边坡工程；节理岩体边坡；失稳机制；模糊分析方法；模糊安全系数
中图分类号：P 642.22 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2007)06–1232–05
RESEARCH ON FUZZY ANALYTIC APPROACH FOR STABILITY
ANALYSIS OF JOINTED ROCK SLOPE
XU Weiya 1，TAN Xiaolong 1，JIANG Zhongming 2
(1. Institute of Geotechnical Engineering ，Hohai University ，Nanjing ，Jiangsu 210098，China ；
2. Institute of Geotechnical Engineering ，Changsha University of Science and Technology ，Changsha ，Hunan 410076，China )
Abstract ：The stability of jointed rock slope is controlled by the shear strength of joints and rock block simultaneously. Based on the research of failure mode of jointed rock slope with two sets of joints ，the fuzzy characteristics of mechanical parameters in jointed rock slope are taken into account during stability analysis by fuzzy method. Formulae are proposed for the calculation of fuzzy safety factors of jointed rock slope. A program that can automatically search the potential sliding surface of jointed rock slope is also presented. The case study results indicate that the fuzzy analytic approach for stability analysis of jointed rock slope can offer more objective knowledge for slope stability and reference to bolt design when the jointed rock slope is unstable ；therefore the failure situation because of the uncertainty of parameters can be avoided effectively.
Key words ：slope engineering ；jointed rock slope ；failure mechanism ；fuzzy analytic approach ；fuzzy safety factor
1 引 言
节理岩体边坡的稳定性很大程度上取决于岩体中事先存在的节理强度及分布形式。节理构成了岩
体软弱结构面，从而对边坡工程稳定性产生重大影响。实践中工程中，分析节理边坡的模型有平面滑动破坏模型、楔形体破坏模型和倾倒破坏模型等[1
～4]
。
这些模型总体上可以描述节理岩体边坡的失稳破坏特性，并为边坡工程设计提供重要的参考依据。工
第26卷 第6期 徐卫亚，等. 节理岩体边坡模糊稳定性分析方法研究 ? 1233 ?
程实践表明，由于试验手段及分析方法等的限制，要想获得精确可靠的节理强度及几何分布是十分困难的。众多学者[5
～11]
的研究结果结果表明，各种力
学参数的模糊性、随机性对工程稳定性的评价有着至关重要的影响，并且受到越来越多的重视。徐卫亚等[5
～8]
较系统地研究了边坡岩体参数模糊性特点
及其对边坡稳定性影响，同时，也初步研究了基于参数模糊化的边坡稳定性分析方法。房定旺等[12]研究了层面和节理变化对安全系数的影响，说明了节理力学参数的不确定性对边坡稳定性评价的重大影响。尽管如此，关于节理岩体边坡计算参数模糊不确定性对边坡稳定性评价的影响研究还处在初步阶段。为此，本研究针对节理岩体边坡中节理和岩块力学参数的模糊性进行研究，并提出考虑力学参数模糊性影响的节理岩体边坡稳定性分析方法，为节理岩体边坡工程设计提供更全面的参考依据，尽可能避免由于计算参数模糊性给工程实践带来的影响。
2 具有两组节理的岩体边坡破坏模型
对于含有两组平行软弱面的边坡，如能满足图1所示的几何关系，即一组水平，另外一组平行开挖边坡坡面，则根据屈服设计原理[13]
，边坡结构稳定
取决于以下3个方面：
(1) 结构几何构成：边坡高H ，边坡坡度角β和节理方向。
(2) 荷载参数。这里只考虑岩体自重，忽略节理水压力的影响。
(3) 材料构成的强度属性：节理强度(j c ，j ?)和岩体强度(r c ，r ?)。对岩体和节理均选用Mohr- Coulomb 强度准则，则有
τ≤M M c +?σtan (1)
式中：τ和σ分别为破坏面上的剪应力和正应力(压正拉负)，下标M 取j 或r 。
图1 节理岩体边坡描述
Fig.1 Description of jointed rock slope
节理岩体边坡的失稳破坏往往是由于岩体中的软弱结构强度不足引起的，因此假定节理岩体滑移破裂面见图2。在这种模式下，破裂体只发生刚体平移，没有转动现象发生[14]，根据L. Siad 和M.
Megueddem [14]的研究结果，节理岩体边坡失稳破坏时的破裂角满足如下关系：
j r φφ+≤θ≤β
(2)
图2 节理岩体边坡滑动破坏机制图 Fig.2 Failure mechanism of jointed rock slope
3 节理岩体边坡的稳定性模糊评价方
法
L. Siad 和M. Megueddem [14]对具有两组优势节理的岩体边坡(见图2)进行了研究，并给出了安全系数的计算方法。由于边坡岩体节理几何量(节理间距、方向等)及物理量(节理强度j c ，j ?和岩体强度
r c ，r ?)都具有极强的模糊特性，结合模糊数的定义及运算法则[5
，6]
，将影响边坡稳定性的几何物理量
视为模糊数，于是L. Siad 和M. Megueddem [14]的节理岩体边坡稳定性分析计算公式便描述为
+k ~≤ADE
BCDE DE CD AD W W P P P m F ~
~~
~~)~~~~~~(j r +++=??βλθ，，，；， (3)
式中：函数，，，；，r ~~~~~(?βλθm F )~
j ?为确定性的清
晰函数；AD P ~，CD P ~
和DE P ~均为节理和岩石提供的阻
滑力模糊值；BCDE W ~和ADE W ~
为重力引起的下滑力模
糊值；r j ~/~~c c =λ；H h m ~/~~=；且
)~~~sin()~2~sin(~sin ~cos )~1(~r j j r
??θ?βθ?????=m P AD (4)
β?λ~sin ~cos ~~~j m P CD = (5) ??=λ~)~1(~m P DE
)
~
~~sin()~~~~sin()~cot ~(cot ~sin ~cos r
j
j r j r ??θ??θββθ?????+?? (6)
·1234· 岩石力学与工程学报 2007年
)~~sin()~cot ~(cot ~)~1(~j ?ββθ???=m m W BCDE (7) )~
~~sin()~
2~sin()~~sin()~cot ~(cot )~1(21~r j j r 2??θ?β?θβθ??????=m W ADE (8)
对特定的模糊数λ~，β~
，j
~?和r ?，函数)~~~~~~(j r ??βλθ，，，；，m F 关于变量θ~和m
~的最小值给出节理边坡安全系数的最小上限值，记为*~
k 。
由此可知，*~
k 就是节理边坡稳定系数的解答： )~
~~~~~(min )~~~~(j r )
(r
j ~
*??βλθ?β?λθ，，，；，，，，，m F k m = (9)
且满足几何约束条件：
j r ~~??+≤θ~≤)~~~~{min j r ??ββ?+， 0≤m ~≤1
4 模糊安全系数的求解
为求得岩体边坡安全系数*~
k ，可以利用数值方法求解其最小值。由于模糊安全系数的计算公式中
各个变量均为模糊数，因此*~
k 的求解计算必须遵循模糊数运算法则[15]。对各个参数隶属函数引入α水平截集，得到各个模糊数的模糊区间，再根据扩展原理计算出模糊安全系数的隶属度函数[15]。 当对模糊变量取相同的水平截集α时，各模糊 数可表示为区间数：
??
???
?
??
???
======][][][][][][R L R
L R
L R L R L R L α
ααα
ααα
αααααα
ααα
ααλλλθθθβββ??φ，，，，，，m m m c c c M M M M M M (11) 式中：L 和R 分别为α水平截集下模糊数的左端点值和右端点值。
将式(4)～(8)各个模糊变量用上述区间值代替，
应用区间数学即可计算出模糊数AD P ~，CD P ~，DE P ~
，BCDE W ~和ADE W ~
的对应于水平截集α区间值，然后再由式(3)和(9)计算边坡的模糊安全系数。
根据模糊数的运算法则，安全系数k 上限值求解得
+
αR k ≤
ααα
αα??βλθL
_L _R _R _R _j r )(ADE BCDE DE CD AD W W P P P m F +++=
，，，；，
(12)
)
sin()
2sin(sin cos )
1(r_R j_R L j_L R L L _r L R _α
ααααααα
α
??θ?βθ?????=m P AD
(13)
α
β?λαα
αα
L
j_L R
R R _sin cos m P CD = (14)
?????=)
sin()
cot (cot sin cos )1(r_R j_R L R L j_R r_L R
L R _α
ααα
αααα
α
α??θβθ??λm P DE
)sin(j_L r_R L R αα
αα??θβ?+? (15)
???=)cot (cot )1(L R L R L _α
ααααβθm m W BCDE
)sin(j_R L α
αφβ? (16)
??????= )sin()2sin()sin()1(21r_L
j_L R j_R L r_R L 2
R L
_ααααα
αααα
??θ?β?θm W ADE )cot (cot L
R R βθα? (17) 安全系数k 下限可求解得 +
αL k ≤
ααα
αα??βλθR
_R _L _L _L _j r )(ADE BCDE DE CD AD W W P P P m F +++=
，，，；，
(18)
)
sin()
2sin(sin cos )
1(r_L j_L R j_R L R r_R
R L _α
αααα
αα
α
α
??θ?βθ?????=m P AD (19)
α
β?λαα
ααR
R _j L
L L _sin cos m P CD = (20)
?????=)
sin()
cot (cot sin cos )1(r_L j_L R L R j_L r_R L
R L _α
ααα
αααα
α
α
??θβθ??λm P DE
)sin(j_R r_L R L αα
αα??θβ?+? (21)
???=)cot (cot )1(R L R L R _α
ααααβθm m W BCDE
)sin(j_L R αα
?β? (22)
??????= )sin()2sin()sin()1(21r_R
j_R L j_L R r_L R 2
L R
_α
αααα
αααα
??θ?β?θm W ADE )
10(??
?
?
?
第26卷 第6期 徐卫亚，等. 节理岩体边坡模糊稳定性分析方法研究 ? 1235 ?
)cot (cot R L R
βθα? (23)
5 算例研究
为了解节理岩体边坡模糊稳定性，对L. Siad 和M. Megueddem [14]给出的算例现进行验证性研究，节理岩体边坡基本输入参数表1。L. Siad 和M. Megueddem [14]给出的节理岩体边坡在确定性分析方法情况下的解答，这个解答对应于本文中的各种力学参数隶属函数等于1.0时的计算结果。模糊分析时，需要构造各种力学参数模糊数的隶属函数。这里将各种力学参数的隶属函数构造线性三角形隶属函数进行求解。在构造隶属函数之前，在0)(=x μ处L ′和H ′分别定义为模糊数的左右两个极端值，形式如下：
???????=′0)
(2L P P L ))(2())(2(L P P L P P ?? (24)
)(2P H P H ?+=′ (25)
式中：L ，P ，H 分别为专家所估计的低、可能和高值。
表1 计算参数列表
Table 1 Parameters in the calculation
取值
坡高 /m
实际边坡角度/(°) 节理黏聚力/kPa 节理内摩擦角/(°) 岩体黏聚力/kPa 岩体内摩擦角/(°)上限值 60 77 40 13 120 32 下限值 60 72 30 10 90 30 可能值
60
75
25
8
100
26
三角形隶属函数为 ?????????
?
?′′?′?′′′?′?′=)
(0
)()
()(0
)(H X H X P P H X H P X L L P L X L X x μ (26)
根据上述算法，编制节理岩体边坡的模糊稳定性分析程序SAJRS(stability analysis of jointed rock slope)。将上述边坡几何物理参数输入计算程序，得
到该具有两组平行节理岩体边坡的模糊稳定性计算成果(见图3)。图3中同时给出了该边坡安全系数和
图3 安全系数和边坡破裂角隶属函数图
Fig.3 Safety factor vs. membership degree of failure angle of
slope
潜在滑动面破裂角的隶属函数关系。它表明了边坡安全系数或潜在滑动面破裂角隶属于某一个具体数值的程度，或者说是一种可能性。当隶属度取 1.0时，该节理岩体边坡的安全系数为10.878，与L. Siad 和M. Megueddem [14]所得结果相同；但当考虑边坡几何力学参数的模糊特性时(即黏聚力和内摩擦角等按线性三角形隶属函数变化)，边坡可能失稳时的安全系数变化范围远大于初始力学参数变化范围。安全系数最小值为3.681 9；最大值则达到59.078 3。这说明考虑影响边坡稳定性因素的模糊特性，可以对边坡稳定性有更全面的认识。由图3可知，当对节理岩体边坡的各计算参数有较大把握时(隶属度越大)，对边坡稳定性判断就越有把握。具体如何利用节理岩体边坡安全系数的隶属函数图来判断边坡的稳定性，必须借助于节理岩体边坡稳定性隶属函数来完成，参见徐卫亚等[6]的研究成果。图3还表明该节理岩体边坡在破坏时，其破裂角变化范围不是很大，最小破裂角为50.936°，最大破裂角58.740°。
图4给出隶属度等于0.5和1.0时节理岩体边坡的潜在滑动面，其中点划线2所示对应隶属度等于
图4 隶属度为0.5和1.0时潜在滑动面
Fig.4 Potential sliding surface with membership degrees of 0.5
and 1.0
≥≤≥≤≤≤≤≤安全系数 破裂角/(°) 0.0
0.20.40.60.81.0隶属度
·1236·岩石力学与工程学报 2007年
1.0时的潜在滑动面，虚线1和3之间的区域对应隶属度等于0.5时的可能潜在滑动面。由此可知，当考虑计算参数模糊特性时，节理岩体边坡潜在滑动面位置也有可能出现较大的变化，尤其是隶属度较小时尤为如此。鉴于此，如果所评价的节理岩体边坡的稳定性不能满足要求而需要锚杆(索)加固时，对锚杆(索)长度的确定尤其需要考虑计算参数模糊特性带来的滑动面位置变化影响，否则在加固情况下，也有可能出现锚固长度不够而发生节理岩体边坡失稳破坏的情况。
6 结论
通过对节理岩体边坡稳定性分析中模糊因素的分析，提出了一种使用模糊集理论来评价节理岩体边坡稳定性的新方法。从某种程度上讲，节理岩体边坡中力学参数和几何参数的模糊特性远强于土质边坡或不考虑节理影响的岩石边坡的模糊性，因此基于模糊数学力学的节理岩体边坡稳定性分析方法可以更全面真实地反映节理岩体边坡稳定性情况，有助于为设计者和决策者提供更全面的参数依据。算例研究表明本文提出的节理岩体边坡稳定性分析方法提供了关于选择安全系数的一个更合理方法。
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边坡稳定性分析
第9章边坡稳定性分析 学习指导：本章介绍了边坡的破坏类型，即：岩崩和岩滑；着重介绍了边坡稳定性分析与评价基本方法，包括圆弧法岩坡稳定分析、平面滑动法岩坡稳定分析、双平面滑动岩坡稳定分析、力多边形法岩坡稳定分析及近代理论计算法；介绍了岩坡处理的措施。 重点：1边坡的变形与破坏类型； 2影响边坡稳定性的因素； 3边坡稳定性分析与评价。 9.1 边坡的变形与破坏类型 9.1.1概述 随着社会进步及经济发展，越来越多地在工程活动中涉及边坡工程问题，通过长期的工程实践，工程地质工作者已对边坡工程形成了比较完善的理论体系，并通过理论对人类工程活动，进行有效地指导。近年来，随着环境保护意识的增加及国际减轻自然灾害十年来的开展，人类已认识到：边坡诞生不仅仅是其本身的历史发展，而是与人类活动密切相关；人类在进行生产建设的同时，必须顾及到边坡的环境效应，并且把人类的发展置于环境之中，因而相继开展了工程活动与地质环境相互作用研究领域，在这些领域中，边坡作为地质工程的分支之一，一直是人们研究的重点课题之一。 在水电、交通、采矿等诸多的领域，边坡工程都是整体工程不可分割的部分，为保证工程运行安全及节约经费，广大学者对边坡的演化规律、边坡稳定性及滑坡预测预报
等进行了广泛研究。然而，随着人类工程活动的规模扩大及经济建设的急剧发展，边坡工程中普遍出现了高陡边坡稳定性及大型灾害性滑坡预测问题。在我国，目前的露天采矿的人工边坡已高达300—500m,而水电 工程中遇到的天然边坡高度已达500—1000米，其中涉及的工程地质问题极为复杂，特别是在西南山区，边坡的变形、破坏极为普遍，滑坡灾害已成为一种常见的危害人民生命财产安全及工程正常运营的地质灾害。 因此，广大工程地质和岩石力学工作者对此问题进行了长期不懈的探索研究，取得了很大的进展；从初期的工程地质类比法、历史成因分析法等定性研究发展到极限平衡法、数值分析法等定量分析法，进而发展到系统分析法、可靠度方法灰色系统方法等不确定性方法，同时辅以物理模拟方法，并且诞生了工程地质力学理论、岩（土）体结构控制论等，这些无疑为边坡工程及滑坡预报研究奠定了坚实的基础，为人类工程建设做出了重大贡献。 在工程中常要遇到岩坡稳定的问题，例如在大坝施工过程中，坝肩开挖破坏了自然坡脚，使得岩体内部应力重新分布，常常发生岩坡的不稳定现象。又如在引水隧洞的进出口部位的边坡、溢洪道开挖的边坡、渠道的边坡以及公路、铁路、采矿工程等等都会遇到岩坡稳定的问题。如果岩坡由于力过大和强度过低，则它可以处于不稳定的状态，一部分岩体向下或向外坍滑，这一种现象叫做滑坡。滑坡造成危害很大，为此在施工前，必须做好稳定分析工作。 岩坡不同于一般土质边坡，其特点是岩体结构复杂、断层、节理、裂隙互相切割，块体极不规则，因此岩坡稳定有其独特的性质。它同岩体的结构、块体密度和强度、边坡坡度、高度、岩坡表面和顶部所受荷载，边坡的渗水性能，地下水位的高低等有关。 岩体内的结构面，尤其是软弱结构面的的存在，常常是岩坡不稳定的主要因素。大部分岩坡在丧失稳定性时的滑动面可能有三种。一种是沿着岩体软弱岩层滑动；另一种是沿着岩体中的结构面滑动；此外，当这两种软弱面不存在时，也可能在岩体中滑动，但主要的是前面两种情况较多。在进行岩坡分析时，应当特别注意结构面和软弱层的影
第9章边坡稳定性分析 学习指导：本章介绍了边坡的破坏类型,即:岩崩和岩滑;着重介绍了边坡稳定性分析与评价基本方法,包括圆弧法岩坡稳定分析、平面滑动法岩坡稳定分析、双平面滑动岩坡稳定分析、力多边形法岩坡稳定分析及近代理论计算法；介绍了岩坡处理的措施。 重点：1边坡的变形与破坏类型； 2影响边坡稳定性的因素； 3边坡稳定性分析与评价. 9。1边坡的变形与破坏类型 9。1.1概述
随着社会进步及经济发展，越来越多地在工程活动中涉及边坡工程问题，通过长期的工程实践，工程地质工作者已对边坡工程形成了比较完善的理论体系,并通过理论对人类工程活动，进行有效地指导。近年来，随着环境保护意识的增加及国际减轻自然灾害十年来的开展，人类已认识到：边坡诞生不仅仅是其本身的历史发展，而是与人类活动密切相关；人类在进行生产建设的同时，必须顾及到边坡的环境效应，并且把人类的发展置于环境之中,因而相继开展了工程活动与地质环境相互作用研究领域，在这些领域中，边坡作为地质工程的分支之一，一直是人们研究的重点课题之一。 在水电、交通、采矿等诸多的领域，边坡工程都是整体工程不可分割的部分，为保证工程运行安全及节约经费，广大学者对边坡的演化规律、边坡稳定性及滑坡预测预报等进行了广泛研究。然而，随着人类工程活动的规模扩大及经济建设的急剧发展,边坡工程中普遍出现了高陡边坡稳定性及大型灾害性滑坡预测问题。在我国，目前的露天采矿的人工边
坡已高达300—500m，而水电工程中遇到的天然边坡高度已达500—1000米，其中涉及的工程地质问题极为复杂，特别是在西南山区，边坡的变形、破坏极为普遍,滑坡灾害已成为一种常见的危害人民生命财产安全及工程正常运营的地质灾害。
边坡稳定性分析方法 1.1 概述 边坡稳定性分析是边坡工程研究的核心问题，一直是岩土工程研究的的一个热点问题。边坡稳定性分析方法经过近百年的发展，其原有的研究不断完善，同时新的理论和方法不断引入，特别是近代计算机技术和数值分析方法的飞速发展给其带来了质的提高。边坡稳定性研究进入了前所未有的阶段。 任何一个研究体系都是由简单到复杂，由宏观到微观，由整体到局部。对于边坡稳定性研究，在其基础理论的前提下，边坡稳定分析方法从二维扩展到三维，更符合工程的实际情况；由于一些新理论和新方法的出现，如可靠度理论和对边坡工程中不确定性的认识，边坡稳定分析方法由确定性分析向不确定性分析发展。同时，由于边坡工程的复杂性，边坡稳定评价不能依赖于单一方法，边坡的稳定性评价也由单一方法向综合评价分析发展。 1.2 边坡稳定性分析方法 边坡稳定性分析方法很多，归结起来可分为两类：即确定性方法和不确定性方法, 确定性方法是边坡稳定性研究的基本方法,它包括极限平衡分析法、极限分析法、数值分析法。不确定性方法主要有随机概率分析法等。 1.2.1 极限平衡分析法 极限平衡法是边坡稳定分析的传统方法，通过安全系数定量评价边坡的稳定性，由于安全系数的直观性，被工程界广泛应用。该法基于刚塑性理论，只注重土体破坏瞬间的变形机制，而不关心土体变形过程，只要求满足力和力矩的平衡、Mohr-Coulomb准则。其分析问题的基本思路：先根据经验和理论预设一个可能形状的滑动面，通过分析在临近破坏情况下，土体外力与内部强度所提供抗力之间的平衡，计算土体在自身荷载作用下的边坡稳定性过程。极限平衡法没有考虑土体本身的应力—应变关系，不能反映边坡变形破坏的过程，但由于其概念简单明了，且在计算方法上形成了大量的计算经验和计算模型，计算结果也已经达到了很高的精度。因此，该法目前仍为边坡稳定性分析最主要的分析方法。在工程实践中，可根据边坡破坏滑动面的形态来选择相应的极限平衡法。目前常用的极限平衡法有瑞典条分法、Bishop法、Janbu法、Spencer法、Sarma法Morgenstern-Price 法和不平衡推力法等。
文章编号:1001-831X(2004)02-0250-06 岩石边坡稳定性分析方法 贾东远1,2,阴 可1,李艳华3 (1.重庆大学土木工程学院,重庆 400045;2.秦皇岛市建筑设计院,河北秦皇岛 066001; 3.河北农经学院工业工程系,河北廊坊 065000) 摘 要:通过综述岩石边坡稳定性分析方法及其研究的一些新近展,并具体从极限平衡法、数值计算方法、流变分析、动力分析等方面进行详细论述,对岩石边坡稳定性分析中涉及到的岩体参数取值、计算模型、各种方法的优缺点等方面进行了探讨,最后提出对岩石边坡稳定性分析的建议。 关键词:岩石边坡;稳定性;极限平衡;数值计算 中图分类号:TU457 文献标识码:A 前言 岩石边坡稳定性分析一直是岩土工程中重要的研究内容。在我国基本建设中,特别是三峡工程及西部大开发,出现了许多岩石边坡工程,如三峡船闸高边坡、链子崖危岩体以及由于移民迁建用地、城市建设用地形成的边坡等等。在解决这些复杂的岩石边坡问题的过程中,大大促进了岩石边坡稳定性分析方法的发展。随着人们对岩石边坡认识的不断深入以及计算机技术的发展,岩石边坡稳定性分析方法近年来发展很快,取得了一系列研究成果,现分别对其中主要的研究方向和成果作简要介绍并分析各自特点和适用条件,为岩石边坡稳定性分析的工程应用和理论研究提供参考意见。 1 岩体参数及计算模型 极限平衡、数值计算等计算方法在岩石边坡稳定性分析中得到广泛应用,其中如何选择计算所需的工程岩体力学参数成为关键的问题。对于重大工程,可通过现场大型岩体原位试验取得岩体力学参数,但由于时间和资金限制,原位试验不可能大量进行,因而该方法仍有一定的局限性。另外,选取岩性特别均匀的试样几乎是不可能的,多数情况下,是用经验公式来确定岩体抗剪强度参数。但是,经验公式是以一定数量的室内和现场实验资料为依据,通过回归分析求出的,而未能把较多的地质描述引入其中。各个经验公式计算同一岩体的参数时,普遍存在因经验程度不同而确定出的抗剪强度相差较大。由于这些原因,许多文献提出了用其它方法来确定岩体的抗剪强度参数[1-4]。其中张全恒(1992)[1]讨论了确定岩体结构面抗剪强度参数常规方法存在的问题,提出了经验公式和实验相结合的试件法;何满潮(2001)[2]根据工程岩体的连续性理论,提出了根据室内完整岩块试验参数,结合野外工程岩体结构特点进行计算机数值模拟试验,从而确定工程岩体力学参数的方法;周维垣(1992)[3]提出确定节理岩体力学参数的计算机模拟试验法,该方法基于节理裂隙岩体的野外勘察资料,建立岩体损伤断裂模型,在计算机上模拟试验过程,获得所需数据;杨强等(2002)[4]在样本有限的情况下,采用可靠度理论,求出某保证率下的岩体抗剪强度值。 岩体作为复杂的地质体,其力学特性是多种因素共同作用的结果,如形成过程、地质环境和工程环境等。为了能将所有控制因素作为一个整体来考虑,而不仅局限于定量因素,许多文献利用人工 第24卷 第2期2004年6月 地 下 空 间 UNDERGROUND SPACE Vol.24 No.2 Jun.2004 收稿日期:2003-12-11(修改稿) 作者简介:贾东远(1975-),男,河北唐山人,硕士,主要从事岩土工程设计、检测方面的工作。
第九章 边坡岩体稳定性 斜坡：倾斜的地面，是天然斜坡和人工边坡的总称。 边坡的分类： ()? ? ???? ?????? ?岩质边坡土质边坡按岩性分坡等铁路公路路堑与路堤边改造形成如采矿边坡、人工开挖、 人工边坡地壳隆起或下降引起天然的山坡和谷坡自然边坡按成因分 :: 本章主要讨论人工开挖的岩质边坡的稳定性。 岩质边坡稳定性分析方法： 1） 数学力学分析法（包括块体极限平衡法、弹性力学法和弹塑性力学分析法及有限 元法等） 2） 模型模拟试验法（相似材料模型试验、光弹试验法和离心模型试验） 3） 原位观测法 此外，还有破坏概率法、信息论方法及风险决策法等。 核心内容:()() ? ????=??? ? ??=允滑抗滑安全系数安全性系数稳定性系数稳定性计算K 0K F F K 第一节 边坡岩体中的应力分布特征 一、应力分布特征 假定岩体为连续、均质、各向同性的介质，且不考虑时间效应的情况下 （1）边坡面附近的主应力迹线明显偏转，1σ与坡面趋于平行，3σ与坡面趋于正交， 而向坡体内逐渐恢复初始应力状态； （2）坡面附近出现应力集中现象； （3）坡面处的径向应力为零，故坡面岩体仅处于双向应力状态，向坡内逐渐转为三向应力状态； （4）因主应力偏转，坡体内的最大剪应力迹线由直线变为凹向坡面的弧线。 二、影响边坡应力分布的因素
（1）天然应力： h σ↑，坡体内拉应力范围加大。 （2）坡形、坡高、坡角及坡底宽度等，对边坡应力分布有一定的影响； 坡高↑，1σ、 3σ也大； 坡角↑，拉应力范围↑，坡脚剪应力↑。 （3）岩体性质及结构特征 变形模量E 对边坡影响不大，μ对边坡应力影响明显。 第二节 边坡岩体的变形与破坏 一、边坡岩体变形破坏的基本类型 1．边坡变形的基本类型 根据其形成机理分为两种类型：卸荷回弹和蠕变变形。 2．边坡破坏的基本模型 四类，见教材P 177 ()()()()()()()???????? ?? ??以崩塌形式拉断破坏以崩塌形成倾倒破坏以滑坡形式剪切破坏圆弧形滑动 楔形状滑动 多平面滑动双平面滑动单平面滑动平面滑动 4 3 2 , ,: 1 实际上，就是两种：滑坡和崩塌。 二、影响岩体边坡变形破坏的因素 1．岩性：岩体越坚硬，边坡不易破坏，反之，容易破坏（一般情况）。 2．岩体结构：岩体结构控制着边坡的破坏形式及稳定程度。 3．水的作用：水的渗入，滑动力↑；软化作用；产生动水压力和静水压力，不利于边坡稳定。 4．风化作用：风化作用降低 f τ。 5．地形地貌：影响坡内的应力分布特征→影响边坡的变形破坏形成及稳定性。 6．地震：加速边坡破坏。 7．天然应力： h σ影响边坡拉应力及剪应力分布范围及大小。
边坡稳定性分析方法及其适用条件 摘要：边坡是一种自然地质体，在外力的作用下，边坡将沿其裂隙等一些不稳定结构面产生滑移，当土体内部某一面上的滑动力超过土体抗滑动的能力，将导致边坡的失稳。边坡稳定性分析是岩土工程的一个重要研究内容，并已经形成一个应用研究课题，本文对目前边坡稳定性分析中所采用的各种方法进行了归纳，并阐述了其适用条件。 关键词：边坡稳定性分析方法适用条件 正文： 一、工程地质类比法 工程地质类比法，又称工程地质比拟法，属于定性分析，其内容有历史分析法、因素类比法、类型比较法和边坡评比法等。该方法主要通过工程地质勘察，首先对工程地质条件进行分析，如对有关地层岩性、地质构造、地形地貌等因素进行综合调查和分类，对已有的边坡破坏现象进行广泛的调查研究，了解其成因、影响因素和发展规律等；并分析研究工程地质因素的相似性和差异性；然后结合所要研究的边坡进行对比，得出稳定性分析和评价。其优点是综合考虑各种影响边坡稳定的因素，迅速地对边坡稳定性及其发展趋势作出估计和预测；缺点是类比条件因地而异，经验性强，没有数量界限。 适用条件：在地质条件复杂地区，勘测工作初期缺乏资料时，都常使用工程地质类比法，对边坡稳定性进行分区并作出相应的定性评价，因此，需要有丰富实践经验的地质工作者，才能掌握好这种方法。
二、极限分析法 应用理想塑性体或刚塑性体处于极限状态的极小值原理和极大 值原理来求解理想塑性体的极限荷载的一种分析方法。它在土坡稳定分析时，假定土体为刚塑性体，且不必了解变形的全过程，当土体应力小于屈服应力时，它不产生变形，但达到屈服应力，即使应力不变，土体将产生无限制的变形，造成土坡失稳而发生破坏。其最大优点是考虑了材料应力—应变关系，以极限状态时自重和外荷载所做的功等于滑裂面上阻力所消耗的功为条件，结合塑性极限分析的上、下限定理求得边坡极限荷载与安全系数。 三、极限平衡法 该法将滑体作为刚体分析其沿滑动面的平衡状态,计算简单。但由于边坡体的复杂性,计算时模型的建立与参数的选取不可避免地使计算结果与实际结果不吻合。常用的方法有如下几种。 1瑞典条分法。基本假定:A边坡稳定为平面应变问题;B滑动面为圆弧;C计算圆弧面安全系数时,将条块重量向滑面法向分解来求法向力。该方法不考虑条间力的作用,仅能满足滑动体的力矩平衡条件,产生的误差使安全系数偏低。 优缺点：在不能给出应力作用下的结构图像的情况下，仍能对结构的稳定性给出较精确的结论，分析失稳边坡反算的强度参数与室内试验吻合度较好，使分析程序更加可信;但需要先知道滑动面的大致位置和形状，对于均质土坡可以通过搜索迭代确定其危险滑动面，但是对于岩质边坡，由于其结构和构造比较复杂，难以准确确定其滑动
岩石路堑边坡稳定性分析 [摘要]本文主要阐述了影响岩石路堑边稳定性的主要因素，并且简要说明了岩石路堑边稳定性的分析方法，最后向大家介绍了，堑边路面稳定性的防治措施。 【关键词】堑边路面稳定性；分析方法；防治措施 1、影响岩石路堑边坡稳定性的主要因素 1.1岩石构造和地质类型 影响边坡稳定性的因素主要有地理因素和工程因素。地理因素包括岩石的结构密度，地貌特征等等因素。而工程因素主要包括人为因素，工程损伤和地震等不可预计的事件。在地理因素之中，岩性对边坡的稳定及其边坡的坡高和坡角起重要的控制作用。坚硬的岩石如花岗岩、石灰岩等可以形成非常稳定的堑边坡。而在淤泥集中的路段，由于淤泥的流动性非常强，几乎难以形成坚固的边坡。 不同的岩是层组成的边坡，其变形破坏的程度也有着很大的不同，以黄土地区为例，边坡的变形破坏形式以滑坡为主，而在花岗岩、厚层石灰岩、沙岩地区则以崩塌为主。在碎屑岩以及松散土层的地区，容易产生碎屑流或者泥石流等自然灾害。在区域构造比较复杂，褶皱比较强烈，新构造运动比较活动的地区，边坡稳定性差。断层带岩石破碎，风化严重，又是地下水最丰富和活动的地区极易发生滑坡。岩层结构的形状对边坡稳定也有很大影响，水平岩层的边坡稳定性较稳定，不过却存在陡倾的节理裂隙，则易形成崩塌和剥落。同向缓倾的岩质边坡的稳定性比反向倾斜的差。同向陡倾层状结构的边坡，一般稳定性较好，但由于是由薄层或软硬岩层的岩石组成，可能因蠕变而产生挠曲弯折或倾倒。比较稳定的山坡上反向倾斜的类型，但垂直层面走向的山坡则易产生切层滑坡[1]。 1.2影响堑边坡稳定性中水的作用 地表水和地下水是影响边坡稳定性的重要因素。不少滑动都是由于水的流动而引起的。处于水下的透水边坡将承受水的浮托力的作用，而不透水的边坡，将承受静水压力；充水的张开裂隙将承受裂隙水静水压力的作用；地下水的渗流，将对边坡岩体产生动水压力；水对边坡岩体还产生软化或泥化作用，使岩土体的抗剪强度大为降低；地表水的冲刷，地下水的溶蚀和潜蚀也直接对边坡产生破坏作用。此外，工程荷载、地震、爆破等因素对边坡稳定性也会产生很大的影响。 2、岩石路堑边的破坏类型及稳定性的分析方法 2.1岩石路堑边的破坏类型 岩坡的破坏类型分为平面滑动和楔形滑动以及旋转滑动三种。从形态上看来
边坡稳定性分析方法 边坡稳定性问题涉及矿山工程、道桥工程、水利工程、建筑工程等诸多工程领域。岩土边坡是一种自然地质体，一般被多组断层、节理、裂隙、软弱带切割，使边坡存在削弱面，在边坡角变化、地下水、地震力、水库蓄水等外因作用下，使边坡沿削弱面产生相对滑移而产生失稳。 边坡稳定性分析过程一般步骤为：实际边坡→力学模型→数学模型→计算方法→结论[4]。其核心内容是力学模型、数学模型、计算方法的研究，即边坡稳定性分析方法的研究。边坡稳定分析方法研究一直是边坡稳定性问题的重要研究内容，也是边坡稳定研究的基础。 1 边坡稳定性研究发展状况 边坡稳定性的分析研究始于本世纪二十年代，最早是对土质边坡的稳定性进行分析和计算，直到60年代初，岩体边坡的稳定性分析研究才开始进行。早期对边坡稳定性的研究主要从两方面进行的：一是借用刚体极限平衡理论，根据三个静力平衡条件计算边坡极限平衡状态下的总稳定性。二是从边坡所处的地质条件及滑坡现象上对滑坡发生的环境及机制进行分析，但基本上都是单因素的。 50年代，我国许多工程地质工作者，在研究中采用前苏联的“地质历史分析”法，也是偏重于描述和定性分析。60年代初的意大利瓦依昂水库滑坡及我国一些水电工程及露天矿山遇到的大型滑坡和岩体失稳事件，使工程地质学家们认识到边坡是一个时效变形体，边坡的演变是一个时效过程或累进性破坏过程，每一类边坡都有其特定的时效变形形式或时效变形过程，这些过程所包含的力学机制只有用近代岩石力学理论才能解释，从而使边坡稳定性研究进入了模式机制研究或内部作用过程研究的新阶段。 进入80年代以来，边坡稳定研究进入了蓬勃发展的新时期。一方面随着计算理论和计算机科学的迅猛发展，数值模拟技术已广泛应用于边坡稳定性研究。边坡稳定性分析的研究也开始采用数值模拟手段定量或半定量地再现边坡变形破坏过程和内部机制作用过程，从岩石力学和数学计算的角度认识边坡变形破坏机制，认识边坡稳定性的发展变化。另一方面，现代科学理论方法，如系统方法、模糊数学、灰色理论、数量化理论及现代概率统计等新兴学科都被广泛的引入边坡稳定性的科学研究中，从而大大扩充了边坡工程的理论和研究方法，提高
岩质边坡类型、结构面特征及稳定性分析 【摘要】边坡的稳定性受控于岩土体的基本特性和人为改造的程度两方面因素。由于地质体的复杂性、多变性和不均质性，因而道路工程边坡设计是预测性、风险性的设计。本文针对山区不同的边坡类型突出的边坡岩土体失稳问题，结合四川、重庆、云南等省山区道路工程建设项目边坡工程及滑坡灾害的勘查和治理，在研究山区地质背景和地质特征基础上，系统研究边坡岩体结构分类方法，以及开挖边坡岩体稳定性的岩体结构分析方法。 【关键词】地质灾害；岩体分类；结构特征；软硬岩层；结构面；稳定性 泥岩、泥质粉砂岩比较软弱，该类岩层具有透水性弱、亲水性强，遇水易软化、塑变，抗风化能力弱，易崩解等特性。从边坡角度来讲，多数边坡由软硬岩体构成，对边坡岩体的变形破坏起控制作用，岩质边坡软硬结构体构成，岩性层间结合差、软弱结构面发育，边坡开挖后极易发生山体变形、滑坡，特别是山前地带岩土质边坡、顺层岩质边坡及以岩层走向发育沟谷的一侧的边坡，多属顺层易滑地带。雨季经常诱发大量滑坡灾害，在道路等工程建设项目中，也经常诱发大量开挖边坡岩体失稳灾害。 开挖边坡岩土体失稳灾害的根本原因在于具有特殊的岩体结构特征和不利的岩体力学性质，其中开挖边坡岩体结构特征是控制开挖边坡稳定性的重要因素，边坡岩体的变形与破坏与边坡岩体结构面发育特征、结构面与开挖面的空间组合有密切关系，因此对边坡岩体结构、结构面特征的系统研究具有重要意义。 1.边坡岩体结构类型划分 边坡岩体的变形破坏与其岩体结构特征有密切的关系。根据岩体结构面、结构体特性，并充分考虑控制性结构面与边坡开挖临空面之间的空间组合关系，系统研究岩体结构类型的划分，给出各种岩体结构类型边坡稳定性分析模型，以便于在工程勘察设计中简便、快速应用。 针对岩体结构类型和边坡工程的特点，在边坡岩体结构类型划分中考虑如下因素： 1）岩质边坡的岩性特点及岩性组合特征 岩质边坡岩性组合最为显著的特点是不同力学性质的岩层互层，从边坡工程角度，开挖边坡工程的岩性组合主要有软质泥质岩为主的层状结构、软硬相间的砂泥岩互层结构和巨厚层硬岩为主的层状结构。 软质泥质岩为主的层状结构主要指开挖边坡岩体以软弱泥质岩为主，边坡岩体中夹少量薄层硬岩，但对整个边坡岩体性质影响不大。
边坡稳定性分析 内容摘要 目前，边坡失稳的防治仍然是一项很艰巨的任务，对边坡的稳定性分析及处治技术进行深入研究具有重要的意义。论文首先简要阐述了边坡工程稳定性分析及处治技术研究的意义，介绍了边坡工程稳定性分析的一些常用方法，并结合笔者的实践经验，提出了边坡工程处治对策。 边坡稳定分析是岩土工程中的重要研究课题。边坡稳定性分析的观点变化是随着人类理论方面的突破和实践经验的积累而变化的。总的来说,边坡稳定性分析是一个逐步由定性分析向定量、半定量分析发展的过程,并且可视化程度越来越高。文章从定性分析、定量分析、不确定分析等角度介绍了几种主要的边坡稳定性分析方法 关键词：边坡；边坡稳定性；边坡失稳；稳定性分析；处治对策 1
边坡稳定性分析 目录 内容摘要 (1) 1绪论 (4) 1.1 边坡稳定性概念 (4) 1.1.1 边坡体自身材料的物理力学性质 (4) 1.1.2 边坡的形状和尺寸 (5) 1.1.3 边坡的工作条件 (5) 1.1.4 边坡的加固措施 (5) 1.2 边坡的稳定性表示方法 (5) 1.3 边坡破坏 (6) 2 边坡的分类 (6) 3 边坡稳定性的影响因素 (7) 3.1 潜在影响因素 (7) 3.1.1 地形因素 (7) 3.1.2 地质材料因素 (7) 3.1.3 地质构造因素 (8) 3.2 诱发影响因素 (8) 3.2.1 环境因素 (8) 3.2.2 人为因素 (9) 4 边坡稳定性的分析方法 (10) 4.1 定性分析方法 (10) 4.1.1 工程地质类比法 (10) 4.1.2 地质分析法(历史成因分析法) (10) 4.1.3 图解法 (10) 4.1.4 边坡的分析数据库和专家系统 (11) 4.2 定量分析方法 (11) 4.2.1 极限平衡法 (11) 2
一、土岩混合边坡分析 土岩混合边坡稳定性分析一般有四种: 1、上部土层及风化层内部的破坏（圆弧或折线，受土体强度控制，软件自动搜索最危险滑面）； 2、沿土岩交界面滑动破坏（土与风化层面或土、风化层与基岩面，受交界面强度控制，软件指定交界面进行计算稳定性，采用圆滑滑动（均质土体时）和折线滑动（覆盖层与基岩面时）两种计算）； 3、下部岩体结构面破坏（受结构面控制，平面或楔形体破坏，倾倒破坏也可能。先用赤平投影定性分析（龙海涛和理正结合使用），根据定性情况，若不稳定，则用理正进行定量稳定性计算（平面滑动和楔形体滑动））。 4、上部土体圆弧滑动，下部岩体沿结构面滑动破坏（分析了1和3后，二者都不稳定时，则对边坡整体进行计算，采用1的最危险滑动面与3的平面滑动面组合成上部圆弧，下部直线（层面、某节理裂隙或结构面组合的交线）的整体滑动面，采用传递系数法进行稳定性计算），则1.2.3.4得到四种稳定系数，根据稳定系数进行综合评价。 5、极软岩边坡可能受岩土体强度控制，也可能受结构面控制，故也应对边坡整体进行稳定性计算，采用圆弧滑动（简化毕肖普法）和折线滑动（传递系数隐式解法）分别进行计算。 6、若1.2稳定，3不稳定，则会发生下部岩体沿结构面滑动破坏，从而带动上部土体一起滑动破坏。故下部岩体稳定性很重要。 综合內摩擦角是对平面滑动的，若提粘聚力很小，甚至为零，只有內摩擦角，则破坏模式为平面滑动，如砂砾石层，岩层等。若判断破坏模式为圆弧滑动，则必须提粘聚力与內摩擦角，如破碎岩层、强风化层与上部土层可能发生圆弧滑动破坏。故，提不提粘聚力，可否换算成综合內摩擦角，取决于判断其破坏模式是圆弧还是平面滑动。 下部为极软岩的土岩混合边坡除按岩质边坡分析外，还需计算五种滑动面稳定系数，如下：（下部为硬质的边坡，可不计算整体圆弧滑动，整体折现滑动视基岩内部裂隙及破碎带
常用的边坡稳定性分析方法
第一节概述 (1) 一、无粘性土坡稳定分析 (1) 二、粘性土坡的稳定分析 (1) 三、边坡稳定分析的总应力法和有效应力法 (1) 四、土坡稳定分析讨论 (1) 第二节基本概念与基本原理 (1) 一、基本概念 (1) 二、基本规律与基本原理 (2) （一）土坡失稳原因分析 (2) （二）无粘性土坡稳定性分析 (3) （三）粘性土坡稳定性分析 (3) （四）边坡稳定分析的总应力法和有效应力法 (7) （五）土坡稳定分析的几个问题讨论 (8) 三、基本方法 (9) （一）确定最危险滑动面圆心的方法 (9) （二）复合滑动面土坡稳定分析方法 (9)
常用的边坡稳定性分析方法 土坡就是具有倾斜坡面的土体。土坡有天然土坡，也有人工土坡。天然土坡是由于地质作用自然形成的土坡，如山坡、江河的岸坡等；人工土坡是经过人工挖、填的土工建筑物，如基坑、渠道、土坝、路堤等的边坡。本章主要学习目前常用的边坡稳定分析方法，学习要点也是与土的抗剪强度有关的问题。 第一节概述 学习土坡的类型及常见的滑坡现象。 一、无粘性土坡稳定分析 学习两种情况下(全干或全淹没情况、有渗透情况)无粘性土坡稳定分析方法。要求掌握无粘性土坡稳定安全系数的定义及推导过程，坡面有顺坡渗流作用下与全干或全淹没情况相比无粘性土土坡的稳定安全系数有何联系。 二、粘性土坡的稳定分析 学习其整体圆弧法、瑞典条分法、毕肖甫法、普遍条分法、有限元法等方法在粘性土稳定分析中的应用。要求掌握圆弧法进行土坡稳定分析及几种特殊条件下土坡稳定分析计算。 三、边坡稳定分析的总应力法和有效应力法 学习稳定渗流期、施工期、地震期边坡稳定分析方法。 四、土坡稳定分析讨论 学习讨论三个问题：土坡稳定分析中计算方法问题、强度指标的选用问题和容许安全系数问题。 第二节基本概念与基本原理 一、基本概念 1．天然土坡(naturalsoilslope)：由长期自然地质营力作用形成的土坡，称为天然土坡。 2．人工土坡(artificialsoilslope)：人工挖方或填方形成的土坡，称为人工土
§2-4 边坡稳定分析的总应力法与有效应力法 土体的抗剪强度参数的恰当选取是影响土坡稳定分析成果可靠性的主要因素。原则: (1)尽可能采用有效应力方法；(2)试验条件尽量符合土体的实际受力和排水条件。 一.两种分析方法 有效应力法：计算过程中，采用有效应力进行分析，使用有效应力强度指标 、 总应力法：计算过程中，采用总应力进行分析，使用总应力强度指标或、 以土石坝边坡稳定分析中的控制时期介绍两种方法的应用。 二.稳定渗流期土坝堤防抗滑安全系数 稳定渗流期坝体内形成稳定的渗透流网，如图2.30所示。各点孔隙水压力能够确定，因此，原则上应该采用有效应力法分析。因为没有一种实验方法能够模拟这种状态下土体中的有效应力和孔隙水压力分配。 图2.30 土石坝稳定渗流期分析 分析时： 1.以土体(颗粒+孔隙水)整体取为隔离体； 2.以瑞典简单条分法为例－不计条间力； 3.计算－对圆心取矩求解边坡安全系数。
取图2.30中任意土条进行分析，如图2.31所示。由于采用瑞典条分法，不计条间力，因此主要是分析由于重力、土条底面的支撑力、作用在底面的孔隙水压力。 图2.31 土条受力示意图 图2.31中的土条重力分三部分计算： 段位于浸润线以上，采用土体天然容重，土条重力为： 段位于浸润线和地下水位之间，采用饱和容重，土条重力为： 段位于地下水位以下，采用浮容重考虑静水压力的影响，土条重力为： 土条底面孔隙水压力为 为地下水位以上等势线的高度 由此计算瑞典条分法的安全系数
将土条重量带入上述公式得到 三．土坝施工期边坡稳定分析 对于均质粘性土坝 1.总应力法：用不排水强度指标， 2.有效应力法 （1）采用下面的公式确定土坝中超静孔隙水压力（由于其中大小主应力大致成比例） 图2.33为土坝施工期等孔压图，在计算中考虑孔隙水压力，采用有效应力方法得到边坡的安全系数。
岩质边坡类型、结构面特征及稳定性分析【摘要】边坡的稳定性受控于岩土体的基本特性和人为改造的程度两方面因素。由于地质体的复杂性、多变性和不均质性，因而道路工程边坡设计是预测性、风险性的设计。本文针对山区不同的边坡类型突出的边坡岩土体失稳问题，结合四川、重庆、云南等省山区道路工程建设项目边坡工程及滑坡灾害的勘查和治理，在研究山区地质背景和地质特征基础上，系统研究边坡岩体结构分类方法，以及开挖边坡岩体稳定性的岩体结构分析方法。 【关键词】地质灾害；岩体分类；结构特征；软硬岩层；结构面；稳定性 泥岩、泥质粉砂岩比较软弱，该类岩层具有透水性弱、亲水性强，遇水易软化、塑变，抗风化能力弱，易崩解等特性。从边坡角度来讲，多数边坡由软硬岩体构成，对边坡岩体的变形破坏起控制作用，岩质边坡软硬结构体构成，岩性层间结合差、软弱结构面发育，边坡开挖后极易发生山体变形、滑坡，特别是山前地带岩土质边坡、顺层岩质边坡及以岩层走向发育沟谷的一侧的边坡，多属顺层易滑地带。雨季经常诱发大量滑坡灾害，在道路等工程建设项目中，也经常诱发大量开挖边坡岩体失稳灾害。 开挖边坡岩土体失稳灾害的根本原因在于具有特殊的岩体结构特征和不利的岩体力学性质，其中开挖边坡岩体结构特征是控制开挖边坡稳定性的重要因素，边坡岩体的变形与破坏与边坡岩体结构面发育特征、结构面与开挖面的空间组合有密切关系，因此对边坡
岩体结构、结构面特征的系统研究具有重要意义。 1.边坡岩体结构类型划分 边坡岩体的变形破坏与其岩体结构特征有密切的关系。根据岩体结构面、结构体特性，并充分考虑控制性结构面与边坡开挖临空面之间的空间组合关系，系统研究岩体结构类型的划分，给出各种岩体结构类型边坡稳定性分析模型，以便于在工程勘察设计中简便、快速应用。 针对岩体结构类型和边坡工程的特点，在边坡岩体结构类型划分中考虑如下因素： 1）岩质边坡的岩性特点及岩性组合特征 岩质边坡岩性组合最为显著的特点是不同力学性质的岩层互层，从边坡工程角度，开挖边坡工程的岩性组合主要有软质泥质岩为主的层状结构、软硬相间的砂泥岩互层结构和巨厚层硬岩为主的层状结构。 软质泥质岩为主的层状结构主要指开挖边坡岩体以软弱泥质岩为主，边坡岩体中夹少量薄层硬岩，但对整个边坡岩体性质影响不大。 软硬相间的互层结构指开挖边坡岩体为硬质岩（砂岩、灰岩、白云岩、硅质岩等）、软质岩（泥岩、页岩等）等各种力学性质岩层互层，在丘陵区软硬相间岩体结构互层最为普遍、最为典型的岩性组合形式。 巨厚层硬岩为主的层状结构主要指开挖边坡岩体中以巨厚层硬
边坡稳定性分析作业及答案 （注：复习内容错误在所难免，答案可能不全，请大家结合教材复习） 1、边坡、要素、分类。 答：倾斜的地坡面称为坡或斜坡，因斜坡往往构成了工程边界，故又称边坡。 边坡要素：坡顶、坡底、坡面；坡肩、坡脚；坡高、坡面角。 分类：土质边坡和岩质边坡。 2、导致滑坡的因素。 答：①应力过大：破坏了坡体力学平衡； ②强度过低：导致滑面抗剪强度不足； ③地质缺陷：岩坡主要是地质界面，土坡主要是孔隙； ④地下水：弱化地质界面抗剪力强度和土粒粘结力，产生静/动水压力； ⑤爆破震动：动力效应的影响； ⑥人为破坏：切断了坡脚，降低了抗滑力； ⑦不利产状：裂隙等地质缺陷的不利产状导致了滑坡； ⑧地下开采：地下开采对疏水稳坡有利，但对岩移失稳不利。 3、边坡稳定性设计思路。 答：①工程地质勘察：包括工程地质和水文地质； ②滑塌模式识别：识别潜在滑塌体及其滑塌模式； ③稳定性分析：计算潜滑体安全系数； ④采取稳坡措施：包括疏干排水、减荷载、降坡角、机械加固等； ⑤接受局部滑坡：进行监测、预报并综合计算其危害、损失、影响； ⑥最终决策：④、⑤比较，使经济效益、社会效益最优。 4、边坡稳定性安全系数。 答：定义一： 定义二：使c、 值降低的系数。 5、节理调查包括哪些内容？ 答：①测点和测线的位置和坐标； ②间断面的产状（走向，倾角，倾向）； ③间断面的延展长度和开口宽度； ④间断面的弯曲程度或平直度； ⑤间断面的干湿度（干燥，稍湿，潮湿，滴水，涌水）； ⑥相邻间断面的间距（密度/频度）； ⑦间断面两臂间的充填物和粗糙度； ⑧间断面两臂的岩性。 6、结构面统计方法有哪些？ 答：主要有两种①如果有路堑式的露头可供选择，则通常采用沿一根固定线逐一观测所有与此线交切的地质间断面并按上面的内容逐一测记每个地质间断的方法。 ②场地只有零星小露头而无法布置扫描线的场合也不见少，这时只能采用见露头测露头的散点法，这种方法要求测绘者有较丰富经验，能迅速区分同组的节
边坡工程地质问题 边坡是自然或人工形成的斜坡，是人类工程活动中最基本的地质环境之一，也是工程建设中最常见的工程形式。斜坡的形成，使岩土体内部原有应力状态发生变化，出现坡体应力重新分布，主应力方向改变，应力又产生集中；而且，其应力状态在各种自然营力及工程影响下，随着斜坡演变而又不断变化，使斜坡岩土体发生不同形式的变形与破坏。不稳定的天然胁迫和人工边坡，在岩土体重力、水及震动力以及其它因素作用下，常常发生危害性的变形与破坏，导致交通中断、江河堵塞，塘库淤填，甚至酿成巨大灾害。 根据组成边坡的主体材料不同，边坡可分为土质边坡和岩质边坡两种，而这两者主体材料的结构、性质差别很大，其存在的工程地质问题也不相同，需要分开进行研究。 边坡的稳定是一个比较复杂的问题，影响边坡稳定性的因素较多，简单归纳起来有边坡体自身材料的物理力学性质、边坡的形状和尺寸、边坡的工作条件及边坡的加固措施等几个方面。 一、岩质边坡工程地质问题 （一）岩体结构及稳定性分析方法 1、岩体结构 存在于岩体中的各种地质界面，如岩层层面，裂隙面、断层面、不整合面等，统称为结构面。岩体受结构面切割而产生的单个块体(岩块)称为结构体。所谓岩体结构，就是指岩体中结构面和结构体两个要素的组合特征，它既表达岩体中结构面的发育程度组合，又反映了结构体的大小、几何形式及排列。 大量的工程实践表明，无论是边坡岩体的破坏，地基岩体的滑移,还是隧洞岩体的塌落等，大多是沿着岩体中软弱结构面发生的。也就是说．岩体受工程作用力的破坏过程，主要是结构体沿结构面的剪切滑移、拉开以及整体的累积变形和破裂。因此,从岩体结构的观点分析岩体稳定问题，首先应研究结构面和结构体的类型及其特征。 （1）结构面及类型 按其成因可分为沉积结构面、火成结构面、变质结构面、构造结构面和次生结构面五类。其主要特征见表6-1。 （2）结构体及类型 不同形式的结构体的组合方式决定着岩体结构类型。常见的岩体结构类型可划分为块体结构、镶嵌结构、碎裂结构、层状结构、层状碎裂结构和等六类。其主要特征见表6-2。 2、岩体稳定性分析方法 在公路工程实践中，遇到的各种各样工程地质问题，归纳起来，主要就是路堑边坡稳定问题以及路、桥地基稳定问题和隧道围岩稳定问题。这三方面的问题，实质上就是一个岩体的稳定问题。所谓岩体稳定，它是一个相对的概念，是指在一定的时间内、一定的自然条件和人为因素的影响下，岩体不产生破坏性的剪切滑动、塑性变形或张裂破坏。 岩体稳定分析，目前一般多通过岩体结构分析、力学分析及对比分析进行，三者互相结合，互相补充，互相验证，作出综合评价。 表1-1 岩体结构面类型及其特征 成因类型地质类型 主要特征 工程地质评价产状分布性质
边坡稳定性分析方法的现状与展望 --- 大学班级：学号： 摘要：介绍了国内边坡稳定性分析方法的研究现状与发展动态，将边坡稳定性分析方法分为定性分析方法和定量分析方法。分析总结了极限平衡理论、数值分析方法等确定性分析方法的发展情况。详细分析了边坡稳定性分析方法的最新进展和边坡稳定性分析中的新方法、新理论及各种方法的优缺点。指出随着计算机技术的兴起和软件的应用，多种方法的综合运用成为边坡稳定性分析的发展方向。针对边坡稳定性问题自身的特点及其研究现状提出了今后边坡稳定问题研究的发展趋势。 关键词：边坡稳定性；定性分析；定量分析；发展趋势 Present situation and prospect of slope stability analysis method Abstract:Traditional methods of slope stability analysis were summarized and divided it into qualititave methods and quantitative methods. Analysis summarizes the limit equilibrium theory and numerical analysis method, such as the development of situation. Slope stability analysis method are analyzed in detail the latest progress and new methods and new theory in slope stability analysis and the advantages and disadvantages of various methods. Points out that with the development of computer technology and software applications, a variety of methods of the integrated use of become the development direction of slope stability analysis. According to the characteristics of the slope stability problem itself and its current research situation in the future was put forward the development trend of slope stability studies. Key words:Slope stability; Qualitative analysis; Quantitative analysis; Development tendency 0 引言 边坡工程是一个开放系统,它既有有限变形问题又有无限变形问题,有瞬时变形问题又有长时变形问题。边坡是一种自然地质体，按组成物质可以分为土质边坡和岩质边坡，在边坡角变化、地下水、地震力、水位变化等外因作用下，边坡将沿其裂隙等一些不稳定结构面产生滑移，当土体内部某一面上的滑动力超过土体抗滑动的能力，将导致边坡的失稳。边坡稳定性分析是岩土工程的一个重要研究内容，并已经形成一个应用研究课题，稳定性问题涉及矿山工程、道桥工程、水利工程、建筑工程等诸多工程领域，近年来受到越来越多的关注，研究方法层出不穷，其中主要以刚体极限平衡分析法和数值分析方法为主，而这些方法在设计参数的选取上都是按定值进行考虑的。然而，由于边坡受多种因素综合影响，其稳定性常表现出复杂多样性、不确定性等特征。传统的工程地质学主要着手地质对比的研究，20世纪80年代后，学科之间的相互渗透使许多与现代科学有关的理论和方法,如系统方法、模糊数学、灰色理论、信息论方法、数理化理论及现代概率统计理论等应用到边坡稳定性研究，从而使这种对比研究手段已从定性发展到定量并形成多种各具特色的边坡稳定性预测模型的阶段，边坡稳定性分析方法不断发展与完善。 本文简要分析了目前常用的边坡稳定性分析方法的基本原理、特点、优缺点及其适用范围,探讨了边坡稳定分析的发展趋势,为进一步研究边坡稳定性问题理清了思路。
第二节边坡稳定性分析方法 力学验算法和工程地质法是路基边坡稳定性分析和验算方法常用的两种方法。 1．力学验算法 (1)数解法假定几个不同的滑动面，按力学平衡原理对每个滑动面进行验算，从中找出最危险滑动面，按此最危险滑动面的稳定程度来判断边坡的稳定性。此方法计算较精确，但计算繁琐。(2)图解或表解法在图解和计算的基础上，经过分析研究，制定图表，供边坡稳定性验算时采用。以简化计算工作。 2．工程地质法 根据稳定的自然山坡或已有的人工边坡进行土类及其状态的分析研究，通过工程地质条件相对比，拟定出与路基边坡条件相类似的稳定值的参考数据，作为确定路基边坡值的依据。 一般土质边坡的设计常用力学验算法进行验算，用工程地质法进行校核；岩石或碎石土类边坡则主要采用工程地质法进行设计。 3．力学验算法的基本假定 滑动土楔体是均质各向同性、滑动面通过坡脚、不考虑滑动土体内部的应力分布及各土条(指条分法)之间相互作用力的影响。 一、直线滑动面法 松散的砂类土路基边坡，渗水性强，粘性差，边坡稳定主要靠其内摩擦力。失稳土体的滑动面近似直线状态，故直线滑动面法适用于砂类土： 如图2-2-4所示，验算时，先通过坡脚或变坡点假设一直线滑动面，将路提斜上方分割出下滑土楔体ABD，沿假设的滑动面AD滑动，其稳定系数K按下式计算(按边坡纵向单位长度计)：
验算的边坡是否稳定，取决于最小稳定系数Kmin的值。当Kmin＝1.0时，边坡处于极限平 衡状态。由于计算的假定，计算参数(r，Ψ，c)的取值都与实际情况存在一定的差异，为了保证边坡有足够的稳定性，通常以最小稳定系数Kmin≥1.25来判别边坡的稳定性。但Kmin过大，则设计偏于保守，在工程上不经济。 当路堤填料为纯净的粗砂、中砂、砾石、碎石时，其粘聚力很小，可忽略不计，则式（2-2-3）变为： 式(2-2-3)也适用于均质砂类土路堑边坡的稳定性验算。 二、圆弧滑动面法 用粘性土填筑的路堤，边坡滑坍时的破裂面形状为一曲面，为简化计算，通常近似地假设为一圆弧状滑动面。分析边坡稳定性时，按其各种不同的假设，有多种方法，但工程上普遍采用条分法(又称瑞典法)及具简化计算的表解法和图解法。 1．条分法 条分法是圆弧滑动面稳定性计算方法中一种具有代表性的方法。该法力的概念明确，使 用范围较广，基本原理是静力平衡，计算时取边坡的单位长度。分条的目的，在于使计算结果较为精确。稳定系数最小值Kmin，通过多道圆弧试算而得，计算工作量较大，分条不宜过多。条分法要求作图准确，尽量减少量取尺寸的误差。 (1)计算公式及其步骤 1)如图2-2-5所示，通过坡脚任意选定一个可能的圆弧滑动面AB，其半径为R。将滑动土体分成若干个垂直土条，其宽度一般为2~4m，通常分8~10个土条，分条时，可结合横断面特征，如分在边坡或地面变化点处，以便简化计算。 式中：ai为第i条土体弧段中心点的半径线与通过圆心的垂线之间的夹角。 3）以圆心o点为转动圆心，半径R为力臂，计算滑动面上各力对O点的滑动力矩，但应 注意在OY轴右侧的Ti为正，是促使土楔体滑动的力；而在OY轴左侧的Ti’方向相反，其值为负，是抵抗土楔体滑动的力，其产生的力矩应在滑动力矩中扣除。因此，滑动力矩为M滑＝