高等岩石力学岩石边坡工程

中国岩石高边坡工程及其研究
一、中国岩石高边坡工程背景
中国山区地形复杂，岩石边坡又称山坡，是指在高度超过3m的坡度上，使用岩石材料所建造的边坡或斜坡。

岩石作为比较硬结物，具有较高
的抗冲击强度、抗压强度、抗拉强度等特点，可以用来建设稳定、坚固的
边坡。

岩石边坡的技术性能特点和加固边坡的效率，大大提高了边坡建设
的经济性和安全性。

中国岩石高边坡工程的技术特点，是建设时采用焊接和粘结的技术，
这样可以使工程中的材料成为一个整体，既不会受到冲击力的影响，也不
会因为重力而变形。

岩石边坡平整，可以提高边坡表面的抗冲击性能和抗
拉性能，有利于防止土石滑动。

二、中国岩石高边坡工程研究
1、材料耐久性研究
在中国岩石高边坡工程中，土壤材料的耐久性研究是最重要的，因为
它们能够确定边坡的质量，决定边坡的稳定性和安全性。

耐久性研究要求
在各种温度、湿度和湿润环境下实施，以确保材料的可靠性和稳定性。

2、边坡稳定性研究
稳定性研究是指对边坡形态、结构、地质、地貌等因素进行全面研究，并采用测量、分析和求解等方法，考察边坡特征，评估边坡稳定性。

第6章岩石边坡工程§6.1概述边坡按成因可分为自然边坡和人工边坡。

天然的山坡和谷坡是自然边坡，此类边坡是在地壳隆起或下陷过程中逐渐形成的。

通常发生较大规模破坏是自然边坡。

人工边坡是由于人类活动形成的边坡，其中挖方形成的边坡称为开方边坡，填方形成的称为构筑边坡，后者有时也称为坝坡。

人工边坡的几何参数可以人为控制。

边坡按组成物质可分为岩质边坡和土质边坡。

岩坡失稳与土坡失稳的主要区别在于土坡中可能滑动面的位置并不明显，而岩坡中的滑动面则往往较为明确，无需像土坡那样通过大量试算才能确定。

岩坡中结构面的规模、性质及其组合方式在很大程度上决定着岩坡失稳时的破坏形式；结构面的产状或性质稍有改变，岩坡的稳定性将会受到显著影响。

因此，要正确解决岩坡稳定性问题，首先需搞清结构面的性质、作用、组合情况以及结构面的发育情况等，在此基础上不仅要对破坏方式做出判断，而且对其破坏机制也必须进行分析，这是保证岩坡稳定性分析结果正确性的关键。

典型的边坡如图6-1所示。

边坡与坡顶面相交的部位称为坡肩；与坡底面相交的部位坡趾或坡脚；坡面与水平面的夹角称为坡面角或坡倾角；坡肩与坡脚间的高差称为坡高。

图6-1 边坡示意图边坡稳定问题是工程建设中经常遇到的问题，例如水库的岸坡、渠道边坡、隧洞进出口边坡、拱坝坝肩边坡以及公路或铁路的路堑边坡等，都涉及到稳定性问题。

边坡的失稳，轻则影响工程质量与施工进度；重则造成人员伤亡与国民经济的重大损失。

因此，不论土木工程还是水利水电工程，边坡的稳定问题经常成为需要重点考虑的问题。

§6.2岩石边坡破坏6.2.1 岩石边坡的破坏类型岩坡的破坏类型从形态上可分为崩塌和滑坡。

所谓崩塌是指块状岩体与岩坡分离，向前翻滚而下。

其特点是，在崩塌过程中，岩体中无明显滑移面。

崩塌一般发生在既高又陡的岩坡前缘地段，这时大块的岩体与岩坡分离而向前倾倒，如图6-2(a)所示；或者，坡顶岩体由于某种原因脱落翻滚而在坡脚下堆积，如图6-2(b)和(c)所示。

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（1σ）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（不考虑坡面走向方向的2σ）向内渐变为两向（若考虑2σ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。

第十五讲第十七章岩体工程与基础工程第一节岩体力学在边坡工程中的应用（之一）一、内容提要：本讲主要讲述岩质边坡应力分布特征；边坡岩体的变形和破坏以及影响边坡稳定性的工程地质因素二、重点难点：边坡应力分布特征、边坡变形和破坏斜坡系指地壳表部一切具有侧向临空面的地质体。

它包括自然斜坡和人工边坡两种。

前者是在一定地质环境中，在各种地质营力作用下形成和演化的自然历史过程的产物，如山坡、海岸、河岸等。

后者则是由于人类某种工程、经济目的而开挖的，往往在自然斜坡基础上形成，其特点是具有较规则的几何形态，如路堑、露天矿坑边帮、运河(渠道)边坡等。

斜坡具有坡体、坡高、坡角、坡肩、坡面、坡脚、坡顶面、坡底面等各项要素(图17-1-1)。

斜坡在各种内、外地质营力作用下，不断地改变着坡高和坡角，使坡体内应力分布发生变化。

当组成坡体的岩土体强度不能适应此应力分布时，就产生了斜坡的变形破坏作用。

尤其是大规模的工程建设，使自然斜坡发生急剧变化，斜坡的稳定程度也变化极大，往往酿成灾害。

斜坡的变形与破坏，实质上是由斜坡岩土体内应力与其强度这一对矛盾的发展演化所决定的。

由于斜坡变形破坏，给人类和工程建设带来的危害在国内外不乏其例。

在我国，由于特殊的自然地理和地质条件所制约，斜坡地质灾害分布广泛，活动强烈，危害严重。

由于斜坡变形破坏对人类工程、经济活动和生命财产的危害较大，所以它是工程地质学研究的主要课题之一，也是环境地质学和灾害地质学研究的重要内容。

【例题1】决定斜坡的变形与破坏的主要因素是（）。

A.斜坡类型B.斜坡要素C.斜坡种类D.斜坡岩土体内应力与强度答案:D【例题2】下列不属于斜坡要素的是（）。

A. 坡高B.坡顶C.坡角D.坡腿答案:D一、岩质边坡应力分布特征斜坡的变形与破坏，取决于坡体中的应力分布和岩体的强度特征，了解坡体中应力分布特征，对认识斜坡变形与破坏机理很有必要；对正确评价斜坡的稳定性，制定合理的设计和整治方案有指导意义。

（二）边坡岩体的破坏边坡岩体中浮上了与外界贯通的破坏面，使被分割的岩体以一定的加速度脱离母体，称为边坡岩体的破坏。

边坡的破坏形式无数，现将分离简述崩塌和滑坡。

1．崩塌崩塌是岩质边坡破坏的一种形式，边坡前缘的部分岩体被陡倾角的破碎面分割，以骤然的方式脱离母体，翻滚而下，岩块互相撞击破碎，最后堆积于坡脚而形成岩堆，称为崩塌（见图19-67）。

其规模相差悬殊，可从大规模的山崩直至小型块石坠落。

从形成机理分析，崩塌的形成在于坡体沿陡倾刚强结构面张裂的同时，坡脚岩体发生变形（如基座蠕动），使上部割裂岩体失去支持而发生翻倒。

崩塌主要发生在550以上陡坡的前缘边坡上。

高而陡的边坡通常由陡倾角裂隙发展而成，或基座蠕动造成的沉陷解体形成。

这些裂隙在表层蠕动的作用下进一步加深加宽，并促使坡脚主应力增高，使坡体蠕滑进一步加剧，下部支持力削弱，引起崩塌。

故崩塌在高陡边坡上具有良好的发育条件。

因为崩塌形成的岩堆给后侧坡脚以侧向压力，再次发生崩塌的突破处将上移，所以崩塌具有在边坡上逐次后退，规模逐渐变小等发展趋势。

剥落是组成边坡的岩石具有薄层状或页片状结构面，如页岩、片岩、强烈风化的片麻岩和劈理发育的粉砂岩等。

因为这些岩石性质刚强、结构面密集，经历持久不断的风化作用，岩体呈片状破碎，当受雨水冲刷和其他外营力作用之下，边坡表部岩体呈片层状沿边坡表面剥落，堆积于坡脚。

剥落现象普通规模小，速度缓慢，倘若这种现象是单一的，没有其他因素的异常影响，则不致造成严重的灾害。

但对渠道或溢洪道的边坡应赋予注重，因为剥落的碎屑物质堆积在坡脚会阻塞水流，可能引起其他不良现象。

(1)滑坡的构造形态通常一个比较典型的滑坡由滑坡体、滑动面、滑坡壁、滑坡裂隙、滑舌、滑坡鼓丘等几部分构造形态要素组成，见图19-68。

①滑坡体：指边坡上沿滑动面向下滑动的岩土体，或者说是滑坡的囫囵滑动体。

②滑动带。

滑坡体与其周围未滑动岩土体之间的分界面称为滑动面。

滑坡体底部产生剪切、揉皱的，厚数厘米至数米的地带称为滑动带。