岩石边坡工程.docx

第6章 岩石边坡工程
§ 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水从顶部进入张裂缝，是提高安全系数的有效办法。
Fs
Zw Z
图6-10算例中张裂缝中水深对边坡安全系数的影响
双平面滑动岩坡稳定性分析
如图6-11所示，岩坡内有两条相交的结构面，形成潜在的滑动面。上面的滑动 面的倾角％大于结构面内摩擦角饥，设ci=（）,则其上岩块体有下滑的趋势，从而通 过接触面将力传递给下面的块体。今称上面的岩块体为主动岩块体。下面的潜在滑 动面的倾角。2小于结构面的内摩擦角°2，它受到上面滑动块体传来的力因而也可 能滑动。称下面的岩块体为被动滑块体。为了使岩体保持平衡，必须对岩体施加支 撑力Fb，该力与水平线成。角。假设主动块体与被动块体之间的边界面为垂直，对 上、下两滑块体分别进行图6-13所示力系的分析，可以得到极限平衡所需施加的支 撑力
_ W] sin（a] _qJcosC。？ ~（p2 -） + W2 sin（＜z2 -（p2）cos（a} 一（p、~（py）
r» —
COS(a2 ~(p2 +°)COS01 -(p\-(pQ
图6-11双平面抗滑稳定分析模型
式中，伊］、代、代 上滑动面、下滑动面以及垂直滑动面上的摩擦角；
W/、W2——单位长度主动和被动滑动块体的重量。
为了简单起见，假定所有摩擦角是相同的，即0=02 = 03 = 9。
如果己知入、的、阳、％和。2之值，则可以用下列方法确定岩坡的安全系数: 首先用式(6-19)确定保持极限平衡而所需要的摩擦角值低需要，然后将岩体结构面上 的设计采用的内摩擦角值e实有与之比较，用下列公式确定安全系数
F,=竺外 (6-20)
'tan °需要
在开始滑动的实际情况中，通过岩坡的位移测量可以确定出坡顶、坡趾以及其 它各处的总位移的大小和方向。如果总位移量在整个岩坡中到处一样，并且位移的 方向是向外的和向下的，则可能是刚性滑动的运动形式。于是总位移矢量的方向可 以用来定出％和的值，并且张裂缝的位置可确定Wi和W2的值。假设安全系数 为1,可以计算出Q实有的值，此值即为方程(6-19)的根。今后如果在主动区开挖或 在被动区填方或在被动区进行锚固，均可提高安全系数。这些新条件下所需要的内 摩擦角。需要也可从式(6-19)得出。在新条件下的安全系数的增加也就不难求得。
力多边形法岩坡稳定性分析
两个或两个以上多平面的滑动或者其它形式的折线和不规则曲线的滑动，都可
以按照极限平衡条件用力多边形(分条图解)法来进行分析。下面说明这种方法。
如图6-12(a)所示，假定根据工程地质分析，ABC是一个可能的滑动面，将这个 滑动区域(简称为滑楔)用垂直线划分为若干岩条，对于每一岩条都考虑到相邻岩条的 反作用力，并绘制每一岩条的力多边形。以第i条为例，岩条上作用着下列各力(图 6-12, b)：
%——第，•条岩条的重量(kN)；
R 一一相邻的上面的岩条对i条岩条的反作用力(kN)；
cl——相邻的上面的岩条与第，条岩条垂直界面之间的内聚力(kN)(这里c为单
位面积积内聚力，/'为相邻交界线的长度)；/?'与c、/'组成合力E'(kN)；
R ——相邻的下面的岩条对第i条岩条的反作用力(kN)；
cC一一相邻的下面的岩条与第/条岩条之间的内聚力(广为相邻交界线的长
度)(kN)； R”与c/组成合力E'"(kN)；
R ——第，条岩条底部的反作用力(kN)；
cl ——第，条岩条底部的内聚力(/”为第i条岩条底部的长度)(kN)0
根据这些力绘制力的多边形如图6-12(c)所示。在计算时，应当从上向下自第一 块岩条一个一个地进行图解计算(在图中分为6条)，一直计算到最下面的一块岩条。 力的多边形可以绘在同一个图上，如图6-12(J)所示。如果绘到最后一个力多边形是 闭合的，则就说明岩坡刚好是处于极限平衡状态，也就是稳定安全系数等于1 (图 6-12(")的实线)。如果绘出的力多边形不闭合，如图6-12(")左边的虚线箭头所示， 则说明该岩坡是不稳定的，因为为了图形的闭合还缺少一部分内聚力。如果最后的 力多边形如右边的虚线箭头所示，则说明岩坡是稳定的，因为为了多边形的闭合还 可少用一些内聚力，亦即内聚力还有多余。
图6-12用力多边形进行岩坡稳定分析
（。）当岩坡稳定分析时对岩坡分块：（b）第I条岩块受力示意图:
（c）第I条岩块的力多边形；（d）整个岩块的力多边形
用岩体的内聚力C和内摩擦角伊进行上述的这种分析，只能看出岩坡是稳定的