邊坡穩定性的工程地質評價

2021-06-19 10:28:23 字數 4585 閱讀 7334

(1)在地層、構造等條件相類似的河段上,區域性邊坡剖面呈上陡、中緩、下陡的地貌形態,而緩坡的高程與當地階地又不相協調。

(2)在邊坡高處的陡坡下部出現窪地、沼澤及其他負地形,而又不是碳酸鹽類岩層,且陡坡的後緣出現裂縫。

(3)邊坡出現獨特的簸箕形或圈椅形地貌,與上下游河段平順邊坡不相協調;在岩石外露的陡坡下,中間有乙個坡度較為平緩的核心台地(滑坡台地)。

(4)在現代河床受沖刷的凹岸,山坡反而稍微突出河中,有時形成急灘;或在古河床受沖刷的凹岸,河岸邊多有大塊孤石分布.這很可能是由於滑坡體下緣已被沖走而殘留的大孤石:

(5)雙溝同源地形。一般山坡上的溝谷多是一溝數源,而在一些大的老滑坡體上,兩側為沖溝環抱,而上游同源或相距很近,有時甚至形成環谷。青年期、壯年期的滑坡地形,後部台地清晰,其中可見陷落窪地或池沼,雙溝上游的距離相距亦較遠;而老年期的滑坡地形,表面劇烈起伏不平,形成平緩斜坡,一直延伸到河岸,地形等高線呈明顯的紊亂。

(6)在山坡上出現樹幹下部歪斜、上部直立的「馬刀樹」和東倒西歪的「醉漢林」。

(7)陡峭峽谷段出現緩坡,但必須注意區別因地層岩性變化而出現的緩坡。

必須指出,地貌形態的成因是很複雜的,在判斷滑坡標誌時,要綜合考慮,不能僅根據一點就判定是滑坡。一些地貌形態是地質構造運動成因,不一定是滑坡成因。

(二)根據地層岩性、。根據邊坡的地質結構特徵,應用**分析法(例如赤平投影方法)綜合分析坡體中起控制作用的結構面或軟弱帶的空間組合特徵,即可大致確定邊坡可能的變形破壞形式。

(三)根據邊坡變形體的外形和內部變形跡象判斷邊坡的演變階段具有下列標誌時,可以認為滑坡處於穩定階段:

(1)山坡滑坡地貌已不明顯,原滑坡平台寬大且已被夷平,土體密實,無不均勻沉陷現象。

(2)滑坡後壁較高,長滿樹木,壁面穩定,找不到擦痕;前緣的斜坡較緩,土體密實,無鬆散坍塌現象,滑坡舌迎河部分多出露含大孤石的密實土層。

(3)河水目前已遠離滑坡台地,在有些台地外且已有漫灘階地。

(4)滑坡兩側的自然溝谷切割很深,已達基岩。

(5)滑坡台地的坡腳有清晰的泉水出露。

具有下列標誌時,滑坡可能處於復活階段:

(1)邊坡產生新的裂縫。各種型別的滑坡,裂縫開裂的形狀及部位是不同的。如堆積層滑坡主要裂縫在平面上是向上彎的弧形裂縫,出現的部位離邊坡頂較遠處.有時竟達數十公尺到數百公尺。

而岩層滑坡裂縫多出現在構造軟弱線上,常與斷層面或大節理面一致,裂縫長而貫通。當滑坡帶主要裂縫首先出現在山坡中部,而且張開很寬,錯距增大,在滑坡前緣也出現滑動面後,從主要裂縫向上又發生一弧形裂縫,愈向上裂縫愈小,長度愈短,則顯示是牽引式滑坡;如最上面的一圈裂縫首先出現,發展最快,長度最長,則顯示是推動式滑坡。如從滑壁到滑坡前緣都出現連貫成不規則馬蹄形的裂縫帶,則說明滑坡正在活動。

(2)雖有滑坡平台,但面積不大,有向下緩傾的現象,坡面未夷平;或者山坡表面有不均勻陷落的區域性平台,參差不齊。

(3)滑坡地表潮濕,地下水泉發育,口有新生沖溝。

(4)滑坡前緣土體鬆散,有小坍塌,並處於當前河流沖刷條件下。

(5)在平硐勘探中,發現岩體中有明顯的滑動面,並見有擦痕。在排除斷層或岩石斷裂所產生的擦痕的情況下.此現象可作為滑坡是否重新復活的乙個根據。

(四)根據週期性規律判定促進邊坡演變的主導因素促進邊坡變形破壞的各種因素,在地質歷史程序中都有其週期性變化規律。例如河流由侵蝕變為淤積、再侵蝕、再淤積的規律,**的週期性出現,氣象、水文的季節性和多年性變化等。因此,邊坡的演變和發展也會具有週期性變化規律,在某乙個時期必然是由某一主導因素所制約的,這樣,追溯邊坡演變的週期性規律,將有助於判明不同時期促進邊坡演變的主導因素。

(五)邊坡穩定性的區域性特點

在地質、地貌及氣候條件相似地區,邊坡變形破壞的演變規律也會具有相似性,因而還必須研究邊坡破壞的區域性規律。這對評價區域穩定性有重要的理論和實踐意義。

除地質分析法外,下面簡要介紹其它幾種計算邊坡的穩定性的方法

(一)極限平衡理論法計算邊坡的穩定性

(1)土質邊坡

以極限平衡理論為基礎計算土坡的穩定性,如瑞典條分法、畢肖普法、泰勒摩擦圓法等。這些方法假定邊坡破壞時的滑面形態為圓弧形(圓柱面形),通過試算或根據經驗找出最危險滑動圓弧的中心。邊坡的穩定係數k定義為:

沿圓弧形滑面的抗滑力和滑動力對滑弧圓心的力矩之比。

根據試驗和野外調查資料,均質土坡的滑面多呈圓弧形或接近於圓弧形.故用瑞典條分法等來計算均質土坡的穩定,比較接近實際,但由於計算時作了一些簡化假定:如把滑體作為均質剛體考慮,認為滑體本身小變形,滑面簡化為圓弧形,立體問題簡化為平面問題等;並且影響邊坡穩定的因素很複雜,很多計算引數是隨機變數。因此,計算出的穩定係數實際上仍屬於定性或半定量指標的範疇,必須根據邊坡的工程地質條件作出綜合的分析。

對於非均質上坡,滑面的形狀則決定於土的性狀和結構。

(2)岩質邊坡

岩質邊坡穩定性計算必須密切結合岩體的工程地質條件分析。岩質邊坡穩定計算的準確性,在很大程度上決定於地質邊界條件的正確分析和計算引數的正確選取。脫離地質分析的岩質邊坡穩定計算,即使採用的力學理論很精確,也是徒勞的。

為此,首先要弄清邊坡滑體的邊界條件,以便確定滑體的體型。邊坡滑體的邊界條件是指邊坡變形破壞時的滑動面(或可能滑動面)、切剖面和臨空面的產狀、形狀及受力條件。這些面在邊坡變形破壞時構成了邊界,受邊坡岩體的地質構造、岩體結構、邊坡形態及地貌、地下水、地表水等因素控制。

滑動面可以由層面、節理、裂隙、斷層等有一定延展性的面組成,大部分是較緩的軟弱面。切割面是指邊坡岩體與其周圍岩體分割開來的面,一般都為高角度的節理面和構造破裂面。

岩質邊坡在地質條件複雜的情況下,往往有多組不同產狀的結構面,因而滑動岩體的邊界條件是很複雜的。

以上的計算方法只用於分析岩質邊坡滑動破壞最簡單的情況,在理論上亦存在一定問題,但比較簡便,在初步評價岩坡穩定時,仍被廣泛採用。在考慮各種設計方案時,需要切取不同剖面進行繁複的分析計算,可以編制程式用計算機計算。

(二)**法

邊坡穩定分析的**法,按其性質可分為兩種。一種是用一定的曲線和諾模圖來表徵邊坡有關引數之間的定量關係,由此求出邊坡的穩定係數。這是力學計算法的簡化。

另一種是利用**求邊坡變形破壞的邊界條件.分析軟弱結構面的組合關係,分析滑體的形態、滑動方向,評價邊坡的穩定程度,為力學計算創造條件。

(三)有限單元法分析邊坡的穩定性

用有限單元法分析邊坡岩體的應力分布、位移和塑性區分布來評價邊坡的穩定性,已是邊坡穩定性工程地質評價中廣泛採用的一種方法。這個方法的基本原理和步驟是:將乙個連續的邊坡岩體,通過離散化,變換成離散的單元組合體,利用網格剖分,將邊坡(一般採用二維)剖面體系在形式上劃分為有限個單元體,假定各單元均為均勻、連續、各向同性的完全彈性體(或非線性彈性體、彈塑性體、粘彈塑性體),保持自己的介質特徵,有自己的物理力學引數;各單元由節點相互連線,邊坡岩體的內力和外力由節點來傳遞。

單元所受的力,按靜力等效原則移置到節點,成為節點力。當按位移法求解時,取各節點的位移作為未知數,按照一定的函式關係,求出各節點位移後,即可進一步求得單元的應變與應力。有限單元法實質上是一種「化整為零」的計算方法。

單元的形狀一般都採用簡單的三角形,以便於適應邊坡坡面複雜的邊界形狀。網格的大小、單元的劃分布置,則取決於模擬邊坡各種特定工程地質問題的要求和精度,一般可參照邊坡中層面、斷層面、節理麵等各種結構面的特徵和岩性進行劃分。在應力變化比較劇烈的部位,單元要劃分得密一些;

有限單元法的優點在於部分地考慮了邊坡岩體的非均質不連續介質的特性,考慮了岩體彈性和塑性,因而可以避免將坡體視為剛性塊體過於簡化計算邊界條件的缺點,能夠較接近實際地從應力應變分析邊坡的變形破壞機制,並可以直接得出邊坡的位移量和坡體的應力分布。

有限單元法分析邊坡穩定性的可靠性仍取決於對邊坡的工程地質條件的研究,特別是正確地定出邊坡的岩體結構、邊界條件和選擇岩體及結構面物理力學性質引數。

(四)工程地質模擬法

工程地質模擬法的實質是把已有的自然邊坡或人工邊坡的研究設計經驗,應用到條件相似的新邊坡的研究和人工邊坡的研究設計中去。為此,需要對已有邊坡進行廣泛的調查研究,全面分析工程地質因素的相似性和差異性,分析影響邊坡變形發展的主導因素的相似性和差異性。此外,還應考慮工程的類別、等級以及對邊坡的特徵要求等。

工程地質模擬法雖然是一種經驗方法,但在邊坡設計中,特別是中小型工程的設計中,是很通用的一種方法

地質分析法是通過邊坡形成的地質歷史及所處的自然地質環境的研究,根據邊坡的地質地貌條件、變形破壞形跡以及影響邊坡穩定的各種因素,對邊坡的演變發展趨勢和穩定性作出評價和**。力學計算方法很多,上述的(二)、(三)、(四)種方法均屬於力學計算方法。可以根據邊坡的不同邊界條件和變形破壞的型別採用不同的計算和評價方法.如極限平衡理論法中的圓弧面法(瑞典法、畢肖昔法)、薩爾瑪法、平面及折線形滑動面計算法、二維和三維有限單元法、離散元法、圖表計算法、**分析法(以赤平投影為基礎)等。

工程地質模擬法是根據邊坡的工程地質因素分析及已有工程設計的經驗選擇邊坡的穩定坡角。

地質分析法是目前判斷邊坡的重要方法,是邊坡工程的最基本的分析方法。地質分析法最突出的特點是其不確定性,對地質現象的判斷因人而異,工程的安全度完全由人為控制。地質條件多變性,資訊的隨機性、模糊性和不完善性在對邊坡的評價中都由人控制,每乙個工程問題,都需要岩土工程師綜合判斷。

實際工作中,對地質勘察工作要求非常細緻,每乙個遺漏的地方都有可能使工程的安全性出問題,在地質報告中對不利的地質條件描述很多,而對其有利的方面卻很少涉及,使設計人員在設計時,過於保守,有些工程地質工作做的較少,地質問題沒有查盡,為日後工程留下隱患.工程質量難於控制.

影響邊坡穩定的因素十分複雜,用力學計算法、評價邊坡穩定性都是在對自然條件作某些簡化的前提下進行的。雖然是定量的計算結果,亦只能作為全面評價邊坡穩定性的參考。

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