边坡稳定性分析

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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

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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)

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边坡稳定性分析

4.2.2 数值分析方法 (11)

4.3 不确定性分析方法 (13)

4.3.1 系统可靠性分析法 (13)

4.3.2 灰色系统法 (13)

4.3.3 模糊分级评判法 (13)

4.3.4 神经网络法 (13)

7 结语 (15)

参考文献 (16)

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1 绪 论

1.1 边坡稳定性概念

边坡一般是指具有倾斜坡面的土体或岩体,由于坡表面倾斜,在坡体本身重力及其他外力作用下,整个坡体有从高处向低处滑动的趋势,同时,由于坡体土(岩)自身具有一定的强度和人为的工程措施,它会产生阻止坡体下滑的抵抗力。一般来说,如果边坡土(岩)体内部某一个面上的滑动力超过了土(岩)体抵抗滑动的能力,边坡将产生滑动,即失去稳定;如果滑动力小于抵抗力,则认为边坡是稳定的。

在工程设计中,判断边坡稳定性的大小习惯上采用边坡稳定安全系数来衡量。1955年,毕肖普(A.W.Bishop )明确了土坡稳定安全系数的定义:

ττf Fs =

式中:f τ——沿整个滑裂面上的平均抗剪强度;

τ——沿整个滑裂面上的平均剪应力;

Fs ——边坡稳定安全系数。

按照上述边坡稳定性概念,显然,Fs >1,土坡稳定;Fs<1,土坡失稳,Fs =1,土坡处于临界状态。

毕肖普的土坡稳定安全系数物理意义明确,概念清楚,表达简洁,应用范围广泛,在边坡工程处治中也广泛应用。其问题的关键是如何寻求滑裂面,如何寻求滑裂面上的平均抗剪强度f τ和平均剪应力τ。

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,简单归纳起来有以下几方面:

1.1.1 边坡体自身材料的物理力学性质

边坡体材料一般为土体、岩体、岩土及其他材料混合堆积或混合填筑体(如工业废渣、废料等),其本身的物理力学性质对边坡的稳定性影响很大,如抗剪强度(内摩擦角,凝聚力c )、容重(包括天然容重和饱和容重等)。

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1.1.2 边坡的形状和尺寸

这里指边坡的断面形状、边坡坡度、边坡总高度等。一般来说,边坡越陡,边坡越容易失稳,坡度越缓,边坡越稳定;高度越大,边坡越容易失稳,高度越小,边坡越稳定。

1.1.3 边坡的工作条件

边坡的工件条件主要是指边坡的外部荷载,包括边坡和边坡顶上的荷载、边坡后传递的荷载,如公路路堤边坡顶上的汽车荷载、人行荷载等,储灰场后方堆灰传递的荷载,水坝后方水压力等。

边坡体后方的水流及边坡体中水位变化情况是影响边坡稳定的一个重要因素,它除自身对边坡产生作用外,还影响边坡体材料的物理力学指标。

1.1.4 边坡的加固措施

边坡的加固是采取人工措施将边坡的滑动传送或转移到另一部分稳定体中,使整个边坡达到一种新的稳定平衡状态,加固措施的种类不同,对边坡稳定的影响和作用也不相同,但都应保证边坡的稳定。

研究边坡稳定性的目的,在于预测边坡失稳的破坏时间、规模,以及危害程度,事先采取防治措施,减轻地质灾害,使人工边坡的设计达到安全、经济的目的。

1.2 边坡的稳定性表示方法

边坡的稳定性通常以滑动面上的抗滑力与滑动力的比值,即抗滑稳定性系数来表示。这一比值越大,边坡越稳定;反之,边坡越不稳定。评价边坡稳定性的常用方法有下列4类(1)、定性分析法。通过对边坡的尺寸和坡形、边坡的地质结构、所处的地质环境、形成的地质历史、变形破坏形迹,以及影响其稳定性的各种因素的研究,判断边坡演变阶段和稳定状况。(2)、极限平衡分析法。把可能滑动的岩、土体假定为刚体,通过分析可能滑动面,并把滑动面上的应力简化为均匀分布,进而计算出边坡的稳定性系数。(3)、数值分析法。利用有限单元分析法,先计算出边坡位移场和应力场,然后利用岩、土体强度准则,计算出各单元与可能滑动面的稳定性系数。(4)、工程地质类比法。将所研究边坡或拟设计的人工边坡与已经研究过的或已有经验的边坡进行类比,以评价其稳定性,并提出合理的

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坡高和坡角。

1.3 边坡破坏

边坡破坏的类型很多,常见的是崩塌和滑坡。陡坡前缘部分岩、土体突然与母体分离,翻滚跳动崩坠崖底或塌落而下的过程和现象,称为崩塌。边坡部分岩、土体沿着先前存在的地质界面,或新形成的剪切破坏面向下滑动的过程和现象,称为滑坡。在边坡破坏中,滑破是最常见,危害最严重的一类。

所有的边坡失稳,均涉及到边坡岩、土体在剪切应力作用下的破坏。因此,影响剪切应力和岩、土体抗剪强度的因素,都影响边坡的稳定性。例如,构成边坡岩、土体的工程地质性质及其变化;边坡中断层、层面、不整合面等不连续面的产状与坡面倾向、倾角之间的关系;边坡尺寸和形态的改变;坡脚遭受水的侵蚀或人工开挖;边坡上天然或人工加载;边坡岩、土体中地下水位的升降,以及地震和爆破引起的瞬时振动等,均会在一定程度上改变边坡的稳定性。

2 边坡的分类

在实际工程中,为满足不同工程用途的需要,边坡设计形态多种多样,边坡的分类通常有以下几种:

(1) 按照边坡的成因可分为天然边坡和人工边坡,天然边坡是自然形成的山坡和江河湖海的岸坡。

(2) 按照构成边坡坡体的岩土性质可分为粘性土类边坡、碎石类边坡、黄土类边坡和岩石类边坡。

(3) 按照边坡的稳定性程度可分为稳定性边坡、基本稳定边坡、欠稳定边坡和不稳定边坡,这种分类方法一般根据边坡的稳定性系数的大小进行划分,但无严格的规定。

(4) 按照边坡的高度分类,边坡高度大于15m称为高边坡,小于15m称为一般边坡。

(5) 根据边坡的断面形式可分为直立式边坡、倾斜式边坡和台阶形边坡

(6)根据使用年限分为临时性边坡和永久性边坡,临时性边坡是指工作年限不超过两年的边坡;永久性边坡是指工作年限超过两年的边坡。

除了上述分类方法外,边坡还可以根据支护结构形式进行分类。

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在实际工程中,由于设计或施工不当,或因地质条件的特殊复杂性难以预计,边坡中一部分坡体相对于另一部份坡体产生相对位移以至丧失原有稳定性,从而形成滑坡。

牵引式滑坡主要是由于边坡开挖卸载,坡体内部应力释放,原有平衡状态被打破,在坡顶后缘一定位置处产生拉裂缝,随着边坡开挖深度的增加,裂缝逐渐向后发展,滑动面位置相应由浅部向深部发展。推移式滑坡主要是由于整个路堤(或堤坝、土堤等)向下滑动,推动坡体变形或破坏,坡顶出现明显的下沉,并出现拉裂缝,形成台阶;坡脚附近的地面有较大的侧向位移并向上隆起。而整体式滑坡则是由于坡体开挖或填筑,破坏了整个古滑坡体的平衡状态,致使整个古滑坡体复活,在整个坡面上均出现大小不同的拉裂缝,坡脚产生明显的向上隆起。

边坡的安全等级的划分是根据边坡破坏后造成的损失的严重性、边坡的类型及坡高等因素确定的,它是边坡工程设计和施工中根据不同的地质环境条件及工程具体情况加以区别对待的重要标准。

3 边坡稳定性的影响因素

当边坡成型后,多会受到自然环境或人为环境的影响,导致边坡稳定性减低,造成崩塌破坏。边坡失稳的原因大致可以分为潜在影响因素和诱发影响因素两类。

3.1 潜在影响因素

3.1.1 地形因素

现今地形的呈现多是由自然或人为因素所造成,在地形的表现上包括坡高、坡宽、坡度及坡向等。而这些因子将决定边坡建成后会受到环境的影响程度。坡度对边坡的影响最直接,坡度过大不利于植物生长且边坡组成成分如土壤及岩石就容易失去力学平衡,造成边坡失稳,最后可能引发严重土壤侵蚀或山崩等边坡破坏,因此一般坡度愈大,边坡稳定度愈低。

3.1.2 地质材料因素

边坡主要由单一或多种地质材料所组成,材料特性的优劣,将直接影响边坡

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的稳定性,地质材料的组成成分包括矿物的种类、组织、胶结状况、成岩时间等,其外在的表现则为岩性、土壤种类、力学强度及抗风化能力。边坡岩体,长期暴露在地表,受到水文、气象变化的影响,逐渐产生物理和化学风化作用,出现各种不良现象。当边坡岩体遭受风化作用后,边坡的稳定性大大降低。

3.1.3 地质构造因素

地质构造因素主要是指边坡地段的褶皱形态、岩层产状、断层和节理裂隙的发育程度以及新构造运动的特点等。通常在区域构造复杂、褶皱强烈、断层众多、岩体裂隙发育、新构造运动比较活跃的地区,往往岩体破碎、沟谷深切,较大规模的崩塌、滑坡极易发生。

地质构造是影响边坡稳定性最主要的因子之一。当岩体中存在不连续结构面如层面、节理、劈理、片理、剪裂带及断层等,会使岩体成为不连续或破碎的岩石,降低岩体强度或提高受风化的影响,而此不连续结构面的存在也容易发展成破坏滑动面,提高边坡的不稳定性。一般而言,不同的坡型其稳定性由好到坏为斜交坡、逆向坡与顺向坡。因此地质构造的方向性、分布密度、分布大小及性质的不同,将对边坡稳定产生相当的影响。

3.2 诱发影响因素

3.2.1 环境因素

由于环境因素涵盖范围较广,下面主要针对降雨、地下水、风化与侵蚀作用及地震等对边坡稳定性造成的影响,逐一加以介绍。

(1)降雨

水是造成边坡破坏的主要因素之一,由于降雨后易使地表材料软化降低强度,并增加孔隙水压,降低边坡稳定。有学者指出对自然边坡最不利的环境因素是持续性的暴雨,易造成坡面侵蚀与坍塌。同时雨水通过渗透作用会促使地下水位升高,导致边坡失稳。

(2)地下水

地下水对边坡造成的不利影响包括:水压作用于垂直裂缝,产生水平推力,使得岩坡或土坡被推向下方;浮力作用于潜在滑动面之上,使得有效正应力减小,降低该面的摩擦力;对页状矿物,尤其是黏土矿物,产生润滑作用,使的抗滑动的能力降低;改变物理及化学性质,使得岩质、土质变坏,降低强度,使得边坡

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失稳。

(3)风化及侵蚀作用

边坡岩石风化后,强度大幅降低,易使护坡作用降低,导致侵蚀量增加,然后新鲜的岩层再次暴露,进一步被风化与侵蚀。

(4)地震

地震产生的地表加速度会使边坡下滑力增加,抵抗力减小,同时地震释放的水平震波易使缺乏抵抗横向剪力作用的边坡发生破坏。

3.2.2 人为因素

因人为活动造成边坡失稳的影响因素称为人为因素,如道路开挖、山坡地开发、爆破、采矿及开垦等。

(1)山坡地不当开发

目前山坡地不当使用会造成地形和自然植被的改变,边坡坡度因挖、填而变陡,加上自然植被乱砍乱伐,导致边坡失去水土保持的功能,加速边坡崩塌事故的发生。

(2)不当加载

当边坡在坡阶或坡顶上有不当加载时,将导致下滑力增加,当超过自身及保护设施所能提供的抵抗力时,将容易形成边坡破坏。

(3)大量挖填方

在坡地开发中,常将边沟回填以利开发,而此填方区若未滚压密实,土体内部会较松散,因此易产生不均匀沉陷或变形。当填方区上方有建筑物时,将造成龟裂、位移、歪斜或倾倒等灾害。

(4)坡脚不当开挖

坡脚开挖可能使岩体的抗剪强度降低,当受到其它因素触发,则有立即发生破坏的可能。

(5)边坡防护不当

一般坡地开发均需符合水土保持规范,按规定进行边坡生态防护,或增设排水系统和挡土设施等。当这些边坡防护施设不当或维护不良时,将会直接影响边坡的稳定性。

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4 边坡稳定性的分析方法

边坡稳定性研究已有一百多年的历史,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。边坡稳定性分析方法大致可以分为以下几类:定性分析方法、定量分析方法、非确定性分析方法、物理模拟方法。

4.1 定性分析方法

4.1.1 工程地质类比法

该方法利用已有的边坡或人工边坡的稳定性状况及其影响因素、有关设计等方面的经验,并把这些经验应用到类似的所要研究边坡的稳定性分析和设计中去的一种方法。

4.1.2 地质分析法 (历史成因分析法)

该方法通过对边坡发育的地质环境、历史中的各种变形破坏迹象及其基本规律和稳定性影响因素等的分析,追溯边坡演变的全过程,预测边坡稳定性发展的总趋势及其破坏方式,从而对边坡的稳定性作出评价。主要用于天然斜坡的稳定性评价。

4.1.3 图解法

图解法可分为两类第一类是诺模图法。即用一定的关系曲线和偌谟图来表征边坡有关参数之间的定量关系,由此求出边坡稳定性系数或已知稳定系数及其他参数在一个未知的情况下,求出稳定坡角或极限坡高。一般用于土质或全风化的具有弧形破坏面的边坡稳定性分析。

第二类是赤平投影图法。该法就是利用赤平极射投影的原理,通过作图来直观地表示边坡变形破坏的边界条件,分析软弱结构面的组合关系,分析滑体的形态、滑动方向,评价边坡的稳定程度,为力学计算创造条件。该法目前主要用于岩质边坡的稳定性分析。

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4.1.4 边坡的分析数据库和专家系统

边坡工程地质数据库就是收集已有的多个自然斜坡、人工边坡实例的计算机软件。其按照一定的格式,把各个边坡工程实例的发育地点、地质特征、变形破坏影响因素、形式、过程、加固设计,以及边坡的坡形、坡高、坡角等收集起来,并有机地组织在一起。可直接根据不同设计阶段的要求和相关的类比依据,方便快捷地从中查得相似程度最高的实例进行类比,以更好地指导实践、节约费用。

专家系统是一种按学科及相关学科专家的水平进行推理和解决问题、并能说明其缘由的计算机程序。边坡稳定分析设计专家系统就是进行边坡工程稳定性分析与设计的智能化计算机程序,其把某一位或多位边坡工程专家的知识、工程经验、理论分析、数值分析、物理模拟、现场监测等行之有效的知识和方法有机地组织起来的计算机程序,来模拟并再现人脑的思维过程,吸收其合理的知识结构,寻求优化的技术路径。利用良好的边坡工程专家系统,可提高设计人员的决策水平,并最大限度地降低费用、节省时间,达到更加优化的目的和效果。在岩石和工程力学方面,李彰明开发了露天矿边坡实用的专家系统。

4.2 定量分析方法

4.2.1 极限平衡法

极限平衡法由于其简单易行是目前许多边坡稳定分析常用方法。其基本出发点是把土体作为一个刚体,为方便计算做了一些假定,不考虑土体的应力应变关系,因而这种建立在刚体极限平衡理论上的稳定分析方法无法考虑边坡的变形与应力分布。国内外学者针对极限平衡法进行了大量的研究,如杨松林针对传统数值条分法和萨尔玛法应用于岩石边坡稳定性分析的缺点,提出了使用范围更广的广义条分法,广义条分法考虑了条块间分界面的应力变形关系,采用条块间分界面的应力变形本构关系代替传统的两类条分法对条块分界面上力的大小、方向或作用点的人为假定,这一做法更加符合岩土工程的实际情况,并采用优化搜索的方法给出了相对最危险的潜在滑动面及其安全系数。

4.2.2 数值分析方法

数值分析方法是利用某种方法求出边坡的应力分布和变形情况,研究岩体中应力和应变的变化过程,求得各点上的局部稳定系数,由此判断边坡稳定性。其

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主要方法有:

(1) 有限元法;有限元法在边坡稳定性分析中最早得到应用,也是使用最广的一种数值方法。有限元法的优点是部分地考虑了边坡岩体的非均质、不连续介质特征,考虑了岩体的应力应变特征,可以避免将坡体视为刚体,过于简化边界条件的缺点,能够接近实际地从应力应变特征分析边坡的变形破坏机制,对了解边坡的应力分布及应变位移变化很有利。

(2) 有限差分法。为了克服有限元等数值分析方法不能求解岩土体大变形问题的缺陷,人们根据显式有限差分原理快速分析,提出了数值分析方法。黄润秋等将其用于边坡稳定性分析中,取得较好效果。该方法可以考虑材料的非线性和几何学上的非线性,适用于求解非线性大变形,求解速度较快。

(3) 边界元法。边界元法是20世纪70年代发展起来的一种数值方法,该法只对研究区的边界进行离散,对处理无限域或半无限域问题比较理想。但由于需事先知道求解问题的控制微分方程的基本解,在处理材料的非线性、不均匀性、模拟分步开挖等方面还远不如有限元法。

(4) 块体系统不连续变形分析法。此种方法是1985年由石根华和Goodman创立,是基于岩体介质非连续性发展起来的一种崭新的数值分析方法。DDA法可以模拟出岩石块体的移动、转动、张开、闭合等全部过程。据此,可以判定出岩体的破坏程度、破坏范围,从而对岩体的整体和局部的稳定性作出正确的评价。当然,DDA法在岩体参数的选取、计算时步的大小、边坡渗流及解决大变形问题等方面有一定的局限性。

(5) 离散元法。此种方法将所研究的区域划分成一个个分离的多边形块体单元,块与块之间没有变形协调的约束,但需满足平衡方程。块体的运动不是自由的,它会遇到邻接块体的阻力。本构方程可以是线性的,也可以是非线性的。这种方法适用于解决非连续介质大变形问题,在分析被结构面切割的岩质边坡的变形和破坏过程比较实用。

(6) 运动单元法。它由Peter Gussmann教授在20世纪80年代创立,这种塑性极限数值分析方法主要针对莫尔-库仑类岩土介质。在经验的基础上首先假设一个满足莫尔-库仑准则的塑性区并得到相应的最危险滑动面,在该塑性区内引出有限组塑性滑移线平面问题或塑性滑移面空间问题,这些滑移线面将塑性区离散为单元,即运动单元,然后通过严格的自动搜索过程找到满足约束方程和边界条件的最小安全系数并确定塑性滑动区和最危险滑动面。

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4.3 不确定性分析方法

4.3.1 系统可靠性分析法

20世纪70年代中后期,加拿大能源与矿业中心和美国亚利桑那大学等开始把概率统计理论引入边坡的稳定性。由于影响岩质边坡工程的稳定性的诸多因素常常都具有一定的随机性,且多是具有一定概率分布的随机变量,因此可以通过现场调查获得影响边坡稳定性因素的多个样本,然后进行统计分析,求出各自的概率分布及特征参数,再利用某种可靠性分析方法来求解边坡岩体的破坏概率即可靠度。

4.3.2 灰色系统法

利用灰色关联度分析原理,通过数据处理,确定边坡各影响因素的影响程度,利用叠加分析评估边坡的稳定性。但内涵力学机制不清,缺乏明确的定量描述,在实际工程决策中是远远不够的。

4.3.3 模糊分级评判法

影响边坡稳定性的诸因素除了具有前述的随机不确定性外,还具有一定的模糊不确定性。因此,可采用模糊分级评判或模糊聚类方法对边坡稳定性做出分级评判。其具体做法是先找出影响边坡稳定性的各个因素,并赋予其不同的权值,然后根据最大隶属度原则来判定边坡的稳定性。模糊分级评判方法为多变量、多因素影响的边坡稳定性分析提供了一种行之有效的手段。

4.3.4 神经网络法

神经网络是20世纪80年代发展起来的人工智能的一个分支,近年来也开始运用于岩土边坡工程问题研究中。人工神经网络是依据人脑结构的基本特征发展起来的一种信息处理体系或计算体系。它仅是对神经系统的数学抽象和粗略的逼近和模仿。特别适宜处理知识背景不清楚,推理规则不明确等复杂类型模式识别且难以建模的问题。研究表明,在岩土边坡工程系统分析领域内采用神经网络具有独特的优势。利用神经网络理论,可以尽可能多地将各种影响因素作为输入变量,通过建立定性或定量影响因素同边坡安全系数与变形量之间的高度非线性映射模

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型预测和评价边坡的安全性。

综上所述,任何一种分析方法都不是万能的、唯一的方法,而把两种或多种分析方法融合起来,取长补短,这种手段目前在工程界得到了广泛的应用。

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7 结语

论文对常用边坡工程的处治措施进行了初步探讨,指出了常用边坡工程处治措施的适用性,然而随着工程建设规模的不断增大,边坡高度增高,复杂性增大,对边坡处治技术的要求也越来越高。可以预见,随着科学技术的发展,边坡处治技术将得到进一步的发展,并逐步趋于完善。

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,因此,依托于计算机技术,形成集成式智能评价系统,是未来发展的一种趋势。同时由于边坡工程常依赖于经验,故利用边坡工程的失稳和稳定实例来建立系统,考虑多种因素影响,使多学科交叉融合,研究开发基于案例推理的边坡稳定的综合集成式智能评价系统,也是未来的发展方向之一。

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参考文献

[1] 赵明阶、何光春、王多垠.《边坡工程处治技术》,人民交通出版社,2003,(5-7).

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[5] 杨松林,周创兵,易珍莲.岩体稳定分析的广义条分法初步探讨[J].岩土工程学

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[6] 刘钧.边界元法和有限元法耦合分析在岩土力学中的应用[C].第一届全国计算岩土力学岩

土研讨会论文集,西南交通大学出版社,1987.

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边坡稳定性分析资料讲解

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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

【精品】第9章边坡稳定性分析

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。

边坡稳定性分析方法

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。

岩石边坡稳定性分析方法_贾东远

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。

高边坡监控方案

高边坡监测实施方案 一、工程概况: 本项目 二、监测内容: 本隧道高边坡监测主要是路堑高边坡监测,监测内容为人为巡视、裂缝观测、坡面观测和水平位移观测。 1、人工巡视和裂缝观测:人工巡视是一项经常性工作,我标将安排专人坚持每天进行巡视。当坡体表面发现裂缝时监测组及时在裂缝处埋设裂缝观测装置,通过观测裂缝的变化过程和变化规律来分析坡体的破坏趋势。 2、坡面观测:高边坡坡面的变化观测是指在平台上设置坡面观测点,利用精度为2”的全站仪进行观测,采用直角坐标法量测。通过数据处理分析,分析坡面几何外观的变化情况,绘制坡面各点在施工过程中的水平位移变化情况,从而了解边坡滑动范围和滑动情况,提供预警信息,它是一种简单,直接的宏观监测方法。 3、水平位移观测:水平位移观测主要为地面水平位移,采用位移边桩观测。 三、监控实施流程 边坡监测工作与边坡施工需要反复交叉开展,为了使边坡监测工作与边坡施工作业协调一致,特制定如下作业流程: 图表 a、人工巡视记录表; b、边坡变形观测点埋设考证表; c、裂缝观测点埋设考证表; d、边坡观测点观测记录表; e、裂缝观测记录表; 图表 f、报警联系函 四、报警方法 1、稳定控制标准; 边坡稳定性评价主要根据一下几点进行综合判断: (1)、最大位移速率小于2mm/d; (2)、边坡开挖停止后位移速率呈收敛趋势; (3)、坡面、坡顶有无开裂,裂缝的变化趋势如何; 在实际监测的过程中如果出现有上述一点或几点现象时,都应引起注意,及时对各项监测内容作综合分析,并通过其他项目的监测资料相互进行对照、比较,以进一步讨论边坡的稳定性,以便及早发现安全隐患情况,采取相应的补救措施。 2、报警流程 (1)、报警工作及稳定控制按照资料报送程序执行; (2)、普通监测的边坡稳定性由我标监测组作为主要控制方,第三方予以辅助并在必要时提供稳定性协助判别。重点监测断面由第三方监测单位与我标监测组共同完成。 (3)普通边坡监测指标控制标准并经综合判定边坡具有失稳危险时,及时填写报警联系函并立刻提交驻地监理。 六、监测技术要求 1、人工巡视 巡视检查是边坡监测工作的主要内容,它不仅可以及时发现险情,而且能系统地记录、描述边坡施工和周边环境变化过程,及时发现被揭露的不利地质情况。项目部将坚持每天安

边坡稳定性分析方法及其适用条件资料

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

边坡稳定性分析研究及工程应用

边坡稳定性分析研究及工程应用 摘要:边坡问题始终是岩土工程界所研究的主要问题之一。由于问题的复杂性,在边坡工程建设中,怎样对边坡的稳定性进行正确的分析并且制定行之有效的处 理与防治方案仍然是当前岩土工程领域的重点、难点所在。因此我们应当更加重 视对于边坡工程问题的稳定性分析。 关键词:边坡稳定性;工程应用;影响因素;工程应用 1边坡稳定性分析研究 1.1极限平衡分析法 极限平衡法是在分析边坡稳定性较早使用的一种方法,主要思想是在边坡滑 面的范围内,划分成若干个竖向或斜向的条块,通过对每个条块建立平衡方程来 建立整个边坡体的平衡方程,并求得边坡安全系数。常见的极限平衡法有Ordinary法或Fellenius法、Bishop法、Janbu法、Spencer法、Morgenstern-price 法、Lowe-Karafiath法、Sarma法、不平衡推力法和传递系数法等。极限平衡法的 发展已较成熟,其理论也更加完善,计算方法也更加的严谨。特别是随着极限平 衡分析软件出现,用极限平衡法能够处理越来越复杂的问题,如复杂的多层地层、超孔隙水压力条件、各种线性非线性模型和各种的加载模型等。因此在边坡稳定 性分析中得到了相当广泛的应用。 1.2数值分析方法 1.2.1有限元法(FEM) 该法的基本原理是将连续的系统离散为一组单元的组合体,用在每个单元内 的求出近似解,再将所有单元按标准方法组合为一个与原有系统相近似的系统, 基于等价微分方程的积分原理组建节点平衡方程组,并利用虚功原理与最小势能 原理来求解。该法已发展的相当成熟,全面满足了静力平衡、应变相容和应力、 应变之间的本构关系。同时可以不受边坡几何形状的不规则和材料的不均匀性的 限制。有限元用的较多的软件如ABAQUS、ANSYS等。但在求解大变形、位移不 连续、无限域、和应力集中问题还有欠缺。计算常出现不收敛,这样会影响到数 值计算的可信度。 1.2.2离散单元法(DEM) 离散单元法是一种显示求解的动态数值方法。基本原理和有限单元法一样, 将区域划分若干个单元,通过单元间接触关系建立位移与力的相互作用规律,并 通过迭代利用显式时间差分法求解动力平衡方程。主要在大变形问题和动力稳定 问题上有较大优势。 1.2.3快速拉格朗日差分分析法(FLAC) 基本原理类同于离散单元法,此法弥补了有限元的一些不足,它能处理一般 的大变形问题,还能模拟支护结构与岩体的相互作用。较真实地反映实际材料的 在边坡分析中的运动过程,在边坡的稳定性分析及加固处理模拟中取得了满意的 结果。不足之处是在进行网格划分时存在主观性,不同的网格划分分析出来的结 果可能存在差异。近年来有学者专门对FLAC方法本身进行了探讨,其计算误差 值得关注。 1.2.4边界元法(BEM) 它是以定义在边界上的积分方程为控制方程,通过对边界离散插值,化为代

公路高边坡安全监测

公路高边坡的安全监测 摘要:在参阅相关文献的基础上,对目前常用的边坡稳定性监测方法进行了介绍,以研究区公路高边坡为例,对研究区高边坡的地质条件和变形机理进行了分析,重点研究了利用位移计进行边坡内部位移的监测;通过对观测数据的分析,得出了研究区高边坡的近期的形变特点。 关键词:公路高边坡;监测;位移计 0 引言 自20世纪90年代以来,随着我国经济建设发展,对公路交通的要求也越来越高。我国是一个多山的国家,山区的面积约占全国总面积的70%,由于地貌、地质条件限制和公路线形的制约,高填、深挖引起的边坡问题已十分普遍。上世纪80年代初期,我国路线等级低,高填深挖较少,高边坡问题还没有引起足够的重视。由于缺乏对高边坡稳定性的系统研究,以及没有供设计部门应用的成熟经验,常出现高边坡失稳破坏的现象,造成巨大的社会经济损失。因此,公路边坡的稳定性研究和监测已成为道理工程急需解决的重要研究课题。 边坡的地质条件复杂多变,要在工程设计阶段准确无误地预测边坡岩土体稳定状况,不仅依赖于合理的设计和施工,而且取决与贯穿工程全过程的安全监测,目前,监测工作已成为边坡工程施工的重要环节。监测工作对正确评估边坡的安全状态、指导施工、反馈和修改设计、改进边坡设计方法等多方面都具有非常重要的意义,

监测技术的引入使边坡工程的设计和施工在安全稳定和经济合理 的协调统一中起到了不可或缺的桥梁作用。由于边坡位移监测系统较易建立,测值也较可靠,所以边坡监测都以位移监测为主。而边坡变形破坏过程中的累计位移是揭示边坡变形甚至破坏最直观的 信息,能更有效地预测边坡变形的破坏时刻。因此,在工程实践中对边坡变形破坏过程的位移把握就显得十分重要。 本文以研究区的公路高边坡为例,对工程范围内公路高边坡的变形监测进行研究。 1 研究区公路高边坡概况 1.1 地质条件 研究区边坡为砂页岩段,自然坡度为40度左右,浅表部为坡残积块碎石土,其下为伏基岩为砂岩与页岩互层产出,以砂岩占多数,页岩为薄层状并表现为挤压揉皱,部分为层间挤压破碎带。浅表岩体强风化强卸荷,为层状-碎裂、层状-镶嵌结构的v级岩体,岩体强卸荷水平深度30-40m. 1.2 变形机理 研究区的边坡为一套完整性差且强烈风化卸荷松弛的层状-镶嵌碎裂结构岩体,岩体内不存在影响边坡整体失稳的贯穿性结构面。边坡开挖后,岩体松弛回弹,随着开挖向低高程进行,应力逐步向深部传递,变形逐渐向深部发展。目前监测资料反映的位移,是边坡岩体蠕变的反映。因边坡下部的深层锚索支护未及时跟进,边坡蠕变位移也未得到及时有效的抑制,边坡岩体变形一度出现加速蠕

边坡稳定性分析方法

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

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。

边坡稳定性监测方案

隧道工程 边坡施工安全监测设置及实施方案 (现场监测) *******有限责任公司 二O一一年三月

目录 一设计目标及要求 (3) 1.1 监测的内因 (3) 1.2 监测的外因 (3) 二设计原则 (3) 三主要监测项目说明 (3) 3.1 变形监测 (3) 3.2 土体松动监测 (4) 3.3 对加固用的材料进行监测 (4) 3.4 对土体压力进行监测 (4) 3.5 外部条件监测 (4) 四边坡安全管理监测设置及实施方案(现场监测) (4) 4.1 工程概况 (4) 4.2 监测方案 (4) 4.2.1 测点布置 (5) 4.2.2 远程监控系统及监控方案 (5) 4.3 其他可补充监测技术 (6) 4.3.1 测斜监测 (6) 4.3.2以“面”为监测对象的表面变形 (6) 4.3.3 钢筋等的辅助测量 (6)

滑坡体监测初设概要及具体项目实施方案 一设计目标及要求 监测的主要目的在于确保工程的安全。边坡的安全监测以边坡岩体整体稳定性监测为主,兼顾局部滑动砌体稳定性监测。由于过大变形是岩体破坏的主要形式,因此(地表和深部)变形监测是安全监测的重点。 1.1 监测的内因 边(滑)坡中存在的不利结构面常常是引起边(滑)破破坏的主要内在因素,故监测的重点对象是岩体中的这些结构面,监测测点应放在这些对象上或测孔应穿过这些对象等。 1.2 监测的外因 开挖爆破和水的作用是影响边(滑)坡稳定的主要外因,施工期的质点振动速度、加速度的监测,运行期的渗流、渗压监测也是必要的。 二设计原则 (一)及时埋设、及时观测、及时整理分析监测资料和及时反馈监测信息。 (二)布置仪器力求少而精。 (三)监测仪器力求满足精度和稳定性,同时考虑经济性和社会影响性。 (四)尽可能利用已有的设施和条件进行监测设备的选型、施工。 三主要监测项目说明 3.1 变形监测 变形监测按表面和深层分为内部变形监测和外部变形监测,按方向划分为纵向、横向和轴向三个方向。滑坡体在三个方向上均应考虑,这里主要进行内部变形监测和外部变形监测的简要说明。 (一)内部监测 由于滑坡体已经采用衬砌加固,故属于施工后期的监测,应采用钻孔深部位移监测,包括水平位移的钻孔测斜仪法和测钻孔轴向位移的多点位移计法。随时发现滑动面的出现,确定其位置和其变化、发展。 水平位移监测采用钻孔测斜仪,一般先采用活动倾斜仪,待发现滑动面后改用固定

边坡稳定性分析

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

边坡监测方案

舟山国家石油储备基地第一期项目岙山基地工程边坡监测方案 宁波工程勘察院

二00六年一月 舟山国家石油储备基地第一期项目岙山基地工程边坡监测方案 院长:陶灵法 总工程师:陶灵法 项目负责:赵平川 编写:丁传庭 审核:陶灵法

宁波工程勘察院 二00六年一月 国家石油储备基地第一期项目岙山基地工程边坡 监测方案 一、编制依据 1、《国家石油储备基地第一期项目岙山基地工程边坡支护施工图设 计》(2005年9月); 2、国家行业标准:《建筑边坡工程技术规范》(GB50330-2002); 3、国家标准:《锚索喷射混凝土支护技术规范》(GB50086-2001); 4、《建筑变形测量规程》(JGJ/T 8-97); 5、《边坡工程处置技术》,人民交通出版社2003年10月; 6、《岩土锚固技术手册》,人民交通出版社2004年5月。 二、工程概况 岙山国家石油储备基地位于舟山市定海区临城街道岙山岛海防村,设计规模为500万立方米,总占地面积1418900平方米,布置10万立方米储油罐50个,总建筑面积13956平方米,设计总概算约40亿元。根据国家发改委的部署,该项目由中化集团公司负责建设。岙山基地现有21座储罐,总容量达158万立方米。

岙山基地年作业天数可达300天以上,航线可达国内主要港口和国外各大港口,具有面向长江三角洲和沿海经济带、背靠东南沿海、服务全国的独特区位优势,是我国重要的国际油品中转基地。 油库基地四周均为火山碎屑岩组成的低丘陵地貌,共分布有1#~10#等10个山头,拟建的9个储油罐组中有8个罐组(1#、3#~9#罐组)与山头相切,其中8#、9#罐组东侧的2#山头由于受场地限制,该边坡按坡率1:0.5、每级坡高10m、台阶宽2m进行放坡开挖,2#山头与3#山头间边坡坡率由1:0.5向1:0.8渐变,其余山头分多级放坡,每级坡高为10m,坡率为1:0.80。 对2#、3#山头拟采用锚索+锚索综合加固,其具体加固措施为:1)对2#山头边坡削坡坡率为1:0.5及1:0.5向1:0.8过渡坡段潜在滑动岩体进行锚索+锚索加固。每一级边坡设置二道应力分散型预应力锚索,锚固段长6m;每孔9根7φ5钢铰线,锚索工作拉力为1064kN,锚索孔径130mm,俯角15°o,间距5m×5m,梅花型布置。锚索间设置长5m的全长粘结型水泥砂浆锚索,锚索俯角15°o,锚索孔直径100mm。 2)对2#山头坡率为1:0.8坡段,采用全长粘结型锚索进行加固,锚索俯角15°,锚索孔直径100mm。 3)对3#山头边坡潜在滑动岩体进行锚索+锚索加固。每一级边坡设置二道预应力锚索(锚索长度详见设计图),采用压力集中型预应力锚索,锚固段长6m;每孔6根7φ5钢铰线,锚索工作拉力为682kN,锚索孔径130mm,俯角20°o,间距5m×5m,梅花型布

边坡工程监测

第11章边坡工程监测 §11.1概述 §1 1.1.1边坡工程监测的意义 从岩土力学的角度来看,边坡处治是通过某种结构人为给边坡岩土体施加一个外力作 用或者通过人为改善原有边坡的环境,最终使其达到一定的力学平衡状态。但由于边坡内 部岩土力学作用的复杂性,从地质勘察到处治设计均不可能完全考虑边坡内部的真实力学效应,我们的设计都是在很大程度的简化计算上进行的。为了反映边坡岩土真实力学效应、检验设计施工的可靠性和处治后的边坡的稳定状态,边坡工程防治监测具有极其重要的意义。 边坡处治监测的主要任务就是检验设计施工、确保安全,通过监测数据反演分析边坡的 内部力学作用,同时积累丰富的资料作为其他边坡设计和施工的参考资料。边坡工程监测 的作用在于: (1)为边坡设计提供必要的岩土工程和水文地质等技术资料。 (2)边坡监测可获得更充分的地质资料(应用侧斜仪进行监测和无线边坡监测系统监 测等)和边坡发展的动态,从而圈定可疑边坡的不稳定区段。 (3)通过边坡监测,确定不稳定边坡的滑落模式,确定不稳定边坡滑移方向和速度,掌握 边坡发展变化规律,为采取必要的防护措施提供重要的依据。 (4)通过对边坡加固工程的监测,评价治理措施的质量和效果。 (5)为边坡的稳定性分析、提供重要依据。 边坡工程监测是边坡研究工作中的一项重要内容,随着科学技术的发展,各种先进的监 测仪器设备、监测方法和监测手段的不断更新,使边坡监测工作的水平正在不断地提高。 §11.1.2边坡工程监测的内容与方法 边坡处治监测包括施工安全监测、处治效果监测和动态长期监测。一般以施工安全监测和处治效果监测为主。 施工安全监测是在施工期对边坡的位移、应力、地下水等进行监测,监测结果作为指导施工、反馈设计的重要依据,是实施信息化施工的重要内容。施工安全监测将对边坡体进行实时监控,以了解由于工程扰动等因素对边坡体的影响,及时地指导工程实施、调整工程部署、安排施工进度等。在进行施工安全监测时,测点布置在边坡体稳定性差,或工程扰动大的部位,力求形成完整的剖面,采用多种手段互相验证和补充。边坡施工安全监测包括地面变形监测、地表裂缝监测、滑动深部位移监测、地下水位监测、孔隙水压力监测、地应力监测等内容。施工安全监测的数据采集原则上采用24h自动实时观测方式进行,以使监测信息能及时地反映边坡体变形破坏特征,供有关方面作出决断。如果边坡稳定性好,工程扰动小,可采用8~24h观测一次的方式进行。 边坡处治效果监测是检验边坡处治设计和施工效果、判断边坡处治后的稳定性的重要手段。一方面可以了解边坡体变形破坏特征,另一方面可以针对实施的工程进行监测, 例如,监测预应力锚索应力值的变化、抗滑桩的变形和土压力、排水系统的过流能力等,以直接了解工程实施效果。通常结合施工安全和长期监测进行,以了解工程实施后,边 坡体的变化特征,为工程的竣工验收提供科学依据。边坡处治效果监测时间长度一般要求不少于一年,数据采集时间间隔一般为7~10天,在外界扰动较大时,如暴雨期间,可加密观测次数。 边坡长期监测将在防治工程竣工后,对边坡体进行动态跟踪,了解边坡体稳定性变化特征。长期监测主要对一类边坡防治工程进行。边坡长期监测一般沿边坡主剖面进行,监测点的布置少于施工安全监测和防治效果监测;监测内容主要包括滑带深部位移监测、地下水位监测和地面变形监测。数据采集时间间隔一般为l0~15天。 边坡监测的具体内容应根据边坡的等级、地质及支护结构的特点进行考虑,通常对于

边坡变形监测方案

边坡变形监测方案探※※※※※※※※ 探※2008届学生 探※《变形监测》探※课程论文探※※※※※※※※ 变形监测方案 论文名称边坡变形监测方案 0802601班班级 杨波,20号,姓名学号 市政与测绘工程学院院系 测绘工程专业 黄长军指导老师 2012年4月25日 目录 、工程概 3 3

、监测内 3 3

三、监测实施流 四、报警方 五、监测点布置及监测方 六、监测技术要 七、人员及仪器 、工程概况: 本项目穿行于重丘地区的群山峻岭之中,填深挖较多,深挖路堑和填路堤边坡普遍存 在,深挖路堑边坡共29处(大于30米),填路堤边坡6处。大部分路段坡度较陡,岩体 破碎松软,节理裂隙发育,断裂构造对本标段路堑边坡稳定性有一定的影响地下水较发 育,对边坡的整体稳定性有一定的影响。 、监测内容: 本标段边坡监测主要是指路堑边坡和路堤边坡监测,监测内容为人工巡视、裂缝观测、

坡面观测、路堤沉降观测和水平位移观测。 1、人工巡视和裂缝观测: 人工巡视是一项经常性的工作,我标将安排专人坚持每天进行巡 视。当坡体表面发现裂缝时监测组及时在裂缝处埋设裂缝观测装置,通过观测裂缝的变化过程和变化规律来分析坡体的变形情况和破坏趋势。 2、坡面观测: 边坡坡面的变形观测是指在平台上设置坡面变形观测点,利用精度为2〃的 全站仪进行观测,采用直角坐标法量测。通过数据处理分析,分析坡面几何外观的变化情况,绘制坡面各点在施工过程中的水平位移变化情况,从而了解边坡滑动范围和滑动情况,提供预警信息,它是一种简单,直接的宏观监测方法。 3、路堤沉降观测和水平位移观测: 沉降观测主要通过埋设沉降板观测路基的沉降情况,通 过数据分析指导施工; 水平位移观测主要为地面水平位移,采用位移边桩观测。 三、监测实施流程 边坡监测工作与边坡施工需要反复交叉开展,为了使边坡监测工作与边坡施工作业协调一致,特制定如下作业流程: 边坡开挖施工准备 不需要 需要埋设监测仪器 测点仪器埋设 不正常 初测、调试开挖边坡停挖或其他措施动态跟踪监测不满足满足稳定标准本级开挖完毕本级加固防护开挖完毕继续监测加固措施不满足满足稳定标准竣工 监测资料1、资料报送程序; 业主、监理审核确定坡面观测点与裂缝观测点监理确认测点仪器坡面及裂缝观测点埋设确定重点监测断面业主、监理等 审核测斜管、测力计埋设与安装监理确认测点仪器监理确认埋设记录监测断面 测点埋设记录埋设记录提交业主、监理、监测单位监测断面仪器埋设记录监理确认埋设记

边坡稳定性分析模式及流程

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

边坡变形监测方案

边坡变形监测方案 Revised as of 23 November 2020

XXXX标 边坡变形监测专项方案 编制: 审核: 批准: XXXXX公司 2016年12月01日 XXX标 边坡变形监测方案 一、工程概况: 我公司承建的XXX标段,桩号范围3+400~6+950。主要建设内容包括:XXXXX.。本工程等级为II等;河道堤防级别为3级,施工临时工程为5级。防洪标准:防洪标准为50年一遇。供水标准:农业灌溉供水设计保证率为95%。 二、监测内容: 本标段边坡监测主要是指路堤边坡监测,监测内容为人工巡视、裂缝观测、坡面观测观测。 1、人工巡视和裂缝观测:人工巡视是一项经常性的工作,我标将安排专职安全员坚持每天进行巡视,对图纸较差处、渗水严重处、边坡较陡处进行重点巡视、检查。当坡体表面发现裂缝时安全员立即采取措施和报告监测组。

2、坡面观测:边坡坡面的变形观测是指在平台上设置坡面变形观测点,利用GPS进行测量。通过数据处理分析,分析坡面几何外观的变化情况,绘制坡面各点在施工过程中的水平位移变化情况,从而了解边坡滑动范围和滑动情况,提供预警信息,它是一种简单,直接的宏观监测方法。 二、监测方案的实施 1、基准控制点和监测点的布设 基准网的建立 选择通视良好、无扰动、稳固可靠、远离形变护坡高度3倍比较稳定的地方埋设工作基点,其中工作基点采用有强制归心装置的观测墩,照准标志采用强制对中装置的觇牌,埋设在加固坎上,地质较为稳定,本标段工作基点选择桩号点。 变形点布置在边坡变形较大并能严格控制变形的边坡边沿位置。在边坡顶上每100m布置变形监测点,编号分别为左1-32,右1-32。以及对南岸6+581,南岸4+390、北岸5+160、4+000-4+100段附件的建筑物等进行加密监测。 1、顶部用沉降钉垂直植入混凝土中,孔深不小于50mm,基准点与各点位埋设完毕等候5天后,水泥凝固稳定后方可开始进行观测。 2、监测精度及频率要求

常用的边坡稳定性分析方法

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

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