岩质边坡稳定分析原理方法
岩质边坡稳定性分析计算
岩质边坡稳定性分析计算引言：岩质边坡是指由岩石构成的边坡体，它的稳定性分析是地质工程中的一项重要内容。
本文将围绕岩质边坡的稳定性分析进行详细讨论，包括边坡的力学特性、稳定性分析的方法和计算步骤。
一、岩质边坡力学特性：岩质边坡的力学特性主要包括边坡坡度、岩性、结构构造、地质构造、坡面覆盖物、地下水等。
这些因素对边坡的稳定性有着重要影响。
1.边坡坡度：边坡坡度是指地面或水平面与边坡倾斜线的夹角，是影响边坡稳定性的重要因素。
坡度越大，边坡的稳定性越差。
2.岩性：岩石的强度、粘聚力、内摩擦角等岩性参数对边坡稳定性有着重要影响。
一般来说，岩性较强的边坡稳定性较好。
3.结构构造：边坡中的断层、节理、褶皱等结构构造对边坡的稳定性有着重要影响。
结构面的发育程度和倾角越大，边坡的稳定性越差。
4.地质构造：地质构造包括岩层倾角、层面、节理等，对边坡的稳定性具有重要影响。
地质构造的研究可以帮助我们了解边坡的受力特点和变形规律。
5.坡面覆盖物：坡面覆盖物通常包括土壤、草地、水层等，这些覆盖物的分布情况和特性对边坡的稳定性有着显著影响。
6.地下水：地下水的存在对边坡的稳定性具有重要影响。
当地下水位上升时，边坡会受到水的浸润，导致边坡强度降低，从而增加边坡失稳的可能性。
二、岩质边坡稳定性分析方法：岩质边坡的稳定性分析方法主要有极限平衡法和有限元法两种，下面将对这两种方法进行介绍。
1.极限平衡法：极限平衡法是一种经典的岩质边坡稳定性分析方法，它基于边坡体在其稳定状态下的力学平衡原理进行计算。
这种方法通常将边坡分割为无限小的切割体，并假设切割体沿着内摩擦边界面滑动，从而得到边坡的稳定状态。
2.有限元法：有限元法是一种基于有限元理论进行边坡稳定性分析的方法。
这种方法将边坡体离散为有限数量的单元，通过求解单元之间的位移和应力，得到边坡的稳定状态。
有限元法能够模拟较为复杂的边坡几何形状和边界条件，但计算复杂度较大。
三、岩质边坡稳定性计算步骤：进行岩质边坡稳定性分析计算时，通常需要进行以下步骤：1.边坡参数确定：根据实地调查和实验数据，确定边坡的坡度、坡高、岩石强度参数、结构面参数等。
(精品)图解赤平投影法分析岩质边坡稳定性
岩质边坡的稳定问题历来是边坡工程稳定性分析和研究的重要课题。
岩质边坡的变形和破坏主要受岩体中发育的各类结构面所控制。
利用极射赤平投影(以下简称赤平投影)方法进行岩质边坡稳定性的分析，可直观地表明各组结构面的组合关系、组合切割体与边坡的相对关系、不稳结构体可能变形失稳的方向等，由此得到边坡变形的边界条件，对边坡的稳定性作出定性分析和评价。
从20世纪80年代，赤平投影方法开始引进到工程地质学中，用于分析工程岩质边坡的整体稳定性，现已得到了广泛应用，是目前分析岩质边坡稳定问题的主要方法之一。
笔者综合已有理论分析方法与工程实践，从简洁、实用的角度出发，结合工程实例，总结提出赤平投影法分析岩质边坡稳定性的图解模板，谨供同行研究参考。
1 赤平投影法分析岩质边坡稳定性的基本方法赤平投影法在进行工程岩质边坡的稳定性分析赤平投影法分析岩质边坡稳定性图解模板时，具有一定的假设前提，即边坡岩体是刚性的，不考虑内部块体之间的应变，同时忽略条件力的作用，只考虑块体滑动力与抗滑力的作用。
1． 1 岩体中发育 1 组结构面的情况边坡岩体中仅发育 1 组结构面时，可能的失稳岩体滑动方向即为结构面的倾向，边坡稳定性分析比较简单，可以概括为 3 种工况:( 1)当结构面倾向与边坡倾向相反，则不考虑结构面倾角大小，边坡是稳定的;( 2)当结构面倾向与边坡倾向相对一致，倾角大于边坡倾角，边坡是较稳定的;(3)当结构面倾向与边坡倾向相对一致，倾角小于边坡倾角，边坡是不稳定的。
这是一种最基本、理想的状况，实际工程边坡岩体中分布的结构面远较之复杂。
1． 2 岩体中发育 2 组结构面的情况边坡岩体中发育 2 组结构面时，边坡的稳定则主要受控于结构面的组合情况。
用赤平投影方法，根据结构面和边坡的产状作赤平投影图，分析结构面组合交线与边坡投影弧的相对关系，判断边坡的稳定状态，通常有以下 5 种情况( 如图 1)。
图 1 两组结构面和边坡的赤平投影关系图(1)图1中，2组结构面(J1，J2)的交点(M)位于人工边坡(cS)及天然边坡(nS)投影弧的对侧(图1－a)。
边坡稳定性分析方法
(2) 条分法中的和求解条件
第 i 条 土 的 作 用 力
Hi+1 Wi Pi hi Hi Ti Ni Pi+1 hi+1
边坡稳定性分析方法
共n条土的未知量数目
(2)条分法中的力和求解条件
Pi o Wi是已知的 o 作用在土条体底部的力与作用点： h i Hi n Ni Ti ti 共3n个 o 作用在边界上的力及作用点： Ti o Pi Hi hi 共3(n-1)个 o （两端边界是已知的） o 假设总体安全系数为Fs (且每条Fs都相等) o Fs 共1个 o 未知数合计=3n+3(n-1)+1=6n-2
3) 假设 Hi=0（不计条间切向力） — (n-1)
(2)．安全系数公式
1 m (Cibi Witgi ) i Fs Wi sin i
sin i tg i mi cos i Fs
其中
边坡稳定性分析方法
圆心O，半径R
(3) 毕 肖 甫 法 计 算 步 骤
讨论
o 由于未知数为6n-2个 o 求解条件为4n个 o 二者相差(2n-2)
•因而出现了不同的假设条件，对应不同计算方法
§整体圆弧法：n=1, 6n-2=4个未知数，4个方程 §简单(瑞典)条分法：Pi=Hi=hi=0, ti=li/2 共2（n+1）个未知数 §其他方法： 大多是假设力作用点位置或忽略一些条间力
边坡稳定性分析方法
影响边坡稳定性主要因素及其表征参数
因 素 序号 大类 中类 组数 岩 体 结 构 结构面发育 程度 间距 结合程度 形状及大小 结构体特征 咬合程度 岩性 Ⅱ 岩石 强度 风化程度 坚硬程度 成分（胶结物） 结构（胶结程度） 构造（层厚） 岩体 完整 程度 岩体结 构类型、 完整性 指数 小类 综合 反映 表征 参数 备注
岩质边坡稳定性分析
块体Ⅰ
块体Ⅱ 块体Ⅱ
块体Ⅱ
（三）、多平面滑动
边坡岩体的多平面滑动， 分为一般多平面滑动和 阶梯状滑动两个亚类。 阶梯状滑动，破坏面由多个实际滑动面和受拉面 组成，呈阶梯状，坡稳定性的计算思路与单平面 滑动相同，即将滑动体的自重 (仅考虑重力作用时) 分解为垂直滑动面的分量和平行滑动面的分量。
' ' tg [ 2 C cos( ) 2 sin( )] sin j j t ' tg gH sin sin( )
第三节 岩质边坡稳定性分析
•一、岩质边坡应力分布特征 •二、岩质边坡的变形与破坏 •三、岩质边坡稳定性分析步骤 •四、岩质边坡稳定性计算
一、 边坡岩体中的应力分布特征
斜坡(slope)统指地表一切具有侧向临空面的地质 体，包括天然斜坡和人工边坡。 天然斜坡(简称斜坡）是指自然地质作用形成未经 人工改造的斜坡。 人工边坡(简称边坡）是指经人工开挖或改造形成 的斜坡。 研究目的：研究边坡变形破坏的机理(包括应力分 布及变形破坏特征)与稳定性，为边坡预测预报及 整治提供岩体力学依据。其中稳定性计算是岩体 边坡稳定性分析的核心。
（四）、楔形体滑动
楔形体滑动的滑 动面由两个倾向 相反、且其交线 倾向与坡面倾向 相同、倾角小于 边坡角的软弱结 构面组成。
岩质边坡稳定性分析
03
边坡稳定性评价方法：采用何种方法进行稳定性评价， 如极限平衡法、数值模拟法等
04
边坡稳定性分析结果：根据评价方法得出的边坡稳定 性等级，以及可能的失稳模式等
05
边坡治理措施：针对边坡稳定性问题，提出相应的治 理措施，如支护加固、排水措施等
06
边坡监测与预警：建立边坡监测系统，实时监测边坡 稳定性，及时发现并预警可能的边坡失稳风险。
04
综合评价方法：结合多种分析方法，对边坡稳定性进行综合评价
地质条件
01
岩石类型：不同岩石的力学性质和抗风化能力不同
02
地质构造：断层、褶皱等地质构造对边坡稳定性产生影响
03
地下水：地下水位变化、地下水渗流对边坡稳定性产生影响
04
气候条件：降雨、温度等气候条件对边坡稳定性产生影响
水文条件
1
地下水位：地下 水位的升降会影 响边坡的稳定性
目录
01. 边坡稳定性分析的重要性 02. 岩质边坡稳定性分析方法 03. 岩质边坡稳定性影响因素 04. 岩质边坡稳定性分析案例
保障工程安全
边坡稳定性分析是工程设计的重要环
01
节，关系到工程的安全性和稳定性。 边坡稳定性分析可以预测边坡的变形
02
和破坏，为工程设计提供依据。 边坡稳定性分析可以指导工程设计和
数值模拟法： 利用计算机 模拟边坡变 形和破坏过 程
概率分析法： 通过概率统 计方法评估 边坡稳定性
模糊数学法： 利用模糊数 学理论对边 坡地质力学分析：分析边坡的地质构造、岩石力学性质等
02
数值模拟分析：利用计算机模拟边坡的变形、破坏过程
03
现场监测分析：通过现场监测获取边坡的变形、应力等数据
边坡稳定性分析方法
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。
边坡稳定性分析方法和适用条件
边坡稳定性分析方法和适用条件一、经验法：经验法是指根据实际工程经验和历史数据，运用公式或经验关系对边坡稳定性进行初步评估和判断。
经验法主要适用于初步设计阶段，可以快速判断边坡的稳定性，但精度较低。
常见的经验法有切坡稳定系数法和地质力学分类法。
切坡稳定系数法是根据剪切强度理论，将边坡剪切强度与外力因素之比来进行稳定性评估的方法。
常用的切坡稳定系数有库仑切坡系数、比谢尔切坡系数和斜坡承载系数等。
地质力学分类法是将边坡划分为不同类别，根据边坡的形状、岩性、构造、地质断层等因素，选择相应的边坡稳定性参数，进行评估。
常用的分类法有英国地质力学分类法和日本地质力学分类法等。
二、解析法：解析法是指通过建立边坡稳定性的解析模型，运用解析解或解析关系对边坡进行稳定性分析。
解析法适用于边坡形状简单、边坡参数确定明确的情况。
常见的解析方法有切坡法、极限平衡法和承载力平衡法等。
切坡法是通过建立边坡剪切面的切平衡方程，求解边坡的稳定性系数。
切坡法适用于边坡形状不规则、变化较大的情况。
极限平衡法是根据极限平衡状态，建立边坡的稳定性方程，求解稳定性系数。
极限平衡法适用于边坡开挖、填筑以及高边坡等情况。
承载力平衡法是根据边坡土体的强度参数和边坡几何形状，建立力学平衡方程，求解边坡的稳定性系数。
承载力平衡法适用于复杂边坡、非均质边坡的稳定性分析。
三、数值模拟法：数值模拟法是指通过建立边坡的数值模型，利用计算机进行边坡的力学行为分析，求解边坡的稳定性。
数值模拟法适用于边坡形状复杂、地质条件复杂、边坡参数变化大的情况。
常用的数值模拟方法有有限元法、边坡稳定分析软件等。
有限元法是将边坡划分为有限个单元，建立边坡的离散模型，通过求解有限元方程，得到边坡的位移和应力分布，从而进行稳定性评估。
边坡稳定分析软件是基于数值模拟原理，将边坡稳定性分析过程进行自动化处理的软件工具。
常见的边坡稳定分析软件有GeoStudio和Plaxis等。
以上是边坡稳定性分析的几种常见方法，不同的方法适用于不同的情况，工程设计人员可以根据实际情况选择合适的方法进行分析和评估。
岩石边坡工程之二-边坡稳定分析与评价
ci li N i tg i
Fs
条件有 (1)
Pi hi hi Hi
i
Hi+1
Pi+1
hi+1
Oi
Ti
i Wi
Ni
i Wi
Nii
Hi=Hi+1-Hi
Pi=Pi+1-Pi
将(2代 ) 入(1并 ) 整理得
根据静力平衡条件
Fzi 0，则 N i cos i Wi H i Ti sin i
2.求解方法：
由于不考虑条块间的用作力，条
块i仅受Wi、Ti、Ni的作用。
根据径向力的平衡条件Fxi 0
有 Ni Wi cosi
(1)
根据径向力的平F衡 xi 条 0,有 件
Ni Wi cosi
(1)
根据滑弧面上极限平衡 条件有
抗剪强度 Ti 安全系数
T fi ci li N i tg i
A
3)条块-2侧面切向力Hi、Hi+1
b
a
Hi+1
Wi
Pi+1
Pi
hi Hi c Ti
hi+1 d
Ni
4)土条底部的法向力Nｉ、切向力Tｉ， 条块弧 段长为li
O
R
4. 土条i平衡方程：
bB
C 7
6
5
4
3
力的平A 衡方-1程O： 1 2
Fxi Fzi
0 0
-2
Mi 0
b
a
Hi+1
Wi
Pi+1
Pi
Fs
Fs
ci li Wi cos i tg i
(2)
Fs
根据整体力矩平衡条件 ，外力对圆心的力矩 M i 0，法向
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Fm= 1.006.
岩质边坡稳定分析原理方法
c＝30 kPa，=0,γ＝0.0 q = 154.25 kPa，
The Prandlt’s bearing capacity solution by the method of inclined slices
(a) Initial estimate，=0.117; (b) Critical failure mode，=0.007
k i 1
sin(il eli ij ) sin(ir eri ij )
n
[(ce cose u sin e ) sec x (W Ty ) sin( e ) (' W Tx ) cos( e )]i
i 1
n 1
(cej cosej u j sin ej )i csc( r er j )i sin( e )i Li 0
岩质边坡稳定分析原理方法
岩质边坡的失稳模式
• 平面和弧面滑动; • 楔体滑动; • 倾倒破坏
岩质边坡稳定分析原理方法
平班水电站进 场所公路滑坡
云荞水库趾板 边坡滑坡
千将坪滑坡
平面滑坡
洪家渡水电站进 场公路滑坡
岩质边坡稳定分析原理方法
漫湾“三洞”滑坡
弧面滑坡
漫湾左坝肩滑坡
天荒坪大溪滑坡
岩质边坡稳定分析原理方法
三峡3坝段坝基
岩质边坡稳定分析原理方法
漫湾水电站各测线区
岩质边坡稳定分析原理方法
龙滩水电站各统计区极点投影等密度图
岩质边坡稳定分析原理方法
The method of inclined slices Sarma’s Method
(1979)
边坡稳定分析上限解 EMU
岩质边坡稳定分析原理方法
V V0
边坡稳定分析方法和程序
• 水利水电工程滑坡案例分析和加固方法的 新进展
• 岩土材料的抗剪强度理论和设计指标 • 土质边坡稳定分析的原理和方法 • 岩质边坡稳定分析的原理和方法 • 边坡稳定分析程序使用方法简介
岩质边坡稳定分析原理方法
岩质边坡的失稳模式和判别方法
• •岩质边坡的失稳模式 • 岩质边坡的失稳模式的判别方法
岩质边坡稳定分析方法
• 平面和弧面滑动－Sarma法; • 楔体滑动; • 倾倒破坏－ Goodman－Bray法
岩质边坡稳定分析原理方法
为什么要在岩质边坡稳定分析 中建议使用Sarma法
岩质边坡稳定分析原理方法
漫湾水电站左岸滑坡
January 8, 1989
Before failure
After failure
楔体滑动
三峡船闸边坡
锦屏库区
岩质边坡稳定分析原理方法
倾倒滑动
岩质边坡稳定分析原理方法
岩质边坡的失稳模式和判别方法
• 岩质边坡的失稳模式 • •岩质边坡的失稳模式的判别方法
岩质边坡稳定分析原理方法
岩质边坡稳定分析原理方法
边坡结构面统计和失稳模式判断程序
YCW
倾倒区 滑动区
岩质边坡稳定分析原理方法
岩质边坡稳定分析原理方法
潘家铮最大最小原理
• 滑坡如能沿许多滑面滑动，则失稳时，它将沿
抵抗力最小的一个滑面破坏（最小值原理）。 • 滑坡体的滑面肯定时，则滑面上的反力（以及
滑坡体内的内力）能自行调整，以发挥最大的 抗滑能力（最大值原理）。
岩质边坡稳定分析原理方法
徐村水电站厂房后边坡
岩质边坡稳定分析原理方法
i 1
岩质边坡稳定分析原理方法
ANALYTICAL APPROACHES
The method of inclined slices
q = 111.4 kPa，
c＝98 kPa，=30,γ＝0.0
(a) A four slice failure mode, initial estimate, Fo=1.047; (b) Results of the optimization search, Fm=1.013; (c) Result of the optimization search using 16 slices,
• 平面和弧面滑动－Sarma法; • 楔体滑动; • 倾倒破坏－ Goodman－Bray法
岩质边坡稳定分析原理方法
岩质边坡稳定分析原理方法
边坡稳定分析程序系列
W-SLOPE
中国水利水电科学研究院 中国水电工程顾问集团公司
岩质边坡稳定分析原理方法
岩质边坡稳定分析原理方法
岩质边坡稳定分析原理方法
岩质边坡稳定分析原理方法
岩 层 夹 泥 层 节 理 岩 体
表 1 计 算 采 用 的 强 度 指 标 c(kPa) 5 50
11.5 39
1. 整体滑动，2. 消力塘局部滑动, 2. 3.不同工况的地下水位 4. 堆碴5. 锚索
岩质边坡稳定分析原理方法
岩质边坡稳定分析方法