岩石力学-边坡稳定性分析.ppt
精品课程《岩石力学》ppt课件(全)
具体而言，研究岩石在荷载作用下的应力、变形和破坏 规律以及工程稳定性等问题。
上述定义是把“岩石”看成固体力学中的一种材料，然而
岩石材料不同于一般的人工制造的固体材料，它是
一种典型的“连续介质”，具有复杂的地质构造和赋
存条件的天然地质体。
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三、岩石力学理论的发展简史
1. 初始阶段(19世纪末~20世纪初)
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8
（2）60年代初意大利Vajont大坝水库高边坡的崩溃 意大利Vajont拱坝，坝高262m，
于1959年建成，是当时世界上 最高的拱坝。1963年10月9日 夜，由于大坝上游山体突然滑 坡，约2.5亿立方的山体瞬时涌 入水库，涌浪摧毁上游及下游 一个小镇与邻近几个村庄，造 成约2500人死亡，整个灾害的 持续时间仅仅5分钟。
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一、引言
1. 人类活动与岩石工程（Rock Engineering）
岩石圈是人类赖以生存的主要载体，人类的大部分活动都 是在岩石圈上进行的：
远古
约4700年前 公元1600年
19世纪
石器，穴居 金字塔（146.5m) 火药采矿 铁路隧道技术
20世纪 大型水电工程
岩基、边坡，地下 洞室，隧道工程等
普罗托吉雅柯诺夫提出的自然平衡拱学说，即普氏理论．
围岩开挖后自然塌落成抛物线拱形，作用在支架上的压力等于 冒落拱内岩石的重量，仅是上覆岩石重量的一部分．
太沙基(K．Terzahi)理论 围岩塌落成矩形，而不是抛物线型．
优点与缺点
上述理论在一定历史时期和一定条件下还是发挥了一定作用的， 但是围岩的塌落并不是形成围岩压力的惟一来源，也不是所有 的地下空间都存在塌落拱．围岩和支护之间并不完全是荷载和 结构的关系问题，在很多情况下围岩和支护形成一个共同承载 系统，而且维持岩石工程的稳定最根本的还是要发挥围岩的作 用．
《岩石力学》课件(完整版)-第三章岩石动力学基础
能量吸收是指岩石在冲 击或振动载荷作用下吸 收能量的能力，与岩石 的破碎和变形有关。
疲劳是指岩石在循环载 荷作用下发生损伤和破 坏的现象，对地下工程 和边坡工程的稳定性有 重要影响。
03
岩石动力学的基本理论
弹性力学基础
01
弹性力学基本概念
弹性力学是研究弹性物体在外力作用下的应力、应变和位移的学科。它
理论分析方法。这些方法可用于求解各种复杂弹性力学问题。
塑性力学基础
塑性力学基本概念
塑性力学是研究塑性物体在外力作用下的应力、应变和位移的学科。塑性物体在达到屈服 点后会发生不可逆的变形，其应力-应变关系不再满足胡克定律。
塑性力学的基本方程
包括屈服准则、流动法则、增量理论和边界条件等。这些方程描述了塑性物体内部的应力 、应变和位移之间的关系，以及物体与周围介质之间的相互作用。
有限元法是一种将连续介质离 散化为有限个小的单元体，并 对每个单元体进行力学分析的 方法。
有限元法是一种将连续介质离 散化为有限个小的单元体，并 对每个单元体进行力学分析的 方法。
有限元法是一种将连续介质离 散化为有限个小的单元体，并 对每个单元体进行力学分析的 方法。
离散元法
离散元法是一种将连续介质离散化为一系列刚性或弹性 单元体的方法。
数据分析
对实验获取的大量数据进行处理和分 析，提取岩石的动力学特性，如阻尼 比、质量放大系数等。
结果解释
根据实验结果，解释岩石在动态载荷 作用下的破坏机制和演化过程，为工 程设计和安全评估提供依据。
实验研究的挑战与展望
挑战
岩石动力学实验技术难度大，需要克服实验条件苛刻、测量精度要求高等问题。 同时，岩石材料的非线性、各向异性等特性也给实验结果分析带来困难。
岩土边坡稳定性分析
岩土边坡稳定性分析文章主要探讨了岩土边坡稳定性分析问题。
标签：岩土边坡稳定性分析1边坡稳定性研究基础1.1应力状态应力状态，物体受力作用时，其内部应力的大小和方向不仅随截面的方位而变化，而且在同一截面上的各点处也不一定相同。
通过物体内一点可以作出无数个不同取向的截面，其中一定可以选出三个互相垂直的截面，在它上面只有正应力作用，剪应力等于零，用这三个截面表达的某点上的应力，即称为此点的应力状态。
三个主应力不等且都不等于零的应力状态称为三轴（三维、空间）应力状态；如有一个主应力等于零，则称为双轴（二维、平面）应力状态；如有两个主应力等于零则称为单轴（或单向）应力状态。
构件在受力时将同时产生应力与应变。
构件内的应力不仅与点的位置有关，而且与截面的方位有关，应力状态理论是研究指定点处的方位不同截面上的应力之间的关系。
应变状态理论则研究指定点处的不同方向的应变之间的关系。
应力状态理论是强度计算的基础，应变状态理论是实验分析的基础。
1.2岩石强度理论岩石强度是岩石在外力作用下达到破坏时的极限应力，岩石强度是岩石力学性质的主要属性之一。
它是通过实验室内或现场的试验求得的。
在岩石力学中，岩石一词是岩块和岩体的总称。
岩块是指由地质构造因素割裂而成的不连续块体，是岩体的组成单元。
实验室试验用的岩样就是岩块。
岩体是指包括地质结构的地质体的一部分。
虽然岩块和岩体具有相同的地质历史环境，经历过同样的地质构造作用，但它们的性质是有区别的。
反映在强度方面，岩块的强度主要取决于构成岩石的矿物和颗粒之间的联结力和微裂隙的影响；而对岩体强度起控制作用的则是岩体中的结构面和构造特征。
1.3莫尔理论莫尔于1900年提出了莫尔强度理论，认为材料发生破坏是由于材料的某一面上剪应力达到一定的限度，而这个剪应力与材料本身性质和正应力在破坏面上所造成的摩擦阻力有关。
即材料发生破坏除了取决于该点的剪应力，还与该点正应力相关。
这是目前岩石力学中应用最广泛的理论。
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(4) 整体综合分析方法
将实验、理论和工程监测以及经验相结合，利用信 息、系统科学理论进行计算机科学决策
七、岩石力学的应用范围
(1) 水利水电工程
坝基及坝肩稳定性、防渗加固理论和技术 有压和无压引水隧道设计、施工及加固理论技术 大跨度高边墙地下厂房的围岩稳定及加固技术 高速水流冲刷的岩石力学问题 水库诱发地震的预报问题 库岸稳定及加固方法
1956年4月，在美国的科罗拉多矿业学院举行的一次专业会议上， 开始使用“岩石力学”这一名词，并由该学院汇编了“岩石 力学论文集”。在论文集的序言中说：“它是与过去作为一 门学科而发展起来的土力学，有着相似的概念的一门学科， 对这种有关岩石的力学方面的学科，现取名为岩石力学”。
1957年在巴黎出版的塔洛布尔（J. Talobre）的专著“岩石力学”是 这方面较早的一本较系统的著作。其后，开始形成了不同的 岩石力学学派（如法国学派，偏重于从弹塑性理论方面来研 究；奥地利学派，偏重于地质构造方面来研究）。
(2) 采矿工程
露天采矿边坡设计及稳定加固技术 井下开采中巷道和采场围岩稳定性问题，特
别是软岩巷道和深部开采地压控制问题 矿柱稳定性及开采优化设计问题(采场结构、
开采顺序、开挖步骤等)设计问题 矿井突水预测、预报及预处理理论和技术 岩爆、煤与瓦斯突出及预处理理论和技术 采空区处理及地面沉降问题 岩石破碎问题
(5) 石油工程 岩石应力与渗透性及采油技术 钻探技术与井壁稳定性 岩石力学与地球物理勘探综合研究 石油、天然气运输与储存工程对环境的影响
(6) 海洋勘探与开发工程 (7) 核电站建设中核废料处理技术 (8) 地层热能资源开发技术问题 (9) 地震预报中的岩石力学问题 (10) 地下军事工程及防护问题
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
《高等岩石力学》课件
岩石声波测试仪
用于测量岩石的声波速度，评估岩石的完整性、孔隙 度和弹性参数。
岩石CT扫描仪
通过X射线扫描岩石，获取岩石内部的结构和孔隙分 布信息。
岩石力学实验方法
直接拉伸试验
测量岩石在拉伸载荷下 的应力-应变关系，了解 岩石的抗拉强度和变形 特性。
《高等岩石力学》ppt课件
目 录
• 岩石力学基础 • 岩石力学性质 • 岩石力学实验 • 岩石工程稳定性分析 • 岩石工程防护与加固 • 高等岩石力学应用案例
01
岩石力学基础
岩石力学定义
总结词：基本概念
详细描述：岩石力学是一门研究岩石在各种外力作用下的变形、破裂、破坏和流 动等行为的科学。它涉及到岩石的物理性质、力学行为和地质环境等多个方面。
单轴压缩试验
测量岩石在单轴压缩下 的应力-应变关系，了解 岩石的抗压强度和变形 特性。
三轴压缩试验
模拟岩石在实际地质环 境中的受力状态，测量 岩石在三轴压力下的应 力-应变关系。
岩石力学实验结果分析
强度分析
根据实验结果，分析岩石的抗压、抗拉和抗剪 强度，评估岩石的稳定性。
变形特性分析
分析岩石的应力-应变曲线，了解岩石的弹性、 塑性 Nhomakorabea破裂特性。
地下水监测
通过监测地下水的变化情况，评估地下水对岩体的影响和破坏程 度。
06
高等岩石力学应用案 例
岩石工程设计案例
总结词 详细描述 详细描述 详细描述
通过实际案例分析，展示高等岩石力学在岩石工程设计中的应 用。
介绍某大型水电站岩石高边坡设计，如何运用高等岩石力学的 理论和方法，对边坡稳定性进行评估，并设计出合理的支护结
岩体边坡稳定性分析
岩体边坡稳定性分析岩体边坡稳定性分析的基本方法包括稳定性判据方法、数值模拟方法和经验方法。
稳定性判据方法是基于力学和应力分析理论，通过计算边坡上的剪切力和抗剪强度之间的平衡关系判断稳定与否。
常用的稳定性判据方法有穆勒布朗判据、圈内法、切β法等。
数值模拟方法是采用数学模型和计算机模拟手段，通过求解边坡稳定方程来评估稳定性。
经验方法则是基于大量岩体边坡的实测数据和统计分析得出的经验公式，使用方便但适用范围有限。
岩体边坡稳定性分析的主要因素包括地下水、岩体力学性质、边坡几何形状以及外荷载。
地下水对岩体边坡稳定性有着明显影响，当地下水位上升时，岩体边坡的稳定性会降低。
岩体力学性质包括岩石的抗剪强度、内摩擦角、岩石的断裂性质等，这些参数对边坡的稳定性具有重要影响。
边坡几何形状是指边坡的坡度和几何形态，不同几何形状会导致不同的应力分布规律，从而影响边坡的稳定性。
外荷载是指施加在边坡上的荷载，包括重力荷载、地震力、降雨等。
岩体边坡的稳定性评价指标通常包括安全系数、位移、应力等。
安全系数是评价边坡稳定性的定量指标，其定义为边坡承受力与破坏力之比。
一般来说，当安全系数大于1时，边坡处于稳定状态。
位移是指边坡因外力作用而发生的位移量，其用于评估边坡的破坏程度和变形情况。
应力是指边坡内部岩体所受到的力，根据岩石力学理论，应力越大，边坡稳定性越差。
下面以一个具体的岩体边坡案例为例，进行稳定性分析。
假设岩体边坡的长宽比为1:1，坡度为30度，岩体内摩擦角为30度，地下水位在岩体底部，当地下水位上升时岩体的抗剪强度降低。
根据穆勒布朗判据，可以计算出边坡的安全系数。
进一步使用数值模拟方法，进行边坡稳定方程的求解，得到边坡的稳定状态和位移情况。
最后，根据岩体边坡的应力分布情况，评估岩体边坡在不同荷载条件下的稳定性。
综上所述，岩体边坡稳定性分析是岩土工程领域中的一个重要课题，需要综合考虑多个因素，并采用合适的分析方法和评价指标进行分析。
理正岩土6.5-岩质边坡稳定分
理正岩土6.5-岩质边坡稳定分析软件帮助目录1.第一章功能概述 (3)2.第二章快速操作指南 (3)2.12.1操作流程 (3)2.22.2快速操作指南 (4)3.第三章操作说明 (9)3.13.1关于计算例题的编辑 (9)3.23.2计算简图辅助操作菜单 (9)3.33.3快速查询图形结果 (10)3.43.4计算书的编辑修改 (10)3.53.5说明 (10)3.63.6关于数据和结果文件 (14)4.第四章编制依据 (15)5.第五章编制原理 (16)5.15.1概述 (16)5.25.2简单平面稳定分析 (16)5.2.15.2.1极限平衡法 (16)5.2.25.2.2建筑边坡工程技术规范 (24)5.35.3复杂平面稳定分析 (30)5.3.15.3.1概述 (30)5.3.25.3.2Sarma法 (33)5.3.35.3.3通用方法 (35)5.3.45.3.4Sarma改进法 (35)5.45.4三维楔形体稳定分析 (37)5.4.15.4.1计算条件 (37)5.4.25.4.2计算安全系数 (38)5.4.35.4.3给定大小的荷载E以最不利的方向施加时产生的最小安全系数 (45)5.4.45.4.4将安全系数提高到某个规定值F所需的最小锚杆（索）张力 (47)5.55.5赤平投影分析 (49)5.5.15.5.1概述 (49)5.5.25.5.2基本功能 (49)5.5.35.5.3判定岩体稳定性 (51)5.5.45.5.4结构面统计 (54)6.附录1系统环境与安装 (57)7.附录2技术支持感谢您选用了理正软件！ (58)1.第一章功能概述理正岩质边坡（稳定）分析软件主要功能是分析计算简单平面、复杂平面、简单三维楔体、赤平极射投影岩质边坡的稳定计算及相关的分析。
考虑的因素包括：岩体结构的结构面、裂隙、裂隙水、外加荷载、锚杆及结构面的抗剪强度、地震作用等。
简单平面稳定问题：1）利用极限平衡法及莫尔－库仑准则进行分析，计算岩体的稳定安全系数、设计锚杆、及反分析滑面的抗剪强度指标；2）可分析坡角、坡高、裂隙水等与安全系数的关系曲线；3）可按几种不同方法计算岩石压力等。
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R
1 整体圆弧滑动法（瑞典圆弧法）
回 顾
假设条件
• 均质土 • 二维 • 圆弧滑动面 • 滑动土体呈刚性转动
O R
• 在滑动面上处于极限平衡条件
平衡条件（各力对圆心O的力矩平衡）
(1) 滑动力矩：
M s Wd
O d
R B
回 顾
C
W
(2) 抗滑力矩：
M R f dl R
ห้องสมุดไป่ตู้
R
4）抗滑力： R Ntg W costg
5）抗滑安全系数： Fs
抗滑力 R W cos tg tg 滑动力 T W sin tg
当=时，Fs=1.0，天然休止角
Fs
tg tg
回 顾
与所选的微单元大小无关 坡内任一点或平行于坡的任一滑裂面 上安全系数Fs都相等
0 L L 0
A
L (c ntg )dl R cAc R ntgdl R
0
注：（其中 n n l 是未知函数） 当=0（粘土不排水强度）时，c cu
M R cAcR
抗滑力矩 M R c Ac R (3) 安全系数： Fs 滑动力矩 M s Wd
思考：在干坡及静水下坡中， 如不变，Fs有什么变化
安全系数与土容重无关
粘性土坡的稳定分析(边坡稳定极限平衡分析的条分法)
破坏特点
由于存在粘聚力C，与无粘性土坡不同； 其危险滑裂面位置在土坡深处； 对于均匀土坡，在平面应变条件下，其滑动面可用一圆弧（圆 柱面）近似。
回 顾
O
思考： 为什么粘性土坡通 常不会发生表面滑 动？
2015年12月20日，位于深圳市光明新区的红坳余 泥渣土受纳场（以下简称红坳受纳场）发生了特别 重大滑坡事故，造成73人死亡、4人失踪，直接经 济损失人民币8.8亿余元。 益相龙公司董事长龙仁福犯重大责任事故罪、单位 行贿罪、对非国家工作人员行贿罪，予以数罪并罚， 依法判处有期徒刑二十年，罚金人民币一千万元。 绿威公司法定代表人张菊如、红坳受纳场实际控制 人之一林敏武等23人构成重大责任事故罪,分别被判 处七年到一年六个月不等刑罚。 深圳市城市管理局原局长蒙敬杭、深圳市规划和国 土资源委员会光明管理局原局长彭水清，构成受贿 罪、滥用职权罪，数罪并罚，判处有期徒刑二十/十 六年，并处罚金人民币八百万元/一百万元。
2006年17号台风鲇鱼
无粘性土坡稳定性分析
破坏形式：表面浅层滑动 坡与水平夹角为 砂土内摩擦角为
1）微单元A自重: W=V
A N
回 顾
T
W
2）沿坡滑动力：T W sin
N W cos 3）对坡面压力：
（由于无限土坡两侧作用力抵消）
W
N