辽宁广播电视大学双向视频课程 工程地质与岩土力学 （第 十七 讲） 主讲人：祁孝珍.

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1 辽宁广播电视大学双向视频课程 工程地质与岩土力学 （第 十七 讲） 主讲人：祁孝珍

2 教学要求： 1. 理解：影响边坡稳定性的因素。 2. 掌握：1）边坡变形与破坏类型； 2）边坡稳定性分析方法。

3 第十一章 边坡稳定性分析 边坡类型：按形成机制分有以下两种： 1）自然边坡：在自然地质作用下形成的斜坡。 如：山体斜坡、河谷斜坡、海岸陡崖。
第十一章 边坡稳定性分析 边坡类型：按形成机制分有以下两种： 1）自然边坡：在自然地质作用下形成的斜坡。 如：山体斜坡、河谷斜坡、海岸陡崖。 2）人工边坡：人类工程活动形成的规模不同、 陡缓不等的斜坡。 如：水利水电工程中的土石坝、运河渠道、 船闸、溢洪道边坡；道路工程中的路基边坡；房 屋桥梁工程建筑中的基坑边坡；露天矿边坡等。

4 一、边坡的变形与破坏 边坡的变形与破坏是应力状态调整的结果 ——推动边坡演变内在原因。 边坡的变形与破坏又是各种自然营力和人 类工程活动造成边坡外形、内部结构及应力状 态变化的结果 ——推动边坡演变外部原因。

5 ⑵ 蠕变：在坡体应力（主要是自重应力）长期作用下发生的一种持续缓增的变形。
（一）边坡变形与破坏的基本类型 1.边坡变形： ⑴ 松动：边坡中经卸载回弹而松驰。 ⑵ 蠕变：在坡体应力（主要是自重应力）长期作用下发生的一种持续缓增的变形。

6 ⑴崩塌：小规模块石的坠落、倾倒块体的翻倒
2.边坡破坏： ⑴崩塌：小规模块石的坠落、倾倒块体的翻倒 和大规模的山（岩）崩。 崩塌体通常破裂成碎块堆积于坡脚，形成具有 一定天然休止角的岩堆。在一定条件下，可在继 续运动过程中，发展成碎屑流。 ⑵ 滑坡：边坡岩土体在重力作用下，沿贯通的 剪切破坏面或带整体滑动破坏的现象。

7 滑坡滑面按滑动面形态分两种类型： 圆弧型滑面 平面型滑面

8 （二）滑坡的工程地质分析 1. 滑坡的形态特征 从图上看 滑坡形态特征的要素

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10 2. 滑坡分类 ⑴ 按滑体岩性分类 ①堆积层滑坡：滑体由堆积物组成，滑面在堆 积层内或沿基岩面滑动。 ② 粘性土滑坡：滑体由粘性土组成，滑面在粘 土层内或沿下卧岩面滑动。 ③基岩滑坡：由岩体组成滑体沿结构面滑动。 ④黄土滑坡：滑体由黄土组成，滑面在黄土层 内或下卧岩面滑动。

11 ①顺层滑坡： 滑体沿层面或 不整合面发生的滑 动。 ②切层滑坡： 滑面切穿层面， 滑体沿断层或裂 隙与层面组合成 折线状滑面滑动。
⑵ 按滑面与岩层面的关系分类 ： ①顺层滑坡： 滑体沿层面或 不整合面发生的滑 动。 ②切层滑坡： 滑面切穿层面， 滑体沿断层或裂 隙与层面组合成 折线状滑面滑动。

12 ③均质滑坡： 发生在层面不明显的 均质粘性土或黄土中滑动现象。 滑面多为圆弧状

13 3. 滑坡判断的标志 ⑴地形地貌及地物标志 ⑵岩土结构特征 ⑶水文地质标志 ⑷ 滑坡边界与滑坡床标志

14 4. 滑坡形成的机制及边界条件 ⑴ 形成的机制 滑动面的形成及其特征对滑坡的产生和发展 起决定性作用 ①滑动面受最大剪应力控制（滑坡发生在不 存在软弱结构面的均质岩土体中）。 ②滑动面受已有结构面控制（滑坡发生在有 软弱结构面存在的岩质边坡中）。

15 ⑵ 边界条件 岩土体滑动时必须具备滑动面、切割面及临 空面。 滑动面（滑面）—— ：通常由岩土体中的 最大剪应力面或已有结构面构成。是控制边坡 稳定起决定作用的一个重要边界条件。 切割面：滑体与后缘及两侧稳定岩土体的 分界面。切割面使滑体成为一个分离体。 临空面：位于滑体前缘的自由面。临空面 的存在，使滑体沿滑动方向有了变形空间。

16 ——对边坡稳定性起控制作用的因素 ——对边坡稳定性起诱发破坏作用 二、影响边坡稳定性的因素 （一）内在因素： 1. 组成边坡的地貌特征
2. 岩土体的性质 3. 地质构造与岩土体结构 4. 岩体初始应力 （二）外部因素： ——对边坡稳定性起诱发破坏作用 1. 水的作用 地震 3. 岩体风化程度 工程荷载及人为因素

17 的稳定性作出定性和定量的分析。二是要为合理地设计 人工边坡和边坡变形破坏的防治措施提供依据。 分析评价的方法主要有：
三、边坡稳定性分析与评价 分析与评价的目的：一是对与工程有关的天然边坡 的稳定性作出定性和定量的分析。二是要为合理地设计 人工边坡和边坡变形破坏的防治措施提供依据。 分析评价的方法主要有： 1.地质分析法（历史成因分析法） 2.力学计算法 3.工程地质类比法 4.过程机制分析法 5.理论分析法

18 常规力学计算法： （一）土坡边坡的稳定性计算 1. 瑞典圆弧法 一简单均质粘性土土坡

19 需要假设多个不同的滑动面，经计算求出多个 相应的土坡稳定安全系数 数值，其中最小 值所对应的圆弧——最危险的滑动圆弧。
土坡稳定，必须 大于1.0 需要假设多个不同的滑动面，经计算求出多个 相应的土坡稳定安全系数 数值，其中最小 值所对应的圆弧——最危险的滑动圆弧。 评价土坡稳定，应是最小稳定安全系数 小于有关规范的要求。

20 2. 条分法 对于外形比较复杂的土坡，特别是土坡由多种 土构成（或有些特殊外力，如渗透力、地震力等 作）时，整个滑动土体上力的分析比较复杂，确 定滑动土体的重量和中心位置比较困难，滑弧面 上各点抗剪强度也因各点的法向应力不同呈不均 匀分布。为此，将滑动土体分成若干垂直土条， 求出各土条对底面的剪切力和抗剪力，将各土条 对底面滑弧圆的抗滑力矩和滑动力矩分别总和起 来，求出其土坡的稳定安全系数——这就是常用 的条分法。

21 均质粘性土土坡， 假设滑动面为圆弧面AC， 圆心为O，半径为R， 先将滑动土体ABC 分为若干条，取其中 任一条（第i条） 进行受力分析。

22 ⑴ 第i土条圆弧面上受力情况： 不考虑土条间的作用力 ① 土条自重 在滑弧面上引起法向分力 在滑弧面上引起切向分力

23 ② 滑弧面上抗剪力 ⑵ 确定所有土条抗滑力矩和滑动力矩 对滑弧圆心O取矩 抗滑力矩 滑动力矩

24 数，从而得出最小安全系数，评价土坡的稳定 性。
⑶ 土坡稳定安全系数 需要假设若干个滑弧，求出相应的安全系 数，从而得出最小安全系数，评价土坡的稳定 性。

25 ⑷ 最危险圆弧滑动面圆心的确定 ①当土的内摩擦角 =0时，最危险圆弧滑动面 为一通过坡脚的圆弧，其圆心为D点。 ②当土的 内摩擦角 时，最危险圆弧 滑动面也为 一通过坡脚的圆弧， 其圆心在ED的延长线上。

26 对于均匀岩体边坡及节理发育的岩体或弃石堆积的边坡，易发生旋转破坏，滑动面为圆弧面。 采用总应力法和有效应力法计算 ⑴按总应力法计算
（二）岩质边坡的稳定性计算 1. 滑面为圆弧面 对于均匀岩体边坡及节理发育的岩体或弃石堆积的边坡，易发生旋转破坏，滑动面为圆弧面。 采用总应力法和有效应力法计算 ⑴按总应力法计算 ⑵按有效应力法计算

27 2. 滑面为平面 当岩质边坡的主要结构面走向平行坡面，倾向一致，结构面倾角 小于坡角 ，且大于岩石内摩擦角 时，易发生平面破坏。

28 滑动块体上作用力 滑动块体上的重量: 滑动面上的水压力 张裂隙中的水压力

29 安全系数等于总抗滑力与总滑动力之比。 L－滑动面长度（每单位宽度内的面积）

30 3. 双平面滑动 当岩坡内有两条 相交的结构面， 形成潜在滑动 面，滑面呈楔形， 楔体沿结构面交线下滑， 发生楔形破坏。

31 小 结 1. 基本概念：边坡类型、边坡破坏形式、 滑坡的形态特征及要素、 滑坡的分类等。 2. 滑坡形成的机制及边界条件
小 结 1. 基本概念：边坡类型、边坡破坏形式、 滑坡的形态特征及要素、 滑坡的分类等。 2. 滑坡形成的机制及边界条件 3. 影响边坡稳定性的因素 4. 边坡稳定性常规力学分析计算法 ⑴ 土坡边坡稳定性计算：瑞典圆弧法 条分法 ⑵ 岩质边坡稳定性计算：滑面为圆弧面 滑面为平面

32 1. 边坡变形破坏有哪些类型？其主要特征是什么？
思 考 题 1. 边坡变形破坏有哪些类型？其主要特征是什么？ 2. 滑坡要素及常见滑坡类型有哪些？ 3. 试分析影响边坡稳定性的因素。 练 习 题 教材中的第353页的习题1

33 辽宁广播电视大学双向视频课程 工程地质与岩土力学 （第 十八 讲） 主讲人：祁孝珍

34 第十二章 地下工程围岩稳定性分析 教学要求： 1. 理解地下工程围岩稳定性的有关概念； 2. 弄清地下工程岩体稳定性影响因素

35 一、基本概念 地下洞室开凿过程中反映的问题： 1.在洞室周围的岩体内产生应力重分布 2.在重分布应力作用下，岩体向洞内的变形与破坏。
3.围岩的变形与破坏，产生作用于支护上的围岩压力。 4.在有压隧洞中，内水压力作用通过衬砌传递给围岩，引起围岩产生弹性抗力。

36 （1）同一个同心圆周上各质点向内位移的距离 相等，开挖出的圆形洞变形后仍保持为圆形。 （2）圆形洞自由表面上质点向内位移的距离最
二、地下洞室开挖引起的围岩应力重分布 一个圆形洞，在各向同性应力场（即岩体内垂 直应力 与水平应力 之比N等于1）条件下， 开挖后围岩内质点位移特点是： （1）同一个同心圆周上各质点向内位移的距离 相等，开挖出的圆形洞变形后仍保持为圆形。 （2）圆形洞自由表面上质点向内位移的距离最 大，各圈向内位移距离逐渐减小，到某个范围以 外，质点的位移已接近于零。

37 ① 松胀方向沿着半径指向洞室中心。随着向自由表面的松胀，径向应力逐渐减小，至洞壁处降为零。
围岩应力重分布的特点是： ① 松胀方向沿着半径指向洞室中心。随着向自由表面的松胀，径向应力逐渐减小，至洞壁处降为零。 ② 切向应力则逐渐增大，至洞壁达到最大值。

38 三、地下洞室围岩的变形破坏 围岩变形破坏形式与特点，除与岩体内的初始应力状态和洞形有关外，主要取决于围岩的岩性和结构。

39 四、地下工程岩体稳定性影响因素 主要有： 1.岩土性质 2.地质构造 和岩体结构 3.地下水 4.地应力

40 第十三章 动水条件下的 岩土体稳定性分析 教学要求： 理解与掌握砂土地基液化有关概念与判别方法

41 一、砂土地基的液化特性 砂土地基的液化 1. 液化： 饱和砂层受振动力往复剪切作用，砂土颗 粒骨架结构瞬间发生破坏，导致孔隙水压力急
剧上升，抗剪强度丧失，从固体状态变为粘滞 的流体状态的现象。

42 2. 砂土液化的危害 主要表现在： （1）基础沉降与不均匀沉降 （2）大面积喷水冒砂 （3）地基承载力丧失 （4）岩土体失稳

43 根据太沙基有效应力原理，总应力等于有效应力和孔隙水压力之和。即
二、砂土液化的机理 由库仑定律可知，砂土的强度主要体现在粒间摩擦力，而摩擦力又取决于法向应力，即 根据太沙基有效应力原理，总应力等于有效应力和孔隙水压力之和。即 土的强度取决于有效应力大小

44 砂土的液化，随着振动时间的持续，剩余孔隙水压力不断地累积增大，使土体中有效应力减小，导致抗剪强度不断降低，直至完全丧失承载力。

45 （1）地震强度：常用地震烈度表示。烈度越高，砂土液化作用的深度越大，砂土液化的可能性也越大。
三、影响砂土液化的因素 1. 砂土的地质地貌条件。 2. 液化层土颗粒组成。 3. 地下水位的影响。 4. 表层非液化覆盖层厚度的影响。 5. 地震作用强度 （1）地震强度：常用地震烈度表示。烈度越高，砂土液化作用的深度越大，砂土液化的可能性也越大。 （2）地震历时； （3）地震方向、周期； （4）历史地震。

46 四、饱和砂层液化可能性判别 我国地基勘察中，场地土的液化判别 常为两个阶段：初判和复判 有关判别标准详见教材及规范。

47 第十四章 区域地壳稳定性分析 主要内容： 1. 地震的有关概念： （1）地震的震级与烈度 （2）地震的成因 （3）地震对建筑物影响 2. 水库诱发地震有关知识： （1）基本概念 （2）水库诱发地震的特征 （3）主要影响因素

48 第十五章 水库环境工程地质问题分析 思考题 1.水库环境工程地质问题有哪些？ 2.水库渗漏有哪些形式？ 3.水库渗漏的地质条件包括哪些方面？

49 第十六章 水利工程中的地基处理 教学要求： 1. 掌握软基排水固结处理基本概念和方法 2. 理解高压固结灌浆的关键技术

50 1. 地基处理：对天然地基进行加固处理以满足建筑物对地基强度和变形的要求 。
概述： 1. 地基处理：对天然地基进行加固处理以满足建筑物对地基强度和变形的要求 。 2. 岩土工程中地基处理方法：换土法、压实法、强夯法、排水固结法、复合地基加固法、灌浆法、加筋土法等。 3. 水利工程中常见的地基处理方法：土坝软基的排水固结处理、截渗墙施工处理、高压固结灌浆处理。

51 一、土坝软基排水固结处理 （－）概念 1. 排水固结法： 对天然地基或设置砂井（袋装砂井、塑料排 水板等）竖向排水体的地基进行预压，在预压 荷载作用下地基中的孔隙水排出，土体发生固 结，强度得到逐渐提高的方法。 2. 排水方法：砂井法、袋装砂井法、塑料排 水带法。

52 3. 排水固结法 系统组成 排水系统： 构成：水平排水垫层和竖向排水体。 作用：改变地基原有的排水边界条件，增加 孔隙水排出的途径，缩短排水距离。 加压系统： 方式：堆荷预压和真空预压。 作用：增加固结压力，使地基土产生固结。

53 （ 二）砂井排水固结法布置 砂井平面布置形式：梅花形 正方形

54 梅花形排列时影响半径 ： 正方形排列时影响半径 ： －砂井间距。

55 （三）某水库土坝采用砂井地基的实例

56 二、水利工程中截渗墙防渗处理 截渗墙是水利工程中普遍采用的一种防渗 处理工程。 截渗墙的目的：主要是防止水的渗透，降 低大坝及大堤产生渗透变形破坏机率。

57 1. 截渗墙的结构 在坝体内或深厚覆盖层中施工一矩形槽，在槽内放置钢筋笼并浇注砼形成砼截渗墙。

58 ⑴防渗砼材料 2. 截渗墙的材料 选用渗透系数小的材料 ① 普通防渗砼：根据结构所需的抗渗要求配制而成。
② 加气剂防渗砼：在砼拌和物中掺入微量的加气剂配制而成。 ③ 膨胀水泥防渗砼：采用膨胀水泥配制而成。

59 ⑵ 塑性砼等柔性材料 以风化砂或河砂和小石、水泥和膨润土为主材，并掺入一定外加剂配制而成。 这种材料的强度低（ ） 弹模低（ ） ⑶深层搅拌水泥土 将水泥砂浆或水泥粉与地基土拌和而成。

60 3. 防渗墙的施工技术 ⑴成槽方法 ①液压铣槽机成槽 ②机械式或液压式抓斗成槽 ③冲击或冲压正反循环钻机成槽 ④锯槽机成槽 ⑤高压水冲成槽

61 ①采用液压铣槽机清孔换浆或用反循环钻机泵 吸法清孔换浆，使浆液粘度及含砂率达到规范要 求。 ② 采用泥浆下直升导管法浇筑，浇筑中严格
⑵砼浇注工艺 ①采用液压铣槽机清孔换浆或用反循环钻机泵 吸法清孔换浆，使浆液粘度及含砂率达到规范要 求。 ② 采用泥浆下直升导管法浇筑，浇筑中严格 控制砼面的高差和导管埋深。 ③保证砼面上升速度，减少浇筑时间，防止砼 顶面初凝形成硬壳。 ④严格控制熟料质量，保证和易性，一旦发现 不合格立即将其废弃。

62 ⑶槽段连接方法 ① “铣剥法” ②双反弧接头槽法

63 三、高压固结灌浆 （一）高压喷射灌浆流程 1. 高压喷射灌浆： 通过对土体切割及现场土 与水泥浆的搅拌加固土体。 2. 高压喷射灌浆方式：
根据射流介质不同分： 单管法 二重管法 三重管法 3. 高压喷射灌浆的流程

64 1.水泥浆液：水泥浆材具有强度高、耐久性好、价格低和无毒等优点，广泛使用。 2.化学浆液： ⑴化学浆液的特性：
（二）灌浆材料 水泥浆液和化学浆液。 1.水泥浆液：水泥浆材具有强度高、耐久性好、价格低和无毒等优点，广泛使用。 2.化学浆液： ⑴化学浆液的特性： ① 粘度低，可以注入微细裂隙。 ②凝固时间可以控制。 ③可满足工程的多种要求。 ⑵化学浆液的品种： 环氧类、聚氧酯类、甲基丙烯酸酯类、丙烯酸酯类、木质素类、水玻璃（硅酸盐）类等。

65 （三）灌浆方法 1. 自上而下分段循环灌浆法 2. 自下而上分段卡塞纯压灌浆法 3. GIN灌浆法 GIN－灌浆强度值（含义为单位孔段上消耗的灌浆能量）。 隆巴迪认为：在帷幕灌浆施工中，保证各灌段有一致的能量消耗（也就是保持了GIN为常数）即可形成一道均匀的防渗帷幕。

66 第十七章 工程地质信息获取与处理 思 考 题 1. 工程地质勘察包括哪些内容？ 2. 工程地质试验有哪些方法？主要解决哪些问题？

67 思 考 题 4. 排水固结法有几种类型？ 1. 试分析影响地下工程围岩稳定性的因素。 2. 何谓砂土液化？影响砂土液化的因素有哪些？
思 考 题 1. 试分析影响地下工程围岩稳定性的因素。 2. 何谓砂土液化？影响砂土液化的因素有哪些？ 3. 简述饱和砂层液化可能性判别的方法和内容。 4. 排水固结法有几种类型？ 5. 简述高压固结灌浆的施工方法。

68 同 学 们 再 见