（地质工程专业论文）宁国市边山滑坡的成因机制与稳定性分析.pdf

宁国市边山滑坡的成因机制与稳定性分析 摘要 本文首先介绍了滑坡工程地质研究的国内外动态和最新发展方向。以安徽 省宁国市边山滑坡这一典型滑坡为研究对象，通过对该区域环境工程地质条件 的调查，以及对边山滑坡体的详细工程地质勘察，研究了边山滑坡产生的环境 地质条件、滑坡的基本特征及其成因机制；在此基础上采用工程地质分析、图 解法分析、滑坡稳定性计算、可靠性分析以及正交试验设计等方法，重点对滑 坡的岩体结构特征、滑带士抗剪强度指标、滑坡的稳定性及其影响因素进行了 分析、评价：最后，根据滑坡成因和影响滑坡稳定性因素，对滑坡的治理提出 了处理方案和切实可行的工程措掩。边山滑坡的工程地质研究成果，不仅可作 为该区公路等各项工程建设的基础技术资料，其研究方法和成果对今后其它类 似滑坡的防治工作具有一定指导和借鉴意义。 关键词：滑坡成因机制稳定性分析滑坡治理 m e c h a n i s mo fb i a n s h a nl a n d s l i d ef o r m a t i o na n d a n a l y s i so “t ss t a b i l i t yi nn i n gg u o a b s t r a c t f i r s t ， c u r r e n ts i t u a t i o na n dt h e1 a t e s td e v e i o p m e n tt e n d e n c yo fl a n d s l i d e s r e s e a r c hi nc h i n aa n do v e r s e a sa r ei n t r o d u c e di nt h i sp a p e r t h i sp a p e rs t u d yt h e b i a n s h a nl a n d s l i d e ， s i t u a t e di n n i n gg u o ， a nh u i ， w h i c hi s r e p r e s e n t a t i v e ， a c c o r d i n gt or e s e a r c ho fe n v i r o n m e n te n g i n e e r i n gg e o l o g yc o n d i t i o ni nt h er e g i o n a n dp a r t i c u l a re n g i n e e r i n gg e o l o g yr e c o n n a i s s a n c e ，n a t u r a le n v i r o n m e n tg e o l o g i c c o n d i t i o n ，t h el a n d s l i d e sb a s i cf c a t u r e sa n df o r m a t i o nm e c h a n i s mi sa n a l y z e d ； f u r t h e r m o r e ， t h e p a p e ra n a l y s ea n de v a l u a t e r o c k s t l u c t u r ec h a r a c t e r ， s h e a r s t r e n g t hi n d e x ，l a n d s l i d es t a b i l i t ya n di n n u e n c ef a c t o r sa b o u tb i a n s h a nl a n d s l i d e b yt h em e a n so fe n g i n e e r i n gg e 0 1 0 9 ya n a l y s i s ，g r a p h i cm e t h o da n a l y s i s ，l a n d s l i d e s t a b i l i t ya n a l y s i s ，r e l i a b i l i t ya n a l y s i sa n do r t h o g o n a le x p e r i m e n td e s i g nm e t h o d s ； l a s t ，a c c o r d j n gt o1 a n d s l i d ec a u s eo ff b r m a t i o na n df h c t o r st h a ti n 矗u e n c et h e l a n d s l i d es t a b i l i t y ， t h i s p a p e rg i v e s o m ed i s p o s ep r 0 0 e c ta n df 色a s i b l ec o n t r o i e n g i n e e rm e a s u r e sf b r1 a n d s l i d ep r e v e n t i o na n de l i m i n a t i o n e n g i n e e r i n gg e o l o g y r e s e a r c hp r o d u c t i o no ft h el a n d s l i d em a yn o to n l yb er e g a r da sb a s i ct e c h n i q u e d a t u mo fh i 曲w a yc o n s t r u c t i o ni nt h er e g i o n ，i tb u ta l s oh a v ec e r t a i ne n g i n e e “n g g u i d ea n dr e f e r e n c em e a n i n gt o t h ep r e v e n t i o na n de l i m i n a t i o na b o u tt h eo t h e r r e s e m b l i n gl a n d s l i d e k e yw o r d s ： l a n d s l i d ef o r m a t i o nm e c h a n i s m s t a b i l i t ya n a l y s i s l a n d s l i d ep r e v e n t i o na n de l i m i n a t i o n 图1 一l 图1 2 图2 1 图2 2 图3 1 图3 2 图5 1 图5 2 图5 3 图5 4 图5 5 图5 6 图5 7 图5 8 图5 9 图5 1 0 图5 1 1 图5 1 2 图5 1 3 图5 1 4 图6 1 图6 2 插图清单 边山滑坡周边地质灾害分布图1 本文的主要研究路线图8 宁国市边山滑坡交通位置图9 河流多年逐月平均流量变化曲线图1 1 边山滑坡工程地质平面图1 4 边山滑坡工程地质剖面图15 节理走向玫瑰花图2 4 节理倾向、倾角玫瑰花图2 4 三组结构面的赤平投影图2 6 两组结构面的赤平投影图2 6 瑞典圆弧法2 9 剖面条分示意图3 1 滑动面上划分的土条和力的多边形3 3 简布法的矗求值图3 6 考虑渗流时的计算示意图3 9 坡顶开裂时的稳定性计算4l 稳定系数与各因素各水平关系图45 可靠指标与极限状态面48 传递系数法图式5 2 推力计算示意图5 4 抗滑桩( 灌注桩) 施工工艺流程图5 8 截水沟大样图6 0 表1 1 表2 1 表2 2 表2 3 表4 1 表4 2 表5 1 表5 2 表5 3 表5 ，4 表5 5 表5 6 表5 7 表5 8 表5 9 表5 1 0 表5 1 1 表5 1 2 表5 1 3 表5 1 4 表5 1 5 表5 一1 6 表5 1 7 表5 1 8 表5 1 9 表5 2 0 表5 ，2 1 表5 2 2 表6 1 表格清单 斜坡稳定性评价的极限平衡法汇总表5 岩石工程地质性质表1 1 滑坡区岩土工程性质表1 1 岩体风化带划分表13 边坡岩体节理测量记录资料1 9 滑坡稳定性的各种判别标志2 2 节理走向统计资料2 5 观测点节理倾向倾角统计表2 5 反算所得各滑面的抗剪指标3 0 最后选取的各滑面抗剪指标3 1 各种条分法的比较3 2 各滑面的厶值3 5 各滑动面的稳定系数3 6 滑块i 的分条数据3 6 滑块i i 的分条数据3 7 滑块i i i 的分条数据3 7 滑块的分条数据3 8 滑块v 的分条数据3 8 考虑雨水渗流时的稳定性系数计算表4 0 坡顶开裂时稳定性计算表4 1 因素水平表4 3 正交表的构造及滑坡正交试验成果值，4 4 极差分析表4 5 方差分析表4 6 滑动面抗剪强度参数4 9 斜坡的可靠度指标和破坏概率5 2 斜坡稳定性等级5 2 各滑块的推力计算表5 4 滑坡防治措施简表5 7 符号与单位清单 法向应力，k p a 剪应力，k p a 孔隙水压力，k p a 土的粘聚力，k p a 滑坡体稳定系数 滑坡体的重量，k n m 滑坡体土的重度，k n m 3 为土条的高度m 孔隙水压力比 各分条底面与水平面的夹角，o 各分条宽度，m 简布公式中的校正系数 内摩擦角，o 作用在单位体积土体上的动水力，k n m 3 水力梯度平均值 圆弧半径，m 面积，m 2 静水压力，k n ，m 静水压力力臂，m 坡项的裂缝深度，m 水平地震惯性力，k n 地震水平加速度系数 摩擦系数 滑动面长度，m 滑坡的抗滑力，k n 滑坡的下滑力，k n 斜坡的可靠指标 旷 r “ c 世 y l 目五平g j 且4 只z b q口厂，盖s卢 致谢 在论文的工作过程中得到了导师王国强教授的悉心指导和大力支持。从论 文选题、资料查询、现场试验，到论文最终定稿，无不倾注了导师的心血。导 师渊博的学识，敏锐的洞察力、兢兢业业的科研态度和身体力行的作风，使我 受益匪浅，对我以后的学习和工作无疑也大有帮助。在此，对导师在研究生学 习期间给予自己各方面的支持和关心表示衷心的感谢和深深的敬意。 在我读研期间，学院朱光、宋传中、崔可锐、葛晓光教授，王道轩、刘东 甲、谭晓慧副教授等老师在学习和论文研究等方面给予了热情的指导和帮助， 他们渊博的知识令本人深受裨益。在此，谨表示深深的感谢。 在论文完成过程中，与师兄吴道祥和刘宏杰进行了大量的交流与探讨，同 学程志宏和王宗志也给予很大帮助，在此一并表示深深的谢意。 最后，感谢我的父母多年来对我学习一如既往的关心、支持和理解，他们 的无私奉献使得我研究生阶段的学习顺利完成! 作者：徐威 2 0 0 5 年4 月 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据 我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外。论文中不包含其他人已经发表或撰写过的 研究成果，也不包含为获得盒胆王些盔堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签字：j 朱威签字日期：拓拶年严月j 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金月b 兰些盔堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权金 目b 王些盔堂可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文者签名 彳轧斌 导师签名 签字日期：l n 婢乒月j j 日签字日期：z 妒4 ，月伊日 学位论文作者毕业后去向： 上铂 主集盏蛊謦褫量刍雠嘉：咖 通讯地址：上三台布擘菩既，璐穸3 萼”邮编：王。；二 第一章前言 1 1 课题的提出”o l 斜坡上岩土体在重力为主作用下，出于种种原因改变坡体内一定部位的软 弱带( 或面) 中应力状态，或因水和其它物理、化学作用降低其强度，以及因震 动或其它作用破坏其结构该带在应力大于强度下产生剪切破坏，该带以上的 岩土失稳而作整体、或极大块沿之向下和向前滑动的现象称之为滑坡。滑坡作 为地球表面演变过程中的一种重要的块体运动形式，在古生代、中生代地层中 都留有其活动遗迹。在新生代地层中，尤其是第四系地层中残存了更多的滑坡 遗迹，甚至还保留着古老滑坡的外貌。自人类出现以来，滑坡过程就伴随着人 类社会的发展并给人类造成过无数次的灾害，给人们的生产和生活带来惨重的 损失，国内外都有上千年前乃至数千年前的滑坡灾害事件的历史记载。 安徽省宁国市地处皖南山区，该地区地形切割强烈，岩体风化层厚度大， 地形复杂，又是不良地质现象分布集中、地质灾害严重的主要地区之一。境内 山高坡陡，雨水充沛，滑坡众多，且规模大，分布广，发生频繁。危害严重( 图 1 1 ) 。遇到雨季，滑坡常使交通中断，影响公路的正常运行，大规模的滑坡还 摧毁公路，堵塞河道，掩埋村庄，对山区的公路建设和交通设施危害极大。同 时，严重危害人民生命财产安全和制约山区经济的发展。因此，在公路建设的 可行性研究阶段，公路勘测设计与施工过程中，如何充分利用有利地质条件， 尽量避免和减少地质灾害，是急需解决的问题。 图例 团1 日托 固蠢靛中睫世 回 舰早世 囤寡路雠 回毫艇_ 中世 固t 战她 田詹 岩 回# * 寰岩 回 岸冲刷 l d 琅造公路 囤地曩再垃 巨3 安蔫断屡 圃精 墟 圈 口珂 证 图1 1 边山滑坡周边地质灾害分布图 本课题主要研究对象是对宁国市境内河塘公路改建路段的滑坡稳定性问题 第一章前言 1 1 课题的提出m l 斜坡上岩士体在重力为主作用下出于种种原因改变坡体内一定部位的软 弱带( 或面) 中应力状态或因水和其它物理、化学作用降低其强度，以及因震 动或其它作用破坏其结构该带在应力大于强度下产生剪切破坏，该带以上的 岩土失稳而作整体、或极大块沿之向下和向前滑动的现象称之为滑坡。滑坡作 为地球表面演变过程中的一种重要的块体运动形式，在古生代、中生代地层中 都留有其活动遗迹。在新生代地层中，尤其是第四系地层中残存了更多的滑坡 遗迹，甚至还保留着古老滑坡的外貌。自人类出现以来，滑坡过程就伴随着人 类社会的发展并给人类造成过无数次的灾害，给人们曲生产和生活带来惨重的 损失国内外都有上千年前乃至数千年前的滑坡灾害事件的历史记载。 安徽省宁国市地处皖南山区，该地区地形切割强烈，岩体风化层厚度大， 地形复杂，又是不良地质现象分布集中、地质灾害严重的主要地区之一。境内 山高坡陡，雨水充沛，滑坡众多，且规模大，分布广发生频繁，危害严重( 图 1 1 ) 。遇到雨季，滑坡常使交通中断，影响公路的正常运行，大规模的滑坡还 摧毁公路，堵塞河道，掩埋村庄，对山区的公路建设和交通设施危害极大。同 时，严重危害人民生命财产安全和制约山区经济的发展。因此，在公路建设的 可行性研究阶段，公路勘测设计与施工过程中，如何充分利用有利地质条件， 尽量避免和减少她质灾害，是急需解决的问题。 图例 刖l 目 固 舰十t 回 戡旦世 剧l 腿黜 同- 勰_ 十t 固t 麟甍世 团 # 固目i 田_ _ _ _ 山h o8 囤n _ * # 同女_ 圃* # 圈 # u t 图l - l 边山滑坡周边地质灾害分布图 本课题主要研究对象是对宁国市境内河塘公路改建路段的滑坡稳定性问题 本课题主要研究对象是对宁国市境内河塘公路改建路段的槽坡稳定性问题 进行深入的研究和分析，以达到优化公路建设的目的。同时，对山区滑坡的处 理，针对以“预防为主，防治结合”的原则，提供科学的预防和治理滑坡的方 法。课题研究从外业测设开始，与勘察、设计、科研、监测、施工紧密结台， 其研究成果不仅可作为该区公路等各项工程建设的基础技术资料，其研究方法 和成果对今后其它类似滑坡的防治工作具有一定指导和借鉴意义。 1 2 国内外研究动态 5 l 滑坡稳定性研究由来已久，早期的滑坡研究是仅以土体为研究对象的，其 方法的显著特点是采用材料力学和简单的均质弹性、弹塑性理论为基础的半经 验半理论性质的研究方法，并把此方法用于岩质滑坡体的稳定性研究，但由于 其力学机理的粗浅或假设的不合理，其计算结果与实际情况差别较大。 欧美国家多从土力学和土质学观点出发，研究滑坡地层的土力学性质，稳 定性计算方法和理论，以揭示滑坡的机理而提出防治措施；苏联则多偏重在地 质基础的研究，强调滑坡的成因、分类、性质，也研究稳定性计算方法和防治 措施。目前虽有采用综合研究方法的趋势，即综合应用工程地质、水文地质、 土力学、质学、地质力学和岩石力学等学科的基本理论和方法研究滑坡，但 各国仍有侧重。日本则对滑坡地震勘探、测试技术和预报方面的研究发展迅速， 且有成效6 1 。 六十年代后，随着世界经济的发展，采矿、水利、交通和建筑等工程的大 规模建设，所形成的大坝坝肩和水库库岸、铁路和公路的路堑边坡等，其规模 之大，条件之复杂均是空前的，特别是1 9 5 9 年法国m a l p a s s e t 坝左岩坝肩岩体的 崩溃及1 9 6 3 年意大利v a j o n t 坝上游左岸的库岸滑坡等，使人们清醒地认识到了 对滑坡体破坏的力学机理研究的不足，从而促进了滑坡体稳定性研究向前迈进 了大步。以弹塑性理论为基础和改进的极限平衡法应用为主的多种方法应运 而生。特别是1 9 6 7 年人们第一次尝试用有限元研究岸坡的稳定性问题，给定量 评价滑坡体的稳定性创造条件，并使其逐步过渡到数值方法，从而使滑坡体稳 定性研究进入模式机制和作用过程研究成为可能，同时，随着大量规模巨大工 程的开展，决策要求的提高，以概率论为基础的可靠度方法己引入滑坡稳定性 研究中7 1 。 在这时期，由于我国边坡工程的不断实践与发展，滑坡稳定性分析的原 理与方法也获得了不断丰富与发展。如：由中国科学院地质所提出的岩体温结 构理论及相应的岸坡岩体稳定性分析的岩体工程地质力学方法该方法的本质 在于以岩体温结构理论为基础，强调岩体中结构面特别是软弱结构面对岸坡岩 体变形及岸坡失稳破坏的控制作用，运用赤平投影及实体比例投影作图方法， 确定岸坡潜在不稳定块体可能的几何形态或滑移边界，并用与现场滑坡条件相 应的滑面岩体强度指标，定量地分析、评价滑坡体的稳定性f 孙。 1 2 1 滑坡机制 滑坡产生的原因主要有以下两个方面：一是剪切应力的增大： 二是斜坡 土体( 或其中之软弱夹层) 抗剪强度降低。前者如斜坡变陡( 河、海冲蚀，人工开 挖，地壳上升) 、超载( 堆填弃土等) 、震动( 地展、爆破和机器展动) 等； 后者 则较复杂，有地下水作用、风化作用、物理化学作用、流变作用和结构破坏， 以及卸荷膨胀等等。有关滑坡机制的研究方面的项目一直都是各国学者多年 来致力研究的重要课题之一。 1 2 2 水与滑坡体 水( 地下水和地表水) 的作用全面地影响岩土体力学系统，由于水的存在使 系统中的力学参量之间相互影响，相互促进，从而改变力学系统的各个参数及 力学行为。水的存在和作用使有效正压力减小，抗滑力下降，土体稳定性降低。 我们都知道，土体抗滑能力主要由两部分组成，内摩擦角引起的抗滑阻力和粘 聚力引起的抗滑力。水渗入滑体，使粘土处于饱水状态，这样不仅降低了粘聚 力的抗滑性，更重要的是减少了土体内摩擦角，降低了土颗粒之间的摩擦阻力， 因两土体抗剪强度大大降低。 1 2 3 滑坡稳定性的评价方法【9 j 从目前国内外文献资料查阅的情况来看，滑坡稳定性评价方法大致可以分 为两大类，即定性分析方法和定量分析方法。此外，近年来，人们在前面两种 分析方法的基础上，又引进了一些新的学科、理论等，逐渐发展起来些新的 滑坡稳定性分析方法，如影响因素敏感性分析法、模糊分级评判法、系统工程 地质分析法、灰色系统理论分析法等，这里暂且称之为非确定性分析方法。另 外，还有地质力学模型等物理模型方法和现场监测分析方法等。这里我们将主 要从定性方法和定量方法两个方面来加以简要说明。 定性分析方法 定性分析方法主要是通过工程地质勘察，对影响滑坡体稳定性的主要因素、 可能的变形破坏方式及破坏失稳的力学机制等的分析，对已变形地质体的成因 及其演化史进行分析，从而给出被评价滑坡体个稳定性状况及其可能发展趋 势的定性的说明和解释。其优点是能综合考虑影响滑坡体稳定性的多种因素， 快速地对滑坡体的稳定状况及其发展趋势作出评价。其中常用的分析方法主要 有以下几种： 1 ) 自然( 成因) 历史分析法 该方法主要根据岸坡发育的地质环境、边坡发育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，对滑坡 体稳定性的总体状况、趋势和区域性特征作出评价和预测，对己发生滑坡的滑 坡体，判断其能否复活或转化。它主要用于天然斜坡的稳定性评价。 2 ) 工程地质类比法 该法是将已有的天然滑坡体或人工边坡研冗经验( 包于占稳定日可或似孙嗣， 用于新研究滑体的稳定性分析，如坡角或计算参数的取值等。类比法具有经验 性和地区性的特点，应用时必须全面分析已有滑坡体与新研究滑坡体两者之间 的地貌、地层岩性、结构、水文地质、自然环境、变形主导因素及发育阶段等 方面的相似必玫差异性，同时还应考虑工程的规模、类型及其对滑坡体的特殊 要求等。 3 ) 图解法 图解法用于岩质滑坡体的稳定分析，并考虑了各种因素如岩性、地下水、 坡角等的变化，根据相应的公式制成图表，这样可以快速、直观地分辨出控制 滑坡体的主要和次要结构面，定出稳定类型，判定不稳定块体的形状、规模及 滑动方向。图解法又可以进一步分为诺模图法和赤平极射投影图法： a 诺模图法：该法就是利用一定的诺模图或关系蛆线来表征与滑坡体稳定 有关参数间的关系，并由此求出滑坡体稳定安全系数，或根据要求的安全系数 及一些参数来反分析其它参数( 西、c 、结构面倾角、坡角、坡高等) 的方法。 它实际上是数理分析方法的一种简化方法，如t a y i o r 图解等。它目前主要用于 土质或强风化的具弧形破坏面的滑坡体稳定性分析。 b 赤平极射投影图法：该法就是利用赤平极射投影的原理，通过作图来直 观地表示出滑坡体变形破坏的边界条件，分析不连续面的组合关系，可能失稳 岩土体形态及其滑动方向等，进而评价滑坡体的稳定性，并为力学计算提供信 息。常用的有赤平极射投影图法、实体比例投影图法、m a r k l a n d j j 投影图法等。 它目前主要用于岩质滑坡体的稳定性分析。 定量分析方法 滑坡体的稳定性定量分析需按构造区段及不同坡向分别进行。根据每一区 段的岩土技术剖面，确定其可能的破坏模式，并考虑所受的各种荷载( 如重力、 水作用力、地震或爆破振动力等) ，选定适当的参数进行计算。但严格地讲，滑 坡体稳定性分析还远远没有走到完全定量这一步，目前所谓的定量分析方法也 只能算是一种半定量的分拆方法。常用的边坡稳定性定量分析方法主要有极限 平衡法、数值分析方法、概率分析法等现分别简要介绍如下。 1 ) 极限平衡法 极限平衡法是将滑体视为刚性体，不考虑其本身的变形：除楔形破坏外， 其余的破坏多简化为平面问题，选取有代表性的剖面进行计算：滑坡体岩土的 破坏遵从库仑一摩尔定律：并认为当滑体的稳定系数为l 时，滑体处于临界状态。 该方法是工程实践中应用最早、也是目前最普遍使用的一种定量分析方法。 目前已有了多种极限平衡分析方法( 见表l 一1 ) ，如：f e l l e n i u s 法、b i s h o p 法、 j a u b u 法、m o r 2 e n s t e r np r i n c e 法、传递系数法、s a f m a 法、楔体极限平衡分析法 等等。其中s a r m a 法既可用于滑面呈圆弧形的滑体，又可用于滑面呈一般折线 形滑面的滑体极限平衡分析；楔体极限平衡分析则主要用于岩质边坡中由不 连续面切割的各种形状楔形体的极限平衡分析。近年来，人们都已经把这些方 法程序化了，有的还把有限元方法引入到极限平衡分析法中，先通过有限元方 法计算出可能滑面上各点的应力，然后再利用极限平衡原理计算滑面上各点的 安全系数及沿整个滑面滑动破坏的安全系数。与其它方法相比，极限平衡法的 优点是计算简单、使用方便、滑面确定后能有效地确定滑体的稳定性系数。而 其缺点是在力学上作了一些简化假设。该方法抓住了问题的主要方面，且简易 直观，并有多年的实用经验，若使用得当，将得到比较满意的结果。它是目前 在国内外应用最多的一种分析方法。 表1 1 料域稳定性评价的极限平衡法汇总表o 1 1 分析方法假设条件力学分析应力范围及特点 1 ) 滑动面为圆弧圆弧滑面滑坡定转 1 瑞典条分法2 ) 不考虑条分间作1 ) 整体力矩平衡动中心，垂直条分滑 用力体 1 ) 不考虑条块间切 向力1 ) 整体力矩平衡与 垂直条分滑体，较适 2 b is h o d 法 2 ) 条块间作用力水静力平衡用于土坡 m 1 ) 滑动面可为不规 则形状 1 ) 分块力矩平衡可适用于非均质土 3 ，j a n b u 法 2 ) 条间作用力位置2 ) 分块力平衡坡，垂直条分滑体 在离滑面以上h 3 处 1 ) 滑体先破裂成相 互错动的块体才能任意形状滑面，任意 4 s a m 8 法 滑动 1 ) 分块静力平衡 2 ) 滑面与侧面都达 2 ) 分块力矩平衡 条分滑体，适用于岩 质或土质滑坡 到极限状态 1 ) 条问作用力合力 方向与上一块滑面 平行 任意形状滑面，垂直 5 传递系数法 1 ) 各分块力平衡条分滑体，适用于岩 2 ) 本条块间作用合 力为负值则记向下 质或土质滑坡 块传递的推力为零 袭l ，l ( 续) 斜坡稳定髋评价的撮限乎衡法总表5 9 t 伯t 分析商法 柱设条彳_ 串力学势辑应力范围爱特点 1 ) 相邻祭块蜷法离 力e 与切商力x 存在 与水早方向坐标的 ) 考虑分块力矩乎 薅，m 0 r 窑e n s l e f p “e e 函数关系赞 壬意形状滑面，垂直 法( z ，e = 可 ) ) 2 考虑分块切扁力 荣分滑体，逶嘉子土 2 ) 祭翔力作用点嵌平衡与法囱力平衡 蝗 鬣熬蹲蟊颓角瓣连 续变化 1 ) 滑动匿为圆弧 ) 分块力平衡 用予岩质或鹰 7 s d e n o e r 法 2 ) x e 为一常数2 ) 分块力瘫平衡滑坡，垂蛊条分滑体 1 ) 受结扮藤蠛软弱 面控制形成的楔形 适寅于囊震按形体 s 攘形体法1 ) 整体静力平衡 滑瓤，且备瓣新均为 滑坡 平面 2 ) 羧值分析方法 数值分析方法燕蟊蘸者土力学诗靠中使用最为普遍的定量分析方法之。 主要有省隘元( f e m ) 洼、边界嚣( b e m ) 法、快遮l 鹋r 往n g i “分婿( f l a g ) 法等。 a 有限元( f e m ) 法 该方法在者体的稳定性分析中褥到最翠( 1 9 6 7 ) 成翔，也是目前最广泛使 朋的种数值分析方法。强箭，已经开发了多个= 维及三维有漾元分析程序， 可鞋用采浆解弹牲、弹塑性、粘弹絮性、黏塑性等问避。宥陋元法豹饶点璺部 分地考虑7 岩体豹非均质和不连续性，可以给出岩佑的应力、废变大小与分布， 避免了极限平衡分桥法中将淆体视为雕体错过于摘亿的蛱点，能使我们避似熊 从应力应变去分耩迭坡的变形破坏规制，分辑最先、壤容易发生藤滕破坏的部 位和需要首先进行加阉的郝位替。它还不能饭好城求解大变形和檀移不连续等 瓣蹶，对予无鼹域、成力集中润题等的求解还不理想。 b 边界嚣( b 嚣m ) 法 边界元法蘧1 9 7 0 年代发展起来的一秘数馕方法，c n e h s 己予1 9 7 6 帮蓠先将 其应沼予分桥麽状岩体的扦挖稳定润题。与有限元方法不冈，它只对研究区的 边莽进行离散，因丽它要求的数据输入鬃鞍少。该方法蹲处理无鞭域和半无限 域翔题较为理想。它要求事先翔道求解蚵繇豹控制微分方程的蒸本解，在处避 材料的非妓性、不均匀性、模拟分步歼携等方面遥远萃妃寄陵元法，它蠲样不 糙求解大变彤闻题闲蕊，边界元方法基莉在边坡岩体稳定性分析串的j 立用还 远不如在地下洞室中应穰广牾。 c 快速l a g r a n g i a n 分析( f l a c ) 法 为了克服有限元等数值分析法不能求解岩土大变形问题的缺陷，人们根据 显式有限差分原理，提出了f l a c 数值分析方法。该方法较有限元方法能更好地 考虑岩土体的不连续性和大变形特征，求解速度较快。其缺点是同有限元方法 一样，计算边界、单元网格的划分带有很大的随意性。 3 ) 概率分析法 概率分析法是将滑体稳定问题视为一随机问题，把影响稳定性的各种因素 ( 如岩石构造、抗剪强度及地下水位等) 均视为随机变量，通过调查、试验及分 析求得各变量的函数分布，并确定出滑体稳定状态的概率值。在斜坡稳定性的 概率分析中，可靠性分析是其中主要的方法，基于可靠性理论的工程随机设计 和分析方法已在结构工程、港口工程、水利水电工程等一系列土木工程领域中 被广泛应用。 除上述三种主要分析方法外，考虑到滑( 斜) 坡稳定性受多方面因素的影响， 且这些因素大多具有不确定性、随机性，各种用于不确定性、随机性分析的斜 坡稳定性评价方法也蓬勃发展起来，如神经网络、模糊数学、遗传算法、灰色 理论、数量化理论、信息模型法、敏感性分析等。 1 _ 3 本文研究的途径和内容 通过野外勘察和现场研究，对宁国市边山滑坡形成的工程地质条件、影响 滑坡稳定性的因素进行分析；根据对滑坡体各个要素的详细观察、测量资料、 勘探坑孔和地质剖面的分析、研究，确定滑坡体的岩体结构特点和几何学特征， 特别是滑动面及其形态特征，如滑动范围，滑动面的位置、形状、空间展布， 滑带土的性质等；对滑坡体的岩土工程性质，特别是滑带土的力学性质进行室 内试验，采用重塑土重复剪切试验取得了滑带土的峰值疆度和残余强度，用变 角板法进行砂、页岩的抗剪强度试验，以确定滑带岩土的抗剪强度；用反算法 对滑动面抗剪强度值进行反算，最后综合试验所得数据得出滑带土的抗剪强度 指标值；根据室内试验数据和反算法求得的滑动面抗剪强度，考虑滑坡体在不 同的地下水位和降雨条件下用多种方法对滑坡稳定性进行分析、计算和评价； 对滑坡体的推力进行计算，根据滑坡的成因和影响边坡稳定性的主要原因，有 针对性的对滑坡的治理提出切实可行的综合处理方案和工程措施。 通过对本课题的研究，拟主要解决以下一些问题： ( 1 ) 边山滑坡的环境地质条件； ( 2 ) 边山滑坡的基本特征及其成因机制： ( 3 ) 边山滑坡的稳定性分析及滑坡剩余推力的计算： ( 4 ) 边山滑坡的可行性治理方案。 本文大致分为两部分完成：第一部分，根据研究边山滑坡所处的工程地质 环境条件和滑坡的基本特征，对滑坡的成因机制进行分析；第二部分，在第 部分的基础上，利用各种计算和分析方法对滑坡稳定性进行分析研究，并提 了一系列相应的防治措旌。 本文的主要研究路线见图1 2 。 区困 圈1 - 2 本文的主要研究路线图 第二章区域工程地质概况 2 1 自然地理概况 边山滑坡位于安徽省宁国市中溪镇( 图2 - 1 ) ，滑坡区仅距宁国市区大约3 0 公里，改建中的河塘公路k 2 6 + 6 l o k 2 6 + 8 2 0 段便位于该滑坡体上。该区地处皖 南山区，地形复杂，原公路等级低，为了满足日益增长的交通运输和区域经济 发展的需要，对该路段进行改建以提高公路等级势在必行。 宁国位于安徽省东南部，天目山北麓，东临苏杭，西靠黄山，连接皖渐两 省七县市，是皖南山区之咽喉。市区距上海2 9 0 公里的车程、距省城合肥2 4 0 公里车程，距杭州1 6 0 公里车程，距南京2 2 0 公里车程，距黄山风景区1 4 0 公 里车程，距宣杭铁路和3 1 8 国道高速公路接口仅4 0 公里。随着“长三角”经济 圈的形成，宁国为了加快“融入苏浙沪、参与长三角”的步伐，对现有的交通 枢纽进行改善迫在眉睫，改建中的河塘公路是安徽省南部通往江、浙沿海的重 要工业运输通道，该公路建成后，它将对宁国乃至整个皖南地区的交通运输具 有深远的影响。 圈2 1 宁国市边山滑坡交通位置图 2 2 褶皱和断裂 本路段基底岩系仅见中元古界上溪群，盖层自南而北出露震旦系至志留系 地层。基底和盖层褶皱都呈北东向展布，盖层为一复式向斜褶皱构造，褶皱枢 纽起伏频繁，局部为倒转向斜，整个向斜构造被一些级别更低、方向不定的褶 皱构造所代替。受两侧深断裂的影响，区内发育北东向和东西向两组断层，其 中北东向断裂较发育。区内岩浆活动强烈，以印支期中酸性岩浆岩为主。 2 3 新构造活动及地震活动 l 3 本区第四纪以来，地壳比较稳定，以整体缓慢上升、剥蚀为主，其中早、 中更新世上升幅度稍大，沿着东津河可见河谷二级阶地。晚更新世以来，地壳 活动更加和缓，升降幅度不大，因而冲洪积、残坡积土较发育，沿东津河可见 河床和河漫滩相沉积物连续分布，区内未发现有全新世以来的活动性断裂，历 史上没有大于3 5 级的历史地震记载，根据我国建筑抗震设计规范 ( g b 5 0 0 1 1 2 0 0 1 ) 附录a ，宁国市抗震设防烈度为6 度。 2 4 地形地貌 该区属江南低山丘陵区，皖南山地区的一部分，由低山丘陵和近代河谷漫 潍组成，地形标高最低6 l 米，最高2 7 0 米，改建中的公路主要沿东津河阶地和 沿岸的丘陵区穿行。 区内地貌类型有：剥蚀地貌，主要为下古生界地层构成的顶圆坡缓的中低 山，岩石风化剧烈，其上部一般多覆盖第四纪残、坡积物。 堆积、侵蚀、剥蚀地貌，沿着东河两岸分布，为早、中更新世冲、洪积物 的二、三级阶地和山前斜坡地。 堆积地貌，沿着东津河成条带状展布，由全新世以来的河流冲、洪积物构 成。 2 5 水文及水文地质【l s 1 6 i 2 5 1 水文 安徽省宁国市境内该公路沿线山河秀丽，地形复杂，区内东津河为长江水 系，皖南山区雨量充沛，局部地区年降雨量达2 0 0 0 姗以上；一年中的降水量随 季节而变化，春季降雨较多，占年降雨量的3 0 3 8 ，夏季雨量充沛，占年降 雨量的3 2 4 0 ，并且多暴雨，是发生滑坡的高峰期( 图2 2 ) ；降水年际之间 变化较大，最大降雨量和最小降雨量的比值达2 2 5 倍，每年4 7 月为江南 的集中降水期，也是地质灾害的多发期；地表水径流资源丰富，径流量 1 7 6 8 1 0 8 m 3 。占全省径流量的2 8 7 。 量量( i ) i ) - m 0 l s o i 圈2 2河流多年运月平均流量交化曲线圈 2 5 2 水文地质 区内山高坡陡，冲沟发育，地形复杂。其降雨量充沛，地表径流丰富，地 下水补给充沛，并具有良好的径流、排泄条件，降水在强烈地形切割条件下迅 速派入沟谷而汇入江河，故地表水丰富而地下水贫乏。地下水赋存于岩浆岩、 变质岩和碎屑岩的裂隙以及石灰岩岩溶裂隙中，地下水径流排泄条件好，水交 替强烈，基岩中地下水一般较贫乏，而沿东津河等一些河流的古河床和石灰岩 岩溶裂隙中有较丰富的地下水，但研究程度低，邻区内发育有著名的黄山温泉 以及丰富的矿泉水资源。区内水文地质条件较复杂，有以下含水岩组： ( 1 )松散岩类孔隙含水岩组 松散岩类孔隙含水岩组主要为中、上更新统和全新统松散堆积物。全新统 位于东滓河河谷阶地中，厚度4 1 0 米，上部为粘性土，下部为河床相砂砾石 层，单井涌水量1 2 0 7 2 0 立方米天；中、上更新统分布区，无稳定层位的砂 砾石层分布，单井涌水量般小于1 2 0 立方米天。 ( 2 )碳酸盐岩类裂隙岩溶水含水岩组 碳酸盐岩类裂隙岩溶水含水岩组主要由中、上寒武统、奥陶系碳酸盐岩类 地层组成，受岩石性质和构造控制，其富水性极不均一，泉流量4 5 立方米 天不等，单井涌水量一般小于5 0 0 立方米天，在构造有利部位，可达1 0 0 0 立 方米天以上。 ( 3 ) 基岩裂隙含水岩组 基岩裂隙含水岩组由变质岩、碎屑岩组成，广泛分布于全区，地下水主要 赋存于上述岩体裂隙中，其富水性差，泉流量多小于1 0 0 立方米天，单井涌水 量一般小于1 2 0 立方米天。 本区地形起伏较大，山区地下水埋深多变，山间或河谷盆地地下水水位变 幅1 ，o 1 5 米。地下水水化学类型以h c 0 3 c a 型为主，在碎屑岩分布区可见 h c 0 3 c a n a 型水，矿化度一般小于o 3 克升。根据安徽省公路设计院的分 析评价结果，地下水对混凝土无腐蚀性。 2 6 地层岩性f 1 7 1 8 l 2 6 1 地层岩性特征 据现场勘测和观察，构成滑坡体的地层为古生界志留系下统霞乡组灰绿、 黄绿、青灰色粉砂岩、页岩、细砂岩，下部夹黑色炭质页岩，厚度达1 7 7 5 米。 滑坡体主要为灰绿、黄绿、青灰色粉砂岩、页岩。滑坡区地层结构及岩土工程 性质见表2 1 、表2 2 ，滑带土的物理力学性质见附表l 。 表2 1 岩石工程地质性质表 岩 天然抗 抗剪强度( m p a 岩样内摩内聚 石重度 名 k n m 3 压强度 3 5 。 4 5 0 s 5 0 尺寸擦角力 m p a c m m p a 称 盯n f 盯n r 盯n r 2 5 6 8 2 4 0 55 4 77 8 7 砂1 9 7 1 3 71 1 61 1 6 2 5 6 52 5 9 07 5 21 0 85 5 53 5 5 5 2 岩 2 5 91 8 01 3 o1 3 o 2 5 6 6 2 6 7 07 5 2l o 8 2 5 5 81 6 4 13 6 ，72 5 4 页 1 8 41 8 46 b 49 8 2 2 5 5 91 9 7 02 4 91 7 3 5 s 52 5 o4 o 岩 1 7 51 7 57 5 21 0 8 2 5 5 82 3 5 12 4 91 7 3 注：表中岩石为中风化岩石 表2 2 滑坡区岩土工程性质表 地 厚度重度孔隙孔隙 岩性及主要工程性质 层 mk n m 3 度 比 含碎黄、褐红色，中密或可塑，表部密实 石粉质 0 3 2 51 9 14 6 50 8 7 舍多量的碎石，碎石成分为砂岩岩屑， 粘土压塑性、透水性较小 坡积 中密一密实，饱和，坡积物含碎块石， o 51 9 54 4o 7 9 具弱分选性层理不明显，透水性不均 碎石土 匀 表2 2 ( 续) 滑坡区岩土工程性质表 地厚度重度孔隙孔隙 层m k n 一 度 比 岩性及主要工程性质 风化 中密状态，饱和，透水性较强，残积土 残积碎 0 31 9 34 50 8 2 含风化碎石 石土 中、厚层砂岩、薄层页岩，风化强烈， 风化 1 0 5 0 ， 泥质页受构造 岩层裂隙发育、破碎，呈碎裂一薄板状。 2 5 63 2 岩层风化程度由上至下逐渐减弱，呈渐 岩、泥质 和地形 砂岩控制 变关系，无明显的分界面。岩石透水性 各向异性，泥质页岩为相对不透水层 泥质灰绿、黄绿、青灰色中、厚层粉砂岩、 1 0 02 6 4 岩性致密 砂、页岩细砂岩、薄层页岩 2 6 2 滑坡岩土体特征及岩体风化带划分 ( 1 ) 残、坡积层：浅红褐色，中密状态，湿度大，层厚l 米左右，成分为全 风化砂页岩，含岩石碎块和植物根系。 ( 2 ) 砂页岩强风化层：浅灰黄、灰白色，松散状态，粒径2 1 0 厘米的含量 为5 0 6 0 ，呈棱角及碎裂状，成分为泥质页岩岩屑等。 ( 3 ) 砂页岩中风化层：灰、深灰色，泥质构造，层理发育，具叶片状构造， 岩层节理、裂隙发育，较破碎，岩性较坚硬，致密，具弱硅化变质作用。 ( 4 ) 砂页岩微风化层一新鲜砂页岩层：为灰绿、蓝绿及蓝灰色页岩，夹粉砂 质页岩，水平层理较发育，含节理裂隙。 各类岩体风化带的划分见表2 3 ，各类岩石工程地质性质见附表2 。 表2 3 岩体风化带划分表 类 波速 别 岩性特征 岩块锤击强度裂隙特征 m s 强 岩石表面和断口呈黄绿色， 轻锤即碎裂，且 部分裂隙有泥 风 大部分泥质矿物和胶结物 发出哑声 膜，铁质己全部1 4 4 0 2 9 0 0 化已绢云母化和绿泥石化 氧化 中 岩石表面呈灰黄色、灰白 风 色、灰褐色。部分矿物绢云 轻锤不易碎裂，裂隙面呈黄绿 且发出脆声 色、黄褐色 2 9 0 0 4 0 0 0 化 母化和绿泥石化 弱 岩石表面和断口青灰色，具 锤击发出清脆 裂隙紧闭，充填 风 少量绿泥石斑点声，强度高 铁锰质和少量 4 0 0 0 化 铁锈色 第三章滑坡概况 3 1 滑坡规模 改建中的河塘公路是安徽省南部通往江、浙