滑坡与泥石流的基础知识.ppt

第六章不良地质现象的工程地质问题 一滑坡与崩塌二石流 一 滑坡与崩塌 1滑坡的定义与构造2滑坡的分类3滑坡的发育过程4滑坡的力学分析及影响因素5滑坡的治理6崩塌 1滑坡的定义与构造 滑坡是斜坡土体和岩体在重力作用下失去原有的稳定状态 沿着斜坡内某些滑动面 或滑动带 作整体向下滑动的现象 首先 滑动的岩土体具有整体性 除了滑坡边缘线一带和局部一些地方有较少的崩塌和产生裂隙外 总的来看它大体上保持着原有岩土体的整体性 其次 斜坡上岩土体的移动方式为滑动 不是倾倒或滚动 因而滑坡体的下缘常为滑动面或滑动带的位置 此外 规模大的滑坡一般是缓慢地往下滑动 其位移速度多在突变加速阶段才显著 有时会造成灾难性的 有些滑坡滑动速度一开始也很快 这种滑坡经常是在滑坡体的表层发生翻滚现象 因而称这种滑坡为崩塌性滑坡 个发育完全的比较典型的滑坡具有如下的基本构造特征 滑坡形态和构造示意图 a 平面图 b 块状图1 滑坡体 2 滑动面 3 滑动带 4 滑坡床 5 滑坡后壁 6 滑坡台地 7 滑坡台地陡坎 8 滑坡舌 9 拉张裂缝 10 滑坡鼓丘 11 扇形张裂缝 12 剪切裂缝 1 滑坡体 斜坡内沿滑动面向下滑动的那部分岩土体 这部分岩土体虽然经受了扰动 但大体上仍保持有原来的层位和结构构造的特点 滑坡体和周围不动岩土体的分界线叫滑坡周界 滑坡体的体积大小不等 大型滑坡体可达几千万立方米 2 滑动面 滑动带和滑坡床 滑坡体沿其滑动的面称滑动面 滑动面以上 被揉皱了的厚数厘米至数米的结构扰动带 称滑动带 有些滑坡的滑动面 带 可能不只一个 在最后滑动面以下稳定的岩土体称为滑坡床 滑动面的形状随着斜坡岩土的成分和结构的不同而各异 在均质粘性土和软岩中 滑动面近于圆弧形 滑坡体如沿着岩层层面或构造面滑动时 滑动面多呈直线形或折线形 多数滑坡的滑动面由直线和圆弧复合而成 其后部经常呈弧形 前部呈近似水平的直线 滑动面大多数位于粘土夹层或其它软弱岩层内 如页岩 泥岩 千枚岩 片岩 风化岩等 由于滑动时的摩擦 滑动面常常是光滑的 有时有清楚的擦痕 同时 在滑动面附近的岩土体遭受风化破坏也较厉害 滑动面附近的岩土体通常是潮湿的 甚至达到饱和状态 许多滑坡的滑动面常常有地下水活动 在滑动面的出口附近常有泉水出露 3 滑坡后壁 滑坡体滑落后 滑坡后部和斜坡未动部分之间形成的一个陡度较大的陡壁称滑坡后壁 滑坡后壁实际上是滑动面在上部的露头 滑坡后壁的左右呈弧形向前延伸 其形态呈 圈椅 状 称为滑坡圈谷 4 滑坡台地 滑坡体滑落后 形成阶梯状的地面称滑坡台地 滑坡台地的台面往往向着滑坡后壁倾斜 滑坡台地前缘比较陡的破裂壁称为滑坡台坎 有两个以上滑动面的滑坡或经过多次滑动的滑坡 经常形成几个滑坡台地 5 滑坡鼓丘 滑坡体在向前滑动的时候 如果受到阻碍 就会形成隆起的小丘为滑坡鼓丘 6 滑坡舌 滑坡体的前部如舌状向前伸出的部分称为滑坡舌 7 滑坡裂缝 在滑坡运动时 由于滑坡体各部分的移动速度不均匀 在滑坡体内及表面所产生的裂缝称为滑坡裂缝 根据受力状况不同 滑坡裂缝可以分为四种 1 拉张裂缝 在斜坡将要发生滑动的时候 由于拉力的作用 在滑坡体的后部产生一些张口的弧形裂缝 与滑坡后壁相重合的拉张裂缝称主裂缝 坡上拉张裂缝的出现是产生滑坡的前兆 2 鼓张裂缝 滑坡体在下滑过程中 如果滑动受阻或上部滑动较下部为快 则滑坡下部会向上鼓起并开裂 这些裂缝通常是张口的 鼓张裂缝的排裂方向基本上与滑动方向垂直 有时交互排列成网状 3 剪切裂缝 滑坡体两侧和相邻的不动岩土体发生相对位移时 会产生剪切作用 或滑坡体中央部分较两侧滑动快而产生剪切作用 都会形成大体上与滑动方向平行的裂缝 这些裂缝的两侧常伴有如羽毛状平行排列的次一级裂缝 4 扇形张裂缝 滑坡体向下滑动时 滑坡舌向两侧扩散 形成放射状的张开裂缝 称为扇形张裂缝 也称滑坡前线放射状裂缝 8 滑坡主轴 滑坡主轴也称主滑线 为滑坡体滑动速度最快的纵向线 它代表整个滑坡的滑动方向 滑动迹线可以为直线 也可以是折线 如图所示 运动最快之点相连的主轴为折线形 2滑坡的分类 为了滑坡的认识和治理 需要对滑坡进行分类 但由于自然界的地质条件和作用因素复杂 各种工程分类的目的和要求又不尽相同 因而可从不同角度进行滑坡分类 一 按滑坡体的主要物质组成和滑坡与地质构造关系划分 1 覆盖层滑坡本类滑坡有粘性土滑坡 黄土滑坡 碎石滑坡 2 基岩滑坡本类滑坡与地质结构的关系可分为 均质滑坡 图a 顺层滑坡 图b c 切层滑坡 图d 顺层滑坡又可分为沿层面滑动或沿基岩面滑动的滑坡 3 特殊滑坡本类滑坡有融冻滑坡 陷落滑坡等 滑坡与地质结构关系示意图 二 按滑坡体的厚度划分 浅层滑坡 中层滑坡 深层滑坡 三 按滑坡的规模大小划分 小型滑坡 中型滑坡 大型滑坡 四 按形成的年代划分 新滑坡 古滑坡 五 按力学条件划分 牵引式滑坡 推动式滑坡 3滑坡的发育过程 一般说来 滑坡的发生是一个长期的变化过程 通常将滑坡的发育过程划分为三个阶段 蠕动变形阶段滑动破坏阶段渐趋稳定阶段研究滑坡发育的过程对于认识滑坡和正确地选择防滑措施具有很重要意义 一 蠕动变形阶段 斜坡在发生滑动之前通常是稳定的 有时在自然条件和人为因素作用下 可以使斜坡岩土强度逐渐降低 或斜坡内部剪切力不断增加 造成斜坡的稳定状况受到破坏 在斜坡内部某一部分因抗剪强度小于剪切力而首先变形 产生微小的移动 往后变形逐步发展 直至坡面出现断续的拉张裂缝 随着拉张裂缝的出现 渗水作用加强 变形进一步发展 后缘拉张 裂缝加宽 开始出现不大的错距 两侧剪切裂缝也相继出现 坡脚附近的岩土被挤压 滑坡出口附近潮湿渗水 此时滑动面已大部分形成 但尚未全部贯通 斜坡变形再进一步继续发展 后缘拉张裂缝不断加宽 错距不断增大 两侧羽毛状剪切裂缝贯通并撕开 斜坡前缘的岩土挤紧并鼓出 出现较多的鼓张裂缝 滑坡出口附近渗水混浊 这时滑动面已全部形成 接着便开始整体地向下滑动 从斜坡的稳定状况受到破坏 坡面出现裂缝 到斜坡开始整体滑动之前的这段时间称为滑坡的蠕动变形阶段 蠕动变形阶段所经历的时间有长有短 长的可达数年之久 短的仅数月或几天的时间 一般说来 滑动的规模愈大 蠕动变形阶段持续的时间愈长 斜坡在整体滑动之前出现的各种现象 叫做滑坡的前兆现象 尽早发现和观测滑坡的各种前兆现象 对于滑坡的预测和预防都是很重要的 二 滑动破坏阶段 滑坡在整体往下滑动的时候 滑坡后缘迅速下陷 滑坡壁越露越高 滑坡体分裂成数块 并在地面上形成阶梯状地形 滑坡体上的树木东倒西歪地倾斜 形成 醉林 滑坡体上的建筑物 如房屋 水管 渠道等 严重变形以致倒塌毁坏 随着滑坡体向前滑动 滑坡体向前伸出 形成滑坡舌 在滑坡滑动的过程中 滑动面附近湿度增大 并且由于重复剪切 岩土的结构受到进一步破坏 从而引起岩土抗剪强度进一步降低 促使滑坡加速滑动 滑坡滑动的速度大小取决于滑动过程中岩土抗剪强度降低的绝对数值 并和滑动面的形状 滑坡体厚度和长度 以及滑坡在斜坡上的位置有关 如果岩土抗剪强度降低的数值不多 滑坡只表现为缓慢的滑动 如果在滑动过程中 滑动带岩土抗剪强度降低的绝对数值较大 滑坡的滑动就表现为速度快 来势猛 滑动时往往伴有巨响并产生很大的气浪 有时造成巨大灾害 三 渐趋稳定阶段 由于滑坡体在滑动过程中具有动能 所以滑坡体能越过平衡位置 滑到更远的地方 滑动停止后 除形成特殊的滑坡地形外 在岩性 构造和水文地质条件等方面都相继发生了一些变化 例如 地层的整体性已被破坏 岩石变得松散破碎 透水性增强含水量增高 经过滑动 岩石的倾角或者变缓或者变陡 断层 节理的方位也发生了有规律的变化 地层的层序也受到破坏 局部的老地层会复盖在第四纪地层之上等等 在自重的作用下 滑坡体上松散的岩土逐渐压密 地表的各种裂缝逐渐被充填 滑动带附近岩土的强度由于压密固结又重新增加 这时对整个滑坡的稳定性也大为提高 经过若干时期后 滑坡体上的东倒西歪的 醉林 又重新垂直向上生长 但其下部已不能伸直 因而树干呈弯曲状 有时称它谓 马刀树 这是滑坡趋于稳定的一种现象 当滑坡体上的台地已变平缓 滑坡后壁变缓并生长草木 没有崩塌发生 滑坡体中岩土压密 地表没有明显裂缝 滑坡前缘无水渗出或流出清晰的泉水时 就表示滑坡已基本趋于稳定 滑坡趋于稳定之后 如果滑坡产生的主要因素已经消除 滑坡将不再滑动 而转入长期稳定 若产生滑坡的主要因素并未完全消除 且又不断积累 当积累到一定程度之后 稳定的滑坡便又会重新滑动 4滑坡的力学分析及影响因素 1 滑坡的力学分析2 影响滑坡的因素 1 滑坡的力学分析 滑坡是在斜坡上岩土体遭到破坏 使滑坡体沿着滑动面 带 下滑而造成的地质现象 滑动面有平直的或弧形的 在均质滑坡中 滑动面多呈圆形 1 在平面滑动面情形下 滑坡体的稳定系数K为滑动面上的总抗滑力F与岩土体重力Q所产生的总下滑力T之比 即K 总抗滑力 总下滑力 F T当K 1时 滑坡发生 K 1时 滑坡体稳定或处于极限平衡状态 2 在圆形滑动面情形下 滑动面中心为O 滑弧半径为R 过滑动圆心O作一铅直线 将滑坡体分成两部分 在铅垂线之右部分为滑动部分 其重量为Q1 它能绕O点形成滑动力矩Q1d1 在铅垂线之左部分 其重量为Q2 形成抗滑力矩Q2d2 因此 该滑坡的稳定系数K为总抗滑力矩总滑动力矩之比 当K 1时 滑坡失去平衡 而发生滑坡 3 在折线滑动面情形下 可采用分段的力学分析 如图6 19所示 沿折线滑面的转折处划分成若干块段 从上至下逐块计算推力 每块滑坡体向下滑动的力与岩土体阻挡下滑力之差 也称剩余下滑力 是逐级向下传递的 即 当任何一块剩余下滑力为零或负值时 说明该块对下一块不存在滑坡推力 当最终一块岩土体的剩余下滑力为负值或零时 表示整个滑坡体是稳定的 如为正值 则不稳定 应按此剩余下滑力设计支挡结构 由此可见 支挡结构设置在剩余下滑力最小位置处较合理 2 影响滑坡的因素 凡是引起斜坡岩土体失稳的因素称为滑坡因素 这些因素可使斜坡外形改变 岩土体性质恶化以及增加附加荷载等而导致滑坡的发生 概括起来 主要的滑坡因素有 1 斜坡外形 2 岩性 3 构造 4 水 5 地震 6 人为因素 1 斜坡外形 斜坡的存在 使滑动面能在斜坡前缘临空出露 这是滑坡产生的先决条件 同时 斜坡不同高度 坡度 形状等要素可使斜坡内力状态变化 内应力的变化可导致斜坡稳定或失稳 当斜坡愈陡 高度愈大以及当斜坡中上部突起而下部凹进 且坡脚无抗滑地形时 滑坡容易发生 2 岩性 滑坡主要发生在易亲水软化的土层中和一些软岩中 例如粘质土 黄土和黄土类土 山坡堆积 风化岩以及遇水易膨胀和软化的土层 软岩有页岩 泥岩和泥灰岩 千枚岩以及风化凝灰岩等 3 构造 斜坡内的一些层面 节理 断层 片理等软弱面若与斜坡坡面倾向近于一致 则此斜坡的岩土体容易失稳成为滑坡 这时 此等软弱面组合成为滑动面 4 水 水的作用可使岩土软化 强度降低 可使岩土体加速风化 若为地表水作用还可以使坡脚侵蚀冲刷 地下水位上升可使岩土体软化 增大水力坡度等 不少滑坡有 大雨大滑 小雨小滑 无雨不滑 的特点 说明水对滑坡作用的重要性 5 地震 地震可诱发滑坡发生 此现象在山区非常普遍 地震首先将斜坡岩土体结构破坏 可使粉砂层液化 从而降低岩土体抗剪强度 同时地霞波在岩土体内传递 使岩土体承受地震惯性力 增加滑坡体的下滑力 促进滑坡的发生 6 人为因素 1 在兴建土建工程时 由于切坡不当 斜坡的支撑被破坏 或者在斜坡上方任意堆填岩土方 兴建工程 增加荷载 都会破坏原来斜坡的稳定条件 2 人为地破坏表层覆盖物 引起地表水下渗作用的增强 或破坏自然排水系统 或排水设备布置不当 泄水断面大小不合理而引起排水不畅 漫溢乱流 使坡体水量增加 3 引水灌溉或排水管道漏水将会使水渗入斜坡内 促使滑动因素增加 5滑坡的治理 1 治理原则2 治理措施 1 治理原则 滑坡的治理 要贯彻以防为主 整治为辅的原则 尽量避开大型滑坡所影响的位置 对大型复杂的滑坡 应采用多项工程综合治理 对中小型滑坡 应注意调整建筑物或构筑物的平面位置 以求经济技术指标最优 对发展中的滑坡要进行整治 对古滑坡要防止复活 对可能发生滑坡的地段要防止滑坡的发生 整治滑坡应先做好排水工程 并针对形成滑坡的因素 采取相应措施 2 治理措施 1 排水1 地表排水主要是设置截水沟和排水明沟系统 截水沟是用来截排来自滑坡体外的坡面径流 在滑坡体上设置树枝状的排水明沟系统 以汇集坡面径流引导出滑坡体外 2 地下排水为了排除地下水可设置各种形式的渗沟或盲沟系统 以截排来自滑坡体外的地下水流 2 支挡 在滑坡体下部修筑挡土墙 抗滑桩或用锚杆加固等工程以增加滑坡下部的抗滑力 在使用支挡工程时 应该明确各类工程的作用 如滑坡前缘有水流冲刷 则应首先在河岸作支挡等防护工程 然后又考虑滑体上部的稳定 3 刷方减重 主要是通过削减坡角或降低坡高 以减轻斜坡不稳定部位的重量的下滑力 如拆除坡顶处的房屋和搬走重物等 4 改善滑动面 带 的岩土性质 主要是为了改良岩土性质 结构 以增加坡体强度 本类措施有 对岩质滑坡采用固结灌浆 对土质滑坡采用电化学加固 冻结 焙烧等 此外 还可针对某些影响滑坡滑动因素进行整治 如防水流冲刷 降低地下水位 防止岩石风化等具体措施 6崩塌 1 概述2 崩塌发生条件和发育因素3 崩塌的防治 1 概述 陡峻或极陡斜坡上 某些大块或巨块岩块 突然地崩落或滑落 顺山坡猛烈地翻滚跳跃 岩块相互撞击破碎 最后堆积于坡脚 这一过程称为崩塌 堆积于坡脚的物质为崩塌堆积物 崩塌的发生是突然地 但是不平衡因素却是长期积累的 崩塌的规模往往很大 有时成千上万方石块崩落而下 崩塌堆积以大块岩石为主 直径大于0 5m者往往达50 70 以上 在我国西南 西北地区铁路两侧的崩塌以数百万立方米为最常见 规模极大的崩塌可称为山崩 而仅个别巨石崩落称坠石 崩塌会使建筑物 有时甚至使整个居民点遭到毁坏 使公路和铁路被掩埋 由崩塌带来的损失 不单是建筑物毁坏的直接损失 并且常因此而使交通中断 给运输带来重大损失 我国兴建天兰铁路时 为了防止崩塌掩埋铁路耗费大量工程量 崩塌有时还会使河流堵塞形成堰塞湖 这样就会将上游建筑物及农田淹没 在宽河谷中 由于崩塌能使河流改道及改变河流性质 而造成急湍地段 2 崩塌发生条件和发育因素 崩塌的主要发生条件和发育因素可分为下列几个方面 1 山坡的坡度及其表面的构造 2 岩石性质和节理程度 3 地质构造 1 山坡的坡度及其表面的构造 坡度 造成崩塌作用要求斜坡外形高而且陡竣 其坡度往往达55度 75度 表面构造 山坡的表面构造对发生崩塌也有很大的意义 如果山坡表面凹凸不平 则沿突出部分可能发生崩塌 然而山坡表面的构造并不能作为评价山坡稳定性的唯一依据 还必须结合岩层的裂隙 风化等情况来评价 2 岩石性质和节理程度 岩石性质不同其强度 风化程度 抗风化和抗冲刷的能力及其渗水程度都是不同的 如果陡峻山坡是由软硬岩层互层组成 由于软岩层属易于风化 硬岩层失去支持而引起崩塌 一般形成陡峻山坡的岩石 多为坚硬而性脆的岩石 属于这种岩石的有厚层灰岩 砂岩 砾岩及喷出岩 在大多数情况下 岩石的节理程度是决定山坡稳定性的主要因素之一 虽然岩石本身可能是坚固的 风化轻微的 但其节理发育亦会使山坡不稳定 当节理顺山坡发育时 特别是当发育在山坡表面的突出部分时最有利于发生崩塌 3 地质构造 岩层产状对山坡稳定性也有重要的意义 如果岩层倾斜方向和山坡倾向相反 则其稳定程度较岩层顺山坡倾斜的大 岩层顺山坡倾斜其稳定程度的大小还取决于倾角大小和破碎程度 一切构造作用 正断层 逆断层 逆掩断层 特别在地震强烈地带对山坡的稳定程度有着不良影响 而其影响的大小又决定于构造破坏的性质 大小 形状和位置 3 崩塌的防治 只有小型崩塌 才能防止其不发生 对于大的崩塌只好绕避 路线通过小型崩塌区时防止的方法分 防止崩塌产生的措施拦挡防御措施 防止产生的措施包括削坡 清除危石 胶结岩石裂隙 引导地表水流 以避免岩石强度迅速变化 防止差异风化以避免斜坡进一步变形及提高斜坡稳定性等 1 爆破或打楔 将陡崖削缓 并清除易坠的岩石 2 堵塞裂隙或向裂隙内灌浆 有时为使单独岩坡稳定 可采用铁链锁绊或铁夹 以提高有崩塌危险岩石的稳定性 3 调整地表水流 在崩塌地区上方修截水沟 以阻止水流流入裂隙 4 为了防止风化将山坡和斜坡铺砌覆盖起来或在坡面上喷浆 5 筑明峒或御塌棚 6 筑护墙及围护棚 木的 石的 铁丝网 以阻挡坠落石块 并及时清除围护建筑物中的堆积物 7 在软弱岩石出露处修筑挡土墙 以支持上部岩石的质量 这种措施常用于修建铁路路基而需要开挖很深的路堑时 图6 26用砌石护面防止易风化岩层风化 图6 27明峒和御塌棚 二 泥石流 1泥石流的概念2泥石流的形成条件3泥石流的防治措施 1泥石流的概念 泥石流是指在山区一些流域内 主要是在暴雨降落时所形成的 并由固体物质 石块 砂砾 粘粒 所饱和的暂时性山地洪流 是山区特有的一种不良地质现象 具有爆发突然 运动快速 历时短暂和破坏力极大的特点 按其物质组成可分为如下三类泥石流 水石流型泥石流 一般含有非常不均的粗颗粒成分 粘土质细粒物质含量少 且他们在泥石流运动过程中极易被冲洗掉 所以水石流型泥石流的堆积物常是很粗大的碎屑物质 泥石流型泥石流 一般含有很不均匀的粗碎屑物质和相当多的粘土质细粒物质 因而具有一定的粘结性 所以堆积物常形成连结较牢固的土石混合物 泥水流型泥石流 固体物质基本上由细碎屑和粘土物质组成 主要分布在我国黄土高原地区 2泥石流的形成条件 泥石流的形成必须具备有丰富的松散泥石物质来源 山坡陡峻和较大沟谷以及能大量集中水源的地形地质水文气象条件 1 地形条件 典型泥石流的流域可划分为 形成区流通区堆积区 泥石流形成区 上游 多为三面环山 一面出口的半圆形宽阔地段 周围山坡陡峻 多为30 60度的陡坡 其面积大者可达数十平方公里 坡体往往光秃破碎 无植被覆盖 斜坡常被冲沟切割 且有崩塌 滑坡发育 这样的地形条件有利于汇集周围山坡上的水流和固体物质 泥石流流通区 中游 是泥石流搬运通过地段 多为狭窄而深切的峡谷或冲沟 谷壁陡峻而坡降较大 且多陡坎和跌水 泥石流进入本区后具有极强的冲刷能力 将沟床和沟壁上的土石冲刷下来