斜坡变形破坏工程的相应地质研究

1、 第五章 斜坡变形破坏工程地质研究 斜坡变形破坏工程的相应地质研究 提提 要要 概概 述述 斜斜 坡坡 应应 力力 分分 布布 特特 征征 斜坡变形破坏的基本形式斜坡变形破坏的基本形式 滑滑 坡坡 崩崩 塌塌 影响斜坡稳定性的因素影响斜坡稳定性的因素 斜坡稳定性评价斜坡稳定性评价 滑滑 坡坡 预预 测测 预预 报报 滑滑 坡坡 防防 治治 斜坡变形破坏工程的相应地质研究 第一节 概述 斜坡指地表一切具有侧向 空面的地质坡体，是一类广 泛的地貌类型。 斜坡变形破坏是地质发展演化的重要过程。 类型 岩坡 土坡 按高度H 高坡 中坡 低坡 岩坡M 15m 土坡H 10m 岩坡8m H5m 土坡5m

2、H10m 岩坡H 8m 土坡H=300 中坡150= 300 缓坡150 坡面形态：内凹型，外凸型，直线型，复合型 斜坡变形破坏工程的相应地质研究 1963年10月夜间发生在意大利北部山区的Vajont 水库，被公认为是世界上最严重的滑坡灾害。 该水库库容10亿立方米，坝高267米，是当时世界上 最高的双曲拱坝。 工程实例 斜坡变形破坏工程的相应地质研究 水库蓄水造成水库岸坡地下水位的相应抬高，地质环境发生了急剧变 化，2.6亿立方米的石灰岩山体以20M/S以上的速度滑入水库。 最大涌浪 高度250M，越过坝顶高度达150M，库水迅猛泻向下游。洪 水摧毁了下游数公里以内的5个村庄，2600人在

3、梦中死亡。该水库也因滑 坡填入而报废。 斜坡变形破坏工程的相应地质研究 斜坡变形破坏工程的相应地质研究 斜坡变形破坏工程的相应地质研究 斜坡变形破坏工程的相应地质研究 斜坡变形破坏工程的相应地质研究 斜坡变形破坏工程的相应地质研究 斜坡变形破坏工程的相应地质研究 第二节 斜 坡 应 力 分 布 特 征 原始应力状态： H 1 H 3 1 H 1 3 斜坡变形破坏工程的相应地质研究 1.1.斜坡周围斜坡周围主应力迹线主应力迹线发发 生明显偏转生明显偏转: : 愈接近临空面愈接近临空面, ,最大主应最大主应 力力 1 1愈接近平行于临空愈接近平行于临空 面面, , 3 3与之正交与之正交, ,向坡

4、内逐向坡内逐 渐恢复到原始状态。渐恢复到原始状态。 一、重分布应力的特点： 斜坡变形破坏工程的相应地质研究 2.2.在坡脚及坡肩附近形成在坡脚及坡肩附近形成应力集中区应力集中区 (1)(1)坡脚附近最大主应力显著增高坡脚附近最大主应力显著增高, ,且愈近表且愈近表 面愈高面愈高; ;最小主应力显著降低。最小主应力显著降低。 这一带是坡体中应力差或最大剪应力最这一带是坡体中应力差或最大剪应力最 高的部位，形成高的部位，形成最大剪应力增高带，往最大剪应力增高带，往 往产生与坡面或坡底面平行的压裂面。往产生与坡面或坡底面平行的压裂面。 1 在坡顶面和坡面的某些部位在坡顶面和坡面的某些部位, ,坡面的

5、径坡面的径 向应力和坡顶面的切向力可转化为拉应向应力和坡顶面的切向力可转化为拉应 力力, ,形成形成张力带张力带, ,易形成与坡面平行的易形成与坡面平行的拉拉 裂面。裂面。 斜坡变形破坏工程的相应地质研究 3. 3. 与主应力迹线偏转相联系与主应力迹线偏转相联系, , 坡体内最大剪应力迹线由原坡体内最大剪应力迹线由原 来的直线变成近似来的直线变成近似圆弧线圆弧线, , 弧的下凹方向朝着临空方向。弧的下凹方向朝着临空方向。 4. 坡面处由于侧向压力趋于 零,实际上处于两向受力状态, 而向坡内逐渐变为三向受力状 态。 斜坡变形破坏工程的相应地质研究 二二 影响斜坡应力分布的因素影响斜坡应力分布的因

6、素 岩体初始应力的影响岩体初始应力的影响 初始应力场、尤其水平剩余应力使坡体中主应力迹线的初始应力场、尤其水平剩余应力使坡体中主应力迹线的 分布形式有所不同，明显改变了各应力值的大小；使应分布形式有所不同，明显改变了各应力值的大小；使应 力分异现象加剧力分异现象加剧, ,尤其对坡脚应力集中带和坡面张力带尤其对坡脚应力集中带和坡面张力带 的影响最大。的影响最大。 斜坡变形破坏工程的相应地质研究 2. 坡形的影响 (1) 坡高：不改变应力等值线图象，应力随坡高而增高。 (2) 坡角：坡角变化明显改变了应力分布图象。随坡角变陡，张 力带的范围有所扩大，坡脚应力集中带最大剪应力值也随之增高。 斜坡变形

7、破坏工程的相应地质研究 (4)坡面形态：平面上的凹形坡，应力集中明显减缓。 圆形和椭圆形边坡，坡脚最大剪应力仅为一般斜坡的1/2。 当水平应力坡形于椭圆形矿坑长轴时，应力集中较缓和。 (3) 坡底宽度：当W0.8H时， 则保持为一常值（称为“残 余 坡角应力”） 斜坡变形破坏工程的相应地质研究 3. 斜坡岩土体特性和结构特征的影响: 1 1 岩土体的变形模量对均质坡体的应力分 布无明显影响. 泊松比可改变主应力和剪应力的分布,引 起张力带变化。随着 增高，坡面和 坡顶的 张力带逐渐 扩展；而在坡底则反之， 增高， 张力带收缩。 结构面的产状、性质的差别，使斜坡中 的应力分布出现了不连续性，在不

8、连续面或 软弱面的周边形成应力集中或发生应力阻滞。 斜坡变形破坏工程的相应地质研究 第三节 斜坡变形破坏的基本形式 一、斜坡变形 斜坡受到侵蚀卸荷作用和开挖卸荷等作用所产生的应力释放效应， 而引起的斜坡表层岩土体的弹塑性回弹和蠕变位移。 形式： (1) 卸荷回弹 卸荷、初始应力释放 侧应力减弱 产生张裂面 (2) 拉裂 斜坡形成过程中，在坡面和坡顶形成的张力带中拉应力集中 形成拉张裂缝。 斜坡变形破坏工程的相应地质研究 (3) 蠕滑 斜坡岩土体在自重应力为主的长期作用下,向临空面方向的 缓慢而持续的变形。 A. 表层蠕滑：斜坡浅层岩土体在重力的长期作用下，向临 空面方向缓慢变形构成一个剪变带，

9、其位移由坡面向坡内逐渐降 低直至消失。 B. 深层蠕滑：主要发育在斜坡下部或坡体内部。 按其形成机制特点可分为两种： 软弱基座蠕滑 坡体蠕滑（受软弱结构面控制） 斜坡变形破坏工程的相应地质研究 (3) 弯曲倾倒： 由陡坡或直立板状岩体组成的 斜坡,当岩层走向与坡面走向大致相 同时，在自重的长期作用下，由前 缘开始向临空方向弯曲、折裂，并 逐渐向坡内发展的变形，称为弯曲 倾倒。 斜坡变形破坏工程的相应地质研究 二、斜坡破坏 崩塌 滑坡 表层流动 落石 1. 崩塌 陡坡上的岩土体产生以下落运动为主（移动、滚动、跳跃）的破坏 现象。（土崩、岩崩）。 斜坡变形破坏工程的相应地质研究 2. 滑坡 斜坡岩

10、土体依附于内在的或潜在的贯通结构面，在外力作用下，失去原 来的平衡状态，产生了以水平运动为主的滑动现象。 3. 两者的区别： 运动方式 破坏形式 是否脱离母体，存在滑动面 规模、速度 变形破坏地质模型： 崩塌： 斜坡变形破坏工程的相应地质研究 第 四 节 滑 坡 一、滑坡的基本要素 斜坡变形破坏工程的相应地质研究 滑动带 ：滑坡体与滑坡床之间的分界面。形态可分为圆 弧状、平面状和阶梯状等（下页图）。 滑坡床 ：滑坡体之下未经过滑动的岩土体。 滑坡体 ：与母体脱离经过滑动的部分岩体。 滑坡周界：滑坡体与周围未变位岩土体在平面上的分界线。 滑坡壁 ：滑坡体后缘由于滑动作用所形成的母岩陡壁， 其坡角

11、多为35-80度，平面上多呈圈椅状。滑坡壁上常见铅 直方向的擦痕。 滑坡台阶：滑坡体下滑时各部分运动速度不同而形成的错台。 滑坡舌 ：滑坡体前部伸出如舌状的部位。常伸入沟谷、 河流。最前端滑坡面出露地表的部位，称滑坡剪出口。 斜坡变形破坏工程的相应地质研究 滑坡洼地（湖) 主滑线 滑坡裂隙：滑坡体在滑动过程中各部位受力性质和大小不同， 在各部位产生不同力学性质的裂隙。 拉张裂隙：位于滑体后部、滑床后壁，弧形分布，与滑动方向垂 直； 剪切裂隙：羽状分布于滑坡体中前部的两侧，因滑坡体与滑坡 床之间的相对位移的力偶作用形成，与滑动方向斜交； 鼓张裂隙：分布滑体前缘，由于滑体后部的推挤鼓起而成，与滑

12、动方向垂直； 扇形裂隙：位于滑体舌部，因前部岩土体向两侧扩散产生，放射 状呈扇形分布。 斜坡变形破坏工程的相应地质研究 圈椅状地貌 双沟同源 二、 滑坡的识别 1、识别方法： 航片解译、地面调查、勘探 面 线点 2、识别标志 (1) 地形地貌方面 滑坡形态特征、地貌不协调或反常 等 (2) 变形破裂方面: 滑体上产生小型褶曲和断裂现象 滑体结构松散、破碎 斜坡变形破坏工程的相应地质研究 (3) 水文地质方面 结构破碎 透水性增高 地下水径流条件改变 滑体表面出 现积水洼地或湿地，泉的出现 (4) 植被方面 马刀树、醉汉林 斜坡变形破坏工程的相应地质研究 滑动面的鉴别及研究滑动面的鉴别及研究 勘

13、探：钻探变形勘探：钻探变形 监测：钻孔倾斜仪监测：钻孔倾斜仪 斜坡变形破坏工程的相应地质研究 三 滑坡分类 1 按岩土体类型分类 土体滑坡 岩石滑坡 （1）粘性土滑坡 （2）黄土滑坡 （3）堆填土滑坡 （4）堆积土滑坡 （5）破碎石滑坡 （6）完整岩石滑坡 滑坡 斜坡变形破坏工程的相应地质研究 2 .按滑坡的动力学特征分类（巴甫洛夫， 1903） (a)推动式滑坡 (b)牵引式滑坡 (c)混合式滑坡 (d)平移式滑坡 斜坡变形破坏工程的相应地质研究 3 3 按按滑动面与层面的关系分类滑动面与层面的关系分类 (1)(1)无层滑坡：均质、无层理的岩土体无层滑坡：均质、无层理的岩土体 斜坡变形破坏工

14、程的相应地质研究 (2)(2)顺层滑坡顺层滑坡： 原生、次生的软弱夹层原生、次生的软弱夹层 ，上部松散堆积物与下部，上部松散堆积物与下部 基岩接触带基岩接触带 斜坡变形破坏工程的相应地质研究 (3)(3)切层滑坡切层滑坡： 多发生在岩层近于水平的平迭坡，构造面控制多发生在岩层近于水平的平迭坡，构造面控制 斜坡变形破坏工程的相应地质研究 5. 按滑动面深度分类 (1) 浅层滑坡(50m) 6. 按滑坡时代划分 （1）今滑坡（全新世末至今） （2）新滑坡（Q43) （3）老滑坡 (Q42-1) （4）古滑坡 (Q4-Q1) （5）始滑坡（第三系） 斜坡变形破坏工程的相应地质研究 第五节第五节 崩塌

15、崩塌 一、一、 崩塌的类型及形成条件：崩塌的类型及形成条件： 崩塌一般发生在厚层坚硬岩体中。灰岩、砂岩、石英崩塌一般发生在厚层坚硬岩体中。灰岩、砂岩、石英 岩等厚层硬脆性岩石常能形成高陡的斜坡，其前缘常由岩等厚层硬脆性岩石常能形成高陡的斜坡，其前缘常由 于卸荷裂隙的发育而形成陡而深的张裂缝，并与其它结于卸荷裂隙的发育而形成陡而深的张裂缝，并与其它结 构而组合，逐渐发展而形成连续贯通的分离面，在触发构而组合，逐渐发展而形成连续贯通的分离面，在触发 因素俺用下发生崩塌。此外，由缓倾角软硬相间岩层组因素俺用下发生崩塌。此外，由缓倾角软硬相间岩层组 合的陡坡，由于软弱岩层被风化剥蚀而形成凹龛，使上合的

16、陡坡，由于软弱岩层被风化剥蚀而形成凹龛，使上 部的坚硬岩层失去依托，故也常发生局部崩塌。部的坚硬岩层失去依托，故也常发生局部崩塌。 斜坡变形破坏工程的相应地质研究 1 滑移式崩塌 岩质边坡,裂隙发育的岩 体，节理及层面控制，倾 坡处节理起主控作用。依 附面倾角一般30-650左， 顺坡走向上呈现不规则的 锲形体，剪出点可在坡 脚，也可坡体的任何地 方，往往为滑移式，一般 先楼不会太大，为累进性。 常见类型主要有： 斜坡变形破坏工程的相应地质研究 岩质边坡岩质边坡,软夹层结构， 坚硬块状体。因脚下软层等 掏空而成悬臂式拉断。破坏 方式，可能为拉断下坠， 也可能稍后部拉断， 部分依托软面而翻转下坠

17、， 常见于河谷岸坡以及脚下 开采条件。 采矿 2 悬臂拉断式崩塌 斜坡变形破坏工程的相应地质研究 a b 岩坡 A 为薄层软弱夹层长期蠕变弯 曲折断，形成崩塌，受高陡 坡形、软弱层控制，发展慢。 B 为柱状块体，底脚压裂，在 水荷载作用下，引起翻转。 3 倾倒式崩塌 斜坡变形破坏工程的相应地质研究 土坡,为风化破碎带或第四系堆积层，坡段比 较陡，松散层产生蠕动变形，形成雨季饱水等， 产生累进式破坏。 4 滑移式崩塌 斜坡变形破坏工程的相应地质研究 土坡,下面层 被掏空或变 形破坏，上 部失去支持 而产生向下 坍塌。 5 座落式崩塌 斜坡变形破坏工程的相应地质研究 崩塌的破坏方式若不依附某一 面

18、崩塌时,总是下坠或坐落;若依附 某一面崩塌时，具有滑移或翻转特 性. 后者通常用如下的方法作出判断: 一个置于斜面上的岩块，它的高 度为h和底边长为b，并且假定阻止 岩块向下运动的力只是由于摩擦作 用而产生的，也即是c=O。代表岩块 重力W的矢量落于底边b之内时，如 果斜面倾角 大于摩擦角 ，岩块将 产生滑动；但是，如果岩块高而细， 重力矢量W可能落在底边b外，此时 岩块将倾倒，也即绕其最低的接触 边棱而旋转。 图5.6 置于斜面上块体 的几何要素 Wsin Wcos W b h 斜坡变形破坏工程的相应地质研究 图5.7 斜面上块体发 生滑动及倾倒的条件 斜坡变形破坏工程的相应地质研究 对这个

19、单一的岩块而言，滑动与倾倒的条件如图对这个单一的岩块而言，滑动与倾倒的条件如图5.75.7所示。所示。 图中的四个区段为：图中的四个区段为： 区段区段l： tg，岩块是稳定的，不滑动也不倾倒。，岩块是稳定的，不滑动也不倾倒。 区段区段2： 以及以及bhtg，岩块将滑动，但不倾倒。，岩块将滑动，但不倾倒。 区段区段3： 以及以及bh以及以及bhtg，岩块能够同时滑动和倾倒。，岩块能够同时滑动和倾倒。 通过以上分析，可看出即将崩落的块体相当于斜面上的岩通过以上分析，可看出即将崩落的块体相当于斜面上的岩 块，同时由于其在变形块，同时由于其在变形- -破坏的演变过程中沿斜面总有一定的破坏的演变过程中沿

20、斜面总有一定的 剪切位移，所以可视其凝聚力已丧失。那么根据岩块的运动条剪切位移，所以可视其凝聚力已丧失。那么根据岩块的运动条 件，可将崩塌分为：滑移式崩塌、倾倒式崩塌和滑移倾倒混合件，可将崩塌分为：滑移式崩塌、倾倒式崩塌和滑移倾倒混合 式崩塌式崩塌( (也可简称为混合式崩塌也可简称为混合式崩塌) )三种类型。三种类型。 斜坡变形破坏工程的相应地质研究 归纳崩塌的形成条件归纳崩塌的形成条件 （1 1） 地质条件地质条件 一个陡坡，尤其是大于600的坡，坡高几米到几百米。大 型自然崩塌多见于江河峡谷陡峻地段，以岩石大型崩塌居多， 或者人工路堑、矿山等边坡。 一般坡度大于400500时，对于裂隙发育

21、的岩体，尤其发 育高倾角裂隙时，在裂隙下部有软层配合下，易产生较大崩塌。 （2 2）崩塌的诱发条件）崩塌的诱发条件 1.高陡坡，重力作用，引起拉裂变形，导致崩塌。 2.坡脚开挖，掏空，坡脚软岩压裂，因此失去支撑作用。 3.长时间降水，产生水压力或震动等。 4.冻胀后解冻，使土体饱水段强度降低，或产生涨缩现象。 斜坡变形破坏工程的相应地质研究 二二 崩塌运动学特点崩塌运动学特点 1 1 运动规律运动规律 崩塌的运动规律特别复杂，根据抛石试验及崩塌的运动规律特别复杂，根据抛石试验及 现象研究，崩塌落石在不同坡度上，其总体服从现象研究，崩塌落石在不同坡度上，其总体服从 的运动规律。如图的运动规律。如

22、图5.75.7。 斜坡变形破坏工程的相应地质研究 滚 滑 滚 坠 跳 跳 滚 坠 跳 滚 滑 停 图5.7 块石运动示意图 斜坡变形破坏工程的相应地质研究 （1） 缓坡段缓坡段（0 00 0 27 270 0 31310 0）：只在初速）：只在初速V V0 0时时 可以运动，减速运动形式，若石块高处滚下，可转可以运动，减速运动形式，若石块高处滚下，可转 为滚动滑动停止。否则不运动。为滚动滑动停止。否则不运动。 （2） 较陡坡段较陡坡段（ 27270 0 31310 0 40 400 0）：当具有）：当具有 V V0 0时，运动形式同时，运动形式同(1)(1)；无；无V V0 0时，可不运动，而

23、无时，可不运动，而无V V0 0 也运动时，运动形式同也运动时，运动形式同(3)(3)。 （3） 陡坡段陡坡段（ 40400 0 60 600 0）：无）：无V V0 0也可运动，也可运动， 加速运动。运动形式随坡形及块石形状有关，多是加速运动。运动形式随坡形及块石形状有关，多是 滚动，也可为滑动。有较大的冲击力。滚动，也可为滑动。有较大的冲击力。 （4） 陡峻段陡峻段（ 60600 0 90 900 0）：无）：无V V0 0也可运动，也可运动， 自由坠落，有很大的冲击力。自由坠落，有很大的冲击力。 斜坡变形破坏工程的相应地质研究 抛石试验：抛石试验： 对不规则石块，当对不规则石块，当40400 0时，时， 按照下式运动：跳跃滚动滑动按照下式运动：跳跃滚动滑动 停止。其运动形式十分复杂，常停止。其运动形式十分复