动力工程地质：11 边坡岩体稳定性分析-专题十

1、专题十斜坡岩(土)体稳定性的工程地质分析（2）本专题内容研究意义边坡的应力分布特征边坡的变形与破坏 边坡变形破坏的基本特征崩塌与滑坡边坡变形与破坏的平面问题边坡变形与破坏的空间问题边坡工程6.3 滑坡与崩塌本节主要内容： 滑坡的定义及构造 滑坡的分类 滑坡的发育过程 滑坡的影响因素 滑坡的野外识别 崩塌1 滑坡的定义及构造滑坡的定义 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。 特点 1. 滑动的岩土体具有整体性； 2.斜坡上岩土体的移动方式为滑动，不 是倾倒或滚动； 3.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

2、才显著。构造特征 （1）滑坡体 （2）滑动面、滑动带 和滑坡床 （3）滑坡后壁（滑坡 圈谷） （4）滑坡台地 （5）滑坡鼓丘 （6）滑坡舌 （7）滑坡裂缝： 1）拉张裂缝 2）鼓张裂缝 3）剪切裂缝 4）扇形张裂缝 （8）滑坡主轴2 滑坡的分类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、风化壳滑坡。 （2）基岩滑坡 ：本类滑坡与地质结构的关系 可分为：均质滑坡、顺层滑坡、切层 滑坡。 （3）特殊滑坡：本类滑坡有融冻滑坡、陷落 滑坡等。 2.按滑坡体的厚度划分： （1）浅层滑坡：小于6米 （2）中层滑坡；620米 （3）深层滑坡；

3、2030米 （4）超深层滑坡：大于30米 3.按滑坡的规模大小划分： （1） 小型滑坡；小于3万立方 （2） 中型滑坡；350万立方 （3） 大型滑坡；50300万立方 （4） 巨型滑坡：大于300万立方 4. 按形成的年代划分： （1）新滑坡； （2）古滑坡： 5. 按力学条件划分。 （1）牵引式滑坡； （2）推动式滑坡。3 滑坡的发育过程 （一）蠕动变形阶段： 在自然条件和人为因素作用下，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； 往后变形进一步发展，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

4、张，裂缝加宽，两侧剪切裂缝也相继出现。 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。 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

5、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。 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。 （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

6、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上层中和一些软岩中。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、干枚岩以及风化凝灰岩等。 4 滑坡的影响因素 （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。 （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。

7、 （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；同时地震波在岩土体内传递，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）破坏坡角。在兴建土建工程时，由于切坡不当，斜坡的支撑被破坏， 2）堆载不当。或者在斜坡上方任意堆填岩土方、兴建工程、增加荷载，部会破坏原来斜坡的稳定条件 3）破坏排水。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，使坡体水量增加。 4）排水不当。引水灌溉或排水管道漏水将会使水渗人斜坡内，促使滑动因素增加。 5）爆破施工。5 滑坡的野外识别从地

8、貌形态上识别滑坡 1.浅洼地 2. 双沟同源 3. 圈椅地貌 4. 植物特征 5. 河谷地貌: 下落 错段 改道 从地层岩性对比识别滑坡 1. 顺坡向软弱夹层存在 2. 有遇水易软化岩层存在 3. 局部层序变化从水文地质条件上认识滑坡 1. 沟谷交汇或分流的陡坡地段 2. 斜坡下部地下水露头发育地段从滑坡裂缝特征分析滑坡 1. 滑坡自上而下出现拉张裂缝-牵引式滑坡 2. 上部剪切裂缝明显,下部不明显-推动式滑坡 3. 地表裂缝少深部滑动 地表裂缝多-浅部滑动 扇形张裂缝存在-速度快浅层塑性滑坡 4. 滑坡裂缝发育与滑床之间关系6.3.4 滑坡的力学分析及影响因素 （一）滑坡的力学分析（平面解法

9、） 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、弧形的、折线形的。 沿层面或接触面滑动直线型滑面； 均质滑坡圆弧型滑面； 节理岩体中折线型滑面。 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=F/T 当 K1时， 滑体发生滑动； K1时， 滑体稳定或处于 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，在之左部分，其重量为Q2形成抗滑力矩小，因此，该滑

10、坡的稳定系数K为总抗滑力矩与总滑动力矩之比。 K= Q2*d2+*AB*R/ Q1 *d1 当K1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。从上至厂逐块计算推力，每块滑坡体向下滑动的力与岩上体阻挡下滑力之差，也称剩余下滑力，是逐级向下传递的。即 Ei= Fs Ti- Ni fi- cili+ Ei-1 式中 Ei第i块滑坡体的剩余下滑力（kNm）； Ei-1第i-1块滑坡体的剩余下滑力（kNm）（如为负不计入）； 传递系数，cos（i-1i）sin（i-1i）tan i Ti作用于第i块段滑动面上的滑动分力（kNm）； Ti = Qisini Ni作用于第i

11、块段滑动面上的法向分力（kNm）， Ni=Qicosi Qi第i块段岩土体重量（kNm）； fi第i块滑坡体沿滑动面岩土的内摩擦系数，=tani i 、ci分别为第i块滑坡体沿滑动面的内摩擦角和内聚力； i 分别为第i块和第i-1块滑坡体的滑动面与水平角之夹角； Fs安全系数。 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。7、崩塌 （一）概述（二）崩塌发生条件和发育因素 （三）崩塌的防治 （一）概述

12、崩塌：陡峻或极陡斜坡上，某些大块或巨块岩块，突然崩落或滑落，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。 规模极大的崩塌可称为山崩，而仅个别巨石崩落称坠石。 危害：（1）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。 （2）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，（3）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。（二）崩塌发生条件和发育因素 （1）山坡的坡度及其表面的构造 其坡度往往达5575； 山坡表面凹凸不平，则沿突出部分可能发生崩塌。 （2）岩石性质和节理程度 岩石性质不同，其强度、风化程度、

13、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。 （3）地质构造 岩层倾斜方向和山坡倾向相反，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。 （三）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。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，以提高有崩塌危险岩石的稳定性。3. 调整地表水

14、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）。 附录：瓦恩斯的滑坡分类 斜坡破坏的分类，国内外已有许多不同的方案。近年来，国际工程地质协会(IAEG)滑坡委员会建议(DMCruden，1989)采用瓦恩斯的滑坡分类(DVarnes，1978)作为国际标准方案。分类综合考虑了斜坡的物质组成和运动方式。 按物质组成分为岩质和土质

15、斜坡； 按运动方式划分为崩落(塌)(faIls)、倾倒(topples)、滑动(落)(slides)、侧向扩离(1ateral spreads)和流动(flows)等5种基本类型 还可组合成多种复合类型，如崩塌碎屑流、滑坡泥石流等。 瓦恩斯的分类实际上是将斜坡变形、破坏和破坏后的继续运动三者综合在一起。 如分类中的“流动”包括了斜坡岩体的蠕变(creep)，又包括了碎屑流(debris flow)和泥流(mud flow)等。前者属斜坡变形，实际上斜坡发生滑坡、崩塌等破坏之前，都可能经历过蠕变；后者作为一种与斜坡破坏相联系的现象，则大多是由崩塌或滑坡体在继续运动过程中发展而成的运动方式。又如分

16、类中的“倾倒”，实际上也是一种变形方式，其最终破坏可表现为崩塌或滑坡。 鉴于以上原因，可将崩落(塌)(falls)、滑落(坡)(s1iding)和(侧向)扩离(1ateral spreading)作为三种基本破坏方式，也是斜坡失稳的基本方式。 就岩体破坏机制而言，崩塌以拉断破坏为主、滑坡以剪切破坏为主、扩离则主要是由塑性流动破坏所致。 (1)崩塌 崩塌包括了小规模块石的坠落(free fall)和大规模的山(岩)崩(rock avalanches) 崩塌体通常破碎成碎块堆积于坡脚，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为碎屑流。 (2)滑坡 滑坡可按滑动面或破坏面(

17、surface of rupture)纵剖面形态划分为平滑型(顺层)(translational sliding)和弧形或转动型(切层)滑(slump或rotational sliding)两种类型。 (3)扩离 扩离是由于斜坡岩(土)体中下伏平缓产状的软弱曾塑性破坏或流动引起的破坏，软层上覆岩(土)体或做整体，或被解体为系列块体向坡前方向“漂移”。这种破坏方式与块状滑坡类似。但由于呈塑性流动状态的软岩，可因块体重力压缩而被挤入被解体的块体之间，造成块体“东倒西歪”，这是它区别于一般滑坡的重要特征。崩塌滑坡类型主要特征主要模式可能破坏方式结构及产状外形 均质或似均质体斜坡均质的土质或半岩质斜坡，包括碎裂状或碎块体斜坡决定于土、石性质或天然休止角蠕滑拉裂转动型滑坡或滑塌层状体斜坡1 平缓层状体坡 =0r 滑移压致拉裂平推式滑坡，转动型滑坡2 缓倾外层状体坡 = r p 滑移拉裂顺层滑坡，或块状滑坡3 中倾外层状体坡 =