第八章 斜坡变形破坏工程地质研究

第八章第八章斜坡变形破坏工程地质研究斜坡变形破坏工程地质研究第八章第八章 斜坡变形破坏工程地质研究斜坡变形破坏工程地质研究8.1 概述概述8.2 斜坡中的应力分布特征斜坡中的应力分布特征8.3 斜坡变形破坏的类型斜坡变形破坏的类型8.4 崩塌、滑坡崩塌、滑坡8.5 斜坡稳定的影响因素及评价方法斜坡稳定的影响因素及评价方法8.6 斜坡变形破坏的防治斜坡变形破坏的防治8.1 概述概述斜坡：指地壳表部一切具有侧向临空面的地斜坡：指地壳表部一切具有侧向临空面的地 质体。质体。斜坡分自然边坡和人工边坡。斜坡分自然边坡和人工边坡。斜坡要素介绍。斜坡要素介绍。斜坡的变形破坏作用。（应力与强度矛盾演化所致）斜坡的变形破坏作用。（应力与强度矛盾演化所致）斜坡变形破坏给人类和工程建设带来严重危害。斜坡变形破坏给人类和工程建设带来严重危害。自然斜坡的变形破坏自然斜坡的变形破坏自然斜坡由于人类工程、经济活动而产生灾难性的破坏。自然斜坡由于人类工程、经济活动而产生灾难性的破坏。人工边坡变形破坏。人工边坡变形破坏。8.2 斜坡中的应力分布特征斜坡中的应力分布特征一、应力状态的变化一、应力状态的变化天然岩体中应力分布：天然岩体中应力分布：自重应力、构造应力、自重应力、构造应力、热应力、地下水应力等。热应力、地下水应力等。图图8-1用有限元解出的主应力迹线图用有限元解出的主应力迹线图重力场条件下、水平应力为主的构造应力场条件下重力场条件下、水平应力为主的构造应力场条件下未形成斜坡前最大，最小主应力、及最大剪应力未形成斜坡前最大，最小主应力、及最大剪应力分布状况。分布状况。斜坡形成过程中，由于临空面的产生使坡面附近岩斜坡形成过程中，由于临空面的产生使坡面附近岩土体产生卸荷回弹，引起应力重分布、应力分异、土体产生卸荷回弹，引起应力重分布、应力分异、应力集中等效应。应力集中等效应。8.2 斜坡中的应力分布特征斜坡中的应力分布特征尚未发生明显变形或破坏之前应力特征：尚未发生明显变形或破坏之前应力特征：1.斜坡面附近的最大主应力迹线明显偏转，愈接近斜坡面附近的最大主应力迹线明显偏转，愈接近坡面，愈与之平行，最小主应力与之近乎正交，坡面，愈与之平行，最小主应力与之近乎正交，向坡体内逐渐恢复初始状态；向坡体内逐渐恢复初始状态；2.由于应力分异，在坡面附近产生应力集中带，坡由于应力分异，在坡面附近产生应力集中带，坡脚附近形成最大剪应力增高带，坡肩附近形成张脚附近形成最大剪应力增高带，坡肩附近形成张力带，容易拉裂；力带，容易拉裂；3.由于主应力偏转，导致坡体内最大剪应力迹线也由于主应力偏转，导致坡体内最大剪应力迹线也发生变化，由直线变为圆弧线；发生变化，由直线变为圆弧线；4.坡面处于二向应力状态。坡面处于二向应力状态。8.2 斜坡中的应力分布特征斜坡中的应力分布特征二、影响应力分布的因素二、影响应力分布的因素1.岩体初始应力的影响；岩体初始应力的影响；2.坡形的影响（坡高、坡角、坡底宽度、斜坡形的影响（坡高、坡角、坡底宽度、斜坡平面形态）；坡平面形态）；3.岩土体性质和结构的影响。岩土体性质和结构的影响。8.2 斜坡中的应力分布特征斜坡中的应力分布特征图图8-28-2斜坡张力带分布状况斜坡张力带分布状况 及其与水平应力（及其与水平应力（L L）、）、坡角（坡角（）关系示意图关系示意图 （据（据StaceyStacey，19701970）图图8-3 8-3 坡脚最大剪应力与坡高和谷坡脚最大剪应力与坡高和谷底宽（底宽（W W）关系图解关系图解（据（据StaceyStacey，19701970）结构面的组合关系，控制失稳块体的形态、规模和可能滑移方向结构面的组合关系，控制失稳块体的形态、规模和可能滑移方向 例例1例例2结构面的组合关系，控制失稳块体的形态、规模和可能滑移方向结构面的组合关系，控制失稳块体的形态、规模和可能滑移方向 一、变形的三种形式一、变形的三种形式1、拉裂（卸荷回弹）、拉裂（卸荷回弹）在斜坡岩土体内拉应力集中部位或张力带内，在斜坡岩土体内拉应力集中部位或张力带内，形成的张裂隙变形。形成的张裂隙变形。2、蠕滑、蠕滑斜坡岩土体沿斜坡岩土体沿局部滑移面局部滑移面向临空面方向的缓向临空面方向的缓慢剪切变形。慢剪切变形。8.3 斜坡变形破坏的类型斜坡变形破坏的类型 张开裂隙张开裂隙重力作用下的裂隙张开现象重力作用下的裂隙张开现象 弯折倾倒发展过程图弯折倾倒发展过程图8.3 斜坡变形破坏的类型斜坡变形破坏的类型3、弯折倾倒、弯折倾倒 由陡倾由陡倾板（片）状板（片）状岩石组成的斜坡，当走向与坡面岩石组成的斜坡，当走向与坡面平行时，在重力作用下所发生的向临空面方向同平行时，在重力作用下所发生的向临空面方向同步弯曲的现象。步弯曲的现象。二、破坏二、破坏1.崩塌崩塌斜坡岩土体被陡倾的拉裂面破坏分割，突然脱离母斜坡岩土体被陡倾的拉裂面破坏分割，突然脱离母体而快速位移，翻滚，跳跃和坠落下来；体而快速位移，翻滚，跳跃和坠落下来；分类：分类：按规模分、按物质成分按规模分、按物质成分 特征特征2.滑坡滑坡斜坡岩土体沿着贯通的剪切破坏面所发生的斜坡岩土体沿着贯通的剪切破坏面所发生的滑移现象。滑移现象。滑坡的机制；滑坡的机制；滑坡的特征（跟崩塌相比较）；滑坡的特征（跟崩塌相比较）；8.3 斜坡变形破坏的类型斜坡变形破坏的类型8.4 崩塌崩塌一、崩塌的形成条件一、崩塌的形成条件崩塌一般发生在厚层坚硬脆性岩体中；崩塌一般发生在厚层坚硬脆性岩体中；水平产出的软硬相间岩层组成的陡坡中；水平产出的软硬相间岩层组成的陡坡中；崩塌形成的影响因素：崩塌形成的影响因素：1.构造节理和成岩节理对崩塌的形成影响很大；构造节理和成岩节理对崩塌的形成影响很大；2.与地形有关，一般发生在高陡斜坡的前缘；与地形有关，一般发生在高陡斜坡的前缘；3.受风化作用的影响；受风化作用的影响；4.触发因素；触发因素；盐池河磷矿是崩塌形成诸条件制约的典型实例。盐池河磷矿是崩塌形成诸条件制约的典型实例。盐池河崩塌 西藏易贡特大崩滑灾害西藏易贡特大崩滑灾害8.4 崩塌崩塌二、崩塌的运动学特征二、崩塌的运动学特征1.崩塌块体的破坏力（能量）有多大？崩塌块体的破坏力（能量）有多大？8.4 崩塌崩塌崩塌块沿斜坡运动的主要形式是跳跃和滚动。崩塌块沿斜坡运动的主要形式是跳跃和滚动。跳跃时：跳跃时：滚动时：滚动时：8.4 崩塌崩塌2.崩落有多远？（位移）崩落有多远？（位移）当质点运动呈跳跃式是，轨迹方程可按向下抛射当质点运动呈跳跃式是，轨迹方程可按向下抛射物体的运动规律进行推导。物体的运动规律进行推导。设崩塌块体在斜坡某处跳跃初速度为设崩塌块体在斜坡某处跳跃初速度为 ，抛射角，抛射角为为 ，与铅直面夹角为，与铅直面夹角为 ，则水平分速度和铅直，则水平分速度和铅直分速分别为：分速分别为：8.4 崩塌崩塌过过t t时间后，在时间后，在x,yx,y方向上的位移分别为：方向上的位移分别为：解方程得：解方程得：一、滑坡的形态要素一、滑坡的形态要素一个一个典型典型滑坡所具有的基本形态要素滑坡所具有的基本形态要素8.5 滑坡滑坡后缘环状拉裂缝；后缘环状拉裂缝；滑坡后壁；滑坡后壁；横向裂缝及滑坡台阶；横向裂缝及滑坡台阶；滑坡舌及隆张裂隙；滑坡舌及隆张裂隙；滑坡侧壁及羽状裂隙；滑坡侧壁及羽状裂隙；滑坡体；滑坡体；滑坡床；滑坡床；滑动面滑动面(带带)查纳滑坡 贵阳沙冲路滑坡贵阳沙冲路滑坡 龙羊峡库岸滑坡龙羊峡库岸滑坡2003年年5月月11日日贵州省三穗县平贵州省三穗县平溪特大桥滑坡致溪特大桥滑坡致使使35人死亡，毁人死亡，毁坏桥墩坏桥墩2003年年7月月13日日 三峡库区沙镇溪发生千将坪滑坡，三峡库区沙镇溪发生千将坪滑坡，致使致使24人失踪。人失踪。滑坡壁滑坡壁滑坡周界滑坡周界鸡扒子滑坡全貌新滩滑坡全貌安县肖家桥滑坡安县肖家桥滑坡滑坡坝滑坡坝后壁后壁侧侧滑滑体体高高位位崩崩滑滑800m620m 唐家山滑坡主滑体唐家山滑坡主滑体长约长约800米，宽约米，宽约620米，总方量约米，总方量约3500万万方，是堰塞坝的主体，方，是堰塞坝的主体，估计坝高估计坝高80-100米，米，滑坡壁清晰，该滑坡滑坡壁清晰，该滑坡应为高速滑坡。应为高速滑坡。唐家山滑坡北川唐家山滑坡北川唐家山滑坡500m滑速滑速滑速滑速10.4m/s10.4m/s一垮到底！8.5 滑坡滑坡二、滑坡的认识二、滑坡的认识遥感信息，地面地质测绘、勘探试验。遥感信息，地面地质测绘、勘探试验。利用航片识别滑坡，实质是识别滑坡的形利用航片识别滑坡，实质是识别滑坡的形态要素，然后结合研究地区的地质资料进态要素，然后结合研究地区的地质资料进行综合分析，从而确认滑坡的存在。行综合分析，从而确认滑坡的存在。地面地质测绘是识别滑坡最主要手段。地面地质测绘是识别滑坡最主要手段。勘探手段包括钻探、坑探和物探。勘探线勘探手段包括钻探、坑探和物探。勘探线的布置。的布置。三、滑坡活动的阶段性及各阶段的特点三、滑坡活动的阶段性及各阶段的特点 四个阶段四个阶段8.5 滑坡滑坡 蠕滑阶段蠕滑阶段滑动阶段滑动阶段剧滑阶段剧滑阶段稳定阶段稳定阶段8.5 滑坡滑坡四、滑坡分类四、滑坡分类1 1、按滑面与岩层层面关系分、按滑面与岩层层面关系分（1 1）无层滑坡（均质、无明显层理的岩土体中，）无层滑坡（均质、无明显层理的岩土体中，滑面一般呈圆弧状）滑面一般呈圆弧状）（2 2）顺层滑坡（岩层倾向与斜坡倾向一致，倾角）顺层滑坡（岩层倾向与斜坡倾向一致，倾角小于坡角，滑面可以是平直、圆弧或折线状）小于坡角，滑面可以是平直、圆弧或折线状）（3 3）切层滑坡（多发生在岩层面近乎水平的平迭）切层滑坡（多发生在岩层面近乎水平的平迭坡条件下，滑面一般呈圆弧状或对数螺旋曲线）坡条件下，滑面一般呈圆弧状或对数螺旋曲线）瓦伊昂水库滑坡滑动前位移观测资料（瓦伊昂水库滑坡滑动前位移观测资料（a a）和地质剖面图（和地质剖面图（b b）（据（据L.MullerL.Muller，19741974）-灰岩；灰岩；-含粘土夹层的薄层灰岩（侏罗系）；含粘土夹层的薄层灰岩（侏罗系）；-含燧石的厚岩灰岩（白垩系）；含燧石的厚岩灰岩（白垩系）；-泥灰质灰岩（白垩系）；泥灰质灰岩（白垩系）；-老滑坡；老滑坡；-滑移面；滑移面；-滑动后地面线滑动后地面线 雅垄江霸王山滑坡形成过程示意图8.5 滑坡滑坡2.2.按始滑部位分类按始滑部位分类（1 1）推动式滑坡：始滑部位于滑坡后缘）推动式滑坡：始滑部位于滑坡后缘（2 2）牵引式滑坡：始滑部位于滑坡前缘）牵引式滑坡：始滑部位于滑坡前缘（3 3）混合式滑坡：始滑部位前后都有，比较常）混合式滑坡：始滑部位前后都有，比较常见。见。（4 4）平移式滑坡：始滑部位于滑动面的许多部）平移式滑坡：始滑部位于滑动面的许多部位，同时局部滑移，然后为贯通为整体滑移。位，同时局部滑移，然后为贯通为整体滑移。3.3.按岩土类型分类按岩土类型分类：基岩滑坡和土体滑坡基岩滑坡和土体滑坡8.5 影响斜坡稳定性的因素影响斜坡稳定性的因素主导因素：组成斜坡岩土体的类型和性质、组成斜坡岩土体的类型和性质、地质构造和岩体构造、风化作用、地下水地质构造和岩体构造、风化作用、地下水活动等。活动等。触发因素：地震、洪水、暴雨、堆载、人地震、洪水、暴雨、堆载、人工爆破等。工爆破等。各种因素从以下三方面影响斜坡的稳定性：各种因素从以下三方面影响斜坡的稳定性：a.斜坡岩土体的强度；斜坡岩土体的强度；b.改变斜坡的形状改变斜坡的形状c.影响斜坡内应力状态影响斜坡内应力状态一、岩土类型和性质一、岩土类型和性质(影响斜坡稳定性的根本因影响斜坡稳定性的根本因素）素）n 坡形相同情况下，岩土体越坚硬抗变形能力坡形相同情况下，岩土体越坚硬抗变形能力越强。越强。n岩石中含泥质成分越高，抵抗斜坡变形破坏的岩石中含泥质成分越高，抵抗斜坡变形破坏的能力越低。能力越低。n易滑地层：砂泥岩互层、灰岩与页岩互层、粘易滑地层：砂泥岩互层、灰岩与页岩互层、粘土岩、板岩、软弱片岩等；裂隙粘土、黄土。土岩、板岩、软弱片岩等；裂隙粘土、黄土。8.5 影响斜坡稳定性的因素影响斜坡稳定性的因素二、岩体结构及地质构造二、岩体结构及地质构造 岩质斜坡变形破坏主要受岩体中软弱面控制。岩质斜坡变形破坏主要受岩体中软弱面控制。主要软弱面与斜坡临空面的关系对斜坡稳定性的主要软弱面与斜坡临空面的关系对斜坡稳定性的影响至关重要。影响至关重要。（1）平迭坡；（）平迭坡；（2）逆向坡；）逆向坡；(3)横交坡；横交坡；（4）斜交坡；（）斜交坡；（5）顺向坡）顺向坡 地质构造的影响地质构造的影响8.5 影响斜坡稳定性的因素影响斜坡稳定性的因素三、地形地貌条件三、地形地貌条件 斜坡变形破坏主要集中发育在山地环境中，尤斜坡变形破坏主要集中发育在山地环境中，尤其在河谷强烈切割的峡谷地带。其在河谷强烈切割的峡谷地带。处于两个台阶转折地带的边缘山地，山谷狭窄，处于两个台阶转折地带的边缘山地，山谷狭窄，高耸峻陡，地面高差悬殊，斜坡变形破坏十分高耸峻陡，地面高差悬殊，斜坡变形破坏十分发育。发育。四、水的作用四、水的作用 软化作用、冲刷作用、静水压力（软化作用、冲刷作用、静水压力（3种情况）、种情况）、动水压力、潜蚀、浮托力。动水压力、潜蚀、浮托力。8.5 影响斜坡稳定性的因素影响斜坡稳定性的因素五、地震五、地震 对斜坡稳定性影响较大。由于水平地震力的作对斜坡稳定性影响较大。由于水平地震力的作用，引起山崩、滑坡等斜坡破坏现象。用，引起山崩、滑坡等斜坡破坏现象。水平地震力对斜坡稳定性影响的示意图。水平地震力对斜坡稳定性影响的示意图。另外，强烈地震使附近岩土体结构松动，给斜另外，强烈地震使附近岩土体结构松动，给斜坡稳定带来潜在危险。坡稳定带来潜在危险。8.5 影响斜坡稳定性的因素影响斜坡稳定性的因素