地大工程地质学基础第五章斜坡变形破坏工程地质研究(

第五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提要•概述•斜坡应力分布特征•斜坡变形破坏基本形式•滑坡•崩塌•影响斜坡稳定性的因素•斜坡稳定性评价•滑坡预测预报•滑坡防治第一节概述斜坡是地表一切具有侧向临空面的地质体，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。天然斜坡：沟谷岸坡、山坡天然斜坡：沟谷岸坡、山坡人工边坡：露采边坡、基坑边坡岩坡土坡斜坡基本要素(1)坡面(2)坡肩(3)坡脚(4)坡体坡面坡肩坡坡顶面坡体坡高（H）(3)坡脚(4)坡体(5)坡高H(6)坡角b(7)坡顶面(8)坡顶面坡底面坡坡角（β）脚•滑坡是我国最主要的地质灾害类型。•大规模的工程活动不断诱发和加剧灾难性滑坡的发生。无法显示图像。计算机可能没有足够的内存以打开该图像，也可能是该图像已损坏。请重新启动计算机，然后重新打开该文件。如果仍然显示红色“x”，则可能需要删除该图像，然后重新将其插入。工程卸荷诱发滑坡西南三江地区西南三江地区长江三峡地区长江三峡地区中国滑坡灾害点的分布20世纪以来中国部分工程典型灾难性滑坡滑坡名称地点时间方量/104m3灾害损失诱发因素鸡尾山滑坡重庆武隆2009.06.05350形成堰塞湖，74人死亡采矿丹巴滑坡四川省丹巴县2005.02.20150严重威胁丹巴县城及城区4900多人的生命财产安全。开挖坡脚千将坪滑坡湖北省秭归县2003.07.132400截断青干河，摧毁村庄、工厂、公路，1200多人无家可归，14人死亡。水库蓄水八渡车站滑坡南昆线八渡1997.07500滑坡威胁车站安全，治理费9000万元。施工开挖岩口滑坡贵州省印江县1996.09.18260滑坡体堵塞印江，淹没上游一村镇，威胁下游印江县城。开挖和暴雨岩口滑坡贵州省印江县1996.09.18260滑坡体堵塞印江，淹没上游一村镇，威胁下游印江县城。开挖和暴雨锻压机床厂滑坡甘肃省天水市1990.08.2160滑坡摧毁6个车间，7人死亡，损失2000多万元。开挖和降雨韩城电厂滑坡陕西省韩城市1985.03500滑坡破坏厂房设施，一二期治理费5000余万元。地下采煤天生桥二级水电站首部滑坡贵州安龙及广西隆林两县界河南盘江1985.12.240.748人死亡。基坑开挖铁西滑坡成昆线铁西车站1980.07.03200中断交通40天。治理费用2300万元。采石场开挖史家沟水库坝体左岸滑坡甘肃省庄浪县1973.4.27/淹没下游村庄，100多人死亡。水库蓄水塘岩光滑坡湖南资水柘溪水库1961.03165滑坡失稳时以每秒25米滑落，涌浪高21米。水库蓄水重庆武隆鸡尾山滑坡因山脚采矿,2009年6月5日鸡尾山发生高速远程滑坡，74人遇难。4月25日，台湾“北二高”基隆台湾“北二高”基隆段滑坡段高百米山体顺层滑坡，覆盖道路长200米。埋车3辆。陕西子洲滑坡3月10日,掩埋44人，27人遇难。开挖山脚是诱因。滑坡原因—工程开挖沪昆铁路滑坡5月23日，沪昆铁路列车在江西东乡因滑坡脱轨。19人死亡，71人受伤，铁路中断。沪昆铁路滑坡三峡工程三峡工程三峡库区存在地质灾害点5386处，较大规模的滑坡、崩塌共2490处。无法显示图像。计算机可能没有足够的内存以打开该图像，也可能是该图像已损坏。请重新启动计算机，然后重新打开该文件。如果仍然显示红色“x”，则可能需要删除该图像，然后重新将其插入。三峡库区秭滑坡原因—水库蓄水秭归千将坪滑坡2003年7月13日，1000多人的村庄、4家工厂被毁，省道中断，堵江，24人遇难。三峡库区三峡库区凉水井滑坡凉水井滑坡滑坡出现险情，长江航道封闭，造成重大经济损失与社会影响。三峡库区三峡库区黄土坡滑坡黄土坡滑坡滑坡持续变形，严重威胁滑坡体上1万多移民的生命财产安全，2009年国务院决定投资5亿元实施整体搬迁。工程名称自然边坡（m）人工边坡（m）超高比1小湾水电站高边坡700-8006702.52天生桥水电站高边坡4003003.0西部大开发水电站建设3锦屏水电站高边坡1000-20004004.04溪洛渡水电站高边坡300-400300-4001.255向家坝水电站高边坡650300-4003.16糯扎渡水电站高边坡8004002.67拉西瓦水电站高边坡7003002.88乌东德水电站高边坡800-10004002.5澜沧江小湾水电站左岸山体高边坡卸荷型潜在滑坡基于演化过程的控制技术是工程成败的关键！开挖高度692m，高山峡谷区，河床地应力高达30-60MPa。45%4%9%1%铁路、公路、机场、城乡电网农村民生工程和农村基础设施保障性安居工程灾后的恢复重建4万亿抗击金融危机投资结构图9%7%25%灾后的恢复重建自主创新结构调整生态环境医疗卫生、文化教育事业“十一五”规划中综合运输、能源及水利等涉及工程建设项目占总数的45.5%；4万亿经济投资刺激计划，铁路、公路等重大基础设施建设占总计划的70%。滑坡前滑坡后滑坡体意大利Vajont水库左岸滑坡滑坡前滑坡后美丽城镇毁于一旦1963年10月夜间发生在意大利北部山区的Vajont工程实例水库，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。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人在梦中死亡。该水库也因滑坡填入而报废。第二节斜坡应力分布特征原始应力状态：Hs1s3σ1=ρgHσ2=ξρgH=ρgH*μ/(1-μ)（a）（b）有限单元法解出的主应力迹线（科茨，1970）（a）重力条件下；（b）以水平应力为主的构造应力场条件下1.斜坡周围主应力迹线发生明显偏转:一、重分布应力的特点愈接近临空面,最大主应力s1愈接近平行于临空面,s3与之正交,向坡内逐渐恢复到原始状态。2.在坡脚及坡肩附近形成应力集中区(1)坡脚附近最大主应力显著增高,且愈近表面愈高;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高的部位，形成最大剪应力增高带。高的部位，形成最大剪应力增高带。(2)在坡顶面和坡面的某些部位,坡面的径向应力和坡顶面的切向力可转化为拉应力,形成张力带,易形成与坡面平行的拉裂面。坡肩附近的张力带3.与主应力迹线偏转相联系,坡体内最大剪应力迹线由原来的直线变成近似圆弧线,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。二影响斜坡应力分布的因素1.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30°45°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,尤其对坡脚应力集中带和坡面张力带的影响最大。σ=0L60°75°σ=3γHL斜坡张力带分布状况及其与水平构造应力、坡角关系示意图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。(3)坡底宽度：当W0.8H时,坡脚最大剪应力随底宽增大而急剧减小。当W0.8H时，则保持为一常值(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。当水平应力坡平行于椭圆形矿坑长轴时，应力集中较缓和。3.斜坡岩土体特性和结构特征的影响:σ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m增高，坡面和坡顶的σ1σ1起张力带变化。随着m增高，坡面和坡顶的张力带逐渐扩展；而在坡底则反之，m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，在不连续面或软弱面的周边形成应力集中或应力阻滞。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。(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，其位移由坡面向坡内逐渐降低直至消失。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：①软弱基座蠕滑②坡体蠕滑（受软弱结构面控制）(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。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）。2.滑坡斜坡岩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：①运动方式①运动方式②破坏形式③是否脱离母体，存在滑动面④规模、速度变形破坏地质模型：——崩塌：——第四节滑坡一、滑坡的基本要素滑动带：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，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。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；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。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、识别标志圈椅状地貌双沟同源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(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(5)滑动面的鉴别及研究勘探：钻探变形监测：钻孔倾斜仪三滑坡分类1按岩土体类型分类（1）粘性土滑坡（2）黄土滑坡土体滑坡岩石滑坡（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3按滑动面与层面的关系分类(1)无层滑坡：均质、无层理的岩土体(2)顺层滑坡：原生、次生的软弱夹层，上部松散堆积物与下部基岩接触带(3)切层滑坡：多发生在岩层近于水平的平迭坡，构造面控制5.按滑动面深度分类(1)浅层滑坡(6m)(2)中层滑坡(6-20m)(3)厚层滑坡(20-50m)(4)巨厚层滑坡(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）第五节崩塌一、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、石英岩等厚层硬脆性岩石常能形成高陡的斜坡，其