边坡工程第1章-边坡工程与地质灾害(冶金出版社)

边坡工程SlopeEngineering第一章边坡工程与地质灾害吴顺川北京科技大学2017.10特别感谢本教材及PPT中引用文献及图片的作者！本章主要介绍边坡工程的基础知识与概念，详细讲述边坡与滑坡的概念与分类、边坡变形破坏的演化过程与类别特征，总结近年来国内外发生的典型边坡地质灾害以及我国目前边坡灾害概况与防治现状。了解并掌握边坡工程的基础知识与概念，熟悉边坡变形破坏的演化过程及类别特征，理解并掌握边坡与滑坡的概念与分类。本章主要内容学习要点目录CONTENTS1.2边坡变形与破坏边坡变形破坏的形成演化阶段边坡破坏形式及分类1.3边坡地质灾害类型与实例土质边坡中的常见滑坡岩质边坡中的常见滑坡我国边坡灾害概况我国边坡灾害防治现状1.1基本概念边坡概念与分类滑坡概念与分类边坡工程分级1.4我国边坡灾害及防治现状1.1基本概念1.1.1边坡概念与分类1.1.2滑坡概念与分类1.1.3边坡工程分级1.1.1边坡概念与分类倾斜的地面称为斜坡或边坡，典型的边坡如左图所示。边坡坡面与坡顶面相交的部位称为坡肩；与坡底面相交的部位称为坡趾或坡脚；边坡坡面与水平面的夹角称为坡面角或坡倾角；坡肩与坡趾间的高差为坡高。边坡按成因可分为两类，即天然边坡和人工边坡。天然的山坡和谷坡为天然(自然)边坡，此类边坡是在地壳隆起或下陷过程中逐渐形成的，此类运动当前可能仍在持续。然而，只要边坡位于侵蚀基准面以上，不论成因如何，其即处于被剥蚀和夷平的环境之中，开始了风化、解体以至滑塌的过程，较大规模的破坏就是滑坡。因工程建设开挖或填筑而形成的边坡为人工边坡，开挖形成的边坡称为挖方边坡，填方形成的边坡称为填方(构筑)边坡，水利行业也常称为坝坡。此类边坡的几何参数可人为控制。边坡按介质组成可分为土质边坡和岩质边坡两类。土质边坡稳定性取决于土体强度，岩质边坡稳定性则主要取决于结构面的空间分布及其强度。因岩、土体结构及其力学行为差异很大，边坡破坏模式有显著区别，其变形破坏特征及灾害实例后文将分别进行叙述。1.1.2滑坡概念与分类在重力及其它因素作用下，边坡岩土体沿下坡方向滑动的现象以及由其引发的地貌特征改变统称为滑坡，左图为一类典型的滑坡(2005年美国加利福尼亚拉龚吉达滑坡)。根据边坡失稳机理及边坡属性、特点，可将滑坡分为不同的类型，本章仅作简要介绍，详见后续章节。除“滑坡”外，还有很多诸如边坡失稳等其它可表述相同概念的名词或术语，但“滑坡”使用最为广泛，可适用于各种类型和规模的边坡失稳滑动。1.1.2滑坡概念与分类左图为典型滑坡的基本构成要素，主要包括滑坡体、滑动面、滑坡床、滑坡后壁、滑坡侧壁、滑坡台地、滑坡台坎、滑坡剪出口、滑坡脚、滑坡趾、横向裂缝、纵向裂缝、放射性裂缝等。滑坡体滑动面滑坡床滑坡后壁滑坡侧壁纵向裂缝放射裂缝1.1.2滑坡概念与分类简单平面剪切滑动三维楔体滑动上部滑块驱动存在两个滑面阶梯式滑动带张裂缝的剪切滑动平面剪切滑动1.1.2滑坡概念与分类弧形滑面旋转剪切旋转剪切滑动的滑面通常呈弧形，岩土体沿此弧形滑面滑移。在均质岩土体介质中，易产生近圆弧形滑面，当岩土非常软弱(土质边坡)或岩体节理十分发育甚至已破碎(废石堆)时，破坏也常常表现为圆弧状滑动。但在非均质边坡中，因受层面、节理裂隙的影响，滑面很少为圆弧状。边坡的失稳滑动过程有长有短，有快有慢，但一般均可分为三个阶段。初期是蠕动变形阶段，此阶段坡面和坡顶出现张裂缝并逐渐加长和加宽，滑坡前缘有时出现挤出现象，地下水位发生变化，有时会发出响声；第二阶段是滑动破坏阶段，滑坡后缘迅速下陷，岩土体以较大的速度向下滑动，该阶段往往造成巨大危害；最后是逐渐稳定阶段，疏松的滑体逐渐压密，滑体上的草木逐渐生长，渗出的地下水由浊变清等。1.1.3边坡工程分级针对不同类型的边坡工程，应根据工程规模及其重要性进行具体划分。通常边坡级别确定应考虑以下因素：①对建筑物安全和正常运营的影响程度；②对人身和财产安全的影响程度；③边坡失事后的损失大小；④边坡规模大小；⑤边坡所处位置；⑥边坡服务年限；⑦社会和环境因素等。目前，不同边坡工程规范因考虑和侧重评价的因素有所差异，故边坡工程级别的划分方法不尽相同。建筑边坡工程通常根据其损坏后可能造成的破坏后果(危及人的生命、造成经济损失、产生社会不良影响)的严重性、边坡类型和坡高等因素进行边坡级别划分。《建筑边坡工程技术规范》(GB50330)将建筑边坡工程划分为三级，参照右表所示。边坡类型边坡高度H(m)破坏后果安全等级岩质边坡岩体类型为Ⅰ或Ⅱ类H≤30很严重一级严重二级不严重三级岩体类型为Ⅲ或Ⅳ类15＜H≤30很严重一级严重二级H≤15很严重一级严重二级不严重三级土质边坡10＜H≤15很严重一级严重二级H≤10很严重一级严重二级不严重三级建筑边坡工程安全等级(GB50330)1.2边坡变形与破坏1.2.1边坡变形破坏的形成演化阶段1.2.2边坡破坏形式及分类1.2.1边坡变形破坏的形成演化阶段边坡形成过程中，由于应力状态的变化，边坡岩土体产生不同方式、不同规模和不同程度的变形，并在一定条件下发展为破坏。边坡破坏系指边坡岩土体中已经形成贯通性破坏面时的变形。而在贯通性破坏面形成之前，边坡岩土体的变形与局部破裂，称为边坡变形。边坡中已有明显变形破裂迹象的岩土体，或已查明处于进展性变形的岩土体，称为变形体。被贯通性破坏面分割的边坡岩土体，可以多种运动方式失稳破坏，如滑落、崩落等。破坏后的滑落体(滑坡)或崩落体等被不同程度地解体，但在特定的自身或环境条件下，还可继续运动，演化或转化为其它运动方式，称为破坏后的继续运动。边坡变形、破坏和破坏后的继续运动，分别代表了边坡变形破坏的3个不同演化阶段。应力变化岩土体变形边坡破坏1.2.2边坡破坏形式及分类崩塌崩塌是边坡岩土体以张性破裂为主的边坡破坏，包括了小规模块石的坠落和大规模的山(岩)崩。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，一定条件下，可在继续运动过程中发展为碎屑流。滑坡滑坡是边坡岩土体以剪切破坏为主的边坡破坏，边坡岩土体沿剪切滑动面向下滑落，可按滑动面或破坏面的纵剖面形态划分为平滑型(顺向)滑坡和弧形或转动型(切层)滑坡两种类型，滑面形态还可能是平面与弧形面组合形式或更为复杂。(侧向)扩离扩离是边坡岩土体因下伏平缓产状的软弱层塑性破坏或流动引起的破坏，软层上覆岩土体或作整体，或被解体为系列块体，向坡前临空方向“漂移”。下伏塑性流动状态的软岩可因块体自重压缩而被挤入被解体的块体之间，造成块体“东倒西歪”现象，这是其区别于一般滑坡的重要特征。物质组成破坏类型岩质→土质继续运动中可能转化的运动方式崩落(崩塌)Ⅰ碎屑流滑落(滑坡)Ⅱ平滑面型Ⅱ1碎屑流或泥流(土爬)弧形滑面(旋转型)Ⅱ2(侧向)扩离Ⅲ边坡破坏(失稳)基本类型1.2.2边坡破坏形式及分类崩塌崩塌是边坡岩土体以张性破裂为主的边坡破坏，包括了小规模块石的坠落和大规模的山(岩)崩。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，一定条件下，可在继续运动过程中发展为碎屑流。滑坡滑坡是边坡岩土体以剪切破坏为主的边坡破坏，边坡岩土体沿剪切滑动面向下滑落，可按滑动面或破坏面的纵剖面形态划分为平滑型(顺向)滑坡和弧形或转动型(切层)滑坡两种类型，滑面形态还可能是平面与弧形面组合形式或更为复杂。(侧向)扩离扩离是边坡岩土体因下伏平缓产状的软弱层塑性破坏或流动引起的破坏，软层上覆岩土体或作整体，或被解体为系列块体，向坡前临空方向“漂移”。下伏塑性流动状态的软岩可因块体自重压缩而被挤入被解体的块体之间，造成块体“东倒西歪”现象，这是其区别于一般滑坡的重要特征。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边坡(Ⅰ)均质的土质或半岩质边坡，包括碎裂状或碎块体边坡取决于岩土体性质或天然休止角蠕滑-拉裂转动型滑坡或滑塌层状体边坡(Ⅱ)平缓层状体边坡Ⅱ1β＜α滑移-压致拉裂平推式滑坡、转动型滑坡缓倾外层状体边坡Ⅱ2β≈α滑移-拉裂顺层滑坡、或块状滑坡中倾外层状体边坡Ⅱ3β≥α滑移-弯曲顺层-切层滑坡陡倾外层状体边坡Ⅱ4β≥α弯曲-拉裂崩塌或切层转动型滑坡陡立-倾内层状斜体边坡Ⅱ5弯曲-拉裂(浅部)蠕滑-拉裂(深部)崩塌、深部切层转动型滑坡变角倾外层状体边坡上陡，下缓Ⅱ6β≤α滑移-弯曲顺层转动型滑坡块状体边坡(Ⅲ)可根据结构面组合线产状按Ⅱ类方案细分多为滑移-拉裂软弱基座体边坡(Ⅳ)平缓软弱基座体斜坡Ⅳ1一般情况上陡下(软弱基底)缓塑流-拉裂扩离、块状滑坡缓倾内软弱基底体斜坡Ⅳ2崩塌、转动型滑坡(深部)边坡岩体结构类型与变形破坏方式对照表1.3边坡地质灾害类型与实例1.3.1土质边坡中的常见滑坡1.3.2岩质边坡中的常见滑坡1.3.1土质边坡中的常见滑坡(1)天然边坡1983年3月17日17时45分发生于甘肃东部黄土高原洒勒山的滑坡是一个典型实例，如图所示。滑带由临夏组黑灰色黏土岩演变的厚5~20cm的夹层组成，矿物成分以蒙脱石为主。滑坡在无明显触发因素的情况下于1979年9月起动，当时在北坡发现宽约10cm的东西向裂缝，自1982年10月至12月开始进入挤压滑移阶段，最终于1983年3月进入剧变和滑动阶段。滑坡体积约5000m3，摧毁4个村庄，造成227人死亡。洒勒山滑坡2005年5月9日23时许，山西省吉县吉昌镇桥南村水洞沟发生特大山体滑坡，坍塌的黄土将通往乡宁县的209国道阻断，大量黄土瞬间从陡峭的边坡上滑落，依山而建的数排窑洞共11户农家约24人被埋在数十米厚的黄土下，如图17所示。此次滑坡滑体长度250m，高度80m，土方量约65万m3，属严重自然地质灾害。山西吉县山体滑坡1.3.1土质边坡中的常见滑坡(2)人工边坡(挖方边坡)2002年7月25日，陕西延安吴旗宗湾子村发生黄土滑塌，滑塌体高约20m，宽15m，平均厚约2m，体积约600m3，砸毁窑洞3孔，造成17人死亡。由于人工开挖坡脚，盲目削坡，此处形成高约25m、坡度约80°的高切坡，加之2002年7月24~25日的连续降雨，坡顶边缘排水渠集水及降水入渗，最终诱发边坡滑塌，如图所示。铁路、公路边坡由于大部分为明挖，滑坡通常是路堑开挖的重要制约因素，上图为1992年宝成铁路K190段滑坡，属较为典型的一处由工程开挖导致的滑坡灾害。陕西延安吴旗宗湾子村黄土滑坡宝成铁路K190段滑坡1.3.1土质边坡中的常见滑坡(2)人工边坡(填方边坡)在饱和软黏土上修建堤坝，当施工速率较高时，经常会发生滑坡。左图为2001年长江大堤江西马湖段软弱地基上发生的一处滑坡。饱和黏土通常压缩性大而渗透系数小，填土增加的地基应力要完全转化为有效应力，必须将地基中的水充分挤出，如果施工速率过快，则孔隙水压力无法及时消散，土体无法在上部荷载作用下快速固结，因而诱发滑坡。为了保证在软基上修筑堤坝的稳定性，常需要采取一定的工程措施，例如通过砂井、塑料排水板或真空预压等技术，加速水压力消散。长江大堤江西马湖滑坡1.3.1土质边坡中的常见滑坡(3)地质环境边坡(古滑坡体和堆积体边坡)四川省甘孜藏族自治州丹巴县县城座落于大金河右岸的狭窄河谷地带，高程1864m，城区规划面积为2.5km2，城区人口约1.1万人。2002年8月，丹巴县城后侧高200m、平均坡度32°的高陡斜坡出现变形；2004年10月，变形明显加剧；2005年1~3月，出现4次变形加速期，整体下滑迹象日趋明显。2月3日位移量由原来6mm增大到8mm；2月22日，日均位移速率增至17~33mm；3月8日，主滑面日位移量达到18mm；3月14日，斜坡变形再次加速并发生局部崩滑，前缘外推和鼓胀，多处房屋被摧毁，造成1066万元的经济损失，此时，斜坡累计变形量已达70~80cm，最大点接近1m，边界裂缝已基本贯通和圈闭，总体积2.20×106m3的丹巴滑坡基本形成。如果该滑坡再次发生远距离整体滑移，将直接危害到10余个企事业单位以及1071间房屋，涉及人口4620人，资产上亿元。如果滑体堵塞大金河河道，后果将不堪设想，如图所示。四川丹巴滑坡(古滑坡复活)1.