崩塌

环境岩土工程第三讲崩塌一.崩塌的类型与形成条件1.什么是崩塌？高陡斜坡（含人工边坡）上的岩（土）体在重力、地震等作用下,突然完全脱离母体后，以崩落或坠落、跳动或滚动等为主的移动过程，称为崩塌。下落速度快、发生突然：崩塌体脱离母体而运动；下落过程中崩塌体自身的整体性遭到破坏；崩塌物的垂直位移大于水平位移。具有崩塌前兆的不稳定岩土体称为危岩体。2.崩塌的形成条件与诱发因素1)地形地貌崩塌多发生在坡度大于55°、高度大于30m、坡面凹凸不平的陡峻斜坡上。2751702.崩塌的形成条件与诱发因素2)地层岩性由厚层坚硬的岩层如灰岩、砂岩、砾岩、花岗岩、闪长岩等构成的斜坡体，岩石强度大，裂隙发育，形成高陡边坡；相对软弱的岩层如页岩、泥岩、板岩、片岩、千枚岩等强度较小，裂隙细密，岩石常呈碎块，个体稳定性较差。黄土等边坡，土质硬，含有裂隙，风蚀、水力作用下易形成崩塌。组合型边坡。2.崩塌的形成条件与诱发因素3)构造条件各种构造面，如节理、裂隙面、岩层界面、断层等，对坡体的切割、分离，为崩塌的形成提供脱离母体（山体）的边界条件。1996年发生于巫峡左岸的横石溪崩塌2.崩塌的形成条件与诱发因素4)自然因素地震：地震引起坡体晃动，破坏坡体平衡，从而诱发崩塌。一般烈度大于7度以上的地震都会诱发大量崩塌。融雪、降雨：特别是大雨、暴雨和长时间的连续降雨，使地表水渗入坡体，软化岩、土及其中软弱面，产生孔隙水压力等，从而诱发崩塌。地表水的冲刷、浸泡：河流等地表水体不断地冲刷坡脚或浸泡坡脚、削弱坡体支撑或软化岩、土，降低坡体强度，也能诱发崩塌。植物的根劈作用5.12地震2.崩塌的形成条件与诱发因素5)可能诱发崩塌的人类活动采掘矿产资源开挖边坡水库蓄水与渠道渗漏堆（弃）渣填土强烈的机械震动3.崩塌的形成机理与类型类型岩性结构面地貌受力状态起始运动形式倾倒式崩塌黄土、直立岩层多为垂直节理、直立层面峡谷、直立岸坡、悬崖主要受倾覆力矩作用倾倒滑移式崩塌多为软硬相间的岩层有倾向临空面的结构面陡坡通常大于55°滑移面主要受剪切力滑移鼓胀式崩塌黄土、黏土、坚硬岩层下有较厚软岩层上部垂直节理，下部为近水平的结构面陡坡下部软岩受垂直挤压鼓胀伴有下沉、滑移、倾斜拉裂式崩塌多见于软硬相间的岩层多为风化裂隙和重力拉张裂隙上部突出的悬崖拉张拉裂错断式崩塌坚硬岩层、黄土垂直裂隙发育，通常无倾向临空面的结构面大于45°的陡坡自重引起的剪切力错落倾倒式崩塌在河流峡谷区、黄土冲沟地段或岩溶区等陡坡上，岩体以垂直节理或裂隙与稳定的母岩分开。通常坡脚遭受掏蚀，在重力作用下或有较大水平力作用时，岩体因重心外移倾倒产生突然崩塌。以坡脚的某一点为支点发生转动性倾倒。崩塌途径：①在重力作用下，长期冲刷掏蚀直立岩体的坡脚，由于偏压失去重心，使直立岩体倾斜，最终导致崩塌；②当附加特殊的水平力（地震力、静水压力、动水压力以及冻胀力等）时，岩体可倾倒破坏；③当坡脚由软岩层组成时，雨水软化坡脚产生偏压，引起崩塌；④直立岩体在长期重力作用下，产生弯折也能导致这种崩塌。滑移式崩塌临近斜坡的岩体内存在软弱面倾向与坡向相同，则软弱面上覆的不稳定岩体在重力作用下具有向临空面滑移的趋势，当岩体的重心滑出陡坡，产生突然的崩塌。降水渗入岩体裂缝中产生的静、动水压力以及地下水对软弱面的润湿作用都是岩体发生滑移崩塌的主要诱因。鼓胀式崩塌陡坡上不稳定岩体之下存在较厚的软弱岩层，上部岩体重力产生的压应力超过软岩天然状态的抗压强度后软岩即被挤出，发生向外鼓胀。随着鼓胀的不断发展，不稳定岩体不断下沉和外移，同时发生倾斜，一旦重心移出坡外即产生崩塌。拉裂式崩塌陡坡由软硬相间的岩层组成时，由于风化作用或河流的冲刷掏蚀作用，上部坚硬岩层在坡面上常常突悬出来。突出的岩体通常发育有构造节理或风化节理，在长期重力作用下，分离面逐渐扩展。一旦拉应力超过连接处岩石的抗拉强度，拉张裂缝就会迅速向下发展，最终导致突出的岩体突然崩落。错断式崩塌长柱或板状不稳定岩体的下部被剪断，从而发生错断崩塌。悬于坡缘的帽沿状危岩，后缘剪切面的扩展，剪切应力大于危岩与母岩连接处的抗剪强度时，则发生错断崩塌。锥状或柱状岩体多面临空，下伏软基抗剪强度小于危岩体自重产生的剪应力或软基中存在的顺坡外倾裂隙与坡面贯通时，发生错断-滑移-崩塌。二.崩塌的地质勘察崩塌的勘察主要采用地质调查测绘。崩塌区内自然地理（气象、水文、植被特征等）、地质环境（地貌类型、地质结构、新构造运动、水文地质条件等）、人类工程活动崩塌灾害体的形成、致灾及防治要素等内容，包括崩塌的形成条件及其规模、类型、范围，崩塌区的崩塌历史、崩塌类型、规模、范围及崩塌体的尺寸和崩落方向等。崩塌的地质调查测绘包括危岩体调查和已有崩塌堆积体调查。1.崩塌的勘察要点2.崩塌的识别（1）地形地貌特征：崩塌山体坡度为55°以上，且高差大（大于30m），坡体成孤立山嘴、山峰或凹形陡坡。崩塌坡体上有裂缝、房屋倾斜、开裂和出现醉汉林等现象。（2）地层岩性特征：崩塌体坡脚有块石大小相差悬殊结构零乱的崩塌堆积物，又叫倒石堆，崩塌体前缘小型崩塌、坠落不断发生。（3）构造特征：坡体内部裂隙发育，尤其是垂直和平行斜坡延伸方向的陡倾裂缝发育，或顺裂隙、软弱带发育，坡体上部拉张裂缝发育，裂缝不断加长加宽，速度突增，裂缝即将可能贯通，使之与母体（山体）形成分离之势。（4）临空面：坡体前部存在临空空间，或有崩塌物发育，说明曾经发生过崩塌，今后还可能再次发生。3.危岩体的调查内容（1）危岩体位置、形态、分布高程、规模。（2）危岩体及周边的地质构造、地层岩性、地形地貌、岩（土）体结构类型、斜坡结构类型。（3）危岩体及周边的水文地质条件和地下水赋存特征。（4）危岩体周边及底界以下地质体的工程地质特征。（5）危岩体变形发育史。（6）危岩体成因的动力因素。3.危岩体的调查内容（7）分析危岩体崩塌的可能性，初步划定危岩体崩塌可能造成的灾害范围。（8）危岩体崩塌后可能的运移斜坡，在不同崩塌体积条件下崩塌运动的最大距离。（9）危岩体崩塌可能到达并堆积的场地的形态、坡度、分布、高程、地层岩性与产状及该场地的最大堆积容量。（10）调查崩塌已经造成的损失，崩塌进一步发展的影响范围及潜在损失。4.已有崩塌堆积体的调查内容（1）崩塌源的位置、高程、规模、地层岩性、岩（土）体工程地质特征及崩塌产生的时间。（2）崩塌体运移斜坡的形态、地形坡度、粗糙度、岩性、起伏差，崩塌方式、崩塌块体的运动路线和运动距离。（3）崩塌堆积体的分布范围、高程、形态、规模、物质组成、分选情况、植被生长情况、块度、结构、架空情况和密实度。（4）崩塌堆积床形态、坡度、岩性和物质组成、地层产状。（5）崩塌堆积体内地下水的分布和运移条件。（6）评价崩塌堆积体自身的稳定性和在上方崩塌体冲击荷载作用下的稳定性，分析在暴雨等条件下向泥石流、崩塌转化的条件和可能性。三.崩塌的稳定性评价1.地质历史分析法岩体稳定的结构分析法不稳定块体可能移动的方向和破坏方式。结构分析法主要采用图解分析法。包括摩擦圆法、赤平极射投影法、平面投影法和实体比例投影法等。工程地质类比分析法依据相似性原则，根据发生过的崩滑的地质体，分析潜在崩塌体的稳定性，其实质是把集成经验（理论）应用到条件相似的工程。类比的相似性原则：①崩滑体岩体性质、主控结构面、岩土体结构、斜坡结构和崩滑体介质结构条件等的相似性。②崩滑体赋存条件的相似性。③动力因素的相似性。④发育阶段的相似性等。（a）无限块体；（b）倒楔块体；（c）稳定块体；（d）可能稳定块体；（e）关键块体（e）（d）（c）（b）（a）临空面临空面临空面临空面临空面结构面结构面结构面结构面结构面三.崩塌的稳定性评价1.地质历史分析法变形史分析法依据崩塌发育规律中的发生周期性和阶段性特征，追溯潜在崩塌体的变形发育史，判定其现今所处阶段，进而分析其稳定性。地质综合分析对潜在崩滑体的形体特征、地质构成、成灾条件、成灾动力、成灾因素、成灾机理、变形破坏形式和特征、失稳条件和机制等进行全面系统地整理、归纳，进而评价崩塌体现阶段的稳定性，并预测其发展趋势、评价其失稳的必要条件、相关因素、失稳的可能性和失稳的规模、方式、方向，预测失稳的时间。三.崩塌的稳定性评价在分析崩塌体及落石受力条件的基础上，用块体平衡理论计算其稳定性。计算时应考虑当地地震力、风力、爆破力、地表水和地下水冲刷力以及冰冻力等的影响。块体平衡理论的基本假定：（1）在崩塌发展过程中，特别是在突然崩塌运动以前，把崩塌体视为整体；（2）把崩塌体复杂的空间运动问题，简化成平面问题，即取单位宽度的崩塌体进行验算；（3）崩塌体两侧与稳定岩体之间，以及各部分崩塌体之间均无摩擦作用。2.力学分析法（1）倾倒式崩塌FhhaWhFhhaWhFhfaWKww3623223300200W——崩塌体的重量（kN）；a——转点A至重力延长线的垂直距离（m）；h——崩塌体高度（m）；——后缘裂隙中水体高度（m）；——水的重度（kN/m3）；f——后缘裂隙中静水压力（kN）；F——地震力（kN）。w0h（2）滑移式崩塌cossintan)sincos(KVAcuV——岩土体的重度（kN/m3）；V——岩土体的体积（m3）；β——底滑面的倾角（°）；A——底滑面的面积（m2）。——水的重度（kN/m3）；u——底滑面上的水压力（kN）；v——后缘裂隙面上的水压力（kN）。wu2014cossintan)sincos(KVAcuV（3）鼓胀式崩塌W——崩塌体的重量（kN）；A——崩塌体的底面积（m2）；R无——下部软弱岩层的无侧限抗压强度（kPa）。WAAW无无RRK（4）拉裂式崩塌M——AC面上的弯矩（kN·m）；I——AC面上的惯性矩（m4）；——岩体的重度（kN/m3）。hlbhhbhlIhMA232312222拉23][][lhKA拉拉拉（4）拉裂式崩塌M——BC面上的弯矩（kN·m）；I——BC面上的惯性矩（m4）；——岩体的重度（kN/m3）。2232)(312)(222ahhlahbahbhlIahMB拉223][)(][hlahKB拉拉拉2012223][)(][hlahKB拉拉拉（5）错断式崩塌)2(][4][maxahK四.崩塌的防治必须遵循标本兼治、分清主次综合治理、生物措施与工程措施相结合、治理危岩与保护自然生态环境相结合的原则。危岩崩塌整治工程必须兼顾艺术性与实用性，把治岩、治坡、治水与开发旅游资源结合起来，达到除害兴利的目的。治理危岩、防止崩塌应采取一次根治不留后患的工程措施；对开辟为观光游览区的危岩地带，采取生物措施治理时应慎重选择植物种类，宜种草不宜植树，防止根系发达的树种对危岩的稳定性产生负作用。应加强减灾防灾科普知识的宣传，严格进行科学管理；合理开发利用坡顶平台区的土地资源，防止因城镇建设和农业生产而加快危岩的形成，杜绝发生崩塌的诱发因素。1.防治原则（1）锚固技术2.主动防治措施板状、柱状和倒锥状危岩体极易发生崩塌错落，利用预应力锚杆或锚索可对其进行加固处理，防止崩塌的发生.（2）支撑技术支撑是指对悬于上方、以拉断坠落的悬臂状或拱桥状等危岩采用墩、柱、墙或其组合形式支撑加固，以达到治理危岩的目的。（3）灌浆技术岩体中破裂面较多、岩体比较破碎时，为了增强危岩体的整体性，可进行有压灌浆处理。灌浆技术应在危岩体中、上部钻设灌浆孔。灌浆孔宜陡倾，并在裂缝前后一定宽度内按照梅花桩型布设。灌浆孔应尽可能穿越较多的岩体裂隙面尤其是主控裂隙面。灌浆材料应具有一定的流动性、锚固力要强。通过灌浆处理的危岩体不仅整体性得到提高，而且也使主控裂隙面的力学强度参数得以提高、裂隙水压力减小。灌浆技术宜与其它技术共同使用，在施工顺序上，一般先进行锚固，再逐段灌浆加固。（4）封填及嵌补当危岩体顶部存在大量较显著的裂缝或危岩体底部出现比较明显的凹腔等缺陷时