河海大学工程地质第六章

第六章岩质边坡稳定性的工程地质分析•概述•6.1边坡岩体应力分布的特征•6.2边坡岩体变形破坏的类型与特征•6.3影响边坡稳定性的因素•6.4岩质边坡稳定性的评价方法•6.5不稳定边坡的防治措施概述边坡要素图在山区进行的各种工程建筑常常是在天然斜坡岩土上兴建，或是在兴建中需要开挖出高陡的边坡。例如:依山傍水开凿运河渠道、穿山越岭修筑道路、桥梁、高峡建坝、深谷修库以及露天采矿等。尤其是水利水电工程，为要多蓄水发电就要选择在具有高陡斜坡的深山峡谷中筑坝建库。但是在边坡岩体中常存在有这样那样的软弱结构面。•它们在岩体重力和各种自然营力的长期作用下或认为的影响下，常常会发生变形破坏，使岩体突然崩倒或下滑，大量土石岩块涌向坡角或河谷，冲垮道路、桥梁，掩埋厂矿房屋以及破坏施工现场，从而造成中断施工、延长工期、改变设计、增加投资等危害。部分水电工程高边坡岩质边坡按结构分类崩塌、滑坡名称发生日期方量（104m3）运动速度最大运动距离（m）死亡人数斜坡类型①诱发因素盐池河崩塌（湖北）1980.6.310034m/s（最大值）400284平缓层状，软弱基座地下采矿铁西滑坡（四川，成昆线）1981.7.82204m/h(平均值）70中倾外层状体，老滑体局部复活地面采石渡口灰岩矿山滑坡（四川，攀枝花）1981.6.104165.5m/min（平均值）220中倾外层状体斜坡地面采石四川盆地西部暴雨滑坡1981.7月，9月数百个，单个滑坡方量大多小于100万m35m/s±100±约10人多种类型层状体斜坡暴雨（数十年一遇，暴雨强度＞200mm/d）鸡扒子滑坡（四川，长江云阳）1982.7.2415003－10m/min150－200变角倾外层状体斜坡，老滑坡局部复活暴雨洒勒山滑坡－碎屑流（甘肃）1983.3.73000－400032m/s（最大值）900237平缓层状体斜坡新滩滑坡（湖北，长江新滩）1985.6.12300010m/s80老滑坡复活马家坝滑坡（湖北，姊归）1986.7.162400中速数十米缓倾外层状体斜坡，老滑坡复活暴雨西宁滑坡－碎屑流（四川，巫溪）1988.1.1070018－50m/s80026倾内层状体斜坡，软弱基底溪口滑坡－碎屑流（四川，华蓥山）1989.7.102020－30m/s1500221倾内层状体斜坡暴雨昭通滑坡－碎屑流（云南，金沙江支流）1991.9.231500－200075m/s（平均）4500216倾外层状斜坡暴雨表9－1我国80年代重大崩、滑灾害事件链子崖危岩体是位于长江三峡航道咽喉上的一处稳定性最差的大型灾害性崩滑体。链子崖危岩体在长江南岸，下距宜昌市73km，距三峡坝址27km，属湖北省秭归县。链子崖危岩体是岩层开裂变形体，发育在由二迭系下统栖霞组(Piq)坚硬石灰岩组成的阶梯状陡壁上，底为厚l.8—4.2m的马鞍山组(P1qm)软弱煤系层，岩层倾向上游斜向长江。其变形破坏的形式一般以崩塌为主，且存在着在特殊不利情况下发生大规模滑移的条件，而且陡崖崩塌后退越多，大规模滑移破坏的可能性越大，也存在双面滑坡和崩塌综合变形破坏的可能。三峡工程双线五级船闸整个闸室段均在花岗岩山体中开挖修建，最大开挖深度174.5m。开挖后形成南、北两侧高边坡，南坡最大坡高170.28m，北坡最大坡高137.8m。TheVaiontLandslideintheDolomites(TheDolomitesareamountainrangeinNorthernItaly)Thismapshowsthescaleofthelandslide,whichsloppedthecontentsofthereservoiroverthedamandkilledmorethan2000peopleinLongaroneandtheadjoiningcommunitiesThisisaviewofthelandslidefromupstream.6.1边坡岩体应力分布特征②边坡岩体为均质岩体①边坡岩体处于自重应力场的理想状况下假设1.边坡形成后应力状态的变化主应力迹线图虚节线代表剪应力迹线●斜坡周围的主应力迹线发生明显的偏转（愈接近边坡，原为铅直方向的σ1愈接近平行于斜坡临空面，而原为水平方向的σ3则与斜坡临空面正交）●在坡角与河谷谷底形成应力集中带主应力迹线图虚节线代表剪应力迹线在σ1与σ3差值最大区，相应形成一个最大剪应力区，最大剪应力迹线由原来的直线变为近似圆弧线，其凹面朝向临空面●在坡顶和坡面靠近地表部位，形成一个拉应力带（该带的范围随坡角的加大而增大）2.影响边坡岩体应力分布的主要因素⑴原始应力状态的影响●在坡顶或坡面的靠近地表部位，由于水平应力显著降低，σ3可成为拉应力，形成拉应力带●原始水平剩余应力越高，越易形成拉应力区●当无侧向水平构造力（σL)时，再坡脚区切向应力的最大值约相当于原始水平应力的三倍（即：坡脚区切向应力＝3λγH）●当σL＝3γH时，坡脚切向应力可达7～9倍γH●坡角的最大剪应力随水平应力的增长成倍增加(当岩体中存在较高水平应力时,边坡更易遭受变形和破坏）⑵坡形影响●坡内拉应力值与坡高呈正比●坡角越陡，拉应力范围越大，切向应力值增高•坡底宽度W0.8H时坡脚处τmax随底宽的缩小而增大W0.8H时坡脚处τ保持一常值●凹形坡应力集中弱，凸形坡则相反⑶岩体结构的影响当软弱结构面与坡体主压应力轴线平行时，将在软弱结构面的端点部位或应力阻滞部位出现拉应力集中和剪应力集中，进而出现软弱面两侧的张裂和剪切破裂。●当软弱面与坡体主压应力轴线垂直时，将发生平行于软弱面的拉应力或于端点部位出现垂直软弱面的压应力，有利于软弱面的加密。●当软弱面与坡体主压应力轴线斜交时，沿弱面主要为剪应力集中，并于端点部位或应力阻滞部位出现拉应力，致使斜坡极易沿结构面发生剪切滑动。●在软弱面交汇处,应力受到阻滞,压、拉应力强烈集中，易发生变形6.2边坡岩体变形破坏的类型与特征1.松弛张裂形成机制——侵蚀下切、人工开挖→形成临空面（自由面），侧向约束（或侧向应力）削弱→边坡岩体产生卸荷回弹→由表及里差异回弹，形成平行坡面的张裂隙（迁就高角度结构面）、由上而下差异回弹，形成与坡面大角度相交的剪裂隙（往往追踪缓倾角结构面）岩体结构地应力特征影响其发育的因素沟谷下切深度●向下延伸至谷底附近即消失●张开度和分布密度由坡面向深处逐渐减弱●多为平直延伸，一般无明显错动边坡卸荷裂隙特征●可是新生的，但多为沿已有陡倾角裂隙发育而成●在边坡岩体中，则可能成为边坡岩体失稳的主滑面●在拱坝坝肩岩体中可能构成滑移岩体的侧向切割面●是良好的渗漏通道对工程的影响●降低岩体强度，增大岩体透水性，使岩体更易风化向临空面的滑动不均匀沉陷2.蠕动定义：边坡岩土体在自重等恒定力作用下所发生一种长期缓慢的变形拉张上部坚硬岩层的分类深层蠕动表层蠕动表现为下部软弱岩层向临空面的挤出指：坚硬岩层下面由软弱岩层引起的缓慢性变形层状岩体向上逐渐连续弯曲（塑性岩层）岩层变得陡立岩层发生倒转破裂、倾倒（脆性岩层）点头哈腰后果：松动破碎强度降低透水性增大崩塌和滑坡岩崩：坚硬岩体中发生的崩塌土崩：土体中发生的崩塌3.崩塌山崩：大规模崩塌分为形成原因定义：指高陡斜坡上的不稳定岩体或大块石，在重力作用下突然而猛烈地向下崩落、翻滚的现象。边坡被陡倾裂隙深切坚硬岩层下部存在有软弱岩层下部有洞穴或采空区软、硬岩层的差异风化形成条件：①地形条件：陡崖：高＞30m，坡度＞55°；②地层条件：坚硬、块状、厚层、巨厚层结构，产状缓倾或陡倾；③构造条件：裂隙较发育，产状陡倾或缓倾；④触发因素：地震、爆破振动、暴雨、下部掏空。发展过程例：长江三峡链子崖（岩崩发育的边坡）地质图盐池河崩塌4.滑坡将要发生的滑坡的危害已滑动破坏过的老滑坡的危害定义：是指斜坡上的一部分岩体失去稳定，在重力和工程荷载作用下沿滑动面向下作整体滑动的现象。⑴危害还可能再次滑动破坏地质在三峡考察发现，只要地势平坦些的地方，多半有居民和城镇，而这些平地十之八九是古滑坡，如秭归老县城、新滩镇、云阳老县城、云安镇等等。在这些古滑坡上，人们繁衍生息，耕种收获。古代三峡人口少，没有大规模的开挖和高楼大厦的建设，所以虽然是建城在许多滑坡体上，人与自然倒能上千年相安无事。滑坡体边界线结构疏松破碎老滑坡体稳定性差透水性强强度低⑵滑坡形态特征环谷状洼地的上部与未滑岩体的分解面（弧形陡壁）滑坡后壁—•坡脚出现泉水或潮湿洼地•双沟同源现象Landslidescutshearcliffs..未来沟谷发育带•“醉汉林”和“马刀树”滑坡后壁滑坡台阶—相对错动而形成的错裂阶坎滑坡台阶滑体与滑壁之间或滑体的上部出现的与滑壁大致平行的张裂隙拉张裂隙—拉张裂隙滑坡舌—滑坡体前部由于土石挤压而形成的舌状隆起带滑坡舌（1）冠（2）主断壁（3）顶（4）头（5）次断壁（6）主滑体（7）足（8）趾尖（9）趾（10）破坏面（11）破坏面趾（12）滑覆面（分隔面）（13）滑移体（14）减损带（15）加积带（16）减损坳陷（17）减损体（18）加积体（19）侧翼（20）原始地面滑坡的形态要素⑶老滑坡的野外识别：地貌特征：①地层、构造条件相似时，地貌具有上、下陡，中部缓的特点；岸坡局部异常突出。②具有圈椅形地貌（滑坡周界）、滑坡后壁、滑坡舌、滑坡台阶特征。③马刀树、醉汉林。④同级阶地高程局部降低：左右岸对比、上下游对比。⑤地表塌陷。⑥河岸大孤石。地层分布及产状异常：局部分布高程偏低、局部产状异常。具有滑面及滑带。•滑坡发展过程崩塌滑坡•崩塌可能向滑坡发展查纳滑坡贵阳沙冲路滑坡滑坡实例龙羊峡库岸滑坡鸡扒子滑坡全貌新滩滑坡全貌2003年7月13日三峡库区沙镇溪发生千将坪滑坡，致使24人失踪。滑坡壁滑坡周界西藏易贡特大崩滑灾害目的：①深入认识、概括：滑坡的形成条件、控稳因素、形态特征；②深入认识滑坡的工程地质特征和发生发展规律，确定正确的评价方法；③正确预测发展趋势；④正确制定预防和加固方案。按滑面与层面的关系分类：①均质滑坡：发生于土体和块状风化岩，滑面受应力状态和抗剪强度控制，为圆弧滑面；②顺层滑坡：沿层面（含不整合面）、片理面产生的滑动，滑面为平面、波状、台阶状；③切层滑坡：滑面切穿层面、片理面，发生于缓倾地层、反向坡，一般为圆弧滑面。⑷滑坡的分类按滑动力学特征分类：①推动式滑坡：上部不稳（后缘切割面发育、静水压力）或顶部压重增加，推动下部滑动；②牵引式滑坡：下部失稳（坡脚人工开挖或被掏蚀）使上部失去支撑，而产生整体滑动；③平移式滑坡：整体滑动。按岩土类型分类：岩质滑坡、粘土滑坡、黄土滑坡、堆积层滑坡。按厚度分类：①浅层滑坡（＜5m）②中层滑坡（5~20m）③深层滑坡（20~50m）④超深层滑坡（＞50m）⑸滑坡的形成机制当滑动面受最大剪应力控制时的滑坡形成过程a.破坏前无既定的软弱面b.当剪应力超过岩石的强度极限，大致沿着最大剪应力面而发生剪切滑动c.滑动面形状呈圆弧形并在斜坡上缘转为陡倾的拉裂面d.岩石的强度在此对边坡稳定起决定性作用当滑动面受已有软弱结构面控制边坡稳定受控于软弱结构面的产状力学性能滑坡和蠕动变形滑坡前期一般均伴随有历时长短不一的蠕动变形前期蠕变特征边坡岩土体出现速度较均匀的沉陷坡体及其上部可出现裂隙和拉开此段岩崩变形体的整个范围达1.4公里，涉及3座陡崖，其中一、二道陡崖裂缝最大张开宽度为0.5～1.5米，三道陡崖的最大张开宽度为0.4～1.0米。1.地形地貌坡高、坡度、坡顶形态（入渗补给条件）、临空条件（滑出约束、排水条件）、冲沟切割（侧向切割面、排水条件）。2.地层岩性软弱岩层、原生结构面，决定：①变形破坏形式：层状岩体属易滑地层，海相粘土、裂隙粘土、黄土也以滑坡为主，块状、巨厚层岩体以崩塌、滑坡为主，巨厚层软岩常见蠕变。②稳定性：是软弱夹层、泥化夹层形成的物质基础。6.3影响边坡稳定性的因素3.地质构造①构造破坏是软弱夹层、泥化夹层形成的主导因素；②断层裂隙提供纵、横切割面；③裂隙化作用为地下水和风化作用提供了必要条件；④