1、第六章斜坡變形破壞工程地質(zhì)研究 第六章 斜坡變形破壞工程地質(zhì)研究斜坡系指地殼表部一切具有側(cè)向臨空面的地質(zhì)體，它包括自然斜坡和人工邊坡兩種。自然斜坡是在一定地質(zhì)環(huán)境中，在各種地質(zhì)營力作用下形成和演化的自然歷史過程的產(chǎn)物，如侵蝕作用、堆積作用等形成的山坡、海岸、河岸等。人工邊坡則是由于人類工程開挖的，往往在自然斜坡基礎(chǔ)上形成，其特點是具有較規(guī)則的幾何形態(tài)，如路塹、露天礦坑邊幫、運河（渠道）邊坡等。第一節(jié) 斜坡的變形與破壞斜坡的變形與破壞，取決與破體中的應(yīng)力分布和巖體土層的強(qiáng)度特點。它們是矛盾的兩個方面：一個是破壞力的大小另一個是抵抗破壞能力的大小。斜坡變形：斜坡形成后，由于斜坡應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，使

2、原有的平衡發(fā)生改變，當(dāng)某些局部應(yīng)力集中超過了巖土體強(qiáng)度時，引起局部剪切錯動、拉裂并出現(xiàn)小的位移，但還沒有造成整體性破壞，這就是斜坡的變形。和破壞的關(guān)系：變形是破壞的準(zhǔn)備階段破壞是變形的結(jié)果貫通性破壞巖土體發(fā)生位移變形未出現(xiàn)很小破壞出現(xiàn)一定加速度發(fā)生位移區(qū)別一、斜坡變形斜坡成坡后，由于斜坡應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，使原有的平衡發(fā)生改變，當(dāng)某些局部應(yīng)力集中超過了巖土體強(qiáng)度時，引起局部剪切錯動、拉裂，并出現(xiàn)小位移，但還沒有造成整體性破壞，這就是斜坡的變形。斜坡變形主要有松動和蠕滑兩種型式。1.松動2.蠕滑拉裂、蠕動、卸荷回彈、蠕變、彎折傾倒1. 松動（拉裂、卸荷回彈）在斜坡形成的初始階段，在斜坡表部出現(xiàn)一系

3、列與坡面近于平行的陡傾角張開裂隙，使斜坡巖土體向臨空方向張開的過程和現(xiàn)象稱為松動。存在于岸坡地段的這種裂隙，大多數(shù)是沿原有的陡傾角裂隙發(fā)育而成的，但也可以是應(yīng)力分布中新產(chǎn)生的。這種裂隙的特點是：僅有張開，而無明顯的相對滑動，并愈近坡頂、坡面張開程度愈大，向坡里、向深部張開程度逐漸減小。斜坡松動，一方面使斜坡強(qiáng)度降低，另一方面使各種營力更易深入坡體內(nèi)，加劇了坡體內(nèi)各種營力活躍程度。它是斜坡變形破壞的初始階段，研究這些裂隙，對評價穩(wěn)定性有重要意義。特點：僅有張開，無明顯的相對錯動愈近坡頂面張開程度愈大；向坡里，向深部，張開程度逐漸減小2.蠕滑蠕滑是指斜坡巖土體主要在自重應(yīng)力長期作用下發(fā)生的一種向臨

4、空方向的緩慢而持續(xù)變形。它是在應(yīng)力長期作用下，巖土體內(nèi)部的一種緩慢調(diào)整變形，實際上是趨于破壞的一個演變過程。斜坡蠕滑大致可分為：受最大剪應(yīng)力控制的蠕滑受軟弱結(jié)構(gòu)面控制的蠕滑受軟弱基座控制的蠕滑二、斜坡破壞斜坡演變過程中，一旦出現(xiàn)外界貫通破壞面，并使分割體以一定的加速度脫離母體，則進(jìn)入斜坡的破壞階段。斜坡破壞的含義是斜坡在各種內(nèi)外營力作用下，力學(xué)平衡條件發(fā)生變化，部分土石體喪失穩(wěn)定性順坡向下運動而發(fā)生的破壞作用和現(xiàn)象。由于斜坡所處環(huán)境和影響因素不同，斜坡破壞形式是多種多樣的，但就破壞機(jī)制來說，不外乎拉斷破壞和剪切破壞兩種方式，所以斜坡破壞主要有以拉斷破壞為主的崩塌和以剪切破壞為主的滑坡兩種類型。

5、 （一）崩塌陡峻斜坡上的塊狀巖土體高速傾倒、翻滾、墜落于坡腳的現(xiàn)象稱為崩塌。其特點是：失穩(wěn)巖體在鉛直方向的位移矢量比水平方向大。產(chǎn)生在土體中的崩塌叫土崩。產(chǎn)生在巖體中的崩塌叫巖崩。規(guī)模巨大，涉及到山體的崩塌叫山崩。產(chǎn)生在河、湖或海岸上的崩塌叫岸崩。崩塌是斜坡破壞的主要形式之一。它對陡崖下的房屋、道路和其它建筑物常帶來威脅，尤其是對各種線性工程危害最嚴(yán)重。如我國成昆線、寶成線、襄渝線鐵路和川藏公路沿線崩塌災(zāi)害常影響線路的正常運營。因此，研究崩塌的形成條件、運動學(xué)特點，進(jìn)行合理的分類、評價和有效監(jiān)測、防治，是斜坡破壞研究的一項重要內(nèi)容。崩塌的形成條件: 崩塌多發(fā)生在比較陡的巖質(zhì)斜坡前緣。發(fā)生崩塌的

6、地面坡度往往大于45，尤其是大于60的陡坡，地形切割愈強(qiáng)烈、高差愈大，形成崩塌的可能性愈大，并且破壞也愈嚴(yán)重。 （二）滑坡滑坡是指斜坡巖土體主要在重力和地下水作用下，沿著一定軟弱面或軟弱帶，以水平位移為主的整體向下滑動的作用和現(xiàn)象。滑坡是某一滑移面上剪應(yīng)力超過了該面的抗剪強(qiáng)度所致?；碌奶攸c是：滑體是沿滑面向下滑動，即有依附面存在；質(zhì)點位移矢量水平方向大于鉛直方向，且具有“整體性”；地下水往往是滑坡發(fā)生的主導(dǎo)因素。 基本構(gòu)造特征滑坡示意圖1-滑坡體；2-滑動面；3-滑動帶；4-滑坡床；5-滑坡后壁；6-滑坡臺地；7-滑坡臺地陡坎；8-滑坡舌；9-張拉裂縫；10-滑坡鼓丘；11-扇形張裂縫；12

7、-剪切裂縫第二節(jié) 影響斜坡穩(wěn)定性的因素影響斜坡穩(wěn)定性的因素是復(fù)雜多樣的，正確分析這些因素是評價斜坡穩(wěn)定性、預(yù)測發(fā)展趨勢和進(jìn)行有效防治的基礎(chǔ)。影響斜坡穩(wěn)定性的因素可分為內(nèi)在因素和外在因素兩大方面： 內(nèi)在因素它包括斜坡巖土類型及性質(zhì)、地質(zhì)結(jié)構(gòu)等，它們對斜坡變形破壞的形式和規(guī)模及穩(wěn)定性起著控制作用。外在因素包括水的作用、風(fēng)化作用、地震及人為因素等，它們是通過內(nèi)在因素對斜坡穩(wěn)定性起破壞作用，促進(jìn)斜坡變形的發(fā)生和發(fā)展。但是有的外在因素變化很快，有時很強(qiáng)烈，而成為斜坡破壞的直接原因。在上述因素中，對斜坡穩(wěn)定性起關(guān)鍵作用的因素叫主導(dǎo)因素，某些突然出現(xiàn)的（如地震、特大暴雨等）使穩(wěn)定性已接近失穩(wěn)狀態(tài)的坡體突然破

8、壞的因素叫觸發(fā)因素。一、巖土類型及性質(zhì)的影響斜坡巖土體的性質(zhì)是決定斜坡抗滑力的根本因素，堅硬完整的巖石如花崗巖能形成很陡的高邊坡而不失穩(wěn)；而軟弱巖石或土只能形成低緩的斜坡。由粗粒土組成的斜坡，其穩(wěn)定性主要取決于粒度成分和緊密程度。土顆粒越粗大，堅硬礦物成分越多，土顆粒排列的越緊密，斜坡的穩(wěn)定程度就越高。由細(xì)粒土組成的斜坡，其穩(wěn)定性主要取決于粘粒含量和稠度狀態(tài)。粘粒含量越高，液性指數(shù)越小，斜坡的強(qiáng)度就越高，越穩(wěn)定。由裂隙粘土和膨脹土組成的斜坡，當(dāng)斜坡很緩時仍能破壞。黃土常形成陡坡，破壞形式主要為崩塌性滑坡和崩塌。二、地質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響巖質(zhì)斜坡中的各種結(jié)構(gòu)面對斜坡穩(wěn)定性影響很大，結(jié)構(gòu)面的成因、性質(zhì)、延

9、展特點和密度，特別是軟弱結(jié)構(gòu)面與斜坡臨空面的關(guān)系，對斜坡穩(wěn)定性起著很大作用。（一）結(jié)構(gòu)面的影響在巖質(zhì)斜坡中，斜坡變形破壞多數(shù)受結(jié)構(gòu)面控制，尤其是受軟弱結(jié)構(gòu)面控制。結(jié)構(gòu)面對斜坡穩(wěn)定性影響主要取決于下面三個方面：1.結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度結(jié)構(gòu)面的成因不同，組成物質(zhì)不一樣，力學(xué)強(qiáng)度和遇水后的變化情況也不一樣，軟弱結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度最小，所以沿著軟弱面發(fā)生滑動的大型滑坡較多。2.結(jié)構(gòu)面的展布范圍結(jié)構(gòu)面延展愈廣，貫穿性愈好，則其危害性愈大。在軟弱面中展布范圍最廣的是層理面、軟弱夾層面、不整合面、斷層面、大裂隙等。一般節(jié)理裂隙則連續(xù)性差，若斷若續(xù)，延伸不廣。沿這種結(jié)構(gòu)面發(fā)展為滑動面或分離面，必須剪斷不連續(xù)部分的巖石才能

10、貫通起來，它的抗剪能力就比延展性廣的結(jié)構(gòu)面大多了。3.結(jié)構(gòu)面的密集程度結(jié)構(gòu)面分布密集的斜坡，風(fēng)化作用及地下水作用強(qiáng)烈，巖石破碎，巖體抗滑能力差，斜坡易于破壞。 （二）結(jié)構(gòu)面組合及結(jié)構(gòu)面與斜坡臨空面的關(guān)系斜坡巖體中各種成因和性質(zhì)的結(jié)構(gòu)面相互交錯，可以構(gòu)成不同形態(tài)和大小的結(jié)構(gòu)體。結(jié)構(gòu)體和臨空面組合，就可能成為不穩(wěn)定的滑動體。所以結(jié)構(gòu)面與結(jié)構(gòu)面、臨空面的組合，不僅控制了斜坡變形破壞方式，而且對斜坡穩(wěn)定性起決定性作用。下面分幾種基本情況介紹一下。1.單一結(jié)構(gòu)面斜坡單一結(jié)構(gòu)面斜坡多見于層狀巖層，按結(jié)構(gòu)面與斜坡的產(chǎn)狀 2.兩組結(jié)構(gòu)面斜坡兩組結(jié)構(gòu)面可以是層面、節(jié)理、斷層和任何其他結(jié)構(gòu)面的相互組合 3.三組和

11、多組結(jié)構(gòu)面斜坡三、水的影響許多研究資料表明，雨季發(fā)生的崩塌、滑坡很多，有很多滑坡發(fā)生在地下水比較豐富的斜坡地帶；水庫蓄水后，有些庫岸發(fā)生滑坡。上述事實說明地表水、地下水對斜坡穩(wěn)定性的影響是十分顯著的。1.地表水的影響河流對岸坡的沖刷和水庫、湖、海水對岸坡的磨蝕作用都會使斜坡變高、變陡，不利于斜坡的穩(wěn)定。沖刷和磨蝕還可以使坡腳處滑動面被揭露出來，形成臨空面而導(dǎo)致坡體滑動。如河流凹岸易發(fā)生滑坡就與河流沖刷有關(guān)，水庫蓄水后發(fā)生的滑坡就與庫水磨蝕作用有關(guān)。2.地下水的影響（1）地下水的物理化學(xué)作用 （2）靜水壓力（3）動水壓力（4）浮托力四、地震的影響地震是造成斜坡破壞的一個最重要的觸發(fā)因素。地震破壞

12、作用首先使巖體結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，并且在地震力反復(fù)的沖擊下，斜坡巖體沿原有結(jié)構(gòu)面或新生的結(jié)構(gòu)面滑動。強(qiáng)烈地震常引起崩塌、滑坡的發(fā)生。例如，岷江上游的迭溪崩滑，就是1933年迭溪大地震時形成的。1973年2月四川爐霍地震時，沿鮮水河河谷發(fā)生了133處崩塌和滑坡。地震對斜坡穩(wěn)定性的影響程度，主要決定于地震烈度大小，并與組成斜坡的巖性、層理、斷裂分布和密度以及坡面方位和巖土體含水性有關(guān)。由堅硬、完整巖體組成的斜坡抗震性較強(qiáng)，在地震力作用下破壞的相對輕微，由疏松、破碎巖體組成的斜坡抗震性較弱，在地震力作用下破壞的相對嚴(yán)重。當(dāng)斜坡巖土體中有水時，地震力加大了靜水壓力，也是造成斜坡破壞的原因之一。 五、人類活動

13、的影響人類工程活動強(qiáng)度日益增大，已成為斜坡破壞的重要因素。由于開挖、爆破、堆載和施工順序和方法不當(dāng)引起斜坡失穩(wěn)的實例舉不勝舉。人工開挖，當(dāng)切露了控制斜坡穩(wěn)定的主要軟弱結(jié)構(gòu)面，形成或擴(kuò)大了臨空面，使坡體失去支撐，會導(dǎo)致斜坡的變形與破壞。如長琿高速公路中里滑坡就是由于開挖路基揭露軟弱面而引發(fā)的。福建某工程壩址右肩滑坡是由于施工順序和方法不當(dāng)引起的。即壩頂開挖慢，坡腳開挖速度快，形成倒坡，又在坡頂采用“水力沖挖法”，使水沿裂隙下滲，降低了滑面夾泥層的抗剪強(qiáng)度而發(fā)生的。第四節(jié) 斜坡穩(wěn)定性評價斜坡穩(wěn)定性評價包括兩方面任務(wù)：一方面要對與工程建設(shè)有關(guān)的天然斜坡或已建成的人工邊坡的穩(wěn)定性作出評價；另一方面要為

14、設(shè)計合理的人工邊坡和斜坡的治理提出設(shè)計依據(jù)。斜坡穩(wěn)定性評價的方法很多，可概括為定性評價和定量評價兩大類。定性評價方法有自然歷史分析法、工程地質(zhì)比擬法和圖解法 。定量評價方法有剛體極限平衡計算法、數(shù)值計算法和概率分析法等。 第五節(jié) 斜坡變形破壞的防治為了預(yù)防和制止斜坡變形破壞和重新活動，有時要采取防治措施。斜坡變形破壞的防治應(yīng)貫徹“以人為本，預(yù)防為主，及時治理”的原則。防是針對尚未產(chǎn)生嚴(yán)重變形與破壞的斜坡；治是針對已有嚴(yán)重變形與破壞的斜坡。一、預(yù)防措施 1.要正確選擇建筑場地，合理地制訂人工邊坡的布置開挖方案。例如對那些穩(wěn)定性極差，而治理難度又比較高、耗資大的斜坡地段，選擇建筑場地時，應(yīng)盡量避開

15、這些地段。開挖人工邊坡時坡角應(yīng)緩一些。在高應(yīng)力區(qū)開挖人工邊坡時，盡可能使邊坡走向大致與地區(qū)最大主應(yīng)力方向一致。開挖方案上應(yīng)先排水后開挖，先挖上后挖下。2.查清可能導(dǎo)致斜坡穩(wěn)定性下降的因素，事前采取必要的措施消除或改變這些因素，以保持斜坡的穩(wěn)定性。如果地下水是導(dǎo)致斜坡穩(wěn)定性下降的最敏感性因素，就要想辦法降低地下水水位，使它降到滑面以下，以保證斜坡的穩(wěn)定。二、治理措施當(dāng)斜坡變形跡象已十分明顯或進(jìn)入到加速蠕變階段時，僅采取消除或改變主導(dǎo)因素的措施已不足以制止破壞發(fā)生。在這種情況下，必須及時采取降低斜坡下滑力、增強(qiáng)斜坡抗滑力的有效措施，迅速改善斜坡的穩(wěn)定性。針對不同情況，斜坡變形破壞的治理措施大致可分

16、為以下幾類。1.排水工程斜坡變形破壞常與水的作用有密切關(guān)系，因此要采取排除斜坡地段的地表水和地下水，以清除或減輕水對斜坡的危害作用。排水工程(1) 地表排水 常用的地表排水方法，是在滑坡可能發(fā)展的邊界以外，設(shè)置環(huán)形截水溝（圖8-32），用以攔截旁引自斜坡上部流向斜坡的水流。通常，溝深和溝底寬度都不小于0.6m。為防止水流的下滲，在被保護(hù)斜區(qū)或滑坡范圍內(nèi)，充分利用地形和自然溝谷，布置樹枝狀排水系統(tǒng)，使水流得以匯集旁引如地形條件允許，在滑坡邊緣還可修筑明溝，直接將水引入到截水溝中。如果滑坡體內(nèi)有濕地和泉水露頭，則需修筑滲溝與明溝相配合的排水工程。(2) 地下排水地下水通常是導(dǎo)致斜坡穩(wěn)定性下降的主要

17、因素，因而排除地下水（尤其是滑帶水）成為經(jīng)常采用的有效措施。地下排水措施較多，有盲溝、盲洞、仰斜鉆孔、垂直鉆孔等。其中的盲溝和盲洞，由于造價較高、施工困難，效果又不太穩(wěn)定，一般很少采用。仰斜鉆孔排水（圖8-33）施工簡便，造價低，是一種廣泛采用的措施?？椎难鲂苯嵌纫话悴捎?015。仰斜鉆孔排水可分為有單層、多層、平行狀或輻射狀等布設(shè)方式 2.支擋工程支擋工程是通過改善斜坡力學(xué)平衡條件，提高斜坡抗滑力來增加斜坡的穩(wěn)定性。常采用的方法有擋墻、抗滑樁和錨固等。(1) 擋墻擋墻是目前較普遍使用的一種抗滑工程。擋墻位于斜坡的前緣，借助于自身的重量以支擋斜坡的下滑力。按建筑材料和結(jié)構(gòu)形式不同，有抗滑片石垛

18、、抗滑片石竹籠、漿砌石抗滑擋墻、混凝土或鋼筋混凝土抗滑擋墻等。擋墻的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)較簡單，可以就地取材，而且能夠較快地起到穩(wěn)定斜坡的作用。擋墻常與排水措施聯(lián)合使用，但一定要把擋墻的基礎(chǔ)設(shè)置于最低滑動面之下的穩(wěn)固層中，墻體中要預(yù)留排水孔（圖8-35）。 (2) 抗滑樁抗滑樁的優(yōu)點是：施工安全、方便、省時、省工、省料，且對坡體的擾動少，所以也是國內(nèi)外廣為應(yīng)用的一種斜坡治理工程。尤其是對中、淺層滑坡的治理效果更好?？够瑯栋床牧戏譃槟緲丁摌?、混凝土樁及鋼筋混凝土樁等。抗滑樁的施工方法主要有打入法、鉆孔法和挖孔法三種。對于淺層土質(zhì)滑坡，可直接用重錘把樁打入；對于中厚層的大型滑坡，則多采用鉆孔法和挖孔法施工，抗滑樁一般集中布設(shè)在滑坡的前緣部位，且將樁身全長的 埋置于最低滑動面以下的穩(wěn)固層