黄润秋：边坡变形破坏机理及其识别-贵州讲课

斜坡变形破坏机理及大型滑坡识别成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室2012年04月13日黄润秋前言斜坡变形破坏的基本类型大型滑坡机理及其早期识别结束语提纲788350962510868487850409682365774432628248666327486177291563927740105001000150020002500300020012002200320042005200620072008200920102011死亡人数（人）经济损失（千万元）2001年~2011年我国因地质灾害死亡人数和直接经济损失。其中，约70%的人员伤亡是大型滑坡所造成的。2010年，我国因地质灾害死亡人数2915人，其中75%是由9次大的滑坡泥石流事件造成的。难在早期识别难在失稳前兆的识别和判别。。。。前言斜坡变形破坏的基本类型大型滑坡机理及其早期识别结束语提纲⑴拉裂为拉断破坏，包括以拉应力为主造成的拉裂和以压应力为主造成的压致拉裂。其力学特征表现为弹性介质模型；⑵蠕滑为剪切变形为主，包括沿坡体或某潜在剪切面的剪切蠕变、沿原有结构面的滑移和介于两者之间的蠕变－滑移，即蠕滑。⑶弯曲系指弯曲变形，按受力方式可分为横弯曲和纵弯曲；按支持约束方式，可分为简支梁、外伸梁和悬臂梁弯曲等。其流变特征一般属粘弹－粘塑性介质模型；⑷塑流系指岩土体中软弱层（带）的压缩和向临空或减压方向的塑性流动，包括岩土体中原有软弱层的塑性流动，也包括岩土体变形破坏发展中的压碎带或塑性破坏带的塑性流动，其流变特征属粘弹－塑性介质。斜坡变形破坏的基本类型蠕滑（CREEP）：“蠕滑”是斜坡在自身重力的恒定持续作用下，所发生的随时间的缓慢变形。tε稳定蠕变型非稳定蠕变型渐变型突发型蠕滑是斜坡变形破坏最基本的形式，自然界的一切斜坡随着时间的发展，均在不断的蠕变之中，“变”是绝对的，“静”是相对的。斜坡通过“蠕滑”，不断的积累变形，最后到破裂、破坏，产生地面物质运动，从而结束斜坡的变形破坏的演变过程，代之而起的新的一轮斜坡的演化。通常情况下，斜坡的蠕滑变形是非常缓慢的，其量级为每年mm级及其以下，尤其是在硬质岩石构成的斜坡中，这样的变形在人类活动或工程服务有限的时期内，几乎是没有实际意义的。但是，在松散体斜坡、软质岩、中硬岩斜坡或含软弱结构面的岩体中，这种变形的量级会显著增加，从而表现出显著的实际意义。斜坡的蠕滑通常表现为两种类型，一种是斜坡物质向坡体下方的持续蠕动位移；另一种就是沿结构面的剪切蠕滑。这两种变形均具有坡体表面大，向坡体内部逐渐减小的特点。在常规重力作用下，岩土体的蠕变行为：tS稳定蠕变非稳定蠕变渐变型突发型123456cc：长期强度：c流变下限拉裂（CRACKING）：拉裂是斜坡在张（拉）应力环境条件下，产生的破裂形式。是斜坡最为普遍、最为常见，也是最为重要的破裂形式。拉裂，形式虽然简单，但是产生内在机理确非常复杂，主要有以下类型；（1）由边坡应力分异形成的拉裂：内在本质是河流下切或边坡开挖过程中，坡体卸荷，导致坡顶出现拉应力，从而导致岩体拉裂；进一步可分为纯张裂和压致张裂；（2）由斜坡蠕滑变形导致的拉裂：（3）由采空区塌陷导致的拉裂；（4）由采空区诱导的拉裂；（4）复合型拉裂。（1）由边坡应力分异导致的拉裂σ1+3σ3=0沿贯通结构面的沿断续构面的三峡船闸高边坡（整体块状结构岩体的边坡）主要特点（1）破裂的发生主要来自于边坡应力分异产生的拉应力，因此一般位于坡体的顶部；（2）与应力分异过程密切联系，如边坡的开挖，河流的下切。一旦这些作用停止，破裂过程也就停止；（3）大多是平行坡面的，“直线”延伸的；（4）一般在斜坡变形的初期阶段发生。（2）由边坡蠕变导致的张裂uuu主要特点（1）破裂主要是由于斜坡的蠕变变形导致，分布于坡体中上部；（2）随时间是持续发展的，其出现一般意味着斜坡变形处于发展阶段；（3）沿后缘弧形展布；（4）裂面通常比较新；（5）后期表现呈若干带状，并出现错动。I-1I-2IIIII2005年2月的丹巴县城后山滑坡曾差点使整个县城毁于一旦。（3）由地下采空区诱导的张裂由于采空区的形成，诱使在坡顶出现拉应力，从而导致坡体拉裂。开阳磷矿矿区主要特点（1）采空区没有塌陷，坡体地形陡峻；（2）出现在坡顶，靠近坡肩坎部位（坡顶之前缘）；（3）厚层状硬质岩地层；（4）裂面通常很新；（5）易于产生崩塌、滑塌等破坏。（4）由采空区塌陷导致的张裂复合型张裂边坡变形破坏动力过程的三阶段：(c)累进性破坏(a)表生变形u(b)时效变形uu边坡形成，由应力分异导致的拉裂边坡破坏滑动面孕育发展，由蠕滑时效变形导致的拉裂地质-力学内涵变形量U时间T时效变形阶段累进性破坏及滑面贯穿阶段表生改造阶段边坡变形的动力来自与应力释放的驱动，总体是弹脆性的，产生坡体后缘拉裂，但滑面未进入演化。符合弹-脆性模型。表生改造完成后，由重力驱动产生的变形，为塑性变形，随时间，变形发展，滑动面逐渐孕育，并达到峰值强度。符合流变模型。边坡演化的最后阶段，滑面强度超过峰值，沿滑动面产生累进性破坏，并最终贯穿，形成滑坡。应变软化模型。uuu倾倒（Toppling）：陡立岩层在向破外的力矩作用下所发生的弯曲-倾倒变形。通常发生近直立或陡倾坡外的中等（偏软）坚硬层状岩体或被陡倾节理分割的坚硬块状岩体中，层厚以中-薄层状为主，如中厚~薄层的的灰岩、变质砂岩、板岩等。倾倒变形的本质也包括两类：（1）以“结构变形”为主的硬岩倾倒；（2）以岩体自身弯曲变形为主的中-软岩倾倒。滑动面原始完整岩体自然历史时期少许弯曲变形坡体前沿开挖边坡前端开挖后坡体前部顶端沿层面分离内部顺坡向裂隙开始大面积形成内部裂隙贯通形成滑坡边坡岩性：为MⅤ-1黑云花岗片麻岩,挤压带面较为发育。残体厚度2~3mSN向陡节理密集发育。其中部分呈隐节理，在残体中仍有保留。EW向挤压面EW/N∠40~501400m一般地说，这类倾倒的范围较小，以20m深度以外居多，表现为浅层稳定性问题。这类变形还通常出现在山梁表部地形较陡部位。由于潜在破裂面呈锯齿状，这类倾倒很难表现为整体破坏，而是以局部由前部向后部逐次扩展。左岸4＃山梁下游侧(1600栈道下方)脆性折断倾倒(朝河谷方向)4#山梁SN向陡节理发育残体厚度10~15m1600栈道F11MⅣ-1黑云花岗片麻岩因此，这类倾倒可能变形范围较小，由于不含软层，因此，通常表现为“折而立断”，形成明显的根部折断面。由于折断面形态较为复杂，因此，一般不会产生沿面的滑动，而多表现为下部开挖失去“支撑”后的逐级后退式破坏。对开挖边坡来说，这类变形应该有效控制，以防出现折断失稳。模式1：脆性折断型倾倒变形发育的基本条件和特征31445105101.2mN70°E/NW∠78°N68°E/SE∠53°N50°E/NW∠55°单位：cm稳定性评价方法lrlnlnHaLaHwLHpp)cossin(2)tan(Goodman、Bray法：阶梯状底面上岩块倾倒分析模型岩块倾倒岩块滑动Goodman、Bray法模式2：延性弯曲型通常发生在软-中等偏软、或软弱片岩带发育的坡体部位，以软弱层状岩体（片岩、泥质板岩、碳质板岩等）为主。变形的本质主要是岩层在长期的地质历史过程中所发生的蠕变或流变变形。通常“折而不断”。扩离（Spreading）：塑流系指岩土体中软弱层（带）的压缩和向临空或减压方向的塑性流动，包括岩土体中原有软弱层的塑性流动，也包括岩土体变形破坏发展中的压碎带或塑性破坏带的塑性流动，其流变特征属粘弹－塑性介质。斜坡变形破坏的基本地质力学模式：蠕滑(滑移)一拉裂；滑移—压致拉裂；弯曲一拉裂；塑流一拉裂；滑移一弯曲。这些斜坡变形地质力学模式，揭示了斜坡发展内在的力学机制，并且在很大程度上确定了斜坡岩体最终破坏的可能方式与特征。边坡变形破坏主要地质力学模式实践证明，斜坡变形破坏地质力学模式与斜坡岩(土)结构类型之间存在着一定的成生联系。各类模式有自身的形成和演化规律，演化过程中表现出阶段性特征。不同发展阶段其外形和内部结构特征有所区别。这些特征可作为判别斜坡是否已发生变形和其变形所处阶段的地质依据。这往往是斜坡稳定性地质分析中极为重要的环节，是建模(建立概念模型)分析的重要依据。rrPPr类型主要特征主要变形模式可能破坏方式结构及产状外形Ⅰ均质可似均质体斜坡均质的土质或半岩质斜坡，包括碎裂状或碎块状体斜坡决定于土、石性质或天然休止角蠕滑—拉裂转动型滑坡或滑塌Ⅱ层状体斜坡平缓层状体坡αβ滑移—压致拉裂平推式滑坡，或滑塌缓倾外层状体坡）α≈β滑移—拉裂顺层滑坡，或块状滑坡中倾外层状体坡α≥β滑移—弯曲顺层一切层滑坡陡倾外层状体坡α≥β弯曲—拉裂崩塌或切层转动型滑坡陡立一倾内层状斜体坡弯曲—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坡上陡）α≤β滑移—弯曲顺层转动型滑坡Ⅲ块状体斜坡可根据结构面组合线产状按Ⅰ类方案细分滑移—拉裂为多见滑坡、滑塌Ⅳ软弱基座体斜坡Ⅳ1平缓软弱基座体斜坡Ⅳ2缓倾内软弱基座体斜坡一般情况上陡下（软弱基座）缓塑流—拉裂扩离、块状滑坡崩塌，转动型滑坡（深部）前言斜坡变形破坏的基本类型大型滑坡机理及其早期识别结束语提纲锁固段型滑坡内部锁固段型滑坡(三段式滑坡)中部锁固段型滑坡(关岭型滑坡)前缘锁固段型滑坡(武隆型滑坡)深层倾倒型滑坡滑移-弯曲型滑坡阶梯状蠕滑-拉裂滑坡陡裂控坡型滑坡支撑拱型滑坡（堆积层滑坡）大型滑坡形成的地质-力学机理暴雨平推式滑坡单级平推式滑坡多级平推式滑坡强震溃滑型滑坡切坡减载型滑坡内动力驱动为主的模式外动力触发或诱发为主的模式“锁固段”型滑坡坡体内部包含有由特定地质结构构成的，对坡体变形有阻隔“锁固”作用的高强度部位。锁固段对坡体稳定起控制作用，一旦破坏，将产生坡体的骤然破坏，导致剧烈滑坡。内部锁固段型中部锁固段型前部锁骨段型中部锁固段前缘蠕滑段后缘拉裂段DebrisbsFKFHcr=0.5763H–27.0992三段式滑坡形成机理及其识别(1)Lockedsegmentplaysakeyroletokeepthestabilityoftheslope(2)Progressivefailurewiththedeepeningoftensioncrackandslippingofinfront,(3)Brittlefailureofthelockedsegment.(4)Aircushionandfluidizationmaybeincluded洒勒山滑坡:1983年3约11日发生在甘肃东乡，总体积3100万m3。导致237人死亡。LandslideborderOriginalplaceofthehouseTreeplaceafterslideHouseplaceafterslide37053Leveldist.(m)Leveldist.(m)200019901990199019901980197022002100215020002050RiverBaxie200m85013109017690377601054205337053250192Feather-likecrackOriginalpositionofthetreesTrees,houseContour(m)2010PrimarynaturalriverwayCurrentmanpowerriverway高速远程运动,20m/sand1100m地物的位移矢量滑体中的锥形体，上有旋转的擦痕1975207521752275m1500125010007505002500mBaxieRiverFormerBaxieRiverwayⅠⅣⅡⅡⅢⅠSAlluvialdepositAlluvialdeposit,ancientlandslideLoessTertiarymudstonePotentialslipplane1975207521752