西南科技大学本科工程地质8斜坡变形破坏工程地质研究-1

工程地质学ENGINEERINGGEOLOGY主讲人：刘岁海lecturer：LiuSuihai斜坡变形破坏工程地质研究Engineeringgeologystudyofslopedeformationfailure主要内容(MainTopics)•概述（Outline）•斜坡应力分布特征（Stressdistributingpropertyofslope）•斜坡变形破坏的基本形式（Styleofslopedeformationfailure）•崩塌（Falling）•滑坡（Landslide）•影响斜坡稳定性的因素（Factorofaffectingslopestability）•斜坡稳定性评价（Evaluationofslopestability）•滑坡预测预报（Forecastoflandslide）•斜坡变形破坏的防治（Preventionandcureofslopedeformationfailure）第一节概述斜坡（slop）：指地表一切具有侧向临空面的地质坡体，是一类广泛的地貌类型。斜坡变形破坏是地质发展演化的重要过程。斜坡的基本组成要素(1)、坡面AC(2)、坡肩A(3)、坡顶AB(4)、坡脚C(5)、坡高H(6)、坡角(7)、坡体MMHABC斜坡分类天然斜坡：沟谷岸坡、山坡人工边坡：露采边坡、基坑边坡物质组成岩坡土坡按高度H高坡中坡低坡岩坡H15m土坡H10m岩坡8mH15m土坡5mH10m岩坡H8m土坡H5m形成按坡角大小陡坡=30°中坡15°=30°缓坡15°内凹型外凸型直线型复合型坡面形态斜坡岩层中裂缝发育，易形成崩塌、滑坡1963年10月夜间发生在意大利北部山区的Vajont水库，被公认为是世界上最严重的滑坡灾害。该水库库容10亿立方米，坝高267米，是当时世界上最高的双曲拱坝。工程实例水库蓄水造成水库岸坡地下水位的相应抬高，地质环境发生了急剧变化，2.6亿立方米的石灰岩山体以20M/S以上的速度滑入水库。最大涌浪高度250M，越过坝顶高度达150M，库水迅猛泻向下游。洪水摧毁了下游数公里以内的5个村庄，2600人在梦中死亡。该水库也因滑坡填入而报废。1980年6月3日晨5时35分发生在湖北省远安县盐池河崩塌，16秒钟内摧毁矿务局机关全部建筑物和坑口设施，导致284人死亡。•三峡库区巴东新城址三次选址，两次搬迁，一直未跳出就滑坡论滑坡的“怪圈”。2002年才开始关注整个扇形大斜坡的稳定问题，担心是否会出现意大利瓦依昂水库滑坡那样的灾难，直到2005年提出“巴东复杂斜坡系统”，而不是小小的“黄土坡”还是“赵树岭”！19821988？19961992？？巴东新城址三次选址，两次搬迁三峡库区巴东县新城区地质灾害防治工作程度图整个扇形大斜坡的工程地质？没做工作！！！第二节斜坡应力分布特征原始应力状态：H1H31－＝＝H131、斜坡周围主应力迹线发生明显偏转愈接近临空面,最大主应力1愈接近平行于临空面,3与之正交,向坡内逐渐恢复到原始状态。一、重分布应力的特点2、在坡脚及坡肩附近形成应力集中区（1）、坡脚附近最大主应力显著增高,且愈近表面愈高；最小主应力显著降低。这一带是坡体中应力差或最大剪应力最高的部位，形成最大剪应力增高带，往往产生与坡面或坡底面平行的压裂面。1（2）、在坡顶面和坡面的某些部位,坡面的径向应力和坡顶面的切向力可转化为拉应力,形成张力带,易形成与坡面平行的拉裂面。3、与主应力迹线偏转相联系,坡体内最大剪应力迹线由原来的直线变成近似圆弧线,弧的凹方向朝着临空方向。4、坡面处由于侧向压力趋于零,实际上处于两向受力状态,而向坡内逐渐变为三向受力状态。二、影响斜坡应力分布的因素1、岩体初始应力的影响初始应力场，尤其水平剩余应力使坡体中主应力迹线的分布形式有所不同，改变各应力值的大小；使应力分异现象加剧,尤其对坡脚应力集中带和坡面张力带的影响最大。2、坡形的影响(1)、坡高：不改变应力等值线图象，应力随坡高而增高。(2)、坡角：坡角变化明显改变应力分布图象。随坡角变陡，张力带的范围有所扩大，坡脚应力集中带最大剪应力值也随之增高。(4)、坡面形态平面上的凹形坡，应力集中明显减缓。圆形和椭圆形边坡，坡脚最大剪应力仅为一般斜坡的1/2。(3)、坡底宽度当W0.8H时,坡脚最大剪应力随底宽增大而急剧减小。当W0.8H时，则保持为一常值（称为“残余坡角应力”）3、斜坡岩土体特性和结构特征的影响11岩土体的变形模量对均质坡体的应力分布无明显影响。泊松比可改变主应力和剪应力的分布,引起张力带变化。随着增高，坡面和坡顶的张力带逐渐扩展；而在坡底则反之，增高，张力带收缩。结构面的产状、性质的差别，使斜坡中的应力分布出现了不连续性，在不连续面或软弱面的周边形成应力集中或发生应力阻滞。第三节斜坡变形破坏的基本形式一、斜坡变形斜坡受到侵蚀卸荷作用和开挖卸荷等作用所产生的应力释放效应，而引起的斜坡表层岩土体的弹塑性回弹和蠕变位移。形式：(1)、卸荷回弹卸荷、初始应力释放侧应力减弱产生张裂面(2)、拉裂斜坡形成过程中，在坡面和坡顶形成的张力带中拉应力集中形成拉张裂缝重庆黔江大河口水电站坝肩拉裂变形破裂(3)、蠕滑斜坡岩土体在自重应力的长期作用下,向临空面方向的缓慢而持续的变形。A、表层蠕滑：斜坡浅层岩土体在重力的长期作用下，向临空面方向缓慢变形构成一个剪变带，其位移由坡面向坡内逐渐降低直至消失。B、深层蠕滑：主要发育在斜坡下部或坡体内部。按其形成机制特点可分为两种：①、软弱基座蠕滑②、坡体蠕滑（受软弱结构面控制）(4)、弯曲倾倒由陡坡或直立板状岩体组成的斜坡，当岩层走向与坡面走向大致相同时，在自重的长期作用下，由前缘开始向临空方向弯曲、折裂，并逐渐向坡内发展的变形，称为弯曲倾倒。二、斜坡破坏1、崩塌陡坡上的岩土体产生以下落运动为主（移动、滚动、跳跃）的破坏现象。（土崩、岩崩）（山崩、坠石）。5.12汶川地震引发绵阳至北川公路边坡崩塌5.12汶川地震引起甘肃省陇南成昆线徽县车站1号崩塌体堵断嘉陵江，上下游水位差10米。3号崩塌体砸坏车头引起燃烧，两人受伤。地震引发安县至高川乡公路崩塌造成车辆滞留，120多人死亡2、滑坡斜坡岩土体依附于内在的或潜在的贯通结构面，在外力作用下，失去原来的平衡状态，产生了以水平运动为主的滑动现象。3、两者的区别①、运动方式②、破坏形式③、是否脱离母体，存在滑动面④、规模及速度第四节崩塌一、崩塌的类型及形成条件崩塌一般发生在厚层坚硬岩体中。灰岩、砂岩、石英岩等厚层硬脆性岩石常能形成高陡的斜坡，其前缘常由于而形成卸荷裂隙的发育而形成陡而深的张裂缝，并与其它结构面组合，逐渐发展连续贯通的分离面，在触发因素作用下发生崩塌。此外，由缓倾角软硬相间岩层组合的陡坡，由于软弱岩层被风化剥蚀而形成凹龛，使上部的坚硬岩层失去依托，故也常发生局部崩塌。1、滑移式崩塌岩质边坡，裂隙发育的岩体，节理及层面控制，倾坡处节理起主控作用。依附面倾角一般30-65°左右，顺坡走向上呈现不规则的锲形体，剪出点可在坡脚，也可坡体的任何地方，往往为滑移式，一般线路不会太大，为累进性。常见类型土坡,为风化破碎带或第四系堆积层，坡段比较陡，松散层产生蠕动变形，形成雨季饱水等，产生累进式破坏。滑移式崩塌岩质边坡,软夹层结构，坚硬块状体。因脚下软层等掏空而成悬臂式拉断。破坏方式，可能为拉断下坠，也可能稍后部拉断，部分依托软面而翻转下坠，常见于河谷岸坡以及脚下开采条件。采矿2、悬臂拉断式崩塌ab岩坡A、为薄层软弱夹层长期蠕变弯曲折断，形成崩塌，受高陡坡形、软弱层控制，发展慢。B、为柱状块体，底脚压裂，在水荷载作用下，引起翻转。3、倾倒式崩塌土坡,下面层被掏空或变形破坏，上部失去支持而产生向下坍塌。4、座落式崩塌崩塌的破坏方式若不依附某一面崩塌时，总是下坠或坐落；若依附某一面崩塌时，具有滑移或翻转特性。后者通常用如下的方法作出判断：一个置于斜面上的岩块，它的高度为h和底边长为b，并且假定阻止岩块向下运动的力只是由于摩擦作用而产生的，也即是c=O。代表岩块重力W的矢量落于底边b之内时，如果斜面倾角大于摩擦角，岩块将产生滑动；但是，如果岩块高而细，重力矢量W可能落在底边b外，此时岩块将倾倒，也即绕其最低的接触边棱而旋转。置于斜面上块体的几何要素WsinΨWcosΨWΨΦbh崩塌的形成条件1、地形地质条件一个陡坡，尤其是大于60°的坡，坡高几米到几百米。大型自然崩塌多见于江河峡谷陡峻地段，以岩石大型崩塌居多，或者人工路堑、矿山等边坡。一般坡度大于40°～50°时，对于裂隙发育的岩体，尤其发育高倾角裂隙时，在裂隙下部有软层配合下，易产生较大崩塌。2、崩塌的诱发条件（1）、高陡坡，重力作用，引起拉裂变形，导致崩塌。（2）、坡脚开挖，掏空，坡脚软岩压裂，因此失去支撑作用。（3）、长时间降水，产生水压力。（4）、冻胀后解冻，使土体饱水段强度降低，或产生涨缩现象。（5）、震动等。二、崩塌运动学特点崩塌的运动规律特别复杂，根据抛石试验及现象研究，崩塌落石在不同坡度上，其总体服从的运动规律如下图。滚－滑滚坠－跳跳－滚坠跳－滚－滑－停（1）、缓坡段（0°α≤27°～31°）：只在初速V0时可以运动，减速运动形式，若石块高处滚下，可转为滚动－滑动－停止。否则不运动。（2）、较陡坡段（27°～31°α≤40°）：当具有V0时，运动形式同(1)；无V0时，可不运动，而无V0也运动时，运动形式同(3)。（3）、陡坡段（40°α≤60）：无V0也可运动，加速运动。运动形式随坡形及块石形状有关，多是滚动，也可为滑动。有较大的冲击力。（4）、陡峻段（60°α≤90°）：无V0也可运动，自由坠落，有很大的冲击力。