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边坡工程设计施工新技术与质量检测验收实务全书主编!王珊北京北影录音录像公司!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!第一篇边坡工程设计施工技术总论第一篇#边坡工程设计施工技术总论)#)第一章#边坡运动危害及防范基础第一节#边坡的应力分布特征边坡的变形破坏与其应力分布状态密切相关!因此!了解边坡周围岩土体中的应力分布状况!对于认识边坡变形破坏的机制是非常必要的根据有限元法分析和光弹试验结果!边坡的应力状态有如下的特点#!坡体中主应力迹线发生明显偏转!坡面附近最大主应力!!的方向与坡面近乎平行!最小主应力!#与坡面近于垂直$图!$!$!%同时!坡体中存在与坡面近于平行的剪应力!其总的趋势是由坡内向外增高!愈近坡脚处愈高!向坡内则逐渐恢复到初始应力状态%坡脚附近形成一明显的应力集中带!特点是最大主应力与最小主应力差达到最大值!出现最大的剪应力集中坡度愈陡!应力集中愈明显#坡面处的岩$土%体!由于侧向压力近于零!实际上变为两向应力状态!向坡内逐渐恢复为三向应力状态&在坡顶和坡面的某些部位!由于水平应力显著降低!最小主应力可能成为拉应力!形成张力带$图!$!$%!%图!$!$!#边坡主应力迹线与最大剪应力迹线分布示意图实线&主应力迹线’虚线&最大剪应力迹线上述应力分布特征是以边坡构成物质为各向同性连续体而进行研究的实际上!边坡的应力分布要复杂得多!它受到岩土体的初始应力状态(坡形(岩土体结构等多种因素的影响岩土体内的初始应力!通常多为自重应力但在某些地区$特别是新构造运动强烈的地区%!地壳运动可能使岩土体中残存有较大的水平应力$残余构造应力%这种水平应力增强了坡脚附近的应力集中及坡顶(坡脚张力带的发展$图!$!$%%!加剧了边坡变形(&(边坡工程设计施工新技术与质量检测验收实务全书破坏程度和范围!图!$!$%#坡面和坡顶张力带!图中阴影部分的分布!’#()#%’&*)##’+()#&’,*)#*’-()!.侧向水平残余构造应力##岩土的天然重度##坡高坡形是影响坡体内应力分布的主要因素!坡角增大$坡面与坡顶张力带的范围扩大$坡脚的剪应力也增高!平面上呈凹形的边坡$由于受坡面走向方向两侧的支撑作用$应力集中程度有明显减缓$坡脚最大剪应力值也显著降低$凸形边坡则恰与此相反!坡体中不同形式的结构面常对边坡的变形破坏起控制作用$这在岩质边坡中表现尤为显著!在结构面的周边出现应力集中现象$应力集中的特点主要取决于结构面的产状与最大主%压&应力的关系!当结构面与主应力方向平行时$在结构面端点将出现拉应力或剪应力集中$引起向结构面两侧张裂%图!$!$#!&!当结构面与主应力垂直时$沿结构面将出现切向拉应力$或在端点处出现垂直于结构面的压应力$这有利于结构面的压密和稳定%图!$!$#&!当主应力与顺坡向结构面斜交时$特别是在两者成#()$&()交角的情况下$将出现最大的剪应力与拉应力$对边坡的稳定十分不利%图!$!$#$&!在结构面的交汇或转折处$由于应力受到阻滞$形成高的拉应力或压应力集中区$这种应力集中区可能成为边坡变形破坏的始点%图!$!$#%&!此外$在软质岩体中$通常应力集中程度较小#在硬质岩体中$沿结构面应力集中程度较高#在软硬两种岩体界面处$硬岩的一侧应力值较高!图!$!$##坡体中结构面上应力集中的特点%!&!!与结构面平行#%&!!与结构面垂直#%$&!!与顺坡向结构面斜交#%%&结构面交汇处第二节#边坡变形破坏的基本形式边坡在其形成过程中$不仅发生上述坡体内应力上的变化$而且还遭受风化’剥蚀等第一篇#边坡工程设计施工技术总论(*(营力的作用使其强度不断降低!在这两方面的影响下边坡可能产生局部的或整体的变形与破坏!变形#破坏二者既有区别又相互联系它们是边坡运动由量变到质变的两个不同的阶段!对于自然边坡$习惯称为斜坡%从变形发展到破坏可能是一个很长的演变过程&但对于人工边坡往往由于成坡$挖或堆填%较快这个过程则有可能是短暂的!一!边坡变形边坡变形是指边坡的岩土体已发生局部的破裂与错动但还未形成贯通性的破坏面!边坡变形虽不能认为边坡已失稳但它是边坡破坏前的征兆!研究边坡变形可以了解边坡运动的全过程以便估计边坡稳定性的现状并预测其破坏的可能性边坡变形主要有松弛拉裂和蠕动两种形式!!松弛拉裂#在高陡边坡的坡顶附近会产生一系列与坡面近于平行的陡倾张裂隙$图!$!$&%!裂隙可由张力带的拉力形成也可由坡体物质被剥蚀后卸荷回弹或因残余构造应力释放而形成!图!$!$&#边坡张裂隙坡体被松弛拉裂后不仅岩土体的整体性被破坏而且水和风化作用更容易深入坡体促使岩土体更进一步削弱最终导致边坡破坏!%蠕动#边坡岩土体在自重等应力的作用下发生向临空面方向长期而缓慢的变形称为边坡蠕动或蠕滑!除自重应力卸荷#构造应力释放#孔隙水压力及地震等也能造成边坡蠕动!根据蠕动是否受已有结构面控制可将其分为’$!%不受已有结构面控制#这种情况在均质土坡和薄层软岩边坡较为典型!图!$!$*为均质土坡的蠕滑情况!蠕滑受最大剪应力面所控制!在潜在滑面以上为一剪切蠕变带密实粘土的应变值$!%可达厚度的%*/!变形进一步发展则已进入滑坡阶段!图!$!$+为反坡向的薄层岩质边坡沿最大剪力带产生的蠕滑!坡的后缘被拉裂岩层发生挠曲!如剪切面进一步贯通则发展为滑坡!在反坡向岩层倾角很陡的情况下薄岩层的端部会向上弯曲厚层或块状岩层则可能发生弯折倾倒!$%%受已有结构面控制#当边坡中存在顺坡向软弱结构面时蠕滑常会沿结构面发生坡体后缘出现拉裂$图!$!$,%!如果结构面的倾角较小蠕滑比较缓慢&如果结构面的倾角接近于其残余摩擦角且后缘拉裂面贯通时就形成滑坡迅速滑动!&+&边坡工程设计施工新技术与质量检测验收实务全书图!$!$*均质土坡中的蠕滑%!!%%最大剪应力迹线#%0!潜在滑面#&坡面变形#&&坡顶沉降量#’剪变带厚度图!$!$+#反坡向薄层岩质边坡受重力作用发生蠕滑!黑云母片岩#%混合岩##花岗岩#&覆盖层图!$!$,#蠕滑受已有结构面控制因开挖面发展为滑坡!原地面线#原开挖线#$沿多个层面滑动的页岩层二!边坡破坏随着边坡变形的发展$变形所产生的局部破坏面将逐渐扩展%一旦破坏面形成连续的与外界贯通的分离面$分离的岩土体将由缓慢的蠕动转变为增速移动$以一定的加速度脱离母体$这时$边坡即已破坏%当边坡受到水的渗入!振动!坡角增大及外荷载作用时$易发生上述情况%边坡破坏的形式如表!$!$!所示$其中滑坡!崩塌及泥石流等三种比较常见%它们对工程的危害很大$下面将分节进行讨论%第一篇#边坡工程设计施工技术总论&,&表!$!$!#自然边坡!斜坡破坏形式分类破坏类型特##征滑坡#边坡上的岩土体在重力!水!地震等因素的影响下失去稳定沿贯通的破坏面#带$整体向下滑动崩塌#陡坡或悬崖上的大块岩土体在重力或地震的作用下突然向下崩落%崩落的岩块顺山坡翻滚!跳跃!撞击!破碎最后堆于坡脚%大规模的崩塌称为山崩塌方#陡坡上的风化岩屑在重力!水!地震等影响下向坡脚坍落倾倒#边坡岩体受重力长期作用或构造应力释放岩块发生向临空面转动或转动滑移坐落#错落$#边坡底部岩体因自重压密!被掏空或软岩塑流挤出至使其上面的岩土作整体下错位移坠落#落石$#悬崖或陡坡上的个别岩块突然掉落但坡体本身基本稳定%将要坠落的岩块称为危岩剥落#散落$#边坡表层岩土因受物理风化而成碎块经常不断地沿坡面滚落堆于坡脚塌陷#边坡因冲刷!溶蚀!掏空!采空等原因而引起上覆岩土体下沉冲刷#边坡的岩土在流水的动力作用下被冲蚀!搬运潜蚀#边坡因地下水活动而造成的破坏泥石流#由暴雨或迅速融化冰雪而形成的急骤水流挟带堆积在缓坡或山谷中的大量堆积物成为泥石洪流冲向山前地带复合破坏#两个或两个以上上述破坏类型的组合第三节#滑坡边坡上的岩土体在自然或人为的因素影响下失去稳定沿贯通的破坏面#或带$整体下滑的现象称为滑坡%它往往是缓慢!长期!间歇性地向下滑动但也有一些滑坡表现为急剧的运动%滑坡常造成巨大危害在各类边坡破坏中它是危害性最大!分布最广的一类%例如!-1#年甘肃洒勒山滑坡三分钟内+(((万2#土体下滑掩埋了三个村庄死亡%#,人%又如!-1*年三峡新滩滑坡#(((万2#土石下滑%((万2#滑入长江激起#+2高的涌浪毁船,,条!(人丧生新滩古镇也被毁%过去在建设中由于对滑坡认识不足有的工程被滑坡摧毁有的则被迫迁厂或耗费巨资来整治%在山区铁路建设中如宝成!宝天!鹰厦等线也都花费了大量投资整治滑坡才保证了线路通畅%所以在工程建设中怎样认识和防治滑坡就成为一项重要的任务%*1*边坡工程设计施工新技术与质量检测验收实务全书图!$!$1#滑坡要素分布!!平面图#!剖面图一!滑坡的形态特征滑坡具有明显的形态和边界$它是判断滑坡存在和范围的重要依据%图!$!$1表示均质滑坡的形态和细部结构$其特征如下&!滑坡体#简称滑体$即与母体脱离向下滑动的那部分土石体%滑体在下滑时通常能大体上保持整体性$但在发展的过程中多有不同程度的变形和解体%%滑坡床#滑体之下未受滑动的岩!土体%#滑坡面#简称滑面$滑体与滑坡床之间的分界面$也即贯通的破坏面%滑面由于滑动摩擦$常较光滑且有擦痕%滑面以上受滑动揉皱的土石带称为滑!动带$其厚度为几厘米至几米%在均匀粘性土和碎石土中$滑面多呈圆弧形#在岩层中$滑面形状受软弱结构面控制$多呈平面形’楔形或折线形%&滑坡周界#滑体与其周围未滑动部分在平面上的分界线%它圈定了滑坡的范围%沿滑坡两侧的周界线常会形成冲沟%当冲沟发育很深时$将在滑坡后缘趋向会合$呈现(双沟同源)%这种现象常可用来判定滑坡的存在及侧向边界的位置%*滑坡壁#滑坡后都滑下所形成的陡壁%它实际上是滑面的露出部分$平面上多呈圈椅状%壁高数十厘米至数十米$个别可达百米%+滑坡台阶#滑体因各级下滑速度和幅度不同而形成的一些台阶%,封闭洼地#滑体与滑坡壁之间有时拉开或陷落形成洼地%它可集水成沼泽或水塘%老滑坡的洼地常被填平%1滑坡舌#滑体前缘伸出呈舌状的部分%舌根隆起部分称为滑坡鼓丘%最前端为滑面出露部分叫滑坡出口%-滑坡裂缝#滑体在滑动时由于各部分受力性质不同$产生不同类型的裂隙系统%一般分为拉张裂缝’剪切裂缝’鼓张裂缝等%上述滑坡形态特征也统称为滑坡要素%第一篇#边坡工程设计施工技术总论*-*二!滑坡的发育阶段滑坡的发生和发展经历不同的变化过程!通常可划分为三个阶段!蠕滑阶段#边坡产生局部破坏面#包括新产生的或沿原有结构面的局部破坏面$!后缘出现断续的拉张裂缝并有不大的错距!两侧也出现断续的剪切裂缝!坡脚可能有挤压%渗水现象!但尚未形成贯通的滑动面&%滑动阶段#当滑动面已贯通并有了出口!后部及两侧主裂缝也连通!两侧羽状裂缝已错开!后缘下陷滑坡壁出露!前缘隆起!坡面出现台阶!这时滑坡已处于滑动阶段!滑动速度可明显觉察到&此外!如果坡面长有树木!则树木将会歪斜!形成’醉林(&在高陡的边坡地带!当滑面很陡且呈脆性破坏时!滑坡能出现剧滑阶段!滑坡的滑动速度很快!后缘裂缝急剧张开%下错!两侧及前缘产生坍塌!滑体能向前滑移较大的距离&滑动时可发出岩石挤压破碎的响声!甚至产生气浪&#稳定阶段#经滑动之后!滑体的重心降低!能量消耗于克服滑移阻力和滑体变形!滑带的物质因重新固结而强度有所恢复&这样!滑体的抗滑力增加!滑动速度逐渐减小!滑体在自重压力作用下压密!地面裂缝闭合消失!滑坡趋于稳定&经过一段时间之后!滑坡台阶及滑坡壁变得平缓!壁上生长草木!原来歪斜的树梢又重新长直!成为弯曲的’马刀树(&滑坡稳定之后!如引起滑动的因素消失或减弱!滑坡就能长期稳定)否则!老#或古$滑坡又能复活!开始新的一轮滑动&三!滑坡的分类滑坡的分类方法很多!现将常用的分类列表于后#表!$!$%$&四!产生滑坡的条件产生滑坡的条件#或因素$十分复杂!归结起来可分为内部条件和外部条件两个方面&实践经验表明不良的地质条件是产生滑坡的内部条件!而人类的工程活动和水的作用则是触发并产生滑坡的主要外部条件&不具备这些条件!滑坡就不会发生&而在已经发生滑坡的地区!如有可能人为地改变这些条件!滑坡也有可能得以稳定下来&所以!如果