滑坡破坏机理分析研究及稳定性计算理论.docx

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滑坡破坏机理分析研究及稳定性计算理论

3滑坡破坏机理研究及稳定性计算

3.1边坡滑坡破坏机理

3.1.1水平坡的变形破坏机理

水平坡是指岩层倾向大致与边坡走向一致，而岩层倾角小于软弱岩层面残余摩擦角的一类层状岩质边坡。

这类边坡的主要变形机理为滑移——压致拉裂，在这一变形机制下，其可能的破坏模式为转动型滑坡<弧面破坏），具体过程描述如下：

边坡形成后由于卸荷回弹或者蠕变，坡体沿平缓结构面向坡前临空方向产生缓慢的滑移。

滑移面的锁固点或错列点附近，因拉应力集中生成与滑移面近于垂直的拉张裂隙，向上<个别情况向下）扩展且其方向渐转成与最大主应力方向趋于一致<大体平行坡面）并伴有局部滑移。

这种拉裂面的形成机制与压应力作用下格里菲斯裂纹的形成扩展规律近似，所以它应属于压致拉裂。

滑移和拉裂变形是由斜坡内软弱结构面处自下而上发展起来的。

据实例分析和模拟研究，这类变形演变过程可分为三个阶段<图3-1）。

图3-1滑移-压致拉裂变形演变图

<1）卸荷回弹阶段

人工边坡在边坡开挖形成后，由于边坡以外岩土体的卸除原有的平衡状态被打破，边坡岩土体将向临空面方向发生膨胀变形。

对近水平层状岩质边坡而言，这种变形表现为沿岩层面向临空面方向缓慢滑移，如图3-1

<2）压致拉裂面自下而上扩展阶段

坡底附近岩层在上面岩土体的高压力作用下，随着滑移变形的发展，逐渐产生近似垂至于岩层面的裂隙，如图3-1

这种裂隙逐渐贯彻岩层，使原有岩体结构逐渐破坏而松动。

受其影响，其上岩层也将逐渐开裂使裂隙向上扩展如图3-1

但这一阶段岩体仍处于稳定破裂阶段。

图3-1所示为一典型实例。

花岗岩体中十分发育的席状裂隙产状近于水平，另有两组陡倾裂隙，共中一组走向与坡面近于平行。

平铜内岩体蠕变松动迹象明显，平行坡面陡倾裂隙普遍被拉开，并出现多条滑移面与陡倾裂断面交替的阶状裂隙。

在平嗣约60m深处见有一条阶状裂面，陡面张开达2.scln，由其中涌出大量黄泥浆水。

与此同时邻近钻孔水位普遍降落，表明与滑移相伴的压致拉裂面己与地表贯通。

在陡缓交界处见有所示羽状裂面，说明变形体己有轻微转动。

<3）滑移面贯通阶段

变形进入累进性破坏阶段。

变形体开始明显转动，陡倾的阶状裂面成为剪应力集中带，陡缓转角处的嵌合体逐个被剪断、压碎，并伴有护容，使坡面微微隆起，如图3-1

待陡倾裂面与平缓滑移面构成一贯通性滑移面，则将导致破坏。

此外，这类变形体在暴雨作用下，还可造成平推式滑坡。

3.1.2顺向坡的变形破坏机理

<1）缓倾层状坡

这类边坡是指边坡走向与岩层走向基本一，岩层倾角较缓，大于岩层面的残余摩擦角而小于岩层面的基本摩擦角的一类岩质边坡。

这类边坡由于岩层倾角较缓，处于经济方面的考虑，边坡倾角往往大于岩层倾角。

缓倾层状岩质边坡的变形机制主要为滑移一拉裂，在这种变形机制下其可能的破坏形式为沿岩层的顺层滑移。

斜坡岩体沿下伏软弱面向坡前临空方向滑移，并使滑移体拉裂解体。

受已有软弱面控制的这类变形，其进程取决于作为滑移面的软弱面的产状与特性。

当滑移面向临空方向倾角己足以使上覆岩体的下滑力超过该面的实际抗剪阻力时，则在成坡过程中该面一经被揭露临空，埃后缘拉裂面一出现即迅速滑落，蠕变过程极为短暂。

一般情况下，当时，即可出现这种情况。

而当时，变形可向滑动逐渐过渡，发展为由坡前向顶缘逐步解体的块状<又称迷宫式）滑坡。

滑移块体的一侧，如因某种原因<如滑移面产状的变化、侧向切割面的限制等）受阻，可表现为平面旋转式的滑移一拉裂。

<2）顺层坡

顺层坡是指边坡走向与岩层走向基本一致，岩层倾角较缓倾边坡陡，大于岩层面的基本摩擦角。

这类边坡通常顺着岩层刷坡，形成顺层坡。

顺层坡的变形以滑移－弯曲－拉裂为主，其可能的破坏形式为屈曲破坏。

这类斜坡的滑移控制面倾角已大于该面的峰值摩擦角，上履岩体具备沿滑移面下滑条件。

但由于滑移面未临空，使下滑受阻，造成坡脚附近顺层板梁承受纵向压应力，在一定条件下可使之发生弯曲变形。

变倾角外<椅状）层状体斜坡中，也可发生类似的变形。

滑移面前缘虽已临空，但平缓段上覆岩体起阻抗作用。

在上部陡倾段滑移体的作用下，可在岩层转缓部位造成弯曲变形。

图3-3滑坡形成过程示意图

这类变形演变过程可分为三个阶段<以平面滑面为例）。

①轻微弯曲阶段<图3-3a）。

弯曲部位仅出现顺层拉裂面、局部压碎，坡面轻微隆起，岩体松动。

弯曲隆起通常发生在近坡脚而又略高于坡脚的部位，这可能是由于该处顺层压应力与垂直层面的压应力之间压力差较大所致。

此外，层状岩体原始起伏弯曲部位，也是有利于发生弯曲的部位。

②起伏弯曲部位，也是有利于发生弯曲的部位。

强烈弯曲、隆起阶段<图3-3b）。

弯曲显著增强，井出现剖面X型错动，其中一组逐渐发展为滑移切出面。

由于弯曲部位岩体强烈扩容，地面显著隆起，岩体松动加剧，往住出现局部的崩落或滑落，这种坡脚附近的“卸载”也更加促进了深部的变形与破坏。

③切出面贯通阶段。

滑移面贯通井发展为滑坡，具崩滑特性，有的表现为滑塌式滑坡。

“椅”形滑移面情况与平直滑移面的有所不同，其强烈弯曲部位发生在滑移面转折处，且不需形成切出面而沿原有靠椅形面滑动。

<3）陡倾层状边坡

陡倾层状岩质边坡指边坡倾向与岩层倾向基本一致，岩层倾角大于边坡倾角的一类层状岩质边坡。

这类边坡一般较为稳定，但在一定条件下也可能发生如前所示的滑移一弯曲破坏。

倾角较大的陡倾层状岩质边坡经过卸荷回弹或者其它复杂作用力的作用还可能发生弯曲－拉裂破坏<即倾倒破坏），这类边坡可能的破坏模式为屈曲破坏及逆向倾倒破坏。

3.1.3切向坡的变形破坏机理

切向坡是指岩层倾角大于软弱岩层面的残余摩擦角，岩层走向与边坡走向有七定夹角的一类层状岩质边坡，一般夹角大约在10°～60°。

这种边坡的主要可能变形模式可概括为滑移一拉裂一剪切变形，在这种变形机制下产生的破坏模式为楔形体的滑移破坏。

若岩体较为破碎也可能发生岩块体的崩塌破坏。

岩体完整、岩性较好的切向层状岩质边坡一般情况下是较为稳定的，不易发生破坏。

但自然状态下的边坡处于大气和水的循环交替作用下，与外界不断进行物质与能量的交换，岩石强度会逐渐降低，岩体抵抗变形破坏的能力也会不断下降。

切向层状岩质边坡形成后，由于卸荷回弹的作用会在边坡后缘一定范围产生张裂拉力。

随着岩石强度的降低，切向层状岩质边坡抵抗沿软弱岩层面滑移变形的能力就降低，在边坡坡顶一定深度和范围内出现拉裂裂缝如图3-4

当裂缝发展到一定程度，未拉裂岩体强度及岩层面强度不足以抵抗重力及其它因素综合破坏作用时，便会形成贯穿岩层的剪切破裂面，发生如图3-4

图3-4切向层状岩坡破坏楔体的形成过程示意图

3.1.4垂向坡的变形破坏机理

垂向坡是指岩层走向与边坡走向大体垂直的一类层状岩质边坡。

这类边坡较为稳定，不易破坏，一般不做特别支护。

但随着近几年来的工程实践发现，这类边坡也有可能发生破坏。

垂向坡的破坏主要以失稳块体的崩塌破坏为主，其变形机制可以根据其变形过程概括为碎裂一滑移。

岩体破坏的块体理论的创立，为这类边坡变形破坏破坏的理论研究提供了有力的工具。

垂向坡的块裂变形过程，可分为三个阶段。

<1）边坡形成阶段

在这一阶段，边坡的变形主要表现为裂隙的产生与发展。

天然条件下的岩体结构中或多或少存在着大大小小的裂隙。

当这些裂隙的存在不会对岩体的整体结构稳定性产生太大影响时，我们都可以认为岩体结构是完整的。

然而人工边坡的开挖，特别是采用岩体爆破方法时，对岩体的扰动作用会加剧裂隙的产生及使原有裂隙进一步扩展。

边坡形成后的卸荷回弹，使岩体变得松动也为裂隙的产生与扩张提供了便利。

<2）块体形成阶段

这一阶段是边坡块裂变形演化时间最长的阶段，岩体在这一阶段的变形主要为裂隙的扩展贯通。

其实在前一阶段可能己经产生了一些基本贯通的裂隙，只是这类贯通性裂隙为数极少，还不足以影响整个边坡的稳定。

而在这一阶段，经过漫长的演化，这些裂隙开始普遍贯通，与边坡临空面一起将原来完整的岩体分割成许多大小形状不一的块体结构。

在这一阶段由于在结构面上各岩块接触还比较充分，尚没有形成规模较大的岩块崩塌破坏。

<3）块体崩塌阶段

这一阶段，由于结构面处的应力集中，使结构面附近岩体开始破碎成屑，使结构面的力学强度大大降低。

在加上日积月累的雨水下渗侵蚀以及岩屑的流失，使得结构面失去了对岩石块体的支撑阻滑作用，岩块体开始较大规模塌落破坏。

当然这种崩塌破坏的发生，主要与早期边坡形成阶段岩体的破碎程度有关。

一般

来说，岩性<包括岩体的裂隙发育程度及岩石的力学特性）较好的岩体不易发生块体的崩塌失稳破坏。

3.1.5反向坡的变形破坏机理

反向坡是指岩层倾向与边坡倾向相反，且岩层走向与边坡走向夹角不大<一般不大于20°）的一类层状岩质边坡。

反倾坡主要以弯曲一拉裂<即倾倒破坏）破坏为主。

反向坡的弯曲一拉裂破坏主要发生在斜坡前缘，陡倾的板状岩体在自重弯矩作用下，于前缘开始向临空方向作悬臂梁弯曲，井逐渐向坡内发展。

弯曲的板梁之间互相错动并伴有拉裂，弯曲体后缘出现拉裂缝，形成平行于走向的反坡台阶和槽沟。

板梁弯曲剧烈部位往往产生横切板梁的折裂<图3-5）。

硬而厚的板梁，其变形的发展可划分为如图3-8所示的各阶段。

<1）卸荷回弹陡倾面拉裂阶段。

<2）板梁弯曲，拉裂而向深部扩展并向坡后推移阶段。

如果坡度很陡，此阶段大多伴有坡缘、坡面局部崩落。

<3）板梁根部折裂、压碎阶段。

岩块转动、倾倒，导致崩塌。

由于随板梁弯曲发展，作用于板梁的力矩也随之而增大，所以这类变形一旦发生，通常均显示累进性破坏特性。

薄而较软的层状岩体，由于弯曲变形角度可以很大，最大弯折带常形成倾向坡外断续的拉裂面，岩层中原有的垂直层面的裂隙转向坡外倾斜。

在这种情况下，继续变形将主要受这些倾向坡外的破裂面所控制，实际上已转为滑移<或蠕滑）一拉裂变形，最终发展为滑坡，这一演化过程已为再现模拟所证实。

值得指出的是，倾内层状体斜坡演化过程中具有双重潜在滑移面特征，可分别形成表层滑塌和深部滑坡。

图3-5弯曲-拉裂变形

图3-6弯曲-拉裂变形演进图

3.2边坡滑动稳定性分析

判断滑坡稳定性，可以预测斜坡滑动的可能性和判断现有滑坡的稳定性。

国内铁路、公路等部门均采用以地质、地貌为主的综合分析判断方法，即从滑坡的地貌形态演变、斜坡的地质条件对比、滑动前的迹象观测、分析滑动因素的变、斜坡平衡核算、斜坡稳定性计算、坡脚应力与强度对比、工程地质比拟计算等方面进行分析判断。

3.2.1工程地质调查法

1、滑坡滑动前的迹象

<1）斜坡中地下水的水位和水质发生显著变化，有些干泉突然流出浑水，斜坡坡脚附近湿地增多且范围扩大。

<2）斜坡上部出现弧形裂缝，坡脚附近土、石被挤紧并出现大量鼓胀裂缝，斜坡中部被纵、横裂缝所分割。

<3）斜坡上部不断下陷，其上树木开始倾斜，建筑物开裂并变形。

<4）斜坡下部的路基不断上拱，斜坡前缘土、石零星下落。

<5）大规模岩石滑坡滑动之前，由于岩层面错动挤压会发出声响。

2、滑坡体缓慢滑动的迹象

<1）路基和行道树逐年下移。

<2）山坡上的农田变形，水田漏水，水田变为旱地，或大块田变小块田。

<3）斜坡上一些灌溉渠道不断破坏或逐年往下移动。

稳定滑坡的形态

不稳定滑坡的形态

1、滑坡后壁较高，长满了树木，找不到擦痕和裂缝。

1、滑坡后壁高陡，未长草木，常能找到擦痕和裂缝。

2、滑坡台地基宽大且已夷平，土体密室，无陷落不均现象。

2、滑坡台地尚保持台坎，土地松散，地表有裂缝且陷落不均。

3、滑坡前缘的斜坡较缓，土体密实，长满草木，无松散坍塌现象。

3、滑坡前缘的斜坡较陡，土体松散，未生草木，不断产生小量坍塌现象。

4、滑坡两侧的自然沟谷切割很深，谷底基岩出露。

4、滑坡两侧多是新生沟谷，切割较浅，沟底多松散物质。

5、滑坡体较干，地表多无泉水和湿地，滑坡舌部泉水清澈。

5、滑坡体湿度很大，地表泉