斜坡变形破坏工地进程地质研究.doc

本章概述介绍基本概念，斜坡应力分布特征，斜坡变形破坏形式及机理，崩塌形成条件及基本特征滑坡形态要素及分类、稳定性影响因素及评价，斜坡变形破坏预测预报及防治。重难点：加强对斜坡变形破坏形式及机理的理解，重点掌握野外识别滑坡及分析判别斜坡稳定性的方法，掌握治理滑坡的设计原则及各种措施的适应性。第六章斜坡变形破坏工程地质研究第一节概述斜坡系指地壳表部一切具有侧向临空面的地质体，是地表广泛分布的一种地貌形式。斜坡一般可分为天然斜坡和人工边坡，所谓天然斜坡是指未经人工破坏改造的斜坡，如沟谷岸坡、山坡、海岸等；而人工边坡是指经人工开挖或改造了形状的斜坡，如渠道边坡、基坑边坡、路堑边坡和露天矿边坡等。斜坡具有坡面、坡顶、坡肩、坡脚、坡角和坡高等形态要素。斜坡的临空斜面称为坡面；斜坡的顶部缓坡面或水平面称为坡顶面；坡面与坡顶面的转折部位称为坡肩；斜坡最下部与水平地面相接部位称为坡脚；坡面与水平地面的夹角称为坡角；坡肩与坡脚间的垂直高度一般称为坡高。斜坡变形破坏是内、外动力地质作用下斜坡岩土体处于不稳定状态或失稳的一种现象。随着时间的推移，在各种地质营力作用下，斜坡岩土体将会经历各种不同的发展演化阶段；与此同时，坡体内应力发生新的变化，由此而可能引起斜坡岩土体的位移，产生不同形式和规模的变形破坏。由于斜坡变形破坏释放了应力，变形破坏后的斜坡趋于新的平衡而逐渐稳定下来；当应力调整打破了这种新的平衡，斜坡又会出现新的变形破坏。由此可见，斜坡变形破坏实质上是斜坡岩土体应力与强度之间的矛盾关系所决定的。斜坡变形破坏给工程建筑带来的危害非常广泛，甚至造成生命财产的巨大损失，全世界各种典型实例不胜枚举。我国安徽梅山水库连拱坝的破裂事故即为斜坡变形危及工程安全的典型实例。该坝右坝肩花岗岩边坡在大坝运营了6年以后发生显著变形，岩体沿一组缓倾角裂隙向河谷方向滑移，使坝体的拱和垛受压变形产生裂缝，库水沿裂缝漏出(图61)，后经及时处理才保证了大坝的安全。图61 梅山水库连拱坝因坝肩岩体变形造成破坏(据安徽省水电设计院，1972)斜坡变形破坏常引起灾难性后果。1980年7月3日，成昆线铁西车站发生巨大滑坡，滑动岩体总最达2.2106m3，它掩埋铁路、堵塞隧道入口，使铁路营运中断达40天之久，造成重大经济损失。1982年7月四川云阳鸡扒子滑坡，滑体总量达1.5107m3，前缘1.8106m3土石体被摊入长江之中，使长约600m的江段普遍淤高2630m，严重碍航。1986年7月16日湖北省秭归县距长江边7km处发生了土风岩马家坝大滑坡，滑体约2107m3，三条公路及许多桥涵受到破坏，四个自然村被毁。1987年8月1日，四川巫溪县城岩崩，仅7103m3崩塌体，竟摧毁楼房多座，致死98人。由于斜坡变形破坏常给人类经济活动带来巨大的损失，因此斜坡稳定性研究正日益受到重视，各国相继成立了专门研究机构。今天斜坡变形破坏已成为工程地质学研究最重要的任务之一，也是环境地质学，灾害地质学等新兴学科的主要研究内容之一。第二节斜坡应力分布特征本节概述 斜坡岩土体内的应力分布是决定斜坡变形破坏形式和了解其形成机制的基本依据。虽然目前大多斜坡都假设为均质各向同性的弹性体，用有限单元法来计算仍与实际情况有一定出入，但是这方面的分析却有助于了解斜坡应力分布的一般规律。图62 主应力等值线a主应力gH 等值线 b主应力gH 等值线一、应力分布特点 在斜坡形成过程中，表层岩土体发生卸荷回弹，随之引起应力的重新分布，其应力状态可归纳为以下几个主要方面的变化:(1)由于应力的重新分布，斜坡中主应力迹线发生明显偏转。无论是在重力场条件下，还是在以水平应力为主的构造应力场条件下，其总的特征表现为愈靠近临空面，最大主应力愈接近平行于临空面，最小主应力则与之近于正交，向坡体内部逐渐恢复到原始应力状态。(2)在坡脚附近形成一个明显的应力集中带(图62)，该处最大主应力与最小主应力的应力差达到最大值，形成一最大剪应力增高带；坡度愈陡应力集中愈明显。(3)在斜坡顶面和坡面的某些部位，由于水平应力显著降低，最小主应力有一些是张应力(图62a)，形成张力带。这些部位容易被拉裂形成与坡面近于平行的拉裂面。(4)坡面处的岩土体，由于应力解除，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。(5)与主应力迹线偏转相联系，坡体内最大剪应力迹线变为近似圆弧形(图63)，弧的下凹面朝着临空方向。这也正是均质岩土体中斜坡破坏面常呈圆弧状的原因。以上所述为典型的斜坡应力分布特点，在各种因素影响下实际情况要复杂得多。图63 斜坡中最大剪应力迹线示意图 实线主应力迹线；虚线最大剪应力迹线二、影响斜坡应力分布的因素 斜坡应力分布受多种因索的影响，岩体中的初始应力状态、坡形、岩土体特征和结构特征，都不同程度地起着作用；其中以初始应力状态的影响最为显著。1.岩体初始应力的影响在高山峡谷地区，特别是新构造运动较为强烈的地带，岩体中常赋存有较大量级的水平地应力，其对斜坡岩体的应力分布有很大影响。它不仅使主应力迹线的分布形式有所不同，而且明显地改变了各应力值的大小，使应力分异现象加剧，增强了坡脚附近的应力集中及坡面和坡顶张力带的发展。如图64为水平初始应力=0时的张力带分布。斜坡在坡角60o时才开始出现张力带；而当初始应力=3gH时，斜城在30o时即出现张力带(图65)，且在坡角60o和75o时，张力带明显扩大。2.坡形的影响坡形包括斜坡的坡高、坡角、坡底宽度和平面形态等几方面，它们对斜坡应力分布均有一定影响。据研究，坡高并不改变应力等值线图象，但坡内各处的应力值均随坡高增高而线性增大。坡角明显改变了应力分布图象，主要表现在坡脚应力集中带和坡顶、坡面张力带的变化。随着坡角的增大，坡脚处的最大剪应力随之增高，张力带也随之扩大。坡底的宽度对坡脚的应力状态也有较大影响，计算表明，当W(坡底宽)0.8H时，则保持为一常数且与一般斜坡的情况一样。由此可见，高山峡谷地区特别当存在有垂直河谷方向的较高水平地应力时，坡脚和谷底一带可以形成一极强的应力集中带。此外，斜坡的平面形态对应力分布也有明显影响。三维分析表明，圆形和椭圆形矿坑边坡，坡脚最大剪应力仅为一般斜坡的一半左右。当水平地应力平行于椭圆形矿坑长轴时，应力集中程度较平行于短轴时缓和。显然上述特征在斜坡稳定性评价时，尤其在露天采坑边坡的设计中，具有重要意义。3.斜坡岩土体特征和结构特征的影响研究表明，岩土体的变形模量(Eo)对均质坡体的应力分布并无明显影响，而泊松比()可以改变主应力和剪应力的分布，引起张力带变化。随着值的增大，坡面和坡顶张力带逐渐扩展；而在坡底则相反，当值增大时，张力带收缩(图67)。由于岩土体的不均匀性和不连续性，使斜坡中的应力分布也出现不连续现象；在不连续面或软弱面的周边成为应力集中带或发生应力阻滞。这些现象的产生与结构面的产状、性质有关。以上讨论了斜坡形成后的应力状态。实际上随着时间的发展，在斜坡整个演变过程中，坡体应力状态也随之调整而渐趋复杂。天然斜坡的应力状态调整常经过漫长的时期，而人工边坡则时间很短。第三节斜坡变形破坏的基本形式与特征本节概述 斜坡应力状态的变化，使原有的平衡被打破，局部应力集中超过了该部位岩体的容许强度，引起局部剪切错动，拉裂并出现小位移，但还没有造成整体性的破坏，这就是斜坡的变形。当斜坡变形进一步发展，破裂面不断扩大并互相贯通，使斜坡岩土体的一部分分离开来，发生较大位移，这就是斜坡的破坏。斜坡变形和破坏是斜坡失稳的两个阶段，它们是互相联系又是有区别的。前者以坡体中未出现贯通性的破裂断为特点；而后者在坡体中已出现贯通性的破裂面，且使斜坡的一部分岩土体以一定的加速度发生位移。由于斜坡变形破坏过程为一累进性破坏过程，所以，虽然变形本身还不会造成斜坡的失稳，但却说明斜坡已趋向于破坏。可以认为：斜坡变形是斜坡破坏的准备，而斜坡破坏则是斜坡变形的结果。过去，在研究斜坡稳定性时只注重斜坡的破坏；而对于斜坡的变形则注意不够或忽视，以致缺乏对斜坡变形破坏全过程的系统了解，这样就不可能对斜坡稳定性作出科学的评价和预测。只有在变形阶段就注意研究，及早采取合理的对策，才可收防患于未然之效。斜坡变形破坏的形式是多样的。变形的基本形式有：拉裂、蠕动和弯曲倾倒；破坏的基本形式有：崩塌和滑坡。大规模的斜坡变形破坏都是上述基本形式中的一种或多种的组合。为了研究斜坡变形破坏的规律，必须对斜坡变形破坏形式有所了解。一、斜坡变形(slope deformation) 斜坡变形主要有三种形式，即拉裂、蠕动和弯曲倾倒。1.拉裂(tensile crack)斜坡岩土体在局部拉应力集中部位和张力带内，形成张裂隙的变形形式称为拉裂。拉裂形成机制有三种类型。(1)在坡面和坡顶张力带中拉应力集中形成拉裂高陡斜坡的坡面和坡顶附近张力带内拉应力较强，极易产生与坡面近于平行的张裂面，如果坡体中存在有与坡面近于平行的构造节理时，更易沿之发展形成上宽下窄向深处发展的裂隙，其倾角一般较陡(图68)。(2)卸荷回弹(unloading rebound)或岩体初始应力(地应力)释放产生拉裂当斜坡的侧应力削弱后，由于卸荷回弹或水平地应力释放而形成张裂面，通常称为卸荷裂隙。这种裂隙通常与原始谷坡坡面相平行。随着河谷的深切，卸荷裂隙逐渐向深部发展，从而引起裂隙顶部的累计变形越来越大。在块状岩层地区(例如花岗岩区)，有时卸荷裂隙呈多层状发育，而在斜坡坡面及坡脚处形成卸荷带。卸荷带向坡体内的发育宽度与斜坡岩性和岩体有关，此外还受边坡状态和初始应力状态的控制。斜坡愈高愈陡，水平地应力愈大，裂隙愈发育；有时卸荷带发育宽达100m，自地表向下的发育深度可达100m以上。图68斜坡拉裂示意图(3)因蠕滑形成局部应力集中产生拉裂在斜坡坡体中存在有软弱结构面时，斜坡常沿该面有蠕滑趋势。在平行于坡面的最大主应力()作用下，沿缓倾角软弱面两侧产生张开裂隙(图69)。这样逐步向上发展，就会慢慢形成由平缓的软弱面与陡倾的张裂面组成的阶梯状变形裂面(图610)。四川省荣县双河石拱坝左坝肩开挖时就揭露了这种阶梯状裂面，当时尚未发展到坝顶。图69沿软弱面蠕滑 图610拉裂发展示意图由于斜坡岩土体的拉裂，使其原有的整体性和连续性受到破坏，强度降低；为雨水、地下水的渗入、运移提供了通道，使坡体进一步松弛，拉裂面逐渐扩展与其它结构面形成贯通性破裂面，使斜坡产生各种不同形式的破坏。拉裂本身虽仅是一种变形，但却为斜坡破坏创造了条件。大规模的斜坡破坏无不与拉裂面的发育有关。2.蠕滑(creep slip)斜坡岩土体沿软弱面(层)局部向临空方向的缓慢剪切变形称为蠕滑。蠕滑可以在不同情况下受不同机制的作用而发生，一般主要有三种形式。(1)受最大剪应力面控制的蠕滑这种情况在均质土坡中较为常见。图611表示了均质土坡内的应力场特征及斜坡蠕滑情况。(2)受软弱结构面控制的蠕滑岩体中常含有各种软弱结构面，如节理、断层、软弱夹层等，当这些结构面近水平或倾向坡外时，斜坡蠕动变形常易沿之发生。这类变形其进程取决于该结构面的产状与特征。当局部地段上覆坡体的下滑力达到或超过该面的实际抗滑阻力时，即出现一系列小的剪裂，逐步产生缓慢蠕动。如长江葛洲坝工程二江电厂基坑边坡蠕滑即属此类(图6l2)，葛洲坝工程坝基岩层为白垩系下统红色河流相碎屑岩，岩层产状近于水平，夹有多层粘土岩类软弱夹层，水轮机机窝开挖后形成高4050m的基坑边坡，由于出观临空面水平地应力释放及卸荷回弹，使岩体松弛变形，沿各临空面的软弱夹层发生向基坑的蠕滑位移；开始位移较快，随着时间的延续，应力逐渐释放，位移趋于停止。一般来说这种卸荷型的蠕动总是十分缓慢的，是一种减速蠕变(图613)。图611均质土坡蠕滑分析图12最大剪应力1潜在滑动面 斜坡边缘分界面处的变形值 D潜在滑动面以上的坡体厚度 h坡顶沉降量(据Q扎鲁巴，1972) 图612葛洲坝工程二江电厂基坑边坡蠕滑剖面图1基岩面线；2第一年基坑开挖线；3第二年基坑开挖线；4原地面线；14、17、28、29、35为大口径钻孔编号；212、214、215、218为软弱夹层编号(3)受软弱基座控制的蠕滑和塑流由于斜坡基座具有较厚的软弱岩层，在上覆岩体的作用下，基座软岩受压，承载力不够，发生塑性变形，向临空方向或减压方向流动和挤出，引起斜坡的变形。基座软岩的挤出在侵蚀河谷和挖方地段最为常见。与前述蠕动形式不同的是，蠕滑和塑流不是沿一个统一的滑面，而是受整个软弱基座层控制。软岩基座通常为厚层粘土岩、泥灰岩、炭质页岩及煤系地层等；而斜坡则往往由坚硬厚层且裂隙发育的岩层构成，坡高而陡。如厚层砂岩、灰岩、玄武岩、流纹岩等组成的斜坡最易发生这类变形。例如阿尔及尔由珊瑚灰岩构成的陡坡，由于下面的泥灰岩浸水软化，使斜坡产生蠕动，最后经过长期变形转变为块体滑坡，裂隙发育的灰岩也形成大块体陷进软化的泥岩中(图614)。斜坡的蠕动变形，虽然位移较小，但由于实际上已成为斜坡失稳的初期阶段，在一定的触发因素条件下，如暴雨、地震、人类工程活动等，极易迅速转为加速蠕变直至破坏。所以对斜坡蠕动变形应高度重视。图613葛洲坝工程二江电厂基坑边坡侧向位移长观曲线图614阿尔及尔由软岩基座蠕滑面发展成的滑坡结晶片岩；中新统砂岩及砾岩；泥灰岩；海绿石泥灰岩；厚层珊瑚灰岩；浸水软化的泥灰岩；下沉的石灰岩块体3.弯曲倾倒(bend toppling)由陡倾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，这种变形通常称为弯曲倾倒。陡倾的板状岩体，在自重产生的弯矩作用下向临空方向作悬臂梁式的弯曲，弯曲的板梁之间被拉裂或错动，形成平行于走向的槽沟或反坡台坎；前倾的板梁弯曲最强烈的部位也往往被折裂。近年来国内外所发现的斜坡弯曲倾倒的实例很多，如我国甘肃自龙江地区，湖南五强溪坝址以及甘肃金川露天矿等处均相继发现。金川露天矿位于强烈构造变动区，岩层为前震旦纪变质岩系，单斜似层状，倾角70o左右，边坡由性质及结构各不相同的岩体组成(图615)，其中存在多条断层及断层密集的破碎带，使边坡形成硬、软岩层相间的介质结构。边坡最大开挖深度310m。在图6l5所示剖面方向存在较大的构造应力，在边坡开挖深处约10Mpa，边坡属反倾型，坡角37o左右。边坡开挖之初变形较小，最大水平变形速率为l.3mmd，垂直变形速率1.7mmd，随着边坡继续开挖开始出现明显的弯曲倾倒变形，其发展过程如图616所示。其力学性质主要是岩体沿反倾措层层面产生逐层滑动；由于变形的累积效应，变形范围不断扩大，倾倒陡坎高差达4m，坡脚部位的阶段平台向采坑倾斜l020o左右；因岩层严重倾倒，平台大量破坏，边坡呈现一坡到底，坡面上局部滚石不时发生。图615金川露天矿上盘边坡地质剖面 这类变形主要有如下特征：岩层向临空方向弯曲，与岩层原有的层面约成2050o夹角；弯曲倾例的程度自地面向深处逐渐减小，深度可达40m,但一般不低于坡脚高程；下部岩层折断，张裂隙发育，层序一般不乱，但岩层位移明显；常产生沿层面或反坡向裂隙，裂隙面闭合，有错动迹象，错动方向是上盘向下，下盘向上，块体受重力作用向外弯曲倾倒。斜坡弯曲倾例变形一般经过较长时间演变。如金川矿初始变形阶段起于1964年，1980年，才发展成为坍塌、滚石；但是有时速度也相当快，如白龙江碧石水电站，在溢洪道的开挖面上35天内即形成12m厚的倾倒体斜坡弯曲倾倒变形，虽然在坡面上可以表现出十分明强的变形破坏，但是由于不存在明显的总体滑面，所以在通常情况下一般不会出现大规模的、突然的整体性滑动。如金川露天矿，边坡的累计垂直位移及水平位移虽达到10m以上，但仍未产生大规模整体滑动破坏。综上所述，斜坡不但具有不同的变形形式，而且具有不同的变形性质。从变形的连续性来看，拉裂和倾倒变形属于不连续变形，而蠕动变形通常属于连续变形。由于斜坡是由具有特定结构形式的不连续介质组成的，所以坡体的变形总是不均匀的，总体上表现为连续变形，实际上也包含拉裂等不连续变形因素；因此在斜坡变形研究中，应综合各种不同的变形形式来分析，而不应孤立地将其割裂开来。斜坡变形表明其已趋于不稳定态势，发展结果必然导致斜坡的破坏。二、斜坡破坏(Slope failure) 斜坡岩土体中的局部变形滑移，使分裂面逐渐发展，互相连接，并与外界贯通，使部分岩土体沿一连续的分离面与坡体分离，分离的岩土体在连续降雨、地震或坡脚掏空等触发因素影响下，以一定的加速度进行运动，此时斜坡就完成了变形至破坏的转变。斜坡破坏的形式很多，主要介绍崩塌和滑坡这两种常见的形式。1.崩塌(falling)斜坡岩土体中被陡倾的张性破裂面分割的块体突然脱离母体并以垂直运动为主，翻滚跳跃而下，这种现象和过程称为崩塌。根据崩塌物质的不同，可分为土崩和岩崩；按其规模大小不同，又可分山崩和坠落石；如这种现象发生在海湖、河岸边者则称为岸崩。崩塌主要发生在60o以上的高陡斜坡处。厚层脆性岩石中的陡倾张裂缝，将坡体切割成孤立块体，在一定条件配合下即可崩塌。湖北省远安县境内盐池河磷矿灾难性山崩即为典型实例。该区位于峡谷中，岩层中发育两组垂直节理，使崩塌山体三面临空；软弱的泥质白云岩及薄层板状白云岩，构成崩塌山体的追踪滑动面；地下采矿使地表开裂，沿两组垂直节理追踪发展，切割山体成为孤立的山头；最后整个山头沿层面滑出形成崩塌(图617)。一些土质斜坡也常发生崩塌，例如高陡且垂直裂隙发育的黄土斜坡，常见的破坏方式就是崩塌(图618)。2.滑坡斜坡上的岩土体，沿着贯通的剪切破坏面(带)，产生以水平运动为主的现象，称为滑坡。与崩塌相比，滑坡在运动过程中基本保持了岩土的完整性，且在较平缓的斜坡中仍可发生。当斜坡岩土体发生沉陷式的运动时，称为错落性滑坡(我国铁路部门命名为错落)，如图619所示，该处盖层系巨厚的石英砂岩，它具倾向临空的陡立裂面，下伏软弱破碎的粘上质岩。当侵蚀基准面切割至软岩附近时，它因支持不了盖层岩体的重压而变形(图619a)，随之坡脚下沉向河道倾斜，使坡顶陡裂面张开与母岩分开。由于分离的岩体全部重量压在已变形的软岩上而使其向外挤出，导致盖层岩体沿陡立的张裂面错落和向前滑动(图619b、c)。图616边坡岩体变形过程图617盐池河崩塌山体地质剖面图1灰黑色粉砂质页岩；2磷矿层；3厚层块状白云岩；4薄至中厚层白云岩；6裂缝编号；6白云质泥岩及砂质页岩；7薄至中厚层板状白芸岩；8震旦系上统灯影组；9震旦系上统陡山沱组。图618黄土陡坡崩塌图619错落性滑坡发育过程示意图在斜坡破坏形式中，滑坡分布最广，危害最大，是山区主要的地质灾害。世界上多山国家的滑坡都很发育，如阿尔卑斯山区的瑞士、奥地利，意大利、南斯拉夫等；美国和苏联每年因滑坡而造成的经济损失达数亿美元；日本也是一个多滑坡国家。尤其沿海地区更为常见。我国滑坡分布相当广泛，主要集中在西南、西北地区。三、斜坡变形破坏的地质模型 研究斜坡变形破坏地质模型，主要是利用典型的斜坡变形破坏实例，以地质背景为基础，考虑各种人为及天然动力因素的影响，分析斜坡的变形形式及其相应的破坏方式，进而抽象概括建立典型地质模型。建立斜坡变形破坏地质模型的目的，在于把握斜坡变形破坏的基本规律；在人类工程经济活动中可以根据斜坡的地质模型预报斜坡变形的发展趋势及可能的破坏方式，进行稳定性评价。同时也为建立物理模型，数学模型打下基础。斜坡变形破坏的地质模型是影响斜坡稳定性各种因素的综合体现，应能反映斜坡变形破坏的全过程。因此，斜坡变形破坏的地质模型应该具有较为广泛的内容，不但包括与斜坡有关的地质条件；而且包括斜坡的变形特点及相应的破坏方式，以及影响斜坡稳定性的各种人为的及天然的动力因素，其基本内容可参阅下面的方框图(图620)。图620边坡地质模型主要内容框图 (据孙玉科等，l983)近年来国内外研究者都很重视斜坡变形破坏地质模型的研究，成都地质学院王兰生、张倬元提出蠕滑-拉裂-滑移-压致拉裂、弯曲-拉裂、塑流-拉裂和滑移-弯曲等5种斜坡变形的地质模型(图621)。中科院地质研究所孙玉科等将我国的边坡变形破坏概括为:倾倒变形破坏，(金川模式)、水平剪切变形(葛洲坝模式)、顺层高速滑动(塘岩光模式)，追踪平推滑移(白灰厂模式)和张裂顺层追踪破坏(盐池河模式)等5种模式。这些地质模型是国内目前比较系统的模型系列。此外，根据各个具体斜坡变形破坏实例而总结出来的模式尚有许多，此处不一一介绍。应当指出的是，这些模式基本上是大量野外实际资料的经验性概括和典型化抽象。由于地质体的复杂性，这些地质模型都需要进一步修改和补充。因此，在实际工作中应针对具体的研究对象进行具体分析，而不能简单地套用。图621斜坡变形的基本组合形式图解(据王兰生、张倬元，1980)第四节崩塌崩塌是斜坡破坏的一种形式。它对崖壁下的房屋、道路和其它建筑物常带来威胁，尤其对各种线性工程的危害最严重。如我国成昆线、宝成线、襄渝线等铁路沿线崩塌就很发育。影响铁路的正常运营。因此，研究崩塌的形成条件、运动学特点，进行合理的分类，制订评价和预测其威胁性的方法，是斜坡破坏研究的一项重要内容。本节主要对崩塌的形成条件进行介绍。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，其前缘常由于卸荷裂隙的发育而形成陡而深的张裂缝，并与其它结构而组合，逐渐发展而形成连续贯通的分离面，在触发因素作用下发生崩塌(图622)。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(图623)。图622坚硬岩石组成的斜坡前缘卸荷裂隙导致崩塌示意图 图623软硬岩性互层的陡坡局部崩塌示意图灰岩；砂页岩；石英砂岩1砂岩；2页岩构造和非构造成因的岩石裂隙对崩塌的形成影响很大。硬脆性岩石中往往发育两组或两组以上陡倾节理，其中与坡面平行的一组常演化为张裂缝。此时裂隙的切割密度对崩塌块体的大小起控制作用。当坡体被稀疏但贯通性较好的裂隙切割时，常能形成较大块体的落石，这种崩塌具有更大的危险性；当岩石裂隙密集而极度破碎时，仅能形成小岩块，一般只能在坡脚处形成倒石堆。崩塌的形成又与地形直接相关。在地形强烈切割的山区，高陡斜坡分布区和深开挖的基坑中，崩塌现象多见。发生崩塌的地面坡度一般大于45o，而大部分分布在大于60o的斜坡上。地形切割愈强烈，高差愈大，形成崩塌的可能性和能量也就愈大。崩塌的动能(即破坏力)可由下式确定：(61)式中：m为崩落岩体(岩块)的质量；V为崩落速度。自由崩落的速度取决于它开始崩落的高度，示即：(62)式中：H为岩体(岩块)崩落高度；g为重力加速度。可见，崩塌的危险性不仅取决于崩落块体的大小，而且也取决于它们坠落位置的高度。此外，气候条件对崩塌形成也起一定的作用。在干旱、半干旱气候区，由于物理风化强烈，导致岩石机械破碎而发生崩塌，季节冻结区斜坡岩石裂隙水的冻胀作用，解冻时亦可导致崩塌的发生。在上述诸条件制约下，当有短时裂隙静水压力，以及地震或爆破等震动等触发因素作用下，崩塌会突然发生，尤其是强烈的地震，可引起大规模崩塌，以致酿成严重灾祸。第五节滑坡本节概述 滑坡的分布极为广泛，不仅可以发生在陆地，而且也可以发生在海洋中。正因为其广为分布，且与人类工程-经济活动密切相关，所以受到各国学者的高度重视。滑坡研究最早的报道是海姆(AHeim)在1882年发表的一篇关于瑞士阿尔卑斯山区某处滑坡的文章。100余年来滑坡研究方兴未艾，目前正形成为一门成熟的独立学科，即以滑坡现象、滑坡作用过程以及滑坡防治为研究对象的滑坡学。一、滑坡形态要素 滑坡现象常以自己独有的地貌形态与其它类型的坡地地貌形态相区别。滑坡形态既是滑坡特征的一部分，又是滑坡力学性质在地表的反映。不同的滑坡有不同的形态特征。滑坡的不同发育阶段也有各自的形态特征。因此在滑坡工程地质研究中，识别滑坡形态特征是认识滑坡的极其重要的方面。滑坡形态要素如图624所示，各部位特点如下：图624滑坡形态要素示意图后缘环状拉裂缝；滑坡后壁；横向裂缝及滑坡台阶；滑坡舌及隆张裂隙；滑坡侧壁及羽状裂隙；滑坡体；滑坡床；滑动面(带)(1)滑坡体(简称滑体)它指与母体脱离经过滑动的岩土体。因系整体性滑动，岩土体内部相对位置基本不变，故还能基本保持原来的层序和结构面网络，但在滑动动力作用下又产生了新的裂隙，使岩土体明显松动。(2)滑坡床(简称滑床)它指滑坡体之下未经滑动的岩土体。它基本上未发生变形，完全保持原有结构。只有在前缘部分因受滑坡体的挤压而产生一些挤压裂隙，在滑坡壁后缘部分出现弧形张裂隙，两侧有剪裂隙发育。 (3)滑动面(简称滑面带)它是滑坡体与滑坡床之间的分界面，也就是滑体沿之滑动而与滑坡床相接触的面。由于滑动时的摩擦，滑动面一般是光滑的，有时还可看到擦痕。滑动面上的士石破坏比较剧烈，形成一个破碎带，土石受到揉皱，发生片理和糜棱化的现象，其厚度可达数十厘米，甚至达数米，故常称之为滑动带。(4)滑坡周界滑坡体与其周围不动体在平面上的分界线称为滑坡周界。它圈定了滑坡的范围。(5)滑坡壁滑坡后部滑下所形成的陡壁。对新生滑坡而言，这实际上是滑动面的露出部分。平面呈圈椅状，其高度视位移与滑坡规模而定，一般数米至数十米，有的达200多米，陡度多为3680o，形成陡壁。(6)滑坡台地又称滑坡台阶，即滑体因各段下滑的速度和幅度不同而形成的一些错台，常出现数个陡坎和高程不同的平缓台面。(7)封闭洼地滑坡体与滑坡壁之间常拉开成沟槽或陷落成洼地，四周高中间低，地下水流出或地表水汇集成湿地沼泽，甚至成为水塘。老滑坡因后壁及坡体坍塌，洼地可逐渐填平而消失。(8)滑坡舌滑坡体前部伸出如舌状的部位，前端往往伸入沟谷河流。舌根部隆起部分称为滑坡鼓丘。(9)滑坡裂隙滑坡体在滑动过程中各部位受力性质和移动速度不同，受力不均而产生力学属性不同的裂隙系统。一般可分为拉张裂隙、剪切裂隙、羽状裂隙、鼓张裂隙和扇形张裂隙等。拉张裂隙主要出现在滑坡体后缘，受拉而形成，延伸方向与滑动方向垂直，往往呈弧形分布。剪切裂隙分布在滑坡体中下部两侧，因滑坡体与其外的不动体之间产生相对位移，在分界处形成剪力区并出现剪切裂隙，它与滑动方向斜交，其两边常伴生有羽状裂隙。鼓张裂隙又称隆张裂隙，常分布在滑体前缘，受张力而形成，其延伸方向垂直于滑动方向。扇形裂隙也分布在滑坡体的前缘，尤以舌部为多；是因土石体扩散而形成的，作放射状分布呈扇形。(10)滑坡轴(主滑线)滑坡在滑动时，滑体运动速度最快的纵向线。它代表整个滑坡滑动方向，位于滑床凹槽最深的纵断面上，可为直线或曲线。应该注意的是，上述的形态要素一般在发育完全的新生滑坡才具备。自然界许多新老滑坡由于要素发育不全或经过长期剥蚀及堆积作用，常常会消失掉一种或多种要素，应注意观察。滑坡的形态特征是判断斜坡是否受过滑动的重要标志，是滑坡研究的一项重要内容。二、滑坡识别方法 滑坡的识别是研究滑坡的最基础工作，在此基础之上才能探讨形成机制并提出合理的整治措施。虽然由于地质条件的差异，滑坡形态繁多，同时又因后期改造而使其更趋复杂，但是，对滑坡的研究也还是有一定规律可循的。人们通过长期研究，目前对滑坡识别已逐步形成了一套行之有效的方法。滑坡识别方法主要有三种：利用遥感资料，如航片、彩虹外照片来解释；通过地面调查测绘来解决；采用勘探方法来查明。应用遥感图象识别滑坡，主要应用航空遥感所提供的大比例尺(1：100001：15000)全色、彩虹外象片。另外也辅之以其它航空遥感图象，如多光谱摄影，多光谱扫描，侧视雷达扫描等。航空象片(简称航片)上的色调、色彩、阴影所构成的各种形态、大小、结构、纹影图案，把一定范围内的地表景观按一定比例尺真实地、客观地显示出来，使我们能够迅速判别此地是否存在滑坡及其规模和性质等。在航片上识别滑坡，实质上就是识别滑坡的形态要素，然后结合收集研究地区的地质资料进行综合分析，从而确认滑坡。据研究，由于滑坡过程是由陡坡变为缓坡的位能释放过程，所以滑坡体的总体坡度较周围山体平缓，有的甚至成为平地地形或凹地。由于岩性、构造、地下水活动和滑坡体积等条件不同，滑坡以不同形状下滑，最典型的是滑坡体与后壁两侧壁构成的圈椅状地形，其它如舌形，梨形、三角形、不规则形等也很普遍。滑坡体的这些形状在航空照片上均有清晰的影象，容易被识别。滑坡体征滑动前及滑动过程中，滑体前，后缘、两侧及中部均会产生裂缝；首次滑动以后这些裂缝在地表水和其它营力作用下发育成大小不同的冲沟。这些冲沟在航片上表现为明显的带状阴影和色调差异。因而，在航片上可以判读滑坡体上沟谷的展布规模、条数、切割深度、宽度、沟内分布物等。同理，滑坡体上的其它水体如水田、沼泽、池塘等在航片上也都容易识别。在航片上可以看到滑坡体上不规则的阶梯状地面，即平台与陡坎相间的地形。因此，根据航片上滑坡台地的形状，大小、级数和位置，可以间接地推测滑坡体上再次滑动次数，滑动区段，范围等情况。滑坡在向前滑动时如果受阻就会形成隆起的丘状地形即滑坡鼓丘，鼓丘在航片上常较清楚。当然，多数滑坡不一定具备所有这些判读特征。各项判读特征在各个具体情况下的表现也不尽相同。因此必须综合判读各要素才能确定一个滑坡。例如雅砻江下游的大坪子滑坡。在航片上，明显的缓坡地形与陡直的后壁、侧壁组成簸箕状缓坡的前缘向前推出，雅砻江呈明显的异常弯道。缓坡上有三级、四处明显的陡坎、台地相间地形。台地上均有深浅不同的蓝色水体(水田)分布，部分呈红色，表明有作物生长。坡体上可见到顺坡方向展布的9条冲沟，最长一条几乎贯通整个坡体，沟边植物茂盛。结合地质资料又知该处为风化破碎的砂、页、泥岩互层地层，有三条断层在坡体上通过。至此可以判断出大坪子为一滑坡。利用遥感图象进行滑坡判读，特别是区域性滑坡群的识别，优点是很多的。它突出地表现为效率高、视野广和准确度高，是一种先进的工作方法。但是也应指出，滑坡是一种复杂的动力地质现象，航空遥感不可能完全代替滑坡的地面调查工作，特别在详细研究阶段，它更不能代替物探、钻探、槽探等勘探工作及岩土力学试验工作。滑坡地面调查由于可直接观察到滑坡各要素，并可收集到滑动的证据，因此，仍是滑坡研究中的主要工作方法。斜坡经过滑动破坏之后，地形特征比较明显，特别是站在滑坡对岸高处嘹望滑坡区时更是清楚。在整个较为顺直的山坡上出现圈倚形的陡坎或陡壁，其下为槽沟或封闭形洼地，再向下则地形突出，表现出上凹下凸的坡形，还可见有台阶状平地。更低一些的部位则为坑洼起伏的舌形坡地，其前端逼近河岸或将河流向对岸推移。两侧有沟谷发育并有双沟同源的趋势(图625)。沟谷若深切至完整基岩，则在沟壁上常可见到滑动面(带)物质，也可观察到岩层层序的扰动，因此滑坡侧沟的调查在识别滑坡中起着重要的作用。新生滑坡体上的植被情况与周围有所不同，树木歪斜零乱，可见到醉汉林和马刀树。图625滑坡两侧边界上的冲沟由于在阶地形成期，常因下切减缓侧蚀显著，而导致滑坡发育。因此滑坡剪出口常与河流阶地标高相吻合。野外调查中应注意识别与阶地相对应标高的滑坡剪出口，滑坡出口处的岩层常较破碎，可见反翘现象(图626)，即滑体中岩层的产状与正常产状截然不同。此现象对识别顺层滑坡常有重要意义，因顺层滑坡层序一般不紊乱，同时滑坡壁不明显，识别起来较困难。图626滑坡前缘岩层反翘现象示意图(单位m)通过遥感判读和地面调查仍不能确定的滑坡，或已识别出来尚需深入研究的滑坡，则应采取钻探，硐探和物探等方法来进行。勘探、物探工作的目的除了确定滑坡体的结构、岩石破碎程度，含水性，地下水位等外，主要是为了找到滑动面(带)。有关这方面的内容下面还要专门介绍。勘探、物探工作应该根据航片和地表测绘所了解的滑坡体的大小、形状和地质条件进行布置。勘探地区应采用不同方向的勘探线(图627)。如果坡体结构及地质条件简单，则仅用纵、横两条勘探线即可；当地质条件复杂时，可增加若干条勘探线。此外，在同一条勘探线上可联合应用不同类型的勘探、物探方法便于分析比较。图627滑坡勘探线布置三、滑动面(带)研究 在滑坡的工程地质研究中，一个重要的课题就是确定滑动面的位置和形状。图为在斜坡稳定性计算和防治措施的制定中都必须首先确定滑动面，才能取得正确结果。1. 滑动面(带)的一般特征滑动面(带)由于遭受剪切破坏，形成厚度不大的摩擦破碎带，其特征与断层破碎带有相似之处。该带岩土一般扰动严重，磨碎的细粒有定向排列的趋势，比较软弱，略有片理化，并可见到磨光面及擦痕。因摩擦而变细的滑带土与上下层岩土在粒度成分上和颜色上有所不同，其含水量也比上下岩层高，往往呈软塑状态。2. 滑动面(带)位置确定方法正确确定滑坡的滑面位置，形态及滑带物质的物理力学性质，是滑坡稳定分析及评价的必要条件，特别是滑面位置的确定更为重要。实际工作中，按照工作精度和要求可采用不同的方法。图628滑面作图法(1) 根据作图法估计滑面位置当只进行地表测绘，未进行勘探工程时，只能借助于作图方法大致估计滑面位置。作图方法如下:假定滑面为一圆弧形，根据地表测绘找出滑坡后缘陡壁并测定陡壁的产状及擦痕产状，同时找出滑坡前缘位置及产状。在滑坡主轴剖面上，过后缘陡壁及前缘两点，按其产状换标画AC及BC(图628，a)，过A及B分别作垂线OA及OB交于O点，以O为圆心，以OA(或OB)为半径作圆，即为假想滑面位置。在滑坡主轴剖面上连接后缘陡壁坡脚A和滑面出口B点连线AB(图628，b.)，作AB的垂直二等分线CO，在CO上选一点，以OA为半径作圆，使此圆能与任一点的滑面倾向线相切，此圆弧即为所求之滑面。图629应变管装置示意图图630应变管的弯曲(2) 根据位移观测资料推求滑面位置在有滑坡位移观测资料时，可根据滑坡的位移数据来推求滑面。可采用应变管法确定滑动面位置。这个方法是按一定间距贴一对电阻应变片的硬质聚氯乙烯管置于钻孔中，通过应变片的应变来测定聚氯乙烯管的弯曲。应变片按2m间距贴一片。应变片贴在应变测管的中间，并把它和同质的过滤管的中间管连接起来，如图629所示，电缆从管的外侧引出。测管下至钻孔内由于斜坡的滑动就会受到岩土体收缩和伸张变形的影响而发生弯曲(如图630)，应变片就会产生应变。在滑动面处弯曲最大，应变也最显著。应变的传递距离不大，几毫米的滑动位移，其应变只能传递到滑动面上下50cm左右的地方，所以现在采用的应变计测管，其应变片贴附间距已缩至25cm。这种装置的精度可达10010m，愈向深处，精度越低。应变管装好后应定期进行观测，作出每次观测的应变曲线，并以其累积应变量与观测日期的关系曲线(图631)，表示位移最大位置，即为滑动面所在位置。各个观测孔均可得到这样的结果，由此连成滑动面。作滑动面联结时，应先联纵断面，后联横断面，最后作滑床等深线图。由于孔内观测相对成本较高，所以一般应用于大型滑坡的详勘阶段或长期观测。图631累计应变时间与应变量关系曲线(据山田刚二等，1972)(3) 根据钻探资料判断滑面(带)位置钻探是滑面研究中常用方法之一，根据钻探资料可较准确地确定滑动面(带)的位置。钻探中可作滑面分析的资料包括：在基岩滑坡滑带以上钻进时，钻具跳动，易卡钻，回水漏失严重，滑带以下钻进平稳，透水性正常。由基岩滑坡滑带以上岩心量得的岩层倾角变化较大，岩石风化剧烈，裂隙中多有泥质充填，滑带处且常有泥夹碎屑。滑带以下岩层产状正常，风化状态亦转正常。在滑带附近钻进时，如速度突快或发现孔壁收缩，孔身错断，套管弯曲，上下钻具困难，此处可能为滑带位置。在这种情况下，除可直接测量钻孔弯曲部分外，也可在孔内下入塑料管，定期用略小于塑料管内径的金属棒下入孔内，测棒受阻处可能为滑面位置。土质滑坡滑带干钻岩心剥开后，可见滑动形成的微斜层理、擦痕和镜面，滑带土中有上部土层的夹杂物，颜色和土质比较复杂，岩心的微细结构也有错动现象。含细粒物质时，其表面比较光亮。基岩滑坡滑带从上压水或注水试验时，漏水严重、栓塞常封堵不严，水泵不起压，一般测不到地下水位，钻孔无回水。滑带以下基岩透水正常，可测得地下水位。下套管至基岩顶面，则钻进有回水。此外尚可根据钻进中的地下水位进行判断。钻穿滑带时，地下水位常有显著变化。(4) 根据坑探工程查明滑面位置通过坑探工程查明滑动面(带)的位置是行之有效的方法，特别是大型滑坡有多个滑面时常可直接观察到。(5) 根据物探资料判断滑面位置当滑面与上下层有较大电性差异时，可利用电测深曲线确定滑面位置。也可根据弹性波资料、电测井或充电法资料确定滑面。用上述方法初步确定滑面位置时，尚须结合地表形态和其它地质因素进行分析判断；尤其必须注意的是，大型滑坡常有几个滑面，要区分主滑面和次级滑面。四、滑坡分类 滑坡形成于不同的地质环境，并表现为各种不同的形式和特征。滑坡分类的目的就在于对滑坡作用的各种环境和现象特征以及产生滑坡的各种因素进行概括，以便正确反映滑坡作用的某些规律。在实际工作中，可利用科学的滑坡分类去指导勘察工作，衡量和鉴别给定地区产生滑坡的可能性，预测斜坡的稳定性以及制定相应的防滑措施。目前滑坡的分类方案很多，各方案所侧重的分类原则不同。有的根据滑动面与层面的关系，有的根据滑坡的动力学特征，有的根据规模、深浅，有的根据岩土类型，有的根据斜坡结构，还有根据滑动而形状甚至根据滑坡时代等等。由于这些分类方案各有优缺点，所以仍沿用至今。同时也有人提出不少综合分类方案，但是这些方案尚未得到公认。滑坡分类有待进一步探讨。下面仅重点介绍几类：1. 按滑动面与层面关系的分类这种分类应用很广，是较早的一种分类。可分为均质滑坡(无层滑坡)、顺层滑坡和切层滑坡三类。(1) 均质滑坡这是发生在均质的没有明显层理的岩体或土体中的滑坡。滑动面不受层面的控制，而是决定于斜坡的应力状态和岩土的抗剪强度的相互关系。滑面呈圆柱形或其它二次曲线形。在粘土岩、粘性土和黄土中较常见。如陕西省阳安铁路中段的西乡路堑滑坡即为此例(图632)。路堑边坡为均质的棕红色膨胀土组成，边坡高23m，1981年11月20日发生滑动，滑体长72m，宽42m，最大厚度15m，线路被堵塞高达6m。滑动面为圆弧形，后滑壁倾角约70o，高45m，平面上形成圈椅状。图632西乡滑坡纵剖面图(2) 顺层滑坡这种滑坡一般是指沿着岩层层面发生滑动。特别是有软弱岩层存在时，易成为滑坡面。那些沿着断层面，大裂隙面的滑动，以及残坡积物顺其与下部基岩的不整合面下滑的均属于顺层滑坡的范畴。顺层滑坡是自然界分布较广的滑坡，而且规模较大。1963年10月9日发生在意大利的vajont水库滑坡即为一大型顺层滑坡，滑动体积为2.6108。该滑坡使当时世界上最大的双曲拱坝失效，并造成坝下游2600人丧生(图633)。图633vajont水库滑坡剖面图灰岩：含粘土岩夹层的薄层灰岩(侏罗系)；含燧石的厚层灰岩(白墨系)；泥灰质灰岩；老滑坡；滑动面；滑动后地面线(据舍利，l964)(3) 切层滑坡滑坡面切过岩层面而发生的滑坡称为切层滑坡。滑坡面常呈圆柱形，或对数螺旋曲线，如图634所示。图634切层滑坡(据Ward，1945)2. 按滑动力学性质分类主要按决定于始滑位置(滑坡源)所引起的力学特征进行分类。这种分类，对滑坡的防治有很大意义。一般根据始滑部位不同而分为牵引式，推落式、平移式和混合式(图635)。图635始滑部位不同的各类滑坡a擦落式滑坡；b平移式滑坡；c牵引式滑坡；o始滑部位(1) 推落式滑坡这种滑坡主要是由于斜坡上部张开裂缝发育或因堆积重物和在坡上部进行建筑等，引起上部失稳始滑而推动下部滑动。如湖北省秭归县境内土凤岩马家坝滑坡，该处原为一古滑坡体，高3050m的后缘陡壁崩塌，约1.5105m3崩塌体崩落到古滑坡体上，造成压力急剧增加，从而引起古滑坡复活。(2)平移式滑坡这种滑坡滑动面一般较平缓，始滑部位分布于滑动面的许多点，这些点同时滑移，然后逐渐发展连接起来。如包头矿务局的白灰厂滑坡，该处为侏罗系煤系地层，主要为砂岩、砂页岩、灰岩、油页岩及粉砂岩，并夹有粘土岩层，倾角46o，坡体为平缓山坡。滑坡体沿粘土层滑出，最大滑动速度每天有10cm，半年期间复盖