（地质工程专业论文）许家洞滑坡稳定性分析与设计治理研究.pdf

中南人学硕士学位论文摘要 摘要 湖南是我国滑坡地质灾害多发的地区之一。湖南在发展高速公路时， 由于湘南与湘西山多地不平，地形地貌复杂，山区山高坡陡极易发生山体 滑坡，故高速公路建设中面临大量的边坡失稳和滑坡地质灾害问题。而“十 一五 期间我省高速公路通车里程有望超过前十五年全省高速公路通车里 程总和，而投资总额也将在“十五 的基础上再翻一番。因此，对高速公 路建设引发的工程滑坡加强研究和总结工程经验是极为重要和迫切需要 的，有助于对湖南山区相似滑坡规律和特点等的认识，有助于加强对大量 公路滑坡等的防治工作，达到防灾减灾的目的。 目前，国内外有关专家学者在以下几方面进行了许多研究，且取得了 许多成就和成果：以地学理论为主，对滑坡发育的条件、成因、机制、 类型、影响因素进行分析；以统计概率分析为主，对区域性滑坡进行地 质灾害评估；，以力学理论为主，对滑坡进行防治措施研究等。但对高速 公路建设引发的工程滑坡而言，尚有许多新的课题极待研究。 本文在野外调查、勘探、测试的基础上，运用最新的滑坡地质基础理 论、单点地质灾害评估方法、滑坡综合治理工程技术等，对许家洞古滑坡 复活的特性、评估与治理进行了系统深入的研究，取得了以下主要认识与 成果： 1 、从滑坡的地貌形态、遗迹调查、滑坡发育的地质环境和形成机理等 四方面分析，得出许家洞滑坡原为一古滑坡的结论。这为准确全面地认识 许家洞滑坡的特征和采取正确的治理措施定了基础，对于在高速公路选线 时提高对相似滑坡的认识与发现具有指导意义。 2 、通过综合勘察测试，分析、研究了许家洞古滑坡复活的特性，解决 了如何分段确定滑带土的抗剪强度问题和如何确定具有多个滑面中的最深 滑面问题，其研究方法具有推广价值。 3 、通过对地下水条件的分析，尤其是分析研究了滑坡稳定性系数与地 下水位之间的敏感性，为滑坡治理工程中“治滑先治水”提供了科学依据。 4 、提出了滑坡治理设计中优化选型的具体思路和做法，既确保了治理 工程量最省，又确保了滑坡治理效果，并克服了施工技术难度，经工程实 践验证效果良好，这对类似滑坡的治理具有重要意义。 总之，此项研究成果，不仅对高速公路建设的防灾减灾和当地的其它 工程建设有直接指导意义和使用价值外，而且有研究内容对于其它地区的 滑坡调查与防治而言具有普遍意义和推广价值，故具有重要的理论意义和 中南大学硕士学位论文 摘要 工程实践意义。 关键词：古滑坡，形成机理，稳定性分析，敏感性分析，变形监测， 优化设计 l i a bs t r a c t h u n a np r o v i n c ei so n eo ft h ep r o v i n c e si nw h i c h1 a n d s l i d e so ro t h e r g e o l o g i c a ld i s a s t e r so c c u rv e r ye a s i l ya n df r e q u e n t l y s o ，w i t ht h ed e v e l o p m e n t o ft h eh i g h w a yi ns o u t h e r na n dw e s t e r nh u n a n ，t h e r ei sm o r em o u n t a i n sa n d h y p s o g r a p h y , m o r ec o m p l i c a t e dt e r r a i na n dp h y s i o g n o m y , a n dh i l l1 a n d s l i d e h a p p e n s e a s i e rmm o u n t a i n sa r e a sw i t hh i g hm o u n t a i n sa n ds t e e p s l o p e s b e c a u s eo ft h o s e ，i ti sf a c e dm a n ys l o p ef a i l u r ea n dl a n d s l i d ep r o b l e m su n d e r c o n s t r u c t i o no fh i g h w a y i nt h en a t i o n a le l e v e n t h f i v e y e a rp l a n h u n a n s h i g h w a ym i l e a g em a ye x c e e dt h ep r o v i n c e st o t a l l yh i g h w a ym i l e a g ei np a s t f i f t e e ny e a r s ，a n dt h ea g g r e g a t ei n v e s t m e n tw i l lb ed o u b l ec o m p a r e dw i t ht h e n a t i o n a lt e n t hf i v e y e a rp l a n t h e r e f o r e ，i ti sv e r yi m p o r t a n ta n d g r e a td e m a n d t os t r e n g t h e nr e s e a r c ha n ds u m m a r i z e e n g i n e e r i n ge x p e r i e n c ef o rl a n d s l i d e o c c u r r e db yt h ec o n s t r u c t i o no f h i g h w a y i ti sa l s oh e l p f u lt ok n o wt h el a wa n d c h a r a c t e r i s t i co fs i m i l a r1 a n d s l i d ei nh u n a nm o u n t a i n o u sa r e a ，t oe n h a n c et h e p r e v e n t i o no fag r e a td e a lo fr o a d w a y h a r m f u ld i s a s t e r s 1 a n d s l i d ef o rp r e v e n t i n ga n dr e d u c i n g u pt op r e s e n t ，m a n ye x p e r t sa n ds c h o l a r sh a v ea l r e a d yc a r r i e do u tm u c h r e s e a r c hi nt h ef o l l o w i n ga r e a s ，a n dg o tm a n ya c h i e v e m e n t s ：( 堇) b a s e do nt h e g e o s c l e n c et h e o r y , a n a l y s i sa n de v a l u a t ec o n d i t i o n s ，c a u s e s ，m e c h a n i s m s ，t y p e s a n di n f l u e n c ef a c t o r so f l a n d s l i d e ( 至) m a i n l ya c c o r d i n g t ot h es t a t i s t i c a l p r o b a b i l i t ya n a l y s i s ，m a k eg e o l o g i c a lh a z a r da s s e s s m e n tf o r r e g i o n a l l a n d s l i d e ( ) m a i n l y b a s e do nt h em e c h a n i c s t h e o r y , r e s e a r c h l a n d s l i d e p r e v e n t i o nm e a s u r e s b u ta sf o r e n g i n e e r i n g l a n d s l i d et o o k p l a c eb yt h e c o n s t r u c t i o no f h i g h w a y , a l s ot h e r ei sm a n yn e ws u b j e c t st or e s e a r c h o nt h eb a s eo ff i e l ds u r v e y , e x p l o r a t i o n ，t e s ta n dm o m i t o r i n g ，a u t h o rh a s d e e p l ys t u d i e dt h ec h a r a c t e r i s t i c ，a s s e s s m e n ta n dp r e v e n t i o no ft h ex u j i a d o n g l a n d s l i d er e a c t i v a t i o nb yu s i n gt h el a t e s tl a n d s l i d e g e o l o g i c a lb a s a lt h e o r y , s i n g l e - p o i n tg e o l o g i c a l d i s a s t e r a s s e s s m e n tm e t h o da n d l a n d s l i d e c o m p r e h e n s i v em a n a g e m e n t e n g i n e e r i n gt e c h n o l o g y , a n d a c h i e v e dt h e f o l l o w i n gm a i nc o g n i t i o na n dc o n c l u s i o n ： 1” o 一一 i f r o ma n a l y s i so tt h et b u ra s p e c t sc o n t a i n i n gl a n d f o r ms h a p e r e m a i n s i n v e s t i g a t i o n o fl a n d s l i d ea n dt h e g e o l o g i c a le n v i r o n m e n t ， f o r m a t i o n m e c h a n is mo fl a n d s l i d ee v o l u t i o n ，w ec a nk n o wt h ex u j i a d o n gl a n d s l i d ei sa i 中南大学硕士学位论文 a b s t r a c t a n c i e n tl a n d s l i d e i ti so fg u i d i n gs i g n i f i c a n c ef o rt h ec o g n i t i o na n dd i s c o v e r yo f s i m i l a rl a n d s l i d ei nh i g h w a yl i n es e l e c t i o n 2 b yc o m p r e h e n s i v ee x p l o r a t i o nt e s t ，t h e c h a r a c t e r i s t i co fx u j i a d o n g a n c i e n tl a n d s l i d er e a c t i v a t i o nh a sb e e na n a l y s e d h o wt od e t e r m i n et h es h e a r s t r e n g t hp r o b l e mo ft h es l i d i n g z o n es o i la n dh o w t om a k es u r et h em o s td e e p s l i d ep r o b l e ma m o n gm a n ys l i d i n gs u r f a c e sh a sb e e ns e t t l e d t h i sr e s e a r c h m e t h o dp o s s e sp o p u l a r i z a t i o na p p l i c a t i o nv a l u e 3 a c c o r d i n gt ot h ea n a l y s i so fg r o u n dw a t e rc o n d i t i o n s ，e s p e c i a l l yt h e s t u d yo ft h es e n s i b i l i t yb e t w e e nt h el a n d s l i d es t a b i l i t ya n a l y s i sc o e f f i c i e n t sa n d t h eg r o u n dw a t e r , s c i e n t i f i cb a s i si sp r o v i d e df o r c o n t r o l l i n gw a t e rb e f o r e p r e v e n t i n gl a n d s l i d e ”i nl a n d s l i d ep r e v e n t i o n 4 t h ea u t h o rs u g g e s t st h es p e c i f i ci d e aa n dm e t h o d i tc a nb ei n s u r e dt h e l e a s ea m o u n to fw o r ka n dt h eb e t t e rp r e v e n t i o ne f f e c t m e a n w h i l ei tc a nb e s o l v e dc o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g yd i f f i c u l t y , a n da p p r o v e dg o o de f f e c ti np r a c t i c a l e n g i n e e r i n g t h e r ei ss i g n i f i c a n c ei nt r e a t m e n to fs i m i l a rl a n d s l i d e i naw o r d ，t h er e s e a r c hc o n c l u s i o nn o to n l y g i v e sh i g h w a y s d i s a s t e r p r e v e n t i o na n dr e d u c t i o na n dt h eo t h e rl o c a le n g i n e e r i n gd i r e c tg u i d i n gv a l u e a n da p p l i c a t i o nv a l u e ，b u ta l s ot h er e s e a r c hg i v e so t h e ra r e a s l a n d s l i d e i n v e s t i g a t i o na n dp r e v e n t i o nu n i v e r s a l i t ya n de x t e n s i b i l i t y s ot h i sa r t i c l eh a v e t h e o r ya n de n g i n e e r i n gp r a c t i c e ss i g n i f i c a n c e k e yw o r d ：a n c i e n tl a n d s l i d e ，f o r m a t i o nm e c h a n i s m , s t a b i l i t ya n a l y s i s ， s e n s i b i l i t ya n a l y s i s ，d e f o r m a t i o nm o n i t o r i n g ，o p t i m i z a t i o nd e s i g n i v 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同 工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名： 日期：坦1 年卫月盟e t ， 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论 文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文； 学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。 作者签名： 聊签名丝理隰埠年卫月业日 中南大学硕士学位论文绪论 第一章绪论 滑坡通常是指斜坡上的土体( 或岩体) 沿其下部的软弱面( 或带) 向下方整体滑动的 现象。但“滑坡”这个词在国外文献中所指的含义是不完全相同的。日本、东欧一些国 家滑坡的含义词同我国的含义词基本上一致；其它国家，即便使用“l a n d s l i d e ”或 “s 1 i d e ”一词的国家，含义并不完全一样，虽然我国翻译时也叫“滑坡 ，但它所指 的是除泥石流之外的所有斜坡变形现象，类似于我国现场经常使用的名词“塌方”。 在工程建设过程中，由于土方开挖等工程活动或者地震、暴雨等，经常出现边坡失 稳或者滑坡现象，给工程建设带来不利影响并造成经济损失，并且由于地质条件的多样 性与复杂性，在处理具体地质工程事故时有必要进行专门的研究工作。 1 1 国内滑坡地质灾害与防治研究现状 我国是世界上滑坡较多的国家之一。如1 9 2 0 年举世闻名的甘肃大地震，发生了很 多滑坡，其中的滑坡旋涡像瀑布似的，裂缝吞下了房子和骆驼队，村庄被掩埋，死人达 十多万。 我国对滑坡的系统研究是解放后才开始的。如1 9 5 1 年在西北铁路干线工程局成立 “坍方流泥 小组，1 9 5 6 年成立坍方研究站，1 9 5 9 年成立坍方科学技术研究所一即西 北研究所滑坡研究室的前身。1 9 5 9 年和1 9 7 3 年主持召开了滑坡防治经验交流及科研协 作会议。1 9 5 8 年出版宝成铁路技术总结路基设计与坍方滑坡处理，1 9 6 2 年出版 铁路路基设计手册滑坡地区路基设计 0 2 31 9 7 1 年西北研究所编写了滑坡防治3 3 一书，经试用修改于1 9 7 7 年由人民铁道出版社出版发行。 2 0 世纪8 0 年代以前，我国对滑坡的研究主要局限于滑坡的分布规律、形成机理、 趋势预测等方面，基本依附于水文地质、工程地质勘察与研究工作。2 0 世纪8 0 年代改 革开放以后，我国的工程活动日益频繁，工程规模日益增大，遇到的滑坡问题越来越突 出制，各个领域对滑坡的研究也越来越广泛。近2 0 年来，特别是“国际减灾十年活动 开展以来，我国对滑坡的研究空前活跃，各项研究进一步扩展和深入，研究者一般都将 现场观测与实验室实验和理论分析有机地结合在一起。研究中涉及的学科也较多，如地 理学、地质学、气象学、水文学、电子学、水力学、岩土力学、土木结构学、测量学等。 现场观测及研究中应用了多种先进的技术设备与方法。总体简述如下。 1 ) 滑坡的分类 滑坡的分类有很多，分类的依据也不同7 07 ，但分类的目的应是为了更有效的进行 滑坡调查研究和预防整治工作，尽可能地减少滑坡所造成的危害，更好地为人类建设事 中南大学硕士学位论文绪论 业服务。基于调查研究和工程应用方面的考虑，根据不同的分类标准，学者们给出了多 种类型： ( a ) 根据滑坡体的物质组成和结构形式等主要因素，滑坡防治工程勘查规范 ( d z t0 2 1 8 2 0 0 6 ) 将滑坡类型划分为堆积层( 土质) 滑坡、岩层滑坡、变形体三大类共 1 4 亚类，如下所示。 厂滑坡堆积体滑坡 i 崩塌堆积体滑坡 l 崩滑堆积体滑坡 堆积层( 土质) 滑坡黄土滑坡 i 粘土滑坡 i 残积层滑坡 l 人土填土滑坡 砸水平层状滑坡 i 顺层滑坡 岩质滑坡 切层滑坡 i 逆层滑坡 楔体滑坡 变形体厂危岩体 l 变形体 按滑坡物质组成成分，工程地质手册( 2 0 0 7 ) 将滑坡类型划分为堆积层滑坡、黄土滑 坡、粘性土滑坡、岩层滑坡、破碎岩体滑坡、填土滑坡。堆积层滑坡特征为各种不同性 质的堆积层( 包括坡积、洪积和残积) ，体内滑动或沿基岩面滑动。黄土滑坡特征为不同 时期的黄土层中的滑坡，并多群集出现，常见于高阶地前缘斜坡上，或黄土层沿下伏第 三纪岩层滑坡。粘性土滑坡特征为粘性土本身变形滑动，或与其它地层的接触面或沿基 岩接触面而滑动。岩层滑坡特征为软弱岩层的组合滑坡，或沿同类基岩面、或沿不同岩 层的接触面、或较完整的基岩面滑动。 按滑动面通过各岩层情况，工程地质手册( 2 0 0 7 ) 将滑坡类型划分为同类土滑坡、顺 层滑坡、切层滑坡。同类土滑坡特征为发生在层理不明显的均质粘性土或黄土中，滑动 面均匀光滑。顺层滑坡特征为沿岩层面或裂隙面滑动，或沿坡积体与基岩交界面及基岩 间不整合面等滑动，大都分布在顺倾向的山坡上。切层滑坡特征为滑动面与岩层面相切， 常沿倾向山外的一组断裂面发生，滑坡床多呈折线状，多分布在反倾向岩层的山坡上。 ( b ) 根据滑坡的其它因素分类，滑坡防治工程勘查规范( d z t0 2 1 8 - 2 0 0 6 ) 将 滑坡类型划分为六大因素共1 8 类，如下所示。 2 中南人学硕士学位论文绪论 r 浅层滑坡 体厚度j 中层滑坡 i 深层滑坡 超深层滑坡 动形式厂推移式滑坡 l 牵引式滑坡 厂工程滑坡，工程新滑坡 生原因l 工程复活古滑坡 咱然滑坡 今稳定程度厂活动滑坡 l 不活动滑坡 厂新滑坡 生年代 老滑坡 l 古滑坡 ，小型滑坡 i 中型滑坡 坡体积气大型滑坡 l 特大型滑坡 l 巨型滑坡 ( c ) 水利水电工程地质手册还有一些其它分类方法，简介如下。 按滑体稠度，水利水电工程地质手册将滑坡类型划分为塑流、塑性、块体。塑流是 指岩土已达饱和流动状态，滑体与滑带界面不清。塑性是指岩土的稠度达塑状。块体是 指岩土呈硬塑或半坚硬状态，滑后只有断裂，很少塑性变形，滑体与滑界面清楚。 按滑面部位，水利水电工程地质手册将滑坡类型划分为定向、无向。定向是指岩土 沿结构面滑动。无向是指滑面位置随外形及水浸湿的变化而不同，沿最大剪应力面发生， 无明显软弱带。 按滑动性质，水利水电工程地质手册将滑坡类型划分为连续性、断续性、崩塌性。 连续性是指长期缓慢滑动，滑带土强度稳定，接近残余强度，滑面平直。断续性是指雨 季滑动，干季稳定，或多年活动一次，复活型，滑动一次后，能量再次积聚。崩塌性是 指滑体脱离滑床，历时短，事先有一个形成滑面过程。 滑坡的分类方法还有很多，在此不再一一枚举，由于对滑坡的调查研究的不断深入 和仪器设备的不断先进，对滑坡的分类会不断补充、修改和更加完善。当然，每一种分 类方法都有其目的与意义。例如，按滑坡物质组成成分分类，滑坡物质组成成分是滑坡 的物质基础，是防治滑坡时必须弄清楚的问题；不同类型的岩土体除在分布上各有一定 规律外，对于滑动的难易、滑动特点、滑动时所需的条件是各不相同的，不同类型的岩 中南大学硕士学位论文绪论 土体产生的滑坡，其整治方法也有区别；因此，无论考虑预防还是整治，按滑坡物质成 分分类是十分必要的。再例如按滑体厚度分类，对于滑坡整治来说，滑体厚度涉及到整 治原则、具体措施、工程量大小、施工难易程度等许多问题；可见这一方面应有一个共 同认识标准，因此，选择滑体厚度作为分类依据也是十分必要的。 2 ) 滑坡的勘察与测试技术 我国目前的勘察与测试技术与国外大致相当。包括航测和卫星照片的应用、地表调 查、钻探、物探、物理力学性质测试、变形与应力监测等。 遥感技术正在得到愈来愈广泛的应用阳8 ：在大型工程的勘测阶段，利用遥感图像可 以显著提高效率，改善工作条件。在京九铁路的选线和施工阶段，遥感技术的成功应用 说明了这一点9 | 。再如，石家庄西郊石灰岩山区的一大型滑坡就是首先在遥感图像上发 现的，后来的实地考察证实了当时的判断是正确的n0 | 。但是，遥感一般是采用1 ：5 0 0 0 0 的卫星像片，毕竟比例尺较小且影像特征有多解性，与1 ：1 0 0 0 0 甚至比例尺更大的现 场地面调绘相比，多数地质现象及地貌均能反映，但不能反映准确位置。一个是远观， 一个是近察，因此遥感解译资料必须进行现场验证和调绘，为遥感解译的复判提供依据。 如李铁锋等n 基于灾害发生前后的两期卫星影像数据( s p o t 一5 ) ，结合d e m 数据，对 降雨型滑坡进行遥感解译研究。采用根据控制点坐标进行五次多项式回归的方法对遥感 影像进行几何校正；利用光谱波段比值法、直方图匹配技术对两期影像进行预处理，以 降低地形、大气等因素造成的差异。两期波段比值影像的灰度直方图，决定了研究区地 表变化所占的比例，利用其确定变化灰度阈值，进行两期波段比值影像的变化检测。最 后，迸一步利用研究区的d e m 数据对地表变化信息进行筛选以确定降雨型滑坡发生范 围。 钻探：滑坡地段一般地层复杂，采用传统方法进行勘察有时达不到滑坡勘察的目的， 一般须结合探井或平硐进行勘察。陈六一n 2 3 采用金刚石单动双管钻具+ s m 胶泥浆技术， 取得了较好的效果，钻探台月效率由1 5 0 m 提高到3 5 0 m ，岩心采取率达8 5 - - - 9 0 ，而且取 出了泥夹块石、滑面、软弱夹层、破碎带样品。郭坚、刘克俭n 3 1 根据滑坡勘察原理，结 合安太堡露天矿南排土场滑坡工程勘察，对滑坡勘察中施工难度较大的无水干钻成孔及 取样进行了阐述，并针对施工中出现的不同问题提出了相应措施。 地球物理勘探方法n 4 1 引：由于物探成果解析的多样性以及在深度上的精度不足性， 物探方法大多作为钻探方法的补充手段。近年来，通过广大物探技术人员的努力研究， 总结了物探技术对不同类型滑坡的工程地质水文地质条件进行勘察及稳定性评价的应 用条件存在的问题。马增伦n 铂研究了采用综合电探方法在确定滑坡地下水的分布形态， 补给排泄关系、水力联系，滑坡地层的地球物理特征，地质构造及滑动面等方面的实际 效果，提出了由物探地质资料综合分析结果确定的“趋势性滑动面 和进行岩质高边坡 “构造核结构体划分与评价的可行性。杨胜杰、冉磊、赖思静n 5 1 等运用面波技术对渝 邻路的大湾滑坡进行了勘察，通过时域信号分析、频散曲线和波速云图3 种判定方法查 4 中南大学硕士学位论文绪论 明了滑坡的滑动面。与钻孔资料对比，两者的结果较为一致。 物理力学性质测试n 9 驯：滑带土强度特性对滑坡稳定性研究和滑坡防治工程设计具 有重要意义。目前国内测试研究包括5 种特征强度：峰值抗剪强度、残余抗剪强度、完 全软化强度、滑坡启动强度、长期抗剪强度以及相应的微观结构特征；研究方法以现场 与室内试验为主，理论分析和反演分析为辅。一般采用快剪、饱和快剪、饱和残剪、重 塑剪等试验后，对滑带土抗剪强度指标进行分析研究，并结合反算结果才能得出比较符 合实际的滑带土抗剪强度指标。程东幸、刘大安、丁恩保、李学政、戴谦训乜叫从影响滑 带土长期强度的因素，如滑带土的含水量、滑带土的粒度成分、滑带土密度、试验条件、 滑带土的矿物和化学成分以及水质特性等分析入手，对结构面力学参数的衰减特征进行 了动态分析。程媛彩、戴自航心7 3 研究指出：基于最, j 、- - 乘法原理，采用多个剖面反算滑带 土综合抗剪强度指标的方法，在简单小型滑坡治理设计计算中其精度仍是较为可靠的， 而在大中型复杂滑坡治理设计计算中，应根据滑动带物质结构组成或是否受地下水侵蚀 的不同，反算不同滑动段多种强度指标才是比较合理和可靠的。而岩体滑坡口1 3 8 3 的抗剪 强度与土体滑坡的抗剪强度受影响因素又有不同，汪小刚、陈祖煜、刘文松b 3 1 研究指出， 对于未完成贯通的结构面，应考虑节理岩体的连通率综合确定抗剪强度；郭志司通过研 究起伏结构面内软弱夹层的厚度的力学效应指出了结构面起伏对抗剪强度的影响等。 变形与应力监测：变形监测包括地表变形观测和地下变形观测口9 43 。根据地表变形 观测的位移矢量，可以识别变形体及其运动模式，是变形分析的一项重要内容；而根据 地下测斜成果曲线，可以较好地确定滑动面的分布情况。应力监测包括岩土压力变化、 孔隙水压力变化( 或地下水位) 、抗滑桩与锚索的内力变化等“3 叫副。通过对岩土压力变化 或孔隙水压力变化可以分析滑坡的稳定性趋势，通过对抗滑桩与锚索的内力变化可以分 析滑坡治理效果等。 3 ) 滑坡稳定性分析方法 滑坡的稳定性关系到工程选址、方案设计等重大决策问题。滑坡的稳定性分析方法 主要是综合运用数值模拟方法、极限平衡法和概率分析方法等h 9 6 引。数值模拟方法中的 传递系数法也称剩余推力法，是我国科技人员创建的滑坡稳定性分析法。该法的显式解 由于方法简单，不需迭代，可以手算，而被长期采用，先后被列入工业与民用建筑工 程地质勘察规范( t j 2 1 - 7 7 ) 、岩土工程勘察规范( g b 5 0 0 2 1 - 9 4 ) 和岩土工程勘察规 范( g b 5 0 0 2 1 - 2 0 0 1 ) 。 稳定性分析除了前述参数的精度问题外。分析方法的适宜性也很重要。郑颖人、时 卫民、刘文平、刘明维、王敬林蹭2 1 研究认为，传递系数法隐式解和显式解计算结果不同， 原因在于对稳定系数的定义方法不同，前者定义在抗剪强度的储备上，后者定义在增大 滑体产生的下滑力上。以圆弧滑动为例，与m o r g e n s t e m p r i c e 法比较，传递系数法的 显式解比隐式解误差大，且偏于不安全，建议采用隐式解。陈祖煜畸也以圆弧滑动为例， 将传递系数法与b i s h o p 法比较，认为隐式解的计算结果与b i s h o p 法十分接近，而显式 5 中南大学硕士学位论文绪论 解并不总是与b i s h o p 法接近，误差随中心角的增大而增大，而且安全系数总是偏大， 高估了抗滑能力。但是，对于已经查明的非圆弧型滑坡，传递系数法具有非常实用的优 势。 滑坡稳定性分析的另一类数值模拟方法是各种有限元法，尽管相应的参数测定的发 展目前跟不上分析方法的发展，国内学者还是进行了不懈的研究。例如，徐学磊矧针对 滑坡的变形发展及破坏，提出了将经典的渗流力学和土力学相结合，建立合理耦合数学 模型，准确模拟流固耦合的过程，介绍了耦合求解法中有限单元法的计算过程。刘明维、 郑颖人啪1 针对传统滑坡稳定分析中，滑动面的位置和形状总是或多或少根据钻孔勘察和 工程经验而定，特别是对可能存在多个潜在剪出口和滑动面的复杂滑坡，往往导致滑动 面的错划和漏划，从而造成滑坡治理的失败；提出采用有限元强度折减法，通过依次约 束剪出口的方式，可以准确搜索出低于设定安全系数的所有滑动面和剪出口，并克服传 统方法确定复杂滑坡滑动面可能存在的错误或遗漏等。 近年来，我国对大型模型试验也有所研究，如周中等m 2 3 为了对降雨入渗诱发堆积层 滑坡的失稳机理有较深的了解，以及研究边坡性状随时间变化的一些重要特性，选取上 瑞高速公路贵州段k8 5 + 6 5 0 k8 5 + 6 9 0 典型堆积层边坡进行人工降雨模拟试验和原位综 合监测。该试验采用了全站仪、测斜仪、含水量计、土压力盒、蒸发皿、降雨计及自制 野外人工降雨装置等一系列仪器。通过对边坡土体中的水分、孔隙水压力、应力状态、 土体的变形以及地表位移的监测，分析降雨在堆积层边坡的入渗规律，探求边坡中岩土 与水相互作用的机理。 4 ) 滑坡的失稳模式及其影响因素分析 张倬元等 i 0 5 将滑坡划分为6 种模式：蠕变一拉裂、滑移一压致拉裂、滑移、滑 移一弯曲、弯曲拉裂、塑流一拉裂。以及由这6 种模式构成的各种复合模式等。 影响滑坡的因素也就是形成滑坡的条件4 8 。( 1 ) 首先是地质条件：如岩性，在岩 土层中必需具有受水构造、聚水条件和软弱面等；如地质构造，对岩体而言其构造和产 状对斜坡的稳定、滑动面的形成、发展影响很大，第四系土层和下伏岩层的接触面越陡， 则其下滑力越大，滑坡发生的可能性也愈大。( 2 ) 气候与径流条件也很重要：气候条件 如雨季开挖边坡，山坡土体湿化，粘结力降低，重度增大，易形成滑坡；气候变化还会 促使岩土风化，减少粘聚力和结合力等；如地表水的作用，当地表水下渗时增加了土体 的含水量和降低了土体抗剪强度等，地表水对坡脚的冲刷或潜蚀，削弱了坡脚的支撑作 用，引起滑坡，还有地表水的涨落引起地下水的升降，以致造成滑坡；地下水的作用更 直接：地下水量的增加，使土体含水量增大，滑动面上的抗滑力减少而下滑；地下水位 的增高，浸湿范围加大，浸湿程度加剧，使土体的重度增大，滑动面上的下滑力增加而 下滑；地下水流速的加大，促使土体产生潜蚀作用，从而破坏斜坡的稳定性而滑动；地 下水动水压力和静水压力也都是助长滑坡的因素。( 3 ) 地形及地貌条件：下陡中缓上陡 的山坡和山坡上有呈马蹄形的环状地形，且汇水面积较大时，易形成滑坡。( 4 ) 地震等 6 中南大学硕士学位论文绪论 的振动可能增加下滑力，历史上大型滑坡大都是由地震引发的。( 5 ) 人类工程活动：如 切坡不当，人为破坏山坡植被与覆盖层，人为改变或破坏自然排水系统，人为的浸水或 堆载等，都可能造成斜坡的平衡，造成滑坡。( 6 ) 其它。 一般的规律是植被可以缓冲降水对坡面的冲刷，加快土体内水分的蒸发，其根系对 坡体有加固作用，这些都是有利于滑坡的稳定的。但是也有例外，徐增亮等阳们研究发现， 植被也同时增加了斜坡的荷载，在一定条件下，植被对滑坡也可以产生不利作用。有时 也在同一地区发现在有植被覆盖的边坡发生了滑坡，而没有植被覆盖的边坡反而是稳定 的。经研究，这些发生滑坡的边坡坡角一般为4 0 度左右，恰巧为临界坡角，上覆植被 为新栽种的，其根系尚未贯穿滑面扎入稳定地层中，当有大风作用于植被时，增大了滑 坡体上的水平分力，因而触发了滑坡。张建红等6 1 研究陕西省境内某一段铁路的滑坡就 是由于挡土墙后大理岩夹石英片岩上有2 - 4 m 厚风化形成的砂粘土，砂粘土中存在竖向 节理，雨水容易入渗，因此降雨后土体强度降低。 随着人类工程活动的越来越频繁和规模越来越大，由人类工程活动引发的滑坡也越 来越多，造成的损失也越来越大。如葛民荣口羽分析了采煤沉陷对牛头嘴滑坡群造成的影 响，认为地下采煤形成采空区所引起的缓倾斜边坡变形机制为：由于地下采煤形成采空 区，造成了采空区顶板岩层的离层，从而引起岩体水平和垂直变形，使上覆岩体中的软弱 结构面发展成滑移面，当上覆山体克服滑带的抗滑力，边坡便可发生蠕滑而变形。如栾茂 田等朝介绍了1 9 7 6 年香港秀茂坪人工填土坡滑坡灾害评析；应宏伟等泓1 介绍了某大型 填土工程滑坡机理分析与治理等。李传生等聃5 3 在研究西宁市北山寺滑坡时也发现该场地 的特殊的斜坡地质构造和新构造运动是滑坡形成的基础条件，而长期绿化灌溉和坡脚不 合理开挖是滑坡形成的引发因素。 5 ) 滑坡的预报技术 目前国内的滑坡预报技术 8 7 - 9 2 与国外技术基本上相近。滑坡预报技术研究的出 发点一般是试图找到一个物理量来表征滑坡体这一力学系统的状态，当这个量达到某一 临界值时，滑坡即发生。按此出发点，滑坡应是沿做功最少即最省力的路径下滑的。但 是，问题并没有那么简单，例如，有研究者以重力势能作为判据，理由是势能越小越稳 定，但却忽略了滑坡体的总势能中还应包括弹性势能，仅仅考虑重力势能是不严密的。 徐峻龄，马辉脚1 的研究是从塑性理论中的下限定理出发，结合宏观迹象给出滑坡滑动的 判别方法，也只是向最可能滑动面方法的逼近。徐嘉谟嫡蚰研究指出，目前提出的几乎所 有衡量滑坡稳定程度的判据都是不完善的。而用稳定系数来表征滑坡的稳定度嘲，只是 从静态的观点去看待滑坡问题，也是不够全面的。童云，周凤星，程耕国，汪道林旧7 3 基于在 滑坡蹋陷之前都会有声发射现象，研究了如何根据检测到的声发射信号进行危险预报 等。 6 ) 滑坡的防治技术 滑坡治理的最好方法当然是防患于未然，也就是尽量减少对地质环境的破坏。据孙 7 中南大学硕士学位论文绪论 广忠町研究分析，长江链子崖治理费用与效益之比为1 ：2 0 ，也就说，滑坡治理费用虽然 很高，但若任其发展势必造成更大的损失。孙广忠1 还提出了“地质工程理论 一地质 体有自稳能力，地质工程应充分利用这种自稳能力。如果盲目地破坏地质体，必将付出 十倍百倍的代价。 我国对滑坡治理研究已处于国际先进水平，与国外防治技术相类似地可以划分为7 大类型，本文主要将我国在滑坡治理技术上比较先进的技术进行简介如下。 治滑先治水n 0 2 0 3 1 。在坡面上修建排水措施，尽量减少地表水的下渗，是一项非常 有效而经济的措施。为了降低地下水位，可以修建地下排水工程，如平孔排水，平硐排 水和虹吸排水等。 支挡工程是主动防护的有效方法，常用的有：抗滑桩、锚索抗滑桩、锚索、小型钢 架锚索、微型桩群等，其中对抗滑桩的研究与应用最多n 0 4 1 1 。桩和锚的结合是当前的 主要发展方向。大量的工程实例表明：桩的锚固深度的确定可以依据桩的不同结构形式， 稳定地层的强度，滑坡推力，桩的刚度，桩的截面和间距及是否考虑桩前滑体的抗力等 因素综合确定。 对于厚度大的滑坡，减重和反压是防治滑坡的经济有效的措施嘲1 。 改良滑带土的方法也有较多的研究与应用8 1 2 。朱宝龙，胡厚田，张玉芳，陈强， 张胜文研究指出：钢管压力注浆型抗滑挡墙是一种将注浆方法与微型桩群方法联合使用 的技术，受力分析时可看作一个抗滑挡墙，其最大特点是将滑坡中的一部分滑动体加固 成抗滑体来达到对滑坡治理的目的。 为了指导防滑治理信息化施工和评价防滑治理效果，各种滑坡监测技术得到了广泛 应用1 22 l 。 总之，滑坡防治是一项技术复杂，施工困难的灾害防治工程。而各种处治技术均具 有一定的优缺点及适用条件，在具体项目中一般应根据地质条件与当地施工技术力量综 合采用各种处治技术，很少采用单一的滑坡防治技术。 1 2 国外滑坡地质灾害与防治研究现状 滑坡分布于世界上许多国家，对其经济建设造成了不同程度的危害。如美洲的加拿 大、美国、智利和巴西是滑坡较多的国家，早期的巴拿马运河两岸的滑坡是世界闻名的。 1 9 5 1 至1 9 5 2 年冬天，洛杉矶的滑坡造成7 5 0 万元的损失n 2 3 1 。1 9 6 4 年，阿拉斯加一次 地震引起许多滑坡，其中之一顺海岸线长2 7 公里，垂直海岸线宽9 0 0 米，毁坏房屋 7 5 幢n 2 制。捷克境内的波希米亚、摩拉维亚和斯洛伐克均有不小滑坡，尤其在喀尔巴阡 山附近更为严重，1 9 6 1 至1 9 6 2 年期间曾登记的滑坡超过9 0 0 0 处n 2 引，甚至有一条铁路 因支付不出整治滑坡等灾害的费用而废弃2 5 1 。意大利北部瓦依昂水库库岸滑坡( 1 9 3 0 ) 是上世纪世界上最大的水库失事事件，有2 亿4 至2 亿6 千万方的岩石从托克山滑到水 8 中南大学硕士学位论文 绪论 库中，几乎填满了2 6 5 米高拱坝构成的水库，造成的波浪高大于1 0 0 米，在距离滑坡2 公里远处波高仍达7 0 米，洪水越坝顶而过，冲毁5 个村镇和l o n g a r a n c 城，约死2 0 0 0 人n 2 3 1 25 。印度1 8 9 3 年在g a r h w a l 发生的滑坡是人类历史上的大滑坡之一，滑下的土体 形成一个天然坝，长3 公里多，宽1 5 公里，高2 9 5 米，约一年后，洪水越顶而过，冲 毁了洪水经流的所有村庄和城市n 2 引。日本滑坡也很频繁，仅就国营铁路而言，1 9 6 6 至 1 9 7 6 年期间，每年平均灾害( 包括滑坡) 件数为6 4 0 0 件，其中最多者达8 9 0 0 件，由此 使列车不能运行的占所有事故的4 8 n 2 引。 第二次世界大战以前，各国对滑坡的研究是零星的和片面的。在第三届国际土力学 与基础工程会议( 1 9 5 3 年，瑞士) 上，几乎所有关于滑坡的报告都是以长期观测为基础 的。如美国曾分别对两处滑坡观测2 2 年和2 3 年；瑞士对一个隧道滑坡观测5 0 年、对 某湖岸滑坡观测了5 5 年n 2 7 1 。 第二次世界大战以后，各国经济建设不断发展，遇到的滑坡不断增多，对滑坡的研 究也就不断系统而深入了。1 9 5 0 年美国学者k t e r z a g h i 发表了滑坡机理( m e c h a n i s m ) 的论文，系统地阐述了滑坡产生的原因、过程、稳定性评价方法和在某些工程中的表现 等n 2 副。1 9 5 2 年澳大利亚一新西兰的区域性土力学会议上，所有报告几乎全与滑坡有关， 即主要研究滑坡土的强度特性n 27 。1 9 5 4 年9 月在瑞典的斯德哥尔摩召开全欧第一届土 力学会议，题目就是土坡稳定性问题，其中2 3 篇报告中介绍了挪威、瑞典、英国等国 家的滑坡n 驯。1 9 5 8 年美国公路局的滑坡委员会编写了滑坡与工程实践n 删一书，是 世界上第一部全面阐述滑坡防治的专著。 1 9 6 4 年3 月日本正式成立滑坡学会，出版季刊滑坡，后以成立滑坡对策协议 会，出版季刊滑坡技术，这是世界上最早的的两种关于滑坡的专门刊物。1 9 6 4 年 前苏联召开了全国滑坡会议，出版了论文集，介绍了前苏联高加索、黑海沿岸、克里米 亚半岛和西伯利亚等地的滑坡。1 9 6 8 年在布拉格举行第2 3 届国际地质大会期间，酝酿