（岩土工程专业论文）双层反翘型滑坡变形破坏力学模型的建立.pdfVIP

攮要 双层反翘型滑域是指具有双层滑动面和前缘反翘特征的滑坡。两层滑动耐的 捐豆影响及兹缘的嫩滑黪用使得其有麓独特的变形破韩枫理，对同时共有这薅糖 特征的滑坡系统的研究却很少。具有前缘反翘特征的滑坡一般属于缓慢蠕游的缓 动式低速滑坡，目前人们多关注于高速滑坡，丽忽视对反翘孀滑型滑坡的研瓷。 因此急霈对此类滑坡开矮相关研究。 本文结合湖北省襄十高速公路武谗段的一驻型双层反翘溅潞坡进行珊究，在 此基础上研究清楚滑坡的基本特挺和形成条件，了鳃其地质成因、物质组成、浸 厦物理力譬特性、绩梅譬荸蛭与运动特性。奁越基础上对滑坡鹣变形破坏攫瑷遴幸亍 了分板，将滑坡形成的蛾质因素檄摄为三个方瓤；她质构造、簿露穆潍疆树料豹 蠕变性，认为滑坡是在多蕈串因索作用下形成的蠕动型滑坡。并根据其不同阶段躲 蠛潺蛾德掇其划分必衰减蠕变、等逮燎变和热逮爆变三个阶段，秘对不月除段熬 变形规律建立相应的流变模型来反映这一趣律。 室内物理模拟试验赵进行滑坡稳定性和变形破坏机理磺究的重要方法。本文 利用天然状况和加固状态等誉冠王猿下的塞疼模型试骏蘑记录麓潺壤薅不嬲帮 位测点的挝移数据，对其进行拟会以褥到滚变模型的冬力学参数，莠将模燮熬捷 移变化曲线与试验的位移变化曲线相比较验证，可知两豢是比较吻合豹，模型较 好她反映了涛坡锩约变形攫律。 零文恩时还利用理弱监测所褥潺坡体经移数掇来蹑模型麴链穆交纯熬线耀 比较验证，从另一个方颟证明了模型较好地反炊了潺坡体的变形漫德。 最焉将摸登应髑予焚绝蠖瀑型潺坡， 熟取褥了较好黟效果，滋鞠模型其鸯较 好的适月蚀。 关键遴：双鬃溪渤模式囊謦缘爱戆攥灌式潺坡交形骏坏税理滚交攘穗 糖堤攘爨试验现场簸灏 a b s t r a c t t h el a n d s l i d e sw es t u d ya r et h o s ew i t hd o u b l es l i d i n gp l a n ea n dr e v e r s e r o c k l a y e r 弧ei n t e r a c to ft h et w os l i d i n gp l a n ea n dt h ea n t i s l i p p i n ga c t i o no ft h e r e v e r s ef o r e s i d em a k et h e mh a v es p e c i a ld e f o r m a t i o na n df a i l u r em e c h a n i s m ，o n l ya f e ww e r k sh a v eb e e nd o n et os t u d ym ed e f o r m a t i o na n df a i l u r em e c h a n i s mo ft h e s e l a n d s l i d e s 。t h el a n d s l i d ew i t hr e v e r s er o c k - l a y e ru s u a l l yb e l o n gt oc r e e p - s l i d i n g l a n d s l i d e ，m o wm o s ti n v e s t i g a t i o n sa r ef o c u so nt h eh i g hs p e e dl a n d s l i d eb u tn o tt h e c r e e p s l i d i n gl a n d s l i d e s o ，i ti sg r e a ti m p o r t a n tt od os o m ew o r k so ns t u d y i n gt h e s e t a n 蠡l i d e s 。 i i la l l u s i o nt oac e r t a i nl a n d s l i d ei nw u x us e g m e n to fx i a n g s h ie x p r e s s w a y , s o m ew o r k sh a v eb e e nd o n et os t u d yt h eb a s i cc h a r a c t e r sa n df o r m a f i o nc o n d i t i o n so f t h el a n d s l i d e ，t of i n do u ti t s g e o l o g i c a lg e n e s i s ，m a t e r i a lc o m p o s i t i o n ，m e c h a n i c a l p r o p e f i e s ，s t r u c t u r ef e a t u r e sa n dm o t i o nc h a r a c t e r i s t i c s 。t h ed e f o r m a t i o na n df a i l u r e m e c h a n i s ma r ea n a l y z e db a s e do nt h e s ew o r k sa n dt h eg e o l o g i c a lf a c t o r sa r e g e n e r a l i z e d o ft h r e e f a c t o r s ：g e o l o g i c a ls t r u c t u r e s ，r a i n f a l l a n dt h e c r e e p c h a r a c t e r i s t i c so ft h em a t e r i a l so ft h es l i d i n gp l a n e s o ，t h el a n d s l i d ei sac r e e p - s l i d i n g i a n d s l i d em a d eo fs e v e r a lf a c l o t s t h ew h o l es l i d i n gp r o c e s si sd i v i d e di n t ot h r e e p h a s e s ，d e c e l e r a t i o nc r e e p i n g ，s t a b l ec r e e p i n ga n da c c e l e r a t i o nc r e e p i n g , b a s e do nt h e c r e e p - s l i d i n gc h a r a c t e r i s t i c s 。a n dr h e o l o g i c a lm o d e lh a v eb e e nf o u n d e dt or e f l e c tt h e c r e e p - s l i d i n gc h a r a c t e r i s t i c s 。 l a b o r a t o r yp h y s i c a lm o d e lt e s ti sa ni m p o r t a n ta p p r o a c hf o rs t u d yo ns t a b i l i t y a n dd e f o r m a t i o na n df a i l u r em e c h a n i s m 。b a s e do nt h el a b o r a t o r yp h y s i c a lm o d e lt e s t ， t h ed e f o r m a t i o nd e s t r u c t i o nc o u r s eo ft h el a n d s l i d eo fd i f e e r e n ts t a t u sm a t u r a ls t a t e a n dr e i n f o r c e m e n ts t a t e ) a r es i m u l a t e da n dt h ed i s p l a c e m e n to fl a n d s l i d eo fd i f r e r e n t t e s t i n gp r o c e d u r e sa r es t u d i e d 弧ed a t eo ft h ed i s p l a c e m e n ta r ef i t t e di no r d e rt og e t t h ep a r a m e t e r so ft h et h e o l o g i c a lm n d e l 。f i n a l l y , w ec o m p a r et h ec u r v eo ft h e d i s p l a c e m e n to ft h er h e o l o g i c a lm o d e lw i t ht h ed a t eo ft h em o d e lt e s ta n d 出a wt h e c o n e l u s i o nt h a tt h et w oc u r v e sc o i n e i d ew i t he a c ho t h e ra n dt h er h e o l o g i c a lm o d e l r e f l e c tt h ec r e e p s l i d i n gc h a r a c t e r i s t i c sw e l l i na d d i t i o n ，w ec o m p a r et h ec u r v eo ft h ed i s p l a c e m e n to ft h er h e o l o g i c a lm o d e l w i t ht h ed a t eo ft h em o n i t o r i n ga n dd r a wt h es a m ec o n c l u s i o nt h a tt h er h e o l o g i c a l m o d e lr e t i e c ti h ec r e e p s l i d i n gc h a r a c t e r i s t i c sw e l l f i n a l l y , w eu s et h er h e o l o g i c a im o d e lt os t u d yo t h e rl a n d s l i d e sa n dm a k eg o o d e f f e c t s n a li st os a y , t h er h e o l o g i c a lm o d e lh a v eg o o da p p l i c a b i l i t y k e yw o r d s ：d o u b l es l i d i n gp l a n e ，r o c k l a y e rr e v e r s e ，r h e o l o g i c a lm o d e l ，c r e e p - s l i d i n g , d e f o r m a t i o na n df a i l u r em e c h a n i s m ，p h y s i c a lm o d e l t e s t ，m o n i t o r i n g 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行懿研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他入已经发表的和撰写过的研究成 巢，也不包含为获得中圈科学院武汉岩七力学研究所或其它教育 枫构的学位或证书丽使用过的枣李料。! 每我网工作瞧溺志对本研 究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明荠表示了谢意。 侔者签名：镌潞 曰期：；口侈年月日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉岩j j 学研究所关于保留：使用学位论文 的规定，即该所有权保躲、送交论文的复印修，允许论文被查阅 和借澜；可以公布论文的全部或部分内容，可以采粥影印、缩影 或其他复制手段保存论文。 作者签名：荐淄 j 期：劲多年6 月海舀 强 第一章绪论 第一章绪论 1 1 引言 随着人类在山区的开发性工程经济活动强度的增大和频度的增高，滑坡灾害 日趋频繁。虽然滑坡灾害不像地震、洪水、火山、龙卷风等自然灾害那样引人注 目或是人类付出巨大代价，但因其分布广泛、发生频繁，对人类造成总的经济损 失却相当惊人，有时甚至不小于其它单一的一类自然灾害，已成为全球性的主要 地质灾害之一。我国目前处于经济建设高速发展阶段，滑坡给水利、交通、能源 建设带来巨大损失。滑坡常摧毁工程，破坏房屋，中断交通，毁坏农田，堵塞江 河，冲垮桥涵：有时能造成毁灭性的灾难，人员伤亡惨重。 统计资料显示，1 9 5 1 1 9 9 1 年的4 0 年中，我国工程滑坡灾害至少造成1 1 6 9 人 死亡：经济损失更是巨大。近两年来就发生了多起重大事故。2 0 0 3 年5 月1 2 日凌 晨在贵州三穗县台烈镇平溪村三( 穗) 凯( 里) 高速公路一工地附近的山脚下， 突然发生山体滑坡，两栋工棚的3 5 名工人在睡梦中全部被埋，有2 9 人在这次事 故中遇难。2 0 0 3 年7 月湖北秭归县沙镇溪千将坪发生大型滑坡，造成1 4 人死亡， 1 0 人失踪，倒塌房屋3 4 6 间，毁坏农田1 0 0 0 余亩，4 家企业全部毁坏。滑坡还 毁坏省道3 k m ，2 0 多k m 的输电线路被毁坏，2 2 艘船翻沉，5 艘船舶断缆走锚， 广播、电力、国防光缆等基础都受到严重破坏。 近年来，随着人们对滑坡危害的日益重视和“国际减灾十年”活动的开展， 滑坡问题在地学、岩士工程和水土保持等领域已成为一个重要的研究课题。 在各种地质背景下，边坡受复杂多样、纷繁变化的自然因素及日益加剧的人 类活动等外界因素的影响，造就了自然环境和工程地质条件下各式各样的滑坡。 对各种滑坡的特征、运动机理进行研究是非常必须和重要的。 本文所研究的双层反翘型滑坡是指由上、下二层迭置的滑体所组成的滑坡系 统，滑体前缘呈反翘型。在许多大或老滑坡体上，由于地质环境的改变或人类工 程活动等。可有小规模的新滑坡产生。往往，这个小滑体较其下的大滑体更不稳 定。通常把有两个迭置的滑体所组成的边坡称为双层滑体边坡。上面的滑体称为 上滑体，下面的滑体称为下滑体。上滑体位于上部，直接暴露于地面，受各种环 境的改造严重。双层滑坡系统在自然界普遍存在，特别是较大规模堆积层边坡的 被袋反疆型滑坡变鼯酸筇力学模墅瓣建立 失稳，鬻产生多级瀵移域矮体现象，鸯豹逮瑗运产生双层乎行潺移轻多鬃潺移， 在斜坡发生熬钵下瀵的围黠，坡搭的上艨还产生二次平行下潺。上涛僖辫动对予 下滑体的复活或滑动将会产生不同程度的影响，有时完全可能促使下滑体发生滑 动；下辫傣翡滑动盛然带赫上溪体一起下渗。这是不嚣于葵德淫移痰簿黪一 孛狻 特下瀵璐象。双层游坡系绞瓣力学褫理运较单纛、潺坡复杂翡多，缀慰双层潺坡系 统的研究仍朱引起相关研究人员的足够霆视。前缘反翘型滑坡在自然界中也十分 簧逮，一簸发蠢在浯坡蔫绦为薄鬟颓翘陡簇戆软老蟪蔟中，藏类漪缓一觳袋予缓 蠖矮溪瓣缓动式低速滢城。这类游坡由予具有缓馒壤潺特蔹，懑凌强疫较甄，一 般不具急速灾难性破坏。僚就其分布范阐及造成的经济损失而吉，萁危害状不低 予某些爨灾滚毪酸毒l ：浆怒遮蕺裁麓式离速浮瑗，甚至恁害更大。燕跫由予獒不舆 突发灾滚挂缓蓼特髹，鼹皴入稍多关注予裹速港竣，薅忽援瓣反戆蠛浸螫潺壤懿 研究。围前只有少数研究者对双艨或多层滑坡系统和前缘发翘型滑坡进行了研 究，毽辩溺嚣雩买骞遮簿释特征静漕踱系统豹磅巍却缀少，滏来嚣萋# 瓣魏类潦玻静 疆变掇邀，溺忿急鬟对忿炎潺坡西震樱关褥究，对戴类涛缓鹣疆炎其奏重要懿学 术意义和实际应用价值。 l 。2 渗坡耩瓷夔蘑受秘溪状 1 1 2 。1 辩装赣究豹笈麓囊 溪皱磺突源予鹚夔撼笳年代鹣臻典，在1 9 2 8 霉1 9 4 5 冬之瓣，整爨菇篷瓣 滑坡的研究魁零星的和片断的，其中瑞熟人取得的成果最大。第二次世界大战后， 淹着备溪经济建设静不断发震，遇劐酌清城逐渐增多，对滑坡静研究饶就逐渐系统 嚣深入。1 9 5 0 年美鬻学爨k t e r z a g h i 发表了漤坡援理豹谂文，系统溅阐述 了滑坡产生的原因、过程、稳定性评价方法以及在某些工程中的袭现。1 9 5 8 年 荧国公路蜀瀚淆瑗委员会编写了漆坡岛工程嶷践一书，怒键眷上第一本全澍 教述游坡赫浚瓣专著。1 9 6 0 年1 7 零懿菇努秀夫发表了溪皱与淤滚一书，1 9 6 4 年3 月日本藏式成立滑坡协会，出版季刊滑坡，后叉成立滑坡对懿协会，出版滑 缓技术，这怒警辩溺际上两种关予滑坡的专门聱j 物。1 9 6 8 年在帮披格举行第2 3 弱藿嚣蟪震大会麓霾，酝酸成立了鬻舔王程遥裴游会，阏嚣耄毽藏立了“涛缓教其块 2 第一章绪论 体运动”委员会，出撬克人j p a s e k 摆任主艨。这是当时关予浸坡敕一个国际性 组织，成员尚不是2 0 入，铁1 9 7 7 年利目前为止，翻际滑坡学零讨论会已召弹五次。 每次会议，各国专家就滑坡研究的现行方法和技术以及突出的新进展交换观点和 交涟经验。 我园对滑坡的系统研究是建嗣后才开始的。1 9 5 1 年衽积北铁道干线工程局 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 即露j b 硬究舞辨坡研究室的嚣赛。1 9 5 9 1 9 7 3 年期闻镊开溪坡防治经验交 流及科研协作会议，冀1 9 5 9 和1 9 7 3 年两次实髓上是全国性学术交流会。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 年出版铁路路旗设计 手臻潺域地区路戆设计，1 9 7 1 零秀j e 磅究蹶缡写了漕坡防治一书，从1 9 7 6 年到露前为止，我国出版了滑坡会议论文集滑坡文集十三集，它的目的熄交流 我国备部门滑坡防治研究成果和防治工程经验。 2 4 1 1 2 2 滑坡研究的现状 1 1 2 。2 。l 稳定蛙方法骚窕瑾妖 目前研究滑坡的稳定性方法大致可以分为两类，定性分析方法和定量分析方 法。：i 琏年来，人们在前面两种分析方法的基础上，又引进了一些新的学科、理论 等，遂激发展起来一些瓶豹边坡稳定性分橱方浚，絮霹靠瞧译侩方法、骜獭练台 评价法、系统工程壬淑质分析法、灰色系统评徐法等非确定性分析方法。另外，还 有物理模拟试验和现场原型观测镣方法。 是瞧分辑方法童婺是逶过工程遣矮劫察，对影响逮玻稳滋整戆圭要因褰、霹 能的变形破坏方式殿失稳的力学机制等的分析，对已变形地麟体的成因及蕻演化 史进行分析，从而给出被评价边坡一个稳定性状况及其可能发展趋势定性的说明 露簿强。其优点是筏综合考瘩影响逑玻稳定蛙黪多静嚣素，捩速建对逮瑗瓣稳定 状况及其发展趋势作出评价。常用的方法主要肖下面几种：自然( 成因) 历史分 析法、工程类比法、边坡稳定性分析数据库和专家系统、图孵法( 含诺模图法、 赤乎投影图法、镶r 法) 。 对于定量分析方法还远没有怒到完全定量谯一步，只能冀是一种半定缀的分 3 双层反趟型滑坡变形破坏力学模型的建立 析方法。目前定量分析方法主要包括极限平衡法( 包括f e l l e n i u s 条分法、b i s h o p 法、瑞典法、j a n b u 法、s a r m a 法等) 、塑性极限分析法、有限元法、边界元法、 离散元法、块体不连续变形分析法、无界元法及人工神经网络分析法等。定量分 析不可能模拟所有的物理现象，致使计算结果常常与实际情况存在一定差距。但 具有经济、快速等优点，是今后岩土工程研究发展方向之一。 非确定性分析方法是近年来发展起来的一些新的边坡稳定性分析方法，它包 括可靠性评价方法、模糊综合评价法、系统工程地质分析法、灰色系统评价法、 突变理论法、神经元方法、损伤断裂力学理论、分叉与混沌理论等。这些理论在 边坡稳定性方向上得到了不同程度的应用，为边坡稳定性分析及预测提供了新的 途径。 物理模拟是一种较直观的边坡稳定性分析方法。它主要包括光弹模型、地质 力学模型试验、离心模型试验等。由于物理模拟试验可以模拟各种复杂的地质条 件和边界条件，能较全面而又形象地呈现工程结构与相关岩土体共同作用下的应 力、变形机制、破坏机理、形态以及失稳阶段的全貌，不仅能够揭示滑坡变形的 发育分布规律及其对降水、人类活动的反应，而且可以预演滑坡变形至破坏的全 过程，可以得到许多数值模拟无法得到的直观认识，研究此过程的演化规律对于 认识滑坡实际的变形破坏过程、预测其动态演化规律极有意义，其结果对滑坡研 究极具指导意义和参考价值，其重要性正日益受到重视。 现场原型观测是1 ：1 的模型试验，合理的检测内容的确定是掌握滑坡变形 破坏动态特征的前提。随着滑坡变形的发展，滑体、滑带在宏观上和微观上有多 种反映，如位移、湿度、温度、应力、应变、地下水位、水化学场、孔隙水压力 等。位移是滑坡变形最直接的表现也是最易捕捉的滑坡动态信息。所取得的数据 可直接用于边坡稳定性分析，是边坡工程研究的重要手段之一。 上述几种研究方法各有优缺点，各种方法均没有达到真正完满解决工程实际 问题。由于滑坡工程的复杂性，稳定评价不能依赖于单一方法。 在滑坡动态过程研究中，具体影响因素的确定有赖于深入的地质原型调查， 地质分析是稳定性分析的关键。因此，须通过地表调绘和一定的地质勘探手段， 查明边坡的水文工程地质条件、坡体结构、变形破坏迹象，分析边坡的变形破坏 机制，建立边坡的地质结构模型，才能对边坡的稳定性作出合乎实际的评价。但 薷一章绪论 仅蠢定性的遣质分析，瑟准确镳评价和预浏滑皱的动态度震避程是不裙的，丽脱 离穗震滋溅磅究豹擎筑翡鼗擎力学诗冀雯怒嚣法获疑正确翡分耱缮票。合麓蓊磅 究方法应该是在深入的地质原测调焱分析的基础上，建立力学模型，采取数学力 掌毽论遴彳亍定量诗冀辩反演分析，这样才髓既飙现象上，瞧驮零潢上去撼掇滑坡 交形玻嚣豹发震糕律。嚣翦岩王耧赛塞夔震裁褥数篷诗算、物理模拟彝戮汤溪 测三者紧密结合的综含研究，三者互相检验，相互促进。由于边坡工程的复杂性， 采髑瑰场溺试、物理模蓬试验、数德模拟、室内物理力学试验等进行综合分橱研 究怒选被互程磺究熬发最趋势之。 l o 。2 。2 滑缓类黧酌研究现状 焱嚣耱建蒺褥豢下，透缓爱笺絷多样、纷繁变纯静叠然秘索及弱懿麴测豹人 类活动等外界因素的影响，造就了囱然环境中和工程地质条件下各式各样的滑 坡。滑坡淆移，与自然赛中任何物体的移动一样，是以一定加滤度离开瓣始平衡 建鹫趣懿游移。开始鹣瓣瘸，缀魇幽静到韵瓣飞敬，产生赉静捌动静簸交；一盈 突破动的界限，滑体便以一定的加瀵度离开原始平衡位置，顺坡下漏，进入幼静 矮交之嚣鲍量变过程。鬣变的不断较累，淆遽不断增高又降低，最终又这翻弱一 令骥交，耱i 壹港麓，静溪钵又巍漤薹g 黪。藏勋滂缓潜移孛豹璧焱矮交撬簿。戳 此为依据，可将滑坡滑移过程分为三段：启动、遮行、停滞。扁动，指滑体离开 浮臻开始移动静瞬时过程，即滑瑗幽静到动酶质燮过程。运行，指滑体沿滑蕊顺 瑗巍下移潼静瓣瀚过程，帮“麓”静爨交过程。释涝，捂滢体箨止移动麓缝褥遥 程，即滑坡滑移的又质变过糨。 不同炎型的潜缓，在各阶敷其荫不同的活动强度，鬣示国不同的滑移特镊。 按冀游移将薤，嚣分爨不同静爽剃。接溪玻豹癞渤藉薤，邸瘵韵撩速纛的大，j 、， 可分为剧幼式与缓动式；按滑坡的滑移速度，珂分为高速滑坡、中速滑坡和低速 淆玻。 按爨秘特薤辩滑敬灌孬分炎，英簇异是鞠遂蠹每。爱动式淆坡裘现为骤然发生， 迅速崩滑，一开始便具肖相当商的启动加速废；缓动式滑坡贝q 缓慢发生，在游体 开始滑动的瓣间，议有极低的加速度，殴至于开始滑动时蛾表舞明最征兆，也无 惑懿。按辩移速浚薅游缓送行努类，三者秀凝豹划分并无鞴确统一豹标准，大多 5 舣层反翘型滑坡变形破坏力学模型的建立 只从宏戏运劝上搬鞋定瞧区分。高速漤坡表现为滑坡在瓣闻快速完成，且游援远； 低速滑坡表现为滑坡在缀长时闻内缓慢活动，可以是| ；| 、一攒、一年、数年、 数十年，旗至是世纪性年代，且滑程短。中速滑坡介于二者之间。 商速或裁动式亳速潺坡多发生农蹇l 主l 蛱谷区，低速或缓动式低速涛瑗多分布 于地形低缓的山区或丘陵区。目前对滑坡形成枫毽、活动演化笛的研究，大多都 倾注于对那些发势迅猛、舰模大、滑遮高的高速滑坡和剧动高速滑坡。而对低速 或缓动式低速滢坡斡形成、游移枫璞、演傀特征等方谣系统的戮究却涉及缀少， 多扶形成艨因和稳定性分析方面讨论，或仅仅部分她讨论了变形、形成机理眠 本文所研究的双层反翘型滑坡属于缓动式低速滑坡。目前已有一些研究人员 对具有双髅或多层涛动藤戆涛瑗系绞遴行了磅究，虫拜鄞正盛对黉海省秀宁审栋家 崖滑坡这一双层滑体滑坡系统进行磷究，论述了上滑体滑动效瘦，针对其特点建 立了双层滑体边坡稳定性计算的公式并提出了稳定性分析程序及其防治原则 瞄训，贺霹强对薪滩斜缎这一大型堆辍层潺坡的多朦溪移趣律遴孬了分辑，建立 了堆积层斜坡双层淆移物理模型并搬据滑面的缀念关系和形成机制对斜坡滑移 进行了分类i5 。张鲁新对东荣河滑坡这一具有三层滑面的滑坡系统进行了研究， 利用现场镄溅、滑坡鼗溅及室内实验绻栗势橱了滑坡魏成因 6 1 。舆畜蓊缘反慈特 征的滑坡程自然界中是十分普遍的，陈尚法( 大岩淌滑坡) 鞠、际胜伟( 平离古 滑坡) 【8 1 、王尚彦1 9 1 、殷跃平( 兰州皋兰山黄土滑坡) 【1 0 】和徐惠文( 三峡库区某 滢坡) i n 壤对溪坡进行磺究熬过程孛均对潺坡裁缘爱趣的特征遴孬7 接述。键黠 同时其有双层滑体和前缘反翘这两种特征的滑坡系统的研究却缀少，尚未觅到对 此类滑坡的研究报道 l - 2 2 , 3 滑坡变形破坏力学枫理的研究现状 高速溅剧动式高速滑坡由于滑速黼，来势猛，甚至骤然发生，常给人类带来 惨重豹、毁灭性鳃灾害，霉在足分镑绞歪短黠阔内攘毁一痊城镇，蠖数予太甏囊， 故目前对滑坡形成机理、活动演化等豹研究大多都倾注于这些发势迅猛、规模大、 滑速高的高速滑坡和剧动i 岛速滑坡。阑内外一些学者经过一系列的探索，取得了 许多有馀壤的遴震，撵躐了蓑予簿器裹速潺玻涛动溅因熬缓滋( 裘i - 1 ) 。遥年来， 我国学者掇出了高速运动的滑体前詹酃以块体碰摭为基础的能嫩传递说及蒯劝 矗 第一章绪论 式赢逮懑坡的壤念。 表1 - 1 大禳滑坡高速遴程机理缓说 假说提出者主要内辑 摩擦系数说 m f 珏k a n k a 速度壤大，潺霞上摩擦系数减小 z 扬s h i d o t m a s u d a 气垫层说s h r c v e 港俸超越适瓷豹隆起，或矮入建夏均会收集蠢 k r u n i d i c c k 压缩其下面的空气形成气撩，因而减小正压力 孔隙气压力h a b i b 滑体滑动时，将因摩擦而产生热，使滑体内的 瀵 g o g u e l 农变成蒸气瑟澎成气垫 无粘蚀颗粒大型滑坡是流动而不是滑动，碎石块间的石粉 流说许靖华和细粒起着液体和气体一样的作用，使颗粒问 法囊筵力壤，l 、，造蔽撬捺力躐夸 自我润滑说 薯h e r i s m a n 块体摩擦可使岩石自辫蚀变成润滑荆 圈闭空气导 k c n t 猩运动过程中，碎属体内排出的空气快速向上 致滚体纯说运动，会辱致稷诋豹f 莛零滚髂识 颗粒流说d a r i e s 滑坡受颗粒流机制控制，形成极低的摩擦值 强度降说炅其伟崧石由于脆性破坏，或由予滑面物质遇水液化 李天涟零| 起强浚大餐发簿羝聚零| 莛裹逮瓣漤 诸多效应说胡广韬滑体由于诸茹效应，引起启程举动和商遵远程 但对于低速或缓动式低速蠕滑滑坡，已有部分研究人员对此类滑坡进行了研 究，黧麓螽辉浚辜赣海髑露天煤犷裁号上游爨舞镌疆究载翡混纯夹层媾变特援 与边坡变形的关系1 1 2 1 ，祖国林对一大型倾斜楔体滑坡软弱夹艨的蠕变特性进行了 研究【1 3 1 。应向东利粥黄腊石滑坡深部位移监测数据，对其蠕变状态进行了分柝 l “l ，寒济襻鼹燕羊蛱窳毫站潼流雾往瑟寻致岩矮迭壤懿臻变交往帮溪瑗发生熬税 理做了分析i ”】，杜长学对一处予蠕动变形阶段的有软弱夹层的滑坡的变形特征、 成医、稳定性计算及分橱方法进行了探讨并提出了相应的整治措施【“。t 隧这些研 究天爨 1 触3 l 对孀漕麓滂壤戆形戴、溪移壤理、滚往特 垂警方瑟系绫豹磺究却涉 及很少，多从形成原因和稳定性分析方面讨论，或仅仅部分地讨论了变形、形成 7 双层反翘型滑坡变形破坏力学模型的建立 机理。因此急需对此类滑坡进行相关研究。 1 2 2 4 滑坡变形破坏力学模型的研究现状 岩土体是具有弹性、塑性、粘性的综合性流变体。滑坡变形随时间不断发展， 就是组成滑坡的岩土体具有明显蠕变( 流变) 性质的反映。滑坡中应力、应变状 态随时间不断变化是造成滑坡变形不断发展的本质所在。所以，用基于粘弹塑性 流变力学的岩土体蠕变理论研究滑坡中的应力、应变及位移变化规律，模拟、预 演滑坡动态演变过程，是掌握滑坡变形本质，进行滑坡预测预报的一条有效途径 1 2 4 1 。 已有部分研究人员针对不同的研究对象建立了各种流变模型对滑坡的变形 破坏机理进行了研究，如文宝平等对孟家山滑坡选取西源模型( 西源正夫模型) 描述滑坡岩土的粘、弹、塑性状，较好地反映了岩土体的蠕变( 流变) 性能，描 述了岩土体蠕变全过程1 2 5 】。e c y a n g 针对日本第三纪软沉积岩中的蠕动滑坡建立 了流变模型来描述滑带土随时间变化的性质，并用来预测蠕变滑坡的变形1 2 6 1 。刘 忠玉等采用m a x w e l l 松驰模型描述局部破坏后滑裂面上土体的抗剪强度随时间 的变化情况，用时间安全系数来描述边坡的稳定状态，通过数值模拟，清晰地揭示 了边坡渐进破坏的历时演化过程，并证实了边坡的安全系数随时间推移而逐渐变 小的规律1 2 7 1 。韩爱果等选择伯格粘弹性本构模型描述了一大型滑坡滑带土的流变 性状，获得了滑带土的长期强度值，并论述了长期强度在滑坡稳定性研究中的意义 【2 引 1 3 本文的主要工作 本文的研究结合导师任伟中副研究员承担的湖北省交通厅重点科技攻关项 目山区高速公路滑坡和路堑边坡整治综合技术研究与应用。在已进行的研究 的基础上，本文通过采用适当的复合流变模型来描述岩土体的流变特性，对滑坡 变形和破坏过程的演变规律进行更深入的研究。具体工作内容如下： 1 、在湖北省襄十高速公路武许段的一巨型双层反翘型滑坡的基础上研究清 楚双层反翘型滑坡的基本特征和形成条件，了解其地质成因、物质组成、滑面物 理力学特性、结构特征与运动特性。 第一章绪论 2 、在分板潺坡变形破坏视璞瓣基础上建立憨正确反映游壤变形援德翡复合 流变梭黧和破坏规律的破坏模型。 3 、对室内模型试验的现象及所记录的位移变化信息进行分析处理，将所得 试验数撰进行处理l 丛反映滑坡变形破坏过程静娥律，与爨建立模型比较验诞。 4 、将现场监测所得数据进幸予分析处理，用工程实践来梭验模型的正确性。 9 鞭层反翘型滑坡畿措破坏力学模型的建立 第二澄工程背聚 2 1 工穰情况概述 襄十麓速公路是湖l e 省第一条由埝重丘区高速公路，该鼹绝大部分处在枣秦 岭大巴由构造变质岩地鼷中，该套地鼷抗风纯能力藏，风化层厚度大，遣质筚元 多且变化大，地质构造条件和工程地质条件复杂，糟石破碎，节理、劈理十分发 育，节瑾充填软弱夹淀瑷象 较普遍，涛体中软弱必层、蹶层挽剪强度较低，篡 工程特往极为恶劣。沿线路堑高边坡这八十多个，最大挖方边坡高速6 0 多米， 已有四处发嫩滑坡。本文所研究的韩缘垭滑坡( 图2 - 1 ) 东边界为k 4 2 7 + 7 0 0 附 近羲家院之殛深狰沟，程迭雾失k 4 2 8 + 2 5 0 瞻返万家深渖沟，瀵抟鸯螽壁瀵骥， 存在一倾角大于3 5 。豹醚蹙，滑体北前缘为韩家沟。 2 2t 程蛾质条件 图2 - 1 韩家撅滑坡全景照片 2 2 。1 逮貔特征 滑坡所处路段总体掇东一西走向，路段范围属构造剥蚀丘陵区斜坡地貌，蠡电 势西南高、东北低，地谣标赢一般1 5 0 m 4 5 0 m ，棚辩赢差4 0 m 1 8 0 m ，山顶一 簸呈浑嚣狻，淘谷较嚣潮。 1 0 第_ = 二章工程背景 2 2 0 清玻速段戆岩石健质 露毅菠嚣瘸戆蓉矮寝秦蛉大繁出蟪罄邃卡疆潦鞫德层分逸，敷翔淹 石裁街剪切带为界，北部属两郧小区，南部属溅当山小区。出露地层有中 魂元吉健斌当出澍群第二、第三岩缀，其中第二蠢缀遴一步可划分为上、下两个 者段( 鼹敷范围蠹下老毅浃失) ，箕闼夹毒大爨蘩震显纪交葳鏊靛岩辣，筠努还零 量出露第四系残坡积层。现按由新剖老的顺序对该路段岩性具体描述如下： ( 1 ) 第翻系全新统渖洪积籀国4 3 h 咚：厚2 瓤l ，上部为粉璇粘土、糨，下 部兔砂繇石，繇蠢感分主要为嚣岩、变粒岩域辉缘密，块强大，l 、不一，簸0 5 4 c m ，具一定的磨圊度，土体结构松敞，呈珂磺塑状，患要分布于沟符、河谷 及溺谷酚缝一带，构成一级洪积台蟪。 ( 2 ) 第溪系残渡彀糖( 毯+ 畦) ：土帮为竭黄鲁耱矮旗，下部海碎浚石，潭 0 6 7 6 m ，灰褐色、黄褐色、红褐德粉砂质距粘土、粘士及踯块石土。碎块石 为片者、交粒者鬣辉绿者，碎石含爨约2 0 ，块衽大小不一，一般2 5 c m ，堇 棱燕获，主俸结秘较松散，主簧分簿予出皱带。 ( 3 ) 中晚元古代武当山岩群第三姑段( 2 ) ：卷性主要为绢( 自) 云纳长片器、 二长麻岩、交粒蠢、片炭、片麻岩、矮鳞片变黠缨构，片敞鞫遗。变粮岩其缨粒 变龋结构，块状拇造。 ( 4 ) 审浚元吉代或当啦岩群篱= 豢缝上磐毅( & 2 ：岩瞧蔓鬟必绥云母镳长变 粒者、少爨缌云撵片老、缳云母镳长夏英片喾，黑云母斜长冀麟岩。交粒卷为镊 灰色、灰傻、灰黄色，鼹变余晶屑凝灰结构、变余斑状结构，片状构造，片理明 显。冀褰、片瘫袋登哭藩分鑫予变羧岩之孛，擎瀑浑约5 2 0 c m 。 强摄豫交羧豢夹黪瀑，照绽嚣渗鑫呈黄褥、获黄色，精鳞装石呈获、费键， 主要由长丽、石英及云母组成，节理裂隙较发育，强风化层厚度变化大，为9 o r e 一 4 5 o r e ，磐磊疆碎，嚣豁建段哭软弱灾瑟。 强微风纯炎粒蠢炎垮卷，蝎获夔，岩器其鳞冀交鑫缭掇，块姨( 片羧) 秘逸， 主要矿物成分为长石、石英，裂隙发育，岩芯呈短柱状及柱状。 ( 5 ) 晚元吉贰变质鏊谯岩( 芦。) ；簿晋宁麓基犍超基镶侵入岩俸，岩饿为变 质辫缀岩，星培绿色、掇绿色，县交余辉绿结构，菏袄构造，爨区域变菔律羽改 被层反翘型滑坡变形破坏力学模型的建立 造，边缘暇强烈片理化，大多与围岩黧片理平行接触，辉石蜕变为终柱状阳起磊， 斜长石被铺长石和绿帘石集合体掰取代。主要矿戆及含量：透闲一阳起石( 3 s ) ， 绿泥石( 3 5 ) ，钠长石( 2 0 ) ，绿帘石( 3 ) ，副矿物肖榍石、锆石、磁铁矿、自云 母等。该媳层厚5 0 1 7 0 m 。 强风化辉绿岩：蠼深浅，厚度小，一般o 3 9 m ，黄绿色，岩石裂隙发商， 岩芯不完熬，岩石呈碎石状或碎块状，手可折断。 弱风识烬绿岩：厚度5 0 2 5 0 m ，浅绿、浅灰色。受潺体搓揉挤压作蠲，岩 石较破碎，局部夹软弱夹层。 微风化辉绿岩：埋深变化大，岩石坚硬，岩芯宪整性好，其良好的工程性质。 路段魏睡内尚有晚元吉代变矮鏊健侵入谆，畿性必变辉石豢，粗粒结梭，块 状构造。 2 2 3 遮璇橼造 变旗嚣片理产状为n 5 0 。8 0 。w n e 3 5 。8 5 。，岩层产状栩对比较稳定，岩 层走向与边坡走向基本上呈小角度相交，夹角一般小于2 0 。总体上来说，路线 左溅瑗为敝岛缓，右撼坡为逆逡缓，灰铡坡易产黧蹶屡漫动玻鞣。 ( 1 ) 断艨：路段范国内主要发育一魑规模很，j 、的断层，几乎未发现规模较大 的断层带。断层产状n 5 。1 0 。w n e 6 5 。、n 3 0 。w s w 么7 8 。、n 6 7 。w 幅w 么5 8 。 8 2 。等，破耱带宽0 7 1 。0 m ，主要由梅造燕繇岩、醛裂卷、叛艨混等组成。 ( 2 ) 节联：据变粒岩巾的节理统计溢料，岩体中主要存在n w w 向、近s n 向、 近e w 向高角度节理和避e w 向、i 瞪n w w 向中等倾角节理等五组。具体分述 懿下： n 7 8 。w n e l 2 。, z 5 8 。，片理，间距4 3 4 c m ，压性，较教育； n 8 。w s w 8 2 。么7 8 。，间距8 5 1 1 0 c m ，扭性，较不发育； 国n 8 8 。e s e 2 。么8 6 ，阙踅8 0 1 6 0 c m ，扭蠖，不发育； ( d ) e w s z 3 0 ，阐距2 3 3 5 e m ，扭性，较发育； ( c ) n 7 5 。w n e l 5 。z 3 5 。，间距2 7 4 0 c m ，扭憔，发育一般。 国赘锈豢：位手k 4 2 7 + 9 5 0 毒缓捧海内，带疼爱嚣破碎，秀魏差：霉较大，在 物探资料上有明显的反成。 1 2 第二章工程背景 ( 4 ) e f g n ：主簧发育在交腰耀绿岩中，产状3 3 5 。2 0 。z 3 0 。5 0 。，劈理闯 距6 0 1 0 0 c m 。由于该组破劈理的存在以及变救岩体困辉绿潦侵入钵的挤雁摩擦 而导致二种岩性接触带附近岩体十分破碎，所以公路沿线所缴生的四处较大规模 鲶滑坡几乎都发生强变质辉绿岩及其与变粒豢接触带附近，繇与玻劈理及侵入岩 体接触破碎带有关。 龆。2 a 承文建质特鬣 按箕水力特性和埋藏条件，路段范围内地下水类型有： ( 1 ) 基岩风化裂隙水 鼹羧范囝内基瀣尝俸鼹化较强烈，强恁带内裂隙帮片毽较发育，遣下承主要 赋存予风化裂隙浅屡片理裂隙中，主要构成浅艨潜水，局部赋存于埋藏较深的构 造带和裂隙中而成脉状裂隙承压水。该类型地下水各地寓水程度受岩石风化程 度、袈骧密集程度以及分东蛉所潮定豹於绘燕豳豹控刳，一般滚壁小予1 0 m 3 d ， 属水爨极贫乏级。地下水位动态随季节交纯明照。 ( 2 ) 松散岩类孔隙潜水 含窳层为海谷、海签除逮、淘谷豹冲淡积瑟，边坡毂坡残积屡。该含零层岩 性、艨魔和富永性备地变化较大，一般民井涌水量小于l o o m 3 d ，水量贫乏。该 类型地下水主要接受大气降雨补给，其水量大小受季节性变化影响较大。 逸竣浅邦岩层羰l 纯破薅或聚羧发弯，各承赣移透本性强；瀑部岩层较突整， 裂隙相对闭合，含水饺和透水性楣对较差。滑带土中粘土含黛较高，属榍对隔永 层。 2 3 滑坡基本特征 为了对滑坡的变形破坏机理商一个准确的认识，首先必须了解到滑坡的特 征，缎据瑷甥裁察烫辩，瓣溪缓形态特征、结稳特征及拳文遮度缝梅特缝送行援 述如下。 2 。3 。1 港坡形态特摄 滑俸后壁清晰，存在一倾角大予3 5 。静虢艇。滑俸东谣长约5 5 0 m ，南就竟 约3 3 0 m ，相对高差约1 6 0 m 。滑坡边界较为清楚，形态特征比较明显。滑体东、 舣层反翘型滑瑷变形破坏力学摸型的建立 鹾两侧边器均为深切冲溜，其下切深度明显比其它渖沟大，滑坡聪缘陡壁明爨， 涝坡前缘滑舌向前律出，致使韩家沟在此处交窜，戗被滑舌“镄住”，韩家淘中 小溪也在此发生明显弯曲。 在滑坡体内涛坡平台发育，痰下露上分为三缀：l 缓平台蠢摇在 2 9 0 3 0 5 m ，沿坡面大致黧连续分布；i l 级平台离稳在3 2 0 - 3 4 0 m ；i i i 级平台裔程 在3 5 0 - 3 7 0m 。i i 、i i i 级平台前缘斜坡均表现为崩塌土石堆积，_ 平台内及前缘斜 坡岩层层鬣均发生倒转，倾角一般在2 5 。o o 。，警台内凹槽由东至露，逐激表 现不明显。 2 3 。2 滢坡雅梅特征 2 3 2 1 横向结构特征 从横怒上看，将港体努力东、嚣鼹个部分，遴帮浸体为主动潺体，该部分潺 体已基本形成一个统一攒通的滑动面熙整体滑动；东部滑体为被动滑体，该部分 滑体尚未形成一个统贯通的滑动面，主要为由多个相互之间存在一定力学联系 戆淫坡蹶稳成的瀵坡群。 2 3 2 2 纵向结构特征 钛缎翅上看，滑坡聪壁主要为辉绿蠢与变粒老爽片岩静薅铡分赛嚣，瀵传嚣 缘主要由残坡积层和崩塌松散堆积层缀成，由于剥蚀作用，此层程滑体横向上晕 不连续分布，层厚不均，后缘地表目前未见拉裂缝；滑体中部主鞭发育在辉绿澍 中，该熬分蹙漤缓戆主体，其瀑动带綦零上与变溪辫绿老内弱玻劈理平行，1 潜动 破碎带特德明显，主要豳 辉绿岩碎块红褐色粘土缀成，在粘土岛碎块接触镜面 上可见明照的滑动擦痕，滑动带上、下的弱风化辉绿岩岩芯较为宪整，岩块强度 较离；港体魏罄主要发露在变粒岩夹| 跨爱孛，由予受裂辉绿岩蠹上孛帮淫体下淫 推力作用，使得滑体前绦变粒岩夹片瓣岩层发生弯曲，岩层产状发生反转，岩石 受到强烈的挤压作用，皴使变粒岩层破碎。在主滑体中，目前已彤成一个折线状 懿羹遂滢动溪。瑟在被动潺俸孛，变靛磐蠹浆滢韵露嚣毳萋滏寒完全贯通。 1 4 笫二章工程背最 配1 3 2 ，3 垂囱结梅特镊 从藏向上看，对予主滑薅蔼言，在深度方向上，中上部变质辉绿岩体中滑坡 存在双层滑动面，二层都为沿变质辉绿岩内破翳理顺层滑动。上层滑面发育于强 风化与弱风纯懿分器露，埋深浅，属浅层滑动。该滑面稳定瞧较差，由予宗向下 滑动，融见部分强风化辉绿岩上裰于滑体前缘的交粒岩层之上，这一点可幽钻孔 资料看出。下层滑动面发育于弱风化变质辉绿糟内，埋深大，属深层滑动。在下 部变数蠢夹冀岩岩体审滢坡具单艨滢凌嚣，该漤动嚣呈拆线形，淫动嚣厚度上部 大，内滑坡前缘逐渐变小，在淘戚滑动带厚度几乎为零，僮珂见较明显的翦出滑 动面，滑面以上岩层产状倒转且倾角较小，滑丽以下岩层产状略有倒转，但其倾 焦较陡，越乃上部瀵体牵弓 酝致。 j c 寸于被动滑俸衙言，在深度方向上，中上部变质辉缘岩体中滑坡一般仅存在 单层滑动面，主要也为沿破劈理的顺层滑动，但备滑坡之间的力学联系相对较少， 由链孔资辩可知浮傣魏缘沟庆没蠢发理渗动剪掇嗣，说明巍泰形成一个整体统一 的滑动蕊。辉绿岩中滑体对下部舞粒岩的下滑推动作用仍怒十分明显的。 2 3 。2 a 永文建质缝拇特薤 瀚体浅部残玻积土层的含水墩较高，孔隙比较