滑坡的分析与防治(王恭先经典).ppt

滑坡的分析与防治王恭先 中铁西北科学研究院2002年7月 主要内容 第一章滑坡灾害概论第一节地质灾害与斜坡灾害第二节滑坡灾害第三节滑坡的类型和特征第四节滑坡产生的条件和原因第五节滑坡防治研究的主要内容第二章滑坡机理第一节滑坡的应力场第二节滑坡的发育过程和阶段第三节滑带土的变形破坏规律第四节滑坡的发生机理第五节滑坡运动特征第三章滑坡的防治技术第一节滑坡的防治原则第二节滑坡的预防第三节滑坡治理的工程措施第四节滑坡推力计算 第一章滑坡灾害概论第一节地质灾害与斜坡灾害 一 地质灾害地质灾害是地质体在众多因素作用下变形 破坏 运动而给人类生存环境造成危害和生命财产损失的地质现象 如深层地壳运动造成的地震 火山喷发 地裂缝 由斜坡块体运动形成的山崩 崩塌 滑坡 错落 倾倒 坍塌和岩体深层蠕变 由地表水作用形成的泥石流 碎屑流 水土流失 由地下水作用引起的岩溶塌陷 地面沉降 湿陷 涌水突泥等 由表生地质作用引起的沙漠化 盐渍化 风化剥落 膨胀 收缩等等 这里我们主要讨论斜坡块体运动的各种类型 二 斜坡灾害关于斜坡的变形和运动类型 美国人伐纳斯 Varnes 1978年曾提出崩塌 倾倒 滑坡 侧向扩展 流动等类型 如表1 1 我国早期也把他们统称为 塌方 塌方滑坡 塌方流泥 铁路和公路部门称其为 路基病害 后来 随着研究的深入 逐渐把他们从变形机制和防治上加以区分 我们按照变形的深度 规模 运动特征和物质类别将其分为坡面变形 边坡变形和坡体变形三类 如表1 2 表1 1斜坡运动的简要分类 返回 表1 2斜坡变形的分类 1 返回 图1 1斜坡块体运动主要类型示意图a 山崩 崩塌 b 滑坡 c 错落 d 倾倒 e 坍塌 f 岩体深层蠕变 青海化隆至循化公路危岩体 川藏公路K315古滑坡前缘的新滑坡 修公路引起 万县 梁平高速公路梁家膀滑坡后部拉裂谷宽8 10m 宝天铁路105 隧道病害东部错落体全貌 京珠高速公路粤北段K35倾倒破坏 成昆线乌斯河车站新寨子沟中上游两岸坍塌造成泥石流 返回 第二节滑坡灾害 一 滑坡的灾害性 表1 3世界重大滑坡灾害实例 续表1 3 1 表1 4我国近二十年来滑坡灾害实例 宝成铁路K190第三次滑坡后全貌 宝兰二线伯阳隧道进口滑坡群 南昆铁路八渡滑坡 川藏公路102滑坡 二郎山隧道东口坍塌使路面悬空 二郎山隧道西引道滑坡张裂缝 云南元磨高速公路砂泥岩高边坡滑坡 云南元磨高速公路K259三箐公隧道进口滑坡 长江北岸鸡扒子砂泥岩顺层滑坡 三峡库区奉节县城古滑坡 巴东县滩坪滑坡 中 下滩坪 甘肃天水锻压机床厂滑坡 黄茨滑坡后壁 贵州印江岩口滑坡堵江成坝 黄河李家峡水电站2 滑坡 黄河李家峡水电站坝前滑坡 小湾电站左坝肩边坡高500m 6 山头发生10万m3崩塌 同江至三亚高速公路福建八尺门互通3 滑坡全貌 京珠高速公路粤北段K108滑坡 京珠高速公路粤北段K152滑坡 深圳高速公路K101西滑坡 黄陵至延安高速公路洛川塬边滑坡 二 滑坡的定义 要素和术语 一 滑坡的定义斜坡上的部分土体或岩体沿着一定的面或带整体向下滑移的现象 二 滑坡的要素和术语 图1 4滑坡要素平 剖面示意图1 滑坡体 2 滑坡周界 3 滑坡壁 4 滑动面 5 滑坡床 6 滑坡剪出口 7 滑坡舌与滑坡鼓丘 8 滑坡台阶 9 滑坡后缘 10 滑坡前缘 11 滑坡洼地 滑坡湖 12 拉张裂缝 13 剪切裂缝 14 羽状裂缝 15 鼓胀裂缝 16 扇形裂缝 17 牵引性裂缝 18 主滑线 w1 D D w2 L L 17 9 3 8 1 15 7 10 2 11 16 3 18 13 9 17 7 15 12 14 10 返回 第三节滑坡的类型和特征 一 滑坡的类型 表1 5滑坡单一指标分类 续表1 5 1 表1 6滑坡综合分类表 二 滑坡的特征 一 平面特征 图1 5滑坡的平面形态1 簸箕形 2 舌形 3 椭圆形 4 长椅形 5 倒梨形 6 牛角形 7 平行四边形 8 菱形 9 树叶形 10 叠瓦形 11 复合形 1 7 2 3 9 8 10 4 5 6 11 二 纵断面特征 图1 6典型滑坡纵断面示意图 a 圆弧形 b 平面形 c 折线形 e 软岩挤出形 图1 7复合形纵断面形态 滑坡后部和前部形态特征 图1 8滑坡后部的陷落洼地a 裂缝密集带 b 陷落洼地 c 后缘拉裂槽 图1 9滑坡前部特征a 帚状剪出口 b 鼓丘和鼓胀裂缝 c 滑坡摺曲 图1 10滑坡的横断面特征 返回 第四节滑坡产生的条件和原因 一 地形地质条件 一 地形条件 二 地质条件1 地层 岩性2 坡体结构和滑带地层3 地质构造4 水文地质条件 表1 7我国易滑坡地层汇总表 1 表1 8坡体结构类型与滑坡的破坏模式 1 图1 11坡体结构与滑坡的破坏模式 a 粘性土弧形旋转滑动 b 黄土弧形旋转滑动 c 填土弧形滑动 d 土层顺层滑动 e 半成岩地层顺层滑动 f 岩层顺层 切层滑动 g 软岩挤出型 错落型 滑动 h 挤出型平移滑动 I 堆积层顺层滑动 j 岩层顺层平面型滑动 k 岩层顺曲面滑动 l 陡倾岩层顺层 切层滑动 m 反倾岩层切层滑动 n 反倾岩层倾倒 切层滑动 o 破碎岩层旋转滑动 p 破碎岩层顺构造面滑动 q 块状岩体顺构造面 似层面 滑动 r 构造核沿构造破碎带滑动 二 滑坡的作用因素 滑坡是具有滑动条件的斜坡在多种因素综合作用下的结果 但对某一特定滑坡总有一或两个因素对滑坡的发生起控制作用 我们称它为主控因子 在滑坡防治中应着力找出主控因子及其作用的机制和变化幅度 并采取主要工程措施消除或控制其作用以稳定滑坡 对其他因素则采取一般性措施达到综合性治理的目的 如地下水作用引起者以地下截排水工程为主 因削弱坡体支撑力引起者则以恢复和加强支挡工程为主 作用于滑坡的因素概括如表1 10 可分为自然因素和人为因素 也可分为长期作用因素 短期作用因素和周期性作用因素 但就其对形成滑坡的作用来说 一是改变坡体的应力状态 增大坡脚应力和滑带土的剪应力 即下滑力 的因素 如河流冲刷 开挖坡脚 坡上加载等改变坡形的因素 二是改变滑带土的性状减小抗滑阻力的因素 如地表水下渗 地下水位变化 水库水位升降 灌溉水和生产生活用水下渗 潜蚀和溶蚀作用等降低滑带土强度的因素 三是既增加下滑力又减小抗滑力甚至造成滑带土结构破坏 如液化 的因素 如地震和爆破震动等 总之 其作用既有力学作用 还有物理化学作用 还有作用的时间过程 进行综合动态分析是必要的 表1 10作用于滑坡的因素 1 返回 老滑坡前部挖方导致滑坡复活 云南元磨高速公路 堆填路堤引起滑坡 海石湾滑坡 由堆载 灌水引起 万梁高速公路大荒田西砂泥岩顺层滑坡 由灌溉引起的黑方台缘滑坡群 宝珠寺水库库岸滑坡 返回 一 滑坡基本性质研究 第五节滑坡防治的研究内容 二 滑坡防治技术研究 返回 第二章滑坡机理 第一节滑坡的应力场 一 滑坡的平面应力场 图2 1滑坡平面应力场 3 1 1 3 3 2 2 2 2 3 3 3 1 1 1 1 1 二 断面应立场 图2 2三段式滑动模式及其应力场1 牵引段 2 主滑段 3 抗滑段 1 3 1 3 1 2 3 1 1 3 3 3 3 1 1 W3 F3 N3 F2 F1 W1 W1 N2 N1 返回 第二节滑坡的发育过程和阶段 一 土体的蠕变特性 图2 3 0 D O O D C 二 滑坡的发育阶段 1 局部失稳的蠕动挤压阶段 K 1 2 整体失稳的匀速滑动阶段 K 1 3 急剧滑动至破坏阶段 K1 图2 4滑坡发育过程示意图 平面示意图 断面示意图 返回 第三节滑带土的变形破坏规律 一 影响土体抗剪强度的因素1 应力状态和应力路径2 应变3 孔隙水压力4 加荷速率和受力时间5 土体的不均匀性和不等向性 二 滑带土的应力应变特性 图2 5 f f 结论 1 粘性滑带土的残余强度随土中粘粒含量增大而减小 2 残余强度与土的原始受力状态及原始密度无关 故可用重塑土求其残余强度 3 国内外测定残余强度的差别 4 不同仪器和方法所测残余强度的差别 5 粗颗粒含量对残余强度的影响 返回 第四节滑坡的发生机理 一 基本理论1 滑带土孔隙水压力变化 2 斜坡应力状态改变3 渐进破坏4 残余强度5 震动液化二 从地质条件上分析1 类均质土的旋转滑动2 顺层滑动3 切层滑动4 顺层 切层滑动5 软岩挤出性滑动三 从主要作用因素上分析1 暴雨引起的滑动2 震动引起的滑动3 水库水位升降引起的滑动4 采空塌陷引起的滑动5 灌溉引起的滑动6 开挖坡脚引起的滑动7 堆截引起的滑动 返回 第五节滑坡的运动特征 一 滑动的类型1 缓慢蠕动型2 匀速滑动型3 间歇性滑动型4 高速滑动型 图2 6滑动类型示意图 1 缓慢蠕动类型 2 匀速滑动类型 3 间歇性滑动 4 高速滑动类型 二 高速滑坡的形成条件 1 具有相当大的高差 100m 2 具有相当大的体积 100万m3 3 具有较陡的滑面坡度 200 4 具有较大的峰残强度差 比值大于2 5 具有较高的滑坡剪出口6 滑坡前方有开阔地形 返回 第三章滑坡的防治技术 第一节滑坡的防治原则和规划 一 滑坡的防治原则 一 正确认识滑坡的原则 二 预防为主的原则 三 一次根治不留后患的原则 四 全面规划分期治理的原则 五 综合治理的原则 六 治早治小的原则 七 技术可行经济合理的原则 八 科学施工的原则 九 动态设计 动态施工的原则 十 加强防滑工程维修保养的原则二 滑坡的防治规划 一 勘察阶段 二 设计阶段 三 施工阶段 四 运营阶段 返回 第二节滑坡的预防 一 避开已存在的新老滑坡二 防止古老滑坡复活1 不在滑坡上方作填方加载 不在其抗滑段作挖方削弱支撑力2 不在滑坡体上设易渗水建筑物3 严格管理生产生活用水不使其渗入滑体4 设置必要的防滑措施5 有条件时改水田为旱田三 防止已变形滑坡大滑动造成灾害1 停止施工 加强监测 防止灾害2 加强地表排水 夯填地表裂缝3 上部减重 前缘反压和排地下水常是有效措施四 防止易滑坡地段发生滑坡1 高边坡地质资料的勘察分析 1 地层岩性 坡体结构 2 易滑坡地层及其分布位置和性状 3 地下水分布及出露位置2 可能发生的变形类型和规律分析3 合理的坡形 坡率 坡高及加固措施设计4 科学的施工方法和顺序 返回 第三节防治滑坡的工程措施 表3 1美国的滑坡防治工程分类 图3 1日本滑坡学会的滑坡防治工程分类 表3 2国际岩土学会滑坡治理措施简表 1 3 支挡结构3 1重力式挡土墙3 2框架式挡土墙3 3笼式挡墙3 4被动式桩 墩和沉井3 5现浇的钢筋混凝土挡墙3 6聚合物或金属的条或片的加筋挡土结构3 7粗粒材料的支撑扶壁 盲沟 力学作用 3 8岩石边坡的固定网3 9岩石崩塌的减缓和阻止系统 拦石的沟 平台 栅栏和墙 3 10抗冲刷的保护性岩石或混凝土块4 斜坡内部加固4 1岩石锚栓4 2微型桩群4 3土钉4 4锚杆 预应力的或非预应力的 4 5注浆4 6石头的或石灰 水泥柱4 7热处理4 8冻结4 9电渗锚杆4 10种植植物 根系的力学作用 续表3 2 表3 3我国滑坡防治措施简表 1 图3 2地面排水沟布置示意图 图3 3截水盲沟示意图 图3 4支撑盲沟示意图 图3 5仰斜孔排水示意图 图3 6井孔联合排水示意图 图3 7洞 孔联合排水示意图 1 垂直钻孔 2 仰斜钻孔 滑动带 地面 抗滑挡土墙抗滑挡土墙与一般挡土墙的区别有以下几点 1 不是承受一般土压力 而是滑坡推力 后者比前者大得多 2 胸坡缓 重心低 胸坡1 0 4 1 1 3 基础埋深大 基岩中0 5 1 0m 土层中1 5 2 0m或更大 必须置于滑面以下稳定地层 4 尽量利用墙背填土重量 5 墙后纵向盲沟要求高 6 墙体稳定性检算中除抗滑 抗倾覆和截面强度检算外 还应检算从墙底滑动和从墙顶滑出的可能以决定墙的埋深和墙高 7 推力作用点位置一般不在三分之一墙高 而在二分之一或五分之二墙高处 8 施工必须分段跳槽开挖 从两侧向中部推进 避免因挖基造成滑坡滑动 图3 8抗滑挡墙示意图 图3 9抗滑桩平面布置示意图 图3 10抗滑桩断面布置示意图1 全埋式桩 2 悬臂桩 3 锚索桩 边坡排水沟 泄水盲洞 洞孔联合排水 平孔排水孔钻进 福厦高速路宏路滑坡 坡脚平孔排水 福厦高速路宏路滑坡 滑坡集水井中正钻水平孔 长野清水山 滑坡上部减重 箭丰滑坡减重后全貌 福建205国道 京广铁路坪石车站反压稳定滑坡 抗滑挡墙 贵昆线扒那块滑坡 抗滑桩排 兰青公路享堂滑坡 预应力锚索抗滑桩工程 二郎山龙胆溪滑坡 抗滑桩施工 锚索抗滑桩钢筋 川藏公路二郎山滑坡 预应力锚索框架治理滑坡 太原 古交公路K13 800 锚索地梁和坡脚抗滑桩 锚索抗滑桩和锚索地梁 京珠高速公路粤北段K98滑坡 锚索地梁和锚索框架 京珠高速公路粤北段K155 高边坡锚索地梁加固 京珠高速公路粤北段 预应力锚索 南昆铁路八渡车站滑坡 编制锚索 锚索绑扎情况 地梁钢筋 地梁浇注砼 拉力分散型锚索 拉力分散型锚索 返回 第四节滑坡推力计算 滑坡推力计算是防滑工程设计所必须的工作内容 初涉滑坡防治工作的技术人员往往觉得难以把握 滑坡推力计算主要涉及以下内容 1 滑坡推力的计算范围 2 计算公式的选择 3 滑带各段强度指标 c 值的选取 4 附加力的考虑与确定 5 安全系数的确定 6 计算推力的校核 一 滑坡推力计算范围的确定1 首先从地质分析上划分各滑动条块 各条分别计算 2 同一条滑坡是否分级及前后级之间的关系 一般只计算到贯通裂缝的一级 若前面稳定后面自然会稳定 3 多层滑面应分层计算其滑坡推力 二 计算公式的选择计算方法很多 应根据不同滑面情况选择 一般多用分块推力传递 系数法 第i块的剩余下滑力为 Ei KWisin i Wicos itg i CiLi Ei 1 i式中 K 安全系数 一般取K 1 10 1 25 Wi 第i块滑体的重量 KN i 第i块滑体滑面倾角 度 Ci 第i块滑体滑带土的黏聚力 Kpa i 第i块滑体滑带土的内摩擦角 度 Li 第i块滑体滑面的长度 m Ei 1 第I 1块滑体滑面传给第i块滑体的剩余下滑力 i 传递系数 i cos i i 1 sin i i 1 tg i三 滑带各段抗剪强度指标 c 值的选取1 由于地质条件和土性的差别很大 不同滑坡c 值差别较