斜坡变形破坏工程地质研究 .ppt

斜坡变形破坏工程地质研究 第六章斜坡变形破坏工程地质研究 斜坡系指地壳表部一切具有侧向临空面的地质体 它包括自然斜坡和人工边坡两种 自然斜坡是在一定地质环境中 在各种地质营力作用下形成和演化的自然历史过程的产物 如侵蚀作用 堆积作用等形成的山坡 海岸 河岸等 人工边坡则是由于人类工程开挖的 往往在自然斜坡基础上形成 其特点是具有较规则的几何形态 如路堑 露天矿坑边帮 运河 渠道 边坡等 第一节斜坡的变形与破坏 斜坡的变形与破坏 取决与破体中的应力分布和岩体土层的强度特点 它们是矛盾的两个方面 一个是破坏力的大小另一个是抵抗破坏能力的大小 斜坡变形 斜坡形成后 由于斜坡应力状态发生变化 使原有的平衡发生改变 当某些局部应力集中超过了岩土体强度时 引起局部剪切错动 拉裂并出现小的位移 但还没有造成整体性破坏 这就是斜坡的变形 和破坏的关系 变形是破坏的准备阶段破坏是变形的结果 区别 一 斜坡变形 斜坡成坡后 由于斜坡应力状态发生变化 使原有的平衡发生改变 当某些局部应力集中超过了岩土体强度时 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破坏 这就是斜坡的变形 斜坡变形主要有松动和蠕滑两种型式 1 松动2 蠕滑拉裂 蠕动 卸荷回弹 蠕变 弯折倾倒 1 松动 拉裂 卸荷回弹 在斜坡形成的初始阶段 在斜坡表部出现一系列与坡面近于平行的陡倾角张开裂隙 使斜坡岩土体向临空方向张开的过程和现象称为松动 存在于岸坡地段的这种裂隙 大多数是沿原有的陡倾角裂隙发育而成的 但也可以是应力分布中新产生的 这种裂隙的特点是 仅有张开 而无明显的相对滑动 并愈近坡顶 坡面张开程度愈大 向坡里 向深部张开程度逐渐减小 斜坡松动 一方面使斜坡强度降低 另一方面使各种营力更易深入坡体内 加剧了坡体内各种营力活跃程度 它是斜坡变形破坏的初始阶段 研究这些裂隙 对评价稳定性有重要意义 特点 仅有张开 无明显的相对错动愈近坡顶面张开程度愈大 向坡里 向深部 张开程度逐渐减小 2 蠕滑 蠕滑是指斜坡岩土体主要在自重应力长期作用下发生的一种向临空方向的缓慢而持续变形 它是在应力长期作用下 岩土体内部的一种缓慢调整变形 实际上是趋于破坏的一个演变过程 斜坡蠕滑大致可分为 受最大剪应力控制的蠕滑受软弱结构面控制的蠕滑受软弱基座控制的蠕滑 二 斜坡破坏 斜坡演变过程中 一旦出现外界贯通破坏面 并使分割体以一定的加速度脱离母体 则进入斜坡的破坏阶段 斜坡破坏的含义是斜坡在各种内外营力作用下 力学平衡条件发生变化 部分土石体丧失稳定性顺坡向下运动而发生的破坏作用和现象 由于斜坡所处环境和影响因素不同 斜坡破坏形式是多种多样的 但就破坏机制来说 不外乎拉断破坏和剪切破坏两种方式 所以斜坡破坏主要有以拉断破坏为主的崩塌和以剪切破坏为主的滑坡两种类型 一 崩塌 陡峻斜坡上的块状岩土体高速倾倒 翻滚 坠落于坡脚的现象称为崩塌 其特点是 失稳岩体在铅直方向的位移矢量比水平方向大 产生在土体中的崩塌叫土崩 产生在岩体中的崩塌叫岩崩 规模巨大 涉及到山体的崩塌叫山崩 产生在河 湖或海岸上的崩塌叫岸崩 崩塌是斜坡破坏的主要形式之一 它对陡崖下的房屋 道路和其它建筑物常带来威胁 尤其是对各种线性工程危害最严重 如我国成昆线 宝成线 襄渝线铁路和川藏公路沿线崩塌灾害常影响线路的正常运营 因此 研究崩塌的形成条件 运动学特点 进行合理的分类 评价和有效监测 防治 是斜坡破坏研究的一项重要内容 崩塌的形成条件 崩塌多发生在比较陡的岩质斜坡前缘 发生崩塌的地面坡度往往大于45 尤其是大于60 的陡坡 地形切割愈强烈 高差愈大 形成崩塌的可能性愈大 并且破坏也愈严重 二 滑坡 滑坡是指斜坡岩土体主要在重力和地下水作用下 沿着一定软弱面或软弱带 以水平位移为主的整体向下滑动的作用和现象 滑坡是某一滑移面上剪应力超过了该面的抗剪强度所致 滑坡的特点是 滑体是沿滑面向下滑动 即有依附面存在 质点位移矢量水平方向大于铅直方向 且具有 整体性 地下水往往是滑坡发生的主导因素 基本构造特征 滑坡示意图1 滑坡体 2 滑动面 3 滑动带 4 滑坡床 5 滑坡后壁 6 滑坡台地 7 滑坡台地陡坎 8 滑坡舌 9 张拉裂缝 10 滑坡鼓丘 11 扇形张裂缝 12 剪切裂缝 第二节影响斜坡稳定性的因素 影响斜坡稳定性的因素是复杂多样的 正确分析这些因素是评价斜坡稳定性 预测发展趋势和进行有效防治的基础 影响斜坡稳定性的因素可分为内在因素和外在因素两大方面 内在因素它包括斜坡岩土类型及性质 地质结构等 它们对斜坡变形破坏的形式和规模及稳定性起着控制作用 外在因素包括水的作用 风化作用 地震及人为因素等 它们是通过内在因素对斜坡稳定性起破坏作用 促进斜坡变形的发生和发展 但是有的外在因素变化很快 有时很强烈 而成为斜坡破坏的直接原因 在上述因素中 对斜坡稳定性起关键作用的因素叫主导因素 某些突然出现的 如地震 特大暴雨等 使稳定性已接近失稳状态的坡体突然破坏的因素叫触发因素 一 岩土类型及性质的影响 斜坡岩土体的性质是决定斜坡抗滑力的根本因素 坚硬完整的岩石如花岗岩能形成很陡的高边坡而不失稳 而软弱岩石或土只能形成低缓的斜坡 由粗粒土组成的斜坡 其稳定性主要取决于粒度成分和紧密程度 土颗粒越粗大 坚硬矿物成分越多 土颗粒排列的越紧密 斜坡的稳定程度就越高 由细粒土组成的斜坡 其稳定性主要取决于粘粒含量和稠度状态 粘粒含量越高 液性指数越小 斜坡的强度就越高 越稳定 由裂隙粘土和膨胀土组成的斜坡 当斜坡很缓时仍能破坏 黄土常形成陡坡 破坏形式主要为崩塌性滑坡和崩塌 二 地质结构的影响 岩质斜坡中的各种结构面对斜坡稳定性影响很大 结构面的成因 性质 延展特点和密度 特别是软弱结构面与斜坡临空面的关系 对斜坡稳定性起着很大作用 一 结构面的影响在岩质斜坡中 斜坡变形破坏多数受结构面控制 尤其是受软弱结构面控制 结构面对斜坡稳定性影响主要取决于下面三个方面 1 结构面的强度结构面的成因不同 组成物质不一样 力学强度和遇水后的变化情况也不一样 软弱结构面抗剪强度最小 所以沿着软弱面发生滑动的大型滑坡较多 2 结构面的展布范围结构面延展愈广 贯穿性愈好 则其危害性愈大 在软弱面中展布范围最广的是层理面 软弱夹层面 不整合面 断层面 大裂隙等 一般节理裂隙则连续性差 若断若续 延伸不广 沿这种结构面发展为滑动面或分离面 必须剪断不连续部分的岩石才能贯通起来 它的抗剪能力就比延展性广的结构面大多了 3 结构面的密集程度结构面分布密集的斜坡 风化作用及地下水作用强烈 岩石破碎 岩体抗滑能力差 斜坡易于破坏 二 结构面组合及结构面与斜坡临空面的关系 斜坡岩体中各种成因和性质的结构面相互交错 可以构成不同形态和大小的结构体 结构体和临空面组合 就可能成为不稳定的滑动体 所以结构面与结构面 临空面的组合 不仅控制了斜坡变形破坏方式 而且对斜坡稳定性起决定性作用 下面分几种基本情况介绍一下 1 单一结构面斜坡单一结构面斜坡多见于层状岩层 按结构面与斜坡的产状2 两组结构面斜坡两组结构面可以是层面 节理 断层和任何其他结构面的相互组合3 三组和多组结构面斜坡 三 水的影响 许多研究资料表明 雨季发生的崩塌 滑坡很多 有很多滑坡发生在地下水比较丰富的斜坡地带 水库蓄水后 有些库岸发生滑坡 上述事实说明地表水 地下水对斜坡稳定性的影响是十分显著的 1 地表水的影响河流对岸坡的冲刷和水库 湖 海水对岸坡的磨蚀作用都会使斜坡变高 变陡 不利于斜坡的稳定 冲刷和磨蚀还可以使坡脚处滑动面被揭露出来 形成临空面而导致坡体滑动 如河流凹岸易发生滑坡就与河流冲刷有关 水库蓄水后发生的滑坡就与库水磨蚀作用有关 2 地下水的影响 1 地下水的物理化学作用 2 静水压力 3 动水压力 4 浮托力 四 地震的影响 地震是造成斜坡破坏的一个最重要的触发因素 地震破坏作用首先使岩体结构发生破坏 并且在地震力反复的冲击下 斜坡岩体沿原有结构面或新生的结构面滑动 强烈地震常引起崩塌 滑坡的发生 例如 岷江上游的迭溪崩滑 就是1933年迭溪大地震时形成的 1973年2月四川炉霍地震时 沿鲜水河河谷发生了133处崩塌和滑坡 地震对斜坡稳定性的影响程度 主要决定于地震烈度大小 并与组成斜坡的岩性 层理 断裂分布和密度以及坡面方位和岩土体含水性有关 由坚硬 完整岩体组成的斜坡抗震性较强 在地震力作用下破坏的相对轻微 由疏松 破碎岩体组成的斜坡抗震性较弱 在地震力作用下破坏的相对严重 当斜坡岩土体中有水时 地震力加大了静水压力 也是造成斜坡破坏的原因之一 五 人类活动的影响 人类工程活动强度日益增大 已成为斜坡破坏的重要因素 由于开挖 爆破 堆载和施工顺序和方法不当引起斜坡失稳的实例举不胜举 人工开挖 当切露了控制斜坡稳定的主要软弱结构面 形成或扩大了临空面 使坡体失去支撑 会导致斜坡的变形与破坏 如长珲高速公路中里滑坡就是由于开挖路基揭露软弱面而引发的 福建某工程坝址右肩滑坡是由于施工顺序和方法不当引起的 即坝顶开挖慢 坡脚开挖速度快 形成倒坡 又在坡顶采用 水力冲挖法 使水沿裂隙下渗 降低了滑面夹泥层的抗剪强度而发生的 第四节斜坡稳定性评价 斜坡稳定性评价包括两方面任务 一方面要对与工程建设有关的天然斜坡或已建成的人工边坡的稳定性作出评价 另一方面要为设计合理的人工边坡和斜坡的治理提出设计依据 斜坡稳定性评价的方法很多 可概括为定性评价和定量评价两大类 定性评价方法有自然历史分析法 工程地质比拟法和图解法 定量评价方法有刚体极限平衡计算法 数值计算法和概率分析法等 第五节斜坡变形破坏的防治 为了预防和制止斜坡变形破坏和重新活动 有时要采取防治措施 斜坡变形破坏的防治应贯彻 以人为本 预防为主 及时治理 的原则 防是针对尚未产生严重变形与破坏的斜坡 治是针对已有严重变形与破坏的斜坡 一 预防措施1 要正确选择建筑场地 合理地制订人工边坡的布置开挖方案 例如对那些稳定性极差 而治理难度又比较高 耗资大的斜坡地段 选择建筑场地时 应尽量避开这些地段 开挖人工边坡时坡角应缓一些 在高应力区开挖人工边坡时 尽可能使边坡走向大致与地区最大主应力方向一致 开挖方案上应先排水后开挖 先挖上后挖下 2 查清可能导致斜坡稳定性下降的因素 事前采取必要的措施消除或改变这些因素 以保持斜坡的稳定性 如果地下水是导致斜坡稳定性下降的最敏感性因素 就要想办法降低地下水水位 使它降到滑面以下 以保证斜坡的稳定 二 治理措施当斜坡变形迹象已十分明显或进入到加速蠕变阶段时 仅采取消除或改变主导因素的措施已不足以制止破坏发生 在这种情况下 必须及时采取降低斜坡下滑力 增强斜坡抗滑力的有效措施 迅速改善斜坡的稳定性 针对不同情况 斜坡变形破坏的治理措施大致可分为以下几类 1 排水工程斜坡变形破坏常与水的作用有密切关系 因此要采取排除斜坡地段的地表水和地下水 以清除或减轻水对斜坡的危害作用 排水工程 1 地表排水常用的地表排水方法 是在滑坡可能发展的边界以外 设置环形截水沟 图8 32 用以拦截旁引自斜坡上部流向斜坡的水流 通常 沟深和沟底宽度都不小于0 6m 为防止水流的下渗 在被保护斜区或滑坡范围内 充分利用地形和自然沟谷 布置树枝状排水系统 使水流得以汇集旁引如地形条件允许 在滑坡边缘还可修筑明沟 直接将水引入到截水沟中 如果滑坡体内有湿地和泉水露头 则需修筑渗沟与明沟相配合的排水工程 2 地下排水地下水通常是导致斜坡稳定性下降的主要因素 因而排除地下水 尤其是滑带水 成为经常采用的有效措施 地下排水措施较多 有盲沟 盲洞 仰斜钻孔 垂直钻孔等 其中的盲沟和盲洞 由于造价较高 施工困难 效果又不太稳定 一般很少采用 仰斜钻孔排水 图8 33 施工简便 造价低 是一种广泛采用的措施 孔的仰斜角度一般采用10 15 仰斜钻孔排水可分为有单层 多层 平行状或辐射状等布设方式 2 支挡工程支挡工程是通过改善斜坡力学平衡条件 提高斜坡抗滑力来增加斜坡的稳定性 常采用的方法有挡墙 抗滑桩和锚固等 1 挡墙挡墙是目前较普遍使用的一种抗滑工程 挡墙位于斜坡的前缘 借助于自身的重量以支挡斜坡的下滑力 按建筑材料和结构形式不同 有抗滑片石垛 抗滑片石竹笼 浆砌石抗滑挡墙 混凝土或钢筋混凝土抗滑挡墙等 挡墙的优点是结构较简单 可以就地取材 而且能够较快地起到稳定斜坡的作用 挡墙常与排水措施联合使用 但一定要把挡墙的基础设置于最低滑动面之下的稳固层中 墙体中要预留排水孔 图8 35 2 抗滑桩抗滑桩的优点是 施工安全 方便 省时 省工 省料 且对坡体的扰动少 所以也是国内外广为应用的一种斜坡治理工程 尤其是对中 浅层滑坡的治理效果更好 抗滑桩按材料分为木桩 钢桩 混凝土桩及钢筋混凝土桩等 抗滑桩的施工方法主要有打入法 钻孔法和挖孔法三种 对于浅层土质滑坡 可直接用重锤把桩打入 对于中厚层的大型滑坡 则多采用钻孔法和挖孔法施工 抗滑桩一般集中布设在滑坡的前缘部位 且将桩身全长的 埋置于最低滑动面以下的稳固层中 3 锚固锚固是