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环境地质学 jw EnvironmentalGeology 周建伟中国地质大学 武汉 环境学院 第四讲滑坡 1 滑坡概述 滑坡是斜坡上的岩体或土体 在重力作用下沿某一软弱面或软弱带整体滑移的现象和过程 滑坡俗称 走山 垮山 地滑 土溜 等 滑坡 1 滑动面 2 滑坡体 3 滑坡周界 4 滑床 5 滑坡前缘 滑坡舌 滑坡要素 6 滑坡壁 10 滑坡裂缝 9 滑坡洼地 湖 7 主滑线 8 滑坡台阶 1 滑坡概述 滑坡各形态要素的发育特征 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 滑坡概述 平面特征 a 圆弧形 b 平面形 c d 折线形 e 软岩挤出形 纵断面特征 1 滑坡概述 复合形纵断面形态 1 滑坡概述 滑坡后部和前部形态特征 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 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 1 滑坡概述 滑坡的横断面特征 1 滑坡概述 1 滑坡概述 滑坡裂缝 产生 发展 演化 消亡 稳定 失稳 再稳定 蠕动挤压阶段 准备阶段 蠕滑阶段 滑动阶段 剧滑阶段 稳定阶段 周期性的活动特点 滑坡运动的阶段性特征 1 滑坡概述 2 滑坡的危害 贵州三 穗高速公路滑坡35人被埋 2001年重庆武隆滑坡 约1 6万立方米 造成79人死亡 7人受伤 四川丹巴滑坡 新滩滑坡发生于长江西陵峡上段的兵书宝剑峡出口的新滩镇一带 发展历史 1964年 姜家坡前缘出现拉裂缝 潜伏孕育阶段1968年 长办开始勘探并合同湖北省西陵峡岩崩调查处进行了地表位移观测 1985年6月12日凌晨 发生大型山体滑坡 滑体体积约2千万立方米 为一巨型堆积层滑坡 对岸涌浪迹线高达54M 预报及时 10下午开始紧急搬迁 1371人无一人伤亡 滑坡前 滑坡后 洒勒山滑坡全貌 洒勒山大滑坡位于甘肃省东乡族自治区的洒勒山 1983年3月7日发生 仅数十秒就使3个村庄荡然无存 死237人 伤22人 滑下岩土近4亿立方米 使一个水库被填 一个水库进水渠道被淤 三千亩农田被毁 物质基础 垂直节理及裂隙发育的新老黄土动力基础 山高坡陡触发因素 降雨 融雪触发因素 不科学的水利建设北方滑坡集中于3 4月份和8 10月份 三峡水库 库长638公里 库岸长5000公里 最高水位175米 淹没13个县市 150个镇 巴东县 新县城选在古滑坡体上1995年6月10日二道桥沟失稳1995年10月29日三道桥沟发生滑坡 致使长江断航12天1995年6月10日二道桥沟失稳 巴东县城 桥左侧建筑群为原县城桥右侧为1993年前新建县城 3 滑坡的识别 识别方法 航片解译 地面调查 勘探面 线 点 1 地形地貌方面滑坡形态特征 阶地 夷平面高程对比 2 地质构造方面 滑体上产生小型褶曲和断裂现象滑体结构松散 破碎 圈椅状地貌双沟同源 识别标志 3 滑坡的识别 3 水文地质方面结构破碎 透水性增高 地下水径流条件改变 滑体表面出现积水洼地或湿地 泉的出现 4 植被方面马刀树 醉汉林 3 滑坡的识别 2004年四川宣汉天台乡滑坡 5 滑动面的鉴别 勘探 钻探 变形监测 钻孔倾斜仪 3 滑坡的识别 3 滑坡的识别 土质滑坡滑面一般呈圆弧型 岩质滑坡滑面受结构面控制 主滑剖面上一般表现为折线 3 滑坡的识别 滑面识别的重要性 3 滑坡的识别 黄土坡滑坡临江I 崩滑体 黄土坡滑坡属大型岩质古滑体 总面积1 28平方公里 175米水位线以上 位居三峡库区四大滑坡之首 险区内有72家单位 13家工矿企业 22家副业设施 4475户15713人 房屋总面积68 87万平方米 3 滑坡的识别 I 临江崩滑体滑带特征 3 滑坡的识别 滑坡滑面 带 的识别标志 1 滑带物质成分 滑带一般表现出颜色的差异 成分的差异 结构的差异 物理力学性质的差异 2 擦痕 镜面 滑带的顶 底或中间发育磨擦镜面 擦痕 这是一般滑坡滑面的共同特征 在钻孔 探井及探洞中要注意寻找擦镜面 擦痕的证据 3 滑坡的识别 4 滑坡分类 按滑动面与层面的关系分类 1 无层滑坡 均质 无层理的岩土体 2 顺层滑坡 原生 次生的软弱夹层存在 上部松散堆积物与下部基岩接触带 3 切层滑坡 多发生在岩层近于水平的平迭坡 按滑坡的动力学特征分类 巴甫洛夫 1903 a 推动式滑坡 b 牵引式滑坡 c 混合式滑坡 d 平移式滑坡 按岩土体类型分类 按滑动面深度分类 1 浅层滑坡 50m 按滑坡形成时间分类 1 新滑坡 2 老滑坡 3 古滑坡 4 滑坡分类 5 我国滑坡灾害的发育情况 我国滑坡灾害的四大特点 分布广泛 危害严重 规模巨大 分布不均 我国近二十年来滑坡灾害实例 西南 西北 中南 华东 华北 东北 我国大型滑坡灾害分布情况 5 我国滑坡灾害的发育情况 该区位于青藏高原东部边缘地带 属怒江 澜沧江 金沙江 雅砻江 大渡河等流域 1 横断山 川黔滇山地滑坡强发育区 5 我国滑坡灾害的发育情况 本区特征 多高山峡谷 地形陡峻 高差达1500 2500m以上气候变化异常 属暴雨多发区 所以 在一些大型沟谷中 常发育由上下游崩塌 滑坡 泥石流连为一体的不稳定山体和谷底堆积区 其数量 规模及密度居全国之首 尤其是60年代以来 山区铁路 公路建设给天然状态下的滑坡 泥石流活动又增添了新的活力 5 我国滑坡灾害的发育情况 2 雅鲁藏布江下游地区滑坡强发育区 5 我国滑坡灾害的发育情况 本区特征 它是全球大陆河谷下切最深 地势高差最大的高山地带 河谷区湿热多雨 年平均降雨量达2500mm以上 山地海拔4600m以上为终年积雪的高山冰雪带 构造上恰好处于印度板块碰撞带 雅鲁藏布江缝合带展布范围 地壳新构造活动强烈 基岩裸露 岩石极端碎 地形复杂异常 历史地震活动频率高 强度大 该区的自然地质环境和气候条件 对山体滑坡 崩塌 泥石流的发育提供了充足的物质来源和强大的动力条件 5 我国滑坡灾害的发育情况 为长江与黄河两条水系分水岭及其各主要支流上游区 其中包括长江水系的汉江 嘉陵江等流域海拔1500 3000m的中高山区 3 秦巴山地滑坡强发育区 5 我国滑坡灾害的发育情况 本区特征 地质条件较复杂 新构造活动以断块式抬升为主 基岩裸露 山势陡峻 年平均降雨量1000 1200mm 且常有暴雨发生 日最大降雨量个别年份达300mm以上 特别是某些变质的千枚岩 片岩带 硬岩与软岩互层或软弱夹层结构发育的山体斜坡带稳定性较差 滑坡多有发生 5 我国滑坡灾害的发育情况 4 黄河中上游地区滑坡中强发育区 该区大部分位于甘肃 青海两省 为青藏高原东北缘与黄土高原毗邻地区 属秦岭西段和祁连山区 5 我国滑坡灾害的发育情况 本区特征 伴随第四纪以来青藏高原的隆起和秦岭地块的不断抬升 河谷侵蚀加剧 地形陡峻 山高谷深 当地侵蚀基准面与山原面高差达1000 1500m 尤其大面积黄土覆盖的第三纪红色地层分布区 沟壑纵横 坡陡谷深 气候干旱 雨量集中 时有暴雨发生 5 我国滑坡灾害的发育情况 5 汾渭谷地边缘带及陕西黄土高原区滑坡中强发育区 该区属渭北山地 吕梁山 秦岭北缘 中条山和太行山西南隅 地理上归于陕北黄土高原及其边缘地带 5 我国滑坡灾害的发育情况 本区特征 黄土滑坡分布广泛 由于黄土区坡高 地形陡峭 土体中节理裂隙发育 在暴雨或连续降雨期 斜坡稳定性显著降低 滑坡 崩塌活动极其频繁 5 我国滑坡灾害的发育情况 6 长江中上游地区滑坡中强发育区 5 我国滑坡灾害的发育情况 本区特征 河流侵蚀下切作用强烈 多形成高山峡谷地貌 滑坡 崩塌 泥石流多发育于长江干流和支流河谷区 在长江三峡工程库区690km2的岸坡带 发育较大型滑坡 崩塌和斜坡变形体263处 据四川省统计 1981 1985年五年间 一次暴雨激发崩塌 滑坡达1000处以上的县有28个 5 我国滑坡灾害的发育情况 地震降雨 融雪 水库蓄水人工开挖植被风化作用 内在因素 外部因素 6 滑坡的成因机理 岩土类型及性质地质构造地形 6 滑坡的成因机理 内在因素岩土类型及性质 决定抗滑力的根本因素坡形相同的情况下 坚硬岩石斜坡 半坚硬岩石 松散土坡沉积岩 层理 软弱夹层岩浆岩 原生节理发育 与岩石强度和风化作用有关变质岩 由于矿物成分的差异导致工程地质性质的差异滑坡往往集中在某些特定的岩层中 易滑岩组 我国易滑坡地层汇总表 地质结构 岩体结构及地质构造 结构面 结构面的产状 力学性质 规模沉积岩地区 特大型的滑坡主要与层面构造有关在褶皱的两翼部位 结构面往往形成上陡下缓的勺形沿着大的构造断裂带 滑坡往往呈带状分布 按结构面的产状与临空面的关系 可分为 1 平迭坡 主要软弱结构面为水平的 2 逆向坡 主要软弱结构面的倾向与坡面的倾向相反 3 顺向坡 主要软弱结构面的倾向与坡面的倾向一致 4 斜交坡 主要软弱结构面与坡面成斜交关系 5 横交坡 主要软弱结构面的走向与坡面走向近于垂直 6 滑坡的成因机理 地形地貌斜坡坡度越大 切割深度越深 斜坡稳定性越差 斜坡越高 坡内应力值越大 发生崩塌和滑坡的可能性就大 斜坡越陡 坡脚的应力集中现象越突出 最大剪应力随之增高 最大主应力 最小主应力差值增高 滑坡越易发生 6 滑坡的成因机理 外在因素 6 滑坡的成因机理 老滑坡前部挖方导致滑坡复活 云南元磨高速公路 6 滑坡的成因机理 堆填路堤引起滑坡 6 滑坡的成因机理 兰州海石湾滑坡 由堆载 灌水引起 6 滑坡的成因机理 洞坪库区瞿家湾滑坡 库水位频繁升降引起 6 滑坡的成因机理 7 滑坡稳定性分析 自然历史分析法工程地质类比法数学力学分析法长期监测法非线性科学方法 从地质构造方面分析结构面的位置 性质 连通情况 结构面与临空面的关系斜坡可能破坏的类型 规模等 自然历史分析法 定性的方法 地质背景分析影响因素预测发展趋势 7 滑坡稳定性分析 从作用在斜坡上的外力方面分析 工程地质类比法 半定量的方法 7 滑坡稳定性分析 相似性原则稳定性斜坡要素参数治理措施 数学力学方法 极限平衡法 数值计算 破坏概率法 1 刚体极限平衡法假设前提 只考虑破坏面上的极限破坏状态 而不考虑岩土体的变形 即视岩土体为刚体 破坏面上的强度由C 值决定 遵循强度判据 滑体中的压力以正压力和剪应力的形式集中作用于滑面上 均视为集中力 三维问题简化为二维 平面 问题来求解 安全系数 在岩土体稳定性评价中 由于边界条件 荷载条件 岩土体强度等难以精确确定 通常在设计上考虑上述因素及建筑物重要性而综合确定一经验值 稳定性系数 7 滑坡稳定性分析 剩余推力法 不考虑滑块两侧的摩擦力和滑体自身挤压力 7 滑坡稳定性分析 当滑体中存在有地下水时 需要考虑边界上的水压力 赤平投影图解法 7 滑坡稳定性分析 2 数值计算法 有限元分析 有限元分析是工程地质分析中经常运用的数值方法 它是将待考察的斜坡岩土体视为理想的弹塑性体 其应力 应变关系服从弹塑性本构关系 破坏判据采用Drucker Prager塑性屈服准则 按平面应变问题来考虑 计算时同时考虑对斜坡稳定性有影响的各种因素 有限元分析软件目前最流行的有 ANSYS ADINA ABAQUS MSC四个比较知名的公司 7 滑坡稳定性分析 a 计算剖面及模型 剖面网格划分 由于计算范围相对于可能发生变形破坏的斜坡体已经足够大 因此 边界约束条件假定剖面的左边界水平方向上固定 竖直方向上可以自由移动 底边界竖直方向上固定 水平方向上可以自由移动 坡面边界为自由边界 7 滑坡稳定性分析 b 计算方案 根据斜坡的形成历史及现有形态 相应地在有限元数值模拟中也进行相应的边坡历史形态演变的模拟 在演变模拟过程中 即通过卸荷过程模拟 实现模拟区的应力场与初始地应力场的叠加即为现有的应力场 c 选择计算参数 7 滑坡稳定性分析 d 计算结果 最大主应力色谱图 剪应力色谱图 最小主应力色谱图 破坏接近度色谱图 7 滑坡稳定性分析 滑坡地层结构模型 三维渗流 应力耦合有限元计算剖分网格 二维弹塑性有限元计算剖分网格 7 滑坡稳定性分析 滑坡防治的原则对于正在活动的滑坡 一般的工程布置应避开滑坡 尤其是一些大型滑坡或滑坡群所在地段应是工程避开的地方 当必须进行处理时 首先要查明滑坡发生的原因 了解当前滑坡活动的主要激发因素 从而采取正确的治理措施 处理时 原则上应一次根治彻底 不留后患 对于区域性的国土规划 开展区域性滑坡空间预测工作是减少滑坡灾害的重要前提之一 8 滑坡的防治 8 滑坡的防治 削 改 排 护 工程选线避绕 挡土墙 焙烧法 削坡减载 绕 挡 防治措施 抗滑桩 锚固工程 地表排水 坡内排水 混凝土 植被护坡 灌浆法 电渗法 8 滑坡的防治 削