崩塌地质灾害治理设计.ppt

崩塌地质灾害防治设计 王亚军 一 概述 1 什么是崩塌 定义 崩塌 陡崖或陡峭斜坡上的岩土体在重力作用下 突然脱离母体 发生崩落 滚动的现象或者过程 崩塌又称崩落 垮塌或塌方 大小不等 零乱无序的岩块 土块 呈锥状堆积在坡脚的堆积物称为崩积物 也称为岩堆或倒石堆 崩塌形成的岩堆 倒石堆 落石 崩塌是危岩失稳崩落瞬间的动力行为 落石是危岩失稳后的体态 崩塌地质断面示意图 崩塌 高陡斜坡的岩体 突然而急剧的向下产生倾倒 滚动 跳跃等的一种动力地质现象 落石 个别危岩脱离母岩 向坡下坠落的现象 危岩 高陡斜坡产生了拉裂 松动变形并随时可能发生破坏 向坡下运动的岩体 大型崩塌发生突然 灾害大 问题复杂 一般很难解决 小型崩塌和落石 可采用一定方法防治处理 危岩一般可采用一定方法防治 2 崩塌与滑坡的区别 崩塌 陡崖或陡峭斜坡上的岩土体在重力作用下 突然脱离母体 发生崩落 滚动的现象或者过程 滑坡 在重力作用下 斜坡岩土体沿着一定的软弱面 带 整体向下滑移的坡面变形现象 滑坡与崩塌的主要差别 滑坡与崩塌的关系 滑坡和崩塌常常相伴而生 产生于相同的地质构造环境中和相同的地层岩性构造条件下 且有着相同的触发因素 容易产生滑坡的地带也是崩塌的易发区 崩塌可转化为滑坡 一个地方长期不断地发生崩塌 其积累的大量崩塌堆积体在一定条件下可生成滑坡 有时崩塌在运动过程中直接转化为滑坡运动 且这种转化是比较常见 有时岩土体的重力运动形式介于崩塌式运动和滑坡式运动之间 以至人们无法区别此运动是崩塌还是滑坡 因此地质科学工作者称此为滑坡式崩塌 或崩塌型滑坡 崩塌 滑坡在一定条件下可互相诱发 互相转化 崩塌体击落在老滑坡体或松散不稳定堆积体上部 在崩塌的重力冲击下 有时可使老滑坡复活或产生新滑坡 滑坡在向下滑动过程中若地形突然变陡 滑体就会由滑动转为坠落 即滑坡转化为崩塌 有时 由于滑坡后缘产生了许多裂缝 因而滑坡发生后其高陡的后壁会不断的发生崩塌 另外 滑坡和崩塌也有着相同的次生灾害和相似的发生前兆 3 崩塌灾害 2008年11月22日 广西风山危岩发生崩塌 2008年11月22日 广西风山危岩发生崩塌 湖北省远安县盐池河磷矿崩塌灾害 1980年6月3日 湖北省远安县盐池河磷矿突然发生了一场巨大的岩石崩塌 山崩时 标高830米的鹰嘴崖部分山体从700米标高处俯冲到500米标高的谷地 在山谷中形成南北长560米 东西宽400米 石块加泥土厚度20米的堆积体 崩塌堆积的体积共100万立方米 最大的岩块有2700吨重 顷刻之间盐池河上筑起一座高达38米的堤坝 构成一座天然湖泊 乱石块把磷矿区的五层大楼掀倒 掩埋 死亡284人 还毁坏了该矿的设备和财产 损失十分惨重 宜万铁路隧道口崩塌 2007年11月20日8时40分 宜万铁路湖北省恩施州巴东县 木龙河段高阳寨隧道进口处 发生岩崩 崩塌体堆积物方量约3000立方米 巨石将318国道掩埋约50米长的路段 造成隧道进口处铁架上施工的4名民工死亡 更为严重的是一辆从上海返回利川途经此处满载乘客的客车也被崩塌体砸毁并掩埋 此次灾害共造成31人死亡 1人失踪 1人受伤 1 根据坡地物质组成划分 崩积物崩塌 山坡上已有的崩塌岩屑和沙土等物质 由于它们的质地很松散 当有雨水浸湿或受地震震动时 可再一次形成崩塌 二 崩塌的类型 表层风化物崩塌 在地下水沿风化层下部的基岩面流动时 引起风化层沿基岩面崩塌 沉积物崩塌 有些由厚层的冰积物 冲击物或火山碎屑物组成的陡坡 由于结构舒散 形成崩塌 基岩崩塌 在基岩山坡面上 常沿节理面 地层面或断层面等发生崩塌 2 根据崩塌体的移动形式和速度划分 散落型崩塌 在节理或断层发育的陡坡 或是软硬岩层相间的陡坡 或是由松散沉积物组成的陡坡 常形成散落型崩塌 滑动型崩塌 沿某一滑动面发生崩塌 有时崩塌体保持了整体形态 和滑坡很相似 但垂直移动距离往往大于水平移动距离 流动型崩塌 松散岩屑 砂 粘土 受水浸湿后产生流动崩塌 这种类型的崩塌和泥石流很相似 称为崩塌型泥石流 3 按分离面的特性 形状及其崩塌发生的原因分类 顺断层或风化层的崩塌 沿裂隙面的崩塌 探头崩塌 4 按崩塌的破坏模式 倾倒式崩塌在河流峡谷区 黄土冲沟地段或岩溶区等陡坡上 岩体以垂直节理或裂隙与稳定的母岩分开 通常坡脚遭受掏蚀 在重力作用下或有较大水平力作用时 岩体因重心外移倾倒产生突然崩塌 滑移式崩塌临近斜坡的岩体内存在软弱面倾向与坡向相同 则软弱面上覆的不稳定岩体在重力作用下具有向临空面滑移的趋势 当岩体的重心滑出陡坡 产生突然的崩塌 降水渗入岩体裂缝中产生的静 动水压力以及地下水对软弱面的润湿作用都是岩体发生滑移崩塌的主要诱因 鼓胀式崩塌陡坡上不稳定岩体之下存在较厚的软弱岩层 上部岩体重力产生的压应力超过软岩天然状态的抗压强度后软岩即被挤出 发生向外鼓胀 随着鼓胀的不断发展 不稳定岩体不断下沉和外移 同时发生倾斜 一旦重心移出坡外即产生崩塌 拉裂式崩塌陡坡由软硬相间的岩层组成时 由于风化作用或河流的冲刷掏蚀作用 上部坚硬岩层在坡面上常常突悬出来 突出的岩体通常发育有构造节理或风化节理 在长期重力作用下 分离面逐渐扩展 一旦拉应力超过连接处岩石的抗拉强度 拉张裂缝就会迅速向下发展 最终导致突出的岩体突然崩落 错断式崩塌长柱或板状不稳定岩体的下部被剪断 从而发生错断崩塌 悬于坡缘的帽沿状危岩 后缘剪切面的扩展 剪切应力大于危岩与母岩连接处的抗剪强度时 则发生错断崩塌 锥状或柱状岩体多面临空 下伏软基抗剪强度小于危岩体自重产生的剪应力或软基中存在的顺坡外倾裂隙与坡面贯通时 发生错断 滑移 崩塌 1 形成崩塌的内在条件有 岩土类型 岩土是产生崩塌的物质条件 一般而言 各类岩 土都可以形成崩塌 但不同类型 所形成崩塌的规模大小不同 通常坚硬的岩石和结构密实的黄土容易形成规模较大的崩塌 软弱的岩石及松散土层 往往以坠落和剥落为主 三 崩塌的成因 地质构造 各种构造面 如节理 裂隙面 岩层界面 断层等 对坡体的切割 分离 为崩塌的形成提供脱离母体 山体 的边界条件 坡体中的裂隙越发育 越易产生崩塌 与坡体延伸方向近乎平行的陡倾角构造面 最有利于崩塌的形成 地貌是引起崩塌的基本因素 一定的坡度和高差是崩塌发生的基本条件 据调查由坚硬岩石组成的斜坡 当坡度大于50 或60 高差大于50m时 才可能发生崩塌 由松散物质组成的坡地 当坡度超过它的休止角时可能出现崩塌 一般坡度大于45 高差大于25m可能出现小型崩塌 高差大于45m可能出现大型崩塌 黄土地区 坡度在50 以上才可能发生崩塌 高山峡谷 悬崖陡岸多数是崩塌易发地段 地形地貌 常发生崩塌落石地段 1 峡谷陡坡2 河流凹岸部位3 山区冲沟岸坡 山坡陡崖地段4 铁路 公路等路堑高边坡地段5 山区城镇建设高削方边坡6 丘陵或分水岭地区 岩土类型 地质构造 地形地貌 这三个内在条件 又通称为地质条件 它是形成崩塌的基本条件 2 诱发崩塌的外界因素很多 主要有 地震 地震引起坡体晃动 破坏坡体平衡 从而诱发坡体崩塌 融雪 降雨 大雨 暴雨和长时间的连续降雨 使地表水渗入坡体 软化岩土及其中软弱面 从而诱发崩塌 地表冲刷 浸泡 河流等地表水体不断地冲刷坡脚 削弱坡体支撑或软化岩 土 降低坡体强度 从而诱发崩塌 不合理的人类活动 如开挖坡脚 地下采空 水库蓄水 泄水 堆 弃 渣填土等改变坡体原始平衡状态的人类活动 都会诱发崩塌活动 还有一些其他因素 如冻胀 昼夜温度变化等也会诱发崩塌 地震引起崩塌 汶川地震大山崩塌形成危险的堰塞湖 暴雨引起崩塌 地表冲刷 2010年冬天三峡蓄水近175米 巫山望峡危岩 高程1200米 总体积112万方 危岩30万方 出现20万立方米崩塌 距航道1800米 高差1000米 航道断航1天 估计损失上亿 社会影响不可估量 3 崩塌与危岩成因实例分析 巫山望峡危岩 三峡巫山望峡危岩 三峡巫山望峡危岩 巫山望峡危岩发生崩塌 崩塌发生后 崩落岩块运动 崩塌发生的原理和危害 四 崩塌灾害实例分析 鸡尾山崩塌 重庆市武隆县铁矿乡鸡尾山崩塌 2009年6月5日15时许 重庆武隆县铁矿乡鸡尾山突发山体崩塌 总量超过三百多万的崩滑体涌进山谷 填满了两山之间数十米深 200余米宽的深沟 崩塌的山体将山对面的三联采矿场和6户居民家淹没 事故造成74人死亡 包括在垮塌体冲击带居住的村民12户21人 移动公司基站架线工人2人 采矿工人46人 其中井下作业27人 地面作业19人 过路农民3人 过路教师2人 鸡尾山崩塌 武隆鸡尾山崩塌详细分析 据殷跃平 2020 3 17 79 可编辑 工程地质条件 失稳模式 鸡尾山崩塌 五 崩塌与危岩防治措施 1 防治基本原则2 工程措施设计思路3 防治工程实例 1 防治基本原则 治理工程设计应综合考虑灾害类型 形成机制 稳定性 动力因素及变形破坏力学机制 水文地质及工程地质条件 场地建筑物及施工影响等 分析其有利和不利因素 发展趋势及危害性 崩塌治理工程措施较多 组合可变性大 各种措施均有其相应的应用前提不宜性 适宜性及最佳配置组合 要求在选择工程措施及配置组合时因地制宜 突出针对性 适宜性 经过充分比选后 进行合理选择确定合理的治理措施 以最少的投资取得最佳的工程效果 崩塌与危岩防治总的原则可以概括为16字方针 因地制宜 技术先进 经济合理 保护环境 2 工程措施设计思路防治的目的并不是一定要阻止崩塌落石的发生 而是要防止其带来的危害 崩塌防治措施可分为防止崩塌发生的主动防护和避免造成危害的被动防护两种类型 具体方法的选择取决于崩塌历史 潜在崩塌特征及其风险水平 地形地貌及场地条件 防治工程投资和维护费用等 1 主动防治基本方法 支撑 遮挡 拦截 围护 嵌补 锚固及注浆 挂网喷射混凝土 清除和排水等 嵌补 支撑 锚固 支撑技术支撑是指对悬于上方 以拉断坠落的悬臂状或拱桥状等危岩采用墩 柱 墙或其组合形式支撑加固 以达到治理危岩的目的 支撑技术主要适用于 坠落式危岩倾倒式危岩具有岩腔的滑塌式危岩 倾倒式危岩 坠落式危岩 滑塌式危岩 坠落式危岩支撑当危岩下部具有一定范围向内凹的岩腔 岩墙底部为承载力较高且稳定性好的中风化基岩 危岩体重心位于岩腔中心线内侧时 宜采用支撑技术进行危岩治理 坠落式危岩支撑滑塌式危岩需要使用支撑技术是应将支撑体底部削成内侧倾斜坡或台阶 支护墙 危岩支撑支撑底部应分台阶清除至中风化岩层 确保支撑体的自身稳定性 支撑体与危岩底部接触区域的一大厚度应采用膨胀混凝土 一般情况下 具有支撑条件时优先使用支撑技术 承载性墙撑防护性墙撑 墙撑柱撑 预应力格栅 支撑墙 柱支撑 防护性墙撑 锚固技术板状 柱状和倒锥状危岩体极易发生崩塌错落 利用预应力锚杆或锚索可对其进行加固处理 防止崩塌的发生 锚固工程 锚固桩 锚固技术 锚杆技术是指采用普通 预应力 锚杆 锚索 锚钉进行危岩治理的技术类型 包括预应力锚杆 非预应力锚杆 自钻式预应力锚杆及预应力锚索 灌浆技术 危岩体中破裂面较多 岩体比较破碎时 为了增强危岩体的整体性 宜进行有压灌浆处理 灌浆孔宜陡倾 倾角中不大于45 并在裂缝前后一定宽度 一般3 0 5 0 内按照梅花桩型布设 灌浆孔应尽可能穿越较多的掩体裂隙面尤其是主控结构面 灌浆材料应该具有一定的流动性 锚固力要大 灌浆加固 固结灌浆可增强岩石完整性和岩体强度 经验表明水泥灌浆加固可使岩体抗拉强度提高 相当于安全系数提高50 以上 当危岩体顶部存在大量较显著的裂缝或危岩体底部出现比较明显的凹腔等缺陷时 宜采用封填技术进行防治 顶部裂缝的封填的目的在于减少地表水下渗进入危岩体的速度及数量 排水技术 排水技术包括危岩体周围的地表截水 排水和危岩体内部排水 地表截水 排水沟应根据危岩体周围的地表汇流面积确定 通常采用地表明沟 其断面尺寸由地表汇流面积计算确定 由浆砌块石浆砌条石构成 底部地基填土时压实度不小于85 也可在危岩体侧部稳定岩体内凿槽作排水沟 通过修建地表排水系统 将降雨产生的径流拦截汇集 利用排水沟排出坡外 对于滑坡体中的地下水 可利用排水孔将地下水排出 从而减小孔隙水压力 减低地下水对坡体岩土体的软化作用 疏干岸坡与排水防渗 一般为5m 排水工程 纵坡不小于5 清除技术 在危岩体下方地表坡度比较平缓 具有0 5 1 0倍陡崖高度的地形平台上无重要建构筑物及居民居住或危岩下方具有有效防御措施条件下 可采用清除处理 2 被动防护技术 被动防护技术包括拦石墙 拦石栅栏及森林防护等技术 拦石墙陡崖或山坡上危岩数量多 存在勘察遗漏或治理难度较大时 以及对危害对象存在威胁的地段 当自然坡度角小于35 并存在一定宽度的地表平台时 宜设置拦石墙 拦石网及拦石栅栏 当陡崖或山坡下部坡度大于35 且缺乏一定宽度的平台而不具备建造拦石墙的条件时 可采用拦石网及拦石栅栏 拦石网包括半刚性和柔性两大类 前者一般称为拦石栅栏 后者一般为狭义的拦石网 修筑拦挡建筑物 对中 小型崩塌可修筑遮挡建筑物或拦截建筑物 拦截建筑物有落石平台 落石槽 拦石堤或拦石墙等 遮挡建筑物形式有明洞 棚洞等 明洞 棚洞 森林防护 当陡崖或山坡坡脚不存在平台或危岩威胁不太严重时 可以通过植树造林防治危岩崩塌 森林类型应为乔木 尽可能构建乔灌草相结合的生态系统 软基加固 保护和加固软基是崩塌防治工作中十分重要的一环 对于陡崖 悬崖和危岩下裸露的泥岩基座 在一定范围内喷浆护壁可防止进一步风化 同时增加软基的强度 若软基已形成风化槽 应根据其深浅采用嵌补或支撑方式进行加固 线路绕避 对可能发生大规模崩塌的地段 即使是采用坚固的建筑物 也经受不了大型崩塌的破坏 故铁路或公路必须设法绕避 3 主动 被动联合防治 锚固 拦挡联合技术锚固 拦挡技术主要是针对整个危岩防治工程而言的 体现了危岩治理与拦挡相结合的防治理念 将危岩单体的锚固防治和危岩单体之间漏勘危岩防治共同考虑 弥补了目前危岩勘察精度不高