教学课件PPT 崩塌.ppt

第三讲崩塌 1980年6月3日 湖北省远安县盐池河磷矿崩塌 死亡307人 典型岩质边坡地质模型之一 提纲 一 崩塌的概念和分类二 崩塌的形成条件及发生机理三 潜在崩塌体稳定性分析四 崩塌的防治 一 崩塌的概念与分类 位于陡崖 陡坡前缘的部分岩土体 突然与母体分离 翻滚跳跃崩坠崖底或塌落在坡脚的过程与现象 崩塌 崩落体的运动形式主要有两种脱离母岩的岩土体顺坡滚动以自由落体的方式坠落 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 崩塌 落石与危岩区别 一 崩塌的概念与分类 崩塌分类 1 按崩塌发生的地点分类 山崩 库岸崩塌 2 按崩塌物的岩性特征分类 岩体崩塌 土体崩塌 混合体崩塌 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 二 崩塌的形成条件及发生机理 崩塌 崩塌的形成条件斜坡体系统结构 岩体结构系统 坡形岩性分离面及组合特征斜坡体系统外部环境的作用 触发因素 地震降水风力 水力 冻融作用植物的根劈作用人为活动 二 崩塌的形成条件及发生机理 斜坡体系统结构1 坡形崩塌多发生在山地 高原沟谷及陡立河岸等陡峭斜坡地带 一般坡度在45 以上 二 崩塌的形成条件及发生机理 斜坡体系统结构2 岩性 由厚层坚硬的岩层如灰岩 砂岩 砾岩 花岗岩 闪长岩等构成的斜坡体 岩石强度大 裂隙发育 形成高陡边坡 相对软弱的岩层如页岩 泥岩 板岩 片岩 千枚岩等强度较小 裂隙细密 岩石常呈碎块 个体稳定性较差 黄土等边坡 土质硬 含有裂隙 风蚀 水力作用下易形成崩塌 组合型边坡 二 崩塌的形成条件及发生机理 斜坡体系统结构3 分离面及其组合特征 结构面 分离面可以是岩层的层面 节理面 断层面 各种成因的裂隙或裂缝 通常统称为 结构面 分离面把岩土体分割为各种形态 大小不一的块体 每一次崩塌都含有部分分离面转变为坡体的临空面 从而改变危岩体的力学边界 1996年发生于巫峡左岸的横石溪崩塌 二 崩塌的形成条件及发生机理 斜坡体系统外部环境的作用1 地震地震引起的山体震动可引起斜坡体在垂直方向和水平方向上的急剧 反复的应力变化 破坏坡体内部和临空面原有的脆弱力学平衡 导致危岩体失去重心 地震甚至可以使一些原本较稳定的岩土块体也发生崩塌 因此 地震是崩塌发生频率和规模最大的一种外在激发因素 二 崩塌的形成条件及发生机理 斜坡体系统外部环境的作用2 降水 雨水的渗入可增大裂隙网络中的动水压力 提高坡体向临空面方向的推力 雨水的浸润使分离面两侧的岩土软化 或减小分离面的抗滑阻力 降雨形成的地表径流对岩土体的水力侵蚀 尤其是沟蚀 使分离面的隙缝不断增大3 风力 水力 冻融作用风力 风荷载 加速风化 分离面强度降低 水力 斜坡底部侵蚀掏空 软化和崩解岩土体 冻融 冻胀 融水形成水压力 软化 加速风化 崩解 二 崩塌的形成条件及发生机理 斜坡体系统外部环境的作用4 植物的根劈作用5 人为活动人为活动诱发崩塌主要反映在两个方面 人为的工程活动改变坡地系统结构 修筑铁路等改变坡形 采矿掏空 人为活动促进了外部激发条件 爆破等 二 崩塌的形成条件及发生机理 崩塌的形成机理潜在崩塌体形成成岩过程 沉积 岩浆活动和变质作用形成含原生裂隙的岩体 构造运动 构造变形 破坏作用形成构造裂隙 新构造运动 形成陡峭的地形和表生裂隙 潜在崩塌体的位移外部环境作用下 顺分离面位移 重心临空 崩塌发生崩塌体脱离母岩 沿坡面翻滚 跳跃 互相撞击 最后堆于坡脚 伴有崩塌气浪 二 崩塌的形成条件及发生机理 崩塌的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 以坡脚的某一点为支点发生转动性倾倒 崩塌途径 在重力作用下 长期冲刷掏蚀直立岩体的坡脚 由于偏压失去重心 使直立岩体倾斜 最终导致崩塌 当附加特殊的水平力 地震力 静水压力 动水压力以及冻胀力等 时 岩体可倾倒破坏 当坡脚由软岩层组成时 雨水软化坡脚产生偏压 引起崩塌 直立岩体在长期重力作用下 产生弯折也能导致这种崩塌 二 崩塌的形成条件及发生机理 崩塌的模式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 二 崩塌的形成条件及发生机理 崩塌的模式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 二 崩塌的形成条件及发生机理 崩塌的模式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 二 崩塌的形成条件及发生机理 崩塌的模式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 地质历史分析法刚体极限平衡法数值模拟法地质力学模拟试验法长期监测法 三 潜在崩塌体稳定性分析 岩体稳定的结构分析法结构面之间 结构面与临空面之间的组合关系 判定不稳定块体可能移动的方向和破坏方式 结构分析法主要采用图解分析法 包括摩擦圆法 赤平极射投影法 平面投影法和实体比例投影法等 工程地质类比分析法依据相似性原则 根据发生过的崩滑的地质体 分析潜在崩塌体的稳定性 其实质是把集成经验 理论 应用到条件相似的工程 类比的相似性原则 崩滑体岩体性质 主控结构面 岩土体结构 斜坡结构和崩滑体介质结构条件等的相似性 崩滑体赋存条件的相似性 动力因素的相似性 发育阶段的相似性等 地质历史分析法 三 潜在崩塌体稳定性分析 变形史分析法依据崩塌发育规律中的发生周期性和阶段性特征 追溯潜在崩塌体的变形发育史 判定其现今所处阶段 进而分析其稳定性 地质综合分析对潜在崩滑体的形体特征 地质构成 成灾条件 成灾动力 成灾因素 成灾机理 变形破坏形式和特征 失稳条件和机制等进行全面系统地整理 归纳 进而评价崩塌体现阶段的稳定性 并预测其发展趋势 评价其失稳的必要条件 相关因素 失稳的可能性和失稳的规模 方式 方向 预测失稳的时间 地质历史分析法 三 潜在崩塌体稳定性分析 刚体极限平衡法 三 潜在崩塌体稳定性分析 滑移式危岩稳定性计算 后缘无陡倾裂隙 后缘无陡倾裂隙时按下式计算 式中 v 裂隙水压力 kn m f 危岩稳定性系数 c 后缘裂隙粘聚力标准值 kpa 当裂隙未贯通时 取贯通段和未贯通段粘聚力标准值按长度加权的加权平均值 后缘裂隙内摩擦角标准值 当裂隙未贯通时 取贯通段和未贯通段内摩擦角标准值按长度加权的加权平均值 滑面倾角 w 危岩体自重 kn m 刚体极限平衡法 三 潜在崩塌体稳定性分析 倾倒式危岩稳定性计算由后缘岩体抗拉强度控制时 按下式计算 式中 flk 危岩体抗拉强度标准值 kpa 危岩体与基座接触面倾角 后缘裂隙倾角 倾倒式危岩稳定性计算 由后缘岩体抗拉强度控制 危岩体重心在倾覆点之外时 危岩体重心在倾覆点之内时 刚体极限平衡法 三 潜在崩塌体稳定性分析 倾倒式危岩稳定性计算由底部岩体抗拉强度控制时 按下式计算 倾倒式危岩稳定性计算 由底部岩体抗拉强度控制 数值分析法 三 潜在崩塌体稳定性分析 dda 非连续变形分析法 dem 离散元分析法 flac 快速拉格朗日有限差分法 地质力学模拟试验 模拟试验是以实验室的有限空间和时间对规模巨大的 历时长久的自然现象和作用进行规律性探索 遵守量纲原则和相似原则 在崩滑灾害稳定性研究中 常用的试验主要是地质力学模拟试验 自重力场边坡结构模拟试验 离心力模拟试验 底面摩擦模拟试验 等 崩塌体危险性分析 三 潜在崩塌体稳定性分析 地质调查法 统计落石的分布 现场实验 正交试验法等 数值模拟 rockfall模拟 四 崩塌的防治 一 主动撤离 躲避对于危害性较大的不稳定斜坡体 应首先考虑人员撤离现场或工程线路绕避等措施 二 防护措施采用遮拦建筑物 对崩塌运动的岩土体进行消能拦挡 限制崩塌体的运动速度 同时对建筑物进行遮拦 隔离崩塌体与受灾体 使之不能成灾 主要防护措施有 1 山坡拦石沟 落石沟 落石槽 落石平台 2 拦石桩 障桩 3 拦石墙 混凝土拦石墙 笼式拦石墙 钢轨拦石墙 钢丝拦石墙 拦石网 4 遮挡明洞 棚洞 四 崩塌的防治 三 地质体改造措施1 地质体材料的强化改造一般采用注浆加固 常用水泥 水玻璃 环氧树脂和化学灌浆 2 结构面的强化改造灌浆 锚固 抗滑楔 挂网喷浆 3 结构体改造头部削方减重 削坡 采空回填支撑 倾倒 悬空危岩支撑 4 地质环境条件的改造 1 水