黄润秋：边坡变形破坏机理及其识别-贵州讲课

,斜坡变形破坏机理及大型滑坡识别,成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室2012年04月13日,黄润秋,前言斜坡变形破坏的基本类型大型滑坡机理及其早期识别结束语,提纲,2001年2011年我国因地质灾害死亡人数和直接经济损失。其中，约70%的人员伤亡是大型滑坡所造成的。2010年，我国因地质灾害死亡人数2915人，其中75%是由9次大的滑坡泥石流事件造成的。,难在早期识别难在失稳前兆的识别和判别。,前言斜坡变形破坏的基本类型大型滑坡机理及其早期识别结束语,提纲,拉裂为拉断破坏，包括以拉应力为主造成的拉裂和以压应力为主造成的压致拉裂。其力学特征表现为弹性介质模型；蠕滑为剪切变形为主，包括沿坡体或某潜在剪切面的剪切蠕变、沿原有结构面的滑移和介于两者之间的蠕变滑移，即蠕滑。弯曲系指弯曲变形，按受力方式可分为横弯曲和纵弯曲；按支持约束方式，可分为简支梁、外伸梁和悬臂梁弯曲等。其流变特征一般属粘弹粘塑性介质模型；塑流系指岩土体中软弱层（带）的压缩和向临空或减压方向的塑性流动，包括岩土体中原有软弱层的塑性流动，也包括岩土体变形破坏发展中的压碎带或塑性破坏带的塑性流动，其流变特征属粘弹塑性介质。,斜坡变形破坏的基本类型,蠕滑（CREEP）：,“蠕滑”是斜坡在自身重力的恒定持续作用下，所发生的随时间的缓慢变形。,t,稳定蠕变型,非稳定蠕变型,渐变型,突发型,蠕滑是斜坡变形破坏最基本的形式，自然界的一切斜坡随着时间的发展，均在不断的蠕变之中，“变”是绝对的，“静”是相对的。斜坡通过“蠕滑”，不断的积累变形，最后到破裂、破坏，产生地面物质运动，从而结束斜坡的变形破坏的演变过程，代之而起的新的一轮斜坡的演化。通常情况下，斜坡的蠕滑变形是非常缓慢的，其量级为每年mm级及其以下，尤其是在硬质岩石构成的斜坡中，这样的变形在人类活动或工程服务有限的时期内，几乎是没有实际意义的。,但是，在松散体斜坡、软质岩、中硬岩斜坡或含软弱结构面的岩体中，这种变形的量级会显著增加，从而表现出显著的实际意义。斜坡的蠕滑通常表现为两种类型，一种是斜坡物质向坡体下方的持续蠕动位移；另一种就是沿结构面的剪切蠕滑。这两种变形均具有坡体表面大，向坡体内部逐渐减小的特点。,在常规重力作用下，岩土体的蠕变行为：,t,S,稳定蠕变,非稳定蠕变,渐变型,突发型,1,2,3,4,5,6,长期强度,流变下限,拉裂（CRACKING）：,拉裂是斜坡在张（拉）应力环境条件下，产生的破裂形式。是斜坡最为普遍、最为常见，也是最为重要的破裂形式。拉裂，形式虽然简单，但是产生内在机理确非常复杂，主要有以下类型；（1）由边坡应力分异形成的拉裂：内在本质是河流下切或边坡开挖过程中，坡体卸荷，导致坡顶出现拉应力，从而导致岩体拉裂；进一步可分为纯张裂和压致张裂；（2）由斜坡蠕滑变形导致的拉裂：（3）由采空区塌陷导致的拉裂；（4）由采空区诱导的拉裂；（4）复合型拉裂。,（1）由边坡应力分异导致的拉裂,沿贯通结构面的,沿断续构面的,三峡船闸高边坡,（整体块状结构岩体的边坡）,主要特点（1）破裂的发生主要来自于边坡应力分异产生的拉应力，因此一般位于坡体的顶部；（2）与应力分异过程密切联系，如边坡的开挖，河流的下切。一旦这些作用停止，破裂过程也就停止；（3）大多是平行坡面的，“直线”延伸的；（4）一般在斜坡变形的初期阶段发生。,（2）由边坡蠕变导致的张裂,主要特点（1）破裂主要是由于斜坡的蠕变变形导致，分布于坡体中上部；（2）随时间是持续发展的，其出现一般意味着斜坡变形处于发展阶段；（3）沿后缘弧形展布；（4）裂面通常比较新；（5）后期表现呈若干带状，并出现错动。,I-1,I-2,II,III,2005年2月的丹巴县城后山滑坡曾差点使整个县城毁于一旦。,（3）由地下采空区诱导的张裂,由于采空区的形成，诱使在坡顶出现拉应力，从而导致坡体拉裂。,开阳磷矿矿区,主要特点（1）采空区没有塌陷，坡体地形陡峻；（2）出现在坡顶，靠近坡肩坎部位（坡顶之前缘）；（3）厚层状硬质岩地层；（4）裂面通常很新；（5）易于产生崩塌、滑塌等破坏。,（4）由采空区塌陷导致的张裂,复合型张裂,边坡变形破坏动力过程的三阶段：,(c)累进性破坏,(a)表生变形,(b)时效变形,边坡形成，由应力分异导致的拉裂,边坡破坏,滑动面孕育发展，由蠕滑时效变形导致的拉裂,地质-力学内涵,变形量U,时间T,时效变形阶段,累进性破坏及滑面贯穿阶段,表生改造阶段,边坡变形的动力来自与应力释放的驱动，总体是弹脆性的，产生坡体后缘拉裂，但滑面未进入演化。符合弹-脆性模型。,表生改造完成后，由重力驱动产生的变形，为塑性变形，随时间，变形发展，滑动面逐渐孕育，并达到峰值强度。符合流变模型。,边坡演化的最后阶段，滑面强度超过峰值，沿滑动面产生累进性破坏，并最终贯穿，形成滑坡。应变软化模型。,倾倒（Toppling）：,陡立岩层在向破外的力矩作用下所发生的弯曲-倾倒变形。通常发生近直立或陡倾坡外的中等（偏软）坚硬层状岩体或被陡倾节理分割的坚硬块状岩体中，层厚以中-薄层状为主，如中厚薄层的的灰岩、变质砂岩、板岩等。倾倒变形的本质也包括两类：（1）以“结构变形”为主的硬岩倾倒；（2）以岩体自身弯曲变形为主的中-软岩倾倒。,边坡岩性：为M-1黑云花岗片麻岩,挤压带面较为发育。,残体厚度23m,SN向陡节理密集发育。其中部分呈隐节理，在残体中仍有保留。,EW向挤压面EW/N4050,1400m,一般地说，这类倾倒的范围较小，以20m深度以外居多，表现为浅层稳定性问题。这类变形还通常出现在山梁表部地形较陡部位。由于潜在破裂面呈锯齿状，这类倾倒很难表现为整体破坏，而是以局部由前部向后部逐次扩展。,左岸4山梁下游侧(1600栈道下方)脆性折断倾倒(朝河谷方向),4#山梁,SN向陡节理发育,残体厚度1015m,1600栈道,F11,M-1黑云花岗片麻岩,因此，这类倾倒可能变形范围较小，由于不含软层，因此，通常表现为“折而立断”，形成明显的根部折断面。由于折断面形态较为复杂，因此，一般不会产生沿面的滑动，而多表现为下部开挖失去“支撑”后的逐级后退式破坏。对开挖边坡来说，这类变形应该有效控制，以防出现折断失稳。,模式1：脆性折断型,倾倒变形发育的基本条件和特征,稳定性评价方法,Goodman、Bray法,模式2：延性弯曲型,通常发生在软-中等偏软、或软弱片岩带发育的坡体部位，以软弱层状岩体（片岩、泥质板岩、碳质板岩等）为主。变形的本质主要是岩层在长期的地质历史过程中所发生的蠕变或流变变形。通常“折而不断”。,扩离（Spreading）：,塑流系指岩土体中软弱层（带）的压缩和向临空或减压方向的塑性流动，包括岩土体中原有软弱层的塑性流动，也包括岩土体变形破坏发展中的压碎带或塑性破坏带的塑性流动，其流变特征属粘弹塑性介质。,斜坡变形破坏的基本地质力学模式：蠕滑(滑移)一拉裂；滑移压致拉裂；弯曲一拉裂；塑流一拉裂；滑移一弯曲。这些斜坡变形地质力学模式，揭示了斜坡发展内在的力学机制，并且在很大程度上确定了斜坡岩体最终破坏的可能方式与特征。,边坡变形破坏主要地质力学模式,实践证明，斜坡变形破坏地质力学模式与斜坡岩(土)结构类型之间存在着一定的成生联系。各类模式有自身的形成和演化规律，演化过程中表现出阶段性特征。不同发展阶段其外形和内部结构特征有所区别。这些特征可作为判别斜坡是否已发生变形和其变形所处阶段的地质依据。这往往是斜坡稳定性地质分析中极为重要的环节，是建模(建立概念模型)分析的重要依据。,前言斜坡变形破坏的基本类型大型滑坡机理及其早期识别结束语,提纲,锁固段型滑坡内部锁固段型滑坡(三段式滑坡)中部锁固段型滑坡(关岭型滑坡)前缘锁固段型滑坡(武隆型滑坡)深层倾倒型滑坡滑移-弯曲型滑坡阶梯状蠕滑-拉裂滑坡陡裂控坡型滑坡支撑拱型滑坡（堆积层滑坡）,大型滑坡形成的地质-力学机理,暴雨平推式滑坡单级平推式滑坡多级平推式滑坡强震溃滑型滑坡切坡减载型滑坡,内动力驱动为主的模式,外动力触发或诱发为主的模式,“锁固段”型滑坡,坡体内部包含有由特定地质结构构成的，对坡体变形有阻隔“锁固”作用的高强度部位。锁固段对坡体稳定起控制作用，一旦破坏，将产生坡体的骤然破坏，导致剧烈滑坡。内部锁固段型中部锁固段型前部锁骨段型,中部锁固段,前缘蠕滑段,后缘拉裂段,Debris,Hcr=0.5763H27.0992,三段式滑坡形成机理及其识别,(1)Lockedsegmentplaysakeyroletokeepthestabilityoftheslope(2)Progressivefailurewiththedeepeningoftensioncrackandslippingofinfront,(3)Brittlefailureofthelockedsegment.(4)Aircushionandfluidizationmaybeincluded,洒勒山滑坡:1983年3约11日发生在甘肃东乡，总体积3100万m3。导致237人死亡。,高速远程运动,20m/sand1100m,地物的位移矢量,滑体中的锥形体，上有旋转的擦痕,1975,2075,2175,2275,m,1500,1250,1000,750,500,250,0m,BaxieRiver,FormerBaxieRiverway,S,泥岩,黄土,一级阶地,Clasticflow,Fluidization,Rotationlandslide,Firstterrace,锁固段,1980年6月3日晨5点35分,位于湖北远安县的盐池河磷矿震旦系白云岩山体发生崩塌。历时16秒，顷刻形成130万m3左右的崩塌体，堵塞下方河道，掩埋山下矿务局机关的全部财产，造成284人死亡和2500万元财产损失的惨剧。,盐池河崩塌,主要识别标志：（1）地形坡度较大，一般:35（利于拉裂）；(2)近水平层状岩体，坡体中下部含一定厚度近水平或缓倾坡坏的软弱夹层（软岩、软弱错动带、断层、煤线等）；（3）坡顶有平行坡面的拉裂现象；（4）沿坡体下部的软弱层有蠕滑变形。,四川溪口滑坡剖面图1Originalformline2Formlineafterslipping3Glideplane4Strongweatheringzone5Calcareousbreccia6ColluvialdepositfromQuaternary7Subareaofrockstructure(:blockycataclastictexture;：Hugelayerstrucuter;:layerstrucuter;:layeredcataclastictexture;:cataclastictexture;:brecciatedtexture;:layerlimestoneofOrdovician;:mudstoneandshaleofSiluric),S,P,F6,O3,100m,Q,Maanping,Qinglongzui,610,635,660,685,710,735,760,785,810,835,(m),290o,1,2,3,4,5,6,F7,7,“挡墙溃屈型”滑坡形成机理及其识别,溪口滑坡:发生于1989年7月10日，四川华蓥市溪口镇体积约100万m3。滑坡为暴雨触发，导致221人死亡，直接经济损失约为600万元。,坡体上部为白云岩，强风化，潜在滑动面位于强风化的底界，其上坡体厚度约为10-20m；坡体下部为志留系泥岩；坡体中部沿断裂带一定范围为强度较高的钙质泥岩，它类似于挡墙，挑住并阻碍了上部坡体的变形，从而形成坡体内部的锁固段。随着时间的发展和上部坡体沿潜在滑动面变形的蠕滑，挡墙锁固段部位的应力将逐渐增加，并最终随着累计损伤的发展，而在暴雨作用下，发生溃决破坏，坡体高速下滑，形成剧烈滑坡。,贵州关岭滑坡:发生于2010年6月25日，贵州关岭县，体积约100万m3。滑坡为暴雨触发，导致99人死亡。,P3l,T1f,陡倾节理,Lockedsegment,主要识别标志：（1）地形上表现为上陡下缓（平）的鼻状山脊，下缓段通常形成“上凹”的负地形，可人居；(2)岩体结构上硬下软，分别对应地形陡、缓段；岩层中等倾角倾向破内，（3）上部岩层通常发育与坡面近平行的结构面、风化卸荷界面或倾坡外长大裂隙；（4）上、下段交界部位通常有“似挡墙的硬阻部位”。,重庆武隆鸡尾山滑坡,2009.6.5重庆武隆鸡尾山滑坡(74人死亡，8人受伤),“关键块体”模式滑坡机理及其识别,垮塌体均厚60m，平面面积8.4万m2，体积约500万m3,152m,720m,67m,N15W2035,30cm,坡体中夹碳质软弱夹层！,T0缝,T1缝,软弱层,720m,152m,60m,T0缝,T1缝,溶蚀带,软弱层,关键块体,贵州印江岩口滑坡,Site:Yinjiangriver,GuizhouProvinceDate:July18,1996Volume:7,000,000m3Slopetype:CosequentActivitytype:Quarryingattheslopefoot,主要识别标志：（1）地形上表现为具有两个临空面的单斜坡，第一临空面为正坡面，与岩层层面基本平行；第二临空面为侧缘临空面，为沿垂直岩层走向方向陡倾结构面发育的陡直边坡（或崖坡）；(2)具有斜顺倾向结构的层状岩体边坡，岩层略倾向坡内，与边坡第一临空面倾向夹角10-15度；岩层倾角15-20度；（3）坡体含具有一定厚度的软弱夹层（薄煤层、泥灰岩夹层、顺层挤压破碎带等），摩擦角40度；(2)坡体由薄层状中厚层状板岩、炭质板岩、绢云母片岩组成，或与中-薄层砂岩互层组成；（3）岩层倾向破内，倾角中陡，一般50-65度；（4）可见典型的岩层弯曲现象，弯曲角向坡体表面逐渐增大。,锁固段型滑坡内部锁固段型滑坡(三段式滑坡)中部锁固段型滑坡(关岭型滑坡)前缘锁固段型滑坡(武隆型滑坡)深层倾倒型滑坡滑移-弯曲型滑坡阶梯状蠕滑-拉裂滑坡陡裂控坡型滑坡支撑拱型滑坡（堆积层滑坡）,大型滑坡形成的地质-力学机理,暴雨平推式滑坡单级平推式滑坡多级平推式滑坡强震溃滑型滑坡切坡减载型滑坡,内动力驱动为主的模式,外动力触发或诱发为主的模式,-7高边坡为泥