工程地質(zhì)ch62教材

1、6.4 斜坡與邊坡地質(zhì)作用6.4.1 斜坡與邊坡地質(zhì)作用的類型 1. 有關概念 斜坡 自然形成、向一個方向傾斜的地段。 邊坡 人為造成的向一個方向傾斜的地段。 簡單斜坡或邊坡要素： 斜坡和邊坡本身 地表的傾斜地段。 坡緣 坡地上限，斜坡面與上方地面交線。 坡腳 坡地下限，斜坡面與下方地面交線。 坡麓 與坡腳毗鄰的面 斜坡高度 斜坡平距 任意坡角 平均坡角 邊坡形態(tài)規(guī)則，坡度較大，而斜坡形態(tài)不規(guī)則，坡度不一，沒有下限。2. 斜坡運動的分類 斜坡或邊坡的地質(zhì)作用表現(xiàn)為斜坡巖土體的向下運動，它改變著斜坡的外貌，使之逐漸變緩。斜坡的每一種分類方法都涉及斜坡的識別、避繞、防治、整治和其它相關特征。 因用

2、途不同標準各異，常用的分類標志有：移動形式、物質(zhì)種類、移動速率等。采用 D.varnes 滑坡分類為國際標準。該方案綜合考慮了斜坡的物質(zhì)組成和運動方式兩方面，前者分為巖質(zhì)和土質(zhì)斜坡，后者分為崩落、倒塌、滑動、側(cè)向擴展和流動5種，兩者還可組合成復合類型。 崩落 任意大小的塊體沿沒有剪切位移的面分離，自由跌落、崩塌、彈跳或翻滾，速度極快，事先的微小運動或有或無。 倒塌 在重力、鄰近塊體作用力或裂縫中流體的影響下繞其下方或某個支點向前翻轉(zhuǎn)。 滑動 剪應變和位移造成的運動，運動面可以推斷，發(fā)生在相對較窄的區(qū)域內(nèi)，運動可能是漸進的，從局部破壞區(qū)逐步擴展。 旋轉(zhuǎn)滑動 沿著向上凹的弧形破裂面滑動，曲率常不均

3、勻，形狀受斷層、節(jié)理、層理或其它不連續(xù)面的影響。當假定破裂面為某一形狀進行斜坡穩(wěn)定性分析時必須考慮這些不連續(xù)面的影響。 平移滑動 在結(jié)構上常受軟弱面如斷層、節(jié)理、層理和層狀沉積巖以及堅硬基巖和巖屑蓋層間接觸面的控制。 擴展運動 主要是側(cè)向延伸，伴隨著剪切和拉伸裂縫。因下層材料的液化或塑性流動，在巖土體里，它可能還包括斷裂和粘性材料的拉伸。互相粘結(jié)的上部塊體可能下沉、移動、旋轉(zhuǎn)、分離或液化和流動，破壞機理不僅包括旋轉(zhuǎn)和移動，還有流動，因此某些側(cè)向擴展破壞可看作復合型。 流動巖土體在空間上的連續(xù)變形。 復合移動上述主要類型中一個或多個的組合?？稍诨麦w的不同部分也可在滑動的不同階段組合。斜坡塊體運

4、動主要類型示意圖斜坡塊體運動主要類型示意圖a.山崩（崩塌）；b.滑坡；c.錯落；d.傾倒；e.坍塌；f.巖體深層蠕變abcdef崩塌 崩塌：陡峻的斜坡上，被裂隙切割的巖塊，在重力的作用下突然脫離母巖向下傾倒、翻滾、墜落的現(xiàn)象。 產(chǎn)生條件：1.地形地貌條件：斜坡高度大于30m，坡度大于450，坡面凹凸不平，且上陡下緩、高而陡的斜坡上； 2.巖性條件：堅硬、厚層狀的巖石，如礫巖、砂巖、富含石英的變質(zhì)巖、石灰?guī)r和噴出巖多形成高陡的斜坡。當其巖層節(jié)理裂隙發(fā)育時。 地質(zhì)構造條件：節(jié)理面、斷層面、巖層層面的傾斜方向和山坡傾向一致，同時傾角小于山坡的坡角。 崩塌的防治措施： 1.可采取爆破方法削緩陡崖，清除

5、易墜的巖石；或堵塞裂隙、裂隙內(nèi)灌漿；采用錨桿或錨索加固，使危巖穩(wěn)定； 2.可在坡腳或半坡設置擋石墻和擋石網(wǎng)，可修明洞、御坍棚等防崩塌構筑物。（P80圖6.23） 3.崩塌區(qū)有地表水，在其上方修截水溝或在坡面上噴漿，以避免巖石強度變化和防止差異風化。（P80圖6.24）泥石流泥石流 由暴雨或融雪所激發(fā)，泥、砂、石塊等固體碎屑與水共同在重力作用下發(fā)生的暫時性洪流。特點：爆發(fā)突然、速度快、破壞力強。 形成條件： 1.地形條件：從上游到下游可分為形成區(qū)、流通區(qū)和堆積區(qū)；（P80圖6.25） 2.地質(zhì)條件：多在地質(zhì)構造復雜、斷層節(jié)理發(fā)育、新構造運動強烈、地震活動頻繁地區(qū) 3.水文氣象條件：暴雨和高山冰川

6、積雪的急劇消融，為形成泥石流提供了充足水源。 4.人為因素：濫伐山林造成地表水土流失，采礦、采石、修路棄渣堆石，為泥石流提供豐富物質(zhì)來源，促使其爆發(fā)頻率急劇增加。 泥石流的分類： 按物質(zhì)組成分為泥流、泥石流、水石流； 按流體性質(zhì)分為：粘性泥石流、稀性泥石流 泥石流的防治 1.保持水土：封山育林、植樹種草、排水擋土； 2.攔截：建攔截壩，修筑擋墻、半截堰堤； 3.排導：可采用導流堤、急流槽、排導溝等措施使泥石流順利排走。地震激發(fā)地質(zhì)災害地震激發(fā)地質(zhì)災害 強烈的地震作用會引起邊坡松動、失穩(wěn)，發(fā)生滑坡、崩塌以及泥石流、堰塞湖等地質(zhì)災害；6.4.2 滑坡及其工程地質(zhì)勘測1. 滑坡的特征 滑坡是斜坡上土

7、體、巖體或其它碎屑堆積物沿一定的滑動面作整體下滑的現(xiàn)象。 滑坡體 向下滑動的巖土體，大小不一。 滑動面和滑動帶 動體與不動體之間的分界面，均質(zhì)土體中近似圓弧形，一個或幾個（有主支之分），其上受滑動揉皺的地帶稱滑動帶。 滑坡壁 滑坡體與坡上方未動巖土體之間的圍椅狀分界面，坡度6080。陡峻，常產(chǎn)生崩塌。 滑坡臺階滑坡體各段移動速度的差異產(chǎn)生分支滑動面，滑坡體分裂成幾個滑坡臺階，皆向內(nèi)傾斜呈反坡地形。 滑坡舌滑坡體的前緣突起部分稱為滑坡舌（被動土體），滑坡體后部稱為主動土體。 滑坡鼓丘 在滑動過程中，滑坡舌因受阻、擠壓而鼓起，稱鼓丘。 滑坡裂縫 環(huán)狀拉張裂縫 分布在滑坡壁后緣，與滑坡壁方向大致吻合

8、，因滑坡體向下滑動的拉力而產(chǎn)生，拉張裂縫的出現(xiàn)是滑坡的預兆。 剪切裂縫 分布在滑坡的中部和兩側(cè)，動土與不動土相對移動造成。常伴羽狀裂縫。 鼓張裂縫 分布在舌部，因下滑受阻，土體隆起成張拉裂縫，方向垂直于滑動方向。 羽狀張裂縫 在滑坡體最前緣，因滑坡舌向兩側(cè)擴展而形成的扇狀或放射狀張裂縫。（見P81圖6.26）2. 影響滑坡的因素 巖性 主要發(fā)生在松散堆積層中，主要與粘土有關，如蒙脫石、伊利石和高嶺土等，尤以蒙脫石影響最大；滑動面主要在粘土夾層中?；鶐r中相對較少，主要與千枚巖、頁巖、泥灰?guī)r、云母片巖、綠泥石片巖等遇水軟化的巖石有關。 構造 軟弱結(jié)構面（順坡層面、節(jié)理面、斷層面、不整合面、斷層面及

9、劈理頁理面等等）。 上部透水層與下部不透水層的組合 地貌 與臨空面、坡度、坡地基部受沖刷等因素有關，河流及溝谷流水沖刷是誘發(fā)因素。 氣候 與降雨和溫度有關，尤其是前者，另外還與凍融有關。 地下水 滑坡多沿飽含地下水的巖體軟弱面發(fā)生，包括許多復雜過程： 水的滲入消除了顆粒間的吸附力 水溶解了膠結(jié)物，使顆粒喪失粘結(jié)力 增加單位體積的重量，加大剪應力 使?jié)撍嫔仙?，增加孔隙水壓力，對潛在破裂面上的巖土體起浮托作用，降低破裂面上的正應力，抗剪強度減小。 節(jié)理面的存在使下伏含粘土的隔水層在流水作用下軟化，促進滑動。 地震 通過松動斜坡巖土體結(jié)構、造成破裂面、引起軟弱面錯位等方式，降低斜坡的穩(wěn)定性。地震可

10、產(chǎn)生觸發(fā)效應。 人為因素 人工邊坡過陡、大爆破施工、工程建筑載荷、集水建筑物漏水、護坡無排水或排水不當?shù)取?影響斜坡穩(wěn)定性的因素有很多，大致可分為可逆因素（降雨等）和不可逆因素（地下水潛蝕等）。做到在前者情況下不失穩(wěn)，后者設法使之不發(fā)生。分清主次因素，相應防治。3. 滑坡的發(fā)展階段 蠕動變形階段 微小滑動的積累，變形逐漸發(fā)展；出現(xiàn)斷續(xù)的拉張裂縫，滲水作用加強；規(guī)模越大，此階段時間越長。 劇烈滑動階段 巖土體完全破裂，滑動面已形成，滑體與滑床完全分離。后緣拉張主裂縫連成整體，兩側(cè)羽狀裂縫撕開，前緣形成放射狀鼓張裂縫、擠壓鼓丘；持續(xù)時間短速度快。 漸趨穩(wěn)定階段 能量消耗怠盡，位移速度變慢，趨于穩(wěn)定

11、。巖土體逐漸壓實，地表裂縫逐漸愈合，可延續(xù)數(shù)年之久，還可重新活動。4. 滑坡的工程地質(zhì)勘察 測繪與調(diào)查收集滑坡歷史、易滑地層分布、氣象、工程地質(zhì)圖、地質(zhì)構造圖等；了解地貌形態(tài)與演變；圈定滑坡要素及范圍；查明滑坡帶水和地下水及各種水體的變遷、建筑物和樹木的變形、位移、時間、特點和過程。 勘探（物探、坑探、鉆探） 查明滑坡體范圍、厚度、物質(zhì)組成、滑動面?zhèn)€數(shù)及形狀、各滑動帶的物質(zhì)組成；地下水含水層的層數(shù)、分布、來源、動態(tài)及各含水層的水力聯(lián)系等。 室內(nèi)及野外試驗 地下水水樣（侵蝕性和補給來源）和巖土樣（重度、內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角）的測試。 滑坡的觀察 滑坡動態(tài)觀測和地下水觀測，觀測滑坡體移動速度、方向等資

12、料，分析滑坡活動規(guī)律等。老滑坡前部挖方導致滑坡復活老滑坡前部挖方導致滑坡復活（云南元磨高速公路）（云南元磨高速公路）堆填路堤引起滑坡堆填路堤引起滑坡海石灣滑坡（由堆載、灌水引起）海石灣滑坡（由堆載、灌水引起）6.4.3 斜坡穩(wěn)定性評價 對與人類工程活動有關的天然斜坡或已建成的人工邊坡的穩(wěn)定性和演化趨勢作評價預測。 為設計合理的邊坡和整治斜坡的措施提供設計依據(jù)。1. 地質(zhì)分析法 結(jié)合周邊環(huán)境認識其發(fā)育歷史和規(guī)律，并評價其穩(wěn)定性。 根據(jù)地貌形態(tài)演變判斷斜坡的穩(wěn)定性 從分析滑動因素的變化判斷滑坡的穩(wěn)定性 從觀測滑動前的跡象方面判斷 采用工程地質(zhì)類比法2. 理論計算法 將土力學、巖石力學、彈塑性力學、

13、斷裂力學、損傷力學等多種力學和數(shù)學計算方法應用于斜坡穩(wěn)定性的定量評價。 平移滑動斜坡穩(wěn)定性計算 H/c和2（-）（ - ）1/2之間可以建立一定的曲線關系。 已知坡角，求在保證指定K值條件下的坡高。 已知坡高，求在保證指定K值條件下的坡角。 弧形滑移面的斜坡穩(wěn)定性計算3. 巖坡穩(wěn)定性的優(yōu)勢面分析理論 優(yōu)勢面 對巖體穩(wěn)定性起控制作用的結(jié)構面。優(yōu)勢面控制著巖坡變形的邊界，優(yōu)勢面組合決定了巖體的變形和破壞模式，故優(yōu)勢面具有控制邊坡穩(wěn)定性的作用，各種敏感因素通過優(yōu)勢面起作用。各種處理措施都是致力于消除優(yōu)勢面的導滑作用優(yōu)勢面控災和減災防災理論。土體接觸面、間斷面、裂隙面、風化面等都可構成失穩(wěn)優(yōu)勢面。 確

14、定地質(zhì)優(yōu)勢面和統(tǒng)計優(yōu)勢面，找出影響巖坡穩(wěn)定性的真正優(yōu)勢面。 通過組合分析，獲得研究邊坡穩(wěn)定性的地質(zhì)模型、物理模型和系統(tǒng)分析模型，綜合得出工程地質(zhì)模型，最后建立相應的數(shù)學模型。6.4.4 斜坡變形破壞的防治1. 防治原則 防患于未然 正確選擇建筑場地，合理制定人工邊坡的布置和開挖方案 查清可能導致天然斜坡或人工邊坡穩(wěn)定性下降的因素，采取必要措施事前加以消除或改變。 針對已出現(xiàn)的變形破壞情況，及時采取必要的增強穩(wěn)定性的措施 截斷和排出所有流入滑坡范圍的地表水 抽出所有在滑坡范圍內(nèi)的井中地下水和排去所有積水洼地的水。 填塞和夯實所有的裂縫，防止表面水滲入。 考慮工程的重要性是制定整治方案必須遵循的經(jīng)

15、濟原則。（選擇治、治重點）2. 防治措施 排水 滑體外的地表水，攔截和旁引；滑體中的地下水，用水平排水廊道或豎向排水井排水。 降低下滑力，增加抗滑力 刷方減重，“砍頭壓腳”，修建支擋建筑物（其基礎必須在滑移面以下），錨桿加固（對巖質(zhì)斜坡） 改變滑帶土的性質(zhì) 水泥或化學灌漿（巖質(zhì)斜坡）；電化學加固法、凍結(jié)法、焙燒法（土質(zhì)斜坡）。（P87圖6.32） 6.5 海岸帶的地質(zhì)作用 海岸帶 海洋與陸地的接觸帶，分為海岸、潮間帶和水下岸坡三部分。后被海岸海洋取代。6.5.1 海岸帶的水動力特征1. 波浪作用 破浪區(qū) 不對稱浪區(qū) 對稱浪區(qū)大于1/2波長區(qū)破 浪 波浪的變形和破碎 水質(zhì)點運動的軌跡是由深水區(qū)的

16、圓形轉(zhuǎn)變?yōu)闇\水區(qū)的上凸下扁的橢圓形；產(chǎn)生了波浪前坡陡后坡緩的形態(tài)，越近岸越明顯，最終導致波浪的破碎。破浪處水深相當于12個波高。陡岸波峰傾倒，能量集中，破壞性大；緩岸受海底摩阻，能量逐步消耗；破浪點遭受的破壞最大。波浪破碎后形成進流和回流。 波浪的折射 深水區(qū)到淺水區(qū)，波浪發(fā)生折射。其使波峰線有轉(zhuǎn)向與等深線一致的趨勢。波射線在海水迅速變淺的岬角處輻聚，在海水較淺的海灣處輻散。2. 潮汐作用 潮汐分海面垂直漲落（潮汐）與海水水平流動（潮流）。潮汐所引起的海面漲落，使波浪的作用范圍擴大但作用時間縮短；3. 海流作用 海流由盛行風向和因海水溫度和鹽度不同而產(chǎn)生的密度差異引起的海水流動，近岸區(qū)流速較小

17、，風成海流只能搬運細粒泥砂。但沿岸區(qū)常有激浪流、潮流、風成海流構成的綜合性海流，這種海流對泥沙搬運和海岸地貌的塑造有極大的作用。由季節(jié)風形成的沿岸流對所經(jīng)海岸區(qū)域的海岸地貌發(fā)育有明顯的影響。6.5.2 海岸地貌1. 海蝕地貌 海蝕作用 水體本身的壓力和被壓縮的空氣，對海岸產(chǎn)生強烈的破壞，力量可達0.3MN/m2甚至0.6MN/m2 。將水和空氣壓入巖體裂隙中，使其開裂松動，被掏蝕崩落。 海蝕地貌 海蝕崖 海蝕臺 海蝕穴2. 海積地貌 泥沙橫向運動所形成的地貌 波筑臺與水下堆積階地 海灘與濱岸堤 離岸堤與瀉湖 水下砂壩與砂咀 泥沙縱向運動對岸邊的改造作用 邊岸形態(tài)的影響 岸區(qū)地質(zhì)結(jié)構的影響6.5

18、.3 沿岸建筑物的防護措施 護岸護港有兩方面的含義：免受沖刷，保證建筑物安全；防止淤積，使潮汐電站等正常運行。1. 根據(jù)海岸侵蝕、堆積的規(guī)律設置水工建筑物 破浪堤 設置在水下岸坡上，與岸線近平行，距岸3050m，頂面在水下，深度與波高相近，可使波浪破碎，耗損其約75%的能量。（P91圖6.39） 丁壩 垂直邊岸的堤壩，適宜在縱向沉積物豐富的岸段上使用，保護岸坡不受沖刷。丁壩的長度和間距應根據(jù)岸區(qū)主導風浪方向與岸線的關系確定。(P91圖6.40）防波堤 防波堤 防淤建筑物，相當于人工岸線或近岸島嶼屏障，利用縱向沉積物流的運動規(guī)律，將泥沙截留在港灣之外，布置方法與丁壩相同。(圖6.41)2. 修建直接保護岸坡免遭沖刷的防護工程 護岸墻木頭、鋼板或混凝土做成的垂直墻，表面外凸，建造時須注意其地基情況。 拋石或砌石護岸 具有柔性特點，能很好地適應岸坡的緩慢沉降，火成巖、連鎖的混凝土塊都是很好的護岸材料。（P92圖6.43）6.6 地面塌陷及處理對策（自學）地面塌陷及處理對策（自學）1.地面塌陷的定義及特征，地面塌陷的危害；地面塌陷的定