西南科技大學(xué)本科工程地質(zhì)8斜坡變形破壞工程地質(zhì)研究-1

1、工程地質(zhì)學(xué)工程地質(zhì)學(xué)ENGINEERING GEOLOGY主講人：劉歲海主講人：劉歲海lecturerlecturer：Liu SuihaiLiu Suihai 斜坡變形破壞工程地質(zhì)研究斜坡變形破壞工程地質(zhì)研究Engineering geology study of slope deformation failure 主要內(nèi)容主要內(nèi)容( (Main Topics) 概述概述（Outline） 斜坡應(yīng)力分布特征斜坡應(yīng)力分布特征（Stress distributing property of slopeStress distributing property of slope） 斜坡變形破壞的基本

2、形式斜坡變形破壞的基本形式（Style of slope deformation failureStyle of slope deformation failure） 崩塌崩塌（FallingFalling） 滑坡滑坡（LandslideLandslide） 影響斜坡穩(wěn)定性的因素影響斜坡穩(wěn)定性的因素（Factor of affecting slope stabilityFactor of affecting slope stability） 斜坡穩(wěn)定性評價斜坡穩(wěn)定性評價（Evaluation of slope stabilityEvaluation of slope stability） 滑坡

3、預(yù)測預(yù)報滑坡預(yù)測預(yù)報（Forecast of landslideForecast of landslide） 斜坡變形破壞的防治斜坡變形破壞的防治（Prevention and cure of slope deformation failurePrevention and cure of slope deformation failure）第一節(jié)概述第一節(jié)概述斜坡（斜坡（slopslop）：指地表一切具有側(cè)向臨空面?zhèn)认蚺R空面的地質(zhì)坡體，是一類廣泛的地貌類型地貌類型。斜坡變形破壞是地質(zhì)發(fā)展演化的重要過程。斜坡的基本斜坡的基本組成組成要素要素(1)、坡面AC(2)、坡肩A (3)、坡頂AB(4)、

4、坡腳C (5)、坡高H(6)、坡角(7)、坡體MMHABC斜坡分類斜坡分類天然斜坡：溝谷岸坡、山坡天然斜坡：溝谷岸坡、山坡人工邊坡：露采邊坡、基坑邊坡人工邊坡：露采邊坡、基坑邊坡物質(zhì)組成物質(zhì)組成巖坡巖坡土坡土坡按高度按高度H H高坡高坡中坡中坡低坡低坡巖坡巖坡 H 15mH 15m土坡土坡 H 10mH 10m巖坡巖坡 8m H 15m8m H 15m土坡土坡 5m H 10m5m H 10m巖坡巖坡 H 8mH 8m土坡土坡 H 5mH = 30= 30中坡中坡 1515= = 30 30緩坡緩坡 15 15內(nèi)凹型內(nèi)凹型外凸型外凸型直線型直線型復(fù)合型復(fù)合型坡面形態(tài)坡面形態(tài)斜坡巖層中裂縫發(fā)育，

5、易形成崩塌、滑坡1963年10月夜間發(fā)生在意大利北部山區(qū)的Vajont水庫，被公認(rèn)為是世界上最嚴(yán)重的滑坡災(zāi)害。該水庫庫容10億立方米，壩高267米，是當(dāng)時世界上最高的雙曲拱壩。工程實例工程實例水庫蓄水造成水庫岸坡地下水位的相應(yīng)抬高，地質(zhì)環(huán)境發(fā)生了急劇變化，2.6億立方米的石灰?guī)r山體以20M/S以上的速度滑入水庫。最大涌浪高度250M，越過壩頂高度達150M，庫水迅猛瀉向下游。洪水摧毀了下游數(shù)公里以內(nèi)的5個村莊，2600人在夢中死亡。該水庫也因滑坡填入而報廢。1980年6月3日晨5時35分發(fā)生在湖北省遠安縣鹽池河崩塌，16秒鐘內(nèi)摧毀礦務(wù)局機關(guān)全部建筑物和坑口設(shè)施，導(dǎo)致284人死亡。 三峽庫區(qū)巴東

6、新城址三次選址，兩次搬遷三次選址，兩次搬遷，一直未跳出就滑坡論滑坡就滑坡論滑坡的“怪圈”。2002年才開始關(guān)注整個扇形大斜坡的穩(wěn)定問題，擔(dān)心是否會出現(xiàn)意大利瓦依昂水庫滑坡那樣的災(zāi)難，直到2005年提出“巴東復(fù)雜斜坡系統(tǒng)”，而不是小小的“黃土坡”還是“趙樹嶺”！19821988？19961992？巴東新城址三次選址，兩次搬遷三峽庫區(qū)巴東縣新城區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治工作程度圖整個扇形大斜坡的整個扇形大斜坡的工程工程 地質(zhì)地質(zhì) ？沒做工？沒做工作！作！第二節(jié)斜坡應(yīng)力分布特征第二節(jié)斜坡應(yīng)力分布特征原始應(yīng)力狀態(tài)：原始應(yīng)力狀態(tài)：H1H31H 1 3 1、斜坡周圍主應(yīng)力跡線主應(yīng)力跡線發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)愈接近臨空面,最大主

7、應(yīng)力1愈接近平行于臨空面,3與之正交,向坡內(nèi)逐漸恢復(fù)到原始狀態(tài)。一、重分布應(yīng)力的特點一、重分布應(yīng)力的特點2 2、在坡腳及坡肩附近形成應(yīng)力集中區(qū)、在坡腳及坡肩附近形成應(yīng)力集中區(qū)（1）、坡腳附近最大主應(yīng)力顯著增高,且愈近表面愈高；最小主應(yīng)力顯著降低。這一帶是坡體中應(yīng)力差或最是坡體中應(yīng)力差或最大剪應(yīng)力最高的部位大剪應(yīng)力最高的部位，形成最大剪應(yīng)力增高帶，往往產(chǎn)生與坡面或坡底面平行的壓裂面壓裂面。1（2）、在坡頂面和坡面的某些部位,坡面的徑向應(yīng)力和坡頂面的切向力可轉(zhuǎn)化為拉應(yīng)力,形成張力帶張力帶,易形成與坡面平行的拉裂面拉裂面。3、與主應(yīng)力跡線主應(yīng)力跡線偏轉(zhuǎn)相聯(lián)系,坡體內(nèi)最大剪應(yīng)力跡線最大剪應(yīng)力跡線由原來

8、的直線變成近似圓弧線,弧的凹方向朝著臨空方向。4、坡面處由于側(cè)向壓力趨于零,實際上處于兩向受力兩向受力狀態(tài)狀態(tài),而向坡內(nèi)逐漸變?yōu)槿蚴芰顟B(tài)。二、影響斜坡應(yīng)力分布的因素二、影響斜坡應(yīng)力分布的因素1 1、巖體初始應(yīng)力的影響、巖體初始應(yīng)力的影響初始應(yīng)力場，尤其水平剩余應(yīng)力使坡體中主應(yīng)力跡線的分布形式有所不同，改變各應(yīng)力值的大??；使應(yīng)力分異現(xiàn)象加劇,尤其對坡腳應(yīng)力集中帶和坡面張力帶的影響最大。2 2、坡形的影響、坡形的影響(1)(1)、坡高：不改變應(yīng)力等值線圖象，應(yīng)力隨坡高而增高。、坡高：不改變應(yīng)力等值線圖象，應(yīng)力隨坡高而增高。(2)(2)、坡角：坡角變化明顯改變應(yīng)力分布圖象。隨坡角變陡，張力帶、坡

9、角：坡角變化明顯改變應(yīng)力分布圖象。隨坡角變陡，張力帶的范圍有所擴大，坡腳應(yīng)力集中帶最大剪應(yīng)力值也隨之增高。的范圍有所擴大，坡腳應(yīng)力集中帶最大剪應(yīng)力值也隨之增高。(4)、坡面形態(tài)平面上的凹形坡，應(yīng)力集中明顯減緩。圓形和橢圓形邊坡，坡腳最大剪應(yīng)力僅為一般斜坡的1/2。(3)、坡底寬度當(dāng)W0.8H時，則保持為一常值（稱為“殘余坡角應(yīng)力”）3 3、斜坡巖土體、斜坡巖土體特性和結(jié)構(gòu)特性和結(jié)構(gòu)特征的影響特征的影響11 巖土體的變形模量變形模量對均質(zhì)坡體的應(yīng)力分布無明顯影響。 泊松比泊松比可改變主應(yīng)力和剪應(yīng)力的分布,引起張力帶變化。隨著增高，坡面和坡頂?shù)膹埩е饾u擴展；而在坡底則反之，增高，張力帶收縮。 結(jié)

10、構(gòu)面結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀、性質(zhì)的差別，使斜坡中的應(yīng)力分布出現(xiàn)了不連續(xù)性不連續(xù)性，在不連續(xù)面或軟弱面的周邊形成應(yīng)力集中應(yīng)力集中或發(fā)生應(yīng)力阻滯應(yīng)力阻滯。第三節(jié)斜坡變形破壞的基本形式第三節(jié)斜坡變形破壞的基本形式一、斜坡變形一、斜坡變形斜坡受到侵蝕卸荷作用和開挖卸荷等作用所產(chǎn)生的應(yīng)力釋放效應(yīng)力釋放效應(yīng)應(yīng)，而引起的斜坡表層巖土體的彈塑性回彈彈塑性回彈和蠕變位移蠕變位移。 形式：形式：(1)、卸荷回彈卸荷回彈 卸荷、初始應(yīng)力釋放 側(cè)應(yīng)力減弱 產(chǎn)生張裂面(2)、拉裂拉裂 斜坡形成過程中，在坡面和坡頂形成的張力帶中拉應(yīng)力集中形成拉張裂縫重慶黔江大河口水電站壩肩拉裂變形破裂 (3)、蠕滑蠕滑 斜坡巖土體在自重應(yīng)力自重應(yīng)

11、力的長期作用下,向臨空面方向的緩慢而持續(xù)的變形。 A、表層蠕滑表層蠕滑：斜坡淺層巖土體在重力的長期作用下，向臨空面方向緩慢變形構(gòu)成一個剪變帶，其位移由坡面向坡內(nèi)逐漸降低直至消失。 B、深層蠕滑深層蠕滑：主要發(fā)育在斜坡下部或坡體內(nèi)部。按其形成機制特點可分為兩種： 、軟弱基座蠕滑 、坡體蠕滑（受軟弱結(jié)構(gòu)面控制） (4)(4)、彎曲傾倒、彎曲傾倒 由陡坡或直立板狀巖體組成的斜坡，當(dāng)巖層走向與坡面走向大致相同時，在自重的長期作用下，由前緣開始向臨空方向彎曲、折裂，并逐漸向坡內(nèi)發(fā)展的變形，稱為彎曲傾倒。二、斜坡破壞二、斜坡破壞1 1、崩塌、崩塌陡坡上的巖土體產(chǎn)生以下落運動下落運動為主（移動、滾動、跳躍）

12、的破壞現(xiàn)象。（土崩、巖崩）（山崩、墜石）。5.12 汶川地震引發(fā)綿陽至北川公路邊坡崩塌5.12 汶川地震引起甘肅省隴南成昆線徽縣車站1號崩塌體堵斷嘉陵江，上下游水位差10米。3號崩塌體砸壞車頭引起燃燒，兩人受傷。地震引發(fā)安縣至高川鄉(xiāng)公路崩塌造成車輛滯留，120多人死亡2 2、滑坡、滑坡斜坡巖土體依附于內(nèi)在的內(nèi)在的或潛在的貫通結(jié)構(gòu)面潛在的貫通結(jié)構(gòu)面，在外力作用下，失去原來的平衡狀態(tài)，產(chǎn)生了以水平運動為主以水平運動為主的滑動現(xiàn)象。3 3、兩者的區(qū)別、兩者的區(qū)別、運動方式、破壞形式、是否脫離母體，存在滑動面、規(guī)模及速度第四節(jié)崩塌第四節(jié)崩塌一、崩塌的類型及形成條件一、崩塌的類型及形成條件 崩塌一般發(fā)生

13、在厚層堅硬巖體厚層堅硬巖體中?；?guī)r、砂巖、石英巖等厚層硬脆性巖石常能形成高陡的斜坡高陡的斜坡，其前緣常由于而形成卸荷裂隙的發(fā)育而形成陡而深的張裂縫，并與其它結(jié)構(gòu)面組合，逐漸發(fā)展連續(xù)貫通的分離面，在觸發(fā)因素觸發(fā)因素作用下發(fā)生崩塌。此外，由緩傾角軟硬相間巖層組合的陡坡，由于軟弱巖層被風(fēng)化剝蝕而形成凹龕，使上部的堅硬巖層失去依托，故也常發(fā)生局部崩塌。1 1、滑移式崩塌、滑移式崩塌巖質(zhì)邊坡巖質(zhì)邊坡，裂隙發(fā)育的巖體，節(jié)理及層面控制，傾坡處節(jié)理起主控作用。依附面傾角一般30-65左右，順坡走向上呈現(xiàn)不規(guī)則的鍥形體，剪出點可在坡腳，也可坡體的任何地方，往往為滑移式，一般線路不會太大，為累進性。常見類型常見類

14、型 土坡土坡,為風(fēng)化破碎帶或第四系堆積層，坡段比較陡，松散層產(chǎn)生蠕動變形，形成雨季飽水等，產(chǎn)生累進式破壞。滑移式崩塌滑移式崩塌巖質(zhì)邊坡巖質(zhì)邊坡,軟夾層結(jié)構(gòu)，堅硬塊狀體。因腳下軟層等掏空而成懸臂式拉斷。破壞方式，可能為拉斷下墜，也可能稍后部拉斷，部分依托軟面而翻轉(zhuǎn)下墜，常見于河谷岸坡以及腳下開采條件。采礦2 2、懸臂拉斷式崩塌、懸臂拉斷式崩塌ab巖坡巖坡A、為薄層軟弱夾層長期蠕變彎曲折斷，形成崩塌，受高陡坡形、軟弱層控制，發(fā)展慢。B、為柱狀塊體，底腳壓裂，在水荷載作用下，引起翻轉(zhuǎn)。3 3、傾倒式崩塌、傾倒式崩塌土坡土坡, ,下面層被掏空或變形破壞，上部失去支持而產(chǎn)生向下坍塌。4 4、座落式崩塌、

15、座落式崩塌崩塌的破壞方式若不依附某一面崩塌時，總是下墜或坐落下墜或坐落；若依附某一面崩塌時，具有滑移或翻轉(zhuǎn)滑移或翻轉(zhuǎn)特性。后者通常用如下的方法作出判斷：一個置于斜面上的巖塊，它的高度為h和底邊長為b，并且假定阻止巖塊向下運動的力只是由于摩擦作用而產(chǎn)生的，也即是c=O。代表巖塊重力W的矢量落于底邊b之內(nèi)時，如果斜面傾角大于摩擦角，巖塊將產(chǎn)生滑動；但是，如果巖塊高而細，重力矢量W可能落在底邊b外，此時巖塊將傾倒，也即繞其最低的接觸邊棱而旋轉(zhuǎn)。置于斜面上塊體置于斜面上塊體 的幾何要素的幾何要素 WsinWcosWbh崩塌的形成條件崩塌的形成條件1 1、地形地質(zhì)條件、地形地質(zhì)條件 一個陡坡，尤其是大于

16、60的坡，坡高幾米到幾百米。大型自然崩塌多見于江河峽谷陡峻地段，以巖石大型崩塌居多，或者人工路塹、礦山等邊坡。 一般坡度大于4050時，對于裂隙發(fā)育的巖體，尤其發(fā)育高傾角裂隙時，在裂隙下部有軟層配合下，易產(chǎn)生較大崩塌。2 2、崩塌的誘發(fā)條件、崩塌的誘發(fā)條件 （1）、高陡坡，重力作用，引起拉裂變形，導(dǎo)致崩塌。（2）、坡腳開挖，掏空，坡腳軟巖壓裂，因此失去支撐作用。 （3）、長時間降水，產(chǎn)生水壓力。 （4）、凍脹后解凍，使土體飽水段強度降低，或產(chǎn)生漲縮現(xiàn)象。 （5）、震動等。二、崩塌運動學(xué)特點二、崩塌運動學(xué)特點崩塌的運動規(guī)律運動規(guī)律特別復(fù)雜，根據(jù)拋石試驗及現(xiàn)象研究，崩塌落石在不同坡度上，其總體服從的運動規(guī)律如下圖。 滾 滑滾墜 跳