地質大環(huán)境地質學課件03崩塌

第三講崩塌崩塌多發(fā)地區(qū)主要為橫斷山高山峽谷地區(qū)、青藏高原東緣、黃土高原、湘西地區(qū)、云南高原以及川東鄂西的中山區(qū)，涉及到云南、西藏、陜西、甘肅、重慶、湖北、湖南、江西、廣西等省（區(qū)、市）東鄉(xiāng)灑勒山滑坡1983年3月7日，體積3100萬立方米，堆積面積1.3平方公里，摧毀3個村莊，傷亡260人。烏江2001年重慶武隆崩塌，開始關注三峽庫區(qū)地質災害防治。高46.8米，前沿寬55.2米，后沿寬25－30米，約1.6萬立方米，致使一幢9層樓房被滑坡體摧毀掩埋，造成79人死亡、7人受傷?；碌攸c前兆滑坡地點1980年6月3日、湖北省遠安縣鹽池河磷礦崩塌,死亡307人。——典型巖質邊坡地質模型之一。遠安鹽池河磷礦崩塌前后汶川地震發(fā)生大量崩塌，破壞道路交通。提綱一、崩塌的概念和分類二、崩塌的形成條件及發(fā)生機理三、潛在崩塌體穩(wěn)定性分析四、崩塌的防治一、崩塌的概念與分類位于陡崖、陡坡前緣的部分巖土體，突然與母體分離，翻滾跳躍崩墜崖底或塌落在坡腳的過程與現(xiàn)象。崩塌崩落體的運動形式主要有兩種脫離母巖的巖土體順坡滾動以自由落體的方式墜落一、崩塌的概念與分類崩塌分類（1）按崩塌發(fā)生的地點分類

①山崩

②庫岸崩塌（2）按崩塌物的巖性特征分類

①巖體崩塌

②土體崩塌③混合體崩塌（3）按分離面的特性、形狀及其崩塌發(fā)生的原因分類

①順斷層或風化層的崩塌

②沿裂隙面的崩塌

③探頭崩塌

二、崩塌的形成條件及發(fā)生機理崩塌崩塌的形成條件斜坡體系統(tǒng)結構（巖體結構系統(tǒng)）坡形巖性分離面及組合特征斜坡體系統(tǒng)外部環(huán)境的作用（觸發(fā)因素）地震降水風力、水力、凍融作用植物的根劈作用人為活動二、崩塌的形成條件及發(fā)生機理斜坡體系統(tǒng)結構1、坡形崩塌多發(fā)生在山地、高原溝谷及陡立河岸等陡峭斜坡地帶，一般坡度在45°以上。275170二、崩塌的形成條件及發(fā)生機理斜坡體系統(tǒng)結構2、巖性①由厚層堅硬的巖層如灰?guī)r、砂巖、礫巖、花崗巖、閃長巖等構成的斜坡體，巖石強度大，裂隙發(fā)育，形成高陡邊坡；②相對軟弱的巖層如頁巖、泥巖、板巖、片巖、千枚巖等強度較小，裂隙細密，巖石常呈碎塊，個體穩(wěn)定性較差。③黃土等邊坡，土質硬，含有裂隙，風蝕、水力作用下易形成崩塌。④組合型邊坡。

二、崩塌的形成條件及發(fā)生機理斜坡體系統(tǒng)結構3、分離面及其組合特征（結構面）分離面可以是巖層的層面、節(jié)理面、斷層面、各種成因的裂隙或裂縫,通常統(tǒng)稱為“結構面”。分離面把巖土體分割為各種形態(tài)、大小不一的塊體，每一次崩塌都含有部分分離面轉變?yōu)槠麦w的臨空面，從而改變危巖體的力學邊界。

1996年發(fā)生于巫峽左岸的橫石溪崩塌瞿塘峽岸坡溶洞發(fā)育175m二、崩塌的形成條件及發(fā)生機理斜坡體系統(tǒng)外部環(huán)境的作用1、地震地震引起的山體震動可引起斜坡體在垂直方向和水平方向上的急劇、反復的應力變化，破壞坡體內(nèi)部和臨空面原有的脆弱力學平衡，導致危巖體失去重心。地震甚至可以使一些原本較穩(wěn)定的巖土塊體也發(fā)生崩塌。因此，地震是崩塌發(fā)生頻率和規(guī)模最大的一種外在激發(fā)因素。

二、崩塌的形成條件及發(fā)生機理斜坡體系統(tǒng)外部環(huán)境的作用2、降水①雨水的滲入可增大裂隙網(wǎng)絡中的動水壓力，提高坡體向臨空面方向的推力；②雨水的浸潤使分離面兩側的巖土軟化，或減小分離面的抗滑阻力；③降雨形成的地表徑流對巖土體的水力侵蝕，尤其是溝蝕，使分離面的隙縫不斷增大3、風力、水力、凍融作用風力：風荷載、加速風化，分離面強度降低。水力：斜坡底部侵蝕掏空，軟化和崩解巖土體。凍融：凍脹、融水形成水壓力、軟化、加速風化、崩解。二、崩塌的形成條件及發(fā)生機理斜坡體系統(tǒng)外部環(huán)境的作用4、植物的根劈作用

5、人為活動人為活動誘發(fā)崩塌主要反映在兩個方面：人為的工程活動改變坡地系統(tǒng)結構（修筑鐵路等改變坡形、采礦掏空）。人為活動促進了外部激發(fā)條件（爆破等）。二、崩塌的形成條件及發(fā)生機理崩塌的形成機理潛在崩塌體形成成巖過程：沉積、巖漿活動和變質作用形成含原生裂隙的巖體。構造運動：構造變形、破壞作用形成構造裂隙。新構造運動：形成陡峭的地形和表生裂隙。潛在崩塌體的位移外部環(huán)境作用下，順分離面位移，重心臨空。崩塌發(fā)生崩塌體脫離母巖，沿坡面翻滾、跳躍、互相撞擊，最后堆于坡腳。伴有崩塌氣浪。

二、崩塌的形成條件及發(fā)生機理崩塌的模式傾倒式崩塌在河流峽谷區(qū)、黃土沖溝地段或巖溶區(qū)等陡坡上，巖體以垂直節(jié)理或裂隙與穩(wěn)定的母巖分開。通常坡腳遭受掏蝕，在重力作用下或有較大水平力作用時，巖體因重心外移傾倒產(chǎn)生突然崩塌。以坡腳的某一點為支點發(fā)生轉動性傾倒。崩塌途徑：①在重力作用下，長期沖刷掏蝕直立巖體的坡腳，由于偏壓失去重心，使直立巖體傾斜，最終導致崩塌；②當附加特殊的水平力（地震力、靜水壓力、動水壓力以及凍脹力等）時，巖體可傾倒破壞；③當坡腳由軟巖層組成時，雨水軟化坡腳產(chǎn)生偏壓，引起崩塌；④直立巖體在長期重力作用下，產(chǎn)生彎折也能導致這種崩塌。二、崩塌的形成條件及發(fā)生機理崩塌的模式滑移式崩塌臨近斜坡的巖體內(nèi)存在軟弱面傾向與坡向相同，則軟弱面上覆的不穩(wěn)定巖體在重力作用下具有向臨空面滑移的趨勢，當巖體的重心滑出陡坡，產(chǎn)生突然的崩塌。降水滲入巖體裂縫中產(chǎn)生的靜、動水壓力以及地下水對軟弱面的潤濕作用都是巖體發(fā)生滑移崩塌的主要誘因。二、崩塌的形成條件及發(fā)生機理崩塌的模式鼓脹式崩塌陡坡上不穩(wěn)定巖體之下存在較厚的軟弱巖層，上部巖體重力產(chǎn)生的壓應力超過軟巖天然狀態(tài)的抗壓強度后軟巖即被擠出，發(fā)生向外鼓脹。隨著鼓脹的不斷發(fā)展，不穩(wěn)定巖體不斷下沉和外移，同時發(fā)生傾斜，一旦重心移出坡外即產(chǎn)生崩塌。二、崩塌的形成條件及發(fā)生機理崩塌的模式拉裂式崩塌陡坡由軟硬相間的巖層組成時，由于風化作用或河流的沖刷掏蝕作用，上部堅硬巖層在坡面上常常突懸出來。突出的巖體通常發(fā)育有構造節(jié)理或風化節(jié)理，在長期重力作用下，分離面逐漸擴展。一旦拉應力超過連接處巖石的抗拉強度，拉張裂縫就會迅速向下發(fā)展，最終導致突出的巖體突然崩落。二、崩塌的形成條件及發(fā)生機理崩塌的模式錯斷式崩塌長柱或板狀不穩(wěn)定巖體的下部被剪斷，從而發(fā)生錯斷崩塌。懸于坡緣的帽沿狀危巖，后緣剪切面的擴展，剪切應力大于危巖與母巖連接處的抗剪強度時，則發(fā)生錯斷崩塌。錐狀或柱狀巖體多面臨空，下伏軟基抗剪強度小于危巖體自重產(chǎn)生的剪應力或軟基中存在的順坡外傾裂隙與坡面貫通時，發(fā)生錯斷-滑移-崩塌。地質歷史分析法剛體極限平衡法數(shù)值模擬法地質力學模擬試驗法長期監(jiān)測法三、潛在崩塌體穩(wěn)定性分析巖體穩(wěn)定的結構分析法結構面之間、結構面與臨空面之間的組合關系，判定不穩(wěn)定塊體可能移動的方向和破壞方式。結構分析法主要采用圖解分析法。包括摩擦圓法、赤平極射投影法、平面投影法和實體比例投影法等。工程地質類比分析法依據(jù)相似性原則，根據(jù)發(fā)生過的崩滑的地質體，分析 潛在崩塌體的穩(wěn)定性，其實質是把集成經(jīng)驗（理論）應用到條件相似的工程。類比的相似性原則：①崩滑體巖體性質、主控結構面、巖土體結構、斜坡結構和崩滑體介質結構條件等的相似性。②崩滑體賦存條件的相似性。③動力因素的相似性。④發(fā)育階段的相似性等。

地質歷史分析法三、潛在崩塌體穩(wěn)定性分析變形史分析法依據(jù)崩塌發(fā)育規(guī)律中的發(fā)生周期性和階段性特征，追溯潛在崩塌體的變形發(fā)育史，判定其現(xiàn)今所處階段，進而分析其穩(wěn)定性。地質綜合分析對潛在崩滑體的形體特征、地質構成、成災條件、成災動力、成災因素、成災機理、變形破壞形式和特征、失穩(wěn)條件和機制等進行全面系統(tǒng)地整理、歸納，進而評價崩塌體現(xiàn)階段的穩(wěn)定性，并預測其發(fā)展趨勢、評價其失穩(wěn)的必要條件、相關因素、失穩(wěn)的可能性和失穩(wěn)的規(guī)模、方式、方向，預測失穩(wěn)的時間。

地質歷史分析法三、潛在崩塌體穩(wěn)定性分析

剛體極限平衡法三、潛在崩塌體穩(wěn)定性分析滑移式危巖穩(wěn)定性計算（后緣無陡傾裂隙）后緣無陡傾裂隙時按下式計算：式中：V——裂隙水壓力(kN／m)；

F——危巖穩(wěn)定性系數(shù)；

c——后緣裂隙粘聚力標準值(kPa)；當裂隙未貫通時，取貫通段和未貫通段粘聚力標準值按長度加權的加權平均值；

ψ——后緣裂隙內(nèi)摩擦角標準值(o)；當裂隙未貫通時，取貫通段和未貫通段內(nèi)摩擦角標準值按長度加權的加權平均值；

α——滑面傾角(o)；

W——危巖體自重(kN／m)；

剛體極限平衡法三、潛在崩塌體穩(wěn)定性分析傾倒式危巖穩(wěn)定性計算由后緣巖體抗拉強度控制時，按下式計算

式中：

flk——危巖體抗拉強度標準值(kPa)；

α——危巖體與基座接觸面傾角(o)；

β——后緣裂隙傾角(o)。傾倒式危巖穩(wěn)定性計算（由后緣巖體抗拉強度控制）(危巖體重心在傾覆點之外時)(危巖體重心在傾覆點之內(nèi)時)

剛體極限平衡法三、潛在崩塌體穩(wěn)定性分析傾倒式危巖穩(wěn)定性計算由底部巖體抗拉強度控制時，按下式計算

傾倒式危巖穩(wěn)定性計算（由底部巖體抗拉強度控制）

數(shù)值分析法三、潛在崩塌體穩(wěn)定性分析DDA（非連續(xù)變形分析法）DEM（離散元分析法）FLAC（快速拉格朗日有限差分法）

地質力學模擬試驗模擬試驗是以實驗室的有限空間和時間對規(guī)模巨大的、歷時長久的自然現(xiàn)象和作用進行規(guī)律性探索，遵守量綱原則和相似原則。在崩滑災害穩(wěn)定性研究中，常用的試驗主要是地質力學模擬試驗（自重力場邊坡結構模擬試驗、離心力模擬試驗、底面摩擦模擬試驗）等。

崩塌體危險性分析三、潛在崩塌體穩(wěn)定性分析地質調查法：統(tǒng)計落石的分布?，F(xiàn)場實驗：正交試驗法等。數(shù)值模擬：rockfall模擬。四、崩塌的防治（一）主動撤離，躲避對于危害性較大的不穩(wěn)定斜坡體，應首先考慮人員撤離現(xiàn)場或工程線路繞避等措施。（二）防護措施采用遮攔建筑物，對崩塌運動的巖土體進行消能攔擋，限制崩塌體的運動速度，同時對建筑物進行遮攔，隔離崩塌體與受災體，使之不能成災。主要防護措施有：（1）山坡攔石溝、落石溝、落石槽、落石平臺。（2）攔石樁、障樁。（3）攔石墻（混凝土攔石墻、籠式攔石墻、鋼軌攔石墻、鋼絲攔石墻）、攔石網(wǎng)。（4）遮擋明洞、棚洞。四、崩塌的防治（三）地質體改造措施

1、地質體材料的強化改造一般采用注漿加固，常用水泥、水玻璃、環(huán)氧樹脂和化學灌漿。

2、結構面的強化改造灌漿、錨固、抗滑楔、掛網(wǎng)噴漿。

3、結構體改造頭部削方減重、削坡、采空回填支撐、傾倒、懸空危巖支撐。

4、地質環(huán)境條件的改造（1）水域邊岸崩塌體坡腳防護拋石護坡、防坡堤、護坡墻、導水墻、丁壩、攔沙壩。（2）地表排水工程防滲工程、排水工程、坡面綠化工程