斜坡岩体稳定性问题.ppt
第8-3章斜坡岩体稳定性,1 基本概念及研究意义 斜坡岩(土)体稳定性的工程地质分折涉及两个方面的任务。一方面要对斜坡的稳定性作出评价和预测；另一方面要为设计合理的人工边坡以及制定有效整治措施提供依据。,表 我国80年代重大崩、滑灾害事件,斜坡结构类型分类原则相见9.3节。,2 斜坡岩体应力分布特征,2.1 斜坡应力场的基本特征(1)由于应力的重分布，斜坡周围主应力迹线发生明显偏转。无论是在重力场条件下，还是在以水平应力为主的构造应力场条件下，其总的特征表现为愈靠近临空面，最大主应力愈接近平行于临空面，最小主应力则与之近于正交。,(2)由于应力分异的结果，在临空面附近造成应力集中带。但坡脚区和坡线(斜坡面与坡顶面的交线)区情况有所不同。,图 用有限元解出的位移迹线图（上）和主应力迹线图（下）（a）重力场条件（N0.33）；（b）以水平应力为主的构造应力场条件下（N3）,2.2原始应力状态是影响斜坡岩体应力分布的主要因素 岩体的原始应力状态中，水平剩余应力的大小对坡体应力状态的影响尤为显著。它不但使主应力迹线的分布形式有所不同(下图)，而且明显地改变了各应力值的大小，尤其对坡脚应力集中带和张力带的影响最大。,图93 斜坡张力带分布状况 及其与水平剩余应力（L）、坡角（）关系示意图（据Stacey，1970）,图94 坡角最大剪应力与坡脚和坡底宽（W）关系图解（据Stacey，1970）,3 斜坡的变形与破坏 斜坡形成过程中，由于应力状态的上述变化，斜坡岩(土)体特发生不同方式、不同规模和不同程度的变形，并在一定条件下发展为破坏。斜坡破坏系指斜坡岩(上)体中已形成贯通性破坏面时的变动。而在贯通性破坏面形成之前，斜坡岩体的变形与局部破裂，称为斜坡变形。斜坡中已有明显变形破裂迹象的岩体，或已查明处于进展性变形的岩体，称为变形体。,被贯通性破坏面分割的斜坡岩体，可以多种运动方式失稳破坏，如滑落、崩落等。破坏后的滑落体(滑坡)或崩落体等被不同程度地解体。但在特定的自身或环境条件下，它们还可继续运动，演化或转化为其他运动方式，称为破坏体的继续运动。斜坡变形、破坏和破坏后的继续运动，分别代表了斜坡变形破坏的三个不同演化阶段。,3.1 斜坡变形的主要方式 斜坡变形实际上在其形成过程中即已发生，表现为卸荷回弹和蠕变两种主要方式。卸荷回弹(unloading rebund)是斜坡岩体内积存的弹性应变能释放而产生的。在高地应力区的岩质斜坡中尤为明显。成坡过程中斜坡岩体向临空方向回弹膨胀，使原有结构松弛；同时又可在集中应力和剩余应力作用下，产生系列新的表生结构面，或改造一些原有结构面。,在此过程中当然也包含有蠕变，但是它是由岩体中积存的内能作功所造成的，所以一旦失去约束的那一部分内能释放完毕，这种变形即告结束，大多在成坡以后于较短时期内完成。斜坡中经卸荷回弹而松弛，并含有与之有关的表生结构面的那部分岩体，通常称为卸荷带。它的发育深度与组成斜坡的岩性、岩体结构特征、天然应力状态、外形以及斜坡形成演化历史等因素有关。卸荷带也是斜坡中应力释放的部位，相当于应力的降低带。一般情况下，卸荷带愈深，应力集中带也分布得愈深。,斜坡的蠕变是在坡体压力(以自重应力为主)长期作用下发生的一种缓慢而持续的变形，这种变形包含某些局部破裂，并产生一些新的表生破裂面。坡体随蠕变的发展而不断松弛。瓦伊昂滑坡失事前三年开始的长期观测，已发现该区有蠕变迹象。1963年春季以前，大致保持等速蠕变，同年春季、夏季测得的位移速率为0.14cmd左右。9月18日连续大雨后，位移速度逐日迅速增大直至滑坡发生。蠕变波及范围可以相当大，,3.2 斜坡破坏基本类型 斜坡破坏的分类，国内外已有许多不同的方案。近年来，国际工程地质协会(IAEG)滑坡委员会建议(DMCruden，1989)采用瓦思斯的滑坡分类(DVarnes，1978)作为国际标准方案。分类综合考虑了斜坡的物质组成和运动方式。按物质组成分为岩质和土质斜坡；按运动方式划分为崩落(塌)(faIls)、倾倒(topples)、滑动(落)(slides)、侧向扩离(1ateral spreads)和流动(flows)等5种基本类型。还可组合成多种复合类型，如崩塌碎屑流、滑坡泥石流等。,可将崩落(塌)(falls)、滑落(坡)(s1iding)和(侧向)扩离(1ateral spreading)作为三种基本破坏方式，也是斜坡失稳的基本方式。就岩体破坏机制而言，崩塌以拉断破坏为主、滑坡以剪切破坏为主、扩离则主要是由塑性流动破坏所致。(1)崩塌(2)滑坡(3)扩离-流,崩塌,滑坡,滑坡的表面形态及结构(国际滑坡编目小组),a:后缘环状拉裂缝,b:滑坡断壁,c：横向裂缝及滑坡台阶,d:滑坡舌及纵张裂缝后缘,e：滑坡侧壁及羽状裂缝,查纳滑坡,贵阳沙冲路滑坡,龙羊峡库岸滑坡,2003年5月11日贵州省三穗县平溪特大桥滑坡致使35人死亡，毁坏桥墩,2003年7月13日 三峡库区沙镇溪发生千将坪滑坡，致使24人失踪。,滑坡壁,滑坡周界,西藏易贡特大崩滑灾害,鸡扒子滑坡全貌,盐池河崩塌,新滩滑坡全貌,泥石型,水石型,泥流型,坡面型泥石流,沟谷型泥石流,4 斜坡变形破坏与内外应力的关系 斜坡之所以能发展为最终破坏，又总是和一定的内外应力对斜坡的改造作用相联系的。这些作用对斜坡稳定性造成的影响有的是可逆的，有的是不可逆的。它们主要通过以下几方面来改变斜坡的稳定性。(1)改变斜坡的外形，实际上是改变了斜按的临空状况及应力场。属于这方面的作用包括流水、海、湖(包括人工湖泊)的蚀淤，泥石流的侵蚀刨蚀和堆填以及人工开挖、堆放等：(2)改变斜坡岩体的结构特征和力学性质，,即降低斜坡的抗变形、抗破坏能力。属于这方面的作用包括风化作用、冻融作用和地下水的作用等不可逆因素(水的浸湿软化作用等可逆因素)。(3)改变斜坡岩体的应力状况。属于这方面的作用包括地下水动水压力和空(孔)隙水压力的作用、区域构造应力场的变化、地震力、人工爆破震动力以及开挖斜坡、工程荷载等。这些动力如果已使斜坡造成变形或破坏，其影响则为不可逆的，否则为可逆的。在影响某一斜坡稳定性的诸多因素中，往往可以确定其中起关健性作用的主导因素，,它是在斜坡演变历史中不断降低斜坡稳定性的动力因素。某些可逆因素，如降雨、洪水、地震及气温的变化等，可以使稳定性已接近失稳状态的斜坡突然破坏，它并不一定是促使斜坡稳定性降低的主导因素，称为触发或诱发因素。(4)与地下水作用的关系 地下水作用活跃带及水动力模型 斜坡岩(土）体中地下水作用活跃带可有多种形式。强烈的溶蚀作用、渗透变形以及软化、泥化作用等，可在斜坡中形成对斜坡演变起重要控制作用的活跃带。,图951 顺向层状体斜坡水动力学基本模型左：包气带季节变动带水动力型：（a）（b）间歇裂隙充水承压型（阴影曲线代表空隙水压力分布状况），（c）间歇下渗潜水型，（d）间歇潜水型；右：层间含水层水动力型:（a）弱循环承压型，（b）、（c）强循环承压型,5 斜坡稳定性评价与预测5.1过程机制分析法 这种方法的实质就是应用前述斜坡变形、破坏的基本规律，通过追溯斜坡演变的全过程，对斜坡稳定性发展的总趋势和区域性特征作出评价和预测。主要包括以下几个方面。5.1.l 根据阶段性规律预测斜坡所处演变阶段和发展趋势 这方面的预测大致有以下一些内容：(1)确定斜坡可能的变形形式和破坏方式,如前所述，斜坡可能具有的变形形式和破坏方式与斜坡外形特征、地质结构以及所处环境之间是密切相关的。对于一个具一定外形和结构特征的斜坡，可以应用赤平投影方法综合分析坡体中起控制作用的结构面或软弱带的空间组合状况，即可大致确定斜坡的类型和可能的变形机制及破坏方式。(2)根据斜坡变形迹象判定斜坡演变阶段通过现场调研，查明某一具体斜坡已有的变形迹象，阐明其形成演变机制，即可参照前述各类变形模式演变图式和阶段划分的地质依据，,若转化为蠕滑一拉裂，必然引起后线拉裂面闭合和错动方式的改变，这是“转化”的标志，也是这类变形体即将产生深层大规模破坏的预兆。(3)演化全过程再现模拟分析5.l.2 根据周期性规律判定促进斜坡演变的主导因素 促进斜坡变形破坏的各种因素，在地质历史进程中部有其各自的周期性变化规律。,例如河流由侵蚀变为淤积、由淤积再转为侵蚀；地震的周期性出现以及气象、水文动态的季节性变化和多年变化等。因而斜坡演变也会具有周期性变化规律，并且必然受主导因素的周期性变化规律所制约。这样，追溯斜坡演变过程中的周期性规律，也就可以判定不同时期促进斜坡演变的主导因素。5.1.3 根据区域性规律阐明斜坡稳定性分区特征(1)地区近期的升降特征 地区近期的升降状况，决定了区域斜坡稳定状况的演化趋势。,在评价河谷斜坡稳定性时，应注意河谷发育史中曾出现过的强烈下切期。这些时期也就是斜坡变形破坏的活跃期，常常可能保存着相应时期造成的古滑坡、崩塌残体。这种现象在我国西南山区河流中十分普通，往往是水库库岸稳定性研究的重点地段，(2)地区构造最大主压应力方向及其变化(3)活断层断面特征及活动方式,5.2 理论计算(量化)分析法5.2.I 理论计算(量化分析)及其与过程机制分析的关系(1)力学模型和数学模型：必须根据地质和演变机制模式建模。潜在破坏面的位置和形态特征、坡体中的变形破裂迹象，以及水动力学模式等，均要通过变形破坏机制分析加以确定。(2)主导因素和敏感因素：根据斜坡形成演化全过程与各环境动力因素的相关分析加以确定。,不仅是单体斜坡稳定性计算中建立动力作用模型的依据，而且也是群体斜坡稳定性评价时确定权值和隶属度等有关参数的重要信息。(3)计算参数的选取：坡体各种强度参数和物理、水理等参数，那是随斜坡演化的变量，因而只有判明斜坡的演变机制和发展阶段，才能正确选定。例如进入滑移面贯通阶段的变形体，滑移面强度已接近残余值；缓慢变形的蠕变体，可采用流变试验确定有关参数。此外在采用反演分折推定参数时，也必须对变形破坏机制和(或)破坏后运动学特征作出正确判断。,(4)计算方法的选择：方法选择也要建立在机制分析基础上。破坏判据计算法，可以更充分地反映斜坡演变的实际情况，得进一步探索完善的分析方法。5.2.2斜坡稳定性计算（略,岩石力学主要内容）,6 防治斜坡变形破坏的原则及主要措施6.1 斜坡变形破坏的防治原则 防治原则应以防为主，及时治理，并应根据工程的重要性制订具体整治方案。以防为主就是要尽量做到防患于未然。所谓防主要包括两方面内容。,对于那些稳定性极差，而治理又难度高、耗资大的斜坡地段(例如；有可能发生或再次活动的大型滑坡区、崩塌区)，应以绕避为宜。第二，查清可能导致天然斜坡或人工边坡稳定性下降的因素，事前采取必要措施消除或改变这些因素，并力图变不利因素为有利国亲，以保持斜坡的稳定性，甚至向提高稳定性的方向发展。,及时处理就是要针对斜坡已出现的变形破坏的具体状况，及时采取必要的增强稳定性的措施。当斜坡变形迹象已十分明显或已进入加速短变阶段时，仅采取消除或改变主导因素的措施已不足以制止破坏发生，在这种情况下，必须及时采取降低斜坡下滑力，增强斜坡抗滑能力的有效措施，迅速改善斜坡的稳定性。考虑工程的重要性是制订整治方案必须遵循的经济原则。对于那些威胁到重大永久性工程安全的斜坡变形和破坏，应采取较全面的、严密的整治措施，以保证斜坡具有较高的安全系数。对于一般性工程或临时性工程，则可采取较简易的防治措施。,6.2 斜坡变形破坏的防治措施 根据上述防治原则，措施可归纳为以下几个方面。6.2.l 消除、削弱或改变使斜坡稳定性降低的各种因素 这方面的措施可分为两类。一类是针对导致斜坡外形改变的因素而采取的措施。主要是保证斜坡不受地表水的冲刷或海、湖、水库水波浪的冲蚀。如修筑导流堤(顺坝或丁坝)、水下防波堤(破浪堤)等。另一类措施是针对改变斜坡岩体强度和应力状态的因素采取的。为了防止易风化的岩石表层由于风化而产生剥落可以在边坡筑成之后,用灰浆抹面，或在坡面上用浆砌片石筑一层护墙。在护墙脚处一定要设排水措施，排除坡内积水。为了防止坠石，可在坡面上铺设钢丝网，或增设阻挡落石的铁链拦栅。对于胀缩性较强的土质斜坡，可在边坡面上种植草皮，使坡面土层保持一定的湿度防止坡面开裂，减小降水沿裂缝渗入的可能性，避免土层性能恶化而发生土爬或滑坡。调整坡面水流、排除斜坡内的地下水、截断进入坡内的地下水流，对于防止坡体软比、消除渗透变形作用、降低空隙水压力和动水压力，都是极为有效的。这些措施在滑坡区和可能产生滑坡的地区尤为重要。,为了不让外围地表水进入滑坡区，可沿滑坡边界修筑天沟沟壁应不透水，否则反而起到向斜坡内输水的作用。在滑坡区内，为了减少降雨渗入，可在坡面修筑排水沟。在岩质斜坡中还可采用灰浆沟缝等措施。,图 排除滑坡区地表和地下水的措施,排除地下水的措施很多，应根据斜坡地质结构特征和水文地质条件加以选择。通常在土质斜坡内修筑支撑盲沟能收到良好效果。截断地下水流对于防止深层滑动或治理较大型的滑坡是很有效的，一般采用地下排水坑道（图979）。斜坡若有含水层时，水平坑道设在含水层与隔水层之间效果较好。,图 截断地下水流的地下排水坑道 排水坑道；含水层；基岩；滑坡体,6.2.2降低下滑力，提高斜坡抗滑能力 降低下滑力主要通过刷方减载。在刷方时必须正确设计刷方断面遵循“砍头压脚”的原则。特别注意不要在滑移弯曲变形体隆起部位刷方，否则可能加速深部变形的发展。提高滑体抗滑能力的措施很多。一种是直接修筑支、挡建筑物以支撑、抵挡不稳定岩体。支、挡建筑物的基础必须砌置在滑移面以下。岩质斜坡采用预应力锚杆或钢筋混凝土锚固桩杆加固，是一种很有效的措施。它可以增高结构面的抗滑能力，改善结构,面上剪应力的分布状况显著降低沿之发生累进性破坏的可能性。锚杆的方向和设置深度应视斜坡的结构特征而定。在大型的滑坡体中还可采用成排的抗滑桩或(和)预应力锚索格子梁等措施阻挡滑坡，后者在日本、香港等地滑坡治理中已收到良好效果。,另一类方式是通过改良岩体的强度性能来增强斜坡的抗滑能力。对于岩质斜坡可采用固结灌浆等措施，但必须注意选择适宜的灌浆压力，否则反而促进斜坡变形。对于土质斜坡可采取电化学加固法、冻结法(用于临时性边坡)，还可采用焙烧法，即对坡脚处的土体进行焙烧加热，使其成为坚硬似砖的天然挡土堵，这种方法仅适用于粘土类土层中。我国铁路线上某些滑坡曾采用过这种方法，并取得良好效果。6.2.3 绕避措施,
