工程地质学基础——斜坡变形破坏

一、成因历史分析法
区域地质背景 分析影响因素 1. 从地质构造方面分析 预测发展趋势 斜坡可
结构面的位置、性质、连通情况，结构面与临空面的关系 能破坏的类型、规模等。 2. 从地形地貌方面分析 地形地貌特征 滑坡的微地貌调查 度和多级滑动面等。 斜坡稳定性状态或滑坡的不同发育阶段
稳定性判断的定量数值,如滑动距离、垂直位移高
内在 因素
外部 因素
一、内在因素
1. 岩土类型及性质－－决定抗滑力的根本因素 强度、自稳能力：坚硬岩石>半坚硬岩石>松散土坡 结构：层理、软弱夹层、原生节理、片理等 特殊性质：膨胀性、湿陷性等
滑坡往往集中在某些特定的岩层中－－“易滑岩组 如：西北的黄土分布地区、成都平原地区的成都粘土层、四川盆地的红层 地区（砂、泥岩互层）、青海、甘肃地区的第三系地层（半成岩的砂、泥 岩），川西北、陕南和甘南浅变质岩地区（主要是千枚岩分布地区）
(3) 顺向坡：主要软弱结构面的倾向与坡面的倾向一致
>时，稳定性最差，极易发生顺层滑坡 <时，稳定性较好
(4) 斜交坡：主要软弱结构面与坡面成斜交关系。其交角越小，稳定性就越差。
(5) 横交坡：主要软弱结构面的走向与坡面走向近于垂直，稳定性较好，很少 发生大规模的滑坡。
3. 地形地貌
斜坡坡度越大、越高，斜坡稳定性越差。

高坡
中坡
低坡

土坡H 岩坡8m
10m
H<5m 土坡5m H<10m
岩坡H< 8m 土坡H< 5m
坡面形态：内凹型，外凸型 直线型，复合型
A
B
斜坡的基本要素
(1)坡面AC (2)坡肩A (3)坡顶AB (4)坡脚C (5)坡高H (6)坡角
M
C
H

(7)坡体M
1963年10月夜间发生在意大利北部山区的Vajont水库，被公认为是世界上最严重 的滑坡灾害。 该水库库容10亿立方米，坝高267米，是当时世界上最高的双曲拱坝。 水库蓄水造成水库岸坡地下水位的相应抬高，地质环境发生了急剧变化，2.6亿 立方米的石灰岩山体以20M/S以上的速度滑入水库。 最大涌浪 高度250M，越过坝顶高度达150M，库水迅猛泻向下游。洪水摧毁了 下游数公里以内的5个村庄，2600人在梦中死亡。该水库也因滑坡填入而报废。
i为该土条底面中心铅直 线与园弧法线间的夹角 ，
顺坡为正，逆坡为负。
（2）由土条自重Wi在滑弧上引起的法向力所产生的抗滑力为：
(4) 植被方面
马刀树、醉汉林
(5) 滑动面的鉴别及研究
勘探：钻探 变形监测：钻孔倾斜仪
三 滑坡分类 1 按岩土体类型分类
土体滑坡
（1）粘性土滑坡 （2）黄土滑坡 （3）堆填土滑坡 （4）堆积土滑坡 （5）破碎石滑坡 （6）完整岩石滑坡
岩石滑坡
2 .按滑坡的动力学特征分类（巴甫洛夫，1903）
(a)推动式滑坡 (b)牵引式滑坡 (c)混合式滑坡 (d)平移式滑坡
(4) 坡面形态：平面上的凹形坡，应力集中明显减缓。 圆形和椭圆形边坡，坡脚最大剪应力仅为一般斜坡的1/2。 当水平应力坡形于椭圆形矿坑长轴时，应力集中较缓和。
3.
斜坡岩土体特性和结构特征的影响:
岩土体的变形模量对均质坡体的应力分布无明显影响.
泊松比可改变主应力和剪应力的分布,引起张力带变化。随着 增高，坡
二、外部因素：
1. 地震：震中周围 考虑附加应力 2. 降水：三种效应 (1) 水平推力－－侧向水压力 (2) 浮托力－－减小滑动面上的有效应力 烈度七度区
(3) 软化效应－－降低岩土体的抗剪强度
3. 水库（河流）水作用：
动水压力
冲刷、掏空作用
第七节 斜坡稳定性评价
成因历史分析法 工程地质类比法 图解法 数学力学计算法 （包括数值分析）
尤其对坡脚应力集中带和坡面张力带的影响最大。
2. 坡形的影响
（1） 坡高：不改变应力等值线图象，应力随坡高而增高。
(2) 坡角：坡角变化明显改变了应力分布图象。随坡角变陡，张力带的范围有所 扩大，坡脚应力集中带最大剪应力值也随之增高。
(3) 坡底宽度：当W<0.8H时,坡脚最大剪应力随底宽 而急剧 。当W>0.8H 时，则保持为一常值（称为“残余坡角应力”）
稳定性系数：
抗滑力 K 下滑力
安全系数：在岩土体稳定性评价中，由于边界条件、荷载条件、岩土体
强度等难以精确确定，通常在设计上考虑上述因素及建筑物重要性而综合
确定一经验值。Kc>1
(1) 土质斜坡稳定性计算 A 无粘性土坡 B 粘性土坡 圆弧法、条分法：瑞典条分法、Bishop法、Janbu法 (2) 岩质斜坡稳定性计算 A 平面滑动：单平面、同向双平面、多平面
3 按滑动面与层面的关系分类
(1)无层滑坡：均质、无层理的岩土体
(2)顺层滑坡：原生、次生的软弱夹层
，上部松散堆积物与下
部 基岩接触带
(3)切层滑坡：多发生在岩层近于水平 的平迭坡，构造面控制
5. 按滑动面深度分类
(1) (2) (3) (4) 浅层滑坡(<6m) 中层滑坡(6~20m) 厚层滑坡(20~50m) 巨厚层滑坡(>50m)
形式：
(1) 卸荷回弹
卸荷、初始应力释放 (2) 拉裂 侧应力减弱 产生张裂面
斜坡形成过程中，在坡面和坡顶形成的张力带中拉应力集中形成拉张裂缝。 (3) 蠕滑
斜坡岩土体在自重应力为主的长期作用下,向临空面方向的缓慢而持续的变形。 A. 表层蠕滑：斜坡浅层岩土体在重力的长期作用下，向临空面方向缓慢变形 构成一个剪变带，其位移由坡面向坡内逐渐降低直至消失。
B .深层蠕滑：主要发育在斜坡下部或坡体内部。
按其形成机制特点可分为两种：
① 软弱基座蠕滑 ② 坡体蠕滑（受软弱结构面控制）
(3) 弯曲倾倒：
由陡坡或直立板状岩体组成的斜坡,当岩层走向与坡面 走向大致相同时，在自重的长期作用下，由前缘开始向临空 方向弯曲、折裂，并逐渐向坡内发展的变形，称为～。
二、斜坡破坏
1
3 . 与主应力迹线偏转相联系,坡 体内最大剪应力迹线由原来 的直线变成近似圆弧线,弧的 下凹方向朝着临空方向。
4 . 坡面处由于侧向压力趋于零, 实际上处于两向受力状态,而向坡
内逐渐变为三向受力状态。
二 影响斜坡应力分布的因素
1. 岩体初始应力的影响 初始应力场、尤其水平剩余应力使坡体中主应力迹线的分布形 式有所不同，明显改变了各应力值的大小；使应力分异现象加剧,
第三章 斜坡变形破坏工程地质研究
第一节 概述
斜坡——指地表一切具有侧向 空面的地质坡体，是一类广泛的地貌类型。 斜坡变形破坏是地质发展演化的重要过程。 岩坡M 15M 天然斜坡：沟谷岸坡、山 坡…… 人工边坡：露采边坡、基坑边 坡…… 岩坡 类型 土坡
按高度H
按坡角大小

陡坡>=300 中坡150<= <300 缓坡<150
(1) 坡脚附近最大主应力显著增高,且愈近表 面愈高;最小主应力显著降低。 这一带是坡体中应力差或最大剪应力最高 的部位，形成最大剪应力增高带，往往产
生与坡面或坡底面平行的压裂面。
(2) 在坡顶面和坡面的某些部位,坡面的径 向应力和坡顶面的切向力可转化为拉应力, 形成张力带,易形成与坡面平行的拉裂面。
崩塌 滑坡 表层流动 落石
1. 崩塌
陡坡上的岩土体产生以下落运动为主（移动、滚动、跳跃）的破坏现象。（土
崩、岩崩）
2.滑坡
斜坡岩土体依附于内在的或潜在的贯通结构面，在外力作用下，失去原来的平
衡状态，产生了以水平运动为主的滑动现象。
3.两者的区别： ①运动方式 ②破坏形式 ③是否脱离母体，存在滑动面 ④规模、速度
二、工程地质类比法
依据相似原 则 斜（边）坡类型类比
破坏类型类比
条件类比
三、图解法
N＝W•cos(正压力） R=Wcos•tg（摩擦力）+c•A F=W•sin（下滑力） 当F>R时，即W•sin> Wcos•tg 状态。 tg>tg > 时，滑块处于不稳定
沿斜坡法线 N 方向，以块体重心点O为顶点，作
二
滑坡的识别
1、识别方法：
航片解译、地面调查、勘探
面 线点
2、识别标志
(1) 地形地貌方面
滑坡形态特征、地貌不协调或反常等
圈椅状地貌
双沟同源
(2) 变形破裂方面:
滑体上产生小型褶曲和断裂现象 滑体结构松散、破碎
(3) 水文地质方面
结构破碎 → 透水性增高 → 地下水径流条件改变→ 滑体表面出现积水洼地 或湿地，泉的出现
远安盐池河 磷矿崩塌
第二节 斜 坡 应 力 分 布 特 征
原始应力状态：
1＝ H 3＝ H 1－ 重分布应力的特点：
转:
H
1 3
一
1 .斜坡周围主应力迹线发生明显偏
愈接近临空面,最大主应力1愈接
近平行于临空面,3与之正交,向 坡内逐渐恢复到原始状态。
2. 在坡脚及坡肩附近形成应力集中区
滑坡台阶：滑坡体下滑时各部分运动速度不同而形成的 错台。
滑坡舌：滑坡体前部伸出如舌状的部位。常伸入沟谷、 河流。最前端滑坡面出露地表的部位，称滑坡剪出口。
.滑坡洼地（湖)
主滑线
滑坡裂隙：滑坡体在滑动过程中各部位受力性质和大小不 同，在各部位产生不同力学性质的裂隙。 • 拉张裂隙：位于滑体后部、滑床后壁，弧形分布，与 滑动方向垂直； • 剪切裂隙：羽状分布于滑坡体中前部的两侧，，因滑 坡体与滑坡床之间的相对位移的力偶作用形成，与滑 动方向斜交； • 鼓张裂隙：分布滑体前缘，由于滑体后部的推挤鼓起 而成，与滑动方向垂直； • 扇形裂隙：位于滑体舌部，因前部岩土体向两侧扩散 产生，放射状呈扇形分布。