土木工程地质第8章

第八章 边坡工程地质问题
第一节 边坡工程地质问题
图8－3 软弱基座挤出 1—软岩基座；2—砂岩层；3—脆性石灰岩层； 4—软弱岩层；5—脆性岩层；6—张裂隙
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第一节 边坡工程地质问题

坡体沿缓倾软弱结构面向临空方向缓慢移动变形，称为坡体蠕动。它在 卸荷裂隙较发育并有缓倾结构面的坡体中，比较普遍（图8－4）；有缓 倾结构面的岩体又发育有其它陡倾裂隙时，构成坡体蠕动基本条件。缓 倾结构面夹泥，抗滑力很低，便会在坡体重力作用下产生缓慢的移动变 形。这样，坡体必然发生微量转动，使转折处首先遭到破坏。这里首先 出现张性羽裂，将转折端切断（切角滑移）；继续破坏，形成次一级剪 面，并伴随有架空现象；进一步便会形成连续滑动面（滑面形成）。滑 面一旦形成，其推滑力超过抗滑力，便导致边坡破坏。
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（2）剥落 剥落指的是边坡岩体在长期风化作用下，表层岩体破坏成岩屑和小块岩 石，并不断向坡下滚落，最后堆积在坡脚，而边坡岩体基本上是稳定的。 产生剥落的原因主要是各种物理风化作用使岩体结构发生破坏。如阳光、 温度、湿度的变化、冻胀等，都是表层岩体不断风化破碎的重要因素。 对于软硬相间的岩石边坡，由于软弱易风化的岩石常常先风化破碎，所 以，首先发生剥落，从而使坚硬岩石在边坡上逐渐突出出来；在这种情 况下，突出的岩石可能发生崩塌。因此，风化剥落在软硬互层边坡上可 能引起崩塌。 2．软化变形 软化变形也称蠕动，是指边坡岩体在重力作用下长期缓慢的变形。这类 变形多发生于软弱岩体（如页岩、千枚岩、片岩等）或软硬互层岩体（ 如砂页岩互层、页岩灰岩互层等），常形成挠曲型变形。如反坡向的塑 性薄层岩层，向临空面一例发生弯曲，形成“点头弯腰”，很少折断（ 图8－1（a）），如贵昆线大海哨一带就有这种岩体变形。边坡岩体为顺 坡向的塑性岩层时，在边坡下部常产生揉皱型弯曲，甚至发生岩层倒转 ，如成昆线铁西滑坡附近就有这种变形（图8－1（b））。

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（1）松动 边坡形成初始阶段，坡体表部往往出现一系列与坡向近于平行的陡倾角 张开裂隙，被这种裂隙切割的岩体便向临空方向松开、移动。这种过程 和现象称为松动。它是一种斜坡卸荷回弹的过程和现象。 存在于坡体的这种松动裂隙，可以是应力重分布中新生的；但大多是沿 原有的陡倾角裂隙发育而成。它仅有张开而无明显的相对滑动，张开程 度及分布密度由坡面向深处减小。当保证坡体应力不再增加和结构强度 不再降低的条件下，斜坡变形不会剧烈发展，坡体稳定不致破坏。 边坡常有各种松动裂隙，实践中把发育有松动裂隙的坡体部位，称为边 坡卸荷带；在此，可称为边坡松动带。其深度通常用坡面线与松动带内 侧界线之间的水平间距来度量。 边坡松动使坡体强度降低，又使各种营力因素更易深入坡体。加大坡体 内各种营力因素的活跃程度，它是边坡变形与破坏的初始表现。所以， 划分松动带（卸荷带），确定松动带范围，研究松动带内岩体特征，对 论证边坡稳定性，特别在确定开挖深度或注浆范围，都具有重要意义。 边坡松动带的深度，除与坡体本身的结构特征有关外，主要受坡形和坡 体原始应力状态控制。显然，坡度愈高、愈陡，地应力愈强，边坡松动 裂隙便愈发育，松动带深度也便愈大。
图8－1 弯曲型蠕动变形
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边坡蠕动大致可分为表层蠕动和深层蠕动两种基本类型。 （1）表层蠕动 边坡浅部岩土体在重力的长期作用下，向临空方向缓慢变形构成剪切变 形带，其位移由坡面向坡体内部逐渐降低直至消失，这便是表层蠕动。 破碎的岩质边坡及疏松的土质边坡，表层蠕动甚为典型。当坡体剪应力 还不能形成连续滑动面之前，会形成剪切变形带，出现缓慢的塑性变形。 岩质边坡的表层蠕动，常称岩层末端“挠曲现象”，系岩层或层状结构 面较发育的岩体在重力长期作用下，沿结构面滑动和局部破裂而成的屈 曲现象（图8－2）。

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由上述可知，第一类边坡变形破坏，只要在养护维修过程中，采用一定 措施就可以制止或减缓它的发展，其危害程度也不如第二类边坡破坏严 重。第二类变形破坏，危及行车安全，有时造成线路中断，处理起来也 较费事。因此，在勘测设计阶段和施工阶段，应分析边坡可能发生的变 形和破坏，防范于未然。对于高边坡更应给予重视。

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上述这些变形破坏往往是边坡更大规模的变形破坏的前奏。因而，应对 轻微的变形破坏及时进行整治，以免进一步发展。对于因径流引起的冲 刷，应作好地面排水，使边坡水流量减至最少程度。对已形成的冲沟， 应在维修中予以嵌补，以防继续向深处发展。对因地下水所引起的表层 滑塌，应作好截断地下水或疏导地下水工程，疏干边坡，以限制边坡变 形的发展。 2．边坡整体性破坏 边坡整体坍滑和滑坡均属这类边坡变形破坏。土质边坡在坡顶或上部出 现连续的拉张裂缝并下沉，或边坡中、下部出现鼓胀现象，都是边坡整 体性破坏和滑动的征兆。一般地区这类破坏多发生在雨季或雨季后。对 于有软弱基底的情况，则边坡破坏常与基底的破坏连同在一起。对于这 类破坏，在征兆期应加强警报，以防措手不及，发生事故。在处理前必 须查明产生破坏的原因，切忌随意清挖，以免进一步坍塌，造成破坏范 围扩大。当边坡上层为土，下层为基岩，且层间接触面的倾向与边坡方 向一致，有时由于水的下渗使接触面润滑，造成上部土质边坡沿接触面 滑走的破坏。因此，在勘测、设计过程中必须要对水体在边坡中可能起 的不良影响充分予以重视。崩塌、滑坡的有关内容已在第六章中专门论 述，在此不再重复。
图8－4 坡体蠕滑 ①—层面；②—羽裂
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3．块体移动 块体移动是岩质边坡，特别是硬岩边坡最常见的破坏形式。可大致分为 松弛张裂、滑移、倾倒等类型。 （1）松弛张裂 松弛张裂是指边坡岩体由卸荷回弹而出现的张开裂隙的现象。这是在边 坡应力调整过程中的变形。例如，由于河谷的不断下切，在陡峻的河谷 岸坟上形成的卸荷裂隙；路堑边坡的开挖可使岩体中原有的卸荷裂隙得 到进一步的发展，或者由于开挖也可形成新的卸荷裂隙。这种裂隙通常 与河谷坡面、路堑边坡面相平行（图8－5）。而 在坡顶或堑顶，则由于卸荷引起的拉应力作用形 成张裂带。边坡愈高愈陡，张裂带也愈宽。如通 过大渡河谷的成昆铁路，有的路堑边坡堑顶紧接 着高陡的自然山坡，其上的张裂带宽度可达一、 二百m，自地表向下的深度也可达百m以上。一 般说来，路堑边坡的松弛张裂变形多表现为顺层 边坡层间结合的松弛、边坡岩体中原有节理裂隙 的进一步扩展以及岩块的松动等现象。
图8－2 岩质边坡表层蠕动 第八章 边坡工程地质问题
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表层蠕动的岩层末端挠曲，广泛分布于页岩、薄层砂岩或石灰岩、片岩、 石英岩，以及破碎的花岗岩体所构成的边坡上。软弱结构面愈密集，倾 角愈陡，走向愈近于坡面走向时，其发育尤甚。它使松动裂隙进一步张 开，并向纵深发展，影响深度有时竞达数十m。 （2）深层蠕动 深层蠕动主要发育在边坡下部或坡体内部，按其形成机制特点，深层蠕 动有软弱基座蠕动和坡体蠕动两类。 坡体基座产状较缓且有一定厚度的相对软弱岩层，在上覆层重力作用下， 致使基座部份向临空方向蠕动，并引起上覆层的变形与解体，是“软弱 基座蠕动”的特征。软弱基座塑性较大，坡脚主要表现为向临空方向蠕 动、挤出（图8－3）；而软弱基座中存在脆性夹层，它可能沿张性裂隙 发生错位。软弱基座蠕动指引起上覆岩体变形与解体。上覆岩体中软弱 层会出现“揉曲”，脆性层又会出现张性裂隙；当上覆岩体整体呈脆性 时，则产生不均匀断陷，使上覆岩体破裂解体。上覆岩体中裂隙由下向 上发展，且其下端因软弱岩层向坡外牵动而显著张开。此外，当软弱基 座略向坡外倾斜时，蠕动更进一步发展，使被解体的上覆岩体缓慢地向 下滑移，且被解体成的岩块之间可完全丧失联结，如同漂浮在下伏软弱 基座上。
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二、岩质边坡工程地质问题
我国是一个多山的国家，地质条件十分复杂。在山区道路、房屋多傍河 而建或穿越分水岭，因而会遇到大量的岩质边坡稳定问题。边坡的变形 和破坏，会影响工程建筑物的稳定和安全。 岩质边坡的变形是指边坡岩体只发生局部位移或破裂，没有发生显著的 滑移或滚动，不致引起边坡整体失稳的现象。而岩质边坡的破坏是指边 坡岩体以一定速度发生了较大位移的现象，例如，边坡岩体的整体滑动 、滚动和倾倒。变形和破坏在边坡岩体变化过程中是密切联系的，变形 可能是破坏的前兆，而破坏则是变形进一步发展的结果。边坡岩体变形 破坏的基本形式可概括为表层破坏、软化变形、块体移动、整体变形破 坏等。 1．表层破坏 岩质边坡的表层破坏主要是地表应力释放、物理风化等原因引起的，其 破坏深度一般为几cm～几m，主要表现为松动和剥落。
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一、土质边坡的工程地质问题
土质路堑边坡一般高度不大，多为数m到二、三十m，但也有个别的边 坡高达数十m（如天兰线高阳至云图间的黄土高边坡）。边坡在动静荷 载、地下水、雨水、重力和各种风化营力的作用下，可能发生变形和破 坏。根据人们的观察和分析，变形破坏现象可分为两大类。一类是小型 的坡面局部破坏；一类是较大规模的边坡整体性破坏。 1．坡面局部破坏 坡面局部破坏包括剥落、冲刷和表层滑塌等类型。表层土的松动和剥落 是这类变形破坏的常见现象。它是由于水的浸润与蒸发、冻结与融化、 日光照射等风化营力对表层土产生复杂的物理化学作用所导致。边坡冲 刷是当雨水在边坡面上形成的径流，因动力作用携带走边坡上较松散的 颗粒，形成条带状的冲沟。表层滑塌是由于边坡上有地下水出露，形成 点状或带状湿地，产生的坡面表层滑塌现象，这类破坏由雨水浸湿、冲 刷也能产生。
《土木工程地质》
第八章 边坡工程地质问题
第八章

边坡工程地质问题


边坡包括天然斜坡和人工开挖的边坡。自然界中的山坡、谷壁、河岸等 各种斜坡形成，是地质营力作用的结果。人类工程活动也经常开挖出大 量的人工边坡，如路堑边坡，运河渠道、船闸、溢洪道边坡，房屋基坑 边坡和露天矿坑的边帮等。 边坡的形成，使岩土体内部原有应力状态发生变化，出现应力重分布， 其应力状态在各种自然营力及工程影响下，随着边坡演变而又不断变化， 使边坡岩土体发生不同形式的变形与破坏。不稳定的天然斜坡和人工边 坡，在岩土体重力、水及震动力以及其它因素作用下，常常发生危害性 的变形与破坏，导致交通中断，江河堵塞，塘库淤填，甚至酿成巨大灾 害。在工程修建中和建成后，必须保证工程地段的边坡有足够的稳定性。 边坡的工程地质问题，就是边坡的稳定性问题。 边坡形成过程中，边坡岩土体内原始应力重新分布，导致岩土体原有平 衡状态发生变化。在此条件下，坡体将发生不同程度的局部或整体的变 形，以达新的平衡。边坡变形与破坏的发展过程，可以是漫长的，也可 以是短暂的。边坡变形与破坏的形式和过程是边坡岩土体内部结构、应 力作用方式、外部条件综合影响的结果，因此边坡变形与破坏的类型是 多种多样的。对边坡变形与破坏的基本类型的划分，是边坡研究的基础。
图8－5 松弛张裂 第八章 边坡工程地质问题
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（2）块体滑移 块体滑移是指边坡岩体被结构面切割，形成有利于沿一个或多个结构面 滑动的破坏。它是岩质边坡岩体常见的变形破坏形式之一。在边坡中的 具体破坏形式多为平面滑动（图8－6（a））和双面楔形体滑动（图8－ 6（b））。 （3）倾倒 倾倒也称崩塌落石。有关崩塌落石内容详见第六章。

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由于这种变形是在地质历史时期中长期缓慢形成的，因此，在边坡上见 到的这类变形都是自然山坡上的变形。当人工边坡切割山体时，则边坡 上的变形岩体在风化作用和水的作用下，某些岩块可能沿节理转动，出 现倾倒式的蠕动变形现象。变形再进一步发展，可使边坡发生破坏。