第五章斜坡工程

软弱基座倾向坡内的陡崖变形过程
(1)卸荷回弹陡立裂缝的形成(a) 在陡 崖形成过程中，由于应力分异形成由 坡缘拉应力带向纵深扩展的一系列陡 立拉裂缝。 (2)前缘塑流—拉裂变形(b)(c)软弱基 座被切露，改变了其原有的封闭状态， 并在上覆岩层的强大压力作用下而被 压结和向临空方向挤出，使上覆岩体 产生自坡面向内其值递减的不均匀沉陷，因而造成上覆硬岩被拉裂， 或使原已形成的拉裂缝得以进一步扩展。拉裂缝首先出露于陡崖坡 缘附近，自上而下地扩展。被拉裂缝分割出来的板粱或岩柱，可因 基座软岩挤出的进一步发展而倾倒崩落。 (3)深部塑流一拉裂变形(d)(f)随基座软层塑流的发展，拉裂缝出现 部位由坡缘向后侧推移。某些高陡斜坡中，这种拉裂缝发育深度可 达200m以上。被分割的高大岩柱或板梁，其根部可因此而被剪裂或 压碎，使变形向蠕滑—拉裂方式转化。一旦后缘拉裂面转而闭合， 则预示进入潜在滑移面贯通阶段，变形将发展为崩滑或滑塌
图5-5 斜坡张力带分布状况 及其与水平构造应力（σL）、 坡角（β）关系示意图
（据Stacey，1970）
坡角最大剪应力与坡脚和坡 底宽（W）关系图解
（据Stacey，1970）



5.2.2.3 斜坡岩体性质和结构特征的影响 岩土体的的变形模量对坡体的应力分布并无影响 泊松比对坡体的应力有一定程度影响 结构面对坡体应力分布的影响十分显著

5.5.1 岩土类型与性质
斜坡岩土类型和性质是决定斜坡抗滑能力、稳定 性的根本原因。 一般来说，岩石中泥质成分越高，其斜坡抵抗变 形能力越低 岩性还控制着斜坡变形破坏的形式。如： 坚硬岩类——崩塌破坏 黄土（垂直节理）——崩塌 沉积岩中软弱夹层——滑坡



5.5.2 岩体结构和地质构造 岩质斜坡的变形破坏多数是受岩体中软弱结构面 控制。 软弱结构面的成因、性质、延展性、密度以及不 同结构面对组合关系十分重要。 软弱结构面与斜坡临空面关系： ① 平叠 ② 顺向坡 ③ 逆向坡 ④ 斜交坡 ⑤ 横交坡
5.3 斜坡浅表改造现象 以斜坡岩体为代表的处在地壳浅表圈层部位的 岩体，在地貌形成演化过程中，其表生改造过程与 地貌形成演化过程密切联系的，实质上是一个卸荷 过程，可称为浅表生改造。 表生改造——地壳浅表圈层由于岩体卸荷回弹和在 自身重力场条件及外界影响因素的作用下而发生变 形破坏 浅生改造——地壳浅表圈层中因区域性卸荷引起岩 土体应力场的变化和应变能的释放而形成的变形的 破坏过程。

按体积分类：小型，中型、大型、特大型、巨型滑 坡 按破坏机制及特征： 力学机制 牵引式（后退式） 推移式（前进式） 变形机制 蠕滑-拉裂 滑移-压致拉裂 弯曲-拉裂 塑流-拉裂 滑移-弯曲



国际工程地质协会(IAEG)滑坡委员会建议(D．M． Cruden，1989)采用瓦思斯的滑坡分类(D．Varnes ，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。 还有按滑坡时代：现代滑坡、老滑坡、古滑坡、 埋藏滑坡 和其他的分类


鉴于以上原因，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(图9-7)，也是斜坡失稳的 基本方式。就岩体破坏机制而言(参见图3-2)，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。 分类： 按演化过程——拉裂、蠕滑、和弯曲倾倒等 按破坏形式——崩塌、滑坡等


5.2.2
影响斜坡应力分布的因素


5.2.2.1 岩体初始应力的影响 岩体的原始应力状态对坡脚应力集中带和张 力带的影响最大，不仅加剧斜坡应力的集中程度， 也加剧应力分异现象。水平应力越大，影响越大。 5.2.2.2 坡形的影响 在坡脚区，根据图5—5可见，坡底的切向应 力最大值约相当于原始水平应力的三倍左右。当 有侧向水平应力时，该值成倍增高，如当σ L＝ 3ρgh时，该值可达7-10ρgh ，与σL=0的情况相 比，相差十分悬殊。
(2)改变斜坡岩体的结构特征和力学性质




Байду номын сангаас
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




卸荷作用在斜坡形成过程中引起临空面附近岩体 内应力应变场重新分布 局部应力集中 卸荷引起的变形 应力分异破裂面 差异回弹破裂面 见图5-7 斜坡经改造后的应力场 应力降低区——卸荷、风化带 应力增高区——紧密挤压 原岩应力区


5.4
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(D．M．Cruden，1989)采用瓦思斯的滑坡 分类(D．Varnes，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。


气候影响：干旱气候，冬季冻结区 强烈的地震可引起大规模崩塌



5.4.3.2 崩塌的运动学特点 5.4.3.3 崩塌分类
倾倒式崩塌、滑移式崩塌、鼓胀式崩塌、拉裂式 崩塌、错断式崩塌五类（西南交通大学的分法） 滑移式崩塌、倾倒式崩塌、和滑移-倾倒式崩塌

5.4.2.2 滑坡 斜坡岩土体沿着贯通的剪切破坏面（带），产生 以水平运动为主的现象，称为滑坡。 滑坡的机制是某一滑移面上剪应力超过了该面的 抗剪强度所致。 滑坡的特征： ① 通常是较深层度破坏，滑移面深入到坡体内部以 致坡脚一下 ② 质点水平位移大于铅直位移 ③ 有滑移面存在 ④ 滑移速度较慢，多具整体性

5.4.4.4 滑坡的分类 物质组成分类： 岩质滑坡 岩石滑坡 碎石岩滑坡 土质滑坡 堆积土滑坡 黄土滑坡 粘质土滑坡 堆填土滑坡 结构分类：层状结构滑坡、块状结构滑坡、块裂 状结构滑坡。 规模分类：浅层滑坡（小于6米）、中层滑坡（6 ～20米）、厚层滑坡（20～50米）、巨厚层滑坡 （大于50米）。



5.5.3 地表水与地下水
软化作用：使岩土的强度降低。当岩层或其中软弱夹层有 亲水性强，易溶矿物时，侵水后易发生崩塌、泥化、溶解 等作用。会使其抗剪强度降低 冲刷作用：使河岸变高变陡，使坡脚和滑动面临空，为滑 坡提供的条件。 静水压力作用： 1、当斜坡被水淹没时，作用在斜坡上的静水压力。如水 库库岸斜坡的稳定性分析。 2、岩质斜坡中的张裂隙充水以后，水柱对斜坡的静水压 力。易对滑体产生侧向推力，是暴雨或连续降雨时崩塌和滑 坡产生的原因之一。 3、作用于滑坡底部的静水压力。斜坡上部为不透水岩体 ，其下部将受到静水压力，当水位下落时滑体结构面上的静 水压力，易导致其不稳定。

5.5 斜坡稳定性影响因素
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：

5.4.1.3 弯曲—倾倒
主要发育在陡立或陡倾内层状体—极陡坡中。 主要发生在斜坡前缘，陡倾的板状岩体在自重弯矩 作用下．于前缘开始向临空方向作悬臂梁弯曲，并 逐渐向坡内发展。弯曲的板梁之间互相错动并伴有 拉裂，弯曲体后缘出现拉裂缝，形成平行于定向的 反坡台阶和槽沟。板梁弯曲剧烈部位往往产生横切 扳梁的折裂。
5.4.2 斜坡破坏 5.4.2.1 崩塌 斜坡被陡倾的破裂面分割而成的岩土体，脱离母 体并以垂直位移为主，以翻滚、跳跃、坠落方式 而堆积于坡脚，这种现象和过程称为崩塌。 根据崩塌物 土崩 根据规模 山崩 岩崩 坠石 5.4.3.1 崩塌的形成条件和影响因素 崩塌一般发生在厚层坚硬岩体中。灰岩、砂岩石 英岩等厚层应脆性岩石形成的高陡斜坡 岩石裂隙对崩塌的形成影响很大 地形的影响：坡度大于45度，尤其是大于60度的 陡坡


5.4.4.1 滑坡形态要素

5.4.4.2 滑坡识别方法 滑坡识别的主要三种方法： 利用遥感信息和航空影响资料 进行地面地质测绘 勘探试验方法
5.4.4.3 滑动面（带）研究 滑动面的一般特征： 滑动面形成厚度不大的摩擦破碎带 破碎带的磨碎细粒有定向排列趋势，可见磨光面 及擦痕。滑带土语上下层岩土的粒度成分和颜色有 所不同，其含水量也比上下岩层高，往往呈软塑性 滑动面位臵确定方法： ① 根据作图估计滑面位臵 ② 根据位臵观测资料推求滑面位臵 ③ 根据钻孔资料判断滑面位臵 ④ 根据坑探工程查明滑面位臵 ⑤ 根据物探资料判断滑面位臵
此类变形的特点： ① 岩层向临空方向弯曲，与原有 层面成20～50度夹角 ② 弯曲倾倒的层度自斜坡表面向 深处逐渐减小深度可达40m
③ 下部岩层多被折断，张裂隙发 育
④ 岩层层间位移明显
硬而厚的板粱，其变形的发展可划分为如图所示各阶段：


(1)卸荷回弹陡倾面拉裂阶段。 (2)板梁弯曲，拉裂面向深部扩展并向坡后推移阶段。 如果坡度很陡，此阶段大多伴有坡缘、坡面局部崩落。 (3)板梁根部折裂、压碎阶段。岩块转动、倾倒，导致 崩塌。
大规模的斜坡变形破坏都是上述一种或多种的组合
崩塌
滑坡


5.4.1
斜坡变形
5.4.1.1 拉裂 斜坡岩土体在局部拉应力集中的部位和张力带内， 形成的张裂隙变形型式称为拉裂 常见部位——高都斜坡坡肩 多与坡面近于平行，尤其易沿坡体中陡倾构造节 理发育。 空间特点——上宽下窄，坡面向坡里逐渐减少
5.4.1.2 蠕滑 斜坡岩土体沿局部滑移面向临方向的缓慢剪切变 形称为蠕滑 蠕滑的的三种形式： ① 受最大剪应力面控制的剪切蠕滑。 常见于——均质岩土体 ② 受软弱结构面控制的滑移 受控于——节理、断层软弱夹层等 ③ 受软弱基座控制的蠕滑—塑流 常见于——侵蚀河谷和挖方地段。不是沿统一的 结构面，而是受控于整个软弱基座层。
第五章 斜坡工程

5.2 斜坡岩体应力分布特征
5.2.1
斜坡中应力状态的变化
(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。 坡脚附近最大主应力(相当于临空面的切向应 力)显著增高，且愈近表面愈高(图5—2下)；最小 主应力(相当于径向应力)显著降低，于表面处降 为零，甚至转为拉应力。因而，这一带是斜坡中 应力差或最大剪应力最高的部位，形成一最大剪 应力增高带，通常是斜坡中最容易发生变形和破 坏的部位，往往因此而产生与坡面或坡底面平行 的压致拉裂面。
图5－2 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（N＝0.33）；（b）以水平应力为主的构造应力场条件下（N＝3）



坡缘附近，在一定条件下，按面的径向应力 和按顶面的切向应力可转为拉应力，形成一张力 带(图5—3)。因此，坡肩附近最易拉裂破坏。斜 坡坡度愈陡，则此带范围愈明显。 (3)坡面处由于径向压力实际等于零，所以实 际上处于单向应力状态(不考虑斜坡走向方向σ2 时)，向内渐变为两向或三向(考虑σ2时)状态。 (4)与主应力迹线偏转相联系，坡体内最大剪 应力迹线由原先的直线变为近似圆弧线，弧的下 凹面朝着临空方向。