斜坡岩(土)体稳定的工程地质分析

§4 斜坡变形破坏的地质力学模式(变形破坏机制) 主要根据斜坡变形破坏的力学机制，其变形、破 坏可概括为几种地质力学模型，称为斜坡变形破坏的 地质力学模式。它表达了斜坡岩（土）体结构类型之 间的内在联系，揭示了斜坡发展变化的内在力学机制， 并在很大程度上确定了斜坡最终破坏的可能方式与特 征，达到系统评价预测斜坡稳定性的目的。 1.王兰生模式 5种：蠕滑（滑移）-拉裂式，滑移--压致拉裂式，弯 曲--拉裂式，塑流--拉裂式，滑移--弯曲式 2.晏同珍模式-9类滑坡机理 3.孙玉科模式-5类
3.斜坡岩体特性和结构特征的影响
（1）材料均质对应力分布影响极小
（2）平缓结构面对应力的传播影响较大。
§3
斜坡的变形与破坏
斜坡形成过程中，由于应力状态的变化，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。
♀斜坡变形:指坡体中产生局部的位移和微破裂,
岩块只出现微量的角变化,没有显著的剪切位移或 滚动,因而边坡也不致整体失稳。
4．水的作用 水是引起滑坡发生的一种活跃因素。各种水渗人 边坡，充填于岩土孔隙或裂隙中，形成含水层：一方 面可增加岩土的重度，加大岩土体的下滑力；另一方 面可将岩土浸润、软化、膨胀、崩解，以致降低岩土 的内聚力，削弱抗剪强度，使滑动面上的抗滑力减小。 大气降水，尤其是长时间降雨和冰雪消融，水大量渗 人地下，甚至在不透水层上形成暂时的含水层，对滑 坡的产生十分有利，故有“大雨大滑，小雨小滑，不 雨不滑”之说。地表水既有渗入地下降低岩土体强度 的作用，又有冲刷淘空坡脚使边坡下部失去支撑而下 滑的作用。地表水还能冲刷坡体使边坡产生沟槽，给 边坡稳定性增加不利因素。当有地下水渗入边坡或其 水位变化时，还会产生动水压力和静水压力，使滑坡 体下滑力增加，抗滑力减少，从而促使滑坡的产生。
斜坡岩(土)体稳定性的工程地质分析
§1 斜坡稳定性问题的基本概念和研究意义
斜坡:是指地壳表面一切具有侧向临空面的地质体。
它是地表广泛分布的一种地貌形式，按其成因分为自 然斜坡（自然山坡，沟谷崖坡，海岸岸坡等）和人工边坡（人类工
程活动形成的基坑边坡，路堑边坡，露天矿边坡，水利水电工程中的渠道， 溢洪道，船闸，土石坝，坝肩边坡等）
滑坡分类
按滑动面与岩层构造关系及始滑部位划分的滑坡类型
从边坡的局部地段可以看出，下陡中缓上陡的
边坡和上部呈马蹄形状地形且汇水面积较大的边坡，
无论是在坡积层中还是沿着基岩面均容易发生滑坡。
边坡愈陡，高度愈大，及当边坡中上部突起而下部
凹进，且坡脚无抗滑地形时，滑坡容易产生。 2．边坡的岩土组成 自然界的边坡是由各种岩土组成的。由于岩土 成分的不同，对于风化作用、水的作用等的反映便
c.岩崩的形成机理，一般有下列三种。
(1)边坡被陡倾裂隙深切，在外力及自重力的 作用下逐渐向坡外倾斜、弯曲，陡倾裂隙被拉开， 岩体下部因弯曲而被拉裂、折断，进而倾倒崩塌。 (2)在坚硬岩层的下部存在有软弱岩层，当它 发生塑性蠕变(塑性流动或剪切蠕变)时，则可导 致上部岩层深陷、下滑、拉裂以至倾倒崩塌。 (3)下部有洞穴或采空，岩体沉陷、陷落，将 边部岩体挤出，倾倒崩塌。
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
基于工程地质观点，对斜坡稳定性进行分析其目
的任务是：
对斜坡的稳定性作出评价和预测；
设计合理的人工边坡；
根据影响斜坡稳定性的因素，提出防治斜坡变形
破坏的对策和措施。
§2 斜坡岩体应力分布特征
一.斜坡应力场的基本特征 斜坡形成后引起斜坡临空面周围卸荷回弹， 在坡面附近造成应力重分布，其特点如下： （1）最大重应力近于平行临空面，最小重应力 近于与坡面正交。 （2）坡脚剪应力集中形成剪应力增高带，坡顶 附近出现拉应力。 （3）最大剪应力迹残由原来的直线变为近似圆 弧线，并凹向临空面 （4）坡面的实际径向压力为零。 远离斜坡面的岩体内，地应力逐渐恢复状态。
崩塌过程示意图
两种情况下的崩塌
崩落实例
滑坡：斜坡上的岩土体，受河流冲刷，地下水活 动，地震及人工开挖等因素的影响，在重力作用 下，沿着一定的软弱面或软弱带，整体或分散在 顺坡向下滑动的自然现象。俗称地滑，走山，是 地质灾害的主要类型之一。
斜坡的一部分岩土体以一定的加速度沿某一滑动面发生剪切滑动的现象。
3－10 m/min 32 m/s （最大值） 10 m/s 中速 18－50 m/s 20－30 m/s 75m/s （平均）
150－200
3000－4000 3000 2400 700 20 1500－2000
Baidu Nhomakorabea
900 80 数十米 800 1500 4500
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
二.影响斜坡岩体应力分布的主要因素 1.原始应力状态的影响 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， 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。
2.坡形的影响
坡高并不改变应力等值线图象，但坡内各处应
松驰张裂边坡
蠕变指边坡岩体主要在重力作用下向临空方向发生长期缓
慢的塑性变形的现象，有表层蠕动和深层蠕动两种类型。
深层蠕动-软弱垫层塑性流动
斜坡破坏分为：崩塌，滑坡，泥石流
崩塌包括撒落、落石（坠落）、岩崩、山崩等多种形式。 规模大小不一。脱离母体的岩体在重力作用下自由下落，这一 过程叫崩塌。 a. 崩塌的发生条件 ①坡形:高陡山坡，一般55º 以上。 ②岩性:坚硬岩体，抗风化能力较强，岩体中有规模大，间隔 大的节理发育。 软硬相间岩体易形风化凹槽，上覆坚硬岩体易崩塌。 ③坡体结构:即岩层产状与坡面的关系，反向坡一般易形成陡 坡，利于崩塌产生。 ④地质构造:节理、断裂对斜坡岩体分割、易于形成分离岩体， 形成崩塌。 b. 崩落体的继续运动 根据跳跃的运动轨迹，可以设计栏网位臵及栏网高度。 当条件合适时，崩塌体可形成碎屑流（气垫效应）。
其是区域性的崩塌，滑坡，泥石流灾害，还引发
生态环境的失衡。同时，伴随我国大规模土木水
利等工程建设，还诱发了大量的人工边坡失稳，
给工程建设带来巨大的经济损失，这种实例很多。
我国80年代重大崩、滑灾害事件
崩塌、滑坡名称 盐池河崩塌 （湖北） 铁西滑坡 （四川，成昆线） 渡口灰岩矿山滑坡 （四川，攀枝花） 四川盆地西部 暴雨滑坡 鸡扒子滑坡 （四川，长江云阳） 洒勒山滑坡－碎屑流 （甘肃） 新滩滑坡 （湖北，长江新滩） 马家坝滑坡 （湖北，姊归） 西宁滑坡－碎屑流 （四川，巫溪） 溪口滑坡－碎屑流 （四川，华蓥山） 昭通滑坡－碎屑流 （云南，金沙江支流） 发生日期 1980.6.3 1981.7.8 1981.6.1 0 1981. 7月，9月 1982.7.2 4 1983.3.7 1985.6.1 2 1986.7.1 6 1988.1.1 0 1989.7.1 0 1991.9.2 3 方量（104m3） 100 220 416 数百个，单 个滑坡方量大多 小于100万m3 1500 运动速度 34 m/s （最大值） 4m/h (平均值） 5.5m/min （平均值） 5 m/s± 最大运动距离（m） 400 70 220 100 ± 约10人 死亡人数 284 斜坡类型① 平缓层状，软 弱基座 中倾外层状体， 老滑体局部复活 中倾外层状体 斜坡 多种类型层状 体斜坡 变角倾外层状 体斜坡，老滑坡局 部复活 237 平缓层状体斜 坡 老滑坡复活 缓倾外层状体 斜坡，老滑坡复活 26 221 216 倾内层状体斜 坡，软弱基底 倾内层状体斜 坡 倾外层状斜坡 暴雨 暴雨 暴雨 诱发因素 地下采矿 地面采石 地面采石 暴雨（数十年一 遇，暴雨强度＞ 200mm/d） 暴雨
力值均随坡高增高而线性增大;
坡角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；
坡底的宽度(W)对坡脚的应力状态也有一定影
响， 计算表明，当W<0.8H时，坡脚最大剪应力随
底宽缩小而急剧增高，而当w>0.8H时，则保持为一
常值。
坡角最大剪应力与坡脚和坡底宽 （W）关系图
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、泥石流则主要是由塑性流动 破坏所致。 滑坡灾害遍及全国山地丘陵区，活动面积约 占国土面积 45%，又以西南西北地区最为严重， 年年发生，年年成灾。
滑坡：(a)平面滑动；(b)圆弧面滑动
(a)折线形滑动；(b)楔形体滑动 1-松散体(坡积、残积层)；2-硬层面；3-软弱结构面；4-滑动楔体
有显著的差别。
根据岩土体在剪切作用下的破坏变形特征，可将 组成边坡岩土分为两种主要类型：一种是硬质岩层， 如坚硬致密的块状石灰岩、花岗岩、石英岩等，它们 的抗剪强度大，可以经受很大的剪切力而不变形，且 抗风化能力较强。所以由这些岩石组成的边坡较少发 生滑坡。只有当岩层内有软弱结构面或软岩夹层，而 且倾角小于坡角，倾向与坡向一致时，才容易形成滑 坡。另一种是软质岩层和土层，如页岩、泥岩和千枚 岩，以及各种成因的第四纪堆积物，如成都粘土和黄 土，它们的抗剪强度低，遇水易起物理、化学作用， 容易风化，在剪力作用下易于变形，故容易形成滑坡
我国主要易滑地层及其与滑坡分布的关系
类型 粘性土 易滑地层名称 成都粘土 下蜀粘土 红色粘土 黑色粘土 新、老黄土 共和团组 昔格达组 杂色粘土岩 主要分布地区 成都平原 长江中、下游 中南、闽浙、晋西、陕 北、河南 东北 黄河中下游、北方诸省 青海 四川凉山彝族自治州 山西 滑坡发育情况 密集 有一定数量 较密集 有一定数量 密集 极密集 极密集 极密集 密集 密集 较密集-密集 密集-极密集 较密集 较密集
§5 滑坡的工程地质特征 （一）滑坡要素 滑坡在平面上的边界和形态受滑坡的规模、 类型与所处的发育阶段有关。一个发育完全的滑 坡，一般由几个要素组成。 （滑坡体，滑动带，滑动面，滑坡床，滑坡壁， 滑坡台阶，滑坡舌，滑坡周界，滑坡裂缝等。）
滑坡的组成要素
（二）滑坡分类 滑坡分类的方法很多，不同的学者从不同的角度 对滑坡进行分类，滑坡分类见表。 （三）滑坡的形成条件 为了防止滑坡产生，或对已有滑坡进行恰当的治 理，必须分析滑坡发生的条件。 1．边坡的外形 如高度、坡度、横断面的形状等，直接影响滑坡 的形成。显然，边坡的外形不同，其内部的应力状态 也不同。一旦改变边坡的外形也为风化作用、水的作 用等提供了特定的条件。
坡的简单外形和各部位名称
用焙烧法加固滑坡示意图 a—可塑性粘土；b—砂层；c—黄土状亚粘土；d—滑坡体；e—焙烧部分
一般斜坡都具有一定的位能，因此,表面上
看起来处于平衡状态，而实际上却隐含着不稳定
倾向。斜坡岩土体有较明显的变形和运动迹象时， 称斜坡的变形破坏。 斜坡变形破坏及其造成的不良地质环境，对 人们物质生产和精神生活都产生了严重危害，尤
♀斜坡破坏：坡体以一定速度出现较大的位移，
边坡岩体产生整体滑动，滚动或转动。 斜坡变形和破坏的区别：是否形成贯通性破坏面。
斜坡变形分为：松驰张裂，蠕变
松弛张裂是边坡的侧向应力 削弱后，由于卸荷回弹而在斜坡 上出现张裂的现象。 随着河谷的进一步深切，则
卸荷裂隙向深部发展，还可以产
生与坡面大角度相交或近于垂直 的剪切裂隙，卸荷裂隙由坡面向 深部有时呈多层发育，在边坡形 成松弛张裂——卸荷裂隙带。
半成岩地层
成岩地层
泥岩、砂页岩 西南地区、山西 煤系地层 西南地区等地 砂板岩 湖南、湖北、西藏、云南 千枚岩 、四川等 含泥质的岩浆岩 川西北、甘南等地 其他富泥质地层 福建等地 零散分布
3.边坡岩土体的结构 岩土体结构是影响边坡稳定性的主要因素。 滑坡的发生总是与结构面及结构体有关。所以滑 坡的形成发展常受到岩体结构的控制。这主要取 决于结构面的物理力学性质及遇水后的变化情况、 空间组合及其与边坡的组合关系。软弱结构面的 倾向与边坡坡向一致且倾角小于坡角时，容易产 生滑坡。堆积层与基岩的接触面，裂隙密集带或 断层破碎带，由于抗剪强度低，渗水条件好，常 成为危险的软弱结构面，这是产生滑坡极为有利 的条件。