2、地质灾害成因机理及特点--王亮清

意大利Vajont滑坡
1963.10.9
死亡2600人
2003年三峡库区秭归县千将坪滑坡，体积约 2400×104m3，造成24人死亡，1100多人无家可归， 4家工厂被毁，334省道宜(昌)—巴(东)公路交通中断。
滑坡前的新滩镇
滑坡发生后
三峡库区秭归县新滩滑坡 1985.6.12
2.3 滑坡形成机理
由于不同地区的地质环境不同，工程地质条件不同，对工程 建筑物有影响的地质因素的主次关系不同：
平原地区建筑物：地基稳定性问题
山区建筑物：斜坡稳定性问题
2. 滑坡形成的机理及特点
•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。
2.1 影响滑坡稳定性的因素
•常见灾害: • 滑坡 • 崩塌 • 泥石流 • 地面塌陷 • 地裂缝 • 地面沉降等
Plan map of Vajont landslide in Italy
Limit of flooding
Dam site reservoir
Landslide area 滑坡区
Geological profile of Vajont landslide 地质剖面图
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。
英国著名景点多佛白崖近日 因极端天气发生大面积坍塌， 重约数千吨、面积相当于一个 足球场的巨大石灰石掉进海中。 专家认为，坍塌是因为雨水流 入干旱期裂开的石缝，在近期 严寒天气中结冰膨胀，导致这 块巨石逐渐松动最终与悬崖脱 离。(2012.3.16)
1.0 135°
105° 120°
90°
75° 60° 45° 30°
40 35 30 135° 150°
105° 120°
90°
75°
60°
45° 30°
0.5
150°
25
165°
20
15°
15
10 5
165°
15°
0.0
180°
0°
180°
0°
195° 0.5 210° 225° 315° 240° 255° 270° 285° 300°
灾 前
灾 后
意大利Vajont 滑坡
灾 前
灾 后
甘肃东乡 洒勒山滑坡，1983.3.7
1985年6月12日凌晨3时45分。位于 三峡西陵峡中的新滩镇，突然间山 崩地裂，霎时，乱石飞迸，烟尘滚 滚，平静的峡谷被搅弄得天昏地暗, 直到4时20分才慢慢平息下来。滑坡 的体积约3000余万立方米，滑坡体 前部的土石堵塞了长江江面约1/3， 江心激起的巨浪高达80多米，涌浪 波及上下游共42公里的江段。 运动速度10m/s，最大运动距离80m 由于预报及时，撤离措施果断有效， 使首当其冲的新滩镇475户居民1371 人无1人伤亡
用滑坡五级分类法对鄂西恩施地区的几 个典型滑坡进行分类如下： 保扎滑坡与杨家山滑坡可命名为特大型 厚层Ⅱ3洪水冲刷型牵引式蠕滑型滑坡；双 龙洞滑坡可命名为大型中层Ⅱ2 库水波动 与降雨型牵引式新生滑动型滑坡；马堡营 滑坡可命名为中型厚层Ⅳ1 水位波动降雨 型滑坡；瞿家湾滑坡可命名为大型中层Ⅲ3 库水波动型牵引式新生型滑坡群。
甘肃黑方台黄茨滑坡剖面图
b. 渐灭式旋转滑坡变形破坏机理
渐灭式旋转滑坡由滑坡后缘逐级向前旋转滑动，滑坡规模 逐渐减小。
陕西宝鸡王家坡滑坡剖面示意图
c．混合式旋转滑坡变形破坏机理
混合式旋转滑坡由扩展 式滑坡和渐灭式滑坡构 成，滑坡逐级向前向后 旋转滑动。
陕西宝鸡仝家坡滑坡剖面示意图
２.4
滑坡稳定性评价方法
地质灾害的特殊性
1.地质问题自身的隐蔽性; 2.认识论的随机性(概率现象); 3.地质问题诱发因素的随机性(概率过程); 分析模型是建立在上述三个不确定要素 上的确定论模型,故确定论模型的置信度 取决于上述三个不确定要素的置信度。
工程地质条件：与工程建筑物有关的地质条件的综合
• • • • • • 岩土类型及其工程性质 地质构造 地形地貌 水文地质 工程动力地质作用 天然建筑材料
地质灾害成因机理及特点
王亮清
中国地质大学（武汉）工程学院
目录
1. 地质灾害概述
2. 滑坡形成机理及特点
3. 崩塌形成机理及特点
4. 泥石流形成机理及特点 5. 地面塌陷形成机理及特点 6. 地面沉降形成机理及特点 7. 地裂缝形成机理及特点
1. 地质灾害概况
•地质灾害是指由于地质作用（内动力、外动 力、人类活动或综合因素）使地质环境产生 突发的或渐进的破坏，并造成人民生命财产 损失的现象或事件。 •特点：致在灾地质作用与受灾对象，两者缺 一不可。 •地质灾害类型按内、外动力成因划分只具有 学术意义；天然与人为动力成因的划分有实 际意义。
内在 因素
岩土类型及性质 地质构造 地形 水文地质
外在 因素
振动作用（如地震） 降水（雨、雪）水库蓄水 人类活动（开挖、加载 植被、水等） 风化、剥蚀作用
2.2 滑坡分类
根据以上滑坡分类原则，结合鄂西恩施 地区滑坡特点，提出五级分类方法 滑体的组构 发育规模 动力成因 滑坡源位置 演化过程
土质 第一级 组成结构 岩质
5.地化悬浮——下陷滑坡机理
•多见于砂页泥岩组滑坡、碳酸盐岩组滑坡、黄 土滑坡、粘土滑坡。根本原因是地球化学表生作 用，使岩土失去原有强度，表象是滑体悬浮—— 下陷。 •该类岩土中含大量易容可溶盐和易蚀变矿物， 在地下水化、溶蚀、淋漓及离子交换作用下，固 态胶结盐类消失，地表下陷，以淋漓带下限为界 面产生滑坡。 •颠中北 地 层黑井 滑 坡 ， 阿 尔 及尔市 道 路滑坡 （北非）。
松散土体Ⅰ
Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅰ3 Ⅱ1、Ⅱ2、Ⅱ3、Ⅱ4 Ⅲ1、Ⅲ2、Ⅲ3 Ⅳ1、Ⅳ2、Ⅳ3
层状碎屑岩岩类Ⅱ
层状碳酸盐岩夹碎屑岩Ⅲ 层状碳酸盐岩类Ⅳ 小型滑坡 中型滑坡
源自文库
滑体体积 第二级 发育规模
大型滑坡 特大型滑坡 浅层滑坡
滑体厚度
中层滑坡 厚层滑坡 巨厚层滑坡
自重型滑坡 降雨滑坡 地震滑坡 自然动力 静水压力滑坡 动水压力滑坡 崩积加载滑坡 第三级 动力成因 洪水冲刷型滑坡 加载型滑坡 爆破滑坡 人为动力 切脚滑坡 地下洞掘型滑坡 牵引式滑坡 第四级 滑坡源位置 推移式滑坡 潜在 第五级 演化过程 新生 复活 孕育（蠕滑）期 滑动期 滑后期 库水波动滑坡
图7 不同方向粗糙度系数变化图
105° 14 135° 12 150° 120°
90°
75° 60° 45°
10
30°
8
165°
15°
6
180°
0°
8
195°
345°
10 210° 12 330°
225° 240° 255° 270° 285° 300°
315°
14
不同方向粗糙度系数变化图
(a) 黏聚力c(单位：？？)
8. 切蚀——加载滑坡机理
•根本原因是切蚀或加载，表现有牵引、推动式。 •在构造结构面或潜在弱带产状倾向临空面，由 于坡角快速开挖或河流侧蚀或坡顶堆填土加载， 使软弱面上剪应力超过其抗剪强度而滑动。
9. 巨型高速远程滑坡机理
•见于砂页泥岩组、碳酸盐岩组、玄武岩岩组、堆积土层组、 粘土组滑坡中。地层为水平，夹有弱层及封闭含水层。启 动是降水补给，原因是地下水封存。 •滑体运动气化具气垫效应，滑带的摩擦角失效或碳酸盐岩 与同类胶结物摩擦受热分解 CO2无法消散，以高速远程的运 动方式释放。 •滑体左侧“漂浮”而松散，右侧相反而密实。 •云阳鸡扒子及甘洛滑坡
Sliding surface 滑动面 Borehole 钻孔
Pool level
Monitored information of Vajont
Rainfall
Reservoir elevation 水库水位
Water level in the slide 滑坡中地下水位
Velocity
意大利Vajont 滑坡
1996年位于黑方台南缘的黄茨滑坡，滑坡呈三级
迭瓦状台阶分布，体积近600万m3，由于成功预 报，未造成人员伤亡。(据王恭先)
2006 年 5 月 14 日，滑坡再次复活，体积 320 万 m3 ，毁坏 153 间房屋，道路中断， 水渠破坏。
a. 扩展式旋转滑坡变形破坏机理
扩展式旋转滑坡由斜坡前缘逐级向后旋转滑动，形成阶 梯状滑坡，规模逐渐扩大。
•发生于层状和板片状结构滑坡的高角度倾斜的岩组中， 根本原因是斜坡岩层的流变作用，表象是位移地层发 生倾覆。
•斜坡岩层在自重下，变形随时间增大，强度降低，一
定范围内产生流变，使岩层逐渐倾倒、倒转变形，最 终转为滑坡。 •常见于秦岭、大巴山、大凉山等山区河谷中。国外见 于阿尔卑斯、塔特腊山及华盛顿州。
6. 高势能飞越滑坡机理
•受控于岩土的层状、板片状及其他延伸性强的节 理构造面，并顺坡倾斜者。 •滑 坡 势 能 大 ， 滑 出时速度快，滑程 远，下部与空气直 接摩擦滑动。滑体 绝大部分甚至全部 脱离滑床，越出坡 脚外若干。
7. 孔隙水压浮动滑坡机理
•多见于堆积土（为主）、黄土、粘土及填土滑坡。原 因是孔压升高，表现为浮动。 •当地下水位上升，坡积物为颗粒细的粘质土，地下水 排泄受阻，孔压增大，使软弱面上的抗剪强度降低，形 成滑坡。 •速度慢，多为牵引式。
自然历史分析法
数学力学计算法（极限平衡、数值计算、破坏概率法） 图解法（赤平投影） 工程地质类比法（斜坡类型 、破坏类型、条件类比）
• 结构面数据采集 • 接触测量 • 非接触测量 • 全站仪 • 三维激光扫描仪 • 空间测站仪
图1
结构面三维激光扫描图
白云岩结构面表面形态三维数字高程模型
D1与JRC的多项式拟合关系
345°
10 15 195° 345°
330°
20 25 30 35 40 225° 240° 300° 315°
210°
330°
1.0
255°
270°
285°
δ
D1
α 平面滑动要求：α δ
D2
D3
a
边坡走向
b
D α
90°-φ
j
D4
D:结构面倾角矢量 α ：最大安全开挖边坡角 （c） (d)
平面滑动破坏模式与最大安全边坡角的确定
2. 应力释放平移滑坡机理
•见于岩石滑坡中，根本原因是构造残余应力的释放， 表象为平移。 •滑坡面为层面或产状近水平的节理面，由于河流侵蚀 人工开挖，岩体内应力释放，岩体回弹松弛产生卸荷 裂隙，当总剪应力超过岩体强度，产生滑坡。 •湘西板溪群地层滑坡为典型例证。
3.振动崩落滑坡机理及振动液化平推滑坡机理
10.多级旋转型黄土滑坡变形破坏机理（实例）
• 我国西北地区黄土连续分布，面积广阔，黄土滑 坡灾害非常严重，是全国乃至全世界地质灾害最 严重的地区之一。 •多级旋转黄土滑坡是黄土地区一种具有多级滑动 面，滑体在运动过程中旋转变形的滑坡类型。有 继发性、递进性、多期次活动等特征，滑坡体发 生的频率逐次递增。分布在黄土台塬地区，空间 上具有新老迭置、彼邻相连等特点。
•多见于破碎岩组及土组。根本原因是振动，表象 是崩落或平推式，即滑体大部分离开滑床。 •1920年产生的地震滑坡于陕甘两省分布极为普遍。
4. 潜蚀陷落滑坡机理
•多见于堆积土层滑坡、黄土滑坡、成岩不良的砂页泥岩组滑 坡中。 •发育完好节理，底部有砂砾层互通，坡上部有补给，坡角排 泄区出露，因降水等地下水力梯度增大到足以产生细粒砂土的 潜蚀及液化，最终形成滑坡。
1977年9月汉阳中南轧钢厂塌陷
1988年5月武昌陆家街塌陷
2000年4月洪山区青菱乡烽火村塌陷 • 洪山区 青菱乡 烽火村 塌陷 12号 塌坑
西 安 地 裂 缝
西安地裂缝 自50年代后期发 现，特别是进入 80年代以来，由 于过量开采承压 水导致地裂缝两 侧不均匀地面沉 降，进一步加剧 了地裂缝的活动 现有地裂缝13条。 地裂缝的活动错 断了地下供水， 输气管道、毁坏 了农田。
按诱发因素分类：
降雨型滑坡 水库型滑坡：千将坪滑坡 崩积加载型滑坡：新滩滑坡 切脚型滑坡 地震型滑坡 采矿型滑坡 复合型滑坡
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20 m/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。