第八章 斜坡变形破坏工程地质研究

崩塌在斜坡上的最大速度 V2gH 1K tg
崩塌滚动的动能
EmV2 1I2
22
大型山崩在崩塌过程中位移体附近的空气承受临 时性压缩而产生“气垫效应”，实际运动速度将会大
于理论计算值。
崩塌块体沿斜坡运动的轨迹呈抛物线形。可按向 下抛射物体的运动规律推导。
设崩塌块体在斜坡某处跳跃速度为v0，与水平面 夹角为γ
通常是较深层的破坏，滑移面深入坡体内部 以致坡脚以下；
质点位移方向水平方向较铅直方向大的多； 崩塌发生时有依附面； 滑移速度较慢，具有“整体性”
§4 崩 塌
形成崩塌的内在条件有：
1 、岩土类型 岩、土是产生崩塌的物质条件。 一般而言，各类岩、土都可以形成崩塌，但不同
类型，所形成崩塌的规模大小不同。 岩性坚硬的各类岩浆岩、变质岩及沉积岩类的碳
特征：
弯折倾倒程度由地面向深处逐渐减小，一般不会 低于坡脚高程；下部岩层往往折断，张裂隙发育。但 层序不乱，而岩层层面间位移明显；沿岩层面产生反 坡向陡坎。
弯折倾倒的机制，相当于悬臂梁在弯矩作用下 所发生的弯曲。
弯折倾倒发展下去，可形成崩塌、滑坡。
斜坡破坏
定义：斜坡岩土体被陡倾的拉裂面破坏分割，
第七章
斜坡变形破坏工程地质研究
§1 概述
斜坡：地壳表部一切具有侧向临空面的地质体。
按成因可分为：天然斜坡:在一定地质环境中,在各种地
质营力作用下形成和演化的自然历史过程的产物。（如山坡、海岸、
河岸等）、人工边坡：是由于人类某种工程、经济目的的而开挖的，
往往在自然斜坡基础上形成，其特点是具有较规则的几何形态，（如路 堑、露天矿坑边帮、运河（渠道）边坡、露采边坡、基坑边 坡……）
按组成物质可分为：岩坡和土坡
斜坡要素
（1）坡面 （2）坡肩 （3）坡顶 （4）坡脚 （5）坡高 （6）坡角 （7）坡体
斜坡要素图
1989年7月，四川省华金山普降暴雨，遭致崩滑 1800余处．而其中的马鞍山岩崩物质被洪水冲下，使 溪口镇6个厂矿和3个村蒙难。
1980年6月，我国湖北省远安县盐池河磷矿岩崩酿 成的惨案，则是由于坡脚部位开拓水平采矿巷道，使 坡体的应力状态发生急剧变化，而导致坡肩部位产生 多条拉裂缝所致。
坎地形，两侧有冲沟发育，前缘向前凸出，并略呈弧 形，形成“圈椅状”地形。
河流
斜坡表面往往具有若干个平台。后缘常有小型崩 塌发生。
滑坡还常使河流阶地产生变位，可通过阶地或夷平 面的高程对比加以识别。
地形地貌标志是识别滑坡的重要标志之一，它是航 片解译现象的主要标志。
地质构造方面 滑坡上产生小型褶曲和断裂现象。 滑体结构较周围岩石结构更为松散、破碎，岩层
1 、地震 地震引起坡体晃动，坡坏坡体平衡，从而诱发崩
塌。一般烈度大于 7 度以上的地震都会诱发大量崩塌 2 、融雪、降雨
特别是大雨、暴雨和长时间的连续降雨，使地表 水渗入坡体，软化岩、土及其中软弱面，产生孔隙水 压力等，从而诱发崩塌。
3 、地表水的冲刷、浸泡 河流等地表水体不断地冲刷坡脚或浸泡坡脚、削
2.地面地质测绘是识别滑坡的最主要手段。因为 通过地面调查，可直接观察到滑坡各形态要素，并可 搜集到滑动的证据。
3.勘探手段包括钻探、坑探和物探，是为了了解 滑坡体的结构、岩石破碎程度、地下水位，确定滑动 面（带）的位置、形状以及对滑带物质进行物理力学 性质试验。
识别标志
地形地貌方面 滑坡部分较其它坡面低洼，滑坡后缘往往具有陡
滑坡活动的阶段性
滑坡的发生、发展演化过程，是一个累进性变形 破坏过程，而且往往具有多次周期性活动的特点。根 据每一期滑坡活动的运动学特征，可划分为四个阶段
1.蠕滑阶段：即为变形阶段。此阶段表现为斜坡坡 肩附近及坡体某些部位出现拉张裂缝；坡体内局部剪 切破坏面亦出现，并向贯通性的滑面方向发展。蠕滑 阶段的持续时间与斜坡中应力集中和分异的速度以及 外力作用的强度有关，一般持续时间较长。
滑坡舌：滑坡体前部伸出如舌状的部位，前端往往 伸入沟谷河流。
滑坡裂隙：滑坡体在滑动过程中各部位受力性质和 移动速度不同，受力不均匀而产生的裂隙系统。
滑坡轴：滑坡在滑动时，滑体运动速度最快的纵向 线。
崩塌 滑坡
滑坡的识别
对于正在发展的滑坡，其识别是相对容易的，
意 而困难的是识别那些老滑坡。许多工程正是由于 义 没有充分进行地质调查，而误将厂址、坝址、线
② 坡体蠕滑：坡体沿缓倾软弱结构面向临空方向缓 慢移动变形。
两种深层蠕滑的区别：
① 不是沿一个统一的滑动面，受软弱基座控制
② 有统一滑动面，受软弱结构面控制
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。
路位置选在滑坡体上或其附近，并因不正确的开 挖或弃土等方式使滑坡再次启动，造成严重损失
识别方法
在实际滑坡调查工作中，主要是通过遥感信息、 地面地质测绘和勘探试验方法来进行。
1.应用遥感信息识别滑坡，主要采用航空遥感所 提供的大比例尺（1:10000-1:15000）黑白和彩红外像 片来进行。在航片上识别滑坡，实质就是识别滑坡的 形态要素，然后结合搜集研究地区的地质资料进行综 合分析，从而确认滑坡的存在。
与主应力迹线偏转联系，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。
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。
影响斜坡应力分布的因素
岩体初始应力的影响
水平剩余应力的大小使坡 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，尤其对坡脚应力集 中带和张力带的影响最大。
蠕滑：斜坡岩土体沿软弱面局部向临空面方向的缓 慢剪切变形。
1. 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。
2. 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：在上覆层重力作用下，基座部分 向临空面方向蠕动，引起上覆层的变形与解体。软弱 基座坡脚为向临空方向蠕动、挤出；上覆岩体软弱层 会出现“揉曲”，脆性层出现张性裂隙。
（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，于表面处降为零，甚至 转化为拉应力。这一带是坡体中应力差和最大剪应力 的部位，形成最大剪应力增高带，往往产生与坡面或 坡底面平行的压致拉裂面。
（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。
3 、地形地貌
江、河、湖（水库）、沟的岸坡及各种山坡、铁 路、公路边坡、工程建筑物边坡及其各类人工边坡都 是有利崩塌产生的地貌部位，坡度大于 45 度的高陡斜 坡、孤立山嘴或凹形陡坡均为崩塌形成的有利地形。
岩土类型、地质构造、地形地貌三个条件，又统 称地质条件，它是形成崩塌的基本条件。
诱发崩塌的外界因素
酸盐岩、石英砂岩、砂砾岩、初具成岩性的石质黄土、 结构密实的黄土等形成规模较大的崩塌；
页岩、泥灰岩等互层岩石及松散土层等往往以小 型坠落和剥落为主。
2 、地质构造
各种构造面，如节理、裂隙面、岩层界面、断层 等，对坡体的切割、分离，为崩塌的形成提供脱离母 体（山体）的边界条件。
坡体中裂隙越发育，越易产生崩塌，与坡体延伸 方向近于平行的陡倾构造面，最有利于崩塌的形成。
研究意义
斜坡的变形破坏对人类工程、经济活动和生命 财产造成很大危害，因此对其稳定性进行研究是工程 建设的需要。
对斜坡的稳定性作出评价和预测； 为设计合理的人工边坡以及制定有效的防治措施提 供依据。
§2 斜坡中的应力分布特征
斜坡中的应力特征决定了斜坡变形破坏的形式 和机制，对斜坡稳定性评价和防治措施有一定意义。
坡形的影响
坡高：坡高不改变应力等值线图像，但应力值随坡 高增大而线性增加。
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。
坡底宽度：当W＜0.8H时，坡脚最大剪应力随底宽 而剧增；当W＞0.8H 时，则保持一常值（残余坡角应 力）。
斜坡中结构面周边应力集中特点，主要取决于 结构面的产状与主压应力的关系。
结构面与主压应力平行，在结构面端点部位或应力 阻滞部位出现拉应力和剪应力集中，使结构面两侧张 裂。
结构面与主压应力垂直，在平行结构面方向出现拉 应力，或在端点部位出现垂直结构面的压应力，有利 于结构面压密和斜坡稳定。
结构面与主压应力斜交，结构面周边主要为剪应力 集中，并于端点附近或应力阻滞部位出现拉应力。
则水平速度： v 0 z v 0 cy o v 0 c s 9 o 0 s
铅直速度： v 0 y v 0 sy i n v 0 s 9 i n 0
崩塌块体跳跃的轨迹方程为
yctg •x2v0 2•g si2 n •x2
§5 滑 坡
滑坡形态要素
滑坡体：与母体脱离经过 滑动的岩土体。
顺坡结构面与主压应力呈30°～40°交角，将 出现最大剪应力与拉应力，坡体易沿结构面发生剪切 滑移，同时也可能出现折线型蠕滑裂隙系统。
结构面相互交汇或转折处，形成很高的压应力 和拉应力集中区，其变形与破坏较剧烈。
§3 斜坡变形与破坏
斜坡变形破坏的三个演化阶段：
斜坡变形：坡体中未出现贯通性破坏面。
斜坡破坏：坡体中已形成贯通性的破坏面。
崩 突然脱离母体而快速位移，翻滚、跳跃和坠落 塌 下来，堆于崖下。
按崩塌规模分：山崩 坠石 按物质成分分：岩崩 土崩
崩塌特征： 一般发生在高陡斜坡的坡肩部位； 质点位移方向铅直方向较水平方向大的多； 崩塌发生时无依附面； 突然发生，运动快速。
滑坡
定义：斜坡岩土沿着贯通的剪切破坏面所发生的滑移 现象。 滑坡特征：
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。
岩土体性质和结构的影响
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。随着泊松比增加，坡面和坡顶的张力带扩展， 而坡底则反之。
斜坡岩土体结构特征对坡体应力场影响复杂，它 使岩土体不均一和不连续，使沿结构面周边形成应力 集中或发生应力滞
滑坡床：滑坡体之下未经 滑动的岩土体。
滑动面：滑坡体与滑坡床之间的分解面，即滑体沿 之滑动而滑坡床相接触的面。
滑坡周界：滑坡体与周围不动体在平面上的分界线 滑坡壁：滑坡后部滑下所形成的陡壁。 滑坡台地：滑体因各段下滑的速度和幅度不同而形 成的一些错台，常出现数个陡坎和高程不同的平缓 台面。
封闭洼地：滑坡体与滑坡壁之间常拉开成沟槽或陷 落成洼地。
破坏后的继续运动：稳定
变形
破坏
斜坡变形
拉ຫໍສະໝຸດ Baidu：
斜坡形成过程中，在坡面和坡顶形成的张力带， 拉应力集中形成拉张裂缝。
拉裂的空间分布特点是：上宽下窄，以至尖灭； 由坡面向坡里逐渐减少。
卸荷、初始应力释放
岩土体松动
产生张裂面
侧应力减弱
拉裂的危害性是：岩土体完整性遭到破坏；为风 化营力深入到坡体内部以及地表水、雨水下渗提供了 通道。它们对斜坡稳定均是不利的。
土体原始应力状态：
1 •H
3
1
•H
H
σ1
σ3
斜坡应力场特征
斜坡形成过程中，侧向临空面产生，坡面附近 岩土体卸荷回弹，引起应力重分布。
斜坡周围主应力迹线发生 明显偏转：愈接近临空面， 最大主应力S1愈接近平行于 临空面，S3与之正交，向坡 内逐渐恢复到原始状态。
在临空面附近造成应力集中，但在坡脚区和坡顶及 坡肩附近情况有所不同：
产状出现明显不同。
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。
植被方面
由于滑坡体上岩石更加破碎，比较潮湿，植被往 往更加茂盛，因滑动作用而出现“马刀树”、“醉汉 林”等现象。
滑动面的鉴别
滑动面的产状、位置及滑带物质特征是评价滑坡 的最根本性因素。确定滑动面可采用工程地质勘探的 方法。对于大型滑坡，滑动面往往是两个或两个以上。 因此必须加以重视。
弱坡体支撑或软化岩、土，降低坡体强度，也能诱发 崩塌。
4 、不合理的人类活动 如开挖坡脚、地下采空、水库蓄水、泄水等改变
坡体原始平衡状态的人类活动，都会诱发崩塌活动。
还有一些其他因素，如冻胀、昼夜温差变化等， 也会诱发崩塌。
崩塌的运动学特征
崩塌跳跃的动能 自由崩塌的速度
E mV 2 2
V 2gH