2018巖土工程師基礎知識點：斜坡變形破壞工程地質研究

斜坡變形破壞工程地質研究

1.斜坡重應力分布的特點

(1)斜坡周圍主應力跡線發生明顯偏轉

(2)在臨空面附近造成應力集中，但在坡腳區和坡頂及坡肩附近情況有所不同：

①坡腳附近形成最大剪應力增高帶，往往產生與坡面或坡底面平行的壓致拉裂面。

②在坡頂面和坡面的某些部位形成張力帶，易形成與坡面平行的拉裂面。

(3)坡體內最大剪應力跡線由原來的直線變成近似圓弧線，弧的下凹方向朝著臨空方向

(4)坡面處由于側向壓力趨于零，實際上處于兩向受力狀態，而向坡內逐漸變為三向受力狀態。

2.影響斜坡應力分布的因素有哪些

(1)巖體初始應力的影響：

水平剩余應力的大小使坡體中主應力跡線的分布形式有所不同，明顯改變了各應力值的大小，使應力分異現象加劇,尤其對坡腳應力集中帶和張力帶的影響最大。

(2)坡形的影響：

① 坡高：坡高不改變應力等值線圖象，但應力值隨坡高↑ 而線性↑ 。

② 坡角：坡角變化明顯改變了應力分布圖象。隨坡角變陡，張力帶的范圍有所擴大，坡腳應力集中帶最大剪應力值也隨之增高。

③ 坡底寬度：當W<0.8H 時,坡腳最大剪應力隨底寬縮小而急劇增高。當W>0.8H 時，則保持為一常值(稱為“殘余坡角應力”)。

④ 坡面形態：平面上的凹形坡，應力集中明顯減緩。

(3)斜坡巖土體特性和結構特征的影響：

① 巖土體的變形模量對均質坡體的應力分布無明顯影響

② 泊松比(可改變主應力和剪應力的分布,引起張力帶變化。隨著泊松比增大，坡面和坡頂的張力帶逐漸擴展，而在坡底則反之，泊松比增大時，張力帶收縮。

③ 結構面的產狀、性質的差別，使斜坡中的應力分布出現了不連續性，在不連續面或軟弱面的周邊形成應力集中帶或發生應力滯。

3.斜坡變形破壞的概念、變形破壞的實質及變形破壞的基本形式

概念：

斜坡變形：是一種動力地質現象，是指地表斜坡巖體、土體在自重應力和其他外力作用下所產生的向坡下的快速運動。

斜坡破壞：斜坡變形進一步發展，破裂面不斷擴大并互相貫通，使斜坡巖土體的一部分分離開來，發生較大位移，這就是斜坡的破壞。

變形破壞的實質

斜坡受到侵蝕卸荷作用和開挖卸荷等作用所產生的應力釋放效應，而引起的斜坡表層巖土體的彈塑性回彈和蠕變位移。

變形破壞的基本形式

斜坡變形的形式：拉裂(回彈)、蠕滑、彎曲傾倒。

斜坡破壞的形式：崩塌、滑坡。

(補充)

(1)拉裂：斜坡巖土體在局部拉應力集中部位和張力帶內，形成張裂隙的變形形式稱為拉裂。

(2)蠕滑：斜坡巖土體沿軟弱面(層)局部向臨空方向的緩慢剪切變形稱為蠕滑。

(3)彎曲傾倒：由陡傾或直立板狀巖體組成的斜坡，當巖層走向與坡面走向大致相同時，在自重的

長期作用下，由前緣開始向臨空方向彎曲、折裂，并逐漸向坡內發展，這種變形通常稱為彎曲傾倒。

(4)崩塌：斜坡巖土體中被陡傾的張性破裂面分割的塊體突然脫離母體并以垂直運動為主，翻滾跳

躍而下，這種現象和過程稱為崩塌。

(5)滑坡：斜坡上的巖土體，沿著貫通的剪切破壞面(帶)，產生以水平運動為主的現象，稱為滑坡。

4.崩塌的概念、形成條件及基本特征

概念：

斜坡巖土體中被陡傾的張性破裂面分割的塊體，突然脫離母體并以垂直運動為主，翻滾跳躍而下，這種現象或運動稱為崩塌。(按崩塌的規模，可分為山崩和墜石。按物質成分，可分為巖崩和土崩)

條件：

(1)地層巖性條件——厚層狀硬脆性巖體?；規r、砂巖、石英巖等厚層硬脆性巖石常能形成高陡的斜坡，其前緣常由于卸荷裂隙的發育而形成陡而深的張裂縫，并與其它結構而組合，逐漸發展而形成連續貫通的分離面，在觸發因素作用下發生崩塌。

(2)巖體結構條件——節理裂隙(二組或二組以上陡傾節理)。硬脆性巖石中往往發育兩組或兩組以上陡傾節理，其中與坡面平行的一組常演化為張裂縫。

(3)地形條件——地形切割強烈，高差大，發生崩塌的地面坡度一般大于45º，而大部分分布在大于60º的斜坡上。

(4)外力條件——風化作用、靜水壓力、震動、凍脹作用等。

基本特征

(1)一般發生在高陡斜坡的坡肩部位

(2)質點位移矢量鉛直方向較水平方向要大得多

(3)崩塌發生時無依附面

(4)往往是突然發生的，運動快速

(5)崩塌具有多發性的特點，即發生過崩塌的地方，仍可能再次發生崩塌。

5.崩塌與滑坡的差異性和共同點

一、差異性

(1)滑坡沿滑動面滑動，滑體的整體較好，有一定外部形態。而崩塌則無滑動面，堆積物結構零亂，多呈錐形。

(2)崩塌以垂直運動為主，滑坡多以水平運動為主。

(3)崩塌的破壞作用都是急劇的，短促的和強烈的?；�坡作用多數也很急�?、短促、猛烈，有的則相對較緩慢。

(4)崩塌一般都發生在地形坡度大于50度，高度大于30米以上的高陡邊坡上，滑坡多出現在坡度50度以下的斜坡上。

二、共同點和聯系

(1)崩塌與滑坡均為斜坡上的巖土體遭受破壞而失穩向坡腳方向的運動。

(2)常在相同的或近似的地質環境條件下伴生。

(3)崩塌、滑坡可以相互包含或轉化，如大滑坡體前緣的崩塌和崩塌堆載而形成的滑坡。

6.滑坡的概念、形態要素

概念：

斜坡巖土體在重力等因素作用下，依附滑動面(帶)產生的向坡外以水平運動為主的運動或現象。

形態要素：

滑動面(帶)、滑坡體、滑坡周界、滑床、滑坡前緣(滑坡舌)、滑坡壁、主滑線、 滑坡臺階、滑坡洼地、滑坡裂縫

7.識別滑坡的方法與標志

識別方法：

利用遙感資料，如航片、彩虹外照片來解釋;通過地面調查測繪來解決;采用勘探方法來查明。

識別標志：

(1)地形地貌方面：滑坡形態特征、階地、夷平面高程對比。

(2)地質構造方面：滑體上產生小型褶曲和斷裂現象;滑體結構松散、破碎。

(3)水文地質方面：結構破碎→ 透水性增高→ 地下水徑流條件改變→ 滑體表面出現積水洼地或

濕地，泉的出現。

(4)植被方面：馬刀樹、醉漢林。

(5)滑動面的鑒別：a.勘探：鉆探 b.變形監測：鉆孔傾斜儀。

8.滑坡的分類 (重點：一、二類)

一、按滑坡動力學性質

可分為：推動式、牽引式、平移式、混合式。

推動式滑坡：始滑部位位于上部。主要是由斜坡上部張裂隙發育或因堆積重物和在坡上進行建筑，引起上部失穩滑動而推動下部滑動。

平移式滑坡：滑動面較平緩，始滑部位分布于滑動面的許多點。

牽引式滑坡：始滑部位位于下部，首先是下部開始滑動，然后向上擴展，引起由下而上的滑動，主要是由于坡底受到河水沖刷或人工開挖引起的。

混合式滑坡：始滑部位上下結合，共同作用。其比較常見。

二、按滑動面和層面的關系

可分為：均質滑坡(無層滑坡)、順層滑坡、切層滑坡

均質滑坡：發生在均質或沒有明顯層理的巖體或土體中的滑坡，滑動面不受層面的控制。

順層滑坡：沿著巖層層面發生滑動，尤其是有軟弱巖層存在時。

切層滑坡：滑坡面切過巖層面。

三、按時代分：新滑坡，老滑坡，古滑坡，始滑坡

四、按巖土體類型分：粘性土滑坡，黃土滑坡，堆填土滑坡，堆積土滑坡，破碎巖石滑坡，巖石滑坡。

9.影響斜坡穩定性的因素

內在因素：巖土類型及性質、地質構造、地形地貌、水文地質等。

外在因素：振動作用(如地震)、降水(雨、雪)、水庫蓄水、人類活動(開挖、加載，植被、水等)風化、剝蝕作用等。

一、巖土體的類型及性質(決定抗滑力的根本因素)

(1)坡形相同的情況下：堅硬巖石斜坡>半堅硬巖石>松散土坡;

(2)沉積巖：層理--軟弱夾層;

(3)巖漿巖：原生節理發育，與巖石強度和風化作用有關;

(3)變質巖：由于礦物成分的差異導致工程地質性質的差異(石英巖、泥巖);

(4)滑坡往往集中在某些特定的巖層中-易滑巖組;

(5)對于同一種成因類型的巖層，組成巖石的礦物成分及膠結物不同，其穩定性不同：硅質膠結>鈣質膠結>泥質膠結。

二、地質結構(巖體結構及地質構造)

(1)結構面—結構面的產狀、力學性質、規模;

(2)沉積巖地區：特大型的滑坡主要與層面構造有關在褶皺的兩翼部位，結構面往往形成上陡下緩的勺形沿著大的構造斷裂帶，滑坡往往呈帶狀分布按結構面的產狀與臨空面的關系，可分為：

平迭坡：主要軟弱結構面為水平的;

逆向坡：主要軟弱結構面的傾向與坡面的傾向相反;

順向坡：主要軟弱結構面的傾向與坡面的傾向一致(傾角α小于坡角β時最易發生滑坡);

斜交坡：主要軟弱結構面與坡面成斜交關系。其交角越小，穩定性就越差;

橫交坡：主要軟弱結構面的走向與坡面走向近于垂直，穩定性較好，很少發生大規模的滑坡。

三、地形地貌：斜坡坡度越大，切割深度越深，斜坡穩定性越差。

四、地震：產生附加應力。

五、水的作用：(1)水平推力--側向水壓力;(2)浮托力、動水壓力--減小滑動面上的有效應力;(3)軟化效應--空隙水壓力降低巖土體的抗剪強度;(4)動水壓力;(5)沖刷、掏

空作用。

六、人類活動的影響：人工加載、采礦掏挖坡角、人工邊坡開挖等。

10.斜坡穩定性評價的基本方法

斜坡穩定性評價方法可分為兩大類：定性評價和定量評價。

一、定性評價

(1)成因歷史分析法：通過研究斜坡形成的地質歷史和所處的自然地質環境，斜坡外形和地質結構，變形破壞形跡，以及影響斜坡穩定性的各種因素特征的相互關系，從而對它的演變階段和穩定狀況作出宏觀評價。

(2)工程地質類比法：類比法就是將所要研究的斜坡或擬設計的人工邊坡與已經研究過的斜坡或人工邊坡進行類比，以評價其穩定性及其可能的變形破壞方式，并確定其極限坡角和坡高。

(3)赤平投影圖解分析法：從二維平面圖形表達物體幾何要素的空間方位，并方便地求得它們之間的夾角與組合關系。在斜坡穩定性研究中，能表示出可能滑移面與坡面的空間關系及其穩定性，所以被人們廣泛采用。

二、定量評價

(1)剛體極限平衡法：只考慮破壞面的極限平衡狀態，其破壞遵循庫倫依據，將斜坡破壞問題簡化為平面問題處理。

(2)有限單元法：通過離散化,將坡體變換成離散的單元組合體。

(3)概率分析法：采用剛體極限平衡理論的斜坡穩定性分析方法，要引入穩定性系數的概念，而客觀上的穩定性系數也為隨機變量。

11.剛體極限平衡法的概念、評價思路、基本原理(重點：評價思路、原理)

概念：

將可能滑動的巖體作為剛體，采用極限平衡原理，計算沿滑坡推力E 的定義是總的下滑力(ΣT)與總的抗滑力(ΣRs)之間的差值，表達式為：E=ΣT-ΣRs。當E=0 時，為極限平衡狀態。

剛體極限平衡法評價的思路：

(1)可能破壞巖土體的幾何邊界條件分析

(2)受力條件分析

(3)確定計算參數

(4)計算穩定性系數

(5)確定安全系數進行穩定性評價

基本原理：

假設前提：

(1)只考慮破壞面上的極限破壞狀態，而不考慮巖土體的變形。即視巖土體為剛體。

(2)破壞面上的強度由C、φ值決定，遵循強度判據。

(3)滑體中的壓力以正壓力和剪應力的形式集中作用于滑面上，均視為集中力。

(4)三維問題簡化為二維(平面)問題來求解。

12.滑坡防治的基本原則、防治措施(重點：防治措施)

基本原則：

以防為主，治理為輔。應該把防災貫穿到工程建設的各個環節，在工程規劃選址、設計、施工各階段均應注重防災減災。

防治措施：

一、擋土抗滑工程：

(1)擋墻;(2)抗滑樁;(3) 錨桿( 索);(3)支撐。

二、表里排水：包括排除地表水和地下水。

三、削坡減載：這種措施的目的是為了降低坡體的下滑力，其主要的方法是將較陡的邊坡減緩或將滑

坡體后緣的巖土體削去一部分。

四、防沖護坡：為防止斜坡被河水沖刷或海、湖、水庫水的波浪沖蝕，一般修筑導流堤、水下防波堤、

丁壩以及砌石、拋石、草皮護坡等措施。

五、土質改良：土質改良的目的在于提高巖土體的抗滑能力，主要用于土體性質的改善。

六、防御繞避：當線路工程(如鐵路、公路)遇到嚴重不穩定斜坡地段，處理又很困難時，則可采用防

御繞避措施。其具體工程措施有:明硐和御塌棚及內移、作隧、外移作橋等。

上述各項措施，可歸納為“擋、排、削、護、改、繞”六字方針。

13.滑坡空間預測、時間預報的基本原理

空間預測：(可劃分：區域性預測、地區性預測、場地預測)

主要是通過滑坡條件分析，確定出對滑坡作用有利的因素組合，根據這些有利因素組合來預測區域上某斜坡段將來產生滑坡的可能性，圈定出可能產生滑坡變形的范圍。其理論基礎為工程地質類比法。

預測的方法：因子疊加法、綜合指標法

時間預報：(可劃分：區域性中長期預報、場地性短期預報)

其原理主要是巖土體蠕變(流變)理論。預報的方法：根據宏觀征兆預報、根據觀測資料預報。