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1、6 4斜坡与边坡地质作用 6 4 1斜坡与边坡地质作用的类型 1 有关概念 斜坡 自然形成 向一个方向倾斜的地段 边坡 人为造成的向一个方向倾斜的地段 简单斜坡或边坡要素 斜坡和边坡本身 地表的倾斜地段 坡缘 坡地上限 斜坡面与上方地面交线 坡脚 坡地下限 斜坡面与下方地面交线 坡麓 与坡脚毗邻的面 斜坡高度 斜坡平距 任意坡角 平均坡角 边坡形态规则 坡度较大 而斜坡形态不规则 坡度不一 没有下限 2 斜坡运动的分类斜坡或边坡的地质作用表现为斜坡岩土体的向下运动 它改变着斜坡的外貌 使之逐渐变缓 斜坡的每一种分类方法都涉及斜坡的识别 避绕 防治 整治和其它相关特征 因用途不同标准各异 常用的
2、分类标志有 移动形式 物质种类 移动速率等 采用D varnes滑坡分类为国际标准 该方案综合考虑了斜坡的物质组成和运动方式两方面 前者分为岩质和土质斜坡 后者分为崩落 倒塌 滑动 侧向扩展和流动5种 两者还可组合成复合类型 崩落 任意大小的块体沿没有剪切位移的面分离 自由跌落 崩塌 弹跳或翻滚 速度极快 事先的微小运动或有或无 倒塌 在重力 邻近块体作用力或裂缝中流体的影响下绕其下方或某个支点向前翻转 滑动 剪应变和位移造成的运动 运动面可以推断 发生在相对较窄的区域内 运动可能是渐进的 从局部破坏区逐步扩展 旋转滑动 沿着向上凹的弧形破裂面滑动 曲率常不均匀 形状受断层 节理 层理或其它不
3、连续面的影响 当假定破裂面为某一形状进行斜坡稳定性分析时必须考虑这些不连续面的影响 平移滑动 在结构上常受软弱面如断层 节理 层理和层状沉积岩以及坚硬基岩和岩屑盖层间接触面的控制 扩展运动 主要是侧向延伸 伴随着剪切和拉伸裂缝 因下层材料的液化或塑性流动 在岩土体里 它可能还包括断裂和粘性材料的拉伸 互相粘结的上部块体可能下沉 移动 旋转 分离或液化和流动 破坏机理不仅包括旋转和移动 还有流动 因此某些侧向扩展破坏可看作复合型 流动 岩土体在空间上的连续变形 复合移动 上述主要类型中一个或多个的组合 可在滑坡体的不同部分也可在滑动的不同阶段组合 斜坡块体运动主要类型示意图a 山崩 崩塌 b 滑
4、坡 c 错落 d 倾倒 e 坍塌 f 岩体深层蠕变 崩塌 崩塌 陡峻的斜坡上 被裂隙切割的岩块 在重力的作用下突然脱离母岩向下倾倒 翻滚 坠落的现象 产生条件 1 地形地貌条件 斜坡高度大于30m 坡度大于450 坡面凹凸不平 且上陡下缓 高而陡的斜坡上 2 岩性条件 坚硬 厚层状的岩石 如砾岩 砂岩 富含石英的变质岩 石灰岩和喷出岩多形成高陡的斜坡 当其岩层节理裂隙发育时 地质构造条件 节理面 断层面 岩层层面的倾斜方向和山坡倾向一致 同时倾角小于山坡的坡角 崩塌的防治措施 1 可采取爆破方法削缓陡崖 清除易坠的岩石 或堵塞裂隙 裂隙内灌浆 采用锚杆或锚索加固 使危岩稳定 2 可在坡脚或半坡
5、设置挡石墙和挡石网 可修明洞 御坍棚等防崩塌构筑物 P80图6 23 3 崩塌区有地表水 在其上方修截水沟或在坡面上喷浆 以避免岩石强度变化和防止差异风化 P80图6 24 泥石流 由暴雨或融雪所激发 泥 砂 石块等固体碎屑与水共同在重力作用下发生的暂时性洪流 特点 爆发突然 速度快 破坏力强 形成条件 1 地形条件 从上游到下游可分为形成区 流通区和堆积区 P80图6 25 2 地质条件 多在地质构造复杂 断层节理发育 新构造运动强烈 地震活动频繁地区3 水文气象条件 暴雨和高山冰川积雪的急剧消融 为形成泥石流提供了充足水源 4 人为因素 滥伐山林造成地表水土流失 采矿 采石 修路弃渣堆石
6、为泥石流提供丰富物质来源 促使其爆发频率急剧增加 泥石流的分类 按物质组成分为泥流 泥石流 水石流 按流体性质分为 粘性泥石流 稀性泥石流泥石流的防治1 保持水土 封山育林 植树种草 排水挡土 2 拦截 建拦截坝 修筑挡墙 半截堰堤 3 排导 可采用导流堤 急流槽 排导沟等措施使泥石流顺利排走 地震激发地质灾害 强烈的地震作用会引起边坡松动 失稳 发生滑坡 崩塌以及泥石流 堰塞湖等地质灾害 6 4 2滑坡及其工程地质勘测1 滑坡的特征滑坡是斜坡上土体 岩体或其它碎屑堆积物沿一定的滑动面作整体下滑的现象 滑坡体 向下滑动的岩土体 大小不一 滑动面和滑动带 动体与不动体之间的分界面 均质土体中近似
7、圆弧形 一个或几个 有主支之分 其上受滑动揉皱的地带称滑动带 滑坡壁 滑坡体与坡上方未动岩土体之间的围椅状分界面 坡度60 80 陡峻 常产生崩塌 滑坡台阶 滑坡体各段移动速度的差异产生分支滑动面 滑坡体分裂成几个滑坡台阶 皆向内倾斜呈反坡地形 滑坡舌 滑坡体的前缘突起部分称为滑坡舌 被动土体 滑坡体后部称为主动土体 滑坡鼓丘 在滑动过程中 滑坡舌因受阻 挤压而鼓起 称鼓丘 滑坡裂缝 环状拉张裂缝 分布在滑坡壁后缘 与滑坡壁方向大致吻合 因滑坡体向下滑动的拉力而产生 拉张裂缝的出现是滑坡的预兆 剪切裂缝 分布在滑坡的中部和两侧 动土与不动土相对移动造成 常伴羽状裂缝 鼓张裂缝 分布在舌部 因下
8、滑受阻 土体隆起成张拉裂缝 方向垂直于滑动方向 羽状张裂缝 在滑坡体最前缘 因滑坡舌向两侧扩展而形成的扇状或放射状张裂缝 见P81图6 26 2 影响滑坡的因素 岩性主要发生在松散堆积层中 主要与粘土有关 如蒙脱石 伊利石和高岭土等 尤以蒙脱石影响最大 滑动面主要在粘土夹层中 基岩中相对较少 主要与千枚岩 页岩 泥灰岩 云母片岩 绿泥石片岩等遇水软化的岩石有关 构造 软弱结构面 顺坡层面 节理面 断层面 不整合面 断层面及劈理页理面等等 上部透水层与下部不透水层的组合 地貌 与临空面 坡度 坡地基部受冲刷等因素有关 河流及沟谷流水冲刷是诱发因素 气候 与降雨和温度有关 尤其是前者 另外还与冻融
9、有关 地下水 滑坡多沿饱含地下水的岩体软弱面发生 包括许多复杂过程 水的渗入消除了颗粒间的吸附力 水溶解了胶结物 使颗粒丧失粘结力 增加单位体积的重量 加大剪应力 使潜水面上升 增加孔隙水压力 对潜在破裂面上的岩土体起浮托作用 降低破裂面上的正应力 抗剪强度减小 节理面的存在使下伏含粘土的隔水层在流水作用下软化 促进滑动 地震 通过松动斜坡岩土体结构 造成破裂面 引起软弱面错位等方式 降低斜坡的稳定性 地震可产生触发效应 人为因素 人工边坡过陡 大爆破施工 工程建筑载荷 集水建筑物漏水 护坡无排水或排水不当等 影响斜坡稳定性的因素有很多 大致可分为可逆因素 降雨等 和不可逆因素 地下水潜蚀等
10、做到在前者情况下不失稳 后者设法使之不发生 分清主次因素 相应防治 3 滑坡的发展阶段 蠕动变形阶段 微小滑动的积累 变形逐渐发展 出现断续的拉张裂缝 渗水作用加强 规模越大 此阶段时间越长 剧烈滑动阶段 岩土体完全破裂 滑动面已形成 滑体与滑床完全分离 后缘拉张主裂缝连成整体 两侧羽状裂缝撕开 前缘形成放射状鼓张裂缝 挤压鼓丘 持续时间短速度快 渐趋稳定阶段 能量消耗怠尽 位移速度变慢 趋于稳定 岩土体逐渐压实 地表裂缝逐渐愈合 可延续数年之久 还可重新活动 4 滑坡的工程地质勘察 测绘与调查 收集滑坡历史 易滑地层分布 气象 工程地质图 地质构造图等 了解地貌形态与演变 圈定滑坡要素及范围
11、 查明滑坡带水和地下水及各种水体的变迁 建筑物和树木的变形 位移 时间 特点和过程 勘探 物探 坑探 钻探 查明滑坡体范围 厚度 物质组成 滑动面个数及形状 各滑动带的物质组成 地下水含水层的层数 分布 来源 动态及各含水层的水力联系等 室内及野外试验 地下水水样 侵蚀性和补给来源 和岩土样 重度 内聚力 内摩擦角 的测试 滑坡的观察 滑坡动态观测和地下水观测 观测滑坡体移动速度 方向等资料 分析滑坡活动规律等 老滑坡前部挖方导致滑坡复活 云南元磨高速公路 堆填路堤引起滑坡 海石湾滑坡 由堆载 灌水引起 6 4 3斜坡稳定性评价 对与人类工程活动有关的天然斜坡或已建成的人工边坡的稳定性和演化趋
12、势作评价预测 为设计合理的边坡和整治斜坡的措施提供设计依据 1 地质分析法结合周边环境认识其发育历史和规律 并评价其稳定性 根据地貌形态演变判断斜坡的稳定性 从分析滑动因素的变化判断滑坡的稳定性 从观测滑动前的迹象方面判断 采用工程地质类比法 2 理论计算法将土力学 岩石力学 弹塑性力学 断裂力学 损伤力学等多种力学和数学计算方法应用于斜坡稳定性的定量评价 平移滑动斜坡稳定性计算H c和2 1 2之间可以建立一定的曲线关系 已知坡角 求在保证指定K值条件下的坡高 已知坡高 求在保证指定K值条件下的坡角 弧形滑移面的斜坡稳定性计算 3 岩坡稳定性的优势面分析理论优势面 对岩体稳定性起控制作用的结
13、构面 优势面控制着岩坡变形的边界 优势面组合决定了岩体的变形和破坏模式 故优势面具有控制边坡稳定性的作用 各种敏感因素通过优势面起作用 各种处理措施都是致力于消除优势面的导滑作用 优势面控灾和减灾防灾理论 土体接触面 间断面 裂隙面 风化面等都可构成失稳优势面 确定地质优势面和统计优势面 找出影响岩坡稳定性的真正优势面 通过组合分析 获得研究边坡稳定性的地质模型 物理模型和系统分析模型 综合得出工程地质模型 最后建立相应的数学模型 6 4 4斜坡变形破坏的防治1 防治原则 防患于未然 正确选择建筑场地 合理制定人工边坡的布置和开挖方案 查清可能导致天然斜坡或人工边坡稳定性下降的因素 采取必要措
14、施事前加以消除或改变 针对已出现的变形破坏情况 及时采取必要的增强稳定性的措施 截断和排出所有流入滑坡范围的地表水 抽出所有在滑坡范围内的井中地下水和排去所有积水洼地的水 填塞和夯实所有的裂缝 防止表面水渗入 考虑工程的重要性是制定整治方案必须遵循的经济原则 选择治 治重点 2 防治措施 排水 滑体外的地表水 拦截和旁引 滑体中的地下水 用水平排水廊道或竖向排水井排水 降低下滑力 增加抗滑力 刷方减重 砍头压脚 修建支挡建筑物 其基础必须在滑移面以下 锚杆加固 对岩质斜坡 改变滑带土的性质 水泥或化学灌浆 岩质斜坡 电化学加固法 冻结法 焙烧法 土质斜坡 P87图6 32 6 5海岸带的地质作
15、用海岸带 海洋与陆地的接触带 分为海岸 潮间带和水下岸坡三部分 后被海岸海洋取代 6 5 1海岸带的水动力特征1 波浪作用 破浪区不对称浪区对称浪区 大于1 2波长区 破浪 波浪的变形和破碎 水质点运动的轨迹是由深水区的圆形转变为浅水区的上凸下扁的椭圆形 产生了波浪前坡陡后坡缓的形态 越近岸越明显 最终导致波浪的破碎 破浪处水深相当于1 2个波高 陡岸波峰倾倒 能量集中 破坏性大 缓岸受海底摩阻 能量逐步消耗 破浪点遭受的破坏最大 波浪破碎后形成进流和回流 波浪的折射 深水区到浅水区 波浪发生折射 其使波峰线有转向与等深线一致的趋势 波射线在海水迅速变浅的岬角处辐聚 在海水较浅的海湾处辐散 2
16、 潮汐作用潮汐分海面垂直涨落 潮汐 与海水水平流动 潮流 潮汐所引起的海面涨落 使波浪的作用范围扩大但作用时间缩短 3 海流作用海流由盛行风向和因海水温度和盐度不同而产生的密度差异引起的海水流动 近岸区流速较小 风成海流只能搬运细粒泥砂 但沿岸区常有激浪流 潮流 风成海流构成的综合性海流 这种海流对泥沙搬运和海岸地貌的塑造有极大的作用 由季节风形成的沿岸流对所经海岸区域的海岸地貌发育有明显的影响 6 5 2海岸地貌1 海蚀地貌 海蚀作用 水体本身的压力和被压缩的空气 对海岸产生强烈的破坏 力量可达0 3MN m2甚至0 6MN m2 将水和空气压入岩体裂隙中 使其开裂松动 被掏蚀崩落 海蚀地貌 海蚀崖 海蚀台 海蚀穴 2 海积地貌 泥沙横向运动所形成的地貌 波筑台与水下堆积阶地 海滩与滨岸堤 离岸堤与泻湖 水下砂坝与砂咀 泥沙纵向运动对岸边的改造作用 边岸形态的影响 岸区地质结构的影响 6 5 3沿岸建筑物的防护措施护岸护港有两方面的含义 免受冲刷 保证建筑物安全 防止淤积 使潮汐电站等正常运行 1 根据海岸侵蚀 堆积的规律设置水工建筑物 破浪堤 设置在水下岸坡上 与岸线近平行 距岸3
