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1、第1章 绪 论,本章重点（1）边坡失稳与滑坡 的定义（2）边坡形态与分类（3）边坡工程的地质勘探,1.1 概 述 1.1.1边坡失稳与滑坡 边坡是自然或人工形成的斜坡，是人类工程活动中最基本的地质环境之一，也是工程建设中最常见的工程形式。作为全球性三大地质灾害(地震、洪水、崩塌滑坡泥石流)之一的边坡失稳塌滑严重危及到国家财产和人们的生命安全。随着我国基础建设的大力发展，在矿山、水利、交通等部门都涉及到大量的边坡问题，因此对边坡的正确认识，合理地设 计、适当的治理，把边坡失稳造成的灾害降低到最低限度，是岩土工程界的学者和工程设计人员必须考虑的问题 。,边坡：具有倾斜坡面的岩土体。 土坡：具有倾斜
2、坡面的土体。 边坡种类：天然边坡、人工边坡。,均质粘性土：光滑曲面 （圆柱面/圆弧）,非均质的多层土或含软弱夹层的土坡: 复合滑动面,无粘性土:平面,假定：平面应变问题,边坡是否稳定受多种因数的影响，主要有：(1)岩土性质的影响，包括岩土的坚硬程度、抗风化能力、抗软化能力、强度、组成、透水性等；(2)岩层的构造与结构的影响，表现在节理裂隙的发育程度及其分布规律、结构面的胶结情况、软弱面和破碎带的分布与边坡的关系、下伏岩土界面的形态以及坡向坡角等；(3)水文地质条件的影响，包括地下水的埋藏条件、地下水的流动及动态变化等；(4)地貌因数，如边坡的高度、坡度和形态等；(5)风化作用的影响，主要体现为
3、风化作用将减弱岩土的强度，改变地下水的动态；(6)气候作用的影响，气候引起岩土风化速度、风化厚度以及岩石风化后的机械、化学变化，同时引起地下水(降水)作用的变化；,(7)地震作用除了使岩土体增加下滑力外，还常常引起孔隙水压力的增加和岩土体的强度的降低；另外人类活动的开挖、填筑和堆载等人为因数同样可能造成边坡的失稳。边坡在自然与人为因素作用下的破坏形式主要表现为滑坡、滑塌、崩塌和剥落。滑坡(slides)是斜坡部分岩土体在重力作用下，沿一定的软弱面，缓慢地整体向下移动，具有蠕动变形、滑动破坏和渐趋稳定三个阶段，有时也具有高速急剧移动现象。滑塌(slipslumps)是因开挖、填筑、堆载引起斜坡的
4、滑动或塌落，一般较突然，粘性土类边坡有时也会出现一个变形发展过程。,崩塌(fallslumps)是整个岩土体块脱离母体，突然从较陡的斜坡上崩落、翻转、跳跃、堆落在坡脚，规模巨大的称为山崩，规模较小的称为塌方。剥落(falls)是斜坡岩土长期遭受风化、侵蚀，在冲刷和重力作用下，岩(土)屑(块)不断沿斜坡滚落堆积在坡脚。边坡失稳破坏产生的滑坡、滑动、沉陷、泥石流、岩崩，这些在表面上看似斜坡岩土体运动的不同表现形式，但随时都有可能带来严重的破坏，甚至是灾难。,1.1.2边坡形态与分类在实际工程中，为满足不同工程用途的需要，边坡设计形态多种多样，边坡的分类通常有以下几种： (1)按照边坡的成因可分为天
5、然边坡和人工边坡。天然边坡是自然形成的山坡和江河湖海的岸坡。 (2)按照构成边坡坡体的岩土性质可分为粘性土类边坡、碎石类边坡、黄土类边坡和岩石类边坡。 (3)按照边坡的稳定性程度可分为稳定性边坡、基本稳定边坡、欠稳定边坡和不稳定边坡。这种分类方法一般根据边坡的稳定性系数的大小进行划分，但无严格的规定。 (4)按照边坡的高度分类，边坡高度大于l5m称为高边坡，小于l5m称为一般边坡。,(5)根据边坡的断面形式可分为直立式边坡、倾斜式边坡和台阶形边坡，如图l.1所示。根据这三种形式可构成复合形式的边坡，如图l.2所示。边坡横断面外形和各部位名称如图1.3所示。 (6)根据使用年限分为临时性边坡和永
6、久性边坡。临时性边坡是指工作年限不超过两年的边坡；永久性边坡是指工作年限超过两年的边坡。 除了上述分类方法外，边坡还可以根据支护结构形式进行分类。 在实际工程中，由于设计或施工不当，或因地质条件的特殊复杂性难以预计，边坡中一部分坡体相对于另一部份坡体产生相对位移以至丧失原有稳定性，从而形成滑坡，其滑动形式可用图l.4表示。,复合边坡形态,牵引式滑坡主要是由于边坡开挖卸载，坡体内部应力释放，原有平衡状态被打破，在坡顶后缘一定位置处产生拉裂缝，随着边坡开挖深度的增加，裂缝逐渐向后发展，滑动面位置相应由浅部向深部发展。推移式滑坡主要是由于整个路堤(或堤坝、土堤等)向下滑动，推动坡体变形或破坏，坡顶出
7、现明显的下沉，并出现拉裂缝，形成台阶；坡脚附近的地面有较大的侧向位移并向上隆起。而整体式滑坡则是由于坡体开挖或填筑，破坏了整个古滑坡体的平衡状态，致使整个古滑坡体复活，在整个坡面上均出现大小不同的拉裂缝，坡脚产生明显的向上隆起。,边坡的安全等级的划分是根据边坡破坏后造成的损失的严重性、边坡的类型及坡高等因素确定的，它是边坡工程设计和施工中根据不同的地质环境条件及工程具体情况加以区别对待的重要标准。根据建筑边坡支护技术规范，边坡的安全等级划分为三级，如表1.1所示。,天然边坡,江、河、湖、海岸坡,贵州洪家渡,天然边坡,山、岭、丘、岗、天然坡,露天矿,人工边坡,挖方：沟、渠、坑、池,小浪底土石坝,
8、人工边坡,填方：堤、坝、路基、堆料,天生桥一级面板堆石坝,紫坪铺水库2号泄洪洞出口滑坡,云南徐村水电站溢洪道土坡滑坡,1.1.3边坡稳定性研究的发展边坡研究的基础理论是建立在土力学和岩石力学之上的，所以土力学和岩石力学的成就与发展决定了对边坡研究的完善程度。二次世界大战前后，边坡问题的研究尚属土力学的研究范畴，边坡稳定性分析方法主要借鉴土力学的研究成果，例如l916年由Prantle提出，Fellenius和Taylor(1922)发展的圆弧滑动法、1955年的Bishop条分法、l954年的Janbu条分法和20世纪70年代的王复来分析方法等形成极限平衡理论，是建立在刚塑性体模型基础上的破坏
9、理论，是古典土力学解决土质边坡稳定性的核心。而现代土力学致力于土体真实破坏过程的理论研究，它的建立可能要运用到损伤力学、细观力学和分形理论等现代力学分支，最后要完成对边坡破坏过程的数学模拟。,进入20世纪90年代，边坡问题的研究将传统的边坡工程地质学、现代岩土力学和现代数学力学相结合，形成了所谓的现代边坡工程学；各种现代科学的新技术，如系统工程论、数量理论、信息理论、模糊数学、灰色理论、现代概率统计理论、耗散论、协同学、突变理论、混池理论、分形理论等不断用于边坡问题研究中，从而给边坡的稳定性研究提供了新理论、新方法。,综上所述，不难发现，目前边坡稳定性研究已有了相当的水平与规模。边坡作为一个系
10、统工程，其发展过程可表述为5个阶段，即借助于古典土力学的稳定性分析阶段、50年代偏重于稳定性描述与分析的地质历史分析阶段、60年代考虑时效过程的稳定性分析阶段、80年代后期以数值模拟、模型试验为主的半定量分析阶段和90年代以后的现代边坡工程学阶段。,1.1.4边坡处治技术的发展边坡治理是一项技术复杂、施工困难的灾害防治工程。近年来，随着高速公路建设事业的迅速发展，以及大型重点工程项目的日益增多，边坡治理总是越来越突出。在20世纪90年代，压力注浆加固手段及框架锚固结构越来越多地用于边坡处治，尤其是用于高边坡的处治防护工程中。它是一种边坡的深层加固处治技术，能解决边坡的深层加固及稳定性问题，达到
11、根治边坡的目的，因而是一种极具广泛应用前景的高边坡处治技术。,目前可供采用的边坡加固措施很多，有削坡减载技术、排水与截水措施、锚固措施、混凝土抗剪结构措施、支挡措施、压坡措施以及植物框格护坡、护面等，在边坡治理工程中强调多措施综合治理的原则，以加强边坡的稳定性。然而随着工程建设规模的不断增大，边坡高度增高，复杂性增大，对边坡的处治技术要求也越来越高。如采矿边坡可达300500m，在新西兰已达1000m；举世瞩目的长江三峡工程，其双线连续五级船闸是世界上规模最大的船闸，位于山顶劈岭下切的岩槽中，土石方开挖量达3700万立方米，形成的花岗岩体高边坡高度达l70多米，且下部为5060m的直立岩墙，在
12、边坡加固中仅锚杆用量就达18万多根。可以预见，随着科学技术的发展，边坡处治技术将得到进一步的发展，并逐步走向完善。,1.2边坡工程的地质勘探边坡工程的地质勘察主要目的是查明边坡的工程地质条件、确定边坡的类型和破坏模式、为边坡稳定性分析和设计计算提供必备的参数，同时给出不稳定边坡的整治建议措施。其具体内容包括地形地貌特征、地层结构特征、地质构造、地下水、地震、边坡岩土体的物理力学参数、边坡的稳定性现状及边坡邻近的建筑物情况。边坡勘察应根据不同的阶段布置不同的勘察工作；通常在初步勘察阶段要求在收集已有的地质资料的基础上，进行工程地质测绘、勘探和试验工作，通过分析边坡的变形机制，以达到初步评价边坡稳
13、定性的目的。而详细勘察则是对经过初勘发现不稳定或稳定性差的边坡及其邻近地段进行工程地质测绘、勘探、测试和分析计算，提出边坡计算参数，作出边坡的稳定性评价。施工勘察主要是对前阶段勘察的补充。不同阶段勘察中采用的勘察手段所占工作量是不同的，应当符合相关规范的要求。,1.2.1边坡勘察中的地质测绘边坡工程地质测绘的主要任务是在图上如实反映出边坡的地形、地貌、地物特征以及结构面的产状和性质等。边坡地形复杂，起伏高差大。边坡测绘时，应尽量以导线点作测站。当导线点作测站测绘范围受到限制时，可根据导线点用视距法或交会法设置独立地形转点。在地物、地貌复杂处，可连续设置第二个地形转点。边坡测绘范围应超出工程处治
14、范围一定距离，一般为20m。地形图所用比例尺一般不小于1：500。边坡横断面地形图测绘通常每隔20m一道。当地形复杂变化较大时，在地形变化特征点处应加测横断面地形图。横断面地形图所用比例尺通常不小于l：200。,1.2.2边坡工程地质勘探手段仅通过工程地质测绘是难于查明边坡的工程地质条件的，所以在边坡的工程地质勘察中必须采用地质勘探工作。边坡工程地质勘探工作的首要任务就是要全面查明边坡的工程地质条件，包括地质构造、地貌特征及其成因、滑动面形状特征以及水文地质条件，其次就是为测定边坡岩土的物理力学性质、地下水运动规律准备条件。勘探的主要手段有钻探、探井、探槽和物探等。,1)钻探通过钻探，可揭示边
15、坡各地层的厚度、位置、产状。根据钻孔取芯试样的分析，可进一步确定出各地层的物质成分、物理力学性质。为鉴别和划分地层，钻孔直径不宜过小，须满足试验对取样尺寸的要求。2)探井探井比钻探更直观、更能准确地揭示边坡各地层的厚度、位置、产状、结构组成情况。探井的深度受施工难易程度的限制，不及钻探所能达到的深度，成本也比钻探高得多。3)探槽 在边坡顶部滑动面边缘附近下部剪出口附近，滑动面位置较浅，可利用槽探手段揭示滑动面在边缘或剪出口部位处的形态特征及相应地层的情况。,4)物探物探(又称地球物理勘探)应在工程地质测绘和钻探的相互配合下进行，可作为一种辅助性勘探手段。物探方法可根据工程要求、探测对象的地球物
16、理特性和场地地形地质条件等因素确定。选择物探方法时，应充分考虑边坡场地的地形起伏、表土层的均匀性和各向异性、场地附近有无对物探工作造成干扰的因素(如变电设备、高压电线、地下金属管道、机械振动)等场地条件的适宜性。,1.2.3边坡工程地质试验测绘、勘探只能查明边坡中土石的结构和地下水位等问题，要定量地测定边坡中土石和地下水各种性能指标，则必须由室内实验和野外试验工作来完成。野外试验工作能在天然条件下测定边坡土石的各种性能，其所得资料比在实验室内用小块土石试样所得资料更符合实际情况，更能反映岩土体由于裂隙、软弱夹层及层理等的切割而造成的非均质性及各向异位，但是这类工作需要较大型设备，费时而且成本高
17、昂，所以一般多在后期勘察阶段中采用，即主要应在详细勘察阶段进行，以便为详细设计计算提供指标。初步勘察阶段也要进行相当数量的这类工作，但所得数据主要是用于初步评价边坡的稳定性。在补充勘察阶段中，为了补充前一阶段工作之不足也进行一定量的实验室实验及野外试验工作。,工程地质勘察中常用的野外测试工作大致可分成4大类，亦即岩土力学性质的试验、岩体中应力测量、水文地质试验和改善岩石性能的试验等。土石力学性质野外测定包括疏松土和坚硬岩石的强度和变形性能的野外测定。岩体中应力测量不仅要测定岩体的原有应力状态，同时还要测定工程活动过程中应力的变化，一般对于大型边坡才进行。水文地质试验包括测定地下水的流动途径、渗水、钻孔注水、压水、抽水试验测定土石的渗透性等。在一般边坡的治理工程中，对于边坡岩土体的试验通常仅考虑下列项目的试验。,
