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1、第14章 斜坡稳定问题 14.1 概述 斜坡是指地壳表部一切具有侧向临空面的地质体，是地表广泛分布的一种地貌形式。斜坡一般可分为天然斜坡和人工边坡，所谓天然斜坡是指未经人工破坏改造的斜坡（比如沟谷岸坡、山坡、海岸、等），而人工边坡则是指经人工开挖或改造了形状的斜坡（比如渠道边坡、基坑边坡、路堑边坡和露天矿边坡、等）。斜坡具有坡面、坡顶、坡肩、坡脚、坡角和坡高等形态要素。斜坡的临空斜面称为坡面，斜坡顶部的缓坡面或水平面称为坡顶面，坡面与坡顶面的转折部位称为坡肩，斜坡最下部与水平地面相接的部位称为坡脚，坡面与水平地面间的夹角称为坡角，坡肩与坡脚间的垂直高度一般称为坡高。斜坡变形破坏是指在内、外动力
2、地质作用下斜坡岩土体处于不稳定状态或失稳的一种现象。随着时间的推移，在各种地质营力作用下，斜坡岩土体将会经历各种不同的发展演化阶段，与此同时，坡体内的应力也会发生新的变化，由此而可能引起斜坡岩土体的位移并产生不同形式和规模的变形破坏。由于斜坡变形破坏释放了应力，变形破坏后的斜坡会趋于新的平衡而逐渐稳定下来，当应力调整打破了这种新的平衡斜坡又会出现新的变形破坏。由此可见，斜坡变形破坏实质上是由斜坡岩土体应力与强度间的矛盾关系所决定的。斜坡变形破坏给工程建筑带来的危害非常广泛，斜坡变形破坏常引起灾难性后果，甚至会造成生命财产的巨大损失，全世界各种典型实例不胜枚举。今天斜坡变形破坏已成为工程地质学研
3、究最重要的任务之一，也是环境地质学，灾害地质学等新兴学科的主要研究内容之一。,14.2 斜坡的应力分布特征 斜坡岩土体内的应力分布是决定斜坡变形破坏形式和了解其形成机制的基本依据。虽然目前大多斜坡都被假设为均质各向同性的弹性体，用有限单元法来计算仍与实际情况有一定出入，但是这方面的分析却有助于了解斜坡应力分布的一般规律。 14.2.1 斜坡应力的分布特点 在斜坡形成过程中，表层岩土体会发生卸荷回弹并随之引起应力的重新分布，其应力状态可归纳为以下5个主要方面的变化，即1）由于应力的重新分布，斜坡中主应力迹线会发生明显偏转。2）在坡脚附近会形成一个明显的应力集中带。3）在斜坡顶面和坡面的某些部位，
4、由于水平应力显著降低，最小主应力有一些是张应力并形成张力带。4）坡面处的岩土体由于应力解除，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。5）与主应力迹线偏转相联系，坡体内最大剪应力迹线变为近似圆弧形，弧的下凹面朝着临空方向（这也正是均质岩土体中斜坡破坏面常呈圆弧状的原因）。以上为典型的斜坡应力简化分布特点。实际上，在各种因素影响下斜坡应力的情况要复杂得多。 14.2.2 影响斜坡应力分布的主要因素 斜坡应力分布受多种因素的影响，岩体中的初始应力状态、坡形、岩土体特征和结构特征、等都不同程度地起着某种作用，其中以初始应力状态的影响最为显著。,14.3 斜坡变形破坏的基本
5、形式及特征 斜坡应力状态的变化使原有的平衡被打破，当局部应力集中超过了该部位岩体的容许强度就会引起局部剪切错动、拉裂并出现小位移，但还没有造成整体性的破坏，这就是斜坡的变形。当斜坡变形进一步发展，破裂面不断扩大并互相贯通，使斜坡岩土体的一部分分离开来，发生较大位移，这就是斜坡的破坏。斜坡变形和破坏是斜坡失稳的两个阶段，它们互相联系又有所区别，前者以坡体中未出现贯通性的破裂面为特点，而后者则已在坡体中出现贯通性的破裂面且使斜坡的一部分岩土体以一定的加速度发生位移。由于斜坡变形破坏过程为一累进性破坏过程，因此，虽然变形本身还不会造成斜坡的失稳但却说明斜坡已趋向于破坏。可以说斜坡变形是斜坡破坏的准备
6、，而斜坡破坏则是斜坡变形的结果。只有在斜坡变形阶段就注意研究并及早采取合理的对策才可收防患于未然之效。斜坡变形破坏的形式多种多样，变形的基本形式有拉裂、蠕动、弯曲倾倒、等，破坏的基本形式有崩塌和滑坡。大规模的斜坡变形破坏都是上述基本形式中的一种或多种的组合。斜坡岩土体中的局部变形滑移会使分裂面逐渐发展、互相连接并与外界贯通，使部分岩土体沿一连续的分离面与坡体分离，分离的岩土体在连续降雨、地震或坡脚掏空、等触发因素影响下会以一定的加速度运动，此时斜坡就完成了变形至破坏的转变。斜坡破坏（Slope Failure）的形式很多，主要有崩塌和滑坡这两种常见的形式。研究斜坡变形破坏的地质模型主要是利用典
7、型的斜坡变形破坏实例，以地质背景为基础，考虑各种人为及天然动力因素的影响，分析斜坡的变形形式及其相应的破坏方式。,14.4 崩塌灾害 崩塌是斜坡破坏的一种形式。它对崖壁下的房屋、道路和其它土木工程结构常带来威胁，对各种线性工程的危害尤其严重（比如我国成昆线、宝成线、襄渝线等铁路沿线崩塌就很发育）。因此，研究崩塌的形成条件、运动学特点并进行合理的分类，制订出评价和预测崩塌威胁性的方法是斜坡破坏研究的一项重要内容。崩塌一般发生在厚层坚硬岩体中。灰岩、砂岩、石英岩、等厚层硬脆性岩石常能形成高陡的斜坡，其前缘常由于卸荷裂隙的发育而形成陡而深的张裂缝并与其它结构而组合逐渐发展而形成连续贯通的分离面，这些
8、分离面在触发因素作用下就会发生崩塌。此外，由缓倾角软硬相间岩层组合的陡坡由于软弱岩层被风化剥蚀而形成凹龛会使上部的坚硬岩层失去依托，故也常发生局部崩塌。 构造和非构造成因的岩石裂隙对崩塌的形成影响很大。 崩塌的危险性不仅取决于崩落块体的大小，而且也取决于它们坠落位置的高度。另外，气候条件对崩塌形成也起一定的作用。在干旱、半干旱气候区，由于物理风化强烈常导致岩石机械破碎而发生崩塌。季节冻结区斜坡岩石会受到裂隙水的冻胀作用，解冻时亦可导致崩塌的发生。在上述诸条件制约下，当有短时裂隙静水压力或地震或爆破等震动类触发因素作用下崩塌会突然发生，尤其是强烈的地震可引起大规模崩塌、以致酿成严重灾祸。,14.
9、5 滑坡灾害 滑坡的分布极为广泛，不仅可发生在陆地，而且也可发生在海洋中。正因为其广为分布且与人类工程、经济活动密切相关，所以受到各国学者的高度重视，滑坡研究最早的报道是海姆（AHeim）在1882年发表的一篇关于瑞士阿尔卑斯山区某处滑坡的文章，100多年来滑坡研究方兴未艾，目前正形成为一门成熟的独立学科（即以滑坡现象、滑坡作用过程以及滑坡防治为研究对象的滑坡学）。 14.5.1 滑坡的形态要素 滑坡现象常以自己独有的地貌形态而与其它类型的坡地地貌形态相区别。滑坡形态既是滑坡特征的一部分又是滑坡力学性质在地表的反映。不同的滑坡有不同的形态特征。滑坡的不同发育阶段也有各自的形态特征。因此在滑坡研
10、究中，识别滑坡形态特征对认识滑坡具有重要意义。滑坡的形态要素见下图（其中，为后缘环状拉裂缝；为滑坡后壁；为横向裂缝及滑坡台阶；为滑坡舌及隆张裂隙；为滑坡侧壁及羽状裂隙；为滑坡体；为滑坡床；为滑动面（带）,滑坡形态要素示意 （其中，为后缘环状拉裂缝；为滑坡后壁；为横向裂缝及滑坡台阶；为滑坡舌及隆张裂隙；为滑坡侧壁及羽状裂隙；为滑坡体；为滑坡床；为滑动面（带）,14.5.2 滑坡的识别方法 滑坡的识别是研究滑坡的最基础工作，是探讨滑坡形成机制并提出合理整治措施的前提。虽然由于地质条件的差异滑坡的表现形态多种多样，后期的地质改造作用表现的隐匿性又增加了滑坡识别的困难，但滑坡的研究仍然还是有规律可循的
11、。人们通过长期的研究已在滑坡识别的问题上逐步形成了一些行之有效的方法。代表性的滑坡识别方法主要有三种，即利用遥感资料（比如航片、卫片、彩红外照片、等）来解释；通过地面调查测绘来解决；采用勘探方法来探察。 14.5.3 滑动面（带）的研究方法 滑坡研究中的一个重要问题就是确定滑动面的位置和形状，因为在斜坡稳定性计算和防治措施的制定中都必须首先确定滑动面，任何才能取得正确结果。滑动面（带）由于遭受剪切破坏常形成厚度不大的摩擦破碎带，其特征与断层破碎带有相似之处，该带岩土一般扰动严重、磨碎的细粒有定向排列的趋势（比较软弱略有片理化，并可见到磨光面及擦痕），因摩擦而变细的滑带土与上下层岩土在粒度成分上
12、和颜色上会有所不同（其含水量也比上下岩层高且往往呈软塑状态）。正确确定滑坡的滑面位置、形态及滑带物质的物理力学性质是滑坡稳定分析与评价的必要条件（滑面位置的确定更为重要），为此，在实际工作中可按照工作精度和要求采用不同的方法，这些方法主要有作图法、位移观测法、钻探法、坑探法、物探法、等。,14.5.4 滑坡的分类 滑坡由于形成于不同的地质环境因而表现出各种不同的形式和特征，滑坡分类的目的在于对滑坡作用的各种环境和现象特征以及产生滑坡的各种因素进行概括与归纳，以便较为科学地反映滑坡作用的某些规律。在实际工作中可利用科学的滑坡分类去指导勘察活动，据以衡量和鉴别给定地区产生滑坡的可能性，预测斜坡的稳
13、定性并制定相应的防滑措施。目前，滑坡的分类方法很多，各方法所侧重的分类原则也各有不同，分类时有的根据滑动面与层面的关系；有的根据滑坡的动力学特征；有的根据规模、深浅；有的根据岩土类型；有的根据斜坡结构；还有的根据滑动面形状；也有根据滑坡时代的，等等五花八门。 1）按滑动面与层面的关系进行分类。这种分类方法应用很广，是较早的一种分类方法。它将滑坡分为均质滑坡（无层滑坡）顺层滑坡和切层滑坡3类。 2）按滑动的力学性质进行分类。该分类法主要根据决定始滑位置（滑坡源）所引起的力学特征进行分类，这种分类对滑坡的防治有重大实际意义，它根据始滑部位的不同将滑坡分为牵引式、推落式、平移式、混合式、等4类。 3
14、）按滑坡的时代进行分类。分一级阶地时期、二级阶地时期、三级阶地时期和河漫滩期（老滑坡）。 4）按斜坡岩土的类型进行分类。将滑坡分为粘性土滑坡、黄土滑坡、堆填土滑坡、堆积土滑坡、破碎岩石滑坡、岩石滑坡、等6大类。,14.6 影响斜坡稳定的主要因素 影响斜坡稳定性的因素非常复杂，其中最主要的是斜坡岩土类型及性质、地质结构、水文地质条件、等，除此以外还有岩石的风化、地表水及大气水的作用、地震和人类的工程活动、等，这些因素综合起来可分为内在因素和外在因素两大部分，内在因素包括斜坡岩土的类型与性质、岩土体结构、等，外在因素包括水文地质条件及地表水和大气的作用、岩石风化、地震以及人为因素、等。对斜坡稳定性
15、有影响的最根本因素为内在因素，它们决定了斜坡变形破坏的形式和规模，对斜坡的稳定性起着控制作用（对岩质斜坡的影响尤其显著）。外在因素只有通过内在因素才能对斜坡稳定性的变化起促进作用，从而促使斜坡变形破坏的发生和发展。由于外在因素变化频繁，其作用有时也很强烈，因此也会成为斜坡破坏的直接原因。 14.6.1 地质结构影响 斜坡中的各种结构面对斜坡稳定性有着重要影响（特别是软弱结构面与斜坡临空面的关系对斜坡稳定起很大作用），由于这些关系多种多样因此稳定性也各不相同，可大致分为平叠坡、顺向坡、逆向坡、斜交坡、横交坡等5种情况。,14.6.2 地表水与地下水的影响 每到雨季崩塌和滑坡频繁发生是一种自然规律
16、，很多滑坡都发生在地下水比较丰富的斜坡地带（水库蓄水后周围岸坡会因浸水而多有滑动），这些事实都说明地表水、地下水对斜坡稳定性的影响十分明显的，水的作用主要表现为对岩土的软化作用、泥化作用、冲刷作用、静水压力作用、动水压力作用、等。 14.6.3 地震影响 地震是造成斜坡破坏最重要的触发因素之一，许多大型崩塌或滑坡的发生与地震密切相关。 14.6.4 人类活动影响 随着科学技术的不断进步，人类工程经济活动的规模日益增大，因此对斜坡稳定性的影响也越来越大。由于采矿掏挖坡脚引起坡体失稳的实例举不胜举，大量开挖的人工边坡对斜坡稳定性也都有较大影响，人工加载也是斜坡破坏的又一重要人为因素。除了采矿和兴建工程外，人类的居住及日常生活对斜坡稳定也有影响（在一些老滑坡体上，若人类的生活用水、灌溉用水常直接排入坡体会引起老滑坡的局部复活）。人类对地质环境的改造越厉害，对斜坡变形破坏的影响也就越大。,14.7 斜坡稳定性的评价方法 斜坡变形破坏研究的目的是作出科学的稳定性斜坡评价，它包括两方面内容，一是对与工程活动有关的天然斜坡或已建成的人工边坡的稳定性作出评价，二
