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1、 *本文最早于1979年参加第一届工程地质会议，以后编人“工程地质分析原理教材，此篇根据：纳入加拿大滑坡文集稿适当修改补充而成。斜坡岩体变形的根本地质力学模式王兰生 倬元地质学院提 要大量现场观测资料说明，斜坡变形按其地质特征和力学机制可划分为5种根本模式，即1滑移或蠕滑一拉裂；2滑移一压致拉裂；3弯曲一拉裂；4滑移一弯曲和5塑流一拉裂等。文中讨论了各变形模式的形成条件、演进图式和阶段划分依据，并讨论了各模式的空间结合和开展过程中的转化。这种模式有助于确定斜坡可能的变形形式、判断其开展阶段和预测它的开展趋势，也有助于设计合理可行的物理模拟和稳定性计算方案，并且还可期望应用于其它类型的岩体稳定性
2、问题和区域构造稳定性分析评价中。 六十年代初瓦依昂水库巨型崩滑事件预测失误一事，在国际工程地质、岩石力学界引起了极大震动。人们认识到把滑动体作为刚性体按极限平衡条件分析其稳定性的传统方法，由于未能考虑到斜坡破坏之前的变形全过程、割断了历史，因而难干对它的稳定性的现状和开展趋势作出符合实际的评价和预测。近年来，斜坡岩体的变形和蠕变已成为国际工程地质界主要关注的课题之一。 斜坡在到达最终破坏前总要经历或长或短的变形阶段，其中包含有卸荷回弹和蠕变这两个过程。已有文献中讨论过多种蠕变形式，但尚无一套较完整的斜坡变形分类方案。 根据大量现场观测资料，我们将斜坡变形归纳为六种根本类型。由于这种变形类型与斜
3、坡岩体的物质组成和地质结构密切相关，并且反映了斜坡形成和演变的力学机制，所以称之为斜坡岩体变形的地质力学模式。这类模式有助于认识斜坡变形、破坏的机制和开展演变全过程，据此可以鉴别和判定斜坡所处演变阶段和开展趋势，并且是物理、数值模拟研究和定量评价斜坡稳定性的重要依据。一、变形地质力学模式的组成单元和形成条件 地质观察和模拟试验说明，斜坡岩体变形过程中，必将出现一系列新的表生结构面和褶皱，它们可以由原有的结构开展而成，也可以是新产生的。这类表生结构随着变形的开展而进一步得到改造变得更加复杂。它们既是斜坡岩体变形的产物，也是斜坡变形的标志和佐证。因而可以把这类表生结构称之为斜坡变形的组成单元。研究
4、说明，所有这些表生结构按其形成的力学机制，可概括为以下四类：1拉裂包括由拉应力造成的破裂，称简单拉裂；因压应力集中引起坡体向临空方向扩容所致的破裂，称压致拉裂等。这类破裂面外表常可见波纹状或半月形拉裂痕。2滑移沿某一带或某一面的剪切变形，包括沿剪切带的剪切蠕变；沿剪切面的岛状滑移，其中包括沿锁固段或不连续段的逐个剪断和沿剪切带和面的蠕动滑移蠕滑等。这类滑移面中常可于泥化夹层、表生夹泥、风化膜和钙华沉淀物中留下擦痕，其错动方向明显受斜坡结构特征与临空状况所控制。表1 斜坡结构类型、变形地质力学模式和破坏方式对照表均质或类均质斜坡多为土质或半岩质斜坡A蠕滑|拉裂塑性较强的坡体开展为转动型滑坡；层状
5、体斜坡1倾向坡的层状坡体，倾角a=1030A滑移|拉裂B滑移|压致拉裂C滑移|弯曲D弯曲|拉裂倾倒高陡脆性较强的坡体开展为崩滑-碎屑流坡体中单一的或一组原有的软弱面成为斜坡岩体强度的控制面。包括含有软面或与基岩接触面的土质坡体2倾向坡外层状坡体，倾角afr*a=fr，开展为缓滑型块状滑坡，又称迷宫式滑坡3平缓层状坡体，倾角a=0104较陡倾坡外的层状坡体afr转动型滑坡、崩滑、平推式滑坡多开展为转动型滑坡或崩滑 e. 滑移面平直未临空f. 滑移面呈勺状，平缓段临空5陡立或陡倾坡、外的层状坡体g. 厚层状h. 薄层状坠石崩落，崩塌滑坡或滑塌块状体斜坡坡体中两组或两组以上原有结构面成为斜坡岩体强度
6、控制面各面组合成不同几何形状的变形体A或D滑移-拉裂或弯曲-拉裂滑坡或滑塌碎块状体斜坡坡体强度由密集的多组结构面所控制性能与类均质体坡近似A蠕滑|拉裂转动型滑坡，滑塌软弱基座体斜坡1平缓软弱基座体E塑流|拉裂缓滑型块状滑坡，平推式滑坡坡体下部基座处软弱层带控制斜坡岩体强度2倾坡软弱基座体岩崩、崩滑，滑塌等*fr：软弱面抗剪剩余摩擦角 3弯曲 斜坡岩体在自重应力作用下发生的“褶皱变形。包括横弯曲、纵弯曲和悬臂梁弯曲等。可根据“层间错动方向、弯曲轴面倾斜方向、弯曲层的破裂特征等与构造形迹加以区别。 4塑流斜坡基座软弱层带在上覆层压缩下的压缩变形和软岩或压碎物质向临空或减压方向的塑性流动挤出。 上述
7、四种变形根本单元中拉裂属脆性破裂，后三者属弹塑性、塑性或粘弹性变形，时间效应可表征为弹一塑性介质或粘一弹性介质模型等。斜坡岩体变形的时间效应特征通常主要由后三者所确定。 研究还说明，某一类型的变形体中尽管包含有多种变形单元，但往往可从中确定一对互为因果、相互制约和对变形进程起主导作用的变形单元。它们反映了斜坡变形的力学机制，据此可将斜坡变形划分为五种根本地质力学模式，即滑移或蠕滑一拉裂、滑移一压致拉裂、滑移一弯曲、弯曲一拉裂和塑流一拉裂等。各模式的形成条件、结构特征与可能的最终破坏方式见表1。二、变形地质力学模式的主要特征 1.滑移或蠕滑一拉裂 蠕滑一拉裂变形多见于均质或类均质体斜坡中。如表l
8、图a所示，潜在滑移面受坡体最大剪应力面的位置所控制，该面以上坡体实际为一自地表向下递减的剪切蠕变带。随蠕滑进展，坡面下沉，后缘力带发育拉裂面并向深部逐渐扩展与潜在滑移面相连，造成沿潜在滑移面剪应力集中并有利于地表水渗入。最后潜在滑移面被剪断而开展为滑坡。在高陡的斜坡中，尤其当坡体具脆性特征时，常常开展成剧冲性崩滑，甚至演变为高速碎屑流。薄层状岩层如倾向坡，倾角中等，那么层理有利于坡体发生上述蠕变表l图b。层理的挠动情况可将斜坡演变过程清晰地记录下来。观察说明，可划分如图l所示三个阶段。初期由于表层剪切蠕变，后缘造成轻微拉裂图1a；中期剪切蠕变向深部开展，后缘拉裂扩展加深图1b；到后期由于应力重
9、分布沿最大剪应力带产生剪切变形，造成这一带岩层剪切挠曲，使变形体沿潜在滑移面发生转动，后缘拉裂面逐渐闭合。此时变形进入累进性破坏阶段，最后开展为滑坡。图l倾向坡的薄层状体斜坡蠕滑一拉裂演进图式 坡体中的软弱面或复合软弱面倾向坡外，且倾角不小于软弱面的实际可能剩余摩擦角fr时，那么以滑移一拉裂为其变形的主要形式表1图c和i。这种变形的进程取决于作为滑移面的软面的产状与特征。当滑移面向临空方向的倾角已足以使上覆坡体的下滑力超过该面的实际抗剪强度时，那么在成坡过程中该面一经揭露即迅速导致破坏，开展为崩滑型滑坡，变形过程短暂；而当滑移面倾角接近该面剩余摩擦角，且其抗剪强度接近剩余值时，变形可向滑动逐渐
10、过渡，开展为使坡体逐渐解体的缓滑。滑体不同方向裂隙被拉开成网状巷道，形成所谓“迷宫式块状滑坡。 2.滑移一压致拉裂 这是发育在具有平缓软弱面坡体中的一种变形形式表1II3，图d。坡体在自重应力作用下向临空方向缓慢滑移。滑移面上的锁固点或错列点附近，因拉应力集中生成与滑移面近于垂直的拉裂，向上个别情况向下扩展且其方向渐转成与最大主应力方向趋于一致大体平行坡面。这种拉裂面的形成机制与压应力作用下格里菲斯裂纹形成扩展规律近似，所以它应属压致拉裂。 这类变形与前者的最大区别在于拉裂变形从总体而言是由坡体滑移面处自下而上开展起来的。滑移面附近拉裂面的扩展使这一带常常成为地下水的活泼带，它是促进这类变形开
11、展的主要因素。变形演变可分为三个阶段图2： 1卸荷回弹滑移阶段图2a 坡体向临空方向回弹滑移。人工开挖边坡中可直接观测到。在高地应力区，当水平最大主应力与斜坡走向近于正交时，变形尤为显著。这类变形完成所经历的时间可由数日美国波特兰露天采矿边坡资料，至数月或数年洲坝基坑开挖边坡资料。 2压裂面自下而上扩展阶段图2b，c随着变形的开展，裂面可扩展至地表。坡体结构随变形开展而松动，并伴有轻微的转动，但仍处于稳定破裂阶段。图3所示为一典型实例。如下图花岗岩体中一组十分发育的席状裂隙，产状近于水平。另有两组陡倾裂隙，其中一组走向与坡面近于平行。平硐岩体蠕变松动迹象明显，平行坡面陡倾裂隙普遍被拉开，并出现
12、多条滑移面与陡倾拉裂面交替的阶状裂隙。在平硐约60米深处见有一条阶状裂面图3a，陡面开达2.5厘米，由其中涌出大量黄泥浆水，与此同时邻近钻孔水位普遍降落，说明与滑移相伴的压致拉裂面已与地表贯穿。在陡缓面的交界处见有如图3b所示羽状裂面，说明变形体已有轻微转动。 . 3阶状滑移面贯穿阶段图2d 变形体开场明显转动，陡倾的阶状裂面成为应力集中带。陡缓转角处的嵌合体逐个被剪断、压碎并伴有扩容，致使坡面隆起，后缘拉裂转向闭合。此时变形进入不稳定破裂阶段，一旦阶状滑移面被贯穿，那么导致滑坡。图2滑移一压致拉裂变形演进图式图3某前震旦纪花岗岩斜坡中的滑移一压致拉裂变形迹象b为处放大图 类似的变形在某些土质
13、斜坡中亦可见到如黄土斜坡、龙羊峡超固结粘土质斜坡等。图4所示为渭河黄土塬边斜坡中所见变形迹象，平缓滑移面沿黄土与砂砾石土接触面发育，陡倾压致拉裂面受黄土中的垂直裂隙所牵制，转角处可见羽状裂隙或压碎带。3.弯曲一拉裂倾倒这类变形主要发育在由直立或陡倾坡的层状岩体组成的陡坡中，且结构面走向与坡面走向夹角应小于30，变形多半发生在斜坡前缘局部。陡倾的板状岩体在自重弯矩作用下，于前缘开场向临空方向作悬臂梁弯曲，并逐渐向开展。弯曲的板梁之间互相错动并伴有拉裂，弯曲体后缘出现拉裂缝，形成平行于走向的反坡台阶和槽沟。板梁弯曲剧烈部位往往产生横切板梁的折裂。渗入裂隙中水的空隙水压力作用、水的楔入作用、高寒地区
14、渗水反复冻融产生的膨胀力和震动等，是促进这类变形的主要因素。 硬而厚的板梁，其演变可划分如图5所示各阶段，即： 1卸荷回弹陡倾面拉裂阶段图5，a； 2板梁弯曲，拉裂面深向扩展、后向推移阶段b。如坡度陡，常伴有坡缘、坡面局部崩落； 3板梁根部折裂、压碎阶段。一旦失去平衡，岩块转动、倾倒导致崩塌。 由于随板梁弯曲开展，作用于板梁的力矩也随之增大。所以一旦板梁发生了明显弯曲，变形实际已进入累进性破坏阶段。图4 黄土塬边斜坡中所见滑移一压致拉裂变形迹象图5弯曲一拉裂厚层板梁变形演进围式 薄而软的“板梁，由于变形的角度可以很大，在最大弯折带通常形成倾向坡外的断断续续的拉裂面表1图h，或使原来垂直层面的近于水平的裂隙转为向坡外倾斜图6。在这种情况下继续的变形将主要受倾向坡外的裂隙面所控制，实际上已转化为滑移一拉裂最终开展为滑坡。 4.滑移一弯曲这类变形主要发育在较陡倾坡外层状体坡体中，尤
