2018巖土工程師基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)：斜坡變形破壞工程地質(zhì)研究

斜坡變形破壞工程地質(zhì)研究

1.斜坡重應(yīng)力分布的特點(diǎn)

(1)斜坡周圍主應(yīng)力跡線發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)

(2)在臨空面附近造成應(yīng)力集中，但在坡腳區(qū)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(yīng)力增高帶，往往產(chǎn)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(nèi)最大剪應(yīng)力跡線由原來(lái)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(cè)向壓力趨于零，實(shí)際上處于兩向受力狀態(tài)，而向坡內(nèi)逐漸變?yōu)槿蚴芰顟B(tài)。

2.影響斜坡應(yīng)力分布的因素有哪些

(1)巖體初始應(yīng)力的影響：

水平剩余應(yīng)力的大小使坡體中主應(yīng)力跡線的分布形式有所不同，明顯改變了各應(yīng)力值的大小，使應(yīng)力分異現(xiàn)象加劇,尤其對(duì)坡腳應(yīng)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(yīng)力等值線圖象，但應(yīng)力值隨坡高↑ 而線性↑ 。

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

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

④ 坡面形態(tài)：平面上的凹形坡，應(yīng)力集中明顯減緩。

(3)斜坡巖土體特性和結(jié)構(gòu)特征的影響：

① 巖土體的變形模量對(duì)均質(zhì)坡體的應(yīng)力分布無(wú)明顯影響

② 泊松比(可改變主應(yīng)力和剪應(yīng)力的分布,引起張力帶變化。隨著泊松比增大，坡面和坡頂?shù)膹埩е饾u擴(kuò)展，而在坡底則反之，泊松比增大時(shí)，張力帶收縮。

③ 結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀、性質(zhì)的差別，使斜坡中的應(yīng)力分布出現(xiàn)了不連續(xù)性，在不連續(xù)面或軟弱面的周邊形成應(yīng)力集中帶或發(fā)生應(yīng)力滯。

3.斜坡變形破壞的概念、變形破壞的實(shí)質(zhì)及變形破壞的基本形式

概念：

斜坡變形：是一種動(dòng)力地質(zhì)現(xiàn)象，是指地表斜坡巖體、土體在自重應(yīng)力和其他外力作用下所產(chǎn)生的向坡下的快速運(yùn)動(dòng)。

斜坡破壞：斜坡變形進(jìn)一步發(fā)展，破裂面不斷擴(kuò)大并互相貫通，使斜坡巖土體的一部分分離開(kāi)來(lái)，發(fā)生較大位移，這就是斜坡的破壞。

變形破壞的實(shí)質(zhì)

斜坡受到侵蝕卸荷作用和開(kāi)挖卸荷等作用所產(chǎn)生的應(yīng)力釋放效應(yīng)，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(bǔ)充)

(1)拉裂：斜坡巖土體在局部拉應(yīng)力集中部位和張力帶內(nèi)，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(dāng)巖層走向與坡面走向大致相同時(shí)，在自重的

長(zhǎng)期作用下，由前緣開(kāi)始向臨空方向彎曲、折裂，并逐漸向坡內(nèi)發(fā)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(yùn)動(dòng)為主，翻滾跳

躍而下，這種現(xiàn)象和過(guò)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(chǎn)生以水平運(yùn)動(dòng)為主的現(xiàn)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(yùn)動(dòng)為主，翻滾跳躍而下，這種現(xiàn)象或運(yùn)動(dòng)稱為崩塌。(按崩塌的規(guī)模，可分為山崩和墜石。按物質(zhì)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?；?guī)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(fā)育而形成陡而深的張裂縫，并與其它結(jié)構(gòu)而組合，逐漸發(fā)展而形成連續(xù)貫通的分離面，在觸發(fā)因素作用下發(fā)生崩塌。

(2)巖體結(jié)構(gòu)條件——節(jié)理裂隙(二組或二組以上陡傾節(jié)理)。硬脆性巖石中往往發(fā)育兩組或兩組以上陡傾節(jié)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(qiáng)烈，高差大，發(fā)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(fēng)化作用、靜水壓力、震動(dòng)、凍脹作用等。

基本特征

(1)一般發(fā)生在高陡斜坡的坡肩部位

(2)質(zhì)點(diǎn)位移矢量鉛直方向較水平方向要大得多

(3)崩塌發(fā)生時(shí)無(wú)依附面

(4)往往是突然發(fā)生的，運(yùn)動(dòng)快速

(5)崩塌具有多發(fā)性的特點(diǎn)，即發(fā)生過(guò)崩塌的地方，仍可能再次發(fā)生崩塌。

5.崩塌與滑坡的差異性和共同點(diǎn)

一、差異性

(1)滑坡沿滑動(dòng)面滑動(dòng)，滑體的整體較好，有一定外部形態(tài)。而崩塌則無(wú)滑動(dòng)面，堆積物結(jié)構(gòu)零亂，多呈錐形。

(2)崩塌以垂直運(yùn)動(dòng)為主，滑坡多以水平運(yùn)動(dòng)為主。

(3)崩塌的破壞作用都是急劇的，短促的和強(qiáng)烈的?；伦饔枚鄶?shù)也很急劇、短促、猛烈，有的則相對(duì)較緩慢。

(4)崩塌一般都發(fā)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(xiàn)在坡度50度以下的斜坡上。

二、共同點(diǎn)和聯(lián)系

(1)崩塌與滑坡均為斜坡上的巖土體遭受破壞而失穩(wěn)向坡腳方向的運(yùn)動(dòng)。

(2)常在相同的或近似的地質(zhì)環(huán)境條件下伴生。

(3)崩塌、滑坡可以相互包含或轉(zhuǎn)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(tài)要素

概念：

斜坡巖土體在重力等因素作用下，依附滑動(dòng)面(帶)產(chǎn)生的向坡外以水平運(yùn)動(dòng)為主的運(yùn)動(dòng)或現(xiàn)象。

形態(tài)要素：

滑動(dòng)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(tái)階、滑坡洼地、滑坡裂縫

7.識(shí)別滑坡的方法與標(biāo)志

識(shí)別方法：

利用遙感資料，如航片、彩虹外照片來(lái)解釋;通過(guò)地面調(diào)查測(cè)繪來(lái)解決;采用勘探方法來(lái)查明。

識(shí)別標(biāo)志：

(1)地形地貌方面：滑坡形態(tài)特征、階地、夷平面高程對(duì)比。

(2)地質(zhì)構(gòu)造方面：滑體上產(chǎn)生小型褶曲和斷裂現(xiàn)象;滑體結(jié)構(gòu)松散、破碎。

(3)水文地質(zhì)方面：結(jié)構(gòu)破碎→ 透水性增高→ 地下水徑流條件改變→ 滑體表面出現(xiàn)積水洼地或

濕地，泉的出現(xiàn)。

(4)植被方面：馬刀樹(shù)、醉漢林。

(5)滑動(dòng)面的鑒別：a.勘探：鉆探 b.變形監(jiān)測(cè)：鉆孔傾斜儀。

8.滑坡的分類 (重點(diǎn)：一、二類)

一、按滑坡動(dòng)力學(xué)性質(zhì)

可分為：推動(dòng)式、牽引式、平移式、混合式。

推動(dòng)式滑坡：始滑部位位于上部。主要是由斜坡上部張裂隙發(fā)育或因堆積重物和在坡上進(jìn)行建筑，引起上部失穩(wěn)滑動(dòng)而推動(dòng)下部滑動(dòng)。

平移式滑坡：滑動(dòng)面較平緩，始滑部位分布于滑動(dòng)面的許多點(diǎn)。

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

混合式滑坡：始滑部位上下結(jié)合，共同作用。其比較常見(jiàn)。

二、按滑動(dòng)面和層面的關(guān)系

可分為：均質(zhì)滑坡(無(wú)層滑坡)、順層滑坡、切層滑坡

均質(zhì)滑坡：發(fā)生在均質(zhì)或沒(méi)有明顯層理的巖體或土體中的滑坡，滑動(dòng)面不受層面的控制。

順層滑坡：沿著巖層層面發(fā)生滑動(dòng)，尤其是有軟弱巖層存在時(shí)。

切層滑坡：滑坡面切過(guò)巖層面。

三、按時(shí)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(wěn)定性的因素

內(nèi)在因素：巖土類型及性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌、水文地質(zhì)等。

外在因素：振動(dòng)作用(如地震)、降水(雨、雪)、水庫(kù)蓄水、人類活動(dòng)(開(kāi)挖、加載，植被、水等)風(fēng)化、剝蝕作用等。

一、巖土體的類型及性質(zhì)(決定抗滑力的根本因素)

(1)坡形相同的情況下：堅(jiān)硬巖石斜坡>半堅(jiān)硬巖石>松散土坡;

(2)沉積巖：層理--軟弱夾層;

(3)巖漿巖：原生節(jié)理發(fā)育，與巖石強(qiáng)度和風(fēng)化作用有關(guān);

(3)變質(zhì)巖：由于礦物成分的差異導(dǎo)致工程地質(zhì)性質(zhì)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(duì)于同一種成因類型的巖層，組成巖石的礦物成分及膠結(jié)物不同，其穩(wěn)定性不同：硅質(zhì)膠結(jié)>鈣質(zhì)膠結(jié)>泥質(zhì)膠結(jié)。

二、地質(zhì)結(jié)構(gòu)(巖體結(jié)構(gòu)及地質(zhì)構(gòu)造)

(1)結(jié)構(gòu)面—結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀、力學(xué)性質(zhì)、規(guī)模;

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

平迭坡：主要軟弱結(jié)構(gòu)面為水平的;

逆向坡：主要軟弱結(jié)構(gòu)面的傾向與坡面的傾向相反;

順向坡：主要軟弱結(jié)構(gòu)面的傾向與坡面的傾向一致(傾角α小于坡角β時(shí)最易發(fā)生滑坡);

斜交坡：主要軟弱結(jié)構(gòu)面與坡面成斜交關(guān)系。其交角越小，穩(wěn)定性就越差;

橫交坡：主要軟弱結(jié)構(gòu)面的走向與坡面走向近于垂直，穩(wěn)定性較好，很少發(fā)生大規(guī)模的滑坡。

三、地形地貌：斜坡坡度越大，切割深度越深，斜坡穩(wěn)定性越差。

四、地震：產(chǎn)生附加應(yīng)力。

五、水的作用：(1)水平推力--側(cè)向水壓力;(2)浮托力、動(dòng)水壓力--減小滑動(dòng)面上的有效應(yīng)力;(3)軟化效應(yīng)--空隙水壓力降低巖土體的抗剪強(qiáng)度;(4)動(dòng)水壓力;(5)沖刷、掏

空作用。

六、人類活動(dòng)的影響：人工加載、采礦掏挖坡角、人工邊坡開(kāi)挖等。

10.斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的基本方法

斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法可分為兩大類：定性評(píng)價(jià)和定量評(píng)價(jià)。

一、定性評(píng)價(jià)

(1)成因歷史分析法：通過(guò)研究斜坡形成的地質(zhì)歷史和所處的自然地質(zhì)環(huán)境，斜坡外形和地質(zhì)結(jié)構(gòu)，變形破壞形跡，以及影響斜坡穩(wěn)定性的各種因素特征的相互關(guān)系，從而對(duì)它的演變階段和穩(wěn)定狀況作出宏觀評(píng)價(jià)。

(2)工程地質(zhì)類比法：類比法就是將所要研究的斜坡或擬設(shè)計(jì)的人工邊坡與已經(jīng)研究過(guò)的斜坡或人工邊坡進(jìn)行類比，以評(píng)價(jià)其穩(wěn)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(dá)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(guān)系。在斜坡穩(wěn)定性研究中，能表示出可能滑移面與坡面的空間關(guān)系及其穩(wěn)定性，所以被人們廣泛采用。

二、定量評(píng)價(jià)

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

(2)有限單元法：通過(guò)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(wěn)定性分析方法，要引入穩(wěn)定性系數(shù)的概念，而客觀上的穩(wěn)定性系數(shù)也為隨機(jī)變量。

11.剛體極限平衡法的概念、評(píng)價(jià)思路、基本原理(重點(diǎn)：評(píng)價(jià)思路、原理)

概念：

將可能滑動(dòng)的巖體作為剛體，采用極限平衡原理，計(jì)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(dá)式為：E=ΣT-ΣRs。當(dāng)E=0 時(shí)，為極限平衡狀態(tài)。

剛體極限平衡法評(píng)價(jià)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(jì)算參數(shù)

(4)計(jì)算穩(wěn)定性系數(shù)

(5)確定安全系數(shù)進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

基本原理：

假設(shè)前提：

(1)只考慮破壞面上的極限破壞狀態(tài)，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(qiáng)度由C、φ值決定，遵循強(qiáng)度判據(jù)。

(3)滑體中的壓力以正壓力和剪應(yīng)力的形式集中作用于滑面上，均視為集中力。

(4)三維問(wèn)題簡(jiǎn)化為二維(平面)問(wèn)題來(lái)求解。

12.滑坡防治的基本原則、防治措施(重點(diǎn)：防治措施)

基本原則：

以防為主，治理為輔。應(yīng)該把防災(zāi)貫穿到工程建設(shè)的各個(gè)環(huán)節(jié)，在工程規(guī)劃選址、設(shè)計(jì)、施工各階段均應(yīng)注重防災(zāi)減災(zāi)。

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?qū)⒒?/p>

坡體后緣的巖土體削去一部分。

四、防沖護(hù)坡：為防止斜坡被河水沖刷或海、湖、水庫(kù)水的波浪沖蝕，一般修筑導(dǎo)流堤、水下防波堤、

丁壩以及砌石、拋石、草皮護(hù)坡等措施。

五、土質(zhì)改良：土質(zhì)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(zhì)的改善。

六、防御繞避：當(dāng)線路工程(如鐵路、公路)遇到嚴(yán)重不穩(wěn)定斜坡地段，處理又很困難時(shí)，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(nèi)移、作隧、外移作橋等。

上述各項(xiàng)措施，可歸納為“擋、排、削、護(hù)、改、繞”六字方針。

13.滑坡空間預(yù)測(cè)、時(shí)間預(yù)報(bào)的基本原理

空間預(yù)測(cè)：(可劃分：區(qū)域性預(yù)測(cè)、地區(qū)性預(yù)測(cè)、場(chǎng)地預(yù)測(cè))

主要是通過(guò)滑坡條件分析，確定出對(duì)滑坡作用有利的因素組合，根據(jù)這些有利因素組合來(lái)預(yù)測(cè)區(qū)域上某斜坡段將來(lái)產(chǎn)生滑坡的可能性，圈定出可能產(chǎn)生滑坡變形的范圍。其理論基礎(chǔ)為工程地質(zhì)類比法。

預(yù)測(cè)的方法：因子疊加法、綜合指標(biāo)法

時(shí)間預(yù)報(bào)：(可劃分：區(qū)域性中長(zhǎng)期預(yù)報(bào)、場(chǎng)地性短期預(yù)報(bào))

其原理主要是巖土體蠕變(流變)理論。預(yù)報(bào)的方法：根據(jù)宏觀征兆預(yù)報(bào)、根據(jù)觀測(cè)資料預(yù)報(bào)。