斜坡岩(土)体稳定性的工程地质分析

斜坡岩（土）体稳定性的工程地质分析 1 基本要领及研究意义 斜坡或边坡在形成过程中，其内部的应力状态也将发生变化，引起应力重分布→应力集中→斜坡变形、破坏→危及安全。 斜坡变形、破形或多样：崩、滑为主要、剧烈的形式。 斜岩土体稳定工程地质分析的重要任务是： * 斜坡稳定性评价和预测 * 设计合理的边坡及制定有泖的斜坡整治措施

2 斜坡岩体应力分布特征

2.1 斜坡应场的基本特征 斜坡形成后引起斜坡临空面周围卸荷回弹，在坡面附近造成应力重分布，其特点如下： （1）最大重应力近于平行临空面，最小重应力近于与坡面正交。 （2）坡脚剪应力集中形成剪应力增高带，坡顶附近出现拉应力。 （3）最大剪应力迹残由原来的直线变为近似圆弧线，并凹向临空面 （4）坡面的实际径向压力为零。 远离斜坡面的岩体内，地应力逐渐恢复状态。

2.2 影响斜坡岩体应力分布的重要因素 a. 原始应力状态 b. 坡形 c. 岩体特征和结构特征 对均质体而言，岩体弹模，泊松比对斜坡应力分布影响不大。 对斜坡应力分布影响最大的是岩体结构特征，斜坡附近的结构面往往是应力集中的部位。易于变形或破坏。

3 斜坡的变形与破坏 斜坡破坏：系指斜坡岩体内已形成贯通性的破坏面从而使分割的岩体整体破坏。在此之前的斜坡演进过程称为变形。 变形→破坏→继续运动

3.1 斜坡变形的主要方式 a. 卸荷回弹 使原有结构松驰 产生残余应力 形成卸荷带：斜坡经卸荷回弹松驰，残余应力形成一系列的表生结构面，包含回弹松驰和表生结构面的岩带称为卸荷带。 b. 蠕变 斜坡应力长期作用下发生的一种缓慢而持续的变形，包括坡体内的局部破裂和产生的表生结构面。

3.2 斜坡破坏的基本类型 斜坡破坏分类方案很多，按破坏物质的运动方式分崩塌和滑坡。 3.2.1 崩塌 包括撒落、落石（坠落）、岩崩、山崩等多种形式。规模大小不一。脱离母体的岩体在重力作用下自由下落，这一过程叫崩塌。 a. 崩塌的发生条件 ①坡形。高陡山坡，一般55º以上。 ②岩性。坚硬岩体，抗风化能力较强，岩体中有规模大，间隔大的节理发育。 软硬相间岩体易形风化凹醋，上覆坚硬岩体易崩塌。 ③坡体结构。即岩层产状与坡面的关系，反向坡一般易形成陡坡，利于崩塌产生。 ④地质构造。节理、断裂对斜坡岩体分割、易于形成分离岩体，形成崩塌。 b. 崩落体的继续运动







221gttVytVx

oxox

运动轨迹 根据跳跃的运动轨迹，可以设计栏网位置及栏网高度。 当条件合适时，崩塌体可形成碎屑流（气垫效应）。 3.2.2 滑坡 a. 滑坡要素 斜坡的部分岩体沿贯通的剪切破坏面（或带）以一定的加速度下滑，这一过程叫滑坡。 滑坡的组成部分（要素）为： b. 滑坡的分类 有许多分类方案。 按滑坡物分：覆盖层滑坡 基岩滑坡 特殊滑坡——融冻、陷落 按滑坡体厚度：浅层 6m以内 中层 6~20m 深层 20~30m 超深层 >30m 接规模：小型 30万m3以内 中型 3万~50万m3 大型 50万~300万m3 巨型 >300万m3 按形成年代：新滑坡 滑坡 按力学条件：牵引式、推移式 c. 斜坡变形、破坏的地质力学模式 主要根据斜坡变形破坏的力学机制，其变形、破坏可概括为五种地质力学模型，即： 蠕滑（滑移）——拉裂式 滑移——压致拉裂式 弯曲——拉裂式 塑流——拉裂式 滑移——弯曲式 称为斜坡变形破坏的地质力学模式，它表达了斜坡岩（土）体结构类型之间的内在联系，揭示了斜坡发展变化的内在力学机制，并在很大程度上确定了斜坡最终破坏的可能方式与特征，达到系统评价预测斜坡稳定性的目的。

4 斜坡变形破坏机制与演化 一、蠕滑——拉裂 形成条件：中等坡度的均质斜坡，（似均质斜坡）碎裂岩中也可能发生此种类型的变形和破坏。 变形发展过程：自坡面向斜坡内，由重力作用形成一剪切蠕变带，其中坡面位移最大，向深度逐渐递减。至位移逆减为零的位置，剪应力高度集中，此位置即为潜在滑移面位置。当剪应力集中达到岩体的拉剪强度时，该面剪切破坏形成滑面。 在剪切蠕变形带发展过程中，坡顶出现自上而下扩展地拉裂缝。 演变过程（以反倾斜坡为例） a. 表层蠕滑 岩（土）体向坡下蠕变，后缘拉应力产生。 b. 岩缘拉裂 通常形成反坡台坎，由于后缘拉应力释放，潜在剪切面上的剪应力集中程度加大。此外，外营力进入后缘拉裂缝，使斜坡条件进一步恶化，更加促进剪切面的变形。 c. 潜在剪切面剪切扰动。随剪切变形进一步发展，中部剪切带扰动扩容，变形体下半部隆起，随变形体沿剪切拢动带转动滑移，上部下沉，后缘拉裂缝闭合，岩体进入累进性破坏阶段，一旦剪切面被剪切贯通，滑坡发生。 这种类型的滑坡可按瑞典圆弧法计算其稳定系数。 二、滑移——压致拉裂 形成条件：中等——陡的平缓层状斜坡，坡体内有水平向残余应力。 演变过程： a. 卸荷回弹阶段，坡体内残余应力开始释放，岩层沿缓倾结构面缓回弹滑移，坡面形成齿状剪出。 岩层内领固段或错 段附近因拉应力集中而产生自下而上扩展的拉裂隙。 b. 压致拉裂面自下布上扩展阶段 在大致平行坡面的重压应力作用下，拉裂隙端部被压致拉裂，裂纹扩展方向逐渐趋向于主压应力方面一致。这种压致拉裂缝向上扩展，直至达到地面，并伴有向坡面方向的转动。 c. 滑移面贯通阶段 随拉裂面的逐渐贯通，岩体转动，变形进入 破坏阶段。陡倾的阶状裂面成为剪应力集中带，陡缓转角处的嵌合体被逐个剪断、压碎、并伴有扩容，待陡倾裂面与平缓滑移面构成贯通性滑面时，滑坡发生。 d. 起动判据 根据三维应力状态下含软弱结构面强度计算公式：

3n ？

1为1与结构面的夹角。

i为结构面内磨擦角。

e. 嵌合带剪断压碎判据 参照hock的修正格里菲斯准则

tBSA31][ 进行判断

三、滑移——拉裂 形成条件：层状、块状、岩体、斜坡中有一潜在倾向坡外滑移面，且有效临空。 变形过程，岩体在重力作用下沿已有滑移面向临空方向滑移，后部拉裂。滑坡能否形成，取决于滑面产状及后缘分隔条件。

当后缘分割条件成熟时，滑面的内磨擦角小于斜坡角 ，则滑坡发生。 四、滑移——弯曲 形成条件：具有中一陡倾外的层状岩体或藻层状岩体斜坡，顺层斜坡，滑移面未有效临空。滑面倾角大于滑移面倾角。 变形过程：层状岩体在自重作用下沿外倾结构面蠕变下滑，由于下部滑移面未临空，造成坡脚附近顺层板梁纵向受压，在一定条件下弯曲隆起进而发展成滑坡。 演变过程： a. 轻微隆起阶段。近坡脚部位岩层在纵向压力下顺层弯曲，局部出现压碎，坡面轻微隆起，岩体松动。 b. 强烈弯曲、隆起阶段 弯曲显著增强，强烈弯曲段出现剖面x型节理，部分岩体垮塌、充填虚脱部位。弯曲部位岩体扩容，地面显著隆起，岩体松动。剖面x节理中的一组逐渐形成滑移切出面。 c. 切出面贯通阶段，切出面与滑移面贯通形成整体滑面，滑移岩体沿切出回弹射抛出，形成滑坡。 某些椅状层面也能形成这类滑坡。 起动判据 K = Ler/L 实际长度

Lcr = sin28qD 临界长度 式中： niniiiPhEiD1221)1(12 nihiPigq 各符号意义见书（P331）

当K≤1时，有屈曲可能。 五、弯曲——拉裂 形成条件：陡立或陡倾内层状斜坡，坡度中——陡坡。 变形过程：斜坡前缘，陡倾的斜坡岩体在重力作用下向临空方向作悬臂梁弯曲，单梁的弯曲逐渐向深部发展。前部悬臂梁弯曲后为后部悬臂梁弯曲提供了空间，这种弯曲逐渐向斜坡后缘逐个悬臂梁地传递，导致斜坡岩体整体弯曲。 演化过程： a. 卸荷回弹陡倾拉裂阶段。 b. 板梁弯曲，拉裂面向深部扩展并向坡后缘推移，板梁之间反向错动。 c. 板梁根部折裂、压碎，折裂面逐渐贯通，岩块转动、倾倒。 当折裂面贯通后，斜坡变形岩体将转化为蠕滑拉裂型滑动破坏。 弯曲拉裂弯曲判据 根据重自应力

2222'(max))1(12hEtz





h为弯折断高度，t为平行板梁表面裂隙间距。 六、塑流——拉裂 形成变形条件：软弱基座斜坡，上覆厚层坚硬岩层。 变形过程：下伏软弱基度在上覆岩层重压下产生塑性变形，并向临空方向流动而形成塑性挤出。软岩塑流挤出又导致上覆岩层拉裂。 演化过程： a. 卸荷回弹，陡出裂缝形成。 由于应力分异，形成由坡缘拉应力带向纵深扩展的一系裂陡立拉裂缝。 b. 前缘塑流——拉裂变形 随软弱基座被切出，遭受重压的原封闭的软基向切出的临空方向挤出，进而导致且覆岩层不均匀沉陷和拉裂。拉裂的岩柱倒塌。 c. 深部塑流——拉裂 随陡坡坡缘破坏，变形向坡缘后部推移。被分割的高大岩柱或板梁其根部可能因此被剪裂或压碎，便变形向蠕滑——拉裂转化。 上述斜坡P变形模式可以形成空间组合，也可形成变形模式的转化。

5 斜坡变形破坏与内外营力的关系 斜坡是一个开放系统，它与外界有能量的交换，外营对斜坡稳定性的影响主