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第15章 滑坡的现场调查与分析(1)

滑坡是指斜坡上的岩体或土体在重力作用下沿一定的软弱结构面发生整体顺坡下滑的现象或过程。产生滑坡的基本条件是斜坡体前有滑动空间,两侧有切割面。例如,中国西南地区,特别是西南丘陵山区,最基本的地形地貌特征就是山体众多,山势陡峻,沟谷河流遍布于山体之中,与之相互切割,因而形成众多的具有足够滑动空间的斜坡体和切割面,滑坡发生的基本条件广泛存在,滑坡灾害相当频繁。从斜坡的物质组成来看,具有松散土层、碎石土、风化壳和半成岩土层的斜坡抗剪强度低,容易产生变形面下滑;坚硬岩石中由于岩石的抗剪强度较大,能够经受较大的剪切力而不变形滑动。但是如果岩体中存在着滑动面,特别是在暴雨之后,由于水在滑动面上的浸泡,使其抗剪强度大幅度下降而易滑动。降雨对滑坡的影响很大,主要表现在:雨水的大量下渗导致斜坡上的土石层饱和,甚至在斜坡下部的隔水层上积水,从而增加了滑体的重量,降低土石层的抗剪强度,导致滑坡产生。不少滑坡具有“大雨大滑、小雨小滑、无雨不滑”的特点。地震对滑坡的影响也很大,首先是地震的强烈作用使斜坡土石的内部结构发生破坏和变化,原有的结构面张裂、松弛,加上地下水也有较大变化,特别是地下水位的突然升高或降低对斜坡的稳定是很不利的。另外,一次强烈地震的发生往往伴随许多余震,在地震力的反复振动冲击下,斜坡土石体更容易发生变形,最后就会发展成滑坡。

6.1滑坡要素及分类

1.滑坡要素

土质斜坡中,沿圆弧形滑动面缓慢下滑的滑坡体能保持较好的整体。滑坡后缘滑动面出露部位称为滑坡断壁。滑坡体中也可出现次一级的与滑坡断壁大致平行的断壁,使滑坡体沿横向解体,并在外形上造成一系列滑坡台阶。滑坡前缘受挤压,隆起成丘,称隆起丘。隆起丘的表面,因受张力作用发育了一系列隆张裂隙。滑坡体推覆于地面,形如舌状,称滑坡舌。滑坡体两侧与滑坡床接触带在力偶作用下常生成羽状裂隙。在外貌上,滑坡的后缘为一圈椅形洼地,称滑坡圈谷。后缘洼地可积水成湖,称滑坡湖。滑坡前缘常可见泉点,称滑坡泉。实际上由于前述各种因素,滑坡体的变形与解体往往是相当复杂的,既可有横向解体,又可有与滑动方向一致的纵向解体。也有些滑坡体在下滑过程中彻底碎裂、散体,相互错碎,甚至发展为碎屑流。整个滑坡体实际上是一个剪动带,下滑物质堆积于坡脚筑成岩堆,这种滑坡可称为滑塌或滑塌式滑坡,多见于碎裂状或碎块体斜坡中。

2.滑坡分类

按滑动面的形态,可划分为圆弧形滑面、平面(包括阶梯状滑面)、楔形滑面等基本类型。圆弧形滑面多发生在土质斜坡、碎块体斜坡和块体状斜坡中,这类滑动面的形状受坡体中最大剪应力面所控制,通过剪断坡体发展而成,也可由复合软弱面贯通发展而成。滑坡的详细类型划分如表61中所列。

3.滑坡的野外判别标志

(1)地物地貌标志

滑坡在斜坡上常造成环谷(如圈椅、马蹄状地形)地貌,或使斜坡上出现异常台坎,斜坡坡脚侵占河床(如河床凹岸反而稍微突出或有残留的大孤石)等现象。滑坡体上常有鼻状凸丘或多级平台,其高程和特征与外围阶地不同。滑坡体两侧常形成沟谷,并有双沟同源现象。有的滑坡体上还有积水洼地、地面裂缝、醉汉林、马刀树和房屋倾斜、开裂等现象。

(2)岩土结构标志

滑坡范围内的岩土常有扰动松脱现象,基岩层位、产状特征与外围不连续,有时局部地段新老地层呈倒置现象,常与断层混淆,其主要区别列于表62中。常见的泥土、碎屑充填或未被充填的张性裂缝,普遍存在于小型坍塌中。

(3)水文地质标志

斜坡含水层的原有状况常被破坏,使滑坡体成为复杂的单独含水体。在滑动带前缘常有成排的泉水溢出。

(4)滑坡边界及滑坡床标志

滑坡后缘断壁上有顺坡擦痕,前缘土体常被挤出或呈舌状凸起;滑坡两侧常以沟谷或裂面为界;滑坡床常具有塑性变形带,其内多由黏性物质或黏土夹磨光角砾组成;滑动面很光滑,其擦痕方向与滑动方向一致。

6.2滑坡稳定性分析方法

1.分析方法概述

稳定性评价的主要任务是对滑坡的稳定性作出分析,为整治提供科学的依据。评价的基本方法分为定性评价与定量评价两种。

定性评价主要是通过综合考虑各种影响滑坡稳定性的因素,并根据变形的时间效应规律,判断滑坡的稳定状况和发展趋势。这一方法已为国内外工程地质人员所熟悉和广泛采用。定性评价按照所依据的资料不同又可分历史分析法与工程地质类比法两种。历史分析法就是对滑坡发育史进行分析,从它的形成历史来判断现在的稳定状况和预测未来的变化;工程地质类比法是在分析了影响滑坡稳定诸因素的基础上,类比条件相类似的其他滑坡,来评价本滑坡的稳定状况并预测其发展趋势。

经过多年的工程实践,定性评价方法又有了新进展,即“模式化”评价方法的出现。此法认为地质模式不仅包括滑坡有关的基本地质条件,也包括滑坡变形特点和破坏方式,以及影响稳定性的各种因素。因此,掌握了地质模式,便可预测滑坡变形发展的趋势及变形的发展过程,推断滑坡可能的破坏方式。但必须指出,地质模式的建立应在分析大量的工程实例的基础上进行。

定量评价是在定性评价的基础上,通过数值分析法或图解方法赋予滑坡稳定性以量的概念。目前定量评价方法中使用最广泛的仍是极限平衡分析法与数值分析法两种。图解分析法的使用也较为广泛,近代发展的概率分析法和系统工程分析法、优势面法也受到了较多的关注。

(1)极限平衡分析法

传统的极限平衡分析法已在国内外广泛使用,此方法的基本假定是把岩体视为刚性体,本身不产生变形,但可传递应力。因此,只研究滑动面的受力大小而不必研究滑体内部的应力状态。极限平衡分析法的原理是通过计算出稳定系数Kc的值来评价滑坡的稳定性。Kc一般被定义为:沿某一滑面上所能提供的抗滑(剪)力与沿该面上实际的下滑力之比值。

Kc1,意味着滑坡稳定;Kc1,则可能失稳;而Kc=1,说明滑坡稳定性已处于极限状态。在工程实际应用中,除将边界条件大大简化外,一般将三维课题简化为平面课题,其分析步骤介绍如下。

①通过分析确定或归纳出可能出现的破裂面形态(直线、折线、圆弧、单滑面、双滑面或多滑面)。

②确定计算荷载和计算参数(摩擦系数、凝聚力、密度、地下水位等)。

③仅在最简单的直线滑动时可直接算出Kc值,因此通常采用试算法进行试算。常用的方法是分块推力传递法(或等K值法)等。

(2)数值分析法

数值分析法使用最广的是有限元法(FEM),有限元法与极限平衡分析法相比具有如下特点:①能考虑滑坡岩体的变形;②可通过物理方程引入各种各样的岩体介质力学特性,如线弹性、弹塑性、黏弹性乃至流变性等,使问题的分析更符合岩体的实际情况;③可模拟岩体的非均质性和各向异性,可考虑诸如岩体的渗流体积力及其他荷载;④可简便处理复杂的边界条件。

有限元法的基本原理是,将一个连续体散化,变换成为有限数量的、大小不同的单元体集合,单元体之间通过结点来连接和制约,且共同承受外部荷载与内力。然后,就每个结点建立平衡方程,并变换为结点位移与结点力的关系方程,求出结点位移并根据位移计算单元应力。最后,根据各单元的已知力学强度参数进行强度判别,从而评价滑坡岩体的稳定性。

离散元分析也是应力应变分析的方法之一,但发展晚于有限元计算,最早由Cundail于1971年提出。此方法是一种动态分析,与有限元法相比更便于变形分析,分析对象是被离散化的且假定为刚性的块体,通过考虑各结构面的力学特性(刚度、阻尼等),建立各单元(块体)间的连接和接触关系,对单元进行受力状态分析,并基于牛顿第二定律建立其运动方程,然后进行系统运动状态的组合分析。

(3)概率分析法

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