工程地质学-中国地质大学-第5章(1)-斜坡变形破坏工程地质研究讲解学习.ppt
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1、工程地质学-中国地质大学-第5章(1)-斜坡变形破坏工程地质研究第一节第一节 概述概述斜坡斜坡指地表一切具有侧向指地表一切具有侧向 空面的地质坡体,是一类广空面的地质坡体,是一类广泛的地貌类型。泛的地貌类型。斜坡变形破坏是地质发展演化的重要过程。斜坡变形破坏是地质发展演化的重要过程。天然斜坡:沟谷岸坡、山坡天然斜坡:沟谷岸坡、山坡天然斜坡:沟谷岸坡、山坡天然斜坡:沟谷岸坡、山坡 人工边坡:露采边坡、基坑边坡人工边坡:露采边坡、基坑边坡人工边坡:露采边坡、基坑边坡人工边坡:露采边坡、基坑边坡类型类型岩坡岩坡土坡土坡按高度按高度H H高坡高坡中坡中坡低坡低坡岩坡岩坡M 15mM 15m土坡土坡H
2、10mH 10m岩坡岩坡8m H5m8m H5m土坡土坡5m H10m5m H10m岩坡岩坡H 8mH 8m土坡土坡H 5mH=30=300 0中坡中坡15150 0=30300 0缓坡缓坡 15150 0坡面形态坡面形态:内凹型,外凸型,直线型,复合型:内凹型,外凸型,直线型,复合型 19631963年年1010月夜间发生在意大利北部山区的月夜间发生在意大利北部山区的VajontVajont水库,被公认为是世界上最严重的滑坡灾害。水库,被公认为是世界上最严重的滑坡灾害。该水库库容该水库库容1010亿立方米,坝高亿立方米,坝高267267米,是当时世界上米,是当时世界上最高的双曲拱坝。最高的双
3、曲拱坝。工程实例工程实例 水库蓄水造成水库岸坡地下水位的相应抬高,地质环境发生了急剧变水库蓄水造成水库岸坡地下水位的相应抬高,地质环境发生了急剧变化,化,2.62.6亿立方米的石灰岩山体以亿立方米的石灰岩山体以20M/S20M/S以上的速度滑入水库。以上的速度滑入水库。最大涌浪最大涌浪 高度高度250M250M,越过坝顶高度达,越过坝顶高度达150M150M,库水迅猛泻向下游。,库水迅猛泻向下游。洪水摧毁了下游数公里以内的洪水摧毁了下游数公里以内的5 5个村庄,个村庄,26002600人在梦中死亡。该水库也因人在梦中死亡。该水库也因滑坡填入而报废。滑坡填入而报废。第二节第二节 斜斜 坡坡 应应
4、 力力 分分 布布 特特 征征原始应力状态:原始应力状态:H 1 3 1.1.斜坡周围斜坡周围主应力迹线主应力迹线发发生明显偏转生明显偏转:愈接近临空面愈接近临空面,最大主应最大主应力力 1 1愈接近平行于临空面愈接近平行于临空面,3 3与之正交与之正交,向坡内逐渐向坡内逐渐恢复到原始状态。恢复到原始状态。一、重分布应力的特点:一、重分布应力的特点:2.2.2.2.在坡脚及坡肩附近形成在坡脚及坡肩附近形成在坡脚及坡肩附近形成在坡脚及坡肩附近形成应力集中区应力集中区应力集中区应力集中区(1)(1)坡脚附近最大主应力显著增高坡脚附近最大主应力显著增高,且愈近表且愈近表面愈高面愈高;最小主应力显著降
5、低。最小主应力显著降低。这一带是坡体中应力差或最大剪应力最高这一带是坡体中应力差或最大剪应力最高的部位,形成的部位,形成最大剪应力增高带最大剪应力增高带,往往产,往往产生与坡面或坡底面平行的生与坡面或坡底面平行的压裂面压裂面。1(2)(2)在坡顶面和坡面的某些部位在坡顶面和坡面的某些部位,坡面的径坡面的径向应力和坡顶面的切向力可转化为拉应向应力和坡顶面的切向力可转化为拉应力力,形成形成张力带张力带,易形成与坡面平行的易形成与坡面平行的拉拉裂面裂面。3.3.与主应力迹线偏转相联系与主应力迹线偏转相联系,坡体内最大剪应力迹线由原坡体内最大剪应力迹线由原来的直线变成近似来的直线变成近似圆弧线圆弧线,
6、弧弧的下凹方向朝着临空方向。的下凹方向朝着临空方向。4.4.坡面处由于侧向压力趋于坡面处由于侧向压力趋于零零,实际上处于实际上处于两向受力状态两向受力状态,而向坡内逐渐变为三向受力状而向坡内逐渐变为三向受力状态。态。二二 影响斜坡应力分布的因素影响斜坡应力分布的因素1.岩体初始应力的影响岩体初始应力的影响 初始应力场、尤其初始应力场、尤其水平剩余应力水平剩余应力使坡体中主应力迹线的使坡体中主应力迹线的分布形式分布形式有所不同,明显改变了各应力值的有所不同,明显改变了各应力值的大小大小;使应;使应力分异现象加剧力分异现象加剧,尤其对坡脚应力集中带和坡面张力带尤其对坡脚应力集中带和坡面张力带的影响
7、最大。的影响最大。2.2.坡形的影响坡形的影响 (1)(1)坡高坡高:不改变应力等值线图象,应力随坡高而增高。:不改变应力等值线图象,应力随坡高而增高。(2)(2)坡角坡角:坡角变化明显改变了应力分布图象。随坡角变陡,张:坡角变化明显改变了应力分布图象。随坡角变陡,张力带的范围有所扩大,坡脚应力集中带最大剪应力值也随之增高力带的范围有所扩大,坡脚应力集中带最大剪应力值也随之增高。(4)(4)坡面形态坡面形态:平面上的凹形坡,应力集中明显减缓。:平面上的凹形坡,应力集中明显减缓。圆形和椭圆形边坡,坡脚最大剪应力仅为一般斜坡的圆形和椭圆形边坡,坡脚最大剪应力仅为一般斜坡的1/21/2。当水平应力坡
8、形于椭圆形矿坑长轴时,应力集中较缓和。当水平应力坡形于椭圆形矿坑长轴时,应力集中较缓和。(3)(3)坡底宽度坡底宽度:当:当W0.8HW0.8HW0.8H时,时,则保持为一常值(称为则保持为一常值(称为“残残余余 坡角应力坡角应力”)3.3.斜坡岩土体特性和结构特征的影响斜坡岩土体特性和结构特征的影响:11 岩土体的岩土体的变形模量变形模量对均质坡体的应力分对均质坡体的应力分布无明显影响布无明显影响.泊松比泊松比可改变主应力和剪应力的分布可改变主应力和剪应力的分布,引引起张力带变化。随着起张力带变化。随着 增高,坡面和增高,坡面和 坡顶的坡顶的张力带逐渐张力带逐渐 扩展扩展;而在坡底则反之,;
9、而在坡底则反之,增高,增高,张力带张力带收缩收缩。结构面的产状、性质的差别,使斜坡中结构面的产状、性质的差别,使斜坡中的应力分布出现了不连续性,在不连续面或的应力分布出现了不连续性,在不连续面或软弱面的周边形成软弱面的周边形成应力集中应力集中或发生或发生应力阻滞应力阻滞。第三节第三节 斜坡变形破坏的基本形式斜坡变形破坏的基本形式 一、斜坡变形一、斜坡变形 斜坡受到侵蚀卸荷作用和开挖卸荷等作用所产生的斜坡受到侵蚀卸荷作用和开挖卸荷等作用所产生的应力释放效应应力释放效应,而引起的斜坡表层岩土体的而引起的斜坡表层岩土体的弹塑性回弹弹塑性回弹和和蠕变位移蠕变位移。形式:形式:(1)(1)卸荷回弹卸荷回
10、弹 卸荷、初始应力释放卸荷、初始应力释放 侧应力减弱侧应力减弱 产生张裂面产生张裂面(2)(2)拉裂拉裂 斜坡形成过程中,在坡面和坡顶形成的张力带中拉应力集斜坡形成过程中,在坡面和坡顶形成的张力带中拉应力集中形成拉张裂缝。中形成拉张裂缝。(3)蠕滑蠕滑 斜坡岩土体在自重应力为主的长期作用下斜坡岩土体在自重应力为主的长期作用下,向临空面方向的向临空面方向的缓慢而持续的变形。缓慢而持续的变形。A.A.表层蠕滑表层蠕滑:斜坡浅层岩土体在重力的长期作用下,向临:斜坡浅层岩土体在重力的长期作用下,向临空面方向缓慢变形构成一个剪变带,其位移由坡面向坡内逐渐降空面方向缓慢变形构成一个剪变带,其位移由坡面向坡
11、内逐渐降低直至消失。低直至消失。B.B.深层蠕滑深层蠕滑:主要发育在斜坡下部或坡体内部。:主要发育在斜坡下部或坡体内部。按其形成机制特点可分为两种:按其形成机制特点可分为两种:软弱基座蠕滑软弱基座蠕滑 坡体蠕滑坡体蠕滑(受软弱结构面控制)(受软弱结构面控制)(3)(3)弯曲倾倒弯曲倾倒:由陡坡或直立板状岩体组成的由陡坡或直立板状岩体组成的斜坡斜坡,当岩层走向与坡面走向大致相当岩层走向与坡面走向大致相同时,在自重的长期作用下,由前同时,在自重的长期作用下,由前缘开始向临空方向弯曲、折裂,并缘开始向临空方向弯曲、折裂,并逐渐向坡内发展的变形,称为弯曲逐渐向坡内发展的变形,称为弯曲倾倒。倾倒。二、斜
12、坡破坏二、斜坡破坏崩塌崩塌 滑坡滑坡 表层流动表层流动 落石落石1.崩塌崩塌 陡坡上的岩土体产生陡坡上的岩土体产生以下落运动为主以下落运动为主(移动、滚动、跳跃)的破坏(移动、滚动、跳跃)的破坏现象。(土崩、岩崩)。现象。(土崩、岩崩)。2.滑坡滑坡 斜坡岩土体依附于内在的内在的或潜在的贯通潜在的贯通结构面,在外力作用下,失去原来的平衡状态,产生了以水平运动为主以水平运动为主的滑动现象。3.两者的区别:两者的区别:运动方式运动方式破坏形式破坏形式是否脱离母体,存在滑动面是否脱离母体,存在滑动面规模、速度规模、速度变形破坏地质模型:变形破坏地质模型:崩塌:崩塌:第第 四四 节节 滑滑 坡坡一、滑
13、坡的基本要素一、滑坡的基本要素 滑动带滑动带 :滑坡体与滑坡床之间的分界面。形态可分为圆:滑坡体与滑坡床之间的分界面。形态可分为圆弧状、平面状和阶梯状等(下页图)。弧状、平面状和阶梯状等(下页图)。滑坡床滑坡床 :滑坡体之下未经过滑动的岩土体。:滑坡体之下未经过滑动的岩土体。滑坡体滑坡体 :与母体脱离经过滑动的部分岩体。:与母体脱离经过滑动的部分岩体。滑坡周界滑坡周界:滑坡体与周围未变位岩土体在平面上的分界线。:滑坡体与周围未变位岩土体在平面上的分界线。滑坡壁滑坡壁 :滑坡体后缘由于滑动作用所形成的母岩陡壁,:滑坡体后缘由于滑动作用所形成的母岩陡壁,其坡角多为其坡角多为35-8035-80度,
14、平面上多呈圈椅状。滑坡壁上常见铅度,平面上多呈圈椅状。滑坡壁上常见铅直方向的擦痕。直方向的擦痕。滑坡台阶滑坡台阶:滑坡体下滑时各部分运动速度不同而形成的错台。:滑坡体下滑时各部分运动速度不同而形成的错台。滑坡舌滑坡舌 :滑坡体前部伸出如舌状的部位。常伸入沟谷、:滑坡体前部伸出如舌状的部位。常伸入沟谷、河流。最前端滑坡面出露地表的部位,称河流。最前端滑坡面出露地表的部位,称滑坡剪出口滑坡剪出口。滑坡洼地(湖滑坡洼地(湖)主滑线主滑线 滑坡裂隙滑坡裂隙:滑坡体在滑动过程中各部位受力性质和大小不同,:滑坡体在滑动过程中各部位受力性质和大小不同,在各部位产生不同力学性质的裂隙。在各部位产生不同力学性质
15、的裂隙。拉张裂隙:位于滑体后部、滑床后壁,弧形分布,与滑动方向垂拉张裂隙:位于滑体后部、滑床后壁,弧形分布,与滑动方向垂直;直;剪切裂隙:羽状分布于滑坡体中前部的两侧,因滑坡体与滑坡剪切裂隙:羽状分布于滑坡体中前部的两侧,因滑坡体与滑坡床之间的相对位移的力偶作用形成,与滑动方向斜交;床之间的相对位移的力偶作用形成,与滑动方向斜交;鼓张裂隙:分布滑体前缘,由于滑体后部的推挤鼓起而成,与滑鼓张裂隙:分布滑体前缘,由于滑体后部的推挤鼓起而成,与滑动方向垂直;动方向垂直;扇形裂隙:位于滑体舌部,因前部岩土体向两侧扩散产生,放射扇形裂隙:位于滑体舌部,因前部岩土体向两侧扩散产生,放射状呈扇形分布。状呈扇
16、形分布。圈椅状地貌圈椅状地貌 双沟同源双沟同源二、二、滑坡的识别滑坡的识别1 1、识别方法:、识别方法:航片解译、地面调查、勘探航片解译、地面调查、勘探面面 线线点点2 2、识别标志、识别标志 (1)(1)地形地貌方面地形地貌方面 滑坡形态特征、地貌不协调或反常滑坡形态特征、地貌不协调或反常等等(2)(2)变形破裂方面变形破裂方面:滑体上产生小型褶曲和断裂现象滑体上产生小型褶曲和断裂现象 滑体结构松散、破碎滑体结构松散、破碎(3)(3)水文地质方面水文地质方面 结构破碎结构破碎 透水性增高透水性增高 地下水径流条件改变地下水径流条件改变 滑体表面出滑体表面出现现积水洼地或湿地积水洼地或湿地,泉
17、泉的出现的出现(4)(4)植被方面植被方面马刀树、醉汉林马刀树、醉汉林(5)(5)滑动面的鉴别及研究滑动面的鉴别及研究 勘探:钻探变形勘探:钻探变形 监测:钻孔倾斜仪监测:钻孔倾斜仪三三 滑坡分类滑坡分类 1 1 按按岩土体类型岩土体类型分类分类 土体滑坡土体滑坡岩石滑坡岩石滑坡(1)粘性土滑坡(2)黄土滑坡(3)堆填土滑坡(4)堆积土滑坡(5)破碎石滑坡(6)完整岩石滑坡滑坡滑坡2 .2 .按滑坡的按滑坡的动力学特征动力学特征分类(巴甫洛夫,分类(巴甫洛夫,19031903)(a)(a)推动式滑坡推动式滑坡 (b)(b)牵引式滑坡牵引式滑坡 (c)(c)混合式滑坡混合式滑坡 (d)(d)平移
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