第五章 斜坡变形破坏
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例析不稳定斜坡的变形破坏模式延安地处黄土丘陵沟壑,延河、洛河及其各级支流纵横交错,支毛沟密布,宏观地形极为破碎。
每一条沟谷的形成和存在,都必然伴随着斜坡的出现,由此决定了斜坡在区内广泛分布的特点。
区内斜坡多为黄土斜坡,其余为基岩斜坡。
黄土质地疏松,工程地质性质软弱,垂直节理发育;基岩中垂直或近于垂直的节理裂隙十分发育,并与层面相交,从而导致基岩整体性很差。
在这样的岩性构成条件下,不稳定斜坡大量存在,特别是在黄土沟谷源头、沟谷上游、基岩高陡斜坡、滑坡后缘滑壁、沟谷侵蚀岸等地带广泛分布,对人类的生命和财产安全造成威胁。
因此,研究不稳定斜坡的变形破坏模式,有效的对其进行防治很有必要。
影响斜坡稳定性的因素十分复杂,其中最主要的有斜坡岩土类型及性质、地质结构、水文地质条件等。
除此以外,还有岩石风化,地表水和大气水的作用、地震及人类工程活动等。
这些因素综合起来可分为两大方面,即内在因素和外在因素。
内在因素包括:斜坡岩土的类型和性质,岩土体结构等;外在因素包括:水文地质条件及地表水和大气的作用,岩石风化,地震以及人为因素等。
对斜坡稳定性有影响的最根本因素为内在因素,它们决定斜坡变形破坏的形式和规模,对斜坡的稳定性起着控制作用。
外在因素则只有通过内在因素才能对斜坡稳定性的变化起到促进作用,促使斜坡变形破坏的发生和发展。
但是外在因素变化频繁,其作用有时很强烈,会成为斜坡破坏的直接原因。
斜坡变形破坏实质就是斜坡内应力状态发生变化。
斜坡应力状态的变化,使原有的平衡被打破,局部应力集中超过了该部位岩体的容许强度,引起局部剪切错动,拉裂并出现小位移,但还没有造成整体性的破坏,这就是斜坡的变形。
当斜坡变形进一步发展,破裂面不断扩大并互相贯通,使斜坡岩土体的一部分分离开来,发生较大位移,这就是斜坡的破坏。
斜坡变形和破坏是斜坡失稳的两个阶段,它们是互相联系又是有区别的。
前者以坡体中未出现贯通性的破裂断面为特点;而后者在坡体中已出现贯通性的破裂面,且使斜坡的一部分岩土体以一定的加速度发生位移。
浅述斜坡变形破坏的主要类型及其防治措施斜坡在各种内、外地质营力作用下,不断地改变着坡高和坡角,使坡体内应力分布发生变化。
当组成坡体的岩土体强度不能适应此应力分布时,就产生了斜坡的变形破坏作用。
尤其是大规模的工程建设.使自然斜坡发生急剧变化。
斜坡的稳定程度也变化极大,往往酿成灾害。
斜坡的变形与破坏,实质上是由斜坡岩土体内应力与其强度这一对矛盾的发展演化所决定的。
由于斜坡变形破坏,给人类和工程建设带来的危害在国内外不乏其例。
在我国由于特殊的自然地理和地质条件所制约,斜坡地质灾害分布广泛,活动强烈,危害严重。
因此了解斜坡变形破坏产生的原因和主要类型以及其防治措施对于我们土木工程专业的学生显得尤其重要。
1斜坡变形破坏的类型(The type of slope deformation and failure)斜坡的变形与破坏,可以说是斜坡发展演化过程中两个不同的阶段,变形属量变阶段,而破坏则是质变阶段,它们是一个累进破坏过程。
这个过程对天然斜坡来说时间往往较长,而对人工边坡来说时间则较短暂。
1.1斜坡变形(Slope deformation)斜坡变形按其机制可分为拉裂、蠕滑和弯折倾倒三种型式。
1.1.1拉裂(Tensile crack)在斜坡岩土体内拉应力集中部位或张力带内,形成的张裂隙变形型式称拉裂。
这种现象在由坚硬岩土体组成的高陡斜坡坡肩部位最常见,它往往与坡面近乎平行(见图一),尤其当岩体中陡倾构造节理较发育时,拉裂将沿之发生、发展。
拉裂的空间分布特点是:上宽下窄,以至尖灭;由坡面向坡里逐渐减少。
拉裂还有因岩体初始应力释放而发生的卸荷回弹所致,这种拉裂通常称为卸荷裂隙。
拉裂的危害性是:岩土体完整性遭到破坏;为风化营力深入到坡体内部以及地表水、雨水下渗提供了通道。
它们对斜坡稳定均是不利的。
图一斜坡拉裂示意图1.1.2蠕滑(Creep slip)斜坡岩土体沿局部滑移面向临空方向的缓慢剪切变形称蠕滑。
蠕滑发生的部位,在均质岩士体中一般受最大剪应力迹线(见图二)控制,而当存在软弱结构面时,往往受缓倾坡外的弱面所控制。
斜坡变形破坏的防治措施由于斜坡变形破坏,给人类和工程建设带来的危害在国内外不乏其例。
在我国由于特殊的自然地理和地质条件所制约,斜坡地质灾害分布广泛,活动强烈,危害严重。
因此,必须对斜坡的变形破坏采取防治措施。
具体措施可归纳为以下几个方面。
1降低下滑力,提高斜坡抗滑能力;2消除、削弱或改变使斜坡稳定性降低的各种因素;3防御和绕避措施。
以下将重点介绍降低下滑力,提高斜坡抗滑能力,包括刷方减载和抗滑工程。
1刷方减载降低下滑力主要通过刷方减载,在刷方时必须正确设计刷方断面遵循“砍头压脚”的原则(如图1)。
特别注意不要在滑移—弯曲变形体隆起部位刷方,否则可能加速深部变形的发展。
图1 边坡“砍头压脚”2抗滑工程抗滑工程是提高斜坡抗滑力最常用措施,主要有挡墙、抗滑桩、锚杆(索)和支撑工程。
2.1挡墙挡墙也称挡土墙,是防治滑坡常用的有效措施之一,并与排水等措施联合使用(如图2)。
它借助于自身的重力以支挡滑体的下滑力。
挡墙是目前整治中小斜坡滑动应用最广泛的措施之一。
根据斜坡滑动性质、类型和挡墙的受力特点、材料和结构的不同,挡墙可分为重力式抗滑挡墙、锚杆式抗滑挡墙、加筋土抗滑挡墙、板桩式抗滑挡墙。
图2 挡墙2.2抗滑桩抗滑桩是穿过滑坡体深入于滑床的桩柱,用以支挡滑体的滑动力,起稳定边坡的作用,适用于浅层和中厚层的滑坡,是一种抗滑处理的主要措施(如图3)。
抗滑桩通过桩身将上部承受的坡体推力传递给桩下部的侧向土体或岩体,依靠桩下部的侧向阻力来承担边坡的下推力,从而使边坡保持平衡或稳定的工程结构。
抗滑桩按材质分为木桩、钢筋混凝土桩、钢桩;按结构形式分普通桩、单锚点桩(即目前通常称的预应力锚索抗滑桩);按截面形式分圆形桩、矩形桩等。
通常所说的抗滑桩为钢筋混凝土桩,抗滑桩是我国铁路部门20世纪60年代开发、研究的一种抗滑支挡结构。
抗滑桩的出现是抗滑结构工程的一大发展,由于抗滑桩有施工量小,施工安全可靠,布置灵活便利,适应性强,可抵抗较大的滑坡推力等优点,很快在滑坡整治工程中得到广泛的应用和发展。
5斜坡变形破坏工程地质概述斜坡应力散布特点斜坡变形破坏的大体形式与特点崩塌滑坡阻碍斜坡稳固性的因素斜坡稳固性评判斜坡变形破坏预测预报斜坡变形破坏的防治概述一、斜坡及形态要素斜坡系指地壳表部一切具有侧向临空面的地质体,是地表普遍散布的一种地貌形式。
斜坡一样可分为天然斜坡和人工边坡,天然斜坡是指未经人工破坏改造的斜坡,如沟谷岸坡、山坡、海岸等,人工边坡指经人工开挖或改造了形状的斜坡,如渠道边坡、基坑边坡、路堑边坡和露天矿边坡等。
斜坡具有坡面、坡顶、坡肩、坡斜坡变形破坏是内、外动力地质作用下斜坡岩土体处于不稳固状态或失稳的一种现象,随着时刻的推移,在各类地质营力作用下,斜坡岩土体将会经历各类不同的进展演化时期,坡体内应力发生新的转变,由此而可能引发斜坡岩土体的位移,产生不同形式和规模的变形破坏。
斜坡变形破坏给工程建筑带来的危害超级普遍,乃至造成生命财产的庞大损失,全世界各类典型实例我国安徽梅山水库连拱坝的破裂事故即为斜坡变形危及工程平安的典型实例。
该坝右坝肩花岗岩边坡在大坝运营了8年以后发生显著变形,岩体沿一组缓倾角裂隙向河谷方向滑移,使坝体的拱和垛受压变形产生裂痕,库水沿裂痕漏出,经及时处置才保证了大坝的平安。
二实例地点时间规模危害堵塞隧道入口,使铁路营运中断达40天之久成昆线铁西车大经济损失四川云阳鸡扒×107m3长约600m的江段普遍淤高25—30m土凤岩—马家三条公路及许多桥涵受列破坏,四个自然村被四川巫溪县城摧毁楼房多座,致死98人斜坡应力散布特点一、应力散布特点在斜坡形成进程中,表层岩土体发生卸荷回弹。
随之引发应力的从头散布,应力状态要紧的转变:(1)由于应力的从头散布,斜坡中主应力迹线发生明显偏转。
其总的特点表现为愈靠近临空面,最大主应力愈接近平行于临空面,最小主应力那么与之近于正交;向坡体内部慢慢恢复到原始应力状态。
(2)在坡脚周围形成一个明显的应力集中带(图5-2),该处最大主应力与最小主应力的应力差达到最大值,形成一最大剪应力增高带;坡度愈陡应力集中愈明显。
综合测试试题名词解释1.活断层:指目前正在活动着的断层或近期有过活动且不久的将来可能会重新发生活动的断层(即潜在活断层)。
2.砂土液化:饱水砂土在地震、动力荷载或其它物理作用下,受到强烈振动而丧失抗剪强度,使砂粒处于悬浮状态,致使地基失效的作用或现象。
3.混合溶蚀效应:不同成分或不同温度的水混合后,其溶蚀能力有所增强的效应。
4.卓越周期:地震波在地层中传播时,经过各种不同性质的界面时,由于多次反射、折射,将出现不同周期的地震波,而土体对于不同的地震波有选择放大的作用,某种岩土体总是对某种周期的波选择放大得突出、明显,这种被选择放大的波的周期即称为该岩土体的卓越周期。
5.工程地质条件:与工程建筑物有关的地质条件的综合,包括:岩土类型及其工程性质、地质构造、地形地貌、水文地质、工程动力地质作用、天然建筑材料六个方面。
1.砂土液化:饱水砂土在地震、动力荷载或其它物理作用下,受到强烈振动而丧失抗剪强度,使砂粒处于悬浮状态,致使地基失效的作用或现象。
2.混合溶蚀效应:不同成分或不同温度的水混合后,其溶蚀能力有所增强的效应。
3.卓越周期:地震波在地层中传播时,经过各种不同性质的界面时,由于多次反射、折射,将出现不同周期的地震波,而土体对于不同的地震波有选择放大的作用,某种岩土体总是对某种周期的波选择放大得突出、明显,这种被选择放大的波的周期即称为该岩土体的卓越周期。
4.工程地质问题:工程建筑物与工程地质条件之间所存在的矛盾或问题。
1.地震烈度:地面震动强烈程度,受地震释放的能量大小、震源深度、震中距、震域介质条件的影响。
震源深度和震中距越小,地震烈度越大。
2.工程地质类比法:将已有建筑物的工程地质问题评价的结果和经验运用到工程地质条件与之相似的同类建筑物中。
3.临界水力梯度:岩土体在渗流作用下,呈悬浮状态,发生渗透变形时的渗流水力梯度。
4.活断层:指目前正在活动着的断层或近期有过活动且不久的将来可能会重新发生活动的断层(即潜在活断层)。