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崩塌与滑坡

时间:2022-01-28 百科知识 版权反馈
【摘要】:崩塌是公路、铁路等山区工程常见的一种病害现象。一般说来,岩层的层面、裂隙面、断层面、软弱夹层或其他的软弱岩性带都是抗剪性能较低的“软弱面”。如果这些软弱面倾向临空且倾角较陡,则当斜坡受力情况突然变化时,被切割的不稳定岩块就可能沿着这些软弱面发生崩塌。
崩塌与滑坡_土木工程地质

7.3 崩塌与滑坡

7.3.1 崩塌

在陡峻的山坡以及海、湖、河流的高坡上的岩土体,在重力作用下突然而猛烈地向下倾倒、崩落的现象,称为崩塌。崩塌经常发生在陡峭山坡、岸坡上,以及人工开挖的高边坡上。

规模巨大的山坡崩塌称为山崩。斜坡的表层岩石由于强烈风化,沿坡面发生经常性的岩屑顺坡滚落现象,称为碎落。悬崖陡坡上个别较大岩块的崩落称为落石。

崩塌是公路、铁路等山区工程常见的一种病害现象。它来势迅猛,常可摧毁路基和桥梁,堵塞隧道洞门,击毁行车,对公路、铁路行车造成直接危害,常因此导致交通中断。崩塌还会破坏建筑物,有时甚至使整个居民点遭到破坏。在狭窄河谷中有时因崩塌堆积物堵塞河道形成堰塞湖,这样就会将上游路基等建筑物和农田淹没,在宽河谷中,崩塌能使河流改道及改变河流性质,从而造成急流地段或产生局部冲刷,导致路基水毁。

崩塌可以由自然因素激发产生,也可以由人为因素激发产生。如云南昆明至畹町公路某段的路堑边坡,雨后不久发生崩塌达1.7万立方米,严重阻碍交通;盐津某线,大爆破施工,引起数十万立方米的大规模崩塌,堵河成湖,回水淹没路基达8km之多。

1)形成崩塌的基本条件

崩塌虽发生比较突然,但它有一定的形成条件和发展过程。崩塌形成的基本条件,归纳起来,主要有以下几方面。

(1)地形条件

斜坡高、陡是形成崩塌的必要条件。调查表明,规模较大的崩塌,一般多产生在高度大于30m,坡度大于50°(大多介于55°~75°之间)的陡峻斜坡上。

斜坡的外部形状,对崩塌的形成也有一定的影响。一般上缓下陡的凸坡和凹凸不平的陡坡(见图7-14)易于发生崩塌。

(2)岩性条件

崩塌常发生在由坚硬性脆的岩石构成的斜坡上。如厚层石灰岩、花岗岩、砂岩、石英岩、玄武岩等,它们具有较大的抗剪强度和抗风化能力,能形成高峻的斜坡,在外来因素影响下,一旦斜坡稳定性遭到破坏,即产生崩塌现象。此外,由软硬互层(如砂页岩互层、石灰岩与泥灰岩互层、石英岩与千枚岩互层等)构成的陡峻斜坡,由于差异风化,斜坡外形凹凸不平,因而也容易产生崩塌。

(3)构造条件

如果斜坡岩层或岩体的完整性好,就不易发生崩塌。实际上,自然界的斜坡,经常是由性质不同的岩层以各种不同的构造和产状组合而成的,而且常常为各种构造面所切割,从而削弱了岩体内部的联结,为产生崩塌创造了条件。一般说来,岩层的层面、裂隙面、断层面、软弱夹层或其他的软弱岩性带都是抗剪性能较低的“软弱面”。如果这些软弱面倾向临空且倾角较陡,则当斜坡受力情况突然变化时,被切割的不稳定岩块就可能沿着这些软弱面发生崩塌。图7-15所示的为两组与坡面斜交的裂隙,其组合交线倾向临空,被切割的楔形岩块沿楔形凹槽发生崩塌的示意图

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图7-15 楔形体崩塌示意图

1—裂隙;2—楔形槽;3—崩塌堆积体

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图7-14 软硬岩互层形成的锯齿状坡面

(4)其他自然因素

岩石的强烈风化,裂隙水的冻融,植物根系的楔入等,都能促使斜坡岩体发生崩塌现象。但大规模的崩塌多发生在暴雨、久雨或强震之后。这是因为降雨渗入岩体裂隙后,一方面会增加岩体的重量,另一方面能使裂隙中的充填物或岩体中的某些软弱夹层软化,并产生静水压力及动水压力,使斜坡岩体的稳定性降低;或者流水冲淘坡脚,削弱斜坡的支撑部分等,都会促使斜坡岩体产生崩塌现象。地震能使斜坡岩体突然承受巨大的惯性荷载,因而往往能促成大规模的崩塌。例如,2008年5月四川汶川地震(8.0级),造成震区公路沿线及河谷两岸普遍发生崩塌。

此外,人类不合理的工程活动,如公路路堑开挖过深、边坡过陡,也常引起边坡发生崩塌。开挖路基或建筑物地基,改变了斜坡外形,使斜坡变陡,软弱构造面暴露,使部分被切割的岩体失去支撑,结果引起崩塌。此外,如坡顶弃方过大或不妥当的爆破施工,也常促使斜坡发生崩塌现象。

2)崩塌的防治

(1)勘察调查要点

要有效地防治崩塌,必须首先进行详细的调查研究,掌握崩塌形成的基本条件及其影响因素,根据不同的具体情况,采取相应的措施。调查崩塌时,应注意以下几个方面。

①查明斜坡的地形条件,如斜坡的高度、坡度、外形等。

②查明斜坡的岩性和构造特征,如岩石的类型,风化破碎程度,主要构造面的产状以及裂隙的充填胶结情况。

③查明地面水和地下水对斜坡稳定性的影响以及当地的地震烈度等。

(2)防治原则

由于崩塌发生得突然而猛烈,治理比较困难而且复杂,特别是大型崩塌,所以一般多采取以防为主的原则。

①在公路、铁路线路选线时,应注意根据斜坡的具体条件,认真分析崩塌的可能性及其规模。对有可能发生大、中型崩塌的地段,宜优先采用绕避方案。当绕避有困难时,可调整路线位置,离开崩塌影响范围一定距离,尽量减少防治工程,或考虑其他通过方案(如隧道、明洞等),确保行车安全。对可能发生小型崩塌或落石的地段,应视地形条件进行经济比较,确定绕避还是设置防护工程通过。如拟通过,路线应尽量争取设在崩塌停积区范围之外。如有困难,也应使路线离坡脚有适当距离,以便设置防护工程。

②在建筑物选址时,应遵守道路选线的同样原则。

③在设计和施工中,避免使用不合理的高陡边坡,避免大挖大切,以维持山体的平衡。在岩体松散或构造破碎地段,不宜使用大爆破施工,以免由于工程技术上的错误而引起崩塌。

(3)防治措施

①排水。

在有水活动的地段,布置排水构筑物,以进行拦截疏导,防止水流渗入岩土体而加剧斜坡的失稳。要排除地面水可修建截水沟、排水沟;要排除地下水,可修建纵、横盲沟等。在距堑顶10m以外有覆盖土层时,宜种植防护林带,并封山禁止砍伐。林带对保护山坡,阻挡落石,减少其滚动速度和跳跃高度有明显作用,同时又节省防护工程的费用。

②防护和加固工程。

加固山坡和边坡,必要地段要修建挡墙、边坡锚杆、多级护墙和护面。

③支顶工程。

对拟建工程上方的危岩应尽量清除,以防后患。对于在已建成工程上方的危岩,应根据地形和岩层情况,采取支顶、支护、支撑等支挡建筑物加固。应做到使坡面平顺,临空面有支护和支顶的力量,岩块重心应稳,以增加斜坡的稳定性。

④拦截工程。

在路肩边或山坡上适当地点修拦石墙,墙后留有空间作为落石坑。另在山坡上和挡石墙顶修建拦石网,它可以与遮断信号电气连锁,崩塌时可发出信号示警。

⑤遮挡工程。

遮挡工程即遮挡斜坡上部的崩塌落石。这种措施常用于高边坡有大型崩塌的地段,其他办法难以处理时,可修建明洞、棚洞等通过。上可遮拦崩塌,下可加强坡脚稳定,必要时洞顶还要做些支顶和支护工程,以防病害向两边扩大。

⑥综合治理。

处理危岩除传统的排水和绿化措施外,还有如下一些办法。

a.挂网喷浆。将可能顺层滑动的层状岩石和下部较完整的基岩用格栅铁线网包裹并用钢筋锚插杆固定,插钢筋的槽孔捣进混凝土或灌浆。加压强拉之处宜预加应力,若岩石较破碎,则可在钢筋网表面喷射混凝土。

b.钢索拉牵。在危岩上装钢筋勾,用钢丝绳拉到稳定基岩上加以固定,或将破裂的岩石用铁线捆扎,但要防止铁线的松弛和石块的向下脱落。

c.托梁加固。在危岩下设钢筋混凝土托梁或过梁,以便承托上方危岩和有关人员检查走路之用。此方法仅用于危岩较高、跨度较短且两边有较稳定支承位置的场。

d.嵌补支顶。山上就近取石,将危岩悬空凸出部分加以嵌补支顶,使坡面较平顺,岩块不过分外凸,翻转角不超过临界值,增加临空面的抗力和反倾倒力矩。

e.刷坡清除。清除危岩只限于斜坡上可用短撬人工清除的零星危岩,清后不影响上部岩土的稳定,否则只能作加固处理不能清除。控爆小炮只用于炸除露头危岩,炸后不影响周围的稳定,线路要特别防护。刷坡减重只宜将坡面上松石、风化物和局部不平顺刷掉后作坡面防护,绝不可越刷越高以危及坡面的安全和稳定。

(4)崩塌防治实例

SNS网防护系统是一种高能量的防护系统,它主要由钢绳网、格栅网、横向支撑绳、纵向支撑绳、钢绳锚杆、缝合绳等组成。该系统能够防治较大的崩塌落石,格栅网可以防止表面风化剥落的碎石。纵横向支撑绳为受力绳,通过钢绳网的作用改变纵横向支撑绳的受力,从而达到防护的目的。SNS网防护系统属柔性轻型防护系统,不会增大坡面荷载,裂隙水可以自由排泄,且适应各种地形,不破坏植被生长条件,有利于坡体稳定,服务年限长达50年。

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图7-16 SNS网防护系统标准布置及缝合图

陕西省1999年首次在兰小二级汽车专用公路K36+210~K36+270路段采用了SNS网主动防护系统,效果很好,现以此为例加以介绍。

兰小线K36+210~K36+270路段岩体岩性为花岗岩,逆向公路节理发育,倾角较大,将岩体切割成厚度0.5~1.5m的层状。修路时的不合理爆破及下部岩体清理,致使岩体沿节理临空。由于岩层较薄,花岗岩性脆,其他方向的节理也非常发育,在岩体自重力和地震力作用下,岩体极易破裂崩落。

经过方案比选,认为传统的挂网喷锚在该处受到岩体倾角及倾向的限制,施工难度较大,且治理效果不佳。为适应该处地质条件,决定采用SNS网主动防护系统进行加固处理,如图7-16所示。

由于该段岩根被破坏,同时也为了防止人为因素的继续破坏,在该段底部做一钢筋锚杆挡墙,对上部岩体起到了有效的支撑作用,上部铺挂SNS网,鉴于该处岩石节理面走向与公路走向一致,且临空面为新开挖断面,风化差、岩块相对较大,设计铺设SNS钢绳网。一个挂网单元为4.5m×4.5m,由φ18的纵向支撑绳、φ8的横向支撑绳和4m×4m的钢绳网组成,每张钢绳网用一根φ8缝合绳与支撑绳缝合连接。钢绳锚杆间距为4.5m,锚深为2.5m,钢绳规格为2φ16,侧沿及上沿钢绳锚杆规格为2φ16,锚深为3m。山体顶部用钢丝绳将SNS网拉到山体背侧部并锚固;SNS网底沿钢绳锚杆浇筑于混凝土挡墙内。

SNS网的施工顺序及方法如下:①清理岩面;②放线测量,测定锚杆孔位,钻凿凹坑(口径20cm,深10cm);③钻凿锚杆孔,孔深应比设计锚杆长度长5cm以上,孔径不小于φ48,如孔径不能达到,则应钻凿沿线路方向呈30°夹角的直径不得小于φ30的2个锚杆孔,将钢丝锚杆拆开分别插入锚固;④注浆并插入锚杆;⑤安装纵横向支撑绳,张拉紧后,两端与钢绳锚杆外露环套固定连接;⑥从上往下铺设钢绳网并用φ8钢绳缝合(见图7-17)。

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图7-17 SNS网施工断面图

7.3.2 滑坡

斜坡大量岩土体在重力和外部营力作用下,失去原有平衡而沿一定的滑动面(或带)整体向下滑动的现象,称为滑坡。

规模大的滑坡一般会缓慢地、长期地往下滑动,其位移速度多在突变阶段才显著增大,滑动过程可以延续几年、十几年甚至更长的时间。有些滑坡滑动速度也很快,如1983年3月发生在甘肃东乡洒勒山的滑坡最大滑速可达40m/s。

滑坡是山区公路、铁路及城镇、村庄等建筑物的主要病害之一。山坡或路基边坡发生滑坡,常使交通中断,影响道路的正常运输。大规模的滑坡,可以堵塞河道,摧毁道路,破坏厂矿,掩埋居民点,对山区建设和交通设施危害很大。西南地区(云、贵、川、藏)是我国滑坡分布的主要地区,不仅滑坡的规模大,类型多,而且分布广泛,发生频繁,危害严重。在云南省几乎每条公路上都有不同规模的滑坡发生。贵州的炉榕公路,四川的川藏公路、成阿公路、巴峨公路等均遭受过滑坡的严重危害。又如某铁路桥,当桥的墩台竣工后,由于两侧岸坡发生滑动,架梁时发现各墩均有不同程度的垂直和水平位移,墩身混凝土开裂,经整治无效,被迫放弃而另建新桥。贵昆铁路某隧道出口段,由于开挖引起了滑坡,推移和挤裂了已成的隧道,经整治才趋于稳定。另外也常有滑坡摧毁居民点的报道。

1)滑坡的形态

一个发育完全的典型滑坡,一般具有下面一些基本的组成部分(见图7-18)。

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图7-18 滑坡要素示意图

(a)剖面示意图;(b)平面示意图1—滑坡体;2—滑动面;3—滑坡床;4——滑坡壁;5—滑坡周界;6—滑坡台阶;7—滑坡舌;8—拉张裂缝;9—剪切裂缝;10—鼓张裂缝;11—扇形缝

(1)滑坡体

斜坡沿滑动面向下滑动的岩土体称为滑坡体。其内部一般仍保持着未滑动前的层位和结构,但产生许多新的裂缝,个别部位还可能遭受较强烈的扰动。

(2)滑动面、滑动带和滑坡床

滑坡体沿其向下滑动的面称为滑动面。滑动面以上,被揉皱了的厚数厘米至数米的结构扰动带,称为滑动带。有些滑坡的滑动面(带)可能不止一个。在最后滑动面以下稳定的土体或岩体称为滑坡床。滑动面(滑动带)是表征滑坡内部结构的主要标志,它的位置、数量、形状和滑动面(带)岩土的物理力学性质,对滑坡的推力计算和工程治理有重要意义。

在一般情况下,滑动面(带)的岩土被挤压破碎、扰动严重、富水软弱、颜色异常、常含有夹杂物质。当滑动面(带)为黏性土时,在滑动剪切作用下,常产生光滑的镜面,有时还可见到与滑动方向一致的滑坡擦痕。在勘探中,常可根据这些特征,确定滑动面的位置。

滑动面的形状,因地质条件而异。一般说来,发生在均质土中的滑坡,滑动面多呈圆弧形;沿岩层层面或构造裂隙发育的滑坡,滑动面多呈直线形或折线形。

(3)滑坡壁

滑坡壁滑动面的上沿,即滑动体与斜坡断开下滑后形成的陡壁,称为滑坡壁。它在平面上多呈圈椅状,其高度自几厘米至几十米,坡度一般为60°~80°。

(4)滑坡周界

滑坡体与周围未滑动的稳定斜坡在平面上的分界线,称为滑坡周界。滑坡周界圈定了坡的范围。

(5)滑坡台阶

有几个滑动面或经过多次滑动的滑坡,由于各段滑坡体的运动速度不同,而在滑坡体上出现的阶梯状的错台,称为滑坡台阶。

(6)滑坡舌

滑坡体的前沿,形如舌状伸出的部分,称为滑坡舌。

(7)滑坡裂缝

滑坡体的不同部分,在滑动过程中,因受力性质不同,会形成不同特征的裂缝。按受力性质,滑坡裂缝可分为下面四种。

①拉张裂缝。分布在滑坡体上部,与滑坡壁的方向大致吻合,多呈弧形,由滑坡体向下滑动时产生的拉力形成,裂缝张开。

②剪切裂缝。分布在滑坡体中部的两侧,由滑坡体下滑,在滑坡体内两侧所产生的剪切作用形成的裂缝。它与滑动方向大致平行,其两边常伴有呈羽毛状排列的次一级裂缝。

③鼓张裂缝。主要分布于滑坡体的下部,滑坡体上、下部分运动速度的不同或滑坡体下滑受阻,致使滑坡体鼓张隆起形成裂缝。鼓张裂缝的延伸方向大体上与滑动方向垂直。

④扇形张裂缝。分布在滑坡体的中下部(尤以舌部为多),当滑坡体向下滑动时,滑坡体的前沿向两侧扩散引张形成张开裂缝。其方向在滑动体中部与滑动方向大致平行,在舌部则呈放射状,故称为扇形张裂缝。

(8)滑坡洼地

滑坡滑动后,滑坡体与滑坡壁之间常拉开成沟槽,构成四周高中间低的封闭洼地,称为滑坡洼地。滑坡洼地往往由于地下水在此处出露,或者由于地表水的汇集,而成为湿地或水塘。

2)滑坡的形成条件和影响因素

(1)滑坡的形成条件

滑坡的发生,是斜坡岩土体平衡条件遭到破坏的结果。由于斜坡岩土体的特性不同,滑动面的形状有各种形式,基本的为平面形和圆弧形两种。二者表现虽有不同,但平衡关系的基本原理还是一致的。

斜坡岩土体沿平面AB滑动时的力系如图7-19所示。

其平衡条件为由岩土体重力G所产生的侧向滑动分力T等于或小于滑动面的抗滑阻力F。通常以稳定系数K表示这两力之比,即

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图7-20 圆弧滑动的平衡示意图

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图7-19 平面滑动的平衡示意图

K=总抗滑力/总下滑力=F/T       (7-1)

很显然,若K<1,则斜坡平衡条件将遭破坏而形成滑坡。若K≥1,则斜坡处于稳定或极限平衡状态。

斜坡岩土体沿圆弧面滑动时的力系如图7-20所示。

图中弧AB为假定的滑动圆弧面,其相应的滑动中心为O点,R为滑弧半径。过滑动圆心O作一铅直线OO′,将滑体分成两部分,在OO′线右侧部分为“滑动部分”,其重心为O1,重量为G1,它使斜坡岩土体具有向下滑动的趋势,对O点的滑动力矩为G1d1;在OO′线左侧部分为“随动部分”,起着阻止斜坡滑动的作用,具有与滑动力矩方向相反的抗滑力矩G2d2。因此,其平衡条件为滑动部分对O点的滑动力矩G1 d1等于或小于随动部分对O点的抗滑力矩G2d2与滑动面上的抗滑力矩img245和。即

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同理,K<1将形成滑坡:K≥1斜坡处于稳定和极限平衡状态。

(2)影响滑坡的因素

从上述分析可以看出,斜坡平衡条件的破坏与否,也就是说滑坡发生与否,取决于下滑力(矩)与抗滑力(矩)的对比关系。而斜坡的外形,基本上决定了斜坡内部的应力状态(剪切力的大小及其分布),组成斜坡的岩土性质和结构决定了斜坡各部分抗剪强度的大小。当斜坡内部的剪切力大于岩土的抗剪强度时,斜坡将发生剪切破坏而滑动,自动地调整其外形来与之相适应。因此,凡是引起改变斜坡外形和使岩土性质恶化的所有因素,都将是影响滑坡形成的因素。这些因素,概括起来,主要有以下几个方面

①岩性。

滑坡主要发生在易于亲水软化的土层中和一些软质岩层中,当坚硬岩层或岩体内存在有利于滑动的软弱面时,在适当的条件下也可能形成滑坡。

容易产生滑坡的土层有胀缩黏土、黄土和黄土类土,以及黏性的山坡堆积层等。它们有的容易与水作用发生膨胀和软化,有的结构疏松,透水性好,遇水容易崩解,强度和稳定性容易受到破坏。

容易产生滑坡的软质岩层有页岩、泥岩、泥灰岩等遇水易软化的岩层。此外,千枚岩、片岩等在一定的条件下也容易产生滑坡。

②构造。

埋藏于土体或岩体中倾向与斜坡一致的层面、夹层、基岩顶面、古剥蚀面、不整合面、层间错动面、断层面、裂隙面、片理面等,一般都是抗剪强度较低的软弱面,当斜坡受力情况突然变化时,都可能成为滑坡的滑动面。如黄土滑坡的滑动面,往往就是下伏的基岩面或是黄土的层面;有些黏土滑坡的滑动面,就是自身的裂隙面。

③水。

水对斜坡岩土的作用,是形成滑坡的重要条件。地表水可以改变斜坡的外形,当水渗入滑坡体后,不但可以增大滑坡的下滑力,而且将迅速改变滑动面(带)岩土的性质,降低其抗剪强度,起到“润滑剂”的作用。所以有些滑坡就沿着含水层的顶板或底板滑动,不少黄土滑坡的滑动面,往往就在含水层中。两级滑坡的衔接处常有泉水出露,以及大规模的滑坡多在久雨之后发生,都可以说明水在滑坡形成和发展中的重要作用。

此外,如风化作用、降雨、人为不合理的切坡或坡顶加载,地表水对坡脚的冲刷以及地震等,都能促使上述条件发生有利于斜坡岩土向下滑动的变化,激发斜坡发生滑动现象。尤其是地震,由于地震的加速度,使斜坡岩土体承受巨大的惯性力,并使地下水位发生强烈变化,促使斜坡发生大规模滑动。如1973年2月的四川炉霍地震,1974年5月的云南昭通地震,以及1976年5月的云南龙陵地震,7月的河北唐山地震,8月的四川松潘—平武地震,尽管区域地质构造和地貌条件不同,凡地震烈度在Ⅶ度以上的地区,都有不同类型的滑坡发生,尤其在高中山区,更为严重。

3)滑坡的分类

为了对滑坡进行深入研究和采取有效的防治措施,需要对滑坡进行分类。但由于自然地质条件的复杂性,且分类的目的、原则和指标也不尽相同,因此,对滑坡的分类至今尚无统一的认识。结合我国的区域地质特点和工程实践,如铁路和公路部门认为,按滑坡体的主要物质组成和滑动时的力学特征进行的分类,有一定的现实意义。

(1)按滑坡体的主要物质组成分类

可以把滑坡分为以下四个类型。

①堆积层滑坡。

堆积层滑坡多出现在河谷缓坡地带或山麓的坡积、残积、洪积及其他重力堆积层中。它的产生往往与地表水和地下水直接参与有关。滑坡体一般多沿下伏的基岩顶面、不同地质年代或不同成因的堆积物的接触面,以及堆积层本身的松散层面滑动。滑坡体厚度一般从几米到几十米。

②黄土滑坡。

发生在不同时期的黄土层中的滑坡,称为黄土滑坡。它的产生常与裂隙及黄土对水的不稳定性有关,多见于河谷两岸高阶地的前缘斜坡上,常成群出现,且大多为中、深层滑坡。其中有些滑坡的滑动速度很快,变形急剧,破坏力强,是属于崩塌性的滑坡。

③黏土滑坡。

发生在均质或非均质黏土层中的滑坡,称为黏土滑坡。黏土滑坡的滑动面呈圆弧形,滑动带呈软塑状。黏土的干湿效应明显,干缩时多张裂,遇水作用后呈软塑或流动状态,抗剪强度急剧降低,所以黏土滑坡多发生在久雨或受水作用之后,多属中、浅层滑坡。

④岩层滑坡。

发生在各种基岩岩层中的滑坡,属岩层滑坡,它多沿岩层层面或其他构造软弱面滑动。这种沿岩层层面、裂隙面和前述的堆积层与基岩交界面滑动的滑坡,统称为顺层滑坡,如图7-21所示。但有些岩层滑坡也可能切穿层面滑动而成为切层滑坡,如图7-22所示。岩层滑坡多发生在由砂岩、页岩、泥岩、泥灰岩以及片理化岩层(片岩、千枚岩等)组成的斜坡上。

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图7-21 顺层滑坡示意图

(a)沿岩层层面滑动;(b)沿坡积层与基岩交界面滑动

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图7-22 切层滑坡示意图

在上述滑坡中,如按滑坡体体积规模的大小,还可以进一步分为:小型滑坡(滑坡体小于3万立方米),中型滑坡(滑坡体介于3万~50万立方米),大型滑坡(滑坡体介于50万~300万立方米),巨型滑坡(滑坡体大于300万立方米)。如按滑坡体的厚度大小,又可分为:浅层滑坡(滑坡体厚度小于6m);中层滑坡(滑坡体厚度为6~20m);深层滑坡(滑坡体厚度大于20m)。

(2)按滑坡的力学特征分类

可分为牵引式滑坡和推动式滑坡。

①牵引式滑坡。

主要是由于坡脚被切割(人为开挖或河流冲刷等)使斜坡下部先变形滑动,因而使斜坡的上部失去支撑,引起斜坡上部相继向下滑动。牵引式滑坡的滑动速度比较缓慢,但会逐渐向上延伸,规模越来越大。

②推动式滑坡。

主要是由于斜坡上部不恰当地加荷(如建筑、填堤、弃渣等)或在各种自然因素作用下,斜坡的上部先变形滑动,并挤压推动下部斜坡向下滑动。推动式滑坡的滑动速度一般较快,但其规模在通常情况下不再有较大发展。

4)滑坡的现场识别和稳定性判断

在工程勘察工作中,预测斜坡滑动的可能性、识别滑坡的存在,并初步分析判断其稳定程度,是合理布设建筑场址,拟定防治方案的一个基本前提。

(1)滑坡的现场识别

斜坡在滑动之前,常有一些先兆现象。如地下水位发生显著变化,干涸的泉水重新出水并且混浊,坡脚附近湿地增多,范围扩大,斜坡上部不断下陷,外围出现弧形裂缝,坡面树木逐渐倾斜,建筑物开裂变形,斜坡前缘土石零星掉落,坡脚附近的土石被挤紧,并出现大量鼓张裂缝等。

如经调查证实,山坡农田变形,水田漏水,水田改为旱田,大块田改为小块田;或者斜坡上某段灌溉渠道不断破坏或逐年下移,则说明斜坡已在缓慢滑动过程中。

斜坡滑动之后,会出现一系列的变异现象。这些变异现象,为我们提供了在现场识别滑坡的标志。其中主要有以下几点。

①地形地物标志。

滑坡的存在,常使斜坡不顺直、不圆滑而造成圈椅状地形和槽谷地形,其上部有陡壁及弧形拉张裂缝;中部坑洼起伏,有一级或多级台阶,其高程和特征与外围河流阶地不同,两侧可见羽毛状剪切裂缝;下部有鼓丘,呈舌状向外突出,有时甚至侵占部分河床,表面多鼓张扇形裂缝,两侧常形成沟谷,出现双沟同源现象(见图7-23);有时内部多积水洼地,喜水植物茂盛,有“醉林”(见图7-24)及“马刀树”(见图7-25)和建坑物开裂、倾斜等现象。

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图7-23 双沟同源

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图7-24 醉林

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图7-25 马刀树

②地层构造标志。

滑坡范围内的地层整体性常因滑动而破坏,有扰乱松动现象,层位不连续,出现缺失某一地层、岩层层序重叠或层位标高有升降等特殊变化,岩层产状发生明显的变化,构造不连续(如裂隙不连贯、发生错动)等,都是滑坡存在的标志。

③地下水标志。

滑坡地段含水层的原有状况常被破坏,使滑坡体成为单独含水体,地下水条件变得特别复杂,无一定规律可循。如潜水位不规则、无一定流向,斜坡下部有成排泉水溢出等。这些现象均可作为识别滑坡的标志。

上述各种变异现象,是滑坡运动的统一产物,它们之间有不可分割的内在联系。因此,在实践中必须综合考虑几个方面的标志,互相验证,才能准确无误,绝不能根据某一标志,就轻率地作出结论。例如,某线快活岭地段,从地貌宏观上看,有圈椅状地形存在,其内并有几个台阶,曾误认为是一个大型古滑坡,后经详细调查,发现圈椅范围内几个台阶的高程与附近阶地高程基本一致,应属同一期的侵蚀堆积面;圈椅范围内的松散堆积物下部并无扰动变形,基岩产状也与外围一致,而且外围的断裂构造均延伸至其中,未见有错断现象,圈椅状范围内,仅见一处流量微小的裂隙泉水,未见有其他地下水露头。通过这些现象的分析研究,判定此圈椅状地形应为早期溪流流经的古河弯地段,而并非滑坡。

(2)滑坡稳定程度的现场判断

滑坡稳定程度的现场判断,主要是通过现场调查,在充分掌握工程地质资料的基础上,可从地貌形态比较、地质条件对比和影响因素变化分析等方面来判断。

①地貌形态比较。

滑坡是斜坡地貌演变的一种形式,它具有独特的地貌特征和发育过程,在不同的发育阶段有不同的外貌形态。因此,可以总结归纳出相对稳定和不稳定滑坡的地貌特征,作为判断滑坡稳定性的参考。

实践中,一般可参照表7-3所列内容进行比较。

表7-3 相对稳定滑坡与不稳定滑坡的形态特征

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②工程地质条件对比。

将需要判断稳定性的滑坡的地层岩性、地质构造及地下水等条件与附近相似条件下的稳定斜坡、不稳定斜坡以及不同滑动阶段的滑坡进行对比,分析其异同,再结合今后工程地质条件可能发生的变化,即可判断滑坡整体的和各个部分的稳定程度。

③影响因素变化的分析。

斜坡发生滑动后,如果形成滑坡的不稳定因素并未消除,则在转入相对稳定的同时,在新的条件下,又会开始不稳定因素的积累,并导致发生新的滑动。只有当不稳定因素消除,滑坡才能由于稳定因素的逐渐积累而趋于长期稳定。

通过调查,找出对滑坡起主要作用的因素及其变化规律,根据这些因素在建筑物使用年限内的最不利组合及其发展趋势,可粗略地判断滑坡的稳定性。如四川某桥位北岸,地层为砂页岩互层,岩层倾向南西,倾角7°左右,在一组张性裂隙和一对扭性裂隙的不利组合下,大量地表水(城市工业、生活污水和雨水)沿裂隙下渗,使深部页岩泥化,大大降低其强度,形成滑动面,曾引起较大规模的深层岩体滑坡,在采取排水等措施后,已基本趋于稳定。但考虑建桥施工中,将进一步切割坡脚,同时,在桥梁设计使用年限内,下游规划筑一高坝,蓄水后,大部分滑动面将被回水浸泡而引起其抗剪强度再度削弱,可能促使滑坡复活。因此,否定了该桥位。

5)滑坡的防治

(1)工程勘察要点

为了有效地防治滑坡,首先必须对滑坡进行详细的工程勘察,查明滑坡形成的条件及原因,滑坡的性质、稳定程度及其对工程的危害性,并提供防治滑坡的措施与有关的计算参数。为此,需要对滑坡进行测绘、勘探和试验工作,有时还需要进行滑坡位移的观测工作。

滑坡测绘是滑坡调查的主要方法之一,也是系统的滑坡调查首先要做的基本工作。通过测绘,查明滑坡的地貌形态,地下水特征,弄清滑坡周界及滑坡体内不同滑动部分的界线等。如滑坡壁的高度、陡度、植被和剥蚀情况,滑坡裂缝的分布形状、位置、长度、宽度及其连通情况,滑坡台阶的数目、位置、高度、长度、宽度;滑坡舌的位置、形状和被侵蚀的情况,泉水、湿地的出露位置和地形与地质构造的关系,流量、补给与排泄关系;岩层层面和基岩顶面是否倾向路线及倾角大小,裂隙发育程度和产状,有无软弱夹层和裂隙水活动等。

滑坡勘探目前常用的有挖探、物探和钻探三种方法。使用时互相配合,相互补充和验证。通过勘探,应查明滑坡体的厚度,下伏基岩表面的起伏及倾斜情况;用剥离表土或挖探方法直接观察或通过岩心分析判断滑动面的个数、位置和形状;了解滑坡体内含水层和湿带的分布情况与范围,地下水的流速及流向等;查明滑坡地带的岩性分布及地质构造情况等。

通过测绘和勘探,应提出滑坡工程地质图和滑坡主滑断面图。

滑坡工程地质试验,是为滑坡防治工程的设计提供依据和计算参数的。一般包括滑坡水文地质试验和滑带土的物理力学试验两部分。水文地质试验是为整治滑坡的地下排水工程提供资料,一般结合工程地质钻孔进行试验,必要时,作专门钻探测定地下水的流速、流向、流量和各含水层的水力联系及渗透系数等。滑动带土石的物理力学试验,主要是为滑坡的稳定性检算和抗滑工程的设计提供依据和计算参数。除一般的常规项目外,主要是做剪切实验,确定内摩擦角φ值和黏聚力c值。

(2)防治原则

滑坡的防治,要贯彻以防为主、整治为辅的原则。在选择防治措施前,要查清滑坡的地形、地质和地下水条件,认真研究和确定滑坡的性质及其所处的发展阶段,了解产生滑坡的主、次要原因及其相互间的联系,结合公路、铁路或建筑物的重要性等级、施工条件及其他情况综合考虑。

①整治大型滑坡,技术复杂,治理工程量大,时间较长,因此在勘察阶段对于可以绕避的,首先应考虑工程路线绕避的方案。在已建成的工程处发生的大型复杂的滑坡,常采用多项工程综合治理,应作整治规划,工程安排要有主次缓急,并观察效果和变化,随时修正整治措施。

②对于中型或小型滑坡连续地段,一般情况下路线可不绕避,但应注意调整路线平面位置,以求得工程量小,施工方便,经济合理的路线方案。

③路线通过滑坡地区,要慎重对待,详细占有资料,对发展中的滑坡要进行整治,对古滑坡要防止复活,对可能发生滑坡的地段要防止其发生和发展。对变形严重、移动速度快、危害性大的滑坡或崩塌性滑坡,宜采取立即见效的措施,以防止其进一步恶化。

④整治滑坡一般应先做好临时排水工程,然后再针对滑坡形成的主要因素,采取相应措施。

⑤对新建或已有建筑物周围的山坡,应进行滑坡可能性评估。结合建筑物的重要程度和可能发生的滑坡规模,采取更改场址、建筑物搬迁、边坡加固等不同措施。

(3)防治措施

①排水。

a.地表排水:如设置截水沟以截排来自滑坡体外的坡面径流,在滑坡体上设置树枝状排水系统汇集坡面径流于滑坡体外排出。

b.地下排水:目前常用的排除地下水的工程是各种形式的渗沟,其次是盲洞,近几年来不少地方已在推广使用平孔排除地下水的方法。平孔排水施工方便,工期短、节省材料和劳力,是一种经济有效的措施。

②改善滑坡体力学条件,增大抗滑力。

a.减与压:对于滑床上陡下缓,滑体头重脚轻的或推移式滑坡,可在滑坡上部的主滑地段减重或在前部的抗滑地段加填压脚,以达到滑体的力学平衡。对于小型滑坡可采取全部清除。减重后应验算滑面从残存滑体薄弱部分剪出的可能性。

b.挡:设置支挡结构(加抗滑片石垛,抗滑挡墙、抗滑桩等)以支挡滑体或把滑体锚固在稳定地层上。由于能比较少的破坏山体,有效地改善滑体的力学平衡条件,故“挡”是目前用来稳定滑坡的有效措施之一。目前常用的支挡结构有抗滑土垛、抗滑片石垛、抗滑挡墙、抗滑桩、锚杆(索)锚固等。

抗滑土垛:在滑坡下部填土,以增加抗滑部分的全体重量。如在滑坡上部减重,将弃土移于下部做土垛,则可增加斜坡的稳定性。土垛一般只能作为整治滑坡的临时措施。

抗滑片石垛:一般用于滑体不大、自然坡度平缓、滑动面位于工程近旁或坡脚下部较浅处的滑坡。主要是依靠片石垛的重量,以增加抗滑力的一种简易抗滑措施。片石垛可用片石干砌或竹笼、木笼堆成。

抗滑挡土墙:在滑坡下部修建抗滑挡土墙是整治滑坡经常采用的有效措施之一。对于大型滑坡,常作为排水、减重等综合措施的一部分;对于中、小型滑坡,常与支撑渗沟联合使用。优点是山体破坏少,稳定滑坡收效快。但应用时必须弄清滑坡的性质、滑体结构、滑面层位、层数、滑体的推力及基础的地层情况。否则,易使墙体变形而失效。

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图7-26 抗滑挡土墙

抗滑挡土墙因其受力条件、材料和结构不同而有多种类型,一般多采用重力式抗滑挡土墙,为了增强墙的稳定性和增大抗滑力,常在墙背设置平台,将基底做成逆坡或锯齿状,如图7-26所示。

抗滑挡土墙与一般挡土墙的主要区别在于所承受的土压力的大小、方向、分布和作用点不同。抗滑挡土墙所承受的土压力,是按滑坡推力计算确定的,计算方法参考有关资料。

抗滑桩:抗滑桩是一种用桩的支撑作用稳定滑坡的有效抗滑措施。一般适用于非塑体浅层和中厚层滑坡前缘。如与用重力式支挡建筑物圬工量过大,施工困难相比,则抗滑桩设置位置灵活,可以分散使用,省时省料,破坏滑体很少,便于施工,易于抢成,并能立即产生抗滑作用。在国内外整治滑坡的工程中,已逐步推广使用。

抗滑桩按制作材料分,有混凝土桩、钢筋混凝土桩及钢桩;按断面形式分,有圆桩、管桩、方桩及H形桩;按布置形式分,有间隔式、密排式、单排式及多排式(见图7-27);按施工方法分,有打入桩、钻孔桩、挖孔桩等。

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图7-28 抗滑桩示意图

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图7-27 抗滑桩的平面布置和形式

(a)单排间隔式;(b)单排密排式;(c)多排密排式;(d)多排间隔式

对于浅层滑坡或路基边坡滑坡,可用混凝土桩或混凝土钻孔桩(见图7-28),使滑体稳定。对于岩层整体性强、滑动面明确的浅层或中厚层滑坡,当修建抗滑挡土墙圬工量大,或因开挖坡脚易引起滑动时,可在滑坡前缘设置混凝土或钢筋混凝土钻孔桩。对于推力较大的大型滑坡,可采用大截面的挖孔桩,采用分排间隔设桩或与轻型抗滑挡土墙结合的形式,以分散滑坡推力,减小每级抗滑建筑物的圬工体积。抗滑桩设计计算参考有关资料。

锚杆(索)锚固:锚固是通过锚杆(索)把斜坡上被软弱结构面切割的板状岩体组成一稳定的结合体,并利用锚杆与岩体密贴所产生的摩阻抗力来阻止岩块向下滑移的一种拦挡措施。对一些顺层滑坡,在坡脚开挖,可能牵引斜坡上部产生多级滑坍,难于清理。如事先采用锚杆加固可以阻止斜坡岩层产生滑动。

③改善滑动面(带)的岩土性质。

如焙烧、电渗排水、压浆及化学加固等以直接稳定滑坡。

此外,还可针对某些影响滑坡滑动的因素进行整治,如为了防止流水对滑坡前缘的冲刷,可设置护坡、护堤、石笼及拦水坝等防护和导流工程。

(4)滑坡防治工程实例——延吉—图们高速公路中里滑坡综合整治

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图7-29 滑坡平面分布图

①工程概况。

中里滑坡西距吉林省延吉市约50km,东距图们市约11km。滑坡区原地貌为一山脊,与河谷相对高差约50m,因延图高速公路修建,将原山脊拦腰切断,形成高35m的路堑边坡,引发南侧山体产生滑坡,又因削坡不当,导致滑坡体范围扩大,酿成山体滑坡。

中里滑坡总体由南向北滑动,平面分布如图7-29所示。滑体北部(前部)边缘靠近路基,滑体后部以F3张扭性断层为界,东西两侧则以因滑坡滑动而形成的侧翼拉张和剪切裂缝为界,滑体平面总面积约为1.7万平方米,南北长约125m,东西宽约135m,滑体总体积约25万立方米,滑体最厚处达25m。主滑动带(面)为一厚约0.5~0.6m的泥化页岩层,最大埋深25m,最低标高比公路路基顶面标高高出2.0m。

滑坡体岩体结构:滑坡岩体为二叠系凝灰质砂岩,其间夹有泥化页岩层,整体呈层状结构,但由于本区受华力西晚期多次构造运动影响,岩体内至少有两组特别发育的构造节理,连同岩层层面、花岗岩脉共同将岩体切割成块状。

②滑坡的综合治理方案。

针对中里滑坡体,在进行了详细工程勘察的基础上,借鉴初次削方后造成向上牵引更大体积岩体产生滑坡的情况,考虑如再次大规模削方、清方,仍有可能引发更大规模的向上牵引滑坡,同时考虑经济因素及延图高速公路进展情况,本着一次根治不留后患的原则,滑坡治理主体措施采用了2m×3m矩形人工挖孔灌注的钢筋混凝土抗滑桩,其中主滑坡体20根,侧翼滑坡体7根,桩顶基本与地表齐平,底部延伸至滑面以下,整体布置如图7-30所示(抗滑桩平面布置图)。

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图7-30 抗滑桩平面位置示意图

在采用抗滑桩方案的同时,辅以结合路堑边坡挡墙的局部加宽工程、少量削方工程、地表排水工程、坡面整形及坡体裂隙封闭工程等措施。

挡墙局部加宽工程旨在抵抗抗滑桩下面滑坡体滑动,以防危害公路安全,同时保护抗滑桩发挥作用,避免使抗滑桩因下面滑体滑动而成为悬臂桩,从而减弱其抗滑作用。少量削方工程的目的,是减小滑体对桩或挡墙的作用力,同时适当降低桩的工程造价,二是配合有利于地表排水的坡面整形工程。其他三项工程措施都旨在防止或减少降雨、地表流水渗入滑坡体内,以免增加滑体重量、减小各级滑面的黏聚力和内摩擦角,不利于滑体稳定。

③工程滑坡整治效果。

该滑坡综合整治工程于2000年8月初竣工,治理后,路堑边坡稳定,抗滑桩中预埋的应力、应变位移监测装置,监测结果理想,主体治理措施工程现状良好,很好地达到了预期效果。

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