斜坡應(yīng)力場(chǎng)的基本特征

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)一、斜坡場(chǎng)的基本特征 斜坡成坡過程中，面周圍的發(fā)生卸荷回彈（圖9-2上），引起應(yīng)力重 分布和等效應(yīng)（圖9-2下）。據(jù)研究，斜坡成坡后，巖體的應(yīng) 力狀態(tài)較以前發(fā)生了以下幾個(gè)主要方面的變化： （）由于應(yīng)力的重分布，斜坡周圍主應(yīng)力跡線發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)。無(wú)論是在條件下，還是在以水平應(yīng)力為主的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)條件下，其總的特征表現(xiàn)為愈靠近臨空面，最大主應(yīng)力愈接近于平行臨空面，最小主應(yīng)力則與之近于（圖9-2下）。（）由于應(yīng)力分異的結(jié)果，在臨空面附近造成應(yīng)力集中帶。但坡腳區(qū)和坡緣(斜與坡頂面的

2、交線)區(qū)情況有所不同。具體體現(xiàn)在： 坡腳附近最大主應(yīng)力（相當(dāng)于臨空面的切向應(yīng)力）顯著增高，且愈近表面愈高（圖9-2下）；最小主應(yīng)力（相當(dāng)于徑向應(yīng)力）顯著降低，于表面處降為零，甚至轉(zhuǎn)為。（）與主應(yīng)力跡線偏轉(zhuǎn)相聯(lián)系，坡體內(nèi)最大跡線由原先的直 線變?yōu)榻茍A弧線，弧的下凹面朝著臨空方向。 （）坡面處由于徑向壓力實(shí)際等于零，所以實(shí)際上處于單向應(yīng)力狀態(tài)(不考慮斜坡走向方向的2 時(shí))，向內(nèi)漸變?yōu)閮上蚧蛉?考慮2時(shí))狀 態(tài)。 影響斜坡巖體應(yīng)力分布的主要因素 （）原始應(yīng)力狀態(tài)的影響： 巖體的原始應(yīng)力狀態(tài)中，水平剩余應(yīng)力的大小對(duì)坡體應(yīng)力狀態(tài) 的影響尤為顯著。它不但使主應(yīng)力跡線的分布形式有所不同(圖 92下)，而

3、且明顯地改變了各應(yīng)力值的大小，尤其對(duì)坡腳應(yīng)力 集中帶和帶的影響最大。在坡腳區(qū)，根據(jù)圖92可見，坡底的切向應(yīng)力最大值約相 當(dāng)于原始水平應(yīng)力的三倍左右。當(dāng)有側(cè)向水平應(yīng)力時(shí)，該值成 倍增高，如當(dāng)L3gh時(shí)，該值可達(dá)710gh ，與L=0 的情況相比，相差十分懸殊。 （）坡形的影響：研究表明，坡高并不改變應(yīng)力圖像，但坡內(nèi)各處的應(yīng)力值，均隨坡高增高而線性增大。坡角明顯改變應(yīng)力分布狀況。隨坡角變陡，坡面附近張力帶范圍也隨之?dāng)U大和增強(qiáng)（圖9-3），成坡過程中，離面趨勢(shì)也變得更加明顯 （圖9-2上） ；坡腳應(yīng)力集中帶最大剪應(yīng)力值也隨之增高 （圖9-4） 。圓形和，坡腳最大僅只有一般斜坡的二分之一左右。（）斜坡

4、巖體特征和結(jié)構(gòu)特征的影響：研究表明，巖體的對(duì)均質(zhì)坡的應(yīng)力分布并無(wú)明顯影響。巖體的泊 松比( )可以改變 x 、xy 的大小，但是當(dāng)斜坡中側(cè)向剩余應(yīng)力很高時(shí)，這 種影響也就被掩蓋了?？梢?，均質(zhì)坡中，巖體材料性質(zhì)對(duì)應(yīng)力分布的影響 是很微弱的。斜坡在各種內(nèi)、外地質(zhì)營(yíng)力作用下，不斷地改變著坡高和坡角，使坡體內(nèi)應(yīng)力分布發(fā)生變化。當(dāng)組成坡體的巖土體強(qiáng)度不能適應(yīng)此應(yīng)力分布時(shí)，就產(chǎn)生了斜坡的變形破壞作用。尤其是大規(guī)模的工程建設(shè)使自然斜坡發(fā)生急劇變化。斜坡的穩(wěn)定程度也變化極大，往往釀成災(zāi)害。斜坡的變形與破壞，實(shí)質(zhì)上是由斜坡巖土體內(nèi)應(yīng)力與其強(qiáng)度這一對(duì)矛盾的發(fā)展演化所決定的。 由于斜坡變形破壞，給人類和工程建設(shè)帶來(lái)

5、的危害在國(guó)內(nèi)外不乏其例。在我國(guó)由于特殊的自然地理和地質(zhì)條件所制約，斜坡地質(zhì)災(zāi)害分布廣泛，活動(dòng)強(qiáng)烈，危害嚴(yán)重。 自然斜坡的變形破壞，是山區(qū)主要的工程動(dòng)力地質(zhì)作用。我國(guó)廣大的西南、西北地區(qū)這一作用尤為突出，災(zāi)害頻發(fā)，而且近10余年來(lái)有進(jìn)一步加重的趨勢(shì)。如：1982年7月，四川省云陽(yáng)縣雞扒子滑坡，使長(zhǎng)江嚴(yán)重阻航；1983年3月，甘肅省東鄉(xiāng)縣灑勒山滑坡，摧毀了4個(gè)村莊，人畜傷亡慘重；1985年6月湖北省姊歸縣新灘滑坡，使新灘古鎮(zhèn)毀于一旦，并影響長(zhǎng)江航道；1987年8月，四川省巫溪縣城巖崩，造成了嚴(yán)重的生命財(cái)產(chǎn)損失；1989年7月，四川省華金山普降暴雨，遭致崩滑1800余處而其中的馬鞍山巖崩物質(zhì)被洪水沖

6、下，使溪口鎮(zhèn)6個(gè)廠礦和3個(gè)村蒙難。 自然斜坡由于人類工程、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)而產(chǎn)生的斜坡破壞往往是災(zāi)難性的。如1963年10月9日所發(fā)生的意大利瓦依昂水庫(kù)左岸大滑坡，是由于水庫(kù)蓄水造成潛在滑動(dòng)面上空隙水壓力增大，而導(dǎo)致業(yè)已發(fā)生蠕動(dòng)的左岸山體突然下滑，體積達(dá)（2730）X 108m3激起 250m高的巨大涌浪，高150m的洪波溢過壩頂沖向下游，約有3000人喪生，該水庫(kù)也失去效用。又如 1980年6月，我國(guó)湖北省遠(yuǎn)安縣鹽池河磷礦巖崩釀成的慘案，則是由于坡腳部位開拓水平采礦巷道，使坡體的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生急劇變化而導(dǎo)致坡肩部位產(chǎn)生多條拉裂縫所致。 人工邊坡變形破壞，見諸于報(bào)道的主要是水利水電工程邊坡、鐵路路塹和露

7、天采坑邊幫的失穩(wěn)。如撫順煤礦和大冶鐵礦露天采坑，都曾發(fā)生過失穩(wěn)事故對(duì)生產(chǎn)和生命財(cái)產(chǎn)造成一定的損失。 由于斜坡變形破壞對(duì)人類工程、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和生命財(cái)產(chǎn)的危害較大，所以它是工程地質(zhì)學(xué)研究的主要課題之一也是環(huán)境地質(zhì)學(xué)和災(zāi)害地質(zhì)學(xué)研究的重要內(nèi)容。第二節(jié) 斜坡中的應(yīng)力分布特征 斜坡中的應(yīng)力分布特征決定了斜坡變形破壞的形式和機(jī)制，對(duì)斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和合理防治措施也有一定意義。所以首先要了解斜坡形成后坡體中應(yīng)力分布的特征。 一、斜坡中應(yīng)力狀態(tài)的變化 天然巖土體中應(yīng)力分布是比較復(fù)雜的，除普遍存在的自重應(yīng)力外，有時(shí)還有構(gòu)造應(yīng)力、熱應(yīng)力、地下水應(yīng)力等。一般認(rèn)為：當(dāng)僅存在自重應(yīng)力的情況下，未形成斜坡前巖土體中的主應(yīng)力（

8、初始應(yīng)力）是呈鉛直與水平狀態(tài)的，即鉛直應(yīng)力為最大主應(yīng)力，水平應(yīng)力為最小主應(yīng)力，此時(shí)巖土體內(nèi)的最大剪應(yīng)力與最大、最小主應(yīng)力多呈450交角。 在斜坡形成過程中，由于側(cè)向臨空面的產(chǎn)生，坡面附近的巖土體發(fā)生卸荷回彈，引起應(yīng)力重分布和應(yīng)力分異、應(yīng)力集中等效應(yīng)。根據(jù)彈性力學(xué)有限單元分析和光測(cè)彈性試驗(yàn)，均可確定坡體在尚未發(fā)生明顯變形或破壞之前的應(yīng)力狀態(tài)。其總的特征可概括為4個(gè)方面（圖82）即： （1）無(wú)論什么樣的天然應(yīng)力場(chǎng)斜坡面附近的主應(yīng)力跡線均明顯偏轉(zhuǎn)，表現(xiàn)為愈接近坡面，最大主應(yīng)力愈與之平行，而最小主應(yīng)力與之近乎正交，向坡體內(nèi)逐漸恢復(fù)初始狀態(tài)。 （2）由于應(yīng)力分異結(jié)果，在坡面附近產(chǎn)生應(yīng)力集中帶。不同部位應(yīng)

9、力狀態(tài)是不同的。在坡腳附近，最大主應(yīng)力（表現(xiàn)為切向應(yīng)力）顯著增高，而最小主應(yīng)力（表現(xiàn)為徑向應(yīng)力）顯著降低，甚至可能為負(fù)值。由于應(yīng)力差大，于是形成了最大剪應(yīng)力增高帶，最易發(fā)生剪切破壞。在坡肩附近在一定條件下坡面的徑向應(yīng)力和坡頂?shù)那邢驊?yīng)力可轉(zhuǎn)化為拉應(yīng)力（應(yīng)力值為負(fù)值）形成一張力帶（圖83）。當(dāng)斜坡愈陡則此帶范圍愈大。因此坡肩附近最易拉裂破壞。 （3）由于主應(yīng)力偏轉(zhuǎn)，坡體內(nèi)的最大剪應(yīng)力跡線也發(fā)生變化由原來(lái)的直線變?yōu)榘枷蚱旅娴膱A弧狀（圖84）。 （4）坡面處的徑向應(yīng)力實(shí)際為零，所以坡面處處于二向應(yīng)力狀態(tài)。 二、影響斜坡應(yīng)力分布的因素 1巖體初始應(yīng)力的影響 主要指的是水平構(gòu)造應(yīng)力存在的影響。水平構(gòu)造應(yīng)力

10、能使斜坡應(yīng)力集中和分異現(xiàn)象加劇它對(duì)斜坡坡肩附近張力帶的發(fā)展影響尤為明顯。水平構(gòu)造應(yīng)力量值愈大測(cè)影響愈大（圖85）。在新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈的地區(qū)，巖體中常存在較大的水平構(gòu)造應(yīng)力，對(duì)斜坡穩(wěn)定性的影響是不容忽視的。 2坡形的影響 坡高、坡角、坡底寬度和斜坡平面形態(tài)等對(duì)斜坡應(yīng)力分布均有一定影響。坡高不改變坡體中應(yīng)力等值線的圖形但坡高愈大，應(yīng)力量值愈大。 坡角大小可以改變斜坡中應(yīng)力分布的圖像。坡腳附近的剪應(yīng)力集中帶和坡肩附近的張力帶其范圍和量值是隨著坡角增大而增大的。也就是說，陡峻的斜坡更易發(fā)生變形破壞。 坡底寬度的影響可以用WH值來(lái)表征。隨著WH值的減小，坡腳的剪應(yīng)力增大。實(shí)際資料表明，當(dāng)W08H時(shí)這種影響

11、就減弱，以至不發(fā)生變化了（圖86）。所以W/H值很小的高山峽谷地帶坡腳剪應(yīng)力集中現(xiàn)象是非常明顯的；尤其當(dāng)水平構(gòu)造應(yīng)力較大時(shí)，由于水平擠壓力的作用，坡腳應(yīng)力集中帶極強(qiáng)，更易發(fā)生斜坡變形破壞。 斜坡平面形態(tài)可分為平直形、內(nèi)凹形和外凸形等。一般地說，內(nèi)凹形斜坡由于其兩側(cè)的支撐作用應(yīng)力條件較好，即坡腳的剪應(yīng)力較小。所以露天采坑的平面形態(tài)大多是橢圓形的，且其長(zhǎng)軸盡量平行于最大水平地應(yīng)力方向。 3巖土體性質(zhì)和結(jié)構(gòu)的影響 巖土體的彈性模量對(duì)均質(zhì)坡體應(yīng)力分布無(wú)多大影響，但泊松比一定程度上可影響坡體應(yīng)力分布。結(jié)構(gòu)面對(duì)坡體應(yīng)力分布的影響十分明顯，這是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)面的存在使坡體中應(yīng)力分布出現(xiàn)不連續(xù)現(xiàn)象，在這些面的周邊成

12、為應(yīng)力集中帶或發(fā)生應(yīng)力阻滯現(xiàn)象這種情況在堅(jiān)硬巖體斜坡中尤為明顯。結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀、性質(zhì)及組合關(guān)系不同，對(duì)斜坡穩(wěn)定性的影響是不同的。 在上述諸因素影響下，坡體應(yīng)力分布是相當(dāng)復(fù)雜的。對(duì)一個(gè)具體的斜坡來(lái)說，必須進(jìn)行認(rèn)真的分析研究。第三節(jié) 斜坡變形破壞的類型 斜坡的變形與破壞，可以說是斜坡發(fā)展演化過程中兩個(gè)不同的階段，變形屬量變階段，而破壞則是質(zhì)變階段，它們是一個(gè)累進(jìn)破壞過程。這個(gè)過程對(duì)天然斜坡來(lái)說時(shí)間往往較長(zhǎng)，而對(duì)人工邊坡來(lái)說時(shí)間則較短暫。 一、斜坡變形 斜坡變形按其機(jī)制可分為拉裂、蠕滑和彎折傾倒三種型式。 1拉裂 在斜坡巖土體內(nèi)拉應(yīng)力集中部位或張力帶內(nèi)，形成的張裂隙變形型式稱拉裂。這種現(xiàn)象在由堅(jiān)硬巖土

13、體組成的高陡斜坡坡肩部位最常見，它往往與坡面近乎平行（見圖83），尤其當(dāng)巖體中陡傾構(gòu)造節(jié)理較發(fā)育時(shí)，拉裂將沿之發(fā)生、發(fā)展。 拉裂的空間分布特點(diǎn)是：上寬下窄，以至尖滅；由坡面向坡里逐漸減少。 拉裂還有因巖體初始應(yīng)力釋放而發(fā)生的卸荷回彈所致，這種拉裂通常稱為卸荷裂隙。 拉裂的危害性是：巖土體完整性遭到破壞；為風(fēng)化營(yíng)力深入到坡體內(nèi)部以及地表水、雨水下滲提供了通道。它們對(duì)斜坡穩(wěn)定均是不利的。 2蠕滑 斜坡巖土體沿局部滑移面向臨空方向的緩慢剪切變形稱蠕滑。蠕滑發(fā)生的部位，在均質(zhì)巖士體中一般受最大剪應(yīng)力跡線（見圖84）控制，而當(dāng)存在軟弱結(jié)構(gòu)面時(shí)，往往受緩傾坡外的軟弱面所控制。當(dāng)斜坡基座由很厚的軟弱巖土體組

14、成時(shí)，則坡體可能向臨空方向塑流擠出，稱之為深層蠕滑。 當(dāng)坡體內(nèi)各局部剪切面（蠕滑面）貫通且與坡頂拉裂縫也貫通時(shí)，即演變?yōu)榛隆?蠕滑往往不易被人們察覺，因?yàn)樗幌窭炎冃文菢颖┞队诘乇?，一般均產(chǎn)生于坡體內(nèi)。所以要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，并采取措施控制蠕滑，使之不向滑坡方向演化。 3彎折傾倒 由陡傾板（片）狀巖石組成的斜坡，當(dāng)走向與坡面平行時(shí)，在重力作用下所發(fā)生的向臨空方彎折傾倒。特征是：彎折角約20-50，彎折傾倒程度由地面向深處逐漸減小，一般不會(huì)低于坡腳高程；下部巖層往往折斷張裂隙發(fā)育但層序不亂，而巖層層面間位移明顯；沿巖層面產(chǎn)生反坡向陡坎。其發(fā)展過程如圖87所而這種斜坡變形現(xiàn)象在天然斜坡或人工邊坡均可見

15、到。 彎折傾倒的機(jī)制，相當(dāng)于懸臂梁在彎矩作用下所發(fā)生的彎曲。 彎折傾倒發(fā)展下去，可形成崩塌、滑坡。 二、斜坡破壞 斜坡破壞的型式主要為崩塌和滑坡。 1崩塌 斜坡巖上體被陡傾的拉裂面破壞分割，突然脫離母體而快速位移，翻滾、跳躍和墜落下來(lái)，堆于崖下，即為崩塌。 按崩塌的規(guī)模，可分為山崩和墜石。按物質(zhì)成分，又可將崩塌分為巖崩和土崩。 崩塌的特征是：一般發(fā)生在高陡斜坡的坡肩部位；質(zhì)點(diǎn)位移矢量鉛直方向較水平方向要大得多；崩塌發(fā)生時(shí)無(wú)依附面；往往是突然發(fā)生的，運(yùn)動(dòng)快速。 2滑坡 斜坡巖上體沿著貫通的剪切破壞面所發(fā)生的滑移現(xiàn)象稱為滑坡?；碌臋C(jī)制是某一滑移面L剪應(yīng)力超過了該面的抗剪強(qiáng)度所致?；碌囊?guī)模有的可

16、以很大，達(dá)數(shù)億至數(shù)十億立方米。 滑坡的特征是：通常是較深層的破壞，滑移面深入到坡體內(nèi)部以至坡腳以下；質(zhì)點(diǎn)位移矢量水平方向大于鉛直方向；有依附面（即滑移面）存在；滑移速度往往較慢，且具有“整體性”。 滑坡是斜坡破壞型式中，分布最廣、危害最為嚴(yán)重的一種。世界上不少國(guó)家和地區(qū)深受滑坡災(zāi)害之苦，如歐洲阿爾卑斯山區(qū)、高加索山區(qū)，南美洲安第斯山區(qū)，日本、美國(guó)和我國(guó)等。并且，它經(jīng)常與地震區(qū)伴生。第四節(jié) 崩 塌 崩塌是斜坡破壞的一種型式，它對(duì)房屋、道路等建筑物常帶來(lái)威脅釀成人身安全事故。尤其對(duì)交通線路的危害最嚴(yán)重，我國(guó)寶成、成昆、襄渝鐵路和川藏公路沿線崩塌災(zāi)害常影響線路正常運(yùn)營(yíng)。因此，對(duì)崩塌的形成和運(yùn)動(dòng)學(xué)特征

17、需很好地進(jìn)行研究。 一、崩塌的形成條件 1崩塌一般發(fā)生在厚層堅(jiān)硬脆性巖體中。這類巖體能形成高陡的斜坡斜坡前緣由于應(yīng)力重分布和卸荷等原因，產(chǎn)生長(zhǎng)而深的拉張裂縫，并與其他結(jié)構(gòu)面組合，逐漸形成連續(xù)貫通的分離面。在觸發(fā)因素作用下發(fā)生崩塌（圖88）。組成這類巖體的巖石有砂巖、灰?guī)r、石英巖、花崗巖等。此外。近于水平狀產(chǎn)出的軟硬相間巖層組成的陡坡，由于軟弱巖層風(fēng)化剝蝕形成四龕或蠕變，也會(huì)形成局部崩塌（圖89）。 2. 構(gòu)造節(jié)理和成巖節(jié)理對(duì)崩塌的形成影響很大。硬脆性巖體中往往發(fā)育有二組或二組以上的陡傾節(jié)理，其中與坡面平行的一組節(jié)理常演化為拉張裂縫。當(dāng)節(jié)理密度較小，但延展性、穿切性較好時(shí)，常能形成較大體積的崩塌

18、體。此外大規(guī)模的崩塌（山崩）經(jīng)常發(fā)生在新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈、地震頻發(fā)的高山區(qū)。 3. 崩塌的形成又與地形直接相關(guān)。崩塌一般發(fā)生在高陡斜坡的前緣。發(fā)生崩塌的地面坡度往往大于45，尤其是大于60的陡坡。地形切割愈強(qiáng)烈、高差愈大，形成崩塌的可能性愈大，并且破壞也愈嚴(yán)重。 4.風(fēng)化作用也對(duì)崩塌形成有一定影響。因?yàn)轱L(fēng)化作用能使斜坡前緣各種成因的裂隙加深加寬，對(duì)崩塌的發(fā)生起催化作用。此外，在干旱、半干旱氣候區(qū)，由于物理風(fēng)化強(qiáng)烈，導(dǎo)致巖石機(jī)械破碎而發(fā)生崩塌。高寒山區(qū)的冰劈作用也有利于崩塌的形成。 在上述諸條件制約下，崩塌的發(fā)生還與短時(shí)的裂隙水壓力以及地震或爆破震動(dòng)等觸發(fā)因素有密切關(guān)系。尤其是強(qiáng)烈的地震，?？梢鸫笠?guī)模崩塌，造成嚴(yán)重災(zāi)禍。 湖北省遠(yuǎn)安縣境內(nèi)的鹽池河磷礦災(zāi)難性山崩，是崩塌形成諸條件制約的典型實(shí)例。該磷礦位于一峽谷中。巖層為上震縣統(tǒng)燈影組（Z