地質(zhì)大環(huán)境地質(zhì)學(xué)課件03崩塌

第三講崩塌崩塌多發(fā)地區(qū)主要為橫斷山高山峽谷地區(qū)、青藏高原東緣、黃土高原、湘西地區(qū)、云南高原以及川東鄂西的中山區(qū)，涉及到云南、西藏、陜西、甘肅、重慶、湖北、湖南、江西、廣西等省（區(qū)、市）東鄉(xiāng)灑勒山滑坡1983年3月7日，體積3100萬(wàn)立方米，堆積面積1.3平方公里，摧毀3個(gè)村莊，傷亡260人。烏江2001年重慶武隆崩塌，開(kāi)始關(guān)注三峽庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治。高46.8米，前沿寬55.2米，后沿寬25－30米，約1.6萬(wàn)立方米，致使一幢9層樓房被滑坡體摧毀掩埋，造成79人死亡、7人受傷?；碌攸c(diǎn)前兆滑坡地點(diǎn)1980年6月3日、湖北省遠(yuǎn)安縣鹽池河磷礦崩塌,死亡307人?！湫蛶r質(zhì)邊坡地質(zhì)模型之一。遠(yuǎn)安鹽池河磷礦崩塌前后汶川地震發(fā)生大量崩塌，破壞道路交通。提綱一、崩塌的概念和分類二、崩塌的形成條件及發(fā)生機(jī)理三、潛在崩塌體穩(wěn)定性分析四、崩塌的防治一、崩塌的概念與分類位于陡崖、陡坡前緣的部分巖土體，突然與母體分離，翻滾跳躍崩墜崖底或塌落在坡腳的過(guò)程與現(xiàn)象。崩塌崩落體的運(yùn)動(dòng)形式主要有兩種脫離母巖的巖土體順坡滾動(dòng)以自由落體的方式墜落一、崩塌的概念與分類崩塌分類（1）按崩塌發(fā)生的地點(diǎn)分類

①山崩

②庫(kù)岸崩塌（2）按崩塌物的巖性特征分類

①巖體崩塌

②土體崩塌③混合體崩塌（3）按分離面的特性、形狀及其崩塌發(fā)生的原因分類

①順斷層或風(fēng)化層的崩塌

②沿裂隙面的崩塌

③探頭崩塌

二、崩塌的形成條件及發(fā)生機(jī)理崩塌崩塌的形成條件斜坡體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（巖體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)）坡形巖性分離面及組合特征斜坡體系統(tǒng)外部環(huán)境的作用（觸發(fā)因素）地震降水風(fēng)力、水力、凍融作用植物的根劈作用人為活動(dòng)二、崩塌的形成條件及發(fā)生機(jī)理斜坡體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1、坡形崩塌多發(fā)生在山地、高原溝谷及陡立河岸等陡峭斜坡地帶，一般坡度在45°以上。275170二、崩塌的形成條件及發(fā)生機(jī)理斜坡體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2、巖性①由厚層堅(jiān)硬的巖層如灰?guī)r、砂巖、礫巖、花崗巖、閃長(zhǎng)巖等構(gòu)成的斜坡體，巖石強(qiáng)度大，裂隙發(fā)育，形成高陡邊坡；②相對(duì)軟弱的巖層如頁(yè)巖、泥巖、板巖、片巖、千枚巖等強(qiáng)度較小，裂隙細(xì)密，巖石常呈碎塊，個(gè)體穩(wěn)定性較差。③黃土等邊坡，土質(zhì)硬，含有裂隙，風(fēng)蝕、水力作用下易形成崩塌。④組合型邊坡。

二、崩塌的形成條件及發(fā)生機(jī)理斜坡體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3、分離面及其組合特征（結(jié)構(gòu)面）分離面可以是巖層的層面、節(jié)理面、斷層面、各種成因的裂隙或裂縫,通常統(tǒng)稱為“結(jié)構(gòu)面”。分離面把巖土體分割為各種形態(tài)、大小不一的塊體，每一次崩塌都含有部分分離面轉(zhuǎn)變?yōu)槠麦w的臨空面，從而改變危巖體的力學(xué)邊界。

1996年發(fā)生于巫峽左岸的橫石溪崩塌瞿塘峽岸坡溶洞發(fā)育175m二、崩塌的形成條件及發(fā)生機(jī)理斜坡體系統(tǒng)外部環(huán)境的作用1、地震地震引起的山體震動(dòng)可引起斜坡體在垂直方向和水平方向上的急劇、反復(fù)的應(yīng)力變化，破壞坡體內(nèi)部和臨空面原有的脆弱力學(xué)平衡，導(dǎo)致危巖體失去重心。地震甚至可以使一些原本較穩(wěn)定的巖土塊體也發(fā)生崩塌。因此，地震是崩塌發(fā)生頻率和規(guī)模最大的一種外在激發(fā)因素。

二、崩塌的形成條件及發(fā)生機(jī)理斜坡體系統(tǒng)外部環(huán)境的作用2、降水①雨水的滲入可增大裂隙網(wǎng)絡(luò)中的動(dòng)水壓力，提高坡體向臨空面方向的推力；②雨水的浸潤(rùn)使分離面兩側(cè)的巖土軟化，或減小分離面的抗滑阻力；③降雨形成的地表徑流對(duì)巖土體的水力侵蝕，尤其是溝蝕，使分離面的隙縫不斷增大3、風(fēng)力、水力、凍融作用風(fēng)力：風(fēng)荷載、加速風(fēng)化，分離面強(qiáng)度降低。水力：斜坡底部侵蝕掏空，軟化和崩解巖土體。凍融：凍脹、融水形成水壓力、軟化、加速風(fēng)化、崩解。二、崩塌的形成條件及發(fā)生機(jī)理斜坡體系統(tǒng)外部環(huán)境的作用4、植物的根劈作用

5、人為活動(dòng)人為活動(dòng)誘發(fā)崩塌主要反映在兩個(gè)方面：人為的工程活動(dòng)改變坡地系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（修筑鐵路等改變坡形、采礦掏空）。人為活動(dòng)促進(jìn)了外部激發(fā)條件（爆破等）。二、崩塌的形成條件及發(fā)生機(jī)理崩塌的形成機(jī)理潛在崩塌體形成成巖過(guò)程：沉積、巖漿活動(dòng)和變質(zhì)作用形成含原生裂隙的巖體。構(gòu)造運(yùn)動(dòng)：構(gòu)造變形、破壞作用形成構(gòu)造裂隙。新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)：形成陡峭的地形和表生裂隙。潛在崩塌體的位移外部環(huán)境作用下，順?lè)蛛x面位移，重心臨空。崩塌發(fā)生崩塌體脫離母巖，沿坡面翻滾、跳躍、互相撞擊，最后堆于坡腳。伴有崩塌氣浪。

二、崩塌的形成條件及發(fā)生機(jī)理崩塌的模式傾倒式崩塌在河流峽谷區(qū)、黃土沖溝地段或巖溶區(qū)等陡坡上，巖體以垂直節(jié)理或裂隙與穩(wěn)定的母巖分開(kāi)。通常坡腳遭受掏蝕，在重力作用下或有較大水平力作用時(shí)，巖體因重心外移傾倒產(chǎn)生突然崩塌。以坡腳的某一點(diǎn)為支點(diǎn)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)性傾倒。崩塌途徑：①在重力作用下，長(zhǎng)期沖刷掏蝕直立巖體的坡腳，由于偏壓失去重心，使直立巖體傾斜，最終導(dǎo)致崩塌；②當(dāng)附加特殊的水平力（地震力、靜水壓力、動(dòng)水壓力以及凍脹力等）時(shí)，巖體可傾倒破壞；③當(dāng)坡腳由軟巖層組成時(shí)，雨水軟化坡腳產(chǎn)生偏壓，引起崩塌；④直立巖體在長(zhǎng)期重力作用下，產(chǎn)生彎折也能導(dǎo)致這種崩塌。二、崩塌的形成條件及發(fā)生機(jī)理崩塌的模式滑移式崩塌臨近斜坡的巖體內(nèi)存在軟弱面傾向與坡向相同，則軟弱面上覆的不穩(wěn)定巖體在重力作用下具有向臨空面滑移的趨勢(shì)，當(dāng)巖體的重心滑出陡坡，產(chǎn)生突然的崩塌。降水滲入巖體裂縫中產(chǎn)生的靜、動(dòng)水壓力以及地下水對(duì)軟弱面的潤(rùn)濕作用都是巖體發(fā)生滑移崩塌的主要誘因。二、崩塌的形成條件及發(fā)生機(jī)理崩塌的模式鼓脹式崩塌陡坡上不穩(wěn)定巖體之下存在較厚的軟弱巖層，上部巖體重力產(chǎn)生的壓應(yīng)力超過(guò)軟巖天然狀態(tài)的抗壓強(qiáng)度后軟巖即被擠出，發(fā)生向外鼓脹。隨著鼓脹的不斷發(fā)展，不穩(wěn)定巖體不斷下沉和外移，同時(shí)發(fā)生傾斜，一旦重心移出坡外即產(chǎn)生崩塌。二、崩塌的形成條件及發(fā)生機(jī)理崩塌的模式拉裂式崩塌陡坡由軟硬相間的巖層組成時(shí)，由于風(fēng)化作用或河流的沖刷掏蝕作用，上部堅(jiān)硬巖層在坡面上常常突懸出來(lái)。突出的巖體通常發(fā)育有構(gòu)造節(jié)理或風(fēng)化節(jié)理，在長(zhǎng)期重力作用下，分離面逐漸擴(kuò)展。一旦拉應(yīng)力超過(guò)連接處巖石的抗拉強(qiáng)度，拉張裂縫就會(huì)迅速向下發(fā)展，最終導(dǎo)致突出的巖體突然崩落。二、崩塌的形成條件及發(fā)生機(jī)理崩塌的模式錯(cuò)斷式崩塌長(zhǎng)柱或板狀不穩(wěn)定巖體的下部被剪斷，從而發(fā)生錯(cuò)斷崩塌。懸于坡緣的帽沿狀危巖，后緣剪切面的擴(kuò)展，剪切應(yīng)力大于危巖與母巖連接處的抗剪強(qiáng)度時(shí)，則發(fā)生錯(cuò)斷崩塌。錐狀或柱狀巖體多面臨空，下伏軟基抗剪強(qiáng)度小于危巖體自重產(chǎn)生的剪應(yīng)力或軟基中存在的順坡外傾裂隙與坡面貫通時(shí)，發(fā)生錯(cuò)斷-滑移-崩塌。地質(zhì)歷史分析法剛體極限平衡法數(shù)值模擬法地質(zhì)力學(xué)模擬試驗(yàn)法長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)法三、潛在崩塌體穩(wěn)定性分析巖體穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)分析法結(jié)構(gòu)面之間、結(jié)構(gòu)面與臨空面之間的組合關(guān)系，判定不穩(wěn)定塊體可能移動(dòng)的方向和破壞方式。結(jié)構(gòu)分析法主要采用圖解分析法。包括摩擦圓法、赤平極射投影法、平面投影法和實(shí)體比例投影法等。工程地質(zhì)類比分析法依據(jù)相似性原則，根據(jù)發(fā)生過(guò)的崩滑的地質(zhì)體，分析 潛在崩塌體的穩(wěn)定性，其實(shí)質(zhì)是把集成經(jīng)驗(yàn)（理論）應(yīng)用到條件相似的工程。類比的相似性原則：①崩滑體巖體性質(zhì)、主控結(jié)構(gòu)面、巖土體結(jié)構(gòu)、斜坡結(jié)構(gòu)和崩滑體介質(zhì)結(jié)構(gòu)條件等的相似性。②崩滑體賦存條件的相似性。③動(dòng)力因素的相似性。④發(fā)育階段的相似性等。

地質(zhì)歷史分析法三、潛在崩塌體穩(wěn)定性分析變形史分析法依據(jù)崩塌發(fā)育規(guī)律中的發(fā)生周期性和階段性特征，追溯潛在崩塌體的變形發(fā)育史，判定其現(xiàn)今所處階段，進(jìn)而分析其穩(wěn)定性。地質(zhì)綜合分析對(duì)潛在崩滑體的形體特征、地質(zhì)構(gòu)成、成災(zāi)條件、成災(zāi)動(dòng)力、成災(zāi)因素、成災(zāi)機(jī)理、變形破壞形式和特征、失穩(wěn)條件和機(jī)制等進(jìn)行全面系統(tǒng)地整理、歸納，進(jìn)而評(píng)價(jià)崩塌體現(xiàn)階段的穩(wěn)定性，并預(yù)測(cè)其發(fā)展趨勢(shì)、評(píng)價(jià)其失穩(wěn)的必要條件、相關(guān)因素、失穩(wěn)的可能性和失穩(wěn)的規(guī)模、方式、方向，預(yù)測(cè)失穩(wěn)的時(shí)間。

地質(zhì)歷史分析法三、潛在崩塌體穩(wěn)定性分析

剛體極限平衡法三、潛在崩塌體穩(wěn)定性分析滑移式危巖穩(wěn)定性計(jì)算（后緣無(wú)陡傾裂隙）后緣無(wú)陡傾裂隙時(shí)按下式計(jì)算：式中：V——裂隙水壓力(kN／m)；

F——危巖穩(wěn)定性系數(shù)；

c——后緣裂隙粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值(kPa)；當(dāng)裂隙未貫通時(shí)，取貫通段和未貫通段粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值按長(zhǎng)度加權(quán)的加權(quán)平均值；

ψ——后緣裂隙內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值(o)；當(dāng)裂隙未貫通時(shí)，取貫通段和未貫通段內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值按長(zhǎng)度加權(quán)的加權(quán)平均值；

α——滑面傾角(o)；

W——危巖體自重(kN／m)；

剛體極限平衡法三、潛在崩塌體穩(wěn)定性分析傾倒式危巖穩(wěn)定性計(jì)算由后緣巖體抗拉強(qiáng)度控制時(shí)，按下式計(jì)算

式中：

flk——危巖體抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(kPa)；

α——危巖體與基座接觸面傾角(o)；

β——后緣裂隙傾角(o)。傾倒式危巖穩(wěn)定性計(jì)算（由后緣巖體抗拉強(qiáng)度控制）(危巖體重心在傾覆點(diǎn)之外時(shí))(危巖體重心在傾覆點(diǎn)之內(nèi)時(shí))

剛體極限平衡法三、潛在崩塌體穩(wěn)定性分析傾倒式危巖穩(wěn)定性計(jì)算由底部巖體抗拉強(qiáng)度控制時(shí)，按下式計(jì)算

傾倒式危巖穩(wěn)定性計(jì)算（由底部巖體抗拉強(qiáng)度控制）

數(shù)值分析法三、潛在崩塌體穩(wěn)定性分析DDA（非連續(xù)變形分析法）DEM（離散元分析法）FLAC（快速拉格朗日有限差分法）

地質(zhì)力學(xué)模擬試驗(yàn)?zāi)M試驗(yàn)是以實(shí)驗(yàn)室的有限空間和時(shí)間對(duì)規(guī)模巨大的、歷時(shí)長(zhǎng)久的自然現(xiàn)象和作用進(jìn)行規(guī)律性探索，遵守量綱原則和相似原則。在崩滑災(zāi)害穩(wěn)定性研究中，常用的試驗(yàn)主要是地質(zhì)力學(xué)模擬試驗(yàn)（自重力場(chǎng)邊坡結(jié)構(gòu)模擬試驗(yàn)、離心力模擬試驗(yàn)、底面摩擦模擬試驗(yàn)）等。

崩塌體危險(xiǎn)性分析三、潛在崩塌體穩(wěn)定性分析地質(zhì)調(diào)查法：統(tǒng)計(jì)落石的分布?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)：正交試驗(yàn)法等。數(shù)值模擬：rockfall模擬。四、崩塌的防治（一）主動(dòng)撤離，躲避對(duì)于危害性較大的不穩(wěn)定斜坡體，應(yīng)首先考慮人員撤離現(xiàn)場(chǎng)或工程線路繞避等措施。（二）防護(hù)措施采用遮攔建筑物，對(duì)崩塌運(yùn)動(dòng)的巖土體進(jìn)行消能攔擋，限制崩塌體的運(yùn)動(dòng)速度，同時(shí)對(duì)建筑物進(jìn)行遮攔，隔離崩塌體與受災(zāi)體，使之不能成災(zāi)。主要防護(hù)措施有：（1）山坡攔石溝、落石溝、落石槽、落石平臺(tái)。（2）攔石樁、障樁。（3）攔石墻（混凝土攔石墻、籠式攔石墻、鋼軌攔石墻、鋼絲攔石墻）、攔石網(wǎng)。（4）遮擋明洞、棚洞。四、崩塌的防治（三）地質(zhì)體改造措施

1、地質(zhì)體材料的強(qiáng)化改造一般采用注漿加固，常用水泥、水玻璃、環(huán)氧樹(shù)脂和化學(xué)灌漿。

2、結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)化改造灌漿、錨固、抗滑楔、掛網(wǎng)噴漿。

3、結(jié)構(gòu)體改造頭部削方減重、削坡、采空回填支撐、傾倒、懸空危巖支撐。

4、地質(zhì)環(huán)境條件的改造（1）水域邊岸崩塌體坡腳防護(hù)拋石護(hù)坡、防坡堤、護(hù)坡墻、導(dǎo)水墻、丁壩、攔沙壩。（2）地表排水工程防滲工程、排水工程、坡面綠化工程