从事灾害防治人员必备:滑坡的分析与防治!

摘要: 小桔整理了部分有关滑坡的资料,目的是向从事滑坡灾害防治工作的工程技术人员介绍一些国内外的研究成果和实践经验。

09-06 21:11 首页 桔灯勘探


滑坡事故一:2017年6月24日6时左右,四川省阿坝州茂县叠溪镇新磨村发生山体高位垮塌,造成40余户农房、100余人被掩埋,河道堵塞2公里。



滑坡事故三:2017年6月24日晚10时许,昭通市盐津县柿子镇三河村一个叫“冒水孔”的地方突然发生大面积山体滑坡与泥石流,将柿凤二级公路掩埋了近200米长的路段,造成该路段交通双向中断。




滑坡事故三:2017年8月28日上午10时40分,贵州省毕节市纳雍县张家湾镇发生一起山体滑坡地质灾害。截至目前,事故已造成2人死亡,4人受伤,25人失联,失联人员正在搜救中。



山体滑坡事故让人触目惊心,人们在关心山体滑坡可能造成的伤亡和损失的同时,可能更多的关注是为什么会发生多次山体滑坡?是天灾还是人祸?应该如何防止此类事故再发生呢?


小桔整理了部分有关滑坡的资料,目的是向从事滑坡灾害防治工作的工程技术人员介绍一些国内外的研究成果和实践经验,从而对今后的工作有所借鉴;同时希望能引起各位地学专家的关注与探讨,共同促进我国防灾减灾事业的发展。



1

滑坡灾害概论


第一节   地质灾害与斜坡灾害


一、地质灾害
    
地质灾害是地质体在众多因素作用下变形、破坏、运动而给人类生存环境造成危害和生命财产损失的地质现象。如深层地壳运动造成的地震、火山喷发、地裂缝、由斜坡块体运动形成的山崩(崩塌)、滑坡、错落、倾倒、坍塌和岩体深层蠕变;由地表水作用形成的泥石流、碎屑流、水土流失;由地下水作用引起的岩溶塌陷、地面沉降、湿陷、涌水突泥等;由表生地质作用引起的沙漠化、盐渍化、风化剥落、膨胀、收缩等等。这里我们主要讨论斜坡块体运动的各种类型。


二、斜坡灾害


关于斜坡的变形和运动类型,美国人伐纳斯(Varnes)1978年曾提出崩塌、倾倒、滑坡、侧向扩展、流动等类型,如表1-1。我国早期也把他们统称为“塌方”、“塌方滑坡”、“塌方流泥”,铁路和公路部门称其为:“路基病害”。后来,随着研究的深入,逐渐把他们从变形机制和防治上加以区分。我们按照变形的深度(规模)、运动特征和物质类别将其分为坡面变形,边坡变形和坡体变形三类,如表1-2。


图1-1   斜坡块体运动主要类型示意图
a.山崩(崩塌);b.滑坡;c.错落;d.倾倒;e.坍塌;f.岩体深层蠕变


表1-2  斜坡变形的分类



表1-3    世界重大滑坡灾害实例



第二节   滑坡的定义、要素和术语


一 、滑坡的定义


斜坡上的部分土体或岩体沿着一定的面或带整体向下滑移的现象。


二 、滑坡的要素和术语


表1-6    滑坡综合分类表


第三节    滑坡的类型和特征


一、滑坡的类型



表1-5    滑坡单一指标分类



表1-6    滑坡综合分类表


二、滑坡的特征


(一)平面特征



图1-5      滑坡的平面形态

1.簸箕形;2.舌形;3.椭圆形;4.长椅形;5.倒梨形;6.牛角形;7.平行四边形;8.菱形;9.树叶形;10.叠瓦形;11.复合形


(二)   纵断面特征


图1-6   典型滑坡纵断面示意图

a.圆弧形;b.平面形;c.折线形;e.软岩挤出形



图1-7    复合形纵断面形态


滑坡后部和前部形态特征


图1-8    滑坡后部的陷落洼地
a.裂缝密集带;b.陷落洼地;c.后缘拉裂槽


图1-9    滑坡前部特征
a.帚状剪出口;b.鼓丘和鼓胀裂缝;c.滑坡摺曲



图1-10    滑坡的横断面特征


第四节   滑坡产生的条件和原因


一、地形地质条件


(一)地形条件

(二)地质条件
  

  • 地层、岩性

  • 坡体结构和滑带地层

  • 地质构造

  • 水文地质条件


表1-7  我国易滑坡地层汇总表


表1-8   坡体结构类型与滑坡的破坏模式


图1-11   坡体结构与滑坡的破坏模式

a.粘性土弧形旋转滑动;b.黄土弧形旋转滑动;c.填土弧形滑动;d.土层顺层滑动;e.半成岩地层顺层滑动;f.岩层顺层—切层滑动;g.软岩挤出型(错落型)滑动;h.挤出型平移滑动;I.堆积层顺层滑动;j.岩层顺层平面型滑动;k.岩层顺曲面滑动;l.陡倾岩层顺层—切层滑动;m.反倾岩层切层滑动;n.反倾岩层倾倒——切层滑动;o.破碎岩层旋转滑动;p.破碎岩层顺构造面滑动;q.块状岩体顺构造面(似层面)滑动;r.构造核沿构造破碎带滑动


二、滑坡的作用因素


滑坡是具有滑动条件的斜坡在多种因素综合作用下的结果,但对某一特定滑坡总有一或两个因素对滑坡的发生起控制作用,我们称它为主控因子,在滑坡防治中应着力找出主控因子及其作用的机制和变化幅度,并采取主要工程措施消除或控制其作用以稳定滑坡,对其他因素则采取一般性措施达到综合性治理的目的,如地下水作用引起者以地下截排水工程为主,因削弱坡体支撑力引起者则以恢复和加强支挡工程为主。


作用于滑坡的因素概括如表1-10,可分为自然因素和人为因素,也可分为长期作用因素、短期作用因素和周期性作用因素,但就其对形成滑坡的作用来说,一是改变坡体的应力状态,增大坡脚应力和滑带土的剪应力(即下滑力)的因素,如河流冲刷、开挖坡脚、坡上加载等改变坡形的因素;二是改变滑带土的性状减小抗滑阻力的因素,如地表水下渗、地下水位变化、水库水位升降 、灌溉水和生产生活用水下渗、潜蚀和溶蚀作用等降低滑带土强度的因素;三是既增加下滑力又减小抗滑力甚至造成滑带土结构破坏(如液化)的因素,如地震和爆破震动等。总之,其作用既有力学作用,还有物理化学作用,还有作用的时间过程,进行综合动态分析是必要的。


表1-10   作用于滑坡的因素


第五节   滑坡防治的研究内容


一、滑坡基本性质研究



二、滑坡防治技术研究




2

滑坡机理


第一节   滑坡的平面应力场


图2-1    滑坡平面应力场


断面应立场


图2-2三段式滑动模式及其应力场
1.牵引段;2.主滑段;3.抗滑段


第二节    滑坡的发育过程和阶段


一、土体的蠕变特性


图2-3


二 、 滑坡的发育阶段


  1. 局部失稳的蠕动挤压阶段(K>1)

  2. 整体失稳的匀速滑动阶段(K=1)

  3. 急剧滑动至破坏阶段(K<1)

  4. 滑后固结压密阶段(K>1)


图2-4   滑坡发育过程示意图


第三节   滑带土的变形破坏规律


一、影响土体抗剪强度的因素


1. 应力状态和应力路径
2. 应变
3. 孔隙水压力
4. 加荷速率和受力时间
5. 土体的不均匀性和不等向性


二、滑带土的应力应变特性



图2-5


结论:


  1. 粘性滑带土的残余强度随土中粘粒含量增大而减小;

  2. 残余强度与土的原始受力状态及原始密度无关;故可用重塑土求其残余强度;

  3. 国内外测定残余强度的差别;

  4. 不同仪器和方法所测残余强度的差别;

  5. 粗颗粒含量对残余强度的影响。


第四节  滑坡的发生机理


一、基本理论


   1.滑带土孔隙水压力变化;
   2.斜坡应力状态改变
   3.渐进破坏
   4.残余强度 
   5.震动液化


二、从地质条件上分析


   1.类均质土的旋转滑动
   2.顺层滑动
   3.切层滑动
   4.顺层—切层滑动
   5.软岩挤出性滑动


三、从主要作用因素上分析


   1.暴雨引起的滑动
   2.震动引起的滑动
   3.水库水位升降引起的滑动
   4.采空塌陷引起的滑动
   5.灌溉引起的滑动
   6.开挖坡脚引起的滑动
   7.堆截引起的滑动


第五节   滑坡的运动特征


一、滑动的类型


1. 缓慢蠕动型
2. 匀速滑动型
3. 间歇性滑动型
4. 高速滑动型


图2-6   滑动类型示意图

1-缓慢蠕动类型;   2-匀速滑动类型;   3-间歇性滑动;     4-高速滑动类型


二、高速滑坡的形成条件


1. 具有相当大的高差(>100m)
2. 具有相当大的体积(>100万m3)
3. 具有较陡的滑面坡度(>200)
4. 具有较大的峰残强度差(比值大于2)
5. 具有较高的滑坡剪出口
6. 滑坡前方有开阔地形



3

滑坡的防治技术


第一节  滑坡的防治原则和规划


一、滑坡的防治原则


(一)正确认识滑坡的原则
(二)预防为主的原则
(三)一次根治不留后患的原则
(四)全面规划分期治理的原则
(五)综合治理的原则
(六)治早治小的原则
(七)技术可行经济合理的原则
(八)科学施工的原则
(九)动态设计、动态施工的原则
(十)加强防滑工程维修保养的原则


二、滑坡的防治规划


(一)勘察阶段
(二)设计阶段
(三)施工阶段
(四)运营阶段


第二节   滑坡的预防


一、避开已存在的新老滑坡


二、防止古老滑坡复活


1.不在滑坡上方作填方加载,不在其抗滑段作挖方削弱支撑力
2.不在滑坡体上设易渗水建筑物
3.严格管理生产生活用水不使其渗入滑体
4.设置必要的防滑措施
5.有条件时改水田为旱田


三、防止已变形滑坡大滑动造成灾害


1.停止施工,加强监测,防止灾害
2.加强地表排水,夯填地表裂缝
3.上部减重,前缘反压和排地下水常是有效措施


四、防止易滑坡地段发生滑坡


1.高边坡地质资料的勘察分析;


 (1)地层岩性,坡体结构;
 (2)易滑坡地层及其分布位置和性状;
 (3)地下水分布及出露位置。


2.可能发生的变形类型和规律分析;


3.合理的坡形、坡率、坡高及加固措施设计;


4.科学的施工方法和顺序。


第三节  防治滑坡的工程措施


表3-1  美国的滑坡防治工程分类


图3-1    日本滑坡学会的滑坡防治工程分类



表3-2  国际岩土学会滑坡治理措施简表


表3-3  我国滑坡防治措施简表


图3-2   地面排水沟布置示意图



图3-7    洞—孔联合排水示意图


抗滑挡土墙与一般挡土墙的区别有以下几点:




(1)不是承受一般土压力,而是滑坡推力,后者比前者大得多。
(2)胸坡缓、重心低,胸坡1∶0.4~1 ∶1。
(3)基础埋深大,基岩中0.5~1.0m,土层中1.5~2.0m或更大,必须置于滑面以下稳定地层。
(4)尽量利用墙背填土重量。
(5)墙后纵向盲沟要求高。
(6)墙体稳定性检算中除抗滑、抗倾覆和截面强度检算外,还应检算从墙底滑动和从墙顶滑出的可能以决定墙的埋深和墙高。
(7)推力作用点位置一般不在三分之一墙高,而在二分之一或五分之二墙高处。
(8)施工必须分段跳槽开挖,从两侧向中部推进,避免因挖基造成滑坡滑动。


第四节   滑坡推力计算


滑坡推力计算是防滑工程设计所必须的工作内容,初涉滑坡防治工作的技术人员往往觉得难以把握。


滑坡推力计算主要涉及以下内容:

  • 滑坡推力的计算范围;

  • 计算公式的选择;

  • 滑带各段强度指标(c、φ)值的选取;

  • 附加力的考虑与确定;

  • 安全系数的确定;

  • 计算推力的校核。


一、滑坡推力计算范围的确定


1、首先从地质分析上划分各滑动条块,各条分别计算。
2、同一条滑坡是否分级及前后级之间的关系。一般只计算到贯通裂缝的一级,若前面稳定后面自然会稳定。
3、多层滑面应分层计算其滑坡推力。


二、计算公式的选择


计算方法很多,应根据不同滑面情况选择,一般多用分块推力传递系数法。


第i块的剩余下滑力为:Ei = KWisinαi - Wi cosαitgφi – CiLi+Ei-1Φi
式中:K  —安全系数,一般取K=1.10~1.25;
      Wi  —第i块滑体的重量,KN;
      αi —第i块滑体滑面倾角,度;
      Ci   —第i块滑体滑带土的黏聚力,Kpa;
      φi —第i块滑体滑带土的内摩擦角,度;
      Li  —第i块滑体滑面的长度,m;
      Ei-1 —第I-1块滑体滑面传给第i块滑体的剩余下滑力;
      Φi  —传递系数。
    Φi = cos(αi –αi-1 )– sin(αi –αi-1 )tgφi


三、滑带各段抗剪强度指标( c、φ)值的选取


    1、由于地质条件和土性的差别很大,不同滑坡c、φ值差别较大。取样试验因取样代表性、试验方法等问题导致数值分散,故至今国内外均是参考试验值并结合经验值,用反算法求主滑段c、φ值。
    2、试验法。既要做原状土的,更要做重塑滑带的不同含水量下的(天然、塑限、软塑状态)峰值强度和残余强度。

   3、经验数据对比是指同类地质条件下同类型滑坡滑带土指标的类比。牵引段和抗滑段岩性变化和c、φ值变化小,可据经验选取。
     4、反算法,主要是反算主滑段c、φ值。


     (1)首先判定滑坡当前的稳定度,如1.0、0.98、1.02等;
   (2)一个平衡断面方程求一个指标,两个平衡断面方程联立求c、φ两个值,也可用图解法求。
   (3)有条件恢复滑前极限平衡状态时,用极限平衡断面反求;若无法恢复原断面时(如古老滑坡),只能以现有稳定断面反求。


四、附加力的考虑


    1、地震力的考虑(7度以上地震区考虑);
    2、静、动水压力的考虑;
    3、滑体浸入水下浮力的考虑;
    4、其它附加力的考虑。


五、安全系数的确定


    1、对滑坡性质等了解的程度,清楚者取小、不清楚者取大;
    2、保护对象的重要性,重要者取大值;
    3、滑坡的危害性,危害大者取大值;
    4、临时工程取大值,永久工程取大植。


六、计算推力的校核


    1、从当地已被破坏建筑物的强度确定其下限值;
    2、从当地滑坡剪出口和抗滑段滑体厚度界定滑坡推力下限值(如被动土压力);
    3、从类似滑坡性质和规模比拟滑坡推力值。


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