斜坡變形地質災害
㈠ 地質災害隱患點和不穩定斜坡的區別
地質災害隱患點按危害程度和規模大小分為特大型、大型、中型、小版型地質災害險情和地質災權害災情四級。而地質災害危險區是指已經出現地質災害跡象,明顯可能發生地質災害且將可能造成人員傷亡和經濟損失的區域或者地段。
學術界對潛在不穩定斜坡還沒有權威定義。可以理解為處於臨界狀態即將失穩的斜坡。不穩定斜坡與滑坡最大的區別在於:滑坡有明顯的滑動面,不穩定斜坡則不一定有。
㈡ 斜坡變形破壞的防治原則及措施
1 )消除、削弱或改變使斜坡穩定性降低的各種因素
這方面的措施可分為兩類。一類是針對導致斜坡外形改變的因素而採取的措施。主要是保證斜坡不受地表水的沖刷或海、湖、水庫水波浪的沖蝕。如修築導流堤 ( 順壩或丁壩 ) 、水下防波堤 ( 破浪堤 ) 等。另一類措施是針對改變斜坡岩體強度和應力狀態的因素採取的。為了防止易風化的岩石表層由於風化而產生剝落可以在邊坡築成之後用灰漿抹面,或在坡面上用漿砌片石築一層護牆。在護牆腳處一定要設排水措施,排除坡內積水。為了防止墜石,可在坡面上鋪設鋼絲網,或增設阻擋落石的鐵鏈攔柵。對於脹縮性較強的土質斜坡,可在邊坡面上種植草皮,使坡面土層保持一定的濕度.防止坡面開裂,減小降水沿裂縫滲入的可能性,避免土層性能惡化而發生土爬或滑坡。 調整坡面水流、排除斜坡內的地下水、截斷進入坡內的地下水流,對於防止坡體軟比、消除滲透變形作用、降低空隙水壓力和動水壓力,都是極為有效的。這些措施在滑坡區和可能產生滑坡的地區尤為重要。
為了不讓外圍地表水進入滑坡區,可沿滑坡邊界修築天溝 溝壁應不透水,否則反而起到向斜坡內輸水的作用。在滑坡區內,為了減少降雨滲入,可在坡面修築排水溝。在岩質斜坡中還可採用灰漿溝縫等措施。
排除地下水的措施很多,應根據斜坡地質結構特徵和水文地質條件加以選擇。通常在土質斜坡內修築支撐盲溝能收到良好效果 。截斷地下水流對於防止深層滑動或治理較大型的滑坡是很有效的,一般採用地下排水坑道 。斜坡若有含水層時,水平坑道設在含水層與隔水層之間效果較好。
( 2 )降低下滑力,提高斜坡抗滑能力
降低下滑力主要通過刷方減載。在刷方時必須正確設計刷方斷面遵循 「 砍頭壓腳 」 的原則。特別注意不要在滑移 —— 彎曲變形體隆起部位刷方,否則可能加速深部變形的發展。提高滑體抗滑能力的措施很多。一種是直接修築支、擋建築物以支撐、抵擋不穩定岩體。支、擋建築物的基礎必須砌置在滑移面以下。岩質斜坡採用預應力錨桿或鋼筋混凝土錨固樁桿加固,是一種很有效的措施。它可以增高結構面的抗滑能力,改善結構面上剪應力的分布狀況.
顯著降低沿之發生累進性破壞的可能性。錨桿的方向和設置深度應視斜坡的結構特徵而定 。在大型的滑坡體中還可採用成排的抗滑樁或 ( 和 ) 預應力錨索格子 3 )防禦和繞避措施
在一些經常有剝落或崩落的斜坡區,可修築一些防禦性建築物而不去治理它。如道路建設中的明硐、卸塌棚等。
在道路建設中遇到難於治理的大滑坡時,可以採用繞避或從滑動面以下開挖隧洞通過
㈢ 斜坡變形的三階段演化規律
岩土體的流(蠕)變試驗結果表明,在恆定載荷(如重力)的持續作用下,其變形隨時間增長而不斷增加,並表現出如圖4.1所示的三階段演化的特徵。大量滑坡實例的監測數據表明:在重力作用下,斜坡岩土體的變形演化曲線具有與岩土體蠕變曲線相類似的三階段演化特徵。具體為:
第Ⅰ階段(AB段):初始變形階段。坡體變形初期,變形從「無」到「有」,坡體中出現明顯的裂縫,變形曲線最初表現出相對較大的斜率,隨著時間的延續,變形逐漸趨於正常狀態,曲線斜率有所減緩,表現出減速變形的特徵。因此該階段常被稱為初始變形階段或減速變形階段。
第Ⅱ階段(BC段):等速變形階段。坡體變形一旦啟動,在重力作用下,基本以等速發展的趨勢繼續變形。此階段變形雖因不時受到外界因素的干擾和影響,變形曲線可能會有所波動,但總體趨勢為一傾斜直線,平均應變速率基本保持不變,又稱勻速變形階段。
第Ⅲ階段(CF段):加速變形階段。當坡體變形持續到一定時間後,變形速率就會逐漸增加,並隨著時間的延續,變形速率增幅不斷擴大,直至坡體整體失穩破壞之前,變形曲線近於陡立,切線角接近90°,這一階段被稱為加速變形階段。斜坡的加速變形階段對於滑坡的預測預報具有非常重要的意義,因此,為了滑坡預報的方便,研究者根據加速變形階段曲線的特點,又將其細分為三個階段:變形加速初始階段(初加速,CD段),變形加速中期階段,加速度基本為一恆定值(勻加速,DE段)和變形加速突增階段,加速度不斷增大(加加速,EF段),如圖4.1所示。斜坡的演化一旦進入加加速變形階段,預示著滑坡即將發生,應及時進行預警,啟動防災預案,並做好防災救災准備。
圖4.1 斜坡變形的三階段演化圖示
大量的監測數據表明,上述斜坡變形演化的三階段理論具有一定的普適性,是斜坡岩土體在重力作用下變形演化遵循的一個普遍規律。但值得說明的是,在實際的滑坡監測中,有些滑坡可能會在變形已經達到一定程度後才被納入專業監測范圍,監測數據所反映的主要是後半段的情況,一般只能得到等速變形階段之後甚至是加速變形階段之後的監測數據,不能形成一個如圖4.1所示的完整的「三段式」變形監測曲線。
《中華人民共和國突發事件應對法》中明確規定,可以預警的自然災害、事故災難和公共衛生事件的預警級別,按照突發事件發生的緊急程度、發展勢態和可能造成的危害程度分為一級、二級、三級和四級,分別用紅色、橙色、黃色和藍色標示。結合地質災害四級預警機制,將加速變形階段進一步細分為初加速、勻加速、加加速(臨滑)三個亞階段。按照上述劃分,使滑坡的變形階段與預警級別具有很好的對應關系。其中,滑坡的等速變形階段對應於注意級預警(藍色),初加速變形階段對應於警示級預警(黃色),勻加速變形階段對應於警戒級預警(橙色),而一旦進入臨滑變形階段,則應及時發布紅色警報級預警。
㈣ 地質災害危險區劃分與評價
地質災害危險性分區是在地質災害易發區基礎上進行的。地質災害的易發性代表了地質災害是否具備形成條件和發生地質災害的難易程度。而地質災害的危險性則包括了地質災害的活動程度、威脅的范圍、易發程度和誘發因素,是地質災害形成的可能性。仍然採用信息量法進行計算。
一、地質災害危險性評價指標體系
控制和影響地質災害形成的地質條件很多,但歸納起來主包括兩方面的條件,即地質災害形成的基礎條件和誘發條件。依此,可建立地質災害危險性評價指標體系(圖6-12)。
1.地質災害活動程度
地質災害活動程度主要是指地質災害活動的歷史。在本次地質災害危險性評價中,主要考慮地質災害活動的點密度和面密度,將其作為地質災害危險性分區的依據。但地質災害活動的歷史只能說明地質災害的過去,而未來地質災害活動程度怎樣,危險性大小主要取決於地質災害的形成條件及誘發因素。
2.地質災害形成條件
地質災害形成條件包括主要控制因素和影響條件。本次地質災害危險性區劃評價中主要選取斜坡結構類型、工程地質岩組、水文地質條件、斜坡幾何形態、斷裂構造和人類活動等條件。
3.地質災害威脅范圍
地質災害一旦發生,其可能影響的范圍,即存在地質災害危險的范圍。本次確定的地質災害威脅范圍主要包括易發區本身斜坡地帶,同時也包括溝谷底部及河流、水庫內的一定范圍。
圖6-12 地質災害危險性程度評價指標體系圖
4.地質災害誘發因素
誘發因素是指能夠使地質環境系統向著地質災害發生的方向演化或者導致地質災害發生的內動力和外動力地質作用。本區誘發條件主要包括地震、降雨和人類工程活動。但由於本區地震活動相對較弱,而且能夠代表地震活動程度的地震烈度和地震動峰值加速度在縣域內區別不大,因此本次危險性評價中未考慮地震活動的影響因素。參與評價的主要誘發因素為降雨和人類工程活動。
二、地質災害危險性分區
1.評價指標的量化
危險性評價採用信息量法進行計算,用1:50000地形圖提取基礎地理信息,從遙感影像中提取植被圖層,利用降雨量等值線圖提取降雨指標,人類工程活動主要從地形圖和靈台縣發展規劃中提取,得到各種評價指標的圖層,根據實際調查資料可以獲得地質災害的點密度和面密度,並將這些指標引入GIS操作系統中。
2.基於GIS的信息量分析模型迭加計算
採用基於GIS的信息量分析模型進行迭加計算,通過計算諸影響因素對斜坡變形破壞所提供的信息量值,作為區劃定量指標,既能正確地反映地質災害的基本規律,又簡便、易行、實用,且便於推廣應用。計算原理與過程如下:
信息預測的觀點認為,滑坡與崩塌等地質災害的產生與否與預測過程中所獲取信息的數量和質量有關,是用信息量來衡量的,即:
圖6-13 靈台縣地質災害危險性分區圖
依據地質災害危險性分區結果,充分考慮地質災害防治規劃工作的開展,綜合靈台縣地貌、岩土特徵、地質構造、年降雨分布規律及人類活動程度等特點,將靈台縣滑坡、崩塌、泥石流災害危險程度劃分為地質災害高危險區、中危險區、低危險區和極低危險區,根據地質災害分布、組合特徵又進一步劃分為16個亞區(表6-4)。
4.危險性分區評價
(1)地質災害高危險區(Ⅰ)
靈台縣地質災害高危險區面積232.49km2,占總面積的11.35%。包括6個地質災害高危險亞區,即黑河北岸梁原鄉橫渠—付家溝—官村—朱家灣—杜家溝—景家莊子地質災害高危險亞區(Ⅰ1)、黑河南岸梁原鄉張家塬—溫家莊—東門—朱家灣高地質災害危險亞區(Ⅰ2)、達溪河北岸沿線地質災害高危險亞區(Ⅰ3)、達溪河南岸中台鎮—蒲窩鄉—新開鄉邵寨鎮黃土梁峁丘陵地質災害高危險亞區(Ⅰ4)、邵寨鎮黃土梁峁丘陵地質災害高危險亞區(Ⅰ5)和獨店鄉什字塬北部黃土梁峁丘陵地質災害高危險亞區(Ⅰ6)。本區所處地貌單元主要為黃土梁峁溝壑區及黃土丘陵區。岩性主要為第四系黃土和白堊系紫紅色泥岩、砂岩、砂礫岩,地表黃土覆蓋厚度較大,黃土大都向沖溝傾斜。局部地形坡度較大,區內工程地質條件差,岩土層的表層風化較嚴重,本區人類活動比較強烈,溝谷邊坡人口比較密集,人類活動對環境的改造極為強烈,主要包括建房切坡、開挖窯洞、修路等,人為活動誘發滑坡、崩塌的可能性較大。本區植被稀疏,以農作物為主,不利於水土保持。丘陵區溝谷大多處於壯年期或幼年期,侵蝕作用比較強烈。在汛期遇暴雨和連陰雨天氣容易形成滑坡、崩塌災害。特殊的岩土條件和氣象條件為地質災害的形成提供了可能性。本區也是全縣滑坡、崩塌地質災害最嚴重的地區。
表6-4 地質災害危險程度分區說明表
(2)地質災害中危險區(Ⅱ)
靈台縣地質災害中危險區面積604.03km2,占總面積的44.12%,地質災害為災滑坡,崩塌、泥石流和不穩定斜坡。包括4個地質災害中危險亞區,即黑河北岸梁原鄉黃土梁峁丘陵地質災害中危險亞區(Ⅱ1),黑河南岸-什字塬以北黃土梁峁丘陵地質災害中危險亞區(Ⅱ2),什字塬以南-達溪河以北黃土梁峁丘陵地質災害中危險亞區(Ⅱ3),達溪河南岸中台鎮蒲窩鄉新開鄉邵寨鎮廣大黃土梁峁丘陵地質災害中危險亞區(Ⅱ4)。本區岩性為第四系中上更新統黃土覆蓋於白堊系砂礫岩、砂岩、泥岩基岩之上,厚度不等,在降水作用下容易沿黃土與基岩的接觸面形成滑坡。區內人類工程活動相對較強,人口比較多。人類工程活動比較強烈主要表現是為各種目的而進行的切坡,加大了崩塌、滑坡的臨空面。黃土層岩石風化破碎,節理裂隙發育,為災害中易發區。丘陵區溝谷大多處於壯年期或幼年期,侵蝕作用比較強烈,溝坡多為階狀陡坡。在汛期容易形成滑坡、崩塌災害。災害點分布在村莊周圍、公路沿線、河谷邊坡地帶。地質災害一旦發生,危害較大。
(3)地質災害低危險區(Ⅲ)
靈台縣地質災害低危險區面積912.48km2,占總面積的44.53%,地質災害發育較少,危險性相對較小。包括6個地質災害低危險亞區,即梁原鄉王家溝黃土塬地質災害低危險亞區(Ⅳ1)、黑河寬闊河谷地質災害低危險亞區(Ⅳ2)、什字塬地質災害低危險亞區(Ⅳ3)、達溪河河谷地質災害低危險亞區(Ⅳ4)、邵寨鎮黃土塬地質災害低危險亞區(Ⅳ5)、百里鄉林場地質災害低危險亞區(Ⅳ6)。本區黃土塬區及黃土小台塬區和寬闊的河谷區工程地質條件很好,地形平坦,雖然人類工程活動較頻繁但很少發生地質災害,百里鄉林場區植被茂密,人煙稀少,人類工程活動較少,人類工程活動弱,地質環境相對優越,為地質災害低危險區。
㈤ 斜坡變形破壞的基本環境地質問題
7.2.1 斜坡類型及我國的基本地勢特徵
斜坡分類的方案有許多,其目的是為了對斜坡的物質組成和坡體結構有一個清晰的認識,以便預測斜坡的穩定性並對可能出現的斜坡變形和破壞形式做出正確的判斷。
7.2.1.1 斜坡分類
常見的斜坡分類的方案有以下幾種。
7.2.1.1.1 按組成斜坡的岩性分類
(1)土質斜坡:由各類鬆散土組成。
(2)岩質斜坡:由基岩組成。
7.2.1.1.2 按岩層組合關系分類
(1)層狀結構斜坡:由含多組結構面的層狀岩層構成的斜坡。按層次多少分為:①單層結構斜坡,由一種均一的岩性構成;②雙層結構斜坡,由兩層不同的岩性構成;③多層結構斜坡,由多層不同的岩性構成。
(2)塊狀結構斜坡:由兩組以上結構面的岩體構成的斜坡,且結構的間距較大。
(3)網狀結構斜坡:由多組以上且比較密集的結構面的岩體構成的斜坡。
7.2.1.1.3 按岩層傾向與坡向的關系分類
(1)順向斜坡:岩層走向與坡向平行,傾向與坡向一致。
(2)反向斜坡:岩層走向與坡向平行,傾向與坡向相反。
(3)斜向斜坡:岩層走向與坡向相交。
(4)直立斜坡:岩層產狀直立,走向與坡向垂直。
7.2.1.1.4 按斜坡成因分類
(1)剝蝕斜坡:主要由於地殼上升,外力對岩體表面產生剝蝕作用而成。地殼上升速度不同,斜坡的形狀亦異;如直線形斜坡說明上升運動與剝蝕作用均等;凹形斜坡表示上升運動小於剝蝕作用;凸形斜坡表示上升運動大於剝蝕作用。
(2)堆積斜坡:岩石風化剝蝕後,碎屑物質堆積在山麓而成。
(3)侵蝕斜坡:受地表水侵蝕而成,可分岸蝕和溝蝕兩種。
(4)滑塌斜坡:自然斜坡被破壞,產生滑動、崩塌而成的斜坡。
(5)人工斜坡:自然斜坡受到人為作用或人工開挖、堆積等而成的斜坡。
7.2.1.1.5 按斜坡的坡度分
(1)微坡:坡角小於15°的斜坡。
(2)中坡:坡角在15°~25°之間的斜坡。
(3)陡坡:坡角在25°~70°之間的斜坡。
(4)垂直坡:坡角大於70°。
7.2.1.2 中國的基本地勢及其特點
中國的基本地勢及其特點在第一章中有較詳細的介紹,這里只作概括性的簡介。中國的基本地勢特點是西高東低,構成了以青藏高原為核心的巨大斜坡,自西向東逐級下降與太平洋盆地相連接。這個傾斜面由西至東構成三個明顯的階梯地形組成,它是多次構造活動後的產物。每個階梯都有自己獨特的自然環境和社會環境。這些特性便決定了我國自然災害分布特性。
第一階梯面積約230×104km2,平均海拔4 000m以上,號稱世界屋脊,對世界氣候的變化有較大影響,故又有地球第三極之稱。高原大部地區年平均氣溫-5℃,平均有4個月刮8級以上大風,大氣中的含氧量只及海平面的一半,紫外線照射極為強烈,草木稀少,四季風沙六月飛雪是其特點。高山深谷並列,雪峰連綿。高原上除南緣及東南緣屬濕潤,亞濕潤區外,其餘絕大部分地區屬高原乾旱半乾旱氣候區,年均降雨量不足300mm。冬季長達半年,最低氣溫在-40C°以下。
第二階梯位於中國中部,呈「丫」字型,面積約為470×104km2,平均海拔高度1 000~2 000m,有廣闊的高原與巨大的盆地相間分布。東側以大興安嶺,太行山及雲貴高原東緣的巫山、雪峰山、大明山等山脈為界。除抬升的山地外,主要由廣闊的高原如內蒙古高原、黃土高原、雲貴高原和大型沉降盆地構成。西北為乾旱和半乾旱區,多沙漠和戈壁,年降雨量小於400mm,個別地區年降水量小於25mm,河流多為季節性河流。其餘地區濕潤多雨。太平洋東南季風、印度洋西南季風及來自西伯利亞的氣團伸入內陸後受山地阻障作用明顯,各地自然災害類型和嚴重程度均有較大的地域性差異。
第三階梯是第二階梯與大陸架連接地帶,陸地面積約為260×104km2,平均海拔高度小於500m。該階梯上丘陵和平原交錯分布,大片低山丘陵的海拔高度多低於500m,在部分中高山脈中有少數山峰可達2 000m。
由上述的地勢特點,決定了我國崩塌、滑坡和泥石流的分布特點(圖7.2)。
7.2.2 崩塌的形成及其對地質環境的影響
崩塌(avalanching)是陡峭的斜坡岩體因陡傾節理裂隙切割,或在其他因素的影響下,根部岩石被壓碎或折斷,岩石塊體在重力作用下,脫離母體,突然向山下崩落的自然地質過程。崩塌發生後,崩落岩體在向山下翻滾跳躍運動過程中相互碰撞、解體,最終在坡腳堆積形成錐形堆積體叫倒石錐(talus)。規模巨大的山體崩塌稱山崩(land fall)。而個別岩石崩落稱為落石(rock fall)。
7.2.2.1 崩塌的形成條件
7.2.2.1.1 地貌條件
崩塌多產生在陡峻的斜坡地段,一般坡度大於55°,高度大於30m以上。坡面多不平整,上陡下緩。
7.2.2.1.2 岩性條件
當岩體中各種軟弱結構面的組合位置處於下列最不利的情況時,易發生崩塌:
(1)當岩層傾向山坡、傾角大於45°而小於自然斜坡坡度時;
(2)當岩層發育有多組節理,且一組節理傾向山坡、傾角為25°~65°時;
(3)當二組與山坡走向斜交的節理(X型節理),組成傾向坡腳的楔形體時;
(4)當節理面呈弧形彎曲的光滑面或山坡上方不遠有斷層破碎帶存在時;
(5)在岩漿岩侵入接觸帶附近的破碎帶或變質岩中片理片麻構造發育的地段,風化後形成軟弱結構面,容易導致崩塌的產生。
圖7.2 中國(陸上)滑坡發育區劃略圖
7.2.2.1.3 其他條件
如晝夜溫差、季節溫度變化,促使岩石風化;地表水的沖刷、溶解和軟化裂隙充填物形成軟弱面,或水的滲透增加水壓力;強烈地震以及人類工程活動中的爆破、邊坡開挖過高過陡,破壞了山體平衡,都會促使崩塌的發生。
7.2.2.2 崩塌對地質環境的影響
崩塌的產生,常具突發性特點,並造成巨大的災害,如毀壞良田、摧毀房屋建築、阻斷交通、堰塞河道等,造成自然景觀的破壞及巨大的財產損失和人員傷亡。表7.1為國內外部分崩塌落石災害實例。
表7.1 國內外部分崩塌落石災害實例
圖7.3 塔子山危岩剖面示意圖
某些陡崖地段,因斜坡卸荷回彈致使山體開裂,形成危岩體。如四川省南部縣塔子山危岩體(圖7.3),位於該縣城區嘉陵江邊。近年來,危岩體變形加劇,多次發生小規模崩塌落石,威脅山下城區七個單位,其中包括全縣惟一的自來水廠,嚴重影響居民的正常生活,制約著當地舊城改造和經濟發展。
高山冰雪是特殊的斜坡堆積物,是構成斜坡的組成部分。雪崩所造成的災害環境影響也相當顯著,如1962年1月10日,秘魯赫斯卡蘭山懸掛的冰川前緣墜落,發生了巨大的冰體崩塌,沖出4 000m,摧毀了沿途的一切。以美麗富饒著稱的這個山谷小鎮被毀平,4 000人喪生,大批耕地被毀。鄰近的永蓋村,由於有鎮後小山阻擋,才倖免於難。再如1996年2月3日,雲南麗江大地震引起大規模雪崩,使昔日潔白的山體露出灰色的大理岩,破壞了美麗的自然景觀。
7.2.3 滑坡的形成及其對地質環境的影響
斜坡岩土體在重力作用下沿貫通破壞面或破壞帶以一定的加速度向下滑動,這一地質作用過程稱為滑坡(Landslide),滑坡滑動的剪切破壞面(帶)稱滑動面,下滑的那部分岩(土)體稱滑坡體。滑動面以下未動坡體稱滑床。
與崩塌相比,滑坡通常是較深層的破壞,滑動面可深入坡體內部,甚至深入到坡腳以下。滑坡可以在堅硬的岩體中發生,也能在軟弱岩體或鬆散土體中產生。
滑坡的運動速度一般較崩塌的運動速度緩慢。滑動初期,其運動受滑床形態特徵的制約,運動方式也以整體下滑為主。但在其下滑過程中,滑坡體總要發生不同程度的變形和解體,造成特殊的結構和外貌特徵。其具體狀況不僅與滑動面的形狀有關,而且與斜坡原有結構特徵、破壞前的變形基本組合形式、表生改造程度以及下滑速度等因素有關。
滑坡的破壞作用與崩塌類似,所不同的是滑坡以推掩方式造成破壞。
7.2.3.1 滑坡要素
為正確地識別滑坡,確定滑坡的存在與否,需要掌握滑坡的基本要素和形態特徵。一個發育完善而較典型的滑坡通常由滑坡體、滑動面、滑床、滑坡後壁、滑坡台階、滑坡鼓丘、滑坡舌、滑坡裂縫等基本要素組成。如圖7.4所示。
圖7.4 滑坡基本要素及形態特徵
7.2.3.1.1 滑坡體
指滑動的那一部分岩土體。滑坡體表面起伏不平,裂隙縱橫,有時見積水窪地,地面可見馬刀樹和醉漢林。滑坡體大小不等,大者體積可達x×107乃至x×108m3,小者僅有十幾至幾十立方米。
7.2.3.1.2 滑動面和滑床
滑坡體沿著某一軟弱結構面滑動,該面稱為滑動面。滑動面下部滑動體滑動時所依附的不動體稱為滑床。滑動面在均質粘性土和軟質岩體中近於弧形,在層狀岩體中多呈直線或折線形,但多數是由直線和弧形復合而成,其後部多為弧形,前部多為直線形。由於滑坡體滑動摩擦的緣故,滑動面常常是光滑的,有擦痕。滑動面往往是潮濕的,前緣常有泉線狀出露。
7.2.3.1.3 滑坡後壁
滑坡發生後,滑坡體的後緣斜坡未動部分形成的陡壁,稱為滑坡後壁。有時可在新的滑坡後壁上找到擦痕,擦痕的方向即表示滑動的方向。滑坡後壁及其左右部分呈弧形向前延伸的「圈椅」狀地形,稱為滑坡環谷。
7.2.3.1.4 滑坡台階
滑坡體滑動後所形成的階梯狀地面稱為滑坡台階,它是由滑坡體各段岩土體滑動速度的差異所造成的。
7.2.3.1.5 滑坡鼓丘
滑坡體在向前滑動時,如果前緣受阻,而形成隆起狀的小丘,稱為滑坡鼓丘。
7.2.3.1.6 滑坡舌
滑坡體的前部伸出的部分形如舌狀,稱為滑坡舌。
7.2.3.1.7 滑坡裂縫
滑坡體滑動時,由於滑坡體各部分移動的速度不等,在滑坡體內部及表面所形成的裂隙系統稱為滑坡裂縫。根據受力情況的不同,滑坡裂縫可分為四種:
(1)拉張裂縫:是在滑坡將要發生滑動時,由於拉力作用在滑坡體後部產生的一些與滑坡壁方向大致平行的弧形張開裂縫。
(2)剪切裂縫:是滑坡體兩側與相鄰的不動岩土體相對位移時發生剪切作用而形成與滑動方向大致平行的裂縫,呈雁行排列。
(3)鼓張裂縫:滑坡體在下滑過程中,如果受阻或上部滑動較下部滑動快,滑坡下部便向上鼓起並開裂而成的裂縫,其方向垂直於滑動方向。
(4)扇形張裂縫:是滑坡體在下滑時,滑坡舌向兩側擴展而形成的放射狀的張開裂縫。
7.2.3.1.8 滑坡軸
又稱主滑線,為滑坡體滑動速度最快的縱向線。它代表整個滑坡的滑動方向,一般位於推力最大、滑床凹槽最深(滑坡體最厚)的縱斷面上,在平面上可以是直線或曲線。
較老的滑坡,由於風化、水流的沖刷、坡積物的覆蓋等,原來的構造形態特徵往往遭到破壞,或者被掩蓋起來以致不易觀察。但是在一般情況下,必須盡可能地觀察和研究滑坡的基本要素和形態特徵,這將有助於確定滑坡的性質和發展狀況,從而整治滑坡。
7.2.3.2 滑坡分類
滑坡分類的方法很多,不同的學者從不同的角度對滑坡進行分類,根據我國的工程實踐,滑坡分類見表7.2。
7.2.3.3 滑坡的形成條件
為了防止滑坡產生,或對已有滑坡進行恰當的治理,必須分析滑坡發生的條件。
7.2.3.3.1 斜坡的外形
如高度、坡度、橫斷面的形狀等,直接影響滑坡的形成。顯然,斜坡的外形不同,其內部的應力狀態也不同。一旦改變斜坡的外形也為風化作用、水的作用等提供了特定的條件。
表7.2 滑坡分類表
從斜坡的局部地段可以看出,下陡中緩上陡的斜坡和上部呈馬蹄形狀地形且匯水面積較大的斜坡,無論是在坡積層中還是沿著基岩面均容易發生滑坡。斜坡愈陡,高度愈大,以及當斜坡中上部突起而下部凹進,且坡腳無抗滑地形時,滑坡容易產生。
7.2.3.3.2 斜坡的岩土組成
自然界的斜坡是由各種岩土組成。由於岩土成分的不同,對於風化作用、水的作用等的反映便有顯著的差別。根據岩土體在剪切作用下的破壞變形特徵,可將組成斜坡岩土分為兩種主要類型:一種是硬質岩層,如堅硬緻密的塊狀石灰岩、花崗岩、石英岩等,它們的抗剪強度大,可以經受很大的剪切力而不變形,且抗風化能力較強。所以由這些岩石組成的斜坡較少發生滑坡。只有當岩層內有軟弱結構面或軟岩夾層,而且傾角小於坡角,傾向與坡向一致時,才容易形成滑坡。另一種是軟質岩層和土層,如頁岩、泥岩和千枚岩,以及各種成因的第四紀堆積物如成都粘土和黃土,它們的抗剪強度低,遇水易起物理、化學作用,容易風化,在剪力作用下易於變形,故容易形成滑坡(表7.3)。
表7.3 我國主要易滑地層及其與滑坡分布的關系
7.2.3.3.3 斜坡岩土體的結構
岩土體結構是影響斜坡穩定性的主要因素。滑坡的發生總是與結構面及結構體有關。所以滑坡的形成發展常受到岩體結構的控制。這主要取決於結構面的物理力學性質及遇水後的變化情況、空間組合及其與斜坡的組合關系。軟弱結構面的傾向與斜坡坡向一致且傾角小於坡角時,容易產生滑坡。堆積層與基岩的接觸面,裂隙密集帶或斷層破碎帶,由於抗剪強度低,滲水條件好,常成為危險的軟弱結構面,這是產生滑坡極為有利的條件。
7.2.3.3.4 水的作用
水是引起滑坡發生的一種活躍因素。各種水滲入斜坡,充填於岩土孔隙或裂隙中,形成含水層:一方面可增加岩土的重度,加大岩土體的下滑力;一方面可將岩土浸潤、軟化、膨脹、崩解,以致降低岩土的內聚力,削弱抗剪強度,使滑動面上的抗滑力減小。大氣降水,尤其是長時間下雨和冰雪消融,水大量滲入地下,甚至在不透水層上形成暫時的含水層。對滑坡的產生十分有利,故有「大雨大滑,小雨小滑,不雨不滑」之說。地表水既有滲入地下降低岩土體強度的作用,又有沖刷淘空坡腳使斜坡下部失去支撐而下滑的作用。地表水還能沖刷坡體使斜坡產生溝槽,給斜坡穩定性增加不利因素。當有地下水滲入斜坡或其水位變化時,還會產生動水壓力和靜水壓力,使滑坡體下滑力增加,抗滑力減少,從而促使滑坡的產生。
7.2.3.3.5 地震的影響
主要是強震誘發滑坡發生,此現象在山區非常普遍。地震首先將斜坡岩土體的結構破壞,使可液化地層液化,從而降低斜坡岩土體的抗剪強度;同時地震波在岩土體中傳遞使岩土承受地震慣性力,增加滑坡體的下滑力,促使滑坡的產生。
7.2.3.3.6 人為因素
包括下列幾個方面
(1)在興建土建工程時,由於切坡不當,斜坡的支撐被破壞,或者在斜坡上方任意堆填土石方、興建工程、增加荷載,都會破壞原來斜坡的穩定條件,情況嚴重的可產生滑坡。
(2)人為地破壞表層覆蓋物,增強地表水下滲作用,或破壞自然排水系統,或排水設備布置不當,泄水斷面大小不合理而引起排水不暢、漫溢亂流,使坡體水量增加。
(3)人為地在斜坡地帶滲水,如引水灌溉、排水管道漏水等,使水滲入斜坡而使滑動的因素增加。
7.2.3.4 滑坡對地質環境的影響
滑坡在其發生、發展過程中,所造成的災害是多種多樣的。滑坡活動所形成的地勢較為平坦,往往容易吸引人們加以利用。其形成的鬆散土石,容易被地表水流搬運,是造成江河水流渾濁的重要物源。
7.2.3.4.1 滑坡活動
正在活動的滑坡對人類的危害十分嚴重,它可破壞地表、毀壞農田,掩埋和阻斷公路、鐵路和航運交通,摧毀村莊房屋和其他地面建築物,破壞礦山建設以及人員傷亡。並且明顯改變地表形態,造成工程建設的困難。毀損森林,破壞植被。我國每年因滑坡所造成的損失就達數十億元人民幣。
7.2.3.4.2 老滑坡
老滑坡由於其運動過程中的慣性和其停止活動後的長期固結作用,其穩定性略強於極限平衡狀態。若保持其穩定條件,老滑坡多能維持長期穩定。一旦其穩定條件被破壞,老滑坡可以重新復活。特別是滑坡的坡腳對擾動特別敏感,是引起老滑坡復活的重要部位。由於老滑坡的表面形態在長期的地質作用過程中遭受了嚴重破壞,往往難以識別。因而在人們的工程活動中促使滑坡重新復活的事例屢見不鮮。
7.2.3.4.3 滑坡堵江
大江大河兩岸是滑坡密集發育的地帶,由於山高坡陡,往往形成滑坡的高速運動,使滑坡物質進入河谷,造成天然堆石壩,堵塞河流,形成天然的湖泊,稱為堰塞湖。堰塞湖的形成,湖內水位高漲,淹沒農田、村鎮,並且形成新的自然環境。當堰塞湖潰決時,湖內積水狂瀉,對下游岸邊的所有工程設施、建築物形成毀滅性的破壞,並且造成生命和財產的巨大損失。不僅如此,高速運動的水流對下游兩岸的山體強烈沖刷,可以誘發更多的地質災害,並對斜坡環境造成強烈破壞。
岷江上游疊溪在1933年8月25日發生7.5級地震,在岷江上游及支流形成多個滑坡形成的天然堆石壩,並迅速形成多個海子。其中疊溪海子壩高160多米,壩頂超過岸上游的大海子壩和小海子壩,江水灌注各海子後使上述三個海子連成一片。10月9日4.5級餘震致使岷江支流松平溝內的合棚、白臘寨海子決口,洪水入注大、小海子,造成疊溪壩潰決,堰塞湖內的江水傾瀉而下,沿江村鎮、關堡、房屋和城牆等建築均被一掃而光,農田淤埋,人、蓄淹斃入水者無一倖免。又如2000年4月9日,西藏自治區波密縣易貢鄉扎木弄溝源區發生巨大山體崩滑,在重力作用下,強大的沖擊力激發了溝內沉浸百年的碎屑物質,在短暫的2~3min里,溝內的塊石碎屑物質瞬間形成高速滑坡並解體,旋即轉化為超高速塊石碎屑流,以銳不可當之勢,掃盪谷口兩側山體,傾瀉於易貢湖出口處,完全堵塞了易貢藏布河,形成了長達4.6km,前沿最寬達3km,高達60~100多米的近喇叭狀天然壩體,堆積方量約3×108m3,再次形成了易貢堰塞湖。本次災害造成了約8km2的森林瞬間化為烏有,易貢、八蓋兩鄉及易貢茶場等4 000餘人受災。著名的易貢茶廠近1 333 340m2茶園受淹,造成直接經濟損失1.3×108元以上(不包括毀壞的森林)。6月10日19時,被特大山體崩塌滑坡堆積體堵塞了62d的易貢湖水,沖毀了人工導流明渠,流速達9.5m/s,流量達2 940m3/s。6月11日2時50分,易貢湖下游(約23km)最大橋梁——通麥大橋,水位升至52.07m,漲幅達41.77m,高出橋面32m,最大流量達12 000m3/s之巨,是雅魯藏布江年平均流量的26倍,狂瀉的洪水,造成下游的易貢藏布、帕隆藏布、雅魯藏布江水位猛漲,沿線公路、光纜通信設施嚴重破壞,各種橋梁悉數被沖毀,因指揮部組織得力,未造成一人傷亡。洪水過後,兩岸山體崩塌、滑坡不斷,斜坡環境破壞十分嚴重。
我國為多山的國家,也是滑坡災害頻繁發生的國家。滑坡地質災害的研究和整治對保護我們的生活環境,防災、減災的意義十分重大。
7.2.4 泥石流的形成及其對環境的影響
泥石流(mud flow)簡稱泥流,是山區特有的一種自然地質現象,它是斜坡上風化物質或鬆散堆積物被降雨、融雪、冰川融化形成的水流攜帶大量的泥沙、石塊等固體物質沿山坡溝谷流動形成的特殊洪流。泥石流爆發突然、歷時短暫,具有強大的破壞力。
7.2.4.1 泥石流的形成條件
典型的泥石流域從上游至下游可分三個區,即泥石流的形成區、流通區和堆積區。形成區一般為上游源頭一帶地勢開闊的環形谷坡。斜坡上裸露的岩石在外力地質作用下形成許多岩石碎塊,它們為泥石流的形成提供了豐富的物源。雨季來臨,開闊的斜坡具有較大的匯水面積,降雨形成的片流在向山溝中匯集過程中將山坡上的岩石碎塊攜帶至溝中,發育成洪流。流通區一般為狹長溝谷,縱比降較大。洪流在流通區流速加大,攜帶搬運能力成倍增加,洪流在高速流動中將溝谷中的土石攜帶走,形成泥石流。堆積區一般為溝谷的出口,地勢開闊,縱坡降較小,山區泥石流在此流速減緩,將其攜帶的固體顆粒逐漸堆積,形成扇狀泥石流堆積物,淤塞溝谷和河道。
由上所述,可知泥石流的形成主要受地形、地質和氣象條件等因素的影響。
7.2.4.1.1 地形條件
(1)山高溝深,地勢陡峻,溝床縱坡大,流域的形狀便於水流的匯集。
(2)上游形成區地形多為三面環山一面出口的瓢狀或漏斗狀,地形比較開闊,周圍山高坡陡,山體破碎,植被生長不良。這樣的地形有利於水和碎屑物質的集中。
(3)中游流通區地形多為狹窄陡深的峽谷,谷床縱坡大,使泥石流得以迅猛直泄。
(4)下游堆積區地形為開闊平坦的山前平原或河谷階地,使碎屑物質有堆積的場所。
7.2.4.1.2 地質條件
(1)地質構造復雜,斷層褶皺發育,新構造活動強烈,地震烈度較高的地區,一般有利於泥石流的形成。由於這些因素導致地表岩層破碎、滑坡、崩塌、錯落等不良地質現象發育,為泥石流的形成提供了豐富的固體物質來源。
(2)結構疏鬆軟弱、易於風化、節理發育的岩層,或軟硬相間成層的岩層,易遭受破壞,碎屑物質來源豐富(圖7.5)。
7.2.4.1.3 水文氣象條件
(1)水是泥石流組成部分,又是搬運介質的基本動力。泥石流的形成是與短時間內突然性的大量流水密切相關。突發性大量流水如大暴雨、冰川、積雪強烈消融、湖或水庫等突然潰決等。
(2)水浸潤飽和山坡鬆散物質,使其摩擦阻力減小,滑動力增大,以及水流對鬆散物質的側蝕掏挖作用產生滑坡、崩塌等,增加了物質來源。
7.2.4.1.4 其他條件
圖7.5 向家壩庫區泥石流與地層的關系
如人為地濫伐山林,造成山坡水土流失;開山采礦、採石棄渣堆石等。往往提供大量物質來源。
7.2.4.2 泥石流的分類
7.2.4.2.1 根據流域特徵分類
(1)標准型泥石流流域,流域呈扇形,能明顯地分出形成區、流通區和堆積區(圖7.6)。溝床下切作用強烈,滑坡、崩塌發育,鬆散物質多,主溝坡度大,地表徑流集中,泥石流的規模和破壞力較大。
(2)河谷型泥石流流域,流域呈狹長形,形成區分散而顯得不明顯,鬆散物質主要來自中游地段,泥石流沿溝谷有堆積也有沖刷搬運,形成逐次搬運的「再生式泥石流」。
圖7.6 泥石流流域示意圖
(3)山坡型泥石流流域,流域面積一般小於1km2,呈漏斗狀,流通區不明顯,形成區直接與堆積區相連,堆積作用迅速。由於匯水面積不大,水源一般不充沛,多形成重度大、規模小的泥石流。
7.2.4.2.2 根據物質特徵分類
(1)按物質組成分,可分為:①泥流,以粘性土為主,砂粒、石塊少量,粘度大,呈稠泥狀;②泥石流,由大量的粘性土和粒徑不等砂粒、石塊組成;③水石流,以大小不等石塊、砂粒為主,粘性土含量較少。
(2)按物質狀態分,可分為:①粘性泥石流;含大量粘性土的泥石流或泥流,粘性大,固體物質佔40%~60%,最高達80%,粘性泥石流中的水不是搬運介質,而僅僅是泥石流中的組成物質,泥石流的稠度大,石塊懸浮,爆發突然,持續時間短,破壞力大,堆積物在堆積區不散流,停積後石塊堆積呈「舌狀」或「崗狀」;②稀性泥石流,水為主要成分,粘性土含量少,固體物質佔10%~40%,有很大分散性,水為搬運介質,石塊以滾動或躍移方式前進,有強烈的下切作用,堆積物在堆積區呈扇狀散流,停積後似「石海」;
(3)按《岩土工程勘察規范》的分類,根據泥石流爆發頻率劃分為高頻率泥石流溝谷和低頻率泥石流溝谷,又根據破壞嚴重程度劃分為三個亞類,如表7.4。
表7.4 泥石流工程分類
7.2.4.3 泥石流對地質環境的影響
泥石流是鬆散土石和水的混合體在重力作用下沿溝道或坡面流動的現象,多發生於山區。其發生具有突發性的特點,常沖毀和掩埋農田、村莊,摧毀交通、水利、國防、礦山和旅遊設施。由於其常伴生崩滑、滑坡和洪水發生,其危害程度往往比單一的滑坡、崩塌和洪水更為嚴重,造成巨大的生命和財產損失。
我國為泥石流多發的國家之一,泥石流常具沿斷裂成帶分布或沿江河支流分布特點。川西地區的泥石流分布見表7.5。
表7.5 川西地區泥石流的發育分布特徵
在泥石流多發地區,其危害不可忽視。如1891年,西昌城郊東河爆發泥石流,沖毀街道五條,1 000餘人喪生。二郎山隧道西口的和平溝滑坡曾於1997年7月3日和8月15日兩度爆發泥石流,致使隧道施工的壓風機房及部分施工機械被埋,嚴重影響隧道施工工期。
㈥ 現狀評估不穩定斜坡是地質災害嗎
不屬於地質災害可以歸類於危險地段。
㈦ 斜坡變形破壞的地質力學模式
根據對野外斜坡變形破壞的研究表明,不同的斜坡結構,其變形組合形式和過程各不相同,變形破裂的機制也差異較大。斜坡的坡形破壞與坡體結構特徵相聯系,構成了多種具有代表意義的斜坡變形破壞模式,並且各種破壞模式有它各自特有的斜坡變形破壞的演變過程和特點。各國的工程地質工作者通過對斜坡結構及其變形破壞過程和機制的研究,建立了多種斜坡變形破壞的地質模式,以指導科學研究和生產實踐。我國的張倬元教授等所建立的斜坡變形破壞的地質力學模式,在國內具有一定的代表性。
7.3.1 蠕滑-拉裂(creep-sliding and fracturing)
該類型的滑坡多發生在中等坡度(40°以下)的土質斜坡或全、強風化岩質斜坡中。斜坡岩體在重力作用下發生向臨空方向的剪切蠕變,變形體後緣發育自地表向深部發展的拉裂。坡體內不存在控制性滑面,滑面的具體位置主要受最大剪應力面分布控制,該面以上實際為一自地表向下遞減的剪切蠕變帶。對緻密粘土邊坡的研究表明,在未破壞之前,這種剪應變值可達2.5cm/m,即如果剪切蠕變帶厚度為 Dm,則坡面位移量(ΔZ)可達其深度的0.25倍(圖7.7)。隨著蠕滑的進展,坡面下沉,拉裂面向深部擴展,往往達到潛在剪切面,造成剪切面上剪應力集中。地表水沿拉裂面滲入坡體,從而又促進蠕滑的發展,削弱剪切面的抗剪強度,最後岩土被剪斷而導致滑坡。對均質土坡而言,其滑面形態多呈圓弧形。
圖7.7 均質土坡中的蠕滑-拉裂
岩質斜坡中這類變形主要發生在反坡向的薄層狀斜坡中,通過坡體中岩層彎曲,結構面錯動,錯動帶根部岩層折斷來形成滑面。故層狀,尤其是薄層狀岩體,當岩層傾向坡內時,有利於這種變形的形成和發展,並能清楚地表徵這種變形的演變過程(圖7.8)。
圖7.8 傾向坡內的薄層岩體蠕滑-拉裂發展階段圖
7.3.2 滑移-壓致拉裂(sliding and compression cracking)
這類變形主要發育在中等坡度、平緩層狀岩體構成的斜坡中,軟弱結構面傾向坡外。斜坡體因卸荷沿結構面向臨空方向產生緩慢的蠕變性滑移時,在滑移面的鎖固點或錯列點附近因拉應力集中而生成與滑移面近於垂直的張開裂隙,張裂隙向上(個別情況向下)擴展,其方向則漸轉向與坡體內與最大主應力方向趨於一致(圖7.9)。這類變形與蠕滑-拉裂型滑坡的最大區別就在於:滑移和拉裂變形是由坡體內軟弱面處自下而上發展起來的。
圖7.9 自下而上發展的階梯狀滑移-壓致拉裂面
滑移面附近拉裂面的擴展,使這一帶常常成為地下水的活躍帶,它是促進這類變形發展的主要因素。
7.3.3 滑移-拉裂(sliding and fracturing)
這種斜坡的破壞形式主要發生在中等坡度的層狀斜坡或有兩組結構面切割的塊狀斜坡中。當層狀結構斜坡坡體中存在控制性軟弱面且軟弱面傾角大致與坡面平行或塊狀結構斜坡的復合軟弱面的交線傾向坡外,且傾角不小於軟弱面的實際殘余摩擦角φr時,斜坡將以滑移-拉裂為其變形的主要形式。其滑移主要沿已有軟弱面產生,如圖7.10所示。
圖7.10 受已有軟弱面控制的蠕滑-拉裂變形
受已有軟弱面控制的這類變形,其進程取決於作為滑移面的已有軟弱面的產狀與特性。當滑移面向臨空方向傾角足以使上覆坡體的下滑力超過該面的實際抗剪阻力時,則在成坡過程中該面一經被揭露臨空後,後緣拉裂面一出現即迅速滑落,蠕變過程極為短暫。一般情況下,當滑移控制面傾角大於20°時,可出現這種情況。當滑移面傾角近似等於其殘余內摩擦角,且其抗剪強度已近於殘余值時,變形可向滑動逐漸過渡,發展為使坡體逐漸解體的緩滑,坡體被解體為「迷宮式」的塊體滑坡。總之,這類變形均以滑坡告終。
圖7.11 受雙滑面控制的四面體滑坡
塊狀斜坡中若有兩組結構面相向切割岩體,構成岩體的分離體呈四面體或楔形體,其滑動破壞受結構面交線的控制。當結構面交線的傾角大於岩體的殘余內摩擦角時,易於滑動(圖7.11)。
7.3.4 彎曲-拉裂(bending and fracturing)
這類變形主要發育在由直立或陡傾坡內的層狀岩體的陡坡中,且結構面走向與坡面走向夾角應小於30°。變形多半發生在斜坡前緣部分。陡傾的板狀岩體,在自重產生的彎矩的作用下,由前緣開始向臨空方向作懸臂梁彎曲,並逐漸向坡內發展,這種變形方式通常被稱為傾倒(toppling)。彎曲的板梁之間或被拉裂、或互相錯動,形成平行於走向的槽溝或反坡台階。前傾的板梁彎曲最強烈的部位也往往被折裂(圖7.12)。滲入裂縫中水的空隙水壓力作用、水的楔入作用、高寒地區滲水反復凍融產生的膨脹力作用以及震動等,是促進這類變形發展的主要因素。
圖7.12 彎曲-拉裂(厚層板梁)變形階段圖示
由於隨板梁彎曲發展,作用於板梁的力矩也隨之而增大,所以這類變形一旦發生,通常均顯示累進性破壞特性。
薄而軟的「板梁」,由於變形的角度可以很大,在最大彎折帶通常形成傾向坡外的斷斷續續的拉裂面,或使原來垂直層面的近於水平的裂隙轉為向坡外傾斜。在這種情況下繼續的變形將主要受傾向坡外的裂隙面所控制,實質已轉化為蠕滑-拉裂,最終發展為滑坡。
7.3.5 塑流-拉裂(bending flowing and fracturing)
這類變形是下伏軟岩在上覆岩層壓力下產生塑性流動並向臨空方向擠出,導致上覆較堅硬的岩層拉裂、解體和不均勻沉陷。多見於以軟弱層(帶)為基座的軟基座型斜坡中。風化作用以及地下水對軟弱基座的軟化或溶蝕、潛蝕作用,是促進這類變形的主要因素。
圖7.13 塑流-拉裂發展為滑坡的過程示意圖
在軟弱基座產狀近於水平的坡體中,通常可見圖7.12所示變形跡象,上覆硬岩的拉裂起始於軟弱層的接觸面。這是由於軟岩的水平岩層的變形遠遠超過硬岩所致。坡體前緣可出現局部墜落、並發展為迷宮式塊狀滑坡。當上覆岩層也具有一定塑性時,被下伏呈塑流狀的軟岩載馱的岩層,可整體向臨空方向滑移,並於其後緣某處產生拉裂造成陷落(sauckung),進一步發展為緩慢滑動的滑坡。其演變過程如圖7.13所示。
軟弱基座緩傾坡內的陡崖,這類變形表現為另一種形式。基座軟弱層由於上覆岩層的強大壓力而向臨空方向緩慢擠出,使上覆岩層產生自坡面向坡內其位移值漸減的不均勻沉陷,因而使上覆硬岩被拉裂。拉裂縫首先出露於陡崖邊緣附近,自上而下地發展。被拉裂縫分割出來的岩柱可以因基座軟岩擠出的進一步發展而崩落。隨軟岩擠出的發展,拉裂縫出現部位由坡緣向坡的後側轉移。遠離坡緣拉裂縫可以發育很深(據某些勘探資料,有的可深達200m以上)。被裂縫分割出的高大岩柱的下部岩石有可能被剪裂壓碎。一旦這種現象發生,變形則向滑蠕-拉裂轉化,最後發展為崩滑型滑坡或滑塌的可能。
7.3.6 滑移-彎曲(sliding and bending)
沿滑移面滑移的層狀岩體,由於下部受阻,在順滑移方向的壓應力作用下發生縱彎曲(「褶皺」)變形。下部受阻的原因多因滑移面未有效臨空,或滑移面下端雖已臨空,但滑移面呈「靠椅」狀,上部陡傾、下部轉為近於水平,顯著增大了滑移阻力。發育的條件是,可以沿其產生滑移的軟弱面必須傾向坡外,且其傾角明顯超過該面的殘余摩擦角(一般大於20°)。尤以薄層狀及柔性較強的碳酸鹽類層狀岩體中最為常見。
滑移面平直的滑移-彎曲變形演變全過程可用圖7.14表示。
圖7.14 雅礱江霸王山滑坡形成過程示意圖
㈧ 緩變型地質災害在評估中的作用問題
地質災害按其發生的時間過程,可分為突發型和緩變型兩類。前者一般有滑坡、崩塌、泥石流和洪水沖蝕、岩溶塌陷、地震液化、黃土濕陷和潛蝕、瓦斯突出等。它們發生的時間過程一般較短暫,對工程設施和人民生命財產往往是災變性的危害,所以人們對它們也較為重視。後者有地面沉降、地裂縫、風蝕沙埋、鹽漬土的腐蝕和鹽脹、膨脹土的脹縮災害等。采空塌陷可能是緩變型的,也可能是突發型的,發生的條件和影響因素較復雜。它們發生的時間過程一般較長,可達數月、數年甚至數十年,對工程設施和人民生命財產的危害是累積疊加效應,所以往往被人們忽視。實際上,各種地質災害都有較長時間的孕育過程。例如滑坡、崩塌發生前,斜坡體曾經歷了相當長時間的應力作用和變形過程,一旦破壞應力達到甚至超過坡體強度極限時,就會發生破壞。而緩變型地質災害雖無突發型地質災害的突變效應,但它們的累積疊加效應也不能忽視。
地面沉降的發生、發展往往要經歷數年甚至數十年的時間,但一旦累積沉降量過大或不均勻沉降時,由於土體的泊松效應和剪應力、拉應力作用,地面會產生裂縫(地裂縫),淺埋的管道工程也會承受附加應力而被剪斷或拉斷。在地面沉降嚴重的蘇—錫—常地段布設輸氣管道工程,潛在的危險性相當大,應引起工程部門的關注。
煤礦區的采空地面塌陷一般是緩變型的,隨著地下采空區面積和采空煤層厚度的增加,塌陷范圍和塌陷深度不斷擴大,形成移動盆地。至閉坑時移動盆地才停止發展。但一旦當環境條件發生變化,例如礦坑中充水較強時,移動盆地會活化,塌陷加劇。采空地面塌陷受諸多因素的影響,除地下采空區范圍、深度和厚度等工程因素外,與采空區頂板強度、岩層產狀和斷裂、裂隙發育等地質因素關系密切。一般的情況是,地面塌陷區的范圍較地下采空區要大。嚴重的地面塌陷可導致地裂縫叢生,原始地形面目全非。顯然,它對輸氣管線工程有極大的危害性。所以,采空塌陷密集分布和壓煤擬開採的線路經過地段,管線以繞避改線為宜。山西段的河東煤田和沁水煤田區,煤礦采坑可謂「星羅棋布」,工程部門應加強勘查,進一步查明采空塌陷的分布,並採取相應的對策和措施。
鹽漬土的腐蝕和鹽脹災害以新疆段分布長度最大,屬氯鹽漬土和硫酸鹽漬土。鹽漬土的一般特點是:在地表附近含鹽量最大,而地表以下2~3m深度處則明顯減小。所以只要輸氣管線埋深在2~3m左右,鹽漬土的危害可大為減小。此外,金屬管道外壁的防腐蝕技術措施工程部門已有較成熟的經驗。所以此災種對輸氣工程的危險性總的來說是不大的。
㈨ 影響斜坡變形破壞的主要因素
斜坡變形和破壞的影響因素多種多樣,有的改變斜坡的外形,有的改變斜坡的岩體結構特徵和力學性質;其中有斜坡本身的原因,亦有外部環境條件變化所形成。某些突發事件對斜坡的變形破壞具有加劇作用,並且,斜坡的變形破壞往往是多種因素綜合作用的結果。但對一個特定的滑坡而言,往往有起主導作用的因素。因此,抓住主導因素,對斜坡變形破壞防治措施的制定十分重要。
7.4.1 地形地貌
斜坡的外形對崩塌、滑坡的形成具重要的影響。一般隨斜坡坡度的增加或斜坡高差加大,崩塌、滑坡、泥石流的活動加劇。並且,這些斜坡破壞現象還相互促進,相互轉化。例如,泥石流物源區的崩塌和滑坡可為泥石流的發生提供豐富的物源;而泥石流的強烈活動可加劇斜坡外形改變,促進崩塌、滑坡的發生。某些斜坡在其破壞過程中又崩又滑,形成所謂的崩滑體。
山坡或陡坎的存在,使山體一面甚至三面臨空。斜坡前緣臨空,往往打破岩土體最基本的穩定平衡條件。因此,臨空面的存在是崩塌和滑坡形成的先決條件。外力地質作用和人類的工程活動又在不斷地改變斜坡的外形,也就在不斷地改變斜坡的臨空條件,同時又改變了岩土體內應力的分布。這種改變或有利於斜坡的穩定,或有利於崩、滑體的形成。
7.4.2 地質條件
地質條件是崩塌、滑坡、泥石流形成的內在因素,與岩性、地質構造密切相關,是金沙江電站庫區岩性與泥石流的發育關系(參見圖7.5)。圖中顯示軟弱岩層發生泥石流的幾率較堅硬岩層要高。
崩塌易於在堅硬、性脆、厚層-塊狀地層中產生。這些岩層往往形成陡坡,當岩體中發育有與斜坡走向平行的大傾角結構面時,則崩塌亦發生,軟弱岩層中往往形成滑坡。
岩層的傾向與斜坡坡向相同時,岩體穩定性降低,反之,岩體的穩定性增高。匯水區有分布廣泛,厚度大,結構松軟且易於風化的岩層,是泥石流的良好物源。當地質構造復雜,節理裂隙、斷層、劈理和片理等構造發育,新構造運動上升為主的地區,物理地質現象普遍發育。
7.4.3 水文、氣象條件
水文條件對崩塌、滑坡、泥石流的影響主要表現為大氣降水。在降雨量大而集中的地區,經常伴隨著這些地質災害的頻繁活動,此外,堤壩潰決,河渠滲漏也是這些地質災害發生的觸發因素。氣溫的變化,經常改變岩石的結構和構造,促進岩石風化作用,降低岩石的力學性質。
7.4.3.1 水文、氣象條件對崩塌、滑坡的影響
(1)直接對崩滑體施加空隙水壓力,降低有效應力。
(2)在鬆散介質形成的滑坡體內,地下水流動將在滑坡體內形成滲透壓力。
(3)改變岩土體的物理力學性質,惡化崩滑體的穩定條件。
(4)地表水對崩滑體的作用主要表現為地表水流對斜坡坡角的沖刷、掏蝕,以此改變斜坡外形,惡化崩塌、滑坡周圍岩體的穩定條件。
7.4.3.2 水文、氣象條件對泥石流的影響
水在泥石流的形成中的作用是明顯的:
(1)水是泥石流的組成部分,又是搬運介質;泥石流的形成是與短時間內突發性的大量流水密切相關,如大暴雨、河、湖決口,強烈融雪等。
(2)浸潤飽和山坡鬆散物質,使其摩擦阻力減小,滑動力增大,以及水流對鬆散物質側蝕掏挖作用產生滑坡、崩塌等,增加了物質來源。
(3)此外,在地表岩石物理、化學風化作用過程中,水既是進行風化作用的主體,又是風化作用的媒體,在風化作用強烈的地區,泥石流物源十分豐富。
7.4.4 地震
地震常成為崩塌、滑坡的誘發因素,此現象在山區十分普遍。地震首先將斜坡岩土體的結構破壞,使可液化地層液化,從而降低斜坡岩土體的抗剪強度;同時,地震波在岩土體中傳遞使岩土體承受地震慣性力,增加崩滑體的下墜力,促使崩塌、滑坡產生。
7.4.5 人為因素
人類活動對邊坡穩定的影響包括:
(1)開挖爆破影響,施工中爆破震動造成的岩體松動破壞,其影響程度隨炸葯量的多少,爆炸距離的遠近而異。
(2)人工水補給,由於大量施工用水,生活用水、農田用水等以及溝渠水流補給地下水,使地下水位升高,泥化軟弱岩層引起斜坡變形。
(3)人工削坡設計不合理,使邊坡坡腳掏空,或超過結構面天然坡角,或邊坡上增加過大的荷載,以致斜坡失穩。