2021年岩土工程师基础考试知识点：边坡岩体的变形和破坏

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2021年岩土工程师基础考试知识点：边坡岩体的变形和破坏

边坡形成后，由于坡体的主应力分异，使岩体原始平衡状态遭到破坏。在这种新的应力条件下，坡体将发生局部的或整体性的变形和破坏，以达到新的平衡。

从边坡形成时起，边坡即处在不断的变化过程中、通过变形发展为破坏。其中稳定是相对的、暂时的，仅是在一定的条件下(地质环境中)存在着。

边坡变形破坏的发展历史可以是漫长的(如自然斜坡和发展演化过程)，或是短暂的(如人工边坡的形成)，其发生条件和影响因素却常常相当复杂。

尽管如此，斜坡变形与破坏却始终决定于坡体本身所具有的应力特征和坡体抵抗变形破坏的能力，这两方面的相互关系和发展变化，是斜坡发展演变的内在矛盾。而坡体中由于应力分异所出现的应力集中带，又有较低抵抗变形能力的软弱面，当其在空间构成不利于稳定的组合时，则是以上矛盾发展变化的焦点。此处常常发展成为坡体中变形与破坏的控制面，它是工作中研究的重点部位。

岩质斜坡的变形与破坏可分作变形和破坏两种形式。前者属于变形的范围，从坡体中未出现贯通性的破坏面为特点;而后者在坡体中已形成贯通性的破坏面，且以一定加速度发展位移。

(一)边坡岩体的变形

变形与破坏之间是一个发展过程，其间存在着量、质转化的关系。近年来岩体破坏机制及蠕变理论的研究，已经充分揭示了它们之间存在的客观规律，为斜坡岩体稳定研究奠定了理论基础。因此，必须研究岩体变形破坏的整个过程，并且重视这一演变过程中变形形式的研究。这对于定性地揭示坡体应力与结构强度的矛盾关系，鉴定现有条件下坡体的稳定情况，预测斜坡岩体破坏的可能性，是有重要意义的。斜坡岩体的变形可以划分为松弛张裂和蠕动。

1. 松弛张裂

在斜坡形成的初始阶段，往往在坡体中出现一系列与坡面近于平行的陡倾张开裂隙，使斜坡岩体向临空方向张开。这种过程和现象称为松弛张裂(也称松动)。

存在于坡体的这种张裂隙可以是应力重新分布产生的，也可以是沿原有的陡倾裂隙发育而成。外形略呈弧形弯曲，仅有张开而无明显相对滑移，张开度及分布密度由坡面向深处逐渐减弱。理论实践证明。仅有松弛张裂变形形式的坡体，其应力应变关系处于稳定破裂阶段或者减速蠕变阶段。由此，在保证坡体应力不会增加且结构强度不下降的条件下，其变形不会继续发展，坡体稳定不会发生变化。松弛张裂主要有下列几种情况。

(1)回弹裂隙

在斜坡形成后，由于侧向应力削弱，岩体向临空方向回弹，这种现象犹如木桶因松箍而掀缝一样，使原来被压紧的裂缝张开(图17-1-6)。很明显，因这种原因张开的裂隙的特点是愈近顶面，张开程度愈大，向深处或向坡里张开程度逐渐减小。

(2)坡面、坡顶张力带裂隙

较陡斜坡的坡面、坡顶张力带中，抗拉强度弱的岩体(如半岩质块体，表层风化岩体)以及具有与斜坡走向近于平行的陡立软弱面的坡体，在坡面、坡顶张应力作用下形成张开裂隙。这种裂隙主要分布在陡坡的前缘，不会深入到坡体内部(图17-1-3)。

(3)坡脚应力集中带的张裂隙

在坡脚应力集中带当应力超过此处岩体或与坡面平行时，则产生与坡面近于平行的张裂隙。其分布从坡面向坡体内和向下方向逐渐稀疏、削弱。当坡体中有缓倾角软弱面时，在平行于坡面的最大主应力(σ1)作用下产生平行坡面的剪应力，将使被分割的岩体沿软弱面向外滑移，而张裂隙向上逐渐尖灭或分支。

上述分析表明，卸荷裂隙的形成机制有可能是多种多样的。生产实践中，把发育这种岸边裂隙的坡体称之为斜坡卸荷带(可称之为松动带)，其深度通常用坡面与卸荷带内侧界线之水平间距来表示。

斜坡的松弛张裂，一方面使岩体强度降低，另一方面使各种外营力更易深入坡体，增加了坡体内各种营力的活跃程度，它是斜坡变形破坏的初始阶段。所以在边坡稳定性分析中划分卸荷带，确定卸荷带的范围和卸荷带中的坡体特征，对于评价斜坡岩体的稳定性具有重要意义。

2.蠕动

经松动后，斜坡岩体在重力作用下向临空方向较长期的缓慢变形称之为斜坡岩体的蠕动。研究表明，蠕动的形成机制为岩石的粒间滑动(塑性变形)或岩石裂纹微错，或由一系列裂隙扩展所致。它是在应力长期作用下，岩石内部的一种缓慢的调整性变形，实际上是岩石趋于破坏的一个演变过程。坡体中由自重应力引起的剪应力与岩体长期抗剪强度相比很低时，它只能使坡体减速蠕动;只有坡体应力值接近或超过岩体的长期抗剪强度时，坡体才能进入加速蠕动。因此可以认为，坡体导致最终破坏总要经过一定过程，或非常短暂，或经过一个相当长的时间。

按照岩体蠕动的特征，它大致可以分为两种基本类型：表层蠕动和深层蠕动。

(1)表层蠕动

斜坡上部的岩体在重力的长期作用下，发生向临空方向的缓慢变形，构成一个剪变带，其位移由坡面向内逐渐降低直至消失，这便是表层蠕动。松散岩体及土质斜坡中，这类蠕动甚为明显，表现为当坡体剪应力足够产生滑动面之前，在剪变带内会缓慢发生塑性变形。

岩质斜坡中的表层蠕动，常称为岩层未端挠曲现象，系指陡立层状结构面较发育的斜坡岩体(页岩、片岩、灰岩等层状岩石或陡倾节理发育的花岗岩)，在重力长期作用下，沿软弱面错动和局部破裂而成的挠曲现象，多发生于上述岩石和岩体所组成的斜坡上。当软弱面愈密集，倾角愈陡且走向近于平行于坡面时发育尤甚。坡体表面蠕动使松动裂隙张开向纵深发展。由于挠曲使坡角应力集中加大，有时影响深度竟达数十米。

在重力作用下，由于坡面蠕动所产生的挠曲与构造挠曲之区别在于：前者常沿软弱面两侧拉开，并出现张裂，层面两侧相对滑动方向为斜坡上侧向下，而下侧向上滑动，其挠曲分布局限一定深度;而构造挠曲不具备以上性质。正确区分这两种不同成因挠曲的重要意义在于，经过重力长期作用形成的蠕动坡体仅具有较低的稳定性，常常要采取开挖或昂贵的工程处理措施，应该引起重视。

(2)深层蠕动

深层蠕动主要发育在斜坡下部或坡体内部。按照其形成机制的特点可分为软弱基座蠕动和坡体蠕动两类。

1)软弱基座蠕动

坡体基座产状较缓并且具有一定的相对软弱岩层，在坡体上覆岩层重力作用下，致使基座部分向临空方向蠕动，并引起上覆坡体变形与解体，是软弱基座蠕动的特征。当软弱基座塑性较大时，坡脚主要表现为向临空方向的蠕动和挤出，见图17-1-7;而当软弱基座具有一定脆性时，则可能通过密集的张性破裂使软弱层错位变形，见图17-1-8。这两种变形方式都是由坡面逐渐向深处发展的。

由于软弱基座的蠕动变形，将引起上覆坡体发生变形或解体。当上覆岩体具有一定柔性时，软弱层会出现“揉曲”，脆性层中会出现张性裂隙;当上覆岩体整体呈脆性时，则可因软弱基座蠕动而产生不均匀沉陷，使上覆岩体破裂解体。

2)坡体蠕动

坡体沿缓倾角的软弱结构面，向临空方向缓慢移动的现象，称为坡体蠕动。这种现象在卸荷裂隙较发育的具有缓倾角软弱面的坡体中比较普遍，通常是在蠕滑型裂隙基础上发育而成。

形成坡体蠕动的基本条件是坡体具有缓倾角软弱结构面并发育有其他陡倾裂隙。缓倾角软弱面(如夹泥)，抗滑性能差，便易在坡体重力作用下产生缓慢的移动变形，这样坡体便发生微量转动，使转折处首先遭到破坏，实际上，转折处也正是应力集中处。图17-1-9充分反映了在蠕动转折处的破坏过程，首先出现的张性羽裂将转折端切断(切角滑移阶段);然后继续遭到破坏，形成次一级剪切面，并伴随有架空现象(次一级剪面开始形成阶段);再进一步发展，则形成连续滑面(滑面形成阶段)，一旦滑面上的下滑力超过抗滑力，即导致坡体破坏。

(二)斜坡岩体的破坏

斜坡岩体中出现了与外界贯通的破坏面，使被分割的岩体以一定的加速度脱离母体，称为斜坡岩体的破坏。

自然斜坡的形成过程往往比较缓慢，在坡体中应力的改变是渐变的，所以在发生破坏之前总要经过松动，蠕动等变形阶段，而人工边坡由于坡体应力的变化和附加载荷(如坝肩推力等)的出现可以是很迅速地，因此可能出现两种情况。当迅速形成坡体应力超过边坡体极限强度时，足以构成贯通性破坏面时，斜坡破坏便迅速发生，蠕动时间极短暂;反之，若应力小于坡体极限强度，而大于长期强度，在发生破坏之前总要经过一段较长时间的蠕动过程。此外，自然营力对坡体破坏的影响也很大。当某些营力突然加剧，(如地震、空隙水压力)可使一些原来并无明显蠕动迹象的斜坡突然遭到破坏。

斜坡的破坏形式很多，现将分别简述崩塌，滑坡。

1.崩塌

崩塌是岩质斜坡破坏的一种形式。斜坡前缘的部分岩体被陡倾角的破裂面分割，以突然的方式脱离母体，翻滚而下，岩块相互撞击破碎，最后堆积于坡脚而且形成岩堆，称为崩塌。其规模相差悬殊，从大规模的山崩直至小型块石坠落。

从形成机理分析，崩塌的形成在于坡体沿陡倾软弱结构面张裂的同时，坡脚岩体发生变形(如基座蠕动)，使上部割裂岩体失去支持而发生翻倒。

崩塌主要发生在60°以上陡坡的前缘斜坡上。高而陡的斜坡通常由陡倾角裂隙发展而成，或由于基座蠕动造成的沉陷解体形成。这些裂隙在表层蠕动的作用下进一步加深加宽，并促使坡脚主应力增高，坡体蠕滑进一步加剧，下部支持力减弱，引起崩塌。故崩塌在高陡斜坡上具有更好的发育条件。

由于崩塌形成的岩堆给后侧坡脚以侧向压力，再次发生崩塌的突破处将上移;所以崩塌具有在斜坡上逐次后退，规模逐渐变小等发展趋势。

剥落是组成边坡的岩石具有薄层状或页片状结构面，如页岩、片岩、强烈风化的片麻岩和劈理发育的粉砂岩等等。由于这些岩石性质软弱、结构面密集，经受长期不断地风化作用，岩体呈片状破裂，当受雨水冲刷和其他外营力作用之下，边坡表部岩体呈片状层状沿斜坡表面剥落，堆积于坡脚。剥落现象一般规模小，速度缓慢，如果这种现象是单一的，没有其他因素的特殊影响，则不致造成严重的灾害。但对渠道或溢洪道的边坡应给予注意，因剥落的碎屑物质堆积在坡脚会堵塞水流，可能引起其他不良现象。

2.滑坡

滑坡是斜坡上的岩土体在自然或人为因素的影响下失去稳定，沿一定的破坏面整体下滑的现象，是一种常见的斜坡失稳而产生的地质灾害。要及时地识别滑坡，以确定斜坡是否会发生滑坡，有否有滑坡的存在，则首先应该了解滑坡的构造形态。

(1)滑坡的构造形态

通常一个比较典型的滑坡由滑坡体、滑动面、滑坡壁、滑坡裂隙、滑舌、滑坡鼓丘等几部分构造形态要素组成。

滑坡体：指斜坡上沿滑动面向下滑动的岩土体，或者说是滑坡的整个滑动体。这部分岩土体虽然经受了滑动，但其内部还保持原有的层位关系，以及结构、构造、裂隙节理的特点。滑坡体的表面起伏不平，裂隙纵横;原有树木倾斜或倒伏，形成马刀树、醉汉林;封闭洼地积水或成沼泽，常长有喜水植物。滑坡体与周围不动岩土体的分界线，称为滑坡周界。

滑动带(面)：滑坡体与其周围未滑动岩土体之间的分界面称为滑动面。滑坡体底部产生剪切、揉皱的，厚数厘米至数米的地带称为滑动带。滑动面以下稳定的岩土体称为滑坡床(滑床)。滑动面的形状随着斜坡岩土体的成分和结构的不同而异，在均质粘性土和软岩中，滑动面近于圆弧形;滑坡体如沿岩层层面或构造面滑移时，呈直线或折线形。滑坡面一般是由直线和圆弧复合而成，其后部经常呈弧形，前部呈近似于水平的直线。滑动面大多数是由粘土夹层或其他软弱岩层所组成，如页岩、泥岩、千枚岩、片岩等，或者是由岩层面、裂隙节理面等组成。由于滑动时的摩擦，滑动面常是光滑的，有时可见滑动擦痕;滑动带中岩土十分破碎，而且通常是潮湿的，有的甚至达饱和状态，并在坡脚处常有泉水涌出。

滑坡壁(滑坡后壁)：滑坡体滑落后，滑床上方未滑动部分岩土体所形成的弧形陡壁。实际上是滑动面在坡上出露的界面，有时在较新的滑坡后壁上可见到滑动擦痕。滑坡后壁左右呈弧形向前伸展呈“圈椅”状，平面上多呈椅状。

滑坡台阶：滑坡体上由于各滑体滑落速度差异而形成的阶梯状台坎称滑坡台阶。一般呈反坡状。

滑坡裂缝：滑坡体在滑动过程中，由于各部位的移动速度不均匀，在滑体内部或表面所产生的裂缝称为滑坡裂缝。按受力状况不同可分为滑体上的拉张裂缝，两侧的剪切裂缝，下部的鼓胀裂缝、扇形张裂缝等。

滑坡舌：又称滑坡头，系指滑坡体最前部冲出滑床的部分。

滑坡鼓丘：滑坡体在下滑的过程中，如果受到阻碍，便会形成隆起的小丘，即称滑坡鼓丘。

主滑线(滑坡主轴)：滑坡体滑移速度最快部分的连线称之为主轴线。它代表了滑坡滑动的方向，可以是直线，亦可是折线。

应该指出，滑坡的典型构造形态只有新产生的滑坡或形成不久的滑坡才具备。发生时间较久的滑坡，由于水流冲刷、风化以及人为活动等因素的影响，使滑坡的地表形态遭受破坏，以致不易识别出来，但只要仔细调查，分析对比周围的地形地物，也可正确识别出来。

(2)滑坡的分类

由于自然条件千变万化，滑坡的成因、形态、滑动的过程亦各有特点，为了便于滑坡的识别和治理，考虑滑坡岩土体的组成、滑动速度、力学特征、滑体形态、滑体规模、滑体厚度、发展阶段等因素，对岩质滑坡进行分类。

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