理论教育 滑坡对工程建设的严重危害

滑坡对工程建设的严重危害

时间:2023-06-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:大规模的滑坡,可以堵塞河道,摧毁公路,破坏厂矿,掩埋村庄,对山区建设和交通设施危害很大。贵州的贵黄公路,四川的川藏公路、成阿公路、巴峨公路等均遭受过滑坡的严重危害。这些实例,充分说明滑坡对工程建设危害的严重性。它和其周围没有滑动部分在平面上的分界线称为滑坡周界。滑坡体向前滑动时如受到阻碍,就形成隆起的小丘,称为滑坡鼓丘。图5.6滑坡特征滑坡稳定后,如触发滑动的因素已经消失,滑坡就

滑坡对工程建设的严重危害

斜坡上的部分岩体和土体在自然或人为因素的影响下沿某一明显的界面发生剪切破坏向下运动的现象称为滑坡(landslide)。

规模大的滑坡一般是缓慢地、长期地往下滑动,有些滑坡滑动速度也很快,其过程分为蠕动变形和滑动破坏阶段,但也有一些滑坡表现为急剧的运动,以每秒几米甚至几十米的速度下滑,如1967年四川雅茗江某地滑坡,在几分钟内就有6 800万m3的土石全部滑下(称崩坍性滑坡)。当6 800万m3土石滑入河谷后,形成高达175~355 m的天然堆石坝,堵断江水九天九夜,溢流溃坝后,又形成高达40 m的特大洪流,汹涌而下,冲毁了下游一些农田、房屋和道路。又如1983年3月发生的甘肃东乡洒勒山滑坡最大滑速可达30~40 m/s。滑坡多发生在山地的山坡、丘陵地区的斜坡、岸边、路堤或基坑等地带。滑坡对工程建设的危害很大,轻则影响施工,重则破坏建筑;由于滑坡,常使交通中断,影响公路的正常运输。大规模的滑坡,可以堵塞河道,摧毁公路,破坏厂矿,掩埋村庄,对山区建设和交通设施危害很大。西南地区(云、贵、川、藏)是我国滑坡分布的主要地区,不仅滑坡的规模大,类型多,而且分布广泛,发生频繁,危害严重。在云南省几乎每条公路上都有不同规模的滑坡发生。贵州的贵黄公路,四川的川藏公路、成阿公路、巴峨公路等均遭受过滑坡的严重危害。又如某铁路桥,当桥的墩台竣工后,由于两侧岸坡发生滑动,架梁时发现各墩均有不同程度的垂直和水平位移,墩身混凝土开裂,经整治无效,被迫放弃而另建新桥。贵昆铁路某隧道出口段,由于开挖引起了滑坡,推移和挤裂了已成的隧道,经整治才趋于稳定。这些实例,充分说明滑坡对工程建设危害的严重性。

(1)滑坡要素及特征

1)滑坡要素

一个发育完全的滑坡,一般都具有下列各要素(图5.5)。滑坡发生后,滑动部分和母体完全脱开,这个滑动部分就是滑坡体(slide mass)。它和其周围没有滑动部分在平面上的分界线称为滑坡周界。滑坡作向下滑动时,它和母体形成一个分界面,这个面称为滑动面(sliding surface)。滑动面以下没有滑动的岩(土)体称为滑坡床(slide bed)。滑动面以上受滑动揉皱的地带,称为滑动带(sliaing zone),厚几厘米到几米。滑坡体滑动速度最快的纵向线称为主滑线,或称滑坡轴(sliding axis),它代表整个滑坡的滑动方向,一般位于滑坡体上推力最大、滑床凹槽最深(滑坡体最厚)的纵断面上;在平面上可为直线或曲线。滑坡滑动后,滑坡体后部和母体脱开的分界面暴露在外面的部分,平面上多呈圈椅状外貌,称为滑坡壁(slide wall)。在滑坡体上部由于各段岩(土)体运动速度的不同所形成台阶状的滑坡错台,称为滑坡台阶(slide bench),常为积水洼地。滑坡体与滑坡壁之间拉开成沟槽,成为四面高而中间低的封闭洼地,此处常有地下水出现,或地表水汇集,成为清泉湿地或水塘。滑坡体向前滑动时如受到阻碍,就形成隆起的小丘,称为滑坡鼓丘。滑坡体的前部向前伸出如舌头状,称为滑坡舌(tongue of landslide)或滑坡头。

图5.5 滑坡要素

l—滑坡体;2—滑坡周界;3—滑坡壁;4—滑坡台阶;5—滑动面;6—滑动带;7—滑坡舌;8—滑动鼓丘;9—滑坡轴;10—破裂线;11—封闭洼地;12—拉张裂缝;13—剪切裂缝;14—扇形裂缝;15—鼓胀裂缝;16—滑坡床

从外表上看,滑坡体各部还出现各种裂缝,如拉张裂缝(分布在滑坡体的上部,多呈弧形,与滑坡壁的方向大致吻合或平行,一般成连续分布,长度和宽度都较大。它是产生滑坡的前兆)、剪切裂缝(分布在滑坡体中部的两侧,缝的两侧还常伴有羽毛状裂缝)、鼓胀裂缝(分布在滑坡体的下部,因滑坡体下滑受阻,土体隆起而形成张开裂缝,它们的方向垂直于滑动方向,分布较短,深度也较浅)以及扇形张裂缝(分布在滑坡体的中、下部,特别在滑坡舌部分较多,因滑坡体滑到下部,向两侧扩散,形成张开的裂缝,在中部的与滑动方向接近平行,在滑舌部分则成放射状)。这些裂缝是滑坡不同部位受力状况和运动差异性的反映,对判别滑坡所处的滑动阶段和状态等很有帮助。如滑坡区纵向很长,上部剪切裂缝明显,下部不明显、则属推移式滑坡;反之,如滑坡体从下而上出现拉张裂缝,而下部剪切裂缝发育完全,上部断续,则多属牵引式滑坡。

2)滑坡的特征

根据滑坡地表形态的特征,有助于识别新、老滑坡,现把堆积层滑坡和岩层滑坡的一些特征扼要说明如下:

堆积层滑坡常有如下的主要特征:①其外形多呈扁平的簸箕形;②斜坡上有错距不大的台阶,上部滑壁明显,有封闭洼地,下部则常见隆起;③滑坡体上有弧形裂缝,并随滑坡的发展而逐渐增多;④滑动面的形状在均质土中常呈圆筒面,而在非均质土中则多呈一个或几个相连的平面;⑤在滑坡体两侧和滑动面上常出现裂缝,其方向与滑动方向一致,在黏性土层中,由于滑动时剧烈的摩擦,滑动面光滑如镜,并有明显的擦痕,呈一明一暗的条纹;⑥在黏土夹碎石层中,则滑动面粗糙不平,擦痕尤为明显;⑦滑坡体上树木歪斜,成为“醉林”。

岩层滑坡的主要特征有:①在顺层滑坡中,滑动床的剖面多呈平面或多级台阶状,其形状受地貌和地质构造所限制,多呈“U”形或平板状;②滑动床多为具有一定倾角的软弱夹层;③滑动面光滑,有明显的擦痕;④滑坡壁多上陡下缓,它与其两侧有互相平行的擦痕和岩石粉末;⑤在滑坡体的上、中部有横向拉张裂缝,大体上与滑动方向正交,而在滑坡床部位则有扇形张裂缝;⑥发生在破碎的风化岩层中的切层滑坡,常与崩塌现象相似。

当滑坡停止并经过较长时间后,可以看到:①台阶后壁较高,长满了草木,找不到擦痕;②滑坡平台宽大且已夷平,土体密实,地表无明显的裂缝;③滑坡前缘的斜坡较缓,土体密实,长满树木,无松散坍塌现象,前缘迎河部分多出露含大孤石的密实土层;④滑坡两侧的自然沟割切很深,已达基岩;⑤滑坡舌部的坡脚有清澈泉水出现;⑥原来的“醉林”又重新向上竖向生长,树干变成下部弯曲而上部斜向,形成所谓“马刀树”(图5.6)等,这些特征表明滑坡已基本稳定。

图5.6 滑坡特征

滑坡稳定后,如触发滑动的因素已经消失,滑坡就将长期稳定;否则,还可能重新滑动或复活。

(2)滑坡分类

滑坡可以按不同的方法进行分类,了解其分类将有助于选择相应的整治措施。

1)按滑动时力的作用分类

①推移式滑坡 主要是由于在斜坡上方不恰当的加载(如造建筑物、弃土等)所引起,上部先滑动,而后推动下部一起滑动,一般用卸荷的办法来整治。

②牵引式滑坡 主要是由于在坡脚任意挖方所引起,下部先滑动,而后牵引上部接着下滑,好像火车头牵引车厢,一节一节牵引滑动,一般用支挡的办法来治理。

2)按组成滑坡的主要物质成分分类

①堆积层(包括残积、坡积、洪积等成因)滑坡 这些堆积层常由崩塌、坍方、滑坡或泥石流等所形成。滑动时,或沿下伏基岩的层面滑动,或沿土体内不同年代或不同类型的层面滑动,以及堆积层本身的松散层面滑动。当它们是由于滑体下部松散湿软而滑动时,运动往往急剧;如由于其上部受土中水浸湿,则常沿较干燥的不透水层的顶面滑动。滑坡体厚度一般从几米到几十米。

②黄土滑坡 多发生在不同时期的黄土层中,常见于高阶地前缘斜坡上,多群集出现。大部分深、中层滑坡在滑动时变形急剧,速度快,规模和动能大,破坏力强,具有崩塌性,危害较大。它的产生常与裂隙及黄土对水的不稳定性有关。

③黏土滑坡 主要是指发生在平原或较平坦的丘陵地区的黏土层(如成都黏土、红黏土以及山西一些黏土岩的残积土等)中的滑坡,这些黏土多具有网状裂隙。除在黏土层内滑动外,常沿下伏基岩或其他土层层面滑动。一般以浅层滑坡居多,但有时滑坡体的厚度也可达十几米。

④岩层滑坡 各种岩层的滑坡,较常见的有由沙、页岩组成的岩层、片状的岩层(如片岩、千枚岩等)、泥灰岩等岩层。它们以顺层滑坡(图5.7)最为多见,滑动面是层面或软弱结构面;但当岩层节理顺着山坡倾斜时,虽层面倾斜背向山坡,在一定条件下也可能产生切层滑坡(图5.8),它们在河谷地段较为常见。

图5.7 顺层滑坡示意图

3)按滑动面通过各岩(土)层的情况分类

①均匀土滑坡 又称同类土滑坡,多发生在均匀土或风化强烈的岩层中,滑动面常近似为一圆筒面,均匀光滑。

②顺层滑坡 这类滑坡是沿着斜坡岩层面或软弱结构面发生滑动,特别当松散土层与基岩的接触面的倾向与斜坡的坡面一致时更为常见,它们的滑动面常呈平坦阶梯面,如图5.7(a)所示。高陡斜坡上岩层的顺层滑坡往往滑动很快,有如山崩。

图5.8 切层滑坡示意图

③切层滑坡 这类滑坡的滑动面切割了不同岩层,并形成滑坡台阶,如图5.8所示。在破碎的风化岩层中所发生的切层滑坡常与崩塌类似,这类滑坡比较少。

4)按滑坡体的体积分类

①小型滑坡,滑坡体体积小于3万m3

②中型滑坡,滑坡体体积为3万~50万m3

③大型滑坡,滑坡体体积为50万~300万m3

④特大型滑坡,滑坡体体积大于300万m3

5)按滑坡体的厚度分类

①浅层滑坡,滑坡体厚度小于6 m。

②中层滑坡,滑坡体厚度为6~20 m。

③深层滑坡,滑坡体厚度大于20 m。

(3)滑坡的形成条件

1)滑坡发育的内部条件

产生滑坡的内部条件与组成边坡的岩土的性质、结构、构造和产状等有关。不同的岩土,它们的抗剪强度、抗风化和抗水的能力都不相同,如坚硬致密的硬质岩石,它们的抗剪强度较大,抗风化的能力也较高,在水的作用下岩性也基本没有变化,因此,由它们所组成的边坡往往不容易发生滑坡;反之,如页岩、片岩以及一般的土则恰恰相反。因此,由它们所组成的边坡就较易发生滑坡。从岩土的结构、构造来说,主要的是岩(土)层层面、断层面、裂隙等的倾向对滑坡的发育有很大的关系。同时,这些部位又易于风化,抗剪强度也低。当它们的倾向与边坡坡面的倾向一致时,就容易发生顺层滑坡以及在堆积层内沿着基岩面滑动;否则,反之。边坡的断面尺寸对边坡的稳定性也有很大的关系。边坡越陡,其稳定性就越差,越易发生滑动。如果坡高和边坡的水平长度都相同,但一个是放坡到顶,而另一个却是在边坡中部设置一个平台,由于平台对边坡起了反压作用,就增加了边坡的稳定性。此外,滑坡若要向前滑动,其前沿就必须要有一定的空间;否则,滑坡就无法向前滑动。山区河流的冲刷、沟谷的深切以及不合理的大量切坡都能形成高陡的临空面,而为滑坡的发育提供了良好的条件。总之,当边坡的岩性、构造和产状等有利于滑坡的发育,并在一定的外部条件下引起边坡的岩性、构造和产状等发生变化时,就能发生滑坡。

实践表明:在下列不良地质条件下往往容易发生滑坡,例如:①当较陡的边坡上堆积有较厚的土层,其中有遇水软化的软弱夹层或结构面;②当斜坡上有松散的堆积层,而下伏基岩是不透水的,且岩层面的倾角大于20°时;③当松散堆积层下的基岩是易于风化或遇水会软化时;④当地质构造复杂,岩层风化破碎严重,软弱结构面与边坡的倾向一致或交角小于45°时;⑤当黏土层中网状裂隙发育,并有亲水性较强的(如伊利土、蒙脱土)软弱夹层时;⑥原古、老滑坡地带可能因工程活动而引起复活时;等等。

综上所述,边坡的岩土的性质、结构、构造和产状对边坡的稳定性往往起着决定性的作用。但仅仅具备上述内部条件,还只是具备了滑坡的可能性,还不足以立即发生滑坡,必须有一定的外部条件的补充和触发,才能使滑坡发生。

2)滑坡发育的外部条件

主要有水的作用,不合理的开挖和坡面上的加载、震动、采矿等而又以前两者为主。(www.daowen.com)

调查表明:90%以上的滑坡与水的作用有关。水的来源不外乎大气降水、地表水、地下水、农田的灌溉的渗水、高位水池排水管道等的漏水等。但无论来源怎样,一旦水进入斜坡岩(土)体内,它将增加岩土的重度和软化作用,降低岩土的抗剪强度;产生静水压力和动水力;冲刷或潜蚀坡脚,对不透水层上的上覆岩(土)层起了滑润作用;当地下水在不透水层顶面上汇集成层时它还对上覆地层产生浮力等。总之,它将改变组成边坡的岩土的性质、状态、结构和构造等。因此,不少滑坡在旱季接近稳定,而一到雨季就急剧活动,形成“大雨大滑,小雨小滑,无雨不滑”。生动地说明了雨水和滑坡的关系。山区建设中还常由于不合理的开挖坡脚或不适当的在边坡上填置弃土、建造房屋或堆置材料,以致破坏斜坡的平衡条件而发生滑动。

震动对滑坡的发生和发展也有一定的影响,如大地震时往往伴有大滑坡发生,大爆破有时也会触发滑坡。

贵州省曾调查了24个滑坡,其中有14个是在雨季或暴雨时发生的。哥伦比亚道路边坡滑动调查结果表明,70.3%主要的直接原因是高降雨量,24.4%是由人工削坡脚、侵蚀或水流切割引起,其余因素是滑坡顶部超载,排水系统堵塞、滑带中水的排出、小溪流河床侵蚀、植被破坏等,所占百分比很小。

(4)滑坡勘察

滑坡勘察就是通过调查、勘探、观测、试验等手段以查明滑坡的类型及要素,分析滑动的原因和稳定程度,并预测其发展趋势,为防治滑坡提供所需的工程地质资料和建议(详见第6章6.2.5小节)

(5)滑坡防治原则和方法

防治滑坡应当贯彻早期发现,预防为主;查明情况,对症下药;综合整治,有主有从;治早治小,贵在及时;力求根治,以防后患;因地制宜,就地取材;安全经济,正确施工的原则,才能达到事半功倍的效果。

防治滑坡的措施和方法有:

1)避开

选择场址时,通过搜集资料、调查访问和现场踏勘,查明是否有滑坡存在,并对场址的整体稳定性作出判断,对场址有直接危害的大、中型滑坡应避开为宜。

2)消除或减轻水对滑坡的危害

水是促使滑坡发生和发展的主要因素,应尽早消除或减轻地表水和地下水对滑坡的危害,其方法有:

①截 在滑坡体可能发展的边界5 m以外的稳定地段设置环形截水沟(或盲沟),以拦截和旁引滑坡范围外的地表水和地下水,使之不进入滑坡区(图5.9和图5.10)。

②排 在滑坡区内充分利用自然沟谷,布置成树枝状排水系统,或修筑盲洞(泄水隧洞)、支撑盲沟和布置垂直孔群及水平孔群等排除滑坡范围内的地表水和地下水(图5.11)。例如,瑞士阿尔卑斯山布朗沃德的村庄位于一个3~4 km2范围的巨型滑坡上,移动体厚达150 m。覆盖了高过主要河谷的大台地,位移沿山坡向下增加,并且不一样,已危及坐落在接近下部的旅游中心。由于非稳定区的地形和规模巨大,要整体稳定是不可能的。因此在非稳定体上打了一排大钻孔,孔中充填砾石,然后由一些布置在接近滑面上部的水平排水子管连接,在排水区范围内,位移减少且停止了滑坡前部的侵蚀。这是一个大型滑坡部分排水部分稳定突出的例子。

图5.9 树枝状排水系统平面布置示意图

图5.10 截水盲沟断面示意图

图5.11 平孔排水及截水墙

③护 在滑坡体上种植草皮及种植蒸发量大的树木或在滑坡上游严重冲刷地段修筑“丁”坝,改变水流流向和在滑坡前缘抛石、铺石笼等以防地表水对滑坡坡面的冲刷或河水对滑坡坡脚的冲刷。

④填 用黏土填塞滑坡体上的裂缝,防止地表水渗入滑坡体内。

3)改善滑坡体力学条件,增大抗滑力

①减与压 对于滑床上陡下缓,滑体头重脚轻的或推移式滑坡,可在滑坡上部(sinα-cosαtanφ)为正值的主滑地段减重或在前部(sinα-cosαtanφ)为负值的抗滑地段加填压脚,以达到滑体的力学平衡(图5.12),其中α为滑坡倾角,φ为土的内摩擦角。对于小型滑坡可采取全部清除。减重后应验算滑面从残存滑体薄弱部分剪出的可能性。

②挡 设置支挡结构(加抗滑片石垛,抗滑挡墙、抗滑桩等)以支挡滑体或把滑体锚固在稳定地层上。由于能比较少地破坏山体,有效地改善滑体的力学平衡条件,故“挡”是目前用来稳定滑坡的有效措施之一。

A.抗滑土垛

在滑坡下部填土,以增加抗滑部分的全体质量。如在滑坡上部减重,将弃土移于下部做土垛,则可增加斜坡的稳定性。土垛一般只能作为整治滑坡的临时措施。

B.抗滑片石垛

一般用于滑体不大、自然坡度平缓、滑动面位于路基附近或坡脚下部较浅处的滑坡。主要是依靠片石垛的质量,以增加抗滑力的一种简易抗滑措施。片石垛可用片石干砌或竹笼、木笼堆成。

C.抗滑挡土墙

在滑坡下部修建抗滑挡土墙是整治滑坡经常采用的有效措施之一。对于大型滑坡,常作为排水、减重等综合措施的一部分;对于中、小型滑坡,常与支撑渗沟联合使用。优点是山体破坏少,稳定滑坡收效快。但应用时必须弄清滑坡的性质、滑体结构、滑面层位、层数、滑体的推力及基础的地质情况。否则,易使墙体变形而失效。

抗滑挡土墙,因其受力条件、材料和结构不同而有多种类型,一般多采用重力式抗滑挡土墙,为了增强墙的稳定性和增大抗滑力,常在墙背设置平台,将基底做成逆坡或锯齿状,如图5.13所示。

图5.12 减与压示意图

图5.13 抗滑挡土墙

抗滑挡土墙与一般挡土墙的主要区别在于所承受的土压力的大小、方向、分布和作用点不同。抗滑挡土墙所承受的土压力,是按滑坡推力计算确定的,计算方法参考有关资料。

D.抗滑桩

抗滑桩是一种用桩的支撑作用稳定滑坡的有效抗滑措施。一般适用于非塑体浅层和中厚层滑坡前缘。如用重力式支挡建筑物圬工量过大,施工困难,而抗滑桩设置位置灵活,可以分散使用,省时省料,破坏滑体很少,便于施工,易于抢成,并能立即产生抗滑作用。在国内外整治滑坡的工程中,已逐步推广使用。

抗滑桩按制作材料分,有混凝土桩、钢筋混凝土桩及钢桩;按断面形式分,有圆柱、管桩、方桩及“H”形桩;按布置形式分,有间隔式、密排式、单排式及多排式(图5.14);按施工方法分,有打入法、钻孔法、挖孔法等。

图5.14 抗滑桩的平面布置和形式

对于浅层滑坡或路基边坡滑坡,可用混凝土桩或混凝土钻孔桩(图5.15),使滑体稳定。对于岩层整体性强、滑动面明确的浅层或中厚层滑坡,当修建抗滑挡土墙圬工量大,或因开挖坡脚易引起滑动时,可在滑坡前缘设置混凝土或钢筋混凝土钻孔桩。对于推力较大的大型滑坡,可采用大截面的挖孔桩,采用分排间隔设桩或与轻型抗滑挡土墙结合的形式,以分散滑坡推力,减小每级抗滑建筑物的圬工体积。抗滑桩设计计算参考有关资料。

图5.15 抗滑桩示意图

E.锚杆

锚杆是通过锚杆把斜坡上被软弱结构面切割的板状岩体组成一稳定的结合体,并利用锚杆与岩体密贴所产生的摩阻抗力来阻止岩块向下滑移的一种拦挡措施。对一些顺层滑坡,由于坡脚开挖路堑或半路堑,可能牵引斜坡上部产生多级滑坍,难于清理。如事先采用锚杆加固(图5.16)可以阻止斜坡岩层产生滑动。

图5.16 锚杆构造

4)改善滑带土的性质

采用焙烧法、灌浆法、孔底爆破灌注混凝土、沙井、沙桩、电渗排水及电化学加固等措施改变滑带土的性质,使其强度指标提高,以增强滑坡的稳定性。

免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。

我要反馈