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边坡变形与破坏:分类与工程实例

时间:2023-08-29 理论教育 版权反馈
【摘要】:边坡形成后,在新的应力条件下,坡体将发生局部的或整体的变形和破坏,以形成新的平衡。各类工程部门对边坡变形破坏的分类不尽相同,一般可分为松弛张裂、崩塌、倾倒、蠕动和滑坡五种基本类型。工程实例表明,边坡的变形破坏方式往往以组合形式出现。

边坡变形与破坏:分类与工程实例

边坡主要由边坡本身(地表的倾斜地段)、坡缘—坡地的上限(即地面与坡地上方地面的交线)和坡脚—坡地的下限(即地面与坡地下方地面的交线)三个要素组成。

边坡形成后,在新的应力条件下,坡体将发生局部的或整体的变形和破坏,以形成新的平衡。边坡变形一般是指坡体只产生局部的位移和破裂,或岩块只出现微小的角变位,没有显著的剪切位移和滚动,因而边坡尚未引起整体失稳;边坡破坏是指坡体以一定的速度产生整体滑动、转动或滚动。各类工程部门对边坡变形破坏的分类不尽相同,一般可分为松弛张裂、崩塌、倾倒、蠕动和滑坡五种基本类型。工程实例表明,边坡的变形破坏方式往往以组合形式出现。由于前面已介绍过崩塌与滑坡,本章从略。

(一)松弛张裂

松弛张裂是指边坡的侧向应力削弱,由于卸荷回弹而在坡体出现张裂隙的现象,如图8-4所示。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位移,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。松弛张裂主要有以下几种情况。

图8-4 松弛张裂变形

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。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,抗拉强度弱的岩体以及具有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地前缘,不会深入到坡体内部。

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者与坡面平行的软弱面的抗拉强度时,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作用下产生平行于坡面的剪应力,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。

(二)蠕动

经松动后,边坡岩土体在自重应力为主的应力场长期作用下,向临空方向缓慢而持续变形,称为蠕动。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,坡体的蠕动才能进入加速蠕动。因此,可以认为,坡体导致最终破坏要经过一定过程,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,边坡蠕动大致可分为表层蠕动和深层蠕动两种基本类型。

1.表层蠕动(www.xing528.com)

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,常称为岩层末端挠曲现象,系指陡立层状结构面较发育的斜坡岩体,在重力长期作用下,沿软弱面错动和局部破裂而形成的挠曲现象,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缝张开向纵深发展。由于挠曲使坡脚应力集中加大,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变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。

图8-5 深层蠕动

2.深层蠕动

深层蠕动是由于坚硬岩层组成的边坡底部存在软弱垫层或软弱结构面时,由于软弱垫层的塑性流动和蠕变或者岩层沿着软弱结构面发生缓慢的蠕变变形滑移,上覆硬岩层因而出现张裂隙,软弱岩层则向临空侧挤出,甚至发生上覆岩层缓慢解体而下沉挤入软弱层,出现不均匀沉陷的现象,如图8-5所示。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。

(三)倾倒

倾倒是边坡变形破坏的一种特殊形式。岩层以角变位(旋转)为其主要的变形方式,一般都具有反倾边坡结构,特别是与边坡坡面反倾的搏层塑性岩层(如页岩、片岩等)或软硬互层的岩体。由于挠曲型蠕动,岩层向临空一侧发生弯曲,如图8-6所示。有时在软层中夹有砂岩等脆性岩石时可能发生折裂、倒转、形成倾倒松动体,如图8-7所示。

图8-6 倾倒

图8-7 倾倒型变形边坡示意图

1—倾倒型蠕动界面;2—倾倒松动体

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