斜坡变形破坏的地质力学模式
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发布时间：2022-04-21 13:49
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时间：2023-10-05 23:00
根据对野外斜坡变形破坏的研究表明，不同的斜坡结构，其变形组合形式和过程各不相同，变形破裂的机制也差异较大。斜坡的坡形破坏与坡体结构特征相联系，构成了多种具有代表意义的斜坡变形破坏模式，并且各种破坏模式有它各自特有的斜坡变形破坏的演变过程和特点。各国的工程地质工作者通过对斜坡结构及其变形破坏过程和机制的研究，建立了多种斜坡变形破坏的地质模式，以指导科学研究和生产实践。我国的张倬元教授等所建立的斜坡变形破坏的地质力学模式，在国内具有一定的代表性。
7.3.1 蠕滑-拉裂（creep-sliding and fracturing）
该类型的滑坡多发生在中等坡度（40°以下）的土质斜坡或全、强风化岩质斜坡中。斜坡岩体在重力作用下发生向临空方向的剪切蠕变，变形体后缘发育自地表向深部发展的拉裂。坡体内不存在控制性滑面，滑面的具体位置主要受最大剪应力面分布控制，该面以上实际为一自地表向下递减的剪切蠕变带。对致密粘土边坡的研究表明，在未破坏之前，这种剪应变值可达2.5cm/m，即如果剪切蠕变带厚度为 Dm，则坡面位移量（ΔZ）可达其深度的0.25倍（图7.7）。随着蠕滑的进展，坡面下沉，拉裂面向深部扩展，往往达到潜在剪切面，造成剪切面上剪应力集中。地表水沿拉裂面渗入坡体，从而又促进蠕滑的发展，削弱剪切面的抗剪强度，最后岩土被剪断而导致滑坡。对均质土坡而言，其滑面形态多呈圆弧形。
图7.7 均质土坡中的蠕滑-拉裂
岩质斜坡中这类变形主要发生在反坡向的薄层状斜坡中，通过坡体中岩层弯曲，结构面错动，错动带根部岩层折断来形成滑面。故层状，尤其是薄层状岩体，当岩层倾向坡内时，有利于这种变形的形成和发展，并能清楚地表征这种变形的演变过程（图7.8）。
图7.8 倾向坡内的薄层岩体蠕滑-拉裂发展阶段图
7.3.2 滑移-压致拉裂（sliding and compression cracking）
这类变形主要发育在中等坡度、平缓层状岩体构成的斜坡中，软弱结构面倾向坡外。斜坡体因卸荷沿结构面向临空方向产生缓慢的蠕变性滑移时，在滑移面的锁固点或错列点附近因拉应力集中而生成与滑移面近于垂直的张开裂隙，张裂隙向上（个别情况向下）扩展，其方向则渐转向与坡体内与最大主应力方向趋于一致（图7.9）。这类变形与蠕滑-拉裂型滑坡的最大区别就在于：滑移和拉裂变形是由坡体内软弱面处自下而上发展起来的。
图7.9 自下而上发展的阶梯状滑移-压致拉裂面
滑移面附近拉裂面的扩展，使这一带常常成为地下水的活跃带，它是促进这类变形发展的主要因素。
7.3.3 滑移-拉裂（sliding and fracturing）
这种斜坡的破坏形式主要发生在中等坡度的层状斜坡或有两组结构面切割的块状斜坡中。当层状结构斜坡坡体中存在控制性软弱面且软弱面倾角大致与坡面平行或块状结构斜坡的复合软弱面的交线倾向坡外，且倾角不小于软弱面的实际残余摩擦角φr时，斜坡将以滑移-拉裂为其变形的主要形式。其滑移主要沿已有软弱面产生，如图7.10所示。
图7.10 受已有软弱面控制的蠕滑-拉裂变形
受已有软弱面控制的这类变形，其进程取决于作为滑移面的已有软弱面的产状与特性。当滑移面向临空方向倾角足以使上覆坡体的下滑力超过该面的实际抗剪阻力时，则在成坡过程中该面一经被揭露临空后，后缘拉裂面一出现即迅速滑落，蠕变过程极为短暂。一般情况下，当滑移控制面倾角大于20°时，可出现这种情况。当滑移面倾角近似等于其残余内摩擦角，且其抗剪强度已近于残余值时，变形可向滑动逐渐过渡，发展为使坡体逐渐解体的缓滑，坡体被解体为“迷宫式”的块体滑坡。总之，这类变形均以滑坡告终。
图7.11 受双滑面控制的四面体滑坡
块状斜坡中若有两组结构面相向切割岩体，构成岩体的分离体呈四面体或楔形体，其滑动破坏受结构面交线的控制。当结构面交线的倾角大于岩体的残余内摩擦角时，易于滑动（图7.11）。
7.3.4 弯曲-拉裂（bending and fracturing）
这类变形主要发育在由直立或陡倾坡内的层状岩体的陡坡中，且结构面走向与坡面走向夹角应小于30°。变形多半发生在斜坡前缘部分。陡倾的板状岩体，在自重产生的弯矩的作用下，由前缘开始向临空方向作悬臂梁弯曲，并逐渐向坡内发展，这种变形方式通常被称为倾倒（toppling）。弯曲的板梁之间或被拉裂、或互相错动，形成平行于走向的槽沟或反坡台阶。前倾的板梁弯曲最强烈的部位也往往被折裂（图7.12）。渗入裂缝中水的空隙水压力作用、水的楔入作用、高寒地区渗水反复冻融产生的膨胀力作用以及震动等，是促进这类变形发展的主要因素。
图7.12 弯曲-拉裂（厚层板梁）变形阶段图示
由于随板梁弯曲发展，作用于板梁的力矩也随之而增大，所以这类变形一旦发生，通常均显示累进性破坏特性。
薄而软的“板梁”，由于变形的角度可以很大，在最大弯折带通常形成倾向坡外的断断续续的拉裂面，或使原来垂直层面的近于水平的裂隙转为向坡外倾斜。在这种情况下继续的变形将主要受倾向坡外的裂隙面所控制，实质已转化为蠕滑-拉裂，最终发展为滑坡。
7.3.5 塑流-拉裂（bending flowing and fracturing）
这类变形是下伏软岩在上覆岩层压力下产生塑性流动并向临空方向挤出，导致上覆较坚硬的岩层拉裂、解体和不均匀沉陷。多见于以软弱层（带）为基座的软基座型斜坡中。风化作用以及地下水对软弱基座的软化或溶蚀、潜蚀作用，是促进这类变形的主要因素。
图7.13 塑流-拉裂发展为滑坡的过程示意图
在软弱基座产状近于水平的坡体中，通常可见图7.12所示变形迹象，上覆硬岩的拉裂起始于软弱层的接触面。这是由于软岩的水平岩层的变形远远超过硬岩所致。坡体前缘可出现局部坠落、并发展为迷宫式块状滑坡。当上覆岩层也具有一定塑性时，被下伏呈塑流状的软岩载驮的岩层，可整体向临空方向滑移，并于其后缘某处产生拉裂造成陷落（sauckung），进一步发展为缓慢滑动的滑坡。其演变过程如图7.13所示。
软弱基座缓倾坡内的陡崖，这类变形表现为另一种形式。基座软弱层由于上覆岩层的强大压力而向临空方向缓慢挤出，使上覆岩层产生自坡面向坡内其位移值渐减的不均匀沉陷，因而使上覆硬岩被拉裂。拉裂缝首先出露于陡崖边缘附近，自上而下地发展。被拉裂缝分割出来的岩柱可以因基座软岩挤出的进一步发展而崩落。随软岩挤出的发展，拉裂缝出现部位由坡缘向坡的后侧转移。远离坡缘拉裂缝可以发育很深（据某些勘探资料，有的可深达200m以上）。被裂缝分割出的高大岩柱的下部岩石有可能被剪裂压碎。一旦这种现象发生，变形则向滑蠕-拉裂转化，最后发展为崩滑型滑坡或滑塌的可能。
7.3.6 滑移-弯曲（sliding and bending）
沿滑移面滑移的层状岩体，由于下部受阻，在顺滑移方向的压应力作用下发生纵弯曲（“褶皱”）变形。下部受阻的原因多因滑移面未有效临空，或滑移面下端虽已临空，但滑移面呈“靠椅”状，上部陡倾、下部转为近于水平，显著增大了滑移阻力。发育的条件是，可以沿其产生滑移的软弱面必须倾向坡外，且其倾角明显超过该面的残余摩擦角（一般大于20°）。尤以薄层状及柔性较强的碳酸盐类层状岩体中最为常见。
滑移面平直的滑移-弯曲变形演变全过程可用图7.14表示。
图7.14 雅砻江霸王山滑坡形成过程示意图
