1、浅谈岩质边坡变形破坏模式王云(贵州省地质矿产勘查开发局1 0 1地质大队 贵州 凯里 5 5 6 0 0 0)作者简介王云(1 9 8 6年),男,本科,工程师,主要从事地质灾害设计及施工工作。摘 要 岩质边坡失衡本身就是自然灾害的重要现象,会给周围的自然环境与社会环境带来不可估量的损失,危及群众的生命财产安全,边坡稳定性带来的不良影响也一直是世界面临的重点难题。对此,本文将以岩质边坡的变形和破坏为切入点,分析岩质边坡的基本结构,并探讨影响边坡自身平衡的主要因素,介绍最为常见的破坏模式,提出维稳的建议和意见,希望能够给相关从业人员带来一定的参考和启示。关键词 岩质边坡;稳定性失衡;变形破坏;主
2、要因素;组织模式;防治对策 引言近些年来,国内工程地质学的发展已经取得了较为明显的成效和进步,能够针对不同类型的地理环境进行准确的分析。随着建筑行业复杂程度的日益加剧,对边坡的认识和关注也逐渐提高。目前,天然边坡的最高高度已经达到了1 k m以上,水平开挖距离也达到了数百米,过于密切的工程活动也给周边的环境带来了一定的影响和干扰,增加了崩塌、滑坡,以及泥石流等灾害发生的可能性。在这种情况下,要想维护社会的生产生活秩序,保障生态平衡,就必须要认真分析边坡失稳的主要因素,并找到解决的方法。1.岩质边坡的坡体结构1.1层状坡体结构坡体通常都是由岩石层堆叠而成,而岩层与岩层之间也大多保持着相互平行的关
3、系,层之间就是多层结构面。这也就意味着坡体的岩性,既可以是相对统一的,也可以是多层交叉或者是相互夹层的。同时,层状坡体结构的类型是多种多样的,最为主要的就是沉积岩、变质岩或者是沉积型火山岩。沉积岩又涉及到砂泥岩、灰岩和叶岩等等,变质岩包括片岩和板岩等等沉积型火山岩,包括凝灰岩和火山角砾岩等等。在这其中,占比最高的就是沉积岩。同时值得注意的是,层状坡体结构是典型的不连续介质模型,坡体在结构和岩性上,都存在一定的多样性,都拥有着各自的异性结构1。决定坡体稳定性的主要包括两个方面的内容,首先是层间结构段,其次是临空面,这两者之间的配套组合能够直接影响到边坡结构的持久性。另外,层状坡体结构的展露形式也
4、是有所区别的,包括近水平层状、斜交状、顺倾状或者是反倾状。水平层状坡体和反倾状坡体在结构上具有更强的稳定性,顺倾状坡体往往略逊一筹,如果岩层之间存在软弱夹层,那么层面的力学性质也会被大大削弱,这就会给坡体埋下一定的安全风险和隐患。就层状坡体结构或者是临空面倾向处于斜交状态的坡体结构来讲,其自身的稳定性与层面和临空面的夹角存在密切的联系,基本呈正相关趋势。这也就意味着,如果夹角越大,那么稳固性就会更加优越,反之同理。正因为如此,许多研究人员也会把层面和临空面的夹角范围当做划分边坡顺层的重要参考,这里提到的夹角范围在4 0 4 5 之间。就层状的反倾状坡体变形模型来讲,一般都以切层变形为主,当多结
5、构组面不断追踪,就会形成贯通性结构面,从而给原有的岩层带来相应的破坏2。水平状坡体的形态变化大多都直接来源于层间软化,泥化层的平推和错落式变形,这一现象主要集中显露在贵州省的盆地地带,以红层地区最为突出。1.2块状坡体结构块状坡体结构包含的岩石类型是多种多样的,例如厚层、巨厚层沉积岩、岩浆岩和变质岩等等,比如花岗 岩、玄 武 岩、大 理 岩、石 英 岩、闪 长 岩 等 等。如果这种类型的坡体结构具有较好的完整性和连贯性,那么呈现出来的介质模型也具有连续的弹性特质,如果坡体结构 中存 在 一 些 发 育 较 好 的 小 断面,那么模型就具有不连续的特点。通常情况下,由于块状坡体结构包含的岩石具有
6、明显的强度和硬度,所以边坡的稳定性也更加优越,可以在日积月累中形成高大的陡崖或者是山体。可一旦受到贯通性结构面或者是连续性断层的影响,那么坡体的稳定性也会受到极大的干扰。1.3破碎状坡体结构破碎状坡体结构大多都集中在那些地质构造强烈的地区,由于这些区域内的地质活动较为频繁,所800DOI:10.16631/15-1331/p.2022.06.017以岩体也会受到各种内外力的影响,被揉皱或破碎。另外,如果高大的坡体本身岩性较软,那么在风化或者是卸荷作用的影响下,坡体本身的结构面发育也会变得十分零散,最终形成不连续的介质模型。决定破碎状坡体结构边坡稳定性的原因是多组结构面的追踪贯通程度,同时也与那
7、些能够影响到坡体碎裂程度的断层存在一定的牵连。例如,以火山碎屑岩高边坡为例,尽管坡体已经经历了多次变形,而且也采用了缓坡率刷方减载,然而由于多组外倾结构面形成的追踪贯通性结构面依旧存在,所以高边坡也不能有效抵挡不同类型的自然灾害,当遇到暴雨的时候,坡体也会在追踪结构面的影响下发生大型的滑坡。1.4散体状坡体结构散体状坡体结构的形成,大多都与大断裂的构造存在密切的关系,如果岩浆岩大规模入侵,那么也会大大提高坡体中结构面的密度,造成岩体呈现出散体状的特征。这也就意味着,散体状坡体结构的岩体是尤为破碎的,因此也可以将其看作连续介质模型。从边坡稳定性评价的角度来看,散体状坡体结构主要表现为类土质性质,
8、岩体强度能够直接影响到结构的平衡。所以,许多勘验人员都会采用圆弧搜索法进行计算和分析,特别是就那些区域性大断裂来讲,大断裂通过的地区往往会形成断层物质。2.分析岩质边坡变形破坏的主要影响因素2.1岩体结构岩体结构在整个边坡稳定评价中所占的比重是尤为突出的,相对于岩石本身的强度来讲,结构面的倾角越是缓和,边坡的稳定性就越是明显。对于那些高边坡来讲,由于自身的倾角过陡,所以稳定性就显得有所不足。而诸多工程实践也证明,一旦边坡走向与岩层走向保持一致,那么整个坡面都面临着滑动的危险,在这种条件下,边坡展现出来的稳定性能是最差的。如果岩层走向和边坡走向的夹角逐渐增大,稳定性也自然会随之上升。除此之外,结
9、构面数量若是增加,那么被切割的岩块厚底也会受到影响3。2.2水体产生的影响水量带来的影响不仅仅集中在地下,同时也牵涉到大气降水,在不同的时间和季节,给边坡的稳定性带来一定的考验和挑战。而值得注意的是,绝大多数的边坡变形破坏都发生在雨季,特别是就暴雨天气或者是极端降水而言,如果一个区域长时间降雨,也有可能提高边坡变形破坏的可能性。在这里,水体带来的影响包括物理、化学、力学这三个方面的内容。2.3爆破震动爆破震动带来的冲击并不仅仅局限在一个点上,而是向周围四处扩散的,一旦压缩波抵达了边坡的自由面,受压缩的岩体也会向自由面的方向靠拢,这就会产生内部的拉伸波。岩体也会受到拉力的影响,而岩体抗剪强度要明
10、显大于抗拉强度,因此其内部的裂缝会变得更为明显,节理也会有所扩散,最终大大削弱了原有的抗剪强度。也就是说,在爆破震动的冲击下,岩体结构面会发生一定程度的错乱,同时岩体内部也会出现龟裂带,这就会造成后期的边坡变形破坏。2.4工程开挖工程开发必然会影响原有的地质环境,岩质边坡也会由此产生原始应力状态,重新分布。但是,岩体卸载又会使得岩体表面的岩土回弹,进一步加大边坡已经存在的裂缝。如果应力重新分布完毕,而岩体应力范围又超过了限度,边坡就会被破坏。2.5地形和地貌如果边坡本身的高度较低但尺寸较小,那么即便是遭到了侵扰或者是破坏,也只是会局限在特定的小范围内,并且破坏的是表层。对于那些高边坡来讲,大范
11、围的边坡变形破坏就有了更高的可能性。这也与原本的地质环境存在密切的关系,正是因为如此,许多研究人员也会把重点放在地形地貌上,针对以往边坡失稳的破坏机制展开分析,并对后期的边坡运动进行预测和评估。3.分析岩质边坡的破坏变形模式3.1崩塌破坏崩塌破坏指的是岩体陡坡面上脱落而下的变形模式,通常集中发生在陡坡顶部的裂缝。之所以会出现这一现象,主要原因在于边坡长时间受到风化作用的侵袭,导致节理面之间的粘结力大大下降。在风化、气温变化、冰胀等条件的影响下,岩体自身的抗拉强度也会被削弱,最终使得岩块松动,提高了岩石崩塌的可能性。另外,如果大量的雨水渗到岩石的裂缝中,裂缝也会在水压的影响下向坡外的岩块延伸。3
12、.2楔体破坏楔体破坏是较为常见的边坡失稳模式,又被称作V型破坏,主要由两组或两组以上的优势面,以及临空面和坡顶面共同作用而成,这三者形成了不稳定的楔形体,楔形体会沿着两优势面的组合交线持续下滑。当步入开挖阶段,边坡表面会在卸载作用的影响900 水文地质、环境地质、工程地质下变得更加不平整,原有的岩体结构会更加松弛,强度和硬度大大下降。由于小块岩体具备临空的条件,所以也经常会在岩石表面被剥落,剥落的体积在几立方米到几百立方米之间4。3.3倾倒破坏倾倒破坏主要发生在反向层状结构边坡岩体中,在这里,优势结构面的走向和边坡是保持一致的,倾角尤为陡峭,方向与边坡是完全相反的,这也就意味着岩体结构本身就具
13、有一定的不稳定性,一旦岩体分离,那么就会发生坡面倾倒,临空面也有可能转动滑移。一般情况下,倾倒破坏可以从两个方面来解释,首先是脱离式倾倒,其次是错动式倾倒。3.4圆弧破坏如果岩土本身已经非常软弱,或者岩体节理的发育已经出现了明显的异常,那么后续的边坡破坏类型也会变得更加不稳定。但总的来说,单一的不连续面最终会形成一个圆弧式的破坏面。主要机理是,岩体内剪应力超过滑面的抗剪强度,导致不稳定体沿着圆弧型剪切滑移面持续下滑。特别是就那些均质泥岩或者是叶岩来讲,破坏的滑面也通常会呈现出弧状。3.5滑移 压裂破坏这类变形主要集中发生在坡度中等到坡度较陡的平缓层状体斜坡中,这里的坡体沿着平缓的结构面朝着坡前
14、临空方向移动,速度相对较慢,并且具有蠕变性的特征。在滑移面的锁固点或者是错列点附近,拉应力集中生成与滑移面近于垂直的拉张裂隙会向上拓展,而且方向也逐渐调整,直到与最大主应力相对一致,在这一过程中,拉张裂隙也会伴随着局部的滑移。值得注意的是,滑移和压裂变形是自上而下发展而来的,根源于斜坡内部的软弱结构面。3.6弯曲 拉裂破坏这类破坏主要集中体现在陡峭或者是陡倾状岩体的陡坡中,以边坡的前缘最为突出。在这里,陡倾的层状岩体会受到自重弯矩的影响,从前缘开始,朝临空方向进行悬臂梁弯曲,并逐渐在后期转移到坡内。弯曲的板梁之间也会相互交叉,相互错动,从而产生一系列的拉裂,弯曲体的后缘会出现明显的拉裂缝,最终
15、演变为反坡台阶和槽构,并呈现出平行的特征。值得注意的是,在板梁弯曲较为激烈的部位通常都会形成横切板梁的折痕。3.7复合变形破坏尽管岩质边坡的变形大多都会体现为特定的模式,但由于岩体结构本身就具有一定的复杂性,所以一些边坡也有可能出现两种或者是两种以上的变形,这些不同的模式也会组合到一起。例如坡体前部、后部之间的不同变形,或者是浅部和深部之间的不同变形,这些都需要勘探人员做出具体的分析和判断5。以下是典型破坏图所示。4.结束语综上所述,岩质边坡的破坏模式是多种多样的,会受到自然因素与人为因素的双重影响。因此,要坚持具体问题具体分析的原则,采取有效的措施来减轻损失,避免给周围的自然环境与社会环境带
16、来无法预测的损失。参考文献1冉涛,周洪福,徐伟,等.川西交通廊道雅安-泸定段典型岩质边坡失稳模式,破坏机理及防治措施J.自然灾害学报,2 0 2 0(4).2杨超.基于运动学分析的岩质边坡破坏模式分析J.冶金丛刊,2 0 1 9,0 0 4(0 1 0):1 1-1 2,2 0.3刘汉东,耿正,王忠福,等.强震作用下反倾层状岩质边坡变形及破坏模式研究J.水力发电,2 0 1 9(9):1 7-2 1.4赵维,王润清,年廷凯.基于弯曲倾倒破坏模式的反倾岩质边坡稳定性解析方法J.岩石力学与工程学报,2 0 1 9(S 2).5刘大洲.基于力矩平衡原理的岩质边坡倾覆破坏稳定性分析J.黑龙江水利科技,2 0 1 9,0 4 7(0 1 0):2 3-2 7,1 5 1.010
