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滑坡的变形破坏行为与内在机理


A b s t r a c t R e s e a r c ho ns l o p e d e f o r m a t i o na n df a i l u r e p r o c e s s a n dl a n d s l i d e p r e d i c t i o nm e t h o dh a s b e e nu n d e r t a k e n f r e q e u e n t l ys i n c eS a i t od e v e l o p e dt h el a n d s l i d ep r e d i c t i o na n df o r e c a s t i n gm e t h o dw i t hh e l po f c r e e pt e s t i n1 9 6 0 s . D o z e n s o f m o d e l s a n dm e t h o d s f o r l a n d s l i d ep r e d i c t i o na n df o r e c a s t i n gh a v eb e e np u t f o r w a r d .Wi t ht h ei n c r e a s i n g ,m a n yk i n d s o f d i s p l a c e m e n t t i m ec u r v e s h a v e m o n i t o r i n gw o r ko ns l o p ed e f o r m a t i o na n di n c r e a s i n ga v a i l a b l ed a t a b e e np r o p o s e d .M a n yp r o b l e m s s u c ha s t h et y p e s a n df e a t u r e s o f s l o p ed i s p l a c e m e n t t i m ec u r v e s a n dt h em e c h a n i c c o n d i t i o n s f o r m i n gt h ec u r v e s m u s t b e r e g a r d e da s t h e m o s t b a s i c s c i e n t i f i c p r o b l e m s .T h e y h a v e t o b e a n s w e r e da n d s o l v e dw h e nl a n d s l i d ee a r l yw a r n i n ga n dp r e d i c t i o na r eb e i n gc a r r i e do u t .T h i s p a p e r s u m m a r i z e s t h el a n d s l i d ed e f o r m a t i o na n df a i l u r em e c h a n i s m sa n dt h e i r c o r r e s p o n d i n gd i s p l a c e m e n t t i m ec u r v e s .Wi t ht h ea i do f r h e o l o g i c a l t e s t ,t h r e et y p e s o f l a n d s l i d e d e f o r m a t i o na n df a i l u r e p r o c e s s e s a r e p r o p o s e d .T h e y a r e t h e h e s t e a d y t y p e ,t h e g r a d u a l c h a n g e t y p e a n dt h e s u d d e nf a i l u r e t y p e .T h e i r c o r r e s p o n d i n g m e c h a n i c c o n d i t i o n s a r e a l s o s t u d i e d .I nt h e v i e w ,t h em a c r od e f o r m a t i o na n df a i l u r e o f a s l o p e a r e m a i n l y a t t r i b u t e dt o t h e f l o wa n dm i c r o r u p t u r e o f m i c r o m e c h a n i c s o f r o c ka n ds o i l i nm i c r o s c o p i c s c a l e .T h e f l o wa n dm i c r o r u p t u r e c a np l a y d i f f e r e n t r o l e s i ns l o p e s w i t hd i f f e r e n t l i t h o l o g yo r i nd i f f e r e n t d e f o r m a t i o np h a s e s o f as l o p e . K e yw o r d s l a n d s l i d e ,d i s p l a c e m e n t t i m ec u r v e ,r h e o l o g y ,m i c r o m e c h a n i c s ,f a i l u r em e c h a n i s m
收稿日期: 2 0 1 2 - 0 1- 3 0 ;收到修改稿日期: 2 0 1 2 - 0 3 - 1 4 . 基金项目: 教育部创新团队发展计划( I R T 0 8 1 2 ) , 教育部高等学校科技创新工程重大项目培育资金项目( 7 0 8 0 7 9 ) . 作者简介: 许强, 主要从事地质灾害预测评价及防治处理方面的教学与研究工作.E m a i l :x u q i a n g _ 6 8 @1 2 6 . c o m
研究和探索, 先后提出了数十种滑坡预测预报模型
4 ] 。变形是斜坡稳定性恶化和斜坡失稳破 和方法 [
坏前最显著的外在表现, 因此, 目前监测资料最丰 富、 对滑坡预警预报最有效的也就是斜坡的变形 - 时间监测数据, 其因此也就成为滑坡预警预报的主 要依据。随着滑坡变形监测实例的不断增多, 其变 形监测资料越来越丰富, 各式各样的变形 - 时间曲 线相继产生。那么, 究竟斜坡变形 - 时间曲线有些 什么样的共性特征, 有哪些主要类型以及产生各类 变形 - 时间曲线的条件是什么?这些问题是滑坡预 警预报必须回答和解决的最基本科学问题。本文拟 对此问题作专门讨论。 渐变型滑坡在重力作用下变形演化所遵循的一个普 遍规律, 具有一定的普适性。但在通常情况下, 滑坡 的专业监测是在发现滑坡具有明显变形后才开始进 行, 不能获取到斜坡的初始变形阶段甚至等速变形 阶段的监测信息, 监测曲线所显示的仅是等速变形 和加速变形阶段的曲线( 图3 a ) 。同时, 斜坡在变形 演化过程中, 不可避免地会受到各种外界因素( 如 降雨、 人类工程活动等) 的干扰, 致使变形 - 时间曲 大量的蠕变试验和斜坡变形监测资料表明, 在 时间曲线特征, 可 常规重力作用下, 按斜坡的变形 - 将滑坡分为渐变型、 突发型和稳定型 3种类型。 渐变型滑坡主要发生于松散土质斜坡, 或滑动 条件不好, 具有时效变形特征的岩质斜坡( 如反倾 向岩质斜坡、 由软岩构成的岩质斜坡等) 中。此类 滑坡的孕育和演化一般需经历很长时间的变形与应 变能的积累, 其滑动面是经长时间的孕育才逐渐形 成的( 图1 ) 。 大量滑坡实例监测资料表明, 渐变型滑坡从斜 坡出现变形开始到最终失稳破坏, 一般需经历初始 变形、 等速变形和加速变形 3个阶段, 其典型变形 ( 累积位移) —时间曲线如图 2 。 图 3表明, 上述斜坡变形演化的三阶段规律是 线具有一定的“ 波动” 性( 如图 3 c 和3 d ) , 但其宏观 上仍遵循上述三阶段变形规律。 突发型滑坡主要发生于临空条件和滑移条件较 好的岩质斜坡中, 如被开挖切脚的顺层岩质边坡, 或 存在一组倾向坡外且底端已暴露于地表的贯通性 ( 软弱) 结构面 ( 图4 ) 。突发型滑坡从变形开始到 最终的失稳破坏所经历的时间往往要比渐变型滑坡 短得多, 一般仅持续数天 - 数月, 有的甚至仅几分 钟。突发型滑坡发生前总位移量一般远小于渐变型 滑坡, 但其临界位移速率又往往远大于渐变型滑坡。 例如, 2 0 0 7年 1月 2 1日发生于四川省广安市茅坝 的采石场滑坡, 其本身为由层状灰岩构成的横向坡, 灰岩层面倾角近于直立, 走向与开挖坡面走向基本 一致, 边坡自身的稳定性很好。但由于坡内存在一
J o u r n a l o f E n g i n e e r i n gG e o l o g y 工程地质学报 1 0 0 4 - 9 6 6 5 / 2 0 1 2 / 2 0 ( 2 ) 0 1 4 5 0 7
滑坡的变形破坏行为与内在机理
许 强
( 成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室 成都 6 1 0 0 5 9 ) 摘 要 自 2 0世纪 6 0年代日本学者斋藤借助于蠕变试验成果进行滑坡预测预报以来, 人们就一直不停地对斜坡变形破坏行 为和滑坡预报方法进行研究和探索, 先后提出了数十种滑坡预测预报模型和方法。随着滑坡变形监测实例的不断增多, 其变 时间曲线相继产生。斜坡变形 - 时间曲线的类型、 特征以及形成这些变形 - 时间曲 形监测资料越来越丰富, 各式各样的变形 - 线的力学条件等诸多问题都是滑坡预警预报必须查明的最基本科学问题。本文通过对各类滑坡变形破坏行为和变形 - 时间 时间曲线特征, 将滑坡分为稳定型、 渐变型、 突发型 3类, 并给出 曲线的分析总结, 结合岩土体流变试验成果, 根据斜坡变形 - 从细观力学的角度分析认为, 斜坡产生宏观变形破坏行为的主要原因是岩土体细 了产生这 3类变形行为的力学条件。同时, 观尺度颗粒的“ 流动” 和“ 微破裂” , 但在不同岩性组成的斜坡和同一斜坡的不同变形阶段, “ 流动” 和“ 微破裂” 将分别发挥不 同的作用。 关键词 滑坡 变形 - 时间曲线 流变 细观力学 内在机理 中图分类号: P 6 4 2 . 2 2 文献标识码: A
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