第1章绪言 1.1滑坡灾害 滑坡是一种重要的地质灾害,对人类的生命财产带来重大威胁。例如滑坡可导致交通 中断,河道堵塞,厂矿城镇被掩埋,工程建设受阻 表1.1统计了上世纪世界上的一些重大滑坡灾害的实例(王恭先,1998)。从中可以发 现,一些规模较大的滑坡,如意大利的瓦依昂滑坡,死亡人数达几千人。中国宁夏海源及 秘鲁 Yungay个别特大滑坡灾害的伤亡人数均以万计。另外由于滑坡堵塞河道,形成天然 水库,而这些水库又没有溢洪道,通常会在短期内溃决,形成特大洪水,由此导致更大的 灾害。 我国目前正处于经济建设高速发展的时期。滑坡给水利、铁路、公路、矿山建设带来 巨大损失。1989年1月10日在中国云南漫湾水电站大坝坝肩开挖过程中发生的滑坡,不 仅耗资近亿元进行了治理,而且使这个150万kW的水电站推迟发电近一年,给云南省经 济建设的整体安排带来了困难。1981年雨季宝成铁路共发生滑坡289处,中断行车2个多 月,抢建费用达2.56亿元。抚顺西露天矿自1914年投产以来,为保持边坡稳定,共剥离 岩石1亿m3。 滑坡可以发生在土质边坡,也可能发生在岩质边坡。发生于土质边坡的形态通常比较 单一,基本上以剪切破坏为主,滑裂面为圆弧型或圆弧与夹泥层的组合型。岩质边坡发生 的滑坡则因受岩体结构、地应力等影响,呈现岀崩塌、滑动、倾倒、溃屈等多种破坏类型 (孙广忠,姚宝魁,1988)。 触发滑坡的因素是多种多样的。降雨和地震是最常见的滑坡灾害的外因。人类的工程 活动也是导致滑坡的重要原因。常见的工程活动是边坡开挖,地下开挖也会触发地面沉降 和滑坡。湖北盐池河磷矿由于地下开挖导致边坡突然滑坡,埋没了村庄,287人丧生。土 方填筑也是导致滑坡的一个重要因素,在饱和软弱地基上修建堤坝,经常导致堤坝和地基 起滑动。高填方本身也会在填筑过程中发生滑坡。水库蓄水后库区经常发生大规模的崩 岸和滑坡。 人类与滑坡灾害作斗争的努力始终没有中断过。这一努力表现在认识滑坡机理、完善 边坡稳定分析理论和方法、开发滑坡治理技术和滑坡预报等方面。对滑坡灾害认识的不断 深化是建立在地理、地质和岩石力学、土力学等一系列科学分支的形成、发展和完善的基 础上的。而滑坡预报和治理又是围绕着确保人身安全和经济建设顺利开展这一中心进行的。 只有在诸多领域内共同开展深入的研究,人类才有可能在防治滑坡方面取得重大进展 本章简要回顾土质边坡的滑坡灾害以及边坡稳定分析理论体系形成的过程
第1章 绪 言 1. 1 滑坡灾害 滑坡是一种重要的地质灾害 对人类的生命财产带来重大威胁 例如滑坡可导致交通 中断 河道堵塞 厂矿城镇被掩埋 工程建设受阻 表 1.1 统计了上世纪世界上的一些重大滑坡灾害的实例 王恭先 1998 从中可以发 现 一些规模较大的滑坡 如意大利的瓦依昂滑坡 死亡人数达几千人 中国宁夏海源及 秘鲁 Yungay 个别特大滑坡灾害的伤亡人数均以万计 另外由于滑坡堵塞河道 形成天然 水库 而这些水库又没有溢洪道 通常会在短期内溃决 形成特大洪水 由此导致更大的 灾害 我国目前正处于经济建设高速发展的时期 滑坡给水利 铁路 公路 矿山建设带来 巨大损失 1989 年 1 月 10 日在中国云南漫湾水电站大坝坝肩开挖过程中发生的滑坡 不 仅耗资近亿元进行了治理 而且使这个 150 万 kW 的水电站推迟发电近一年 给云南省经 济建设的整体安排带来了困难 1981 年雨季宝成铁路共发生滑坡 289 处 中断行车 2 个多 月 抢建费用达 2.56 亿元 抚顺西露天矿自 1914 年投产以来 为保持边坡稳定 共剥离 岩石 1 亿 m3 滑坡可以发生在土质边坡 也可能发生在岩质边坡 发生于土质边坡的形态通常比较 单一 基本上以剪切破坏为主 滑裂面为圆弧型或圆弧与夹泥层的组合型 岩质边坡发生 的滑坡则因受岩体结构 地应力等影响 呈现出崩塌 滑动 倾倒 溃屈等多种破坏类型 孙广忠 姚宝魁 1988 触发滑坡的因素是多种多样的 降雨和地震是最常见的滑坡灾害的外因 人类的工程 活动也是导致滑坡的重要原因 常见的工程活动是边坡开挖 地下开挖也会触发地面沉降 和滑坡 湖北盐池河磷矿由于地下开挖导致边坡突然滑坡 埋没了村庄 287 人丧生 土 方填筑也是导致滑坡的一个重要因素 在饱和软弱地基上修建堤坝 经常导致堤坝和地基 一起滑动 高填方本身也会在填筑过程中发生滑坡 水库蓄水后库区经常发生大规模的崩 岸和滑坡 人类与滑坡灾害作斗争的努力始终没有中断过 这一努力表现在认识滑坡机理 完善 边坡稳定分析理论和方法 开发滑坡治理技术和滑坡预报等方面 对滑坡灾害认识的不断 深化是建立在地理 地质和岩石力学 土力学等一系列科学分支的形成 发展和完善的基 础上的 而滑坡预报和治理又是围绕着确保人身安全和经济建设顺利开展这一中心进行的 只有在诸多领域内共同开展深入的研究 人类才有可能在防治滑坡方面取得重大进展 本章简要回顾土质边坡的滑坡灾害以及边坡稳定分析理论体系形成的过程
2土质边坡穗定分析一原理·方法程序 表1.1世界重大滑坡灾害实例 滑坡类型 1919年 5100人死亡,140个村庄被毁 中国,宁夏海源1920年12月16日黄土流 约20万人死亡 美国,加利福尼1934年12月31日泥石流 40人死亡,40间房子被毁 日本,久礼 1945年 1154人死亡 日本,东京西南1958年 1100人死亡 秘鲁, Ranrachirca1962年6月10日冰和岩石崩塌 500多人死亡 意大利,瓦依昂1963年 岩石滑坡进入水约2600人死亡 库 英国, Aberfan1966年10月21日流动滑坡 巴西, Rio de1966年 1000人死亡 Janeiro 巴西,Rio 1967年 700人死亡 Janeiro 美国,弗吉尼亚1969年 泥石流 50人死亡 日本 1969年-1972年各种灾害 519人死亡,13288间房被毁 秘鲁, Yungay 地震引起碎屑崩25000死亡 Chunga 1971年 259人死亡 香港 1972年6月 各种灾害 138人死亡 日本, Kamijima1972年 112人死亡 意大利南部 1972年1973年各种灾害 约100个村庄被毁,影响20万人 秘 泥石流 镇被毁,451人死亡 秘鲁, Mantaro峡 50人死亡 秘鲁, Yacitan 1983年 233人死亡 尼泊尔西部 1983年 186人死亡 中国,东乡县洒 黄土滑坡 4个村被毁,227人死亡 哥伦比亚, Armero1985年11月 泥流 约22000人死亡 土耳其, Cata1988年6月 66人死亡 1.2土质边坡中发生的滑坡 1.2.1天然边坡 在天然边坡中发生的山体滑移,通常没有人类活动、降雨、地震等明显的触发因素。 此类滑坡多呈现渐进性破坏特征。触发滑坡的主要因素为滑带土由峰值强度冋残余强度的 过渡。1983年3月17日17时45分发生于甘肃洒勒山的滑坡是一个典型的实例(见图1.1)。 滑坡处于甘肃东部黄土高原。滑带是由临夏组黑灰色粘土岩演变的5~20cm的夹层组成 矿物成分以蒙脱石为主。滑坡于1979年9月起动,当时在北坡发现宽约10cm的东西向的 裂缝,自1982年10月至12月开始进入挤压滑移阶段,最终于1983年3月进入剧变和滑 动阶段。滑坡体积5000m3,摧毁4个村庄,227人死亡 在高山峻岭中通过的河道通常为滑坡提供了理想的临空面。因此在天然边坡的滑坡中
2 土质边坡稳定分析 原理 ⋅ 方法 ⋅ 程序 表 1. 1 世界重大滑坡灾害实例 国家 地区 日期 滑坡类型 灾害 爪哇 1919年 泥石流 5100人死亡 140个村庄被毁 中国 宁夏海源 1920年12月16日 黄土流 约20万人死亡 美国 加利福尼 亚 1934年12月31日 泥石流 40人死亡 400间房子被毁 日本 久礼 1945年 1154人死亡 日本 东京西南 1958年 1100人死亡 秘鲁 Ranrachirca 1962年6月10日 冰和岩石崩塌 3500多人死亡 意大利 瓦依昂 1963年 岩石滑坡进入水 库 约2600人死亡 英国 Aberfan 1966年10月21日 流动滑坡 144人死亡 巴西 Rio de Janeiro 1966年 1000人死亡 巴西 Rio de Janeiro 1967年 1700人死亡 美国 弗吉尼亚 1969年 泥石流 150人死亡 日本 1969年-1972年 各种灾害 519人死亡 13288间房被毁 秘鲁 Yungay 1970年5月31日 地震引起碎屑崩 塌 碎屑流 25000人死亡 Chungar 1971年 259人死亡 香港 1972年6月 各种灾害 138人死亡 日本 Kamijima 1972年 112人死亡 意大利南部 1972年-1973年 各种灾害 约100个村庄被毁 影响20万人 秘鲁 Mayuamarca 1974年 泥石流 镇被毁 451人死亡 秘鲁 Mantaro峡 谷 1974年 450人死亡 Semeru山 1981年 500人死亡 秘鲁 Yacitan 1983年 233人死亡 尼泊尔西部 1983年 186人死亡 中国 东乡县洒 勒 1983年 黄土滑坡 4个村被毁 227人死亡 哥伦比亚 Armero 1985年11月 泥流 约22000人死亡 土耳其 Catak 1988年6月 66人死亡 1. 2 土质边坡中发生的滑坡 1. 2. 1 天然边坡 在天然边坡中发生的山体滑移 通常没有人类活动 降雨 地震等明显的触发因素 此类滑坡多呈现渐进性破坏特征 触发滑坡的主要因素为滑带土由峰值强度向残余强度的 过渡 1983 年 3 月 17 日 17 时 45 分发生于甘肃洒勒山的滑坡是一个典型的实例 见图 1.1 滑坡处于甘肃东部黄土高原 滑带是由临夏组黑灰色粘土岩演变的 5~20cm 的夹层组成 矿物成分以蒙脱石为主 滑坡于 1979 年 9 月起动 当时在北坡发现宽约 10cm 的东西向的 裂缝 自 1982 年 10 月至 12 月开始进入挤压滑移阶段 最终于 1983 年 3 月进入剧变和滑 动阶段 滑坡体积 5000 m3 摧毁 4 个村庄 227 人死亡 在高山峻岭中通过的河道通常为滑坡提供了理想的临空面 因此在天然边坡的滑坡中
第1拿镛言 河道滑坡占了相当大的比例。1943年2月7日在甘肃共和县的查纳滑坡是发生于西北黄土 半成岩地区的一次规模巨大的灾害(见图12)。滑体总量达127亿m3,滑速达40m/s,100 余人遇难,黄河曾短期断流。查纳滑坡发生在早、中更新世内陆湖相沉积的半成岩土中 此类超固结土的材料强度试验呈明显的应变软化特征,“似岩非岩,似土非土”,构成了 个典型的渐进型破坏高速滑动的条件。 查纳 图1.1洒物山的滑坡 图1.2查纳滑坡 1985年6月12日凌晨,在长江西陵峡上段兵书宝剑峡出口新滩镇发生总方量0.2亿m3 高度达800m的滑坡。这是一个成功地实现滑坡预报的例子,1371人在滑坡前数小时安全 撤离。 967年6月8日,在雅砻江发生的唐古栋滑坡以其巨大的规模载入历史纪录(见图1.3)。 失稳边坡高达100m。滑坡材料为风化残积土。滑坡体总方量为0.68亿m3,堵塞河道后形 成一个高达335m的大坝,库容68亿m3。 唐古栋滑坡将河道堵塞9天后天然坝决口,洪水以3m高的立波形式冲向下游,洪峰 流量为5300m/s(Chen,1992) 图1.3雅江唐古栋滑坡 1.2.2工程边坡 滑坡是土木、水利、交通、矿山等基本建设工程常见的事故和灾害。工程开挖和填筑 是导致滑坡的两大主要原因
第 1 章 绪言 3 河道滑坡占了相当大的比例 1943 年 2 月 7 日在甘肃共和县的查纳滑坡是发生于西北黄土 半成岩地区的一次规模巨大的灾害 见图 1.2 滑体总量达 1.27 亿 m3 滑速达 40m/s 100 余人遇难 黄河曾短期断流 查纳滑坡发生在早 中更新世内陆湖相沉积的半成岩土中 此类超固结土的材料强度试验呈明显的应变软化特征 似岩非岩 似土非土 构成了一 个典型的渐进型破坏高速滑动的条件 图 1. 1 洒勒山的滑坡 图 1. 2 查纳滑坡 1985 年 6 月 12 日凌晨 在长江西陵峡上段兵书宝剑峡出口新滩镇发生总方量 0.2 亿 m3 高度达 800m 的滑坡 这是一个成功地实现滑坡预报的例子 1371 人在滑坡前数小时安全 撤离 1967 年 6 月 8 日 在雅砻江发生的唐古栋滑坡以其巨大的规模载入历史纪录 见图 1.3 失稳边坡高达 1000m 滑坡材料为风化残积土 滑坡体总方量为 0.68 亿 m3 堵塞河道后形 成一个高达 335m 的大坝 库容 6.8 亿 m3 唐古栋滑坡将河道堵塞 9 天后天然坝决口 洪水以 39m 高的立波形式冲向下游 洪峰 流量为 5300 m3 /s (Chen, 1992) 图 1. 3 雅砻江唐古栋滑坡 1. 2. 2 工程边坡 滑坡是土木 水利 交通 矿山等基本建设工程常见的事故和灾害 工程开挖和填筑 是导致滑坡的两大主要原因
4土质边坡穗定分析一原理·方法程序 1.开挖边坡 1985年12月24日下午3时,天生桥二级水电站首部右侧挡土墙施工时发生滑坡(见 图14)。虽然坡高仅30m,但导致了正在基坑内施工的48人丧生。这一滑坡的主要原因是 坡内存在一层饱和软粘土。第4章将以此为实例介绍滑坡稳定分析的方法。 天生桥二级水电站电站厂房高边坡在开挖时也触发了一个规模较大的滑坡。滑体沿向 斜的夹泥层以78m/日的速率移动。曾采用卸荷、排水、抗滑桩和预应力锚索等多种手段来 治理这一滑坡。第13章139节详细介绍了对这一边坡进行加固过程中所作的稳定分析 铁路、公路边坡由于大部分为明挖,滑坡通常是路堑建设的重要制约因素。表1.2列 出了福建省高速公路施工时发生的主要滑坡(姚国芳,200)。图1.5示1992年宝成铁路 K190段滑坡全貌。 表1.2福建省高遠公路主要滑坡工点一览表 路段 名称滑坡地点性质 规模 处理措施 工程投资 石牌山高 福泉高边坡 堆积层滑坡 边坡高约40余m明洞(约100m)约800万 速公路官秀互通古滑坡复活(堆积宽150m,长1m,两排抗滑,轴以抗的600万 新祠互通顺层滑坡(石英砂高度约70余m,宽度 漳龙高滑坡 岩+泥岩) 约100m,厚度约改线 速公路 l0~15m 岩段K67+99滑破碎岩(石英砂岩)高度约100m,宽预应力错素地梁+士 滑坡 度约70m,厚度约钉+挂网喷射混凝士约30万 10~15m K63+70+堆积层(古崩坡积高度约200余m,宽预应力锚索抗滑桩+约30万 层)滑坡 度约16m,厚度约抗滑挡墙+排水平孔 K64+670+古滑坡复活(崩坡高度约110余m,长预应力锚索框架+抗约350万 漳龙高780 积体) 度度约200m,具多滑挡墙+排水平孔 速公路 级次滑动面 和溪段K64+960古崩坡积层开挖失边坡高度约20余m,滑坡刚产生变形,就约70万 滑坡体宽度约60m,采用预应力锚索框架 长度约80m 原位锁定,并辅以排 水平孔 福宁高门互古滑坡体复活(松沿线展宽约50m,及时采用预应力锚索50007 速公路通滑坡散堆积体) 纵长200~-300m的古框架+预应力锚索抗 滑坡群 滑桩+平孔排水 梅列互通一个古滑坡复 古滑坡体约5万m,预应力锚索抗滑桩+250万 滑坡 一个破碎岩石高边边坡高约70m,滑坡预应力锚杆地梁+1000万 坡滑坡 三福高 体厚度约25-35m预应力锚索框架+抗 速公路 西芹桥头古滑坡复活(泥岩边坡高度约60m,长预应力锚索框架+预约1100万 滑坡 及泥质粉砂岩)度约300m 应力锚索抗滑桩+抗 滑挡墙+平孔排水
4 土质边坡稳定分析 原理 ⋅ 方法 ⋅ 程序 1. 开挖边坡 1985 年 12 月 24 日下午 3 时 天生桥二级水电站首部右侧挡土墙施工时发生滑坡 见 图 1.4 虽然坡高仅 30m 但导致了正在基坑内施工的 48 人丧生 这一滑坡的主要原因是 坡内存在一层饱和软粘土 第 4 章将以此为实例介绍滑坡稳定分析的方法 天生桥二级水电站电站厂房高边坡在开挖时也触发了一个规模较大的滑坡 滑体沿向 斜的夹泥层以 7.8m/日的速率移动 曾采用卸荷 排水 抗滑桩和预应力锚索等多种手段来 治理这一滑坡 第 13 章 13.9 节详细介绍了对这一边坡进行加固过程中所作的稳定分析 铁路 公路边坡由于大部分为明挖 滑坡通常是路堑建设的重要制约因素 表 1.2 列 出了福建省高速公路施工时发生的主要滑坡 姚国芳 2002 图 1.5 示 1992 年宝成铁路 K190 段滑坡全貌 表 1. 2 福建省高速公路主要滑坡工点一览表 路段 名称 滑坡地点 性质 规模 处理措施 工程投资 元 石牌山高 边坡 堆积层滑坡 边坡高约40余m 明洞 约100m 约800万 福泉高 速公路 官秀互通 滑坡 古滑坡复活 堆积 层滑坡 宽150m 长150m 厚度约10~20m 两排抗滑桩 辅以抗 滑挡墙和排水平孔等 约600万 新祠互通 滑坡 顺层滑坡 石英砂 岩+泥岩 高度约70余m 宽度 约100m 厚度约 10~15m 改线 漳龙高 速公路 岩段 K67+995滑 坡 破碎岩 石英砂岩 滑坡 高度约100余m 宽 度约70m 厚度约 10~15m 预应力锚索地梁+土 钉+挂网喷射混凝土 约350万 K63+770~+ 980 堆积层 古崩坡积 层 滑坡 高度约200余m 宽 度约160m 厚度约 15~20m 预应力锚索抗滑桩+ 抗滑挡墙+排水平孔 约350万 K64+670~+ 780 古滑坡复活 崩坡 积体 高度约110余m 长 度度约200m 具多 级次滑动面 预应力锚索框架+抗 滑挡墙+排水平孔 约350万 漳龙高 速公路 和溪段 K64+960 古崩坡积层开挖失 稳 边坡高度约20余m 滑坡体宽度约60m 长度约80m 滑坡刚产生变形 就 采用预应力锚索框架 原位锁定 并辅以排 水平孔 约70万 福宁高 速公路 八尺门互 通滑坡 古滑坡体复活 松 散堆积体 沿线展宽约500m 纵长200~300m的古 滑坡群 及时采用预应力锚索 框架+预应力锚索抗 滑桩+平孔排水 5000万 梅列互通 滑坡 一个古滑坡复活 一个破碎岩石高边 坡滑坡 古滑坡体约5万m3 边坡高约70m 滑坡 体厚度约25~35m 预应力锚索抗滑桩+ 预应力锚杆地梁 预应力锚索框架+抗 滑挡墙 250万 +1000万 三福高 速公路 西芹桥头 滑坡 古滑坡复活 泥岩 及泥质粉砂岩 边坡高度约60m 长 度约300m 预应力锚索框架+预 应力锚索抗滑桩+抗 滑挡墙+平孔排水 约1100万
第1拿镛言 图1.4天生桥二级电站闸首滑坡 图1.5宝成铁路K190段滑坡 2.填筑边坡 在饱和软粘土上修建堤坝,当施工速率较高时,经常会发生滑坡。图16为2001年长 江大堤江西马湖段软弱地基上发生的一个滑坡。 饱和粘土通常压缩性很大,而渗透 系数很小,填土增加的地基应力要完全 转化为有效应力,必须将地基中的水充 分挤出。如果施工速率过快,则孔隙水 压力无法及时消散,导致有效应力有可 能随荷载的增长而同步增长,因而诱发 滑坡。为了保证在软基上修筑坝的稳定 性,常需要采取一定的工程措施。例如 通过砂井、塑料板排水或真空预压等技 图1.6长江大堤江西马湖滑坡 术加速水压力消散。 填筑土本身在施工速率较快时也会发生滑坡。这是由于填筑土的含水量通常已使粘土 的饱和度超过90%。进一步的填筑会使粘性土的孔隙水压力快速增长,导致堤坝施工期的 滑坡。 1.2.3地质环境边坡 将滑坡与工程地质环境直接有关的边坡称为地质环境边坡。分述如下。 1.地震诱发的滑坡 地震是诱发滑坡的重要因素。在我国,有关地震引起的滑坡可以在4000年前的记载中 找到。“竹书记年”记载公元前1767年在河南发生的一次地震:“桀十年,五星错行,夜星 陨如雨,地震,伊洛竭”自公元前780年到1976年,文献记载了656个大于6级的地震。 公元前780年的一次文献记录了地震诱发的滑坡:“同幽王二年,泾、渭、洛三川皆震,川
第 1 章 绪言 5 图 1. 4 天生桥二级电站闸首滑坡 图 1. 5 宝成铁路 K190 段滑坡 2. 填筑边坡 在饱和软粘土上修建堤坝 当施工速率较高时 经常会发生滑坡 图 1.6 为 2001 年长 江大堤江西马湖段软弱地基上发生的一个滑坡 图 1. 6 长江大堤江西马湖滑坡 饱和粘土通常压缩性很大 而渗透 系数很小 填土增加的地基应力要完全 转化为有效应力 必须将地基中的水充 分挤出 如果施工速率过快 则孔隙水 压力无法及时消散 导致有效应力有可 能随荷载的增长而同步增长 因而诱发 滑坡 为了保证在软基上修筑坝的稳定 性 常需要采取一定的工程措施 例如 通过砂井 塑料板排水或真空预压等技 术加速水压力消散 填筑土本身在施工速率较快时也会发生滑坡 这是由于填筑土的含水量通常已使粘土 的饱和度超过 90% 进一步的填筑会使粘性土的孔隙水压力快速增长 导致堤坝施工期的 滑坡 1. 2. 3 地质环境边坡 将滑坡与工程地质环境直接有关的边坡称为地质环境边坡 分述如下 1. 地震诱发的滑坡 地震是诱发滑坡的重要因素 在我国 有关地震引起的滑坡可以在 4000 年前的记载中 找到 竹书记年 记载公元前 1767 年在河南发生的一次地震: 桀十年 五星错行 夜星 陨如雨 地震 伊洛竭 自公元前 780 年到 1976 年 文献记载了 656 个大于 6 级的地震 公元前 780 年的一次文献记录了地震诱发的滑坡 同幽王二年 泾 渭 洛三川皆震 川