近水平厚层高陡斜坡崩塌机制研究.pdf

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1、第20卷第2期地质力学学报Vo1．2ONo．22014年6月JOURNALOFGEOMECHANICSJun．2014文章编号：1006~616(2014)02-0123-09近水平厚层高陡斜坡崩塌机制研究冯振，李滨，贺凯(1．中国地质科学院地质力学研究所，北京100081；2．国土资源部新构造运动与地质灾害重点实验室，北京100081；3．长安大学地质工程与测绘学院，西安710054)摘要：近水平厚层高陡斜坡岩层倾角小于1O。，具有软硬相间或上硬下软的结构，常形成高陡斜坡或陡崖地形，主要以大型崩塌的形式发生破坏。在梳理国内外文献的基础上

2、，从岩体破坏机制出发，对近水平厚层高陡斜坡崩塌的形成过程、破坏机制、失稳模式进行分析，总结归纳了6种地质力学模型，包括滑移一拉裂、塑流一拉裂、倾倒一拉裂、剪切一错断、剪切一滑移、劈裂一溃屈，并提出了相应的野外识别特征。关键词：近水平层状山体；陡倾构造节理裂隙；岩体破坏机制；失稳模式；地质力学模型中图分类号：P642．21文献标识码：A1近水平厚层高陡斜坡研究现状近水平厚层高陡斜坡岩层倾角小于10。，主要由厚层状碎屑岩及碳酸盐岩，如砂岩、灰岩与白云岩等硬岩，以及黏土岩组成，具有软硬相间或上硬下软的结构。近水平厚层高陡斜坡受褶皱作用不明显，在

3、构造抬升的作用下分布高程较大，岩体内部多发育相互近垂直的陡倾“x”型节理。在重力和外力长期作用下，近水平厚层高陡斜坡发生渐进变形，沿陡倾节理形成高厚比较大的板状或塔状危岩，后续可能发展为崩塌或倾倒破坏，形成高陡斜坡或陡崖地形。受地质结构的控制，近水平厚层高陡斜坡一般不易发生大规模整体滑动破坏，多以局部崩塌破坏为主。国内外许多专家学者对近水平厚层高陡斜坡失稳模式进行了研究。张倬元等在模型试验和理论研究基础上，结合大量地质观察资料，提出了岩体破坏机制的地质力学模式，其中近水平层状斜坡可能的破坏模式以平推式和转动型滑坡为主。胡厚田根据岩体受力状

4、态和初始运动形式，将岩质崩塌发展模式分为倾倒式、滑移式、鼓胀式、拉裂式、错断式，对岩质斜坡破坏模式的研究有重要的借鉴作用。在对意大利北部阿尔卑斯灰岩山区地质灾害研究的基础上，Poise1等“认为近水平厚层高陡斜坡由于下伏软层的塑流收稿日期：2014-02．12基金项目：国家自然科学基金项目(41302246)；中国地质科学院地质力学研究所基本科研业务费项目(DZLXJK201307)；国家科技支撑课题(2012BAK10B01)；地质调查项目(1212011220140)作者简介：冯振(1985-)，男，博士，助理研究员，主要从事地质灾害

5、等方面的研究工作。E-mail：fengzhencgs@126．tom124地质力学学报挤出发生拉张形成塔状、板状危岩，后期以平面滑动、旋转滑动或硬岩倾倒的模式发生破坏。长期的渐进变形过程中，近水平厚层高陡山体边缘被大型陡倾构造节理裂隙切割形成板状、塔状危岩体，沿着重心发生偏心倾倒，或沿层面滑移，当软弱基座较厚时甚至发生旋转破坏，其失稳模式不仅与岩性和岩体结构有关，更与结构面的产状及切割形成的岩体形态有关。在近水平厚层高陡斜坡崩塌成因机制方面，Terzaghi提出下伏软岩的长期蠕变是上覆硬岩拉裂形成塔(板)状危岩的主要原因，软岩逐渐碎裂化

6、并发生塑性流动，并最终导致塔状危岩崩塌倾倒的发生。张倬元等、黄润秋提出了近水平层状山体卸荷回弹下滑移拉裂或滑移压致的破坏模式。Rohn等对Sandling危岩和Raschberg危岩进行了调查分析，认为陡崖边缘板状危岩崩塌倾倒是下伏低渗透性软岩的不排水剪切的结果。差异性风化在硬岩底部形成岩腔，是近水平厚层高陡斜坡塔状危岩发生倾倒拉裂的主要原因之一。以上的这些研究成果，并不能完全反映山体的受力状态、破坏机制、发展模式。近水平厚层高陡斜坡板状、塔状危岩破坏机制的研究，还没有系统的研究成果，多是对单个案例的野外调查和定性描述。本文在总结前人研究

7、和现场考察的基础上，归纳了近水平厚层高陡斜坡崩塌破坏的6种模式，从力学机制上分析了板状、塔状岩体形成及破坏过程，并提出了相应的岩体结构识别特征，为野外现场工程地质识别与力学判据分析提供参考和依据。2近水平厚层高陡斜坡崩塌机制本质上来讲，滑坡崩塌灾害发生的原因是由于破裂面的贯通，近水平厚层高陡斜坡变形破坏是陡倾后壁与下部剪出口的贯通。后缘陡倾拉裂缝一般在卸荷作用下沿陡倾节理裂缝发育形成，不合理的人类工程活动则可能加速山体裂缝的发展。下部剪出破裂面则可能是近水平的软弱夹层、下伏厚层软岩或底部硬岩的压剪破裂面，这与高陡山体的岩性组合及地质结构相

8、关。本文从岩体受力状态、变形破坏规律及裂隙结构面的发展方面人手，将近水平厚层高陡斜坡崩塌归纳为以下6种地质力学模式。2．1滑移一拉裂近水平层状岩体的滑移一拉裂和压致一拉裂破坏是卸荷作用下产生的