3 岩质崩塌灾害机理及模式

3 岩质崩塌灾害机理及模式

3.1 崩塌灾害的影响因素

3.1.1 地形地貌

地形地貌主要表现在斜坡坡度上，高陡的斜坡地形是形成崩塌落石的必要条件。从区域地貌条件看，崩塌形成于山地、高原地区；从局部地形看，崩塌多发生在高陡斜坡处，如峡谷陡坡、冲沟岸坡、深切河谷的凹岸等地带。崩塌多发生于坡度大于55°，高度大于30m，坡面凹凸不平的陡峻斜坡上。山区公路修建形成的岩质高切坡，由于受地形条件的限制，多数比较陡峻，这为崩塌的发生提供了条件。

根据胡厚田（1989）在宝成线凤州工务段对57个崩塌落石工点进行的统计，如表3-1所示。所有边坡中小于45°的14次均为落石无崩塌，75.4%的崩塌落石发生在坡度大于45°的陡坡地形。统计万州标段Ⅲ边坡角，多数为大于45°，占有总边坡的88.9%。可以看出其崩塌发生的危险性较大。

表3-1 边坡坡度与崩塌落石次数统计表

3.1.2 地层岩性

地层岩性是崩塌形成的基本条件，发生崩塌的高切坡岩性一般较为坚硬，而软岩则一般不易发生崩塌。以2008年汶川8.0级地震为例，北川县城区公路西侧岩性主要为薄层变质粉砂岩、板岩，风化后岩体较为破碎，因此在地震作用下斜坡段发生的均为滑坡；城区东侧岩性为厚层—巨厚层白云质灰岩、灰岩，岩体抗风化能力强，但发育有风化、溶蚀裂隙，在地震作用下斜坡段发生的均为崩塌，在500m范围内崩塌达17处（王根龙，等，2009，2010）。

一些软硬互层类高切坡，软岩主要为泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩。矿物成分以伊利石、蒙脱石等为主，具强亲水性，遇水膨胀、浸水崩解、失水干裂，网状裂纹密集，干、湿交替变化极易产生碎裂崩解；砂岩矿物成分多以石英、长石为主，部分云母、岩屑，胶结物成分为黏土矿物、铁质、钙质等，耐崩解性强。泥岩类抗风化能力极弱，风化后即呈片状或鳞片状剥落，现场观察，泥岩类高切坡经开挖暴露后，表层即产生风化剥落并堆积于坡脚，且高切坡开挖暴露时间愈长，则坡脚风化剥落堆积物愈厚；砂岩类强度较高，属硬质岩石，抗风化能力较强，由于泥、砂岩之间的差异风化常常在砂岩的下部形成岩腔。砂岩中裂隙较发育，特别是砂岩高切坡的卸荷裂隙常与其他裂隙组合切割形成不稳定块体或危岩，当在一定的水平压力（如静、动水压力、振动）或岩腔加深砂岩块体重心不断外移等条件发展到一定程度时，这种不稳定块体则可能突然失稳产生崩塌。

3.1.3 边坡岩体结构面组合

高切坡中的断层、节理、卸荷裂隙、层面等各种结构面使岩层遭受不同程度的破坏，把完整的岩体切割成大小不同的块体，各种结构面的强度又明显低于岩块的强度，这些结构面的存在，是形成崩塌失稳的物质基础。结构面还会在雨季积水，产生较大的静水压力和扬压力，进一步加重崩塌的发生。

3.1.4 降雨和地下水

崩塌发生受降雨和地下水作用影响明显，降雨和地下水对崩塌的发生起诱发作用。我国一些气候温暖潮湿、雨量充沛的地区（如四川、贵州、云南等），雨水的冲刷可使泥岩表层风化速度加快、剥落，形成内凹的岩腔；雨水沿着砂岩裂隙侵入，一方面在砂岩后缘裂隙中形成瞬时高水柱压力，增大了岩体的下滑力，另一方面可使岩体结构面强度软化泥化，强度降低，抗滑力减小。

斜坡中的地下水，在岩土体的空隙和裂隙中的不断流动产生静水压力、动水压力和向上的浮托力，减小岩土体重量和抗滑力；地下水的长期作用可使岩土体软化泥化，强度降低，造成边坡的稳定性降低。

3.1.5 风化作用

风化作用是触发崩塌发生的外因之一。主要为在长期的风化作用下，高切坡岩土体变得破碎，强度降低。在泥、砂岩软硬互层高切坡中主要表现为风化速度的不一样，泥岩风化速度较快，砂岩风化速度慢，而在斜坡上悬空的岩体形成空腔（见图3-1），从而使上部岩体失去支撑而稳定性降低。温差变化和干湿交替非常激烈的地区，温度、湿度、降雨量的剧烈变化的长期作用使岩石的风化作用和软硬岩差异分化更为强烈。

3.1.6 其他因素

高切坡在开挖过程中使用不合理的施工方法，在对不良地质段边坡施工时，未分段开挖，或一次开挖太多未能及时有效支护，造成泥岩风化和砂岩卸荷裂隙加大等。

图3-1 差异风化造成的岩腔

另外，公路两侧的高切坡，当地居民在其坡顶修建房屋加载，在前后缘较缓的山坡及公路部分缓坡地带开垦种植，加速坡体的风化和水土流失作用，都对高切坡的稳定性带来不利的影响。

破坏性地震产生的强烈振动效应、地表破裂效应和斜坡效应也是高切坡产生崩塌的一种触发因素。强震区地震造成的山体松弛现象也不能忽略，这些松动岩体在降雨等触发因素下极易发生崩塌和滑坡地质灾害。

3.2 离散单元法原理

3.2.1 基本原理

刚体离散单元法是美国Minnesota大学的Cundall教授于1971年提出来的，此方法在岩石力学的工程稳定性分析中发挥了重大作用，并在近年来有了长足的发展。离散单元法中将岩体视为不连续离散块体的集合体，将节理、裂隙和断层等结构面看成是这些离散块体之间相互作用的接触面，其中块体代表岩石材料，是刚性的或可变形的，如果块体是可变形的，块体进一步划分为一种三角形常应变有限差分网格。块体之间相互作用的力可以根据力和位移的关系求出，而单个块体的运动则完全根据该块体所受的不平衡力和不平衡力矩的大小，按牛顿运动定律确定。因此，离散单元法在反映岩块之间接触面的滑移、分离与倾翻等大位移的同时，又能计算岩块内部的变形与应力分布。此外，离散单元法利用显式时间差分解法（动态松弛法）求解动力平衡方程，从而解决了求解非线性大位移与动力稳定的问题。

离散单元法将节理岩体视为由裂隙切割的非连续介质，相互切割的裂隙将岩体分成相互独立的块体单元，单元之间可以看成是角-角接触、角-边接触或边-边接触。块体间的边-边接触可分解为由两个角-边接触而成，并且随着单元的平移和转动，允许调整各个单元之间的接触关系，最终块体单元可能达到平衡状态，也可能一直运动下去。

在平衡条件发生变化时，这些块体之间就产生相互作用力，从而导致块体产生一定的加速度和位移，使块体的空间位置和状态发生变化。运动的块体之间，由于差异位移矢量的存在，又发生新的作用力，根据新的力系，又可以计算出来各个块体在新的力系下的加速度、位移及新的运动位置。如此反复迭代直到整个体系在新的力系作用下达到平衡状态为止，这样整个岩体的破坏运动过程就被真实地模拟出来。

在离散单元中，岩体介质假定为离散块体的集合，块体间没有变形协调的约束，但需满足平衡方程。对于块体，其上有相邻块体通过边、角作用于它的一组力，这一组力对块体的重心会产生合力Fi和合力矩M。如果合力和合力矩不为零，则根据牛顿第二定律，不平衡力和不平衡力矩会使块体发生平移和转动。块体的运动不是自由的，它会遇到相邻块体的阻力，位移和力的作用规律就相当于物理方程。离散单元法交替的计算循环过程为对块体之间的接触应用位移-力的关系定律（即物理方程）以及对所有的块体应用牛顿第二定律（即运动方程）的运算过程。计算按照时步迭代并遍历整个块体集合，直到对每一个块体都不再出现不平衡力和不平衡力矩为止。

3.2.2 物理方程（力-位移的关系）

在物理模型中，假定块体之间的法向力Fn正比于它们之间的法向“叠合”量un，即

式中：Kn为法向刚度。

所谓的法向“叠合”量是计算时引入的一个假定的量，将它乘上一个比例系数（即接触的法向刚度），作为在计算中法向力的度量。由于块体所受的剪切力与块体运动和加载的历史或途径有关，所以剪切力要用增量ΔFs来表示。设两块体之间的相对位移量为Δus,则

式中：Ks为接触的剪切刚度系数。

上述力-位移关系为弹性情况，对于塑性剪切破坏的情况，需要在每次迭代时检查剪切力Fs是否大于c+Fntanφ，如果Fs＞ c+Fntanφ则表示块体之间产生滑动，此时剪切力取c+Fntanφ，即摩尔-库仑准则。

3.2.3 运动方程（牛顿第二运动定律）

计算出作用在某一特定岩块上的一组力，由此计算它们的合力和合力矩，并根据牛顿第二定律确定块体质心加速度，进而确定在时步Δt内的速度、角速度、位移和转动量。如在x方向有加速度

式中：Fx为x方向的合力，m为岩块的质量。对式中差分格式进行数值积分，可以得到岩块质心沿x方向的速度和位移：

式中：t0为起始时间，Δt为时步，t1= t0+Δt。

3.2.4 可变形块体模型

摩尔-库仑模型是岩土工程中最常用的本构模型之一，尤其是在边坡稳定性分析中应用的更为广泛，在应力空间的表示如图3-2所示。

图3-2 主应力空间的摩尔-库仑屈服准则

在离散单元法模型中选用摩尔-库仑屈服准则和拉破坏准则相结合的材料破坏准则，如图3-3 所示，Α至B点为摩尔-库仑准则，B至C点为拉破坏准则，则有方程

图3-3 DEM中的材料屈服准则

记弹性应力增量为σI，塑性校正后的应力增量为σN，经推导，对摩尔-库仑准则和拉破坏准则分别有式（3-8）和式（3-9）：

式（3-8）与式（3-9）中：α1=K+4G/3，α2=K-2G/3。这里，K为体积模量，G为剪切模量。

3.2.5 结构面模型

结构面采用常用的库仑滑移模型，剪切屈服、张开以及节理面剪胀效应在此模型中都能实现，如图3-4所示。

图3-4 结构面本构模型

沿结构面法线方向，有

式中：Δσn——有效法向应力增量，Δun——法向位移增量，Kn——结构面法向刚度。

沿结构面方向，有

式中：Δuse——弹性剪切位移增量，Δus——总的剪切位移增量，Ks——结构面剪切刚度，c、φ——结构面黏聚力、内摩擦角。

3.3 崩塌形成破坏过程数值分析

3.3.1 倾倒式崩塌数值分析

倾倒型崩塌为板状、柱状直立边坡岩体在静水压力、重力、地震力等作用下沿底部发生转动导致危岩体失稳的现象。在形成力学机制上为倾覆力矩大于抗倾覆力矩引起岩石块体转动。在软硬互层高切坡中，泥、砂岩层的差异风化是引起高陡直立岩体倾倒的重要原因。当砂岩块体下伏的软弱岩层不断风化剥落，就会形成岩腔，使砂岩块体支撑面积减小，导致块体重心不断外移，稳定性不断降低，后侧裂隙不断扩大。当底部支撑面不足以支撑块体，或其后侧裂隙充水产生较大静水压力以及水平地震力作用时，就会发生倾倒式崩塌（见图3-5）。

图3-5 倾倒式崩塌示意图

以某一高切坡为例对泥砂岩软硬互层崩塌的形成破坏过程进行数值分析。该边坡切坡高17m，坡面走向N52°E， NW∠5°～10°，岩层产状为N70°E，NW∠10°，上部为（J2s）紫灰色砂岩，中细粒结构，主要由长石、石英、云母等矿物成分组成，属较硬岩，耐风化性能较好，其中发育4组节理，其中一组节理产状N65°～80°E，NW∠65°～85°，与坡向近平行，对边坡崩塌的形成起控制作用；中下部为（J2s）紫红色泥岩和夹泥质粉砂岩，泥质结构，属软岩，耐风化性能差，裂隙不发育，表层强风化，另在坡体表面发现4条裂缝。

根据地质资料建立几何模型如图3-6所示，模型高为40m，宽50m，边坡坡角为80°，左、右及底部边界为约束边界，考虑在自重作用下，按摩尔-库仑力学模型进行分析。砂岩视为刚体，不考虑其变形量，泥岩为变形体，结构面有岩层层面和上部砂岩中的4条裂隙和一组节理以及泥岩表层的小裂隙，层面间距为1～3m，节理间距1～2m。岩体和结构面参数选取见表3-2。

图3-6 软硬互层高切坡模型

表3-2 计算参数表

离散元数值计算结果如图3-7所示，其崩塌形成破坏过程如下：

（1） 泥岩风化层剥落。坡体泥岩表层由于受风化作用微裂隙发育，强度低，在重力作用下剥落堆积坡脚，同时在砂岩下部形成岩腔。

（2） 砂岩裂隙张开。由于坡体前缘砂岩悬空失去支撑，在砂岩块体后缘张应力集中，沿着已有的节理裂隙张开，并进一步加深加宽，形成不稳定块体或危岩体。

（3） 危岩体弯曲。张开的裂隙不断向深处扩展，和层面裂隙贯通，以及下部软岩向临空方向变形，使危岩体向临空方向弯曲，同时贯通的层面裂隙也不断张开。

（4）倾倒崩塌。当危岩体在自重作用下产生的弯矩到一定程度时，以坡脚为支撑点倾倒、崩塌，最后堆积于坡脚。

（5） 破坏进一步发展。随着风化作用的继续，泥岩不断剥落后退，造成崩塌渐进破坏发展。

其破坏地质过程可以总结为：泥岩风化剥落—岩腔—砂岩裂隙面张开—危岩体弯曲—倾倒崩塌—堆积坡脚。

图3-7 倾倒式崩塌破坏过程的几何状态

3.3.2 卸荷-拉裂式崩塌数值分析

边坡在自然成坡及人工切坡过程中，因卸荷作用将引起卸荷面附近岩体内部应力重分布，造成局部应力集中效应。并且在卸荷回弹变形过程中，还会因差异回弹而在岩体中形成一个被约束的残余应力体系。岩体在卸荷过程中的变形与破坏，正是由于应力状态的这两方面的变化所引起的。

岩质边坡卸荷作用引起的应力分异（重分布与集中）是所造成卸荷-拉裂式崩塌的根本原因。例如在拉应力集中带产生的拉裂面，在平行临空面的压应力集中带中形成的与临空面近于平行的压致拉裂面以及剪切破裂面等。

岩质高切坡开挖后，因卸荷作用在坡肩产生拉张裂缝，和岩体中原生的结构面（层面）共同构成边坡岩体切割面。随着边坡不断向临空面变形发展，被新旧结构面切割岩体位移不断增大，最终导致卸荷-拉裂式崩塌发生。

以某一高切坡为例，对缓倾向临空面的灰岩和厚层砂岩组合型边坡发生崩塌的形成破坏过程进行离散元数值分析。该边坡高50m，坡面形态呈两级台阶状，台阶状坡面坡度陡倾。灰岩和砂岩互层产出，均为厚层状，岩层倾角3°～5°。因差异风化作用，砂岩在坡面处有明显凸出现象。边坡上部和下部坡体中各发育2条和3条顺坡向陡倾卸荷裂隙。

根据地质资料建立几何模型如图3-8所示，模型高为74.7m，宽87.6m，边坡左、右及底部边界为约束边界，考虑在自重作用下，按摩尔-库仑学模型进行分析。边坡基座视为为刚体，不考虑其变形量，泥岩和砂岩为变形体，结构面有岩层层面和卸荷裂隙。离散元数值计算结果如图3-9所示，其崩塌形成破坏过程如下：

（1） 卸荷回弹。岩质边坡因自然成坡或人工切坡，边坡岩体向临空方向产生卸荷回弹变形，引起边坡岩体应力重分布和应力集中。

（2）卸荷裂隙产生。卸荷作用引起坡顶拉应力集中带产生卸荷拉裂；在平行临空面的压应力集中带则形成与临空面近于平行的压致拉裂；缓倾坡外的结构面则因压应力集中产生剪裂。

（3）拉裂扩展并贯通。卸荷裂隙和边坡岩体内原生的结构面在自重应力、降雨入渗、地震等作用发生扩展并贯通，伴随局部发生崩塌。

（4） 崩塌产生。卸荷-拉裂式崩塌产生，崩落的岩体堆积在坡脚附近。

其破坏地质过程可以总结为：卸荷回弹—卸荷裂隙产生—拉裂宽展并贯通—崩塌产生。

图3-8 卸荷-拉裂式崩塌离散元模型

图3-9 卸荷-拉裂式崩塌数值模拟

3.3.3 塑流-拉裂式崩塌数值分析

高切坡较厚软弱岩层在上部岩体压力作用、遇水软化、长期风化剥落等因素作用下不断压缩和向临空方向塑性流动，导致上覆较坚硬岩层拉裂，岩体不断下沉和向外移动，拉张原有节理面或在坡内岩体形成新的裂隙，形成危岩体。当因为风化、开挖等原因使得危岩体失去支撑面时，崩塌将发生（见图3-10）。

图3-10 塑流-拉裂式崩塌示意图

以某一高切坡为例对软弱基座斜坡产生崩塌的形成破坏过程进行数值分析。该高切坡高45m，坡角78°（见图3-11）。高切坡上部为巨厚层状砂岩，总厚度17.3m，其中发育5条与坡面走向近一致，倾角约80°的陡倾角卸荷裂隙，对边坡崩塌形成起控制作用；下覆泥页岩，厚度约11.3m，属于典型软岩，遇水易软化发生塑性流动变形，表层强风化，较易发生脱落现象；基座为砂岩，岩性坚硬致密，节理裂隙不发育。

图3-11 软弱基座高切坡地质模型

图3-12 软弱基座高切坡离散元模型

根据地质资料建立几何模型如图3-12所示，模型高为73.8m，宽91m，左、右及底部边界为约束边界，考虑在自重作用下，按摩尔-库仑力学模型进行分析。砂岩视为刚体，不考虑其变形量，泥页岩为变形体，模拟时考虑遇水软化的工况，结构面有岩层层面和上部砂岩中的5条裂隙和泥岩表层的小裂隙。岩体和结构面参数选取见表3-3。

表3-3 计算参数表

离散元数值计算结果如图3-13所示，其崩塌形成破坏过程如下：

（1）泥岩风化层剥落。坡体泥岩表层由于受风化作用微裂隙发育，强度低，在上部厚层硬岩的重力作用及内部软岩塑性挤出变形作用下逐渐剥落。

（2） 局部坠落。坡体上部砂岩因下部表层泥岩的剥落而失去支撑，沿着已有的节理裂隙张开，产生局部崩塌。

（3） 硬岩产生拉裂。软弱基座在上部岩石自重应力和卸荷回弹作用下逐渐向临空方向发生挤出变形，上覆硬岩在与软弱基座的接触面部位开始产生拉裂缝，特点为下宽上窄。

（4） 塑性挤出变形。软弱基座向临空方向产生较大的挤出变形，上部硬岩拉裂缝间隙增大，并向深部发展，引起多个陡倾节理裂隙产生拉裂变形。

（5） 破坏进一步发展。随着风化作用的继续，软弱基座被挤出的泥岩不断剥落，造成崩塌渐进破坏发展。

其破坏地质过程可以总结为：表层软岩风化剥落—上部硬岩局部坠落—软弱基座挤出变形—上部硬岩产生下宽上窄拉裂缝—变形继续发展—崩塌产生。

图3-13 软弱基座高切坡产生崩塌的变形破坏过程

3.3.4 滑移-压致拉裂式崩塌数值分析

坡度中等至陡的平缓层状岩体的高切坡，当坡体沿平缓结构面向坡前临空方向发生缓慢的蠕变性滑移时，滑移面的锁固点或错列点附近，会因拉应力集中产生与滑移面近于垂直的拉张裂隙，裂隙向上扩展并伴有局部滑移，且时常伴有崩塌发生。这种拉裂面的形成机制与压应力作用下格里菲斯裂纹的形成扩展规律近似，属于压致拉裂。滑移和拉裂变形是由斜坡内部软弱结构面处自下而上发展起来的（见图3-14）。

图3-14 滑移-压致拉裂式变形演变图

以某一高切坡为例对滑移-压致拉裂式崩塌的变形破坏过程进行离散元数值分析。该边坡高25m，坡面形态呈台阶状，倾角66°。滑移-压致拉裂变形主要发生在上部的台阶。高切坡岩性基座为砂岩，上部为厚层状灰岩，灰岩层面倾角仅为5°，属于近水平层状岩体。受层面和另一组陡倾顺坡向裂隙的控制，高切坡岩体首先发生沿层面的水平向卸荷回弹，然后在自重压应力作用下，另一组结构面自下而上产生拉裂变形，并最终贯通产生崩塌破坏。

离散元数值模拟的模型宽度为55m，高度40m，左、右及底部边界为约束边界（见图3-15），考虑在自重作用下，按摩尔-库仑力学模型进行分析。离散元数值计算结果如图3-16所示，其崩塌形成破坏过程如下：

（1） 卸荷回弹。平缓层状斜坡岩体受卸荷作用，沿平缓层面向临空方向发生缓慢蠕变性滑移。

（2）压致拉裂面产生。在平缓滑移面的锁固点或错列点附近，因拉应力集中产生与滑移面近于垂直的拉张裂隙（特点为下宽窄），向上扩展并伴有局部滑移，且时常伴有局部崩塌发生。

（3）滑移面贯通。危岩体发生转动，陡倾的阶状裂面成为剪应力集中带，张裂隙不断扩大并向上延伸，最终形成贯通性破裂面。

（4） 崩塌产生。

其破坏地质过程可以总结为：卸荷回弹—压致拉裂面产生—滑移面贯通—崩塌产生。

图3-15 滑移-拉裂式崩塌离散元模型图

图3-16 滑移-压致拉裂式崩塌离散元数值模拟

3.3.5 悬臂-拉裂式崩塌数值分析

高切坡因差异风化或下部岩体由结构面的切割掉块等原因形成岩腔，上部的坚硬岩体在坡面上以悬臂梁形式凸出。在突出的岩体上，通常发育有构造节理和风化裂隙。在长期的重力作用下，节理逐渐扩展。一旦拉应力超过连接处岩体的抗拉强度，拉裂缝就会向下发展，最终导致突出的岩体突然崩落。悬臂拉裂型崩塌现象在软硬岩层相间的高切坡中非常普遍，见图3-17。

图3-17 悬臂-拉裂破坏示意图

以某一高切坡为例对悬臂-拉裂式崩塌的变形破坏过程进行离散元数值分析。该高切坡高25m，坡面形态呈不规则形态，下部陡倾，上部稍缓，中部凸出，形似悬臂梁。高切坡上部为巨厚层状白云质灰岩，厚度11.4m，有溶蚀现象；中部凸出部分为厚层状砂岩，厚度3.0m，微风化；砂岩下部为泥岩，厚度4.4m，表层强风，已经发生剥落现象，形成空腔；基座为砂岩，新鲜，致密坚硬。

根据地质资料建立几何模型如图3-18所示，模型高为40m，宽50m，左、右及底部边界为约束边界，考虑在自重作用下，按摩尔-库仑力学模型进行分析。

图3-18 悬臂-拉裂式崩塌离散元模型

图3-19 悬臂-拉裂式崩塌演化过程数值模拟

离散元数值计算结果如图3-19所示，其崩塌形成破坏过程如下：

（1）悬臂形成。软岩因差异风化产生剥落，形成空腔，造成近水平产状的硬岩凸出坡面，形成悬臂岩体。

（2） 张性裂隙产生。悬臂岩体在自重应力作用下，在与坡面接触部位产生较高的拉应力集中，导致悬臂产生拉张裂隙。

（3） 裂隙扩展贯通。悬臂岩体中的张性裂隙逐渐扩展，形成典型的楔形裂缝，其特点是上宽狭窄，并最终贯通。

（4） 悬臂折断。悬臂岩体因内部张性裂隙的贯通，最后产生折断破坏，崩塌体坠落后堆积坡脚。

其破坏地质过程可以总结为：悬臂形成—裂隙产生—裂隙贯通—折断破坏—崩塌产生。

3.3.6 剪切-滑移式崩塌数值分析

剪切-滑移式崩塌有三种类型：① 在高切坡岩体中陡倾角节理或卸荷裂隙发育，但无倾向临空面的结构面，在岩体的自重作用下，引起下部剪切力集中，当剪应力接近并大于危岩与母岩连接处的抗剪强度时，危岩体的下部被剪断而发生剪切-滑移式崩塌（见图3-20）。② 组成高切坡的岩体主要是顺坡向层状结构，且结构面倾角小于坡脚，层状结构面构成潜在滑动面，受另一组反坡向结构面切割，在自重作用、风化、降雨入渗等因素下危岩体沿结构面向临空方向发生局部剪切-滑移式崩塌（见图3-21）。③ 组成高切坡的岩层比较软弱、破碎，开挖边坡后岩体在重力作用下发生剪切滑落（见图3-22）。

图3-20 错断崩塌破坏示意图

图3-21 剪切-滑移式崩塌示意图

图3-22 滑移式崩塌破坏示意图

以某一高切坡为例对顺向坡层状结构岩体产生剪切-滑移式崩塌的形成破坏过程进行数值分析。该边坡坡高25m，坡角41°。岩层岩性为中—薄层灰岩，产状为55°∠26°，有明显层间错动痕迹。反坡向陡倾节理产状240°∠81°，断续发育，个别通过层面。

根据地质资料建立几何模型如图3-23所示，模型高为40m，宽55m，左、右及底部边界为约束边界，考虑在自重作用下，按摩尔-库仑力学模型进行分析。离散元数值计算结果如图3-24所示，其崩塌形成破坏过程如下：

（1） 初始滑移。初始滑移取决于滑移面的产状与特征，当滑移面（层面）向临空方向倾角足以使上覆岩体的下滑力超过该面的实际抗阻力，加之层面在坡面被揭露临空时，则发生剪切滑移变形。

（2）后缘拉裂。随着滑移变形的积累，层状岩体后缘的风化卸荷裂隙在拉应力作用下发生拉裂。

（3）滑移加剧。层面和后缘裂隙切割的局部岩体发生解体，沿滑移面发生迅速滑落。

（4）崩塌产生。解体后的岩体滑移一定距离后，以一定的速度和角度脱离坡面后做抛物线运动，最后崩落堆积在坡脚附近。

其破坏地质过程可以总结为：初始滑移—后缘拉裂—快速滑动—抛物线运动—崩落堆积。

图3-23 剪切-滑移式崩塌离散元模型

图3-24 剪切-滑移式崩塌变形破坏演化过程