典型边坡变形机理分析

(成都理工大学 四川 成都 610059)

中国西部地区高边坡地质灾害不仅发生频繁，而且具有规模大、机理复杂、危害大、防治难度高的特点。由于青藏高原的唯一性，致使这些特点在全世界范围内也具有典型性和独特性。由此建立了西南地区高边坡变形破坏的地质-力学模式及相应的灾害控制原理。

一、滑移-拉裂-剪断“三段式滑坡”

(1)坡体下部受特定近水平或缓倾软弱结构面控制的高边坡，前缘沿结构面发生缓慢的蠕滑变形，后缘拉裂，伴随这两部分变形的发展，形成中部的锁固段。最终锁固段发生脆性剪断破坏，形成高速滑坡[1-2]。

(2)可能产生这类变形破坏模式的边坡往往具有以下的地质结构：

1.坡体主体由相对均质的脆性岩体或半成岩体构成，但坡脚发育近水平或缓倾坡外的结构面；

2.以坚硬岩体为主体，夹有相对较薄软弱夹层构成的互层状边坡。

黄润秋等(1983)提出边坡沿坡脚软弱结构面发生重力剪切蠕滑条件[3]：K≥Kc=(1+C-tgφlctg2α)/(1-C-tgφlctg2α)

张倬元、刘汉超等(1983)提出根据后缘拉裂的发育深度对该类边坡的失稳破坏进行预报[4]:Hcr=0.5763H-27.0992

黄润秋等(1991)提出考虑锁固段效应的边坡稳定性可采用下式来评价：FS=K·Fb

其中Fs为考虑锁固段效应后的边坡稳定性系数，Fb为假定滑面贯通情形的边坡稳定性系数，K为锁固段破坏的超载系数，由物理模拟试验或数值模拟得出。

(3)稳定性或灾害控制原理：核心问题是锁固段不被破坏。重点应通过上部坡体的加固阻止后缘拉裂段的扩展，或在蠕滑段提供足够的抗剪力。

二、“挡墙溃决型”边坡变形及滑坡

(1)坡体下部存在软弱基座,中部为相对坚硬岩体。这时,上部岩体沿特定面的蠕滑在中部受阻,形成应力集中锁固段。伴随上部蠕滑发展和下部软弱基座的挤出变形,锁固段发生脆性剪断破坏，形成高速滑坡。

“锁固段”的刚度远高于下部软弱基座的刚度，因此，它如一座挡墙，承担了上部坡体沿潜在滑动面传递下来的大部份荷载。因此，锁固段是坡体的应力集中部位。随着时间的延长，软弱基座在上部坡体的压缩作用下，将发生向临空方向挤出的缓慢蠕变，致使应力向“锁固段”进一步转移；最终发生突发的脆性破坏，导致滑坡发生。

(2)稳定性或灾害控制原理：保护“挡墙”的完整性不被破坏，同时对上部坡体进行支护加固或削方减载。

三、反倾层状岩体的倾倒变形

(一)模式1：脆性折断型

通常发生在中等-坚硬的层状岩体或被陡倾节理分割的坚硬块状岩体中，以中厚层状为主，如中厚层状的灰岩、变质砂岩等。变形的本质是岩体的“结构变形”，即受结构面控制的“刚性”转动变形。

一般地说，这类倾倒的范围较小，以20m深度以外居多，表现为浅层稳定性问题。这类变形还通常出现在山梁表部地形较陡部位。由于潜在破裂面呈锯齿状，这类倾倒很难表现为整体破坏，而是以局部由前部向后部逐次扩展。

因此，这类倾倒可能变形范围较小，由于不含软层，因此，通常表现为“折而立断”，形成明显的根部折断面。由于折断面形态较为复杂，因此，一般不会产生沿面的滑动，而多表现为下部开挖失去“支撑”后的逐级后退式破坏。对开挖边坡来说，这类变形应该有效控制，以防出现折断失稳。

灾害防治原则：避免切脚开挖。边坡开挖过程中，应及时采用长锚杆支护或作预置锚杆。

(二)模式2：延性弯曲型-深部倾倒

通常发生在软-中等偏软、或软弱片岩带发育的坡体部位。变形的本质主要是岩层在长期的地质历史过程中所发生的蠕变或流变变形。

一般地说，这类倾倒可能变形范围较大，以软弱层状岩体(片岩、泥质板岩、碳质板岩等)为主。但由于边坡具有延性弯曲的特点，因此，通常“折而不断”；另外，这类变形通常是是在地质历史时期形成的，整体上属于一种稳定的变形破裂结构。

灾害防治原则：主要进行边坡浅部防护，可在表层清坡后，采用锚杆挂网喷护。

(三)模式3：压缩-倾倒-错动型

这类变形通常是具有软弱基座的反倾层状岩体边坡发育一组与坡面平行、倾向坡外的结构面。压缩-倾倒变形发生后，边坡倾倒的同时，带动坡体内顺坡结构面产生错动，形成一种特殊的复合变形结构。

由于这组变形结构的非贯通性，因此，通常在开挖结束后，变形也就随之很快减缓或停止了；除非其连通率较高，否则，这种变形不会导致大规模的高边坡整体失稳和滑坡的发生。

灾害防治原则：通常不会产生整体滑动，但倾倒会引起上部坡体拉裂松弛，应加强上部支护和变形监测。

四、高应力-强卸荷应力释放型

(一)模式1：锦屏型

由反倾岩体构成的高陡边坡在上覆岩层的挤压作用下，由于特定的地质结构，地应力释放导致坚硬岩层向临空方向挤出，导致边坡深部拉裂、错动。往往形成潜在不稳定的边坡结构：天然情况稳定，但在外部因素作用下可导致边坡失稳，工程适宜性差。

灾害防治原则：避免对坡脚部位的扰动和切脚开挖。加强对上部坡体的支护，加强坡体的排水。

(二)模式2：向家坝型

由近水平岩层构成的高边坡。高水平应力在卸荷条件下释放，驱动边坡岩体向坡外挤出，形成深部裂缝。边坡变形将会随应力释放而逐渐稳定。边坡开挖过程中会有较大的变形，并形成深部裂缝，但最终应力松弛完成后，是一种稳定变形结构。应当加强表面和内部位移监测。

五、结论

边坡变形的发生机理是一个复杂的地质-力学过程，或者说是一个时效过程，这个过程的发生是以滑动面的贯穿过程为主体的，滑动面的形成及贯穿往往具有累进性破坏的特征。研究表明，西部地区的大型岩质滑坡的发生一般都伴随有滑动面上“锁固段”的突发脆性破坏。“锁固段”在岩质边坡的变形控制和稳定性机理中具有重要的地位，也是边坡地质灾害评价与控制的关键。