2018岩土工程师基础考试辅导讲义：边坡岩体的变形和破坏

　　边坡岩体的变形和破坏

　　边坡形成后，由于坡体的主应力分异，使岩体原始平衡状态遭到破坏。在这种新的应力条件下，坡体将发生局部的或整体性的变形和破坏，以达到新的平衡。

　　从边坡形成时起，边坡即处在不断的变化过程中、通过变形发展为破坏。其中稳定是相对的、暂时的，仅是在一定的条件下(地质环境中)存在着。

　　边坡变形破坏的发展历史可以是漫长的(如自然斜坡和发展演化过程)，或是短暂的(如人工边坡的形成)，其发生条件和影响因素却常常相当复杂。

　　尽管如此，斜坡变形与破坏却始终决定于坡体本身所具有的应力特征和坡体抵抗变形破坏的能力，这两方面的相互关系和发展变化，是斜坡发展演变的内在矛盾。而坡体中由于应力分异所出现的应力集中带，又有较低抵抗变形能力的软弱面，当其在空间构成不利于稳定的组合时，则是以上矛盾发展变化的焦点。此处常常发展成为坡体中变形与破坏的控制面，它是工作中研究的重点部位。

　　岩质斜坡的变形与破坏可分作变形和破坏两种形式。前者属于变形的范围，从坡体中未出现贯通性的破坏面为特点;而后者在坡体中已形成贯通性的破坏面，且以一定加速度发展位移。

　　【例题13】在边坡工程中，下列哪些是实际工作中研究的重点对象()。

　　A.坡形

　　B.原始应力状态

　　C.岩体的变形特征

　　D.岩体的结构特征

　　答案:D

　　(一)边坡岩体的变形

　　变形与破坏之间是一个发展过程，其间存在着量、质转化的关系。近年来岩体破坏机制及蠕变理论的研究，已经充分揭示了它们之间存在的客观规律，为斜坡岩体稳定研究奠定了理论基础。因此，必须研究岩体变形破坏的整个过程，并且重视这一演变过程中变形形式的研究。这对于定性地揭示坡体应力与结构强度的矛盾关系，鉴定现有条件下坡体的稳定情况，预测斜坡岩体破坏的可能性，是有重要意义的。斜坡岩体的变形可以划分为松弛张裂和蠕动。

　　【例题14】斜坡岩体的变形可划分为()。

　　A. 松弛张裂和蠕动

　　B. 松弛张裂和松动

　　C. 蠕变和蠕动

　　D.松动和破坏

　　答案:A

　　1. 松弛张裂

　　在斜坡形成的初始阶段，往往在坡体中出现一系列与坡面近于平行的陡倾张开裂隙，使斜坡岩体向临空方向张开。这种过程和现象称为松弛张裂(也称松动)。

　　存在于坡体的这种张裂隙可以是应力重新分布产生的，也可以是沿原有的陡倾裂隙发育而成。外形略呈弧形弯曲，仅有张开而无明显相对滑移，张开度及分布密度由坡面向深处逐渐减弱。理论实践证明。仅有松弛张裂变形形式的坡体，其应力应变关系处于稳定破裂阶段或者减速蠕变阶段。由此，在保证坡体应力不会增加且结构强度不下降的条件下，其变形不会继续发展，坡体稳定不会发生变化。松弛张裂主要有下列几种情况。

　　(1)回弹裂隙

　　在斜坡形成后，由于侧向应力削弱，岩体向临空方向回弹，这种现象犹如木桶因松箍而掀缝一样，使原来被压紧的裂缝张开(图17-1-6)。很明显，因这种原因张开的裂隙的特点是愈近顶面，张开程度愈大，向深处或向坡里张开程度逐渐减小。

　　(2)坡面、坡顶张力带裂隙

　　较陡斜坡的坡面、坡顶张力带中，抗拉强度弱的岩体(如半岩质块体，表层风化岩体)以及具有与斜坡走向近于平行的陡立软弱面的坡体，在坡面、坡顶张应力作用下形成张开裂隙。这种裂隙主要分布在陡坡的前缘，不会深入到坡体内部(图17-1-3)。

　　(3)坡脚应力集中带的张裂隙

　　在坡脚应力集中带当应力超过此处岩体或与坡面平行时，则产生与坡面近于平行的张裂隙。其分布从坡面向坡体内和向下方向逐渐稀疏、削弱。当坡体中有缓倾角软弱面时，在平行于坡面的最大主应力(σ1)作用下产生平行坡面的剪应力，将使被分割的岩体沿软弱面向外滑移，而张裂隙向上逐渐尖灭或分支。

　　上述分析表明，卸荷裂隙的形成机制有可能是多种多样的。生产实践中，把发育这种岸边裂隙的坡体称之为斜坡卸荷带(可称之为松动带)，其深度通常用坡面与卸荷带内侧界线之水平间距来表示。

　　斜坡的松弛张裂，一方面使岩体强度降低，另一方面使各种外营力更易深入坡体，增加了坡体内各种营力的活跃程度，它是斜坡变形破坏的初始阶段。所以在边坡稳定性分析中划分卸荷带，确定卸荷带的范围和卸荷带中的坡体特征，对于评价斜坡岩体的稳定性具有重要意义。

　　2.蠕动

　　经松动后，斜坡岩体在重力作用下向临空方向较长期的缓慢变形称之为斜坡岩体的蠕动。研究表明，蠕动的形成机制为岩石的粒间滑动(塑性变形)或岩石裂纹微错，或由一系列裂隙扩展所致。它是在应力长期作用下，岩石内部的一种缓慢的调整性变形，实际上是岩石趋于破坏的一个演变过程。坡体中由自重应力引起的剪应力与岩体长期抗剪强度相比很低时，它只能使坡体减速蠕动;只有坡体应力值接近或超过岩体的长期抗剪强度时，坡体才能进入加速蠕动。因此可以认为，坡体导致最终破坏总要经过一定过程，或非常短暂，或经过一个相当长的时间。

　　按照岩体蠕动的特征，它大致可以分为两种基本类型：表层蠕动和深层蠕动。

　　(1)表层蠕动

　　斜坡上部的岩体在重力的长期作用下，发生向临空方向的缓慢变形，构成一个剪变带，其位移由坡面向内逐渐降低直至消失，这便是表层蠕动。松散岩体及土质斜坡中，这类蠕动甚为明显，表现为当坡体剪应力足够产生滑动面之前，在剪变带内会缓慢发生塑性变形，见图17-1-6。

　　岩质斜坡中的表层蠕动，常称为岩层未端挠曲现象，系指陡立层状结构面较发育的斜坡岩体(页岩、片岩、灰岩等层状岩石或陡倾节理发育的花岗岩)，在重力长期作用下，沿软弱面错动和局部破裂而成的挠曲现象，多发生于上述岩石和岩体所组成的斜坡上。当软弱面愈密集，倾角愈陡且走向近于平行于坡面时发育尤甚。坡体表面蠕动使松动裂隙张开向纵深发展。由于挠曲使坡角应力集中加大，有时影响深度竟达数十米。

　　在重力作用下，由于坡面蠕动所产生的挠曲与构造挠曲之区别在于：前者常沿软弱面两侧拉开，并出现张裂，层面两侧相对滑动方向为斜坡上侧向下，而下侧向上滑动，其挠曲分布局限一定深度;而构造挠曲不具备以上性质。正确区分这两种不同成因挠曲的重要意义在于，经过重力长期作用形成的蠕动坡体仅具有较低的稳定性，常常要采取开挖或昂贵的工程处理措施，应该引起重视。

　　(2)深层蠕动

　　深层蠕动主要发育在斜坡下部或坡体内部。按照其形成机制的特点可分为软弱基座蠕动和坡体蠕动两类。

　　1)软弱基座蠕动

　　坡体基座产状较缓并且具有一定的相对软弱岩层，在坡体上覆岩层重力作用下，致使基座部分向临空方向蠕动，并引起上覆坡体变形与解体，是软弱基座蠕动的特征。当软弱基座塑性较大时，坡脚主要表现为向临空方向的蠕动和挤出，见图17-1-7;而当软弱基座具有一定脆性时，则可能通过密集的张性破裂使软弱层错位变形，见图17-1-8。这两种变形方式都是由坡面逐渐向深处发展的。

　　由于软弱基座的蠕动变形，将引起上覆坡体发生变形或解体。当上覆岩体具有一定柔性时，软弱层会出现“揉曲”，脆性层中会出现张性裂隙;当上覆岩体整体呈脆性时，则可因软弱基座蠕动而产生不均匀沉陷，使上覆岩体破裂解体。

　　2)坡体蠕动

　　坡体沿缓倾角的软弱结构面，向临空方向缓慢移动的现象，称为坡体蠕动。这种现象在卸荷裂隙较发育的具有缓倾角软弱面的坡体中比较普遍，通常是在蠕滑型裂隙基础上发育而成，见图17-1-9。

　　形成坡体蠕动的基本条件是坡体具有缓倾角软弱结构面并发育有其他陡倾裂隙。缓倾角软弱面(如夹泥)，抗滑性能差，便易在坡体重力作用下产生缓慢的移动变形，这样坡体便发生微量转动，使转折处首先遭到破坏，实际上，转折处也正是应力集中处。图17-1-9充分反映了在蠕动转折处的破坏过程，首先出现的张性羽裂将转折端切断(切角滑移阶段);然后继续遭到破坏，形成次一级剪切面，并伴随有架空现象(次一级剪面开始形成阶段);再进一步发展，则形成连续滑面(滑面形成阶段)，一旦滑面上的下滑力超过抗滑力，即导致坡体破坏。