1、滑坡如何形成的?
滑坡上的岩石山体由于种种原因在重力作用下沿一定的软弱面(或软弱带)整体地向下滑动的现象叫滑坡。俗称“走山”、“跨山”、“土溜”等。zd
滑坡的条件:斜坡岩、土只有被各种构造面切割分离成连续状态时,才可能具备向下滑动的条件。回
滑坡的活动强度:主要与滑坡的规模、滑坡速度、滑坡距离及其蓄积的位能和产生的动能有关答。
滑坡的活动时间:主要与诱发滑坡的各种外界因素有关。如地震、降雨、冻融、海啸、风暴潮及人类活动等。
2、滑坡形成的原因和后果是什么?
产生滑坡的条件: 一是地质条件与地貌条件;二是内外营力(动力)和人为作用的影响。第一个条件与以下几个方面有关:
(1)岩土类型:岩土体是产生滑坡的物质基础。一般说,各类岩、土都有可能构成滑坡体,其中结构松散,抗剪强度和抗风化能力较低,在水的作用下其性质能发生变化的岩、土,如松散覆盖层、黄土、红粘土、页岩、泥岩、煤系地层、凝灰岩、片岩、板岩、千枚岩等及软硬相间的岩层所构成的斜坡易发生滑坡。
(2)地质构造条件:组成斜坡的岩、土体只有被各种构造面切割分离成不连续状态时,才有可能向下滑动的条件。同时、构造面又为降雨等水流进入斜坡提供了通道。故各种节理、裂隙、层面、断层发育的斜坡、特别是当平行和垂直斜坡的陡倾角构造面及顺坡缓倾的构造面发育时,最易发生滑坡。
(3)地形地貌条件:只有处于一定的地貌部位,具备一定坡度的斜坡,才可能发生滑坡。一般江、河、湖(水库)、海、沟的斜坡,前缘开阔的山坡、铁路、公路和工程建筑物的边坡等都是易发生滑坡的地貌部位。坡度大于10度,小于45度,下陡中缓上陡、上部成环状的坡形是产生滑坡的有利地形。
(4)水文地质条件:地下水活动,在滑坡形成中起着主要作用。它的作用主要表现在:软化岩、土,降低岩、土体的强度,产生动水压力和孔隙水压力,潜蚀岩、土,增大岩、土容重,对透水岩层产生浮托力等。尤其是对滑面(带)的软化作用和降低强度的作用最突出。
就第二个条件而言,在现今地壳运动的地区和人类工程活动的频繁地区是滑坡多发区,外界因素和作用,可以使产生滑坡的基本条件发生变化,从而诱发滑坡。主要的诱发因素有:地震、降雨和融雪、地表水的冲刷、浸泡、河流等地表水体对斜坡坡脚的不断冲刷;不合理的人类工程活动,如开挖坡脚、坡体上部堆载、爆破、水库蓄(泄)水、矿山开采等都可诱发滑坡,还有如海啸、风暴潮、冻融等作用也可诱发滑坡。
滑坡的人为因素:
违反自然规律、破坏斜坡稳定条件的人类活动都会诱发滑坡。例如:
(1)开挖坡脚:修建铁路、公路、依山建房、建厂等工程,常常因使坡体下部失去支撑而发生下滑。例如我国西南、西北的一些铁路、公路、因修建时大力爆破、强行开挖,事后陆陆续续地在边坡上发生了滑坡,给道路施工、运营带来危害。
(2)蓄水、排水:水渠和水池的漫溢和渗漏,工业生产用水和废水的排放、农业灌溉等,均易使水流渗入坡体,加大孔隙水压力,软化岩、土体,增大坡体容重,从而促使或诱发滑坡的发生。水库的水位上下急剧变动,加大了坡体的动水压力,也可使斜坡和岸坡诱发滑坡发生。支撑不了过大的重量,失去平衡而沿软弱面下滑。尤其是厂矿废渣的不合理堆弃,常常触发滑坡的发生。
此外、劈山开矿的爆破作用,可使斜坡的岩、土体受振动而破碎产生滑坡;在山坡上乱砍滥伐,使坡体失去保护,便有利于雨水等水体的入渗从而诱发滑坡等等。如果上述的人类作用与不利的自然作用互相结合,则就更容易促进滑坡的发生。
随着经济的发展,人类越来越多的工程活动破坏了自然坡体,因而近年来滑坡的发生越来越频繁,并有愈演愈烈的趋势。应加以重视。
滑坡的危害:山体滑坡不仅造成一定范围内的人员伤亡、财产损失,还会对附近道路交通造成严重威胁。 2007年6月17日,房县榔口乡珠藏洞村二组发生一起大型山体滑坡事件。目前滑坡已导致15家农户房屋出现明显裂缝,其中特危房屋8户,涉及农户70余人。 2007年 8月12日,房县青峰镇镇青河村、阳坪村、深屿沟村3个行政村连续发生重大山体滑坡事件,其中,深屿沟村塔石板沟的滑坡体面积约40万平方米,青河村何家坡体面积约60万平方米,阳坪村换香扒滑坡体面积约455万平方米,受山体滑坡的影响目前已有133户,501人,422间房屋不同程度受损,其中,63户,244人,223间房屋倒毁,不能居住,造成直接经济损失近1000多万元。
3、滑坡形成的地球物理研究方法
评价滑坡的危险性要求解决的问题涉及斜坡构造、成分、状态、性质、各个岩层的产状、厚度、地下水含量及动态。此外,还与该地区的气候、水文地质情况、人类活动及滑坡发展历史等资料有关。上述问题的解决都是研究斜坡稳定性的基础工作。
12.1.2.1 用电阻率法确定可能出现滑坡的地质体
影响滑坡产生的地质环境主要是由基岩及其上覆岩层的产状、状态及其性质决定的。
可能出现滑坡的地质体与其导电性变化特征关系密切。
a.斜坡范围内按地质工程指标出现滑坡危险的地质体,主要是高塑性系数的粘土质岩,这类岩石的电阻率不大于几十欧·米。可用电剖面法详细填图,圈定这类岩石的范围。然后,用电测深法来确定(被划分出来的)塑性岩石的顶、底板位置,进而估算挤压滑坡产生的可能性。一般情况下,挤压粘土层厚度(h)与斜坡高度(H)之比,h/H>0.15~0.20的条件下容易发生滑坡。也可直接取决于粘土低阻层的纵向电导S=h/ρ,随着塑性层之电阻率(ρ)降低,纵向电导(S)增大;随着层厚(h)增大,纵向电导(S)也增大,这样,可以从粘土层纵向电导(S)图中获得挤压层的有用信息,可用这一参数来划分有滑坡危险的斜坡(见图12.1.1)。
b.斜坡沉积层滑坡活动程度取决于活动层粗大碎屑和细小碎屑等级的比例。例如,在克里米亚河南岸滑坡上有明显的反映:在250~350 m的标高上的坡积碎屑层电阻率大约为220 Ω·m,在100 m标高处同一成因的岩石段,电阻率降低到80~100 Ω·m,这是由于粗大颗粒等级相对作用减少所致。这种类型的粘土沉积易发生滑坡的危险。
图12.1.1 根据总纵向电导值划分粘土受挤压地段
c.古侵蚀面及其特征研究。滑坡形成是一个历史过程,在其发展的各个阶段,主要取决于各种导致斜坡稳定性破坏的天然因素,以前形成的古滑坡侵蚀面就是其中之一。从古滑坡有可能“复活”的观点来看,古侵蚀面是有潜在危险的。古侵蚀面位置的确定及其特征的研究是传统地球物理方法的任务之一,可用电法和地震确定淤积层和海蚀阶地的厚度。
12.1.2.2 用地球物理方法研究可能形成滑坡的水文地质环境
地下水的埋深及其运动特征对所有类型的滑坡都有较大影响,在此指的是土壤水、层间水及尖灭于斜坡的裂隙水。
地球物理勘探的任务是研究滑坡形成的重要因素——地下水的作用,即确定地下水的埋深、产状和划分稳定的、不稳定的隔水层以及评价地下水流量。
a.地下水的活动是产生滑坡的诱发因素。有时坡度虽小,但土质疏松或岩石是硬度较小的页岩或泥岩,特别是坡面与岩层面平行时,也容易产生滑坡。当降水渗入土层或岩层时,在浮土与基岩界面或岩石中间的界面上,往往形成一种易于滑动的泥化层,日积月累,特别在大雨后就易形成滑坡。
构造条件和地层岩性控制着地下水运动和相互补给的途径,如断裂带、裂缝带的透水性和导水作用都较好。滑坡区内由于滑坡体物质与基岩顶面存在着明显的透水性条件,因而大量地下水可沿着基岩顶面活动,尤其是基岩顶面的沟槽适宜于地下水的汇集。
由此可见,地形、地层岩性和地质构造是滑坡形成的前提条件,地下水活动是其诱发因素。利用地球物理勘查方法可以了解地下水的分布、作用,对预测滑坡以及采取防滑措施有着重要意义。
b.应用地球物理勘查方法研究可能产生滑坡的水环境:可用来确定和监测地下水位及其随时间的变化。一般可采用传统的方法,如电测深法、地震折射法、甚低频法、自然电场法和核磁共振方法等。
在一些滑坡地质断面上,由于粘土层的存在限制了用电法探测地下水的深度,因此,往往使用地震折射法。饱水与非饱水岩石的纵波波速之比往往与岩性、孔隙度有关,其比值通常大于1.4。通过周期性地震测量,可以了解最大和最小降雨量期间的水位变化,将不同时间绘制的地下水位等值线图进行对比,可以评价地下水位变化的动力学特征。
铁道部科学研究院西北研究所用甚低频电磁法查明了宝成铁路K410滑坡的地下水分布。宝成线K410滑坡是一个规模较大的堆积层老滑坡体(长约500 m,宽约200 m)。铁路在滑体前部通过,自1955年通车后,老滑体前部始终处于不稳定状态,曾发生过较大的滑动,造成铁路中断。在滑坡区周围发育有断层破碎带和线性构造。据地质推断,断层破碎带在山体中构成富水带,线性构造切割山体使地下水以此为通道实现对滑坡区的补给。此外,地下水沿基岩层面运移,亦对滑坡区地下水构成另一渗透补给的途径。用甚低频法作了倾角法测量和波阻抗法测量,由此得出了倾角滤波值异常图和视电阻率异常图。二者的异常带基本吻合,大致反映了地下水的分布范围。经钻孔验证,位于异常带范围内的钻孔有承压水涌出,而异常带范围之外未见承压水,调查结果为查清滑坡区水文地质条件及排水工程设计等提供了依据。滑坡的发生与降雨或地表水的渗透有关,因此渗透性高的地层容易产生滑坡。在这些地方有可能形成自电异常,其幅值可达几十毫伏。季节性过干、过湿的地区也容易产生滑坡,这种地段的范围可通过电阻率法和自然电位法来确定,主要表现在这些数值的变化。在若干年内,如果自电正异常区不断扩大,则说明岩石变松的范围扩大,有可能产生滑坡。但应当指出,自然电位的分布不仅受水文因素的影响,也受岩性特征的影响(例如粘土含量高会引起正异常),因此,为了可靠地解释自然电位资料,必须综合考虑地质和电阻率测量的资料。
4、按滑坡形成机制划分
孙广忠等人(1988)从滑坡形成机制的角度对我国的滑坡进行了详细分类,归纳为9种类型,即楔形体滑坡、圆弧面滑坡、顺层面滑动的滑坡、复合型滑坡、堆积层滑坡、崩坍碎屑流滑坡、岸坡或斜坡知开裂变形体、倾倒变形边坡和溃屈破坏边坡。其中岸坡或斜坡开裂变形体属潜在危岩体,尚未形成滑坡;倾倒变形边坡和溃屈破坏边坡更接近于崩塌。
1)楔形体滑坡的主要特道点是滑动面及切割面均为较大的断层或软弱结构面,常出现于人工开挖的边坡,规模一般比较小。
2)圆弧面滑坡常见于具有半胶结特性的土质滑坡中,规模一般较大,其发育演化过程表现为坡脚蠕动变形、滑坡后缘张裂扩张、滑坡中部滑床剪断贯通3个阶段。
3)顺层面滑动的滑坡可进一步分为沿单一层面滑动的滑坡及坐落式平推滑移型滑坡两类。
4)复合形态回滑面的滑坡多为深层滑坡,上部第四系松散堆积层形成近似圆弧形滑面,下部基岩则多沿软弱结构面发育,构成复合形态的滑动答面。
5)堆积层滑坡常发生在第四系松散堆积层中以及人类堆积的矿山废弃物中。
6)崩坍碎屑流滑坡一般具有较高的滑动速度,多发生在两岸斜坡较陡的峡谷地区,高速运动的滑坡体在抵达对岸受阻后反冲回弹而顺峡谷向下游“流动”,形成碎屑流堆积体。
5、滑坡形成的内部条件是什么?
产生滑坡的内部条件与组成边坡的岩土的性质、结构、构造和产状等有关。不同的岩土,它们的抗剪强度、抗风化和抗水侵蚀的能力都不相同,如坚硬致密的硬质岩石,它们的抗剪强度较大,抗风化的能力也较高,在水的作用下岩性也基本没有变化,因此,由它们所组成的边坡往往不容易发生滑坡。反之,如页岩、片岩以及一般的土则恰好相反,因此,由它们所组成的边坡就比较容易发生滑坡。从岩土的结构、构造来说,主要的是岩(土)层层面、断层面、裂隙等的倾向对滑坡的发育有很大的关系。同时,这些部位又易于风化,抗剪强度也低。当它们的倾向与边坡坡面的倾向一致时,就容易发生顺层滑坡以及在堆积层内沿着基岩面滑动;否则反之。边坡的断面尺寸对边坡的稳定性也有很大的关系,边坡越陡,其稳定性就越差,越容易发生滑动。如果坡高和边坡的水平长度都相同,但一个是放坡到顶,而另一个却是在边坡中部设置一个平台,由于平台对边坡的反压作用,就增加了边坡的稳定性。此外,滑坡若要向前滑动,其前沿就必须要有一定的空间,否则滑坡就无法向前滑动。山区河流的冲刷、河谷的深切以及不合理地大量切坡都能形成高陡的临空面,而为滑坡的发育提供良好的条件。总之,当边坡的岩性、构造和产状等有利于边坡的发育,并在一定的外部条件下引起边坡的岩性、构造和产状等发生变化时,就能发生滑坡。
6、滑坡的成因机制
1.滑坡的力学原理
由于坡地的岩性、构造不同,滑动面的性质也不同,但绝大多数滑动面近似圆弧面。滑坡体的运动是沿圆弧面转动,因此可以用力矩平衡理论来分析(图4-4)。
图4-4 滑坡力学图
设滑坡体以O为圆心,以R为半径,沿AB面向下滑动。从O点向下作垂线OO'将滑坡体分为左右两部分。左侧部分的重心为O2,重力为P2,滑动力矩为P2·a。右侧重心为O1,重力为P1,抗滑力矩为P1·b;f为AB面上的平均抗滑阻力,所产生的抗滑力矩为f·AB·R。滑坡体的极限平衡状态方程式为
地质灾害调查与评价
当P2·a>P1·b+f·AB·R时,滑坡体开始滑动,由于下滑过程中P2和a逐渐减小,P1和b逐渐增大,达到新的平衡时停止滑动。若滑坡体借惯性滑得很远,会产生P2·a<P1·b+f·AB·R的情况,此时滑坡体稳定,不再滑动。
2.滑动面(带)与斜坡稳定性的关系
滑动面(带)是滑坡形成演化的关键要素。滑动面(带)的埋深在很大程度上决定了滑坡体的规模,其形状直接控制着滑坡体的稳定状态,是滑坡研究、勘测、稳定性分析、灾害预测预报以及工程处理的重要对象或依据。
典型的滑坡滑动面由陡倾的拉张段(后段)、缓倾的滑移段(中段)和平缓以至反翘的阻滑段(前段)三部分组成,在剖面上状似船底形。受各种因素的影响,滑动面的总体真实形态可表现为直线形、折线形、圈椅形、阶梯形等形状。
直线形滑动面主要形成于具有单一结构面的坡体中,即多形成于层状岩体(包括层状火山岩)内或堆积层下伏基岩面和堆积层内的沉积间断面上。其特点是地层倾角小于坡面倾角,前缘在坡脚附近及以上位置剪出,后缘与上方斜坡面相交,呈一倾斜的平面。直线形滑动面不存在前缘反翘抗滑段,故稳定性差、危害大。
折线或阶梯形滑面多发生在滑动面坡角大于岩层倾角的斜坡地带,滑动面由节理或层理等软弱结构面组成,在纵剖面上呈阶梯状折线。
圈椅形滑动面的中部顺层段一般不发育,前缘段的长短取决于滑坡规模和所处岩层结构面的发育程度,对滑坡的稳定起着重要作用。
船底形滑动面滑坡多发育在土质边坡,其后缘较陡,倾角大多在60°以上。在蠕变阶段,滑坡后缘首先出现弧状拉张裂隙,是滑坡预报的重要依据。中部滑面一般比较平缓,倾角多小于20°,但长度占整个滑动面的一半以上,是滑坡的主滑段。前缘平缓甚至反倾,形成抗滑段。当主滑体滑至滑动面前缘时,大多数滑坡已趋于稳定。
3.滑坡的发育阶段
滑坡的发育是一个缓慢而长期的变化过程。通常将滑坡的发育过程划分为3个阶段,即滑前变形阶段、滑动破坏阶段、滑后压密稳定阶段。研究滑坡发育过程对于认识滑坡和正确地选择防治措施都有重要的意义。
(1)滑前变形阶段
可细分为蠕动变形阶段、等速变形阶段、加速变形阶段和临滑阶段。
蠕动变形阶段后缘产生断续的不规则的拉裂缝,但无明显的错落、下沉;两侧、中部和前缘无明显的变形形迹。
等速变形阶段各弧形拉张裂缝端部可能互相交错,开始出现错落下沉;两侧出现间断的羽状裂缝,滑坡体局部出现隆起、沉陷。
加速变形阶段不连续剪切滑移面迅速扩展,剪断剪切滑移面间的岩土“固锁段”,逐渐形成贯通性剪切滑移面。后缘弧形拉张裂缝趋于连接,加大加深,滑坡体错落下沉;两侧羽状裂缝加强,出现顺两侧壁方向的剪张裂缝,并与后缘弧形裂缝趋于连通,呈现整体滑移边界;前缘出现轻微鼓胀。
临滑阶段后缘弧形拉张裂缝贯通,形成弧形拉裂圈,并与两侧剪张裂缝连接,呈现整体滑移边界,滑体出现明显错落下沉,后缘壁明显;前缘鼓胀,并出现鼓胀裂缝或放射状裂缝;前端滑床挤压褶皱,并有挤压裂缝,或岩层倾角变陡,或挤压破碎等现象。
从蠕动变形阶段→等速变形阶段→加速变形阶段→临滑阶段,经历的时间有长有短,长者可达数年之久,短者仅数月或几天时间。
(2)滑动破坏阶段
滑动破坏阶段是指滑动面贯通后,滑坡开始作整体向下滑动的阶段。此时滑坡后缘迅速下陷,滑坡壁明显出露;有时滑体分裂成数块,并在坡面上形成阶梯状地形。滑坡体上的树林倾斜形成“醉汉林”,水管、渠道等被剪断,各种建筑物严重变形以致倒塌。随着滑坡体向前滑动,滑坡体向前伸出形成滑坡舌,并使前方的道路、建筑物遭受破坏或被掩埋。发育在河谷岸坡的滑坡,或者堵塞河流,或者迫使河流弯曲转向。
(3)滑后压密稳定阶段
滑坡体在滑动过程中具有一定的动能,可以滑到很远的地方。但在滑动面摩擦阻力的作用下,滑坡体最终要停止下来。滑动停止后,除形成特殊的滑坡地形外,滑坡岩土体结构和水文地质条件等都发生了一系列变化。
在重力作用下,滑坡体上的松散岩土体逐渐压密,地表裂缝被充填,滑动面(带)附近的岩土强度由于压密,固结程度提高,整个滑坡的稳定性也有所提高。当滑坡坡面变缓、滑坡前缘无渗水、滑坡表面植被重新生长的时候,说明滑坡已基本稳定。滑坡的压密稳定阶段可能持续几年甚至更长的时间。
实际上,滑坡的滑动过程是非常复杂的,并不完全遵循上述三个发展阶段。如黄土或粘性土滑坡一般没有蠕动变形阶段,在强大震动力的作用下可突然发生滑坡灾害。