環(huán)境地質(zhì)學(xué)崩塌

崩塌2004年8月重慶金佛山山體崩塌

崩塌案例崩塌案例2007年11月20日，宜萬鐵路湖北省恩施州巴東縣，木龍河段高陽寨隧道進(jìn)口處，發(fā)生巖崩，崩塌體堆積物方量約3000立方米，巨石將318國(guó)道掩埋約50米長(zhǎng)的路段，造成隧道進(jìn)口處鐵架上施工的4名民工死亡，更為嚴(yán)重的是一輛從上海返回利川途經(jīng)此處滿載乘客的客車也被崩塌體砸毀并掩埋。此次災(zāi)害共造成31人死亡，1人失蹤，1人受傷崩塌案例崩塌案例湖北鹽池河崩塌崩塌案例湖北鹽池河崩塌：1980年6月3日、湖北省遠(yuǎn)安縣鹽池河磷礦突然發(fā)生了一場(chǎng)巨大的巖石崩塌。山崩時(shí)，標(biāo)高830米的鷹嘴崖部分山體從700米標(biāo)高處俯沖到500米標(biāo)高的谷地，在山谷中形成南北長(zhǎng)560米、東西寬400米、石塊加泥土厚度20米的堆積體，崩塌堆積的體積共100萬立方米。最大的巖塊有2700噸重。頃刻之間鹽池河上筑起一座高達(dá)38米的堤壩。構(gòu)成一座天然湖泊。亂石塊把磷礦區(qū)的五層大樓掀倒、掩埋，死亡307人.崩塌案例2001年5月1日晚重慶市武隆縣城西高陡邊坡發(fā)生體積1.2萬立方米的崩塌，將一幢9層商住樓摧毀，隨后崩下來的大量土石將倒下的房屋掩埋，造成79人被埋。崩塌案例汶川地震發(fā)生大量崩塌，破壞道路交通。本章主要內(nèi)容1.崩塌的概念2.崩塌的分類3.崩塌的形成條件4.潛在崩塌體穩(wěn)定性分析5.崩塌的防治一.崩塌的概念

崩塌是斜坡上的巖土塊體在長(zhǎng)期重力作用下向坡下彎曲，最終發(fā)生斷裂傾倒的塊體運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象。

廣義的崩塌還包括墜落（掉塊、滾石），墜落是指斜坡上呈懸空狀態(tài)的巖石塊體，長(zhǎng)期在重力作用下發(fā)生彎曲、折斷，以自由落體的方式運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。

一個(gè)典型的崩塌，必須具有母體（巖）、破裂壁、錐形堆積體等基本要素。

崩塌的特征主要特征：

1.下落速度快，發(fā)生突然；

2.崩塌體脫離母巖而運(yùn)動(dòng)；

3.下落過程中崩塌體自身的整體性遭到破壞；

4.崩塌物的垂直位移大于水平位移。

5.崩塌堆積體是上小下大的扇型，結(jié)構(gòu)大小混雜，雜亂無章，但仍能看出崩塌與滑坡的主要區(qū)別崩塌和滑坡有明顯的區(qū)別，雖然他們同屬斜坡重力變形破壞的塊體運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，但在形成、運(yùn)動(dòng)、堆積等方面有許多區(qū)別。崩塌與滑坡的主要區(qū)別滑坡崩塌二.崩塌的分類

⒈根據(jù)崩塌的形成機(jī)理可分為：1）傾倒式形成機(jī)理：河流峽谷區(qū)，在黃土及陡立巖質(zhì)邊坡段，因垂直節(jié)理與穩(wěn)定巖土體分開，呈長(zhǎng)柱形，受長(zhǎng)期沖刷等，在重力及水壓力等作用下形成。二.崩塌的分類

二.崩塌的分類

2）滑移式形成機(jī)理：在陡坡上，不穩(wěn)定巖土體由向坡下傾斜的結(jié)構(gòu)面或軟面，因降雨、地震等觸發(fā)，在重力下先滑后崩。二.崩塌的分類

3）鼓脹式形成機(jī)理：一般為上硬下軟坡體結(jié)構(gòu)，堅(jiān)硬巖體后緣已形成貫通性拉裂縫，在上部硬巖重力作用下，其壓應(yīng)力大于軟巖抗壓強(qiáng)度時(shí)，軟巖將被擠出而發(fā)生向外鼓脹，最終形成崩塌。顯然，下部軟巖能否向外鼓脹，是此類崩塌能否產(chǎn)生的關(guān)鍵。二.崩塌的分類

4）拉裂式形成機(jī)理：上硬下軟坡體結(jié)構(gòu)，因風(fēng)化或河流沖涮，將下部軟巖淘成凹槽，上部硬巖則以懸臂梁形式突出來。在突出巖體上，A點(diǎn)附近承受最大拉應(yīng)力，且AB面剪力彎矩最大，當(dāng)拉應(yīng)力大于巖石抗拉強(qiáng)度時(shí)，拉裂縫會(huì)迅速發(fā)展直至崩塌發(fā)生。崩塌的分類5）錯(cuò)斷式形成機(jī)理：在不發(fā)生傾倒失穩(wěn)的陡傾邊坡巖體，其下部為斷裂部分（鎖固端）在上覆長(zhǎng)柱狀巖體重力作用下，發(fā)生剪切錯(cuò)斷，也即剪切力大于巖石的抗剪強(qiáng)度時(shí)，崩塌隨即發(fā)生。崩塌的分類崩塌還可按體積大小和誘發(fā)因素進(jìn)行細(xì)分。

崩塌的形成條件

斜坡體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（巖體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)）（1）地形地貌（2）地層巖性（3）地質(zhì)構(gòu)造斜坡體系統(tǒng)外部環(huán)境的作用（觸發(fā)因素）（4）降雨條件（5）地震條件（6）風(fēng)化卸荷作用（7）人為因素作用崩塌的形成條件（1）地形地貌據(jù)對(duì)寶成線統(tǒng)計(jì)，約75.4%的崩塌發(fā)生在大于45°的陡坡。崩塌的形成條件（2）地層巖性對(duì)寶成線寶雞～上西壩的100個(gè)崩塌落石工點(diǎn)的巖性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)．一般而言，塊狀的或厚層狀的、堅(jiān)硬的或較堅(jiān)硬的脆性巖石可以構(gòu)成較陡峻的邊坡，且其構(gòu)造節(jié)理較發(fā)育，利于崩塌落石發(fā)生．相反，較軟的巖石如千枚巖和頁巖，崩塌落石較少．崩塌的形成條件（3）地質(zhì)構(gòu)造1）斷裂構(gòu)造的影響幾組斷裂線交匯的峽谷區(qū)，往往形成大型崩塌．

斷層密集分布區(qū)巖層破碎，深路塹區(qū)段崩塌落石頻頻發(fā)生2）褶皺影響褶皺核部（節(jié)理發(fā)育、巖石破裂、地下水豐富）形成潛在崩落體。3）構(gòu)造節(jié)理的影響

沿構(gòu)造節(jié)理發(fā)生的崩塌落石最多．崩塌的形成條件(4）降雨條件

降雨與崩塌的關(guān)系可歸結(jié)為：“大雨大塌、小雨小塌、無雨不塌”的現(xiàn)象。①雨水的滲入可增大裂隙網(wǎng)絡(luò)中的動(dòng)水壓力，提高坡體向臨空面方向的推力；②雨水的浸潤(rùn)使分離面兩側(cè)的巖土軟化，或減小分離面的抗滑阻力；③降雨形成的地表徑流對(duì)巖土體的水力侵蝕，尤其是溝蝕，使分離面的隙縫不斷增大

右圖為1958～2003年寶成線廣元附近崩塌與降雨量的統(tǒng)計(jì)關(guān)系。崩塌的形成條件(5）地震條件地震作用對(duì)巖石產(chǎn)生破壞，使結(jié)構(gòu)面增多。

使巖體開裂，導(dǎo)致原結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度降低。

對(duì)破裂巖體的拋射作用。

據(jù)對(duì)云南昭通地震調(diào)查，地震會(huì)導(dǎo)致崩塌更多集中于坡度大于50°地區(qū)。崩塌的形成條件(6)風(fēng)化卸荷作用

邊坡巖體在各種風(fēng)化卸荷營(yíng)力作用下，其強(qiáng)度和穩(wěn)定性不斷降低，最后導(dǎo)致崩塌等現(xiàn)象的發(fā)生。故在天然狀態(tài)下，崩塌落石一般均發(fā)生在邊坡的淺表部。崩塌的形成條件(7)人為因素作用人為因素主要表現(xiàn)在1）不合理開挖坡腳；2）不合理坡頂部棄碴等；3）不合理爆破工程；4）施工方法不當(dāng)，如不按規(guī)程自上而下開挖，而先挖下部等。四.潛在崩塌體穩(wěn)定性分析方法：1.地質(zhì)歷史分析法2.剛體極限平衡法3.數(shù)值模擬法4.地質(zhì)力學(xué)模擬試驗(yàn)法5.長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)法穩(wěn)定性分析以定性分析為主，定量計(jì)算為輔。且不管是定性還是定量，前提條件是必須充分掌握崩塌危巖區(qū)所在邊坡的結(jié)構(gòu)面發(fā)育狀況。1.地質(zhì)歷史分析法（1）巖體穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)分析法結(jié)構(gòu)面之間、結(jié)構(gòu)面與臨空面之間的組合關(guān)系，判定不穩(wěn)定塊體可能移動(dòng)的方向和破壞方式。結(jié)構(gòu)分析法主要采用圖解分析法。包括摩擦圓法、赤平極射投影法、平面投影法和實(shí)體比例投影法等。1.地質(zhì)歷史分析法（2）工程地質(zhì)類比分析法依據(jù)相似性原則，根據(jù)發(fā)生過的崩滑的地質(zhì)體，分析潛在崩塌體的穩(wěn)定性，其實(shí)質(zhì)是把集成經(jīng)驗(yàn)（理論）應(yīng)用到條件相似的工程。類比的相似性原則：①崩滑體巖體性質(zhì)、主控結(jié)構(gòu)面、巖土體結(jié)構(gòu)、斜坡結(jié)構(gòu)和崩滑體介質(zhì)結(jié)構(gòu)條件等的相似性。②崩滑體賦存條件的相似性。③動(dòng)力因素的相似性。④發(fā)育階段的相似性等。1.地質(zhì)歷史分析法

（3）變形史分析法依據(jù)崩塌發(fā)育規(guī)律中的發(fā)生周期性和階段性特征，追溯潛在崩塌體的變形發(fā)育史，判定其現(xiàn)今所處階段，進(jìn)而分析其穩(wěn)定性。（4）地質(zhì)綜合分析對(duì)潛在崩滑體的形體特征、地質(zhì)構(gòu)成、成災(zāi)條件、成災(zāi)動(dòng)力、成災(zāi)因素、成災(zāi)機(jī)理、變形破壞形式和特征、失穩(wěn)條件和機(jī)制等進(jìn)行全面系統(tǒng)地整理、歸納，進(jìn)而評(píng)價(jià)崩塌體現(xiàn)階段的穩(wěn)定性，并預(yù)測(cè)其發(fā)展趨勢(shì)、評(píng)價(jià)其失穩(wěn)的必要條件、相關(guān)因素、失穩(wěn)的可能性和失穩(wěn)的規(guī)模、方式、方向，預(yù)測(cè)失穩(wěn)的時(shí)間。

2.剛體極限平衡法后緣無陡傾裂隙時(shí)按下式計(jì)算：式中：V——裂隙水壓力(kN／m)；

F——危巖穩(wěn)定性系數(shù)；

c——后緣裂隙粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值(kPa)；當(dāng)裂隙未貫通時(shí)，取貫通段和未貫通段粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值按長(zhǎng)度加權(quán)的加權(quán)平均值；

ψ——后緣裂隙內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值(o)；當(dāng)裂隙未貫通時(shí)，取貫通段和未貫通段內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值按長(zhǎng)度加權(quán)的加權(quán)平均值；

α——滑面傾角(o)；

W——危巖體自重(kN／m)；2.剛體極限平衡法傾倒式危巖穩(wěn)定性計(jì)算由后緣巖體抗拉強(qiáng)度控制時(shí)，按下式計(jì)算:

(危巖體重心在傾覆點(diǎn)之外時(shí))(危巖體重心在傾覆點(diǎn)之內(nèi)時(shí))式中：

flk——危巖體抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(kPa)；

α——危巖體與基座接觸面傾角(o)；

β——后緣裂隙傾角(o)。2.剛體極限平衡法傾倒式危巖穩(wěn)定性計(jì)算由底部巖體抗拉強(qiáng)度控制時(shí)，按下式計(jì)算:式中：

flk——危巖體抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(kPa)；

β——后緣裂隙傾角(o)。3.數(shù)值模擬法(1)DDA（非連續(xù)變形分析法）(2)DEM（離散元分析法）(3)FLAC（快速拉格朗日有限差分法）4.地質(zhì)力學(xué)模擬試驗(yàn)法模擬試驗(yàn)是以實(shí)驗(yàn)室的有限空間和時(shí)間對(duì)規(guī)模巨大的、歷時(shí)長(zhǎng)久的自然現(xiàn)象和作用進(jìn)行規(guī)律性探索，遵守量綱原則和相似原則。在崩滑災(zāi)害穩(wěn)定性研究中，常用的試驗(yàn)主要是地質(zhì)力學(xué)模擬試驗(yàn)（自重力場(chǎng)邊坡結(jié)構(gòu)模擬試驗(yàn)、離心力模擬試驗(yàn)、底面摩擦模擬試驗(yàn)）等。五.崩塌的防治基本原則：在整治過程中必須遵循標(biāo)本兼治、分清主次綜合治理、生物措施與工程措施相結(jié)合、治理危巖與保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境相結(jié)合的原則。通過治理最大限度降低危巖失穩(wěn)的誘發(fā)因素，達(dá)到治標(biāo)又治本的目的。（一）繞避（二）加固措施（三）修筑遮擋建筑物（四）清除危巖（五）做好排水工程五.崩塌的防治（一）繞避對(duì)大規(guī)模崩塌主要以繞避為主①以跨河橋的方式，改線到對(duì)岸②以山內(nèi)隧道形式將線路內(nèi)移﹙但要避開隧道口崩塌﹚五.崩塌的防治（二）加固措施1.支撐：

支撐是指對(duì)懸于上方、以拉斷墜落的懸臂狀或拱橋狀等危巖采用墩、柱、墻或其組合形式支撐加固，以達(dá)到治理危巖的目的。五.崩塌的防治2.錨固:板狀、柱狀和倒錐狀危巖體極易發(fā)生崩塌錯(cuò)落，利用預(yù)應(yīng)力錨桿或錨索可對(duì)其進(jìn)行加固處理，防止崩塌的發(fā)生。五.崩塌的防治3.灌漿：危巖體中破裂面較多、巖體比較破碎時(shí)，為了增強(qiáng)危巖體的整體性，宜進(jìn)行有壓灌漿處理。灌漿孔宜陡傾，傾角中不大于45°并在裂縫前后一定寬度內(nèi)按照梅花樁型布設(shè)。灌漿孔應(yīng)盡可能穿越較多的掩體裂隙面尤其是主控結(jié)構(gòu)面；灌漿材料應(yīng)該具有一定的流動(dòng)性，錨固力要大。五.崩塌的防治4.嵌補(bǔ)五.崩塌的防治（三）修筑遮擋建筑物對(duì)中、小型崩塌可修筑遮擋建筑物或攔截建筑物。攔截建筑物有落石平臺(tái)、落石槽、攔石堤或攔石墻等，遮擋建筑物形式有明洞、棚洞等五.崩塌的防治五.崩塌的防治五.崩塌的防治五.崩塌的防治五.崩塌的防治（四）清除危巖若山坡上部可能的崩塌物數(shù)量不大，而且母巖的破壞不甚嚴(yán)重，則以全部清除為宜。并在清除后，對(duì)母巖進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)加固。五.崩塌的防治（五）做好排水工程地表水和地下水均為崩塌落石產(chǎn)生的誘因，在可能發(fā)生崩塌落石地段，務(wù)必還要做好地面排水和地下排水工程。其它防治技術(shù)森林防護(hù)：當(dāng)陡崖或山坡坡腳不存在平臺(tái)或危巖威脅不太嚴(yán)重時(shí)，可以通過植樹造林防治危巖崩塌。森林類型應(yīng)為喬木，盡可能構(gòu)建喬灌草相結(jié)合的生態(tài)系統(tǒng)。錨固~攔擋聯(lián)合技術(shù)：錨固~攔擋技術(shù)主要是針對(duì)整個(gè)危巖防治工程而言的，體現(xiàn)了危巖治理與攔擋相結(jié)合的防治理念。將危巖單體的錨固防治和危巖單體之間漏勘危巖防治共同考慮，彌補(bǔ)了目前危巖