滑坡变形破坏过程中的受力特征分析_陈元勇.pdf

2020年第11期西部探矿工程 * 收稿日期 2020-04-27修回日期 2020-04-27 基金项目 江西省教育厅教育科技研究项目 （GJJ181251） 复合式梯键结构抗滑机理与加固效果研究。 第一作者简介 陈元勇 （1991-） ， 男 （汉族） ， 陕西安康人， 助理讲师， 现从事地质灾害等课程教学工作。 滑坡变形破坏过程中的受力特征分析 陈元勇*， 王富强 （江西交通职业技术学院， 江西 南昌 330013） 摘要 滑坡之所以能够产生变形破坏， 从力学角度上分析， 是由于滑坡的抗滑力小于其受到的下滑 力。结合杏树山沟滑坡变形破坏特征， 从滑坡的平面和纵断面分别对其进行受力分析。杏树山沟滑 坡属于典型的黄土牵引式滑坡， 通过对其进行受力分析， 能够很好地解释滑坡目前的现状， 为滑坡的 进一步研究和治理提供良好的理论依据。 关键词 滑坡； 岩土特性； 变形破坏； 受力特征 中图分类号 U416 文献标识码 B 文章编号 1004-5716202011-0022-03 1概述 当岩土体内某个面上的受力超过土体相应的强度 时， 岩土体就会发生与之对应的位移变形或破坏。滑 坡体发生位移变形， 其内部原因是其受力平衡被打破， 下滑力超过土体抗滑力。大量工程实践表明， 能够引 起滑坡滑动的的因素较多[1]， 在诸多因素中， 重力沿着 滑动面方向的分力占据主要， 其大小与滑坡体的厚度 和物质的重度以及滑动面倾角相关， 另外， 地震力、 水 环境以及土体上部荷载等都会增加滑坡的下滑力[2]。 滑坡的抗滑力则是由滑带土的摩擦力和粘聚力以及滑 体周界以外土体的阻滑力所组成。准确分析出滑坡体 的受力状态， 是滑坡稳定性研究及治理设计的关键。 因此， 论文以黄土地区杏树山沟滑坡为分析对象， 根据 滑坡目前的变形破坏特征以及工程地质条件， 从滑坡 的平面和纵断面上对其进行受力分析。 2滑坡的基本特征 2.1滑坡分布形态及类型 杏树山沟滑坡地处杏树山沟右侧斜坡体上。滑坡 在平面上为簸箕状， 主滑方向为 90， 主滑方向长度 300～460m， 滑坡体宽 200～460m。滑体厚度在 12～ 25m不等， 后部滑体较薄， 中前部滑体较厚， 其总体积 约405104m3。根据该滑体的体积、 滑体厚度以及物质 组成， 该滑坡类型是巨型深层黄土滑坡。 杏树山沟滑坡整体特征明显、 轮廓清晰 （图1） ， 其 后壁最大高度30m左右， 呈圈椅状地形， 主要出露马兰 黄土， 滑坡后壁较新鲜， 植被发育较少。滑坡表面整体 呈坡状延伸至前缘， 局部出现横向台阶。滑坡体中后 部可见弧形错台， 为滑坡体产生的次级滑坎， 滑坎高度 多在6m以下。滑体上张拉或剪切裂缝发育， 并有大小 不等的落水洞呈串珠状分布。滑坡左侧受地表流水冲 刷形成较深冲沟， 沟壁最大高度超过40m， 在地表流水 长期作用下， 主沟两侧发育多条横向新生支沟， 致使局 部沟帮土体发生变形， 土体发生主动土压力破坏。滑 体前缘为高度在2～15m不等的陡坎， 其主要是由于杏 树山沟水流冲刷而形成， 前部土体反复滑动， 内部可见 土体挤压揉搓现象。 图1杏树山沟滑坡全貌 2.2滑坡岩土特征 2.2.1滑坡体岩土特征 根据野外地质调绘和钻探， 该滑坡土体以粉土及 22 ChaoXing 2020年第11期西部探矿工程 粉质粘土居多， 粉土呈淡黄色， 稍湿湿， 可见大空 隙。粉质粘土呈淡黄褐黄色， 局部夹杂少量褐红色 粘性土， 粉质粘土中偶见灰白色菌丝和稀疏钙质结核 块体。滑体表面有厚度0.3～0.6m的耕植土， 稍湿， 呈 黄褐色， 土体疏松多孔， 植物根系较为发育。 2.2.2滑面及滑带土特征 根据勘探资料显示， 滑带厚度多在1m左右， 滑动 面呈中后部较陡前部较为平缓的特征， 并且发育多条 次级滑面。滑带土为粉质粘土， 黄褐红褐色， 可塑， 岩芯可见较为明显的土体挤压迹象。 2.2.3滑床岩土特征 杏树山沟滑坡中后部滑床为离石黄土， 成分是粉 质粘土， 硬塑， 土粒为粉粒和粘粒， 呈灰黄浅褐色， 坚 硬程度随着深度增加而增加。在离石黄土层中， 夹杂 多层棕红色古土壤层。前部滑床岩性粉质粘土为主， 该土层属于三门组黄土， 呈淡褐红棕色， 粘粒为主， 粉粒次之， 矿物单一， 偶见钙质结核块。 2.3滑坡现状 该滑坡由于前部受流水冲刷导致整体失稳， 大量 的滑体土曾将前部的沟道堵塞， 沟内流水蓄积形成堰 塞湖。后期水流再将沟内土体冲开， 滑坡前缘形成高 度不等的陡坎。该地区年降雨总量虽较少， 但是降雨 相对集中， 滑坡前缘的土体不断受到冲蚀作用， 稳定性 继续变差， 因此滑坡出现数次不同程度的滑动， 形成了 圆弧形次级滑面。另外滑坡受到流失长期冲蚀作用， 沟谷不断加深， 两侧沟帮土体发生蠕变， 形成数条与主 沟垂直的裂缝。 3滑坡受力状态分析 根据滑坡目前变形破坏特征以及土体的受力特 性， 从滑坡的平面受力状态和纵断面受力状态进行分 析。 3.1滑坡的平面受力状态 滑坡是一个复杂的受力体系， 其不同部位受力有 明显区别[3]。根据杏树山沟滑坡体上的裂缝发育特征、 陡坎以及串珠状落水洞分布情况， 结合现场的地质勘 探和理论分析， 将滑坡受力分为后部受拉区、 中部平移 区、 前部受压区和两侧剪切区4个区域。 （1） 后部受拉区 在牵引式滑坡中， 滑坡的变形开 始位置在其中前部， 随着中前部的土体发生较大位移 变形， 中后部土体在没有支撑的情况下， 则发生主动土 压破坏， 形成滑坡目前的圆弧形陡坎。当中后部土体 位移变形增大到一定程度时， 张拉裂缝逐渐形成， 此时 其内部土体受力特征是， 方向竖直向下的滑体自重应 力为最大主应力σ1， 最小主应力σ3其则为水平， 方向与 滑向平行。在前部土体不断变形的情况下σ3继续减小， 土体内部的应力超过土体强度， 则形成与滑向垂直的 张拉裂缝， 此时剪切裂缝较少。当上部裂缝持续发展 时， 随着滑体的前移， 逐渐形成与杏树山沟滑坡后部类 似的多级陡坎。 （2） 中部平移区 滑坡中部土体之间挤压较弱并且 相对位移差较小， 但由于杏树山沟滑坡两侧土体流失， 土体发生蠕动变形， 导致滑体中部出现张拉裂缝及串 珠状分布的落水洞。 （3） 前部受压区 由于土体受到强烈挤压， 大主应 力σ1平行主滑段滑动面， 小主应力σ3与最大主应力方向 垂直， 因此首先出现的是张拉裂缝， 其方向与主滑方向 相同。当滑体向前不断滑动时， 由于杏树山沟滑坡对 岸坡体阻挡作用， 使得滑坡前部土体隆起， 表面土体受 张拉而产生与滑向垂直的鼓胀裂缝。 （4） 两侧剪切区 在滑体两侧， 由于受到滑体外不 动体的阻力， 两侧滑体与侧壁分别形成力偶， 并衍生出 最大、 最小主应力， 继而形成压扭性裂面和张扭性裂 面。由于土体具有抗拉强度较低的特性， 故张扭性裂 面发育明显， 形成多条羽状张裂缝， 对于发育时间较长 的裂缝， 随着坡体流水不断冲刷， 逐渐形成冲沟。 通过滑坡受力状态的研究， 在滑坡的勘察和设计 过程中具有较大的意义。对于较为复杂的滑坡研究 时， 可以根据受力分区， 准确的区分受压部分的 “土聚 区” 和受拉部分的 “土移区” 。对于滑坡变形特征未完 全表现清楚时， 可以通过受力分析预测滑坡将要发生 活动的范围。当滑坡体部分被掩埋覆盖时， 可以根据 力学特征预判滑坡的规模。 3.2滑坡的纵断面受力状态 为了进一步对滑坡体内部受力特征分析， 以滑坡 主滑段面为研究对象， 着重对滑带处的受力特征分 析。初期人们研究滑坡时， 多是建立在粘性土滑坡中， 假定其滑动是以圆弧面滑动为主， 但是大量的工程实 例发现， 滑坡更多的不是以圆弧型滑动[4]， 而是 “三段式 滑动模式” 的折线型滑动。通常可分为牵引段、 主滑段 和抗滑段。现分别进行分析 （1） 后部牵引段 对于常见的牵引式滑坡， 当前部 土体受到流水冲刷后向前移动， 使得斜坡中后部土体 失去支撑而发生位移变形随之产生拉裂缝， 随着地表 （下转第29页） 23 ChaoXing 2020年第11期西部探矿工程 羧甲基纤维素为主要降失水剂、 以腐植酸钾为页岩抑 制剂和降粘剂的高密度低失水泥浆， 控制密度1.25g/cm3、 粘度25s、 失水量6mL左右， 确保了用打捞器焊在钻头 内打捞内管 （阻力大， 捞矛头滑脱） 、 用母锥焊在钻头内 打捞内管、 用∅122mm钻头打小眼、 用公锥打捞外管 的顺利进行， 事故处理取得完全成功。并且， 顺利钻 进后续煤层， 至 1116.56m 处， 下入∅140mm 套管， 改 ∅122mm口径绳索取芯钻进。 6结语 只要认真分析地层特点， 仔细研究绳索取芯钻进 中下钻、 扫孔、 钻进、 打捞内管、 起大钻、 返浆等各种情 况， 以石灰石粉为加重剂、 以羧甲基纤维素为主要降失 水剂、 以磺化沥青和腐植酸钾为页岩抑制剂、 以腐植酸 钾为降粘剂的高密度低失水泥浆， 通过不断针对性调 整配方 （不是生搬硬套泥浆配方） 及主要性能指标 （也 不是生搬硬套泥浆主要性能指标） ， 完全适用具有松散 和破碎为主、 水敏次之的煤系不稳定地层钻进。 参考文献 [1]汤凤林， A.Г.加里宁， 段隆臣.岩心钻探学[M].武汉 中国地质 大学出版社， 2009. 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