1、第三讲第三讲崩崩 塌塌293.83266.80200.00220883106113011砖99.5原地面现地面27.5岩体中发育三组不连续结构面1980年6月3日、湖北省远安县盐池河磷矿崩塌,死亡307人。典型岩质边坡地质模型之一。l一、崩塌的概念和分类一、崩塌的概念和分类l二、崩塌的形成条件及发生机理二、崩塌的形成条件及发生机理l三、潜在崩塌体稳定性分析三、潜在崩塌体稳定性分析l四、崩塌的防治四、崩塌的防治位于陡崖、陡坡前缘的部分岩土体，突然与母体分离，翻滚跳跃崩坠崖底或塌落在坡脚的过程与现象。u 崩塌崩塌崩落体的运动形式主要有两崩落体的运动形式主要有两种种l脱离母岩的岩土体顺坡滚动脱离母岩
2、的岩土体顺坡滚动l以自由落体的方式坠落以自由落体的方式坠落崩塌高陡斜坡的岩体，突然而急剧的向下产崩塌高陡斜坡的岩体，突然而急剧的向下产生倾倒、滚动、跳跃等的一种动力地质现象。生倾倒、滚动、跳跃等的一种动力地质现象。落石个别危岩脱离母岩，向坡下坠落的现象。落石个别危岩脱离母岩，向坡下坠落的现象。危岩高陡斜坡产生了拉裂、松动变形并随时危岩高陡斜坡产生了拉裂、松动变形并随时可能发生破坏，向坡下运动的岩体。可能发生破坏，向坡下运动的岩体。大型崩塌发生突然，灾害大，问题复杂，一般很大型崩塌发生突然，灾害大，问题复杂，一般很难解决。难解决。小型崩塌和落石，可采用一定方法防治处理。小型崩塌和落石，可采用一定
3、方法防治处理。危岩一般可采用一定方法防治。危岩一般可采用一定方法防治。u崩塌、落石与危岩区别一、崩塌的概念与分类一、崩塌的概念与分类崩塌分类（1）按崩塌发生的地点分类）按崩塌发生的地点分类 山崩山崩 库库岸崩塌岸崩塌（2）按崩塌物的岩性特征分类按崩塌物的岩性特征分类 岩体崩塌岩体崩塌 土体崩塌土体崩塌 混合体崩塌混合体崩塌（3）按分离面的特性、形状及其崩塌发生的原因分类按分离面的特性、形状及其崩塌发生的原因分类 顺断层或风化层的崩塌顺断层或风化层的崩塌 沿裂隙面的崩塌沿裂隙面的崩塌 探头崩塌探头崩塌 二、崩塌的形成条件及发生机理二、崩塌的形成条件及发生机理崩塌崩塌崩塌的形成条件l 斜坡体系统结
4、构（岩体结构系统）斜坡体系统结构（岩体结构系统）坡形坡形 岩性岩性 分离面及分离面及组组合特征合特征l 斜坡体系统外部环境的作用（触发因素）斜坡体系统外部环境的作用（触发因素）地震地震 降水降水 风风力、水力、力、水力、冻冻融作用融作用 植物的根劈作用植物的根劈作用 人人为为活活动动二、崩塌的形成条件及发生机理二、崩塌的形成条件及发生机理斜坡体系统结构1 1、坡形、坡形 崩塌多发生在山地、高原沟谷及陡立河岸等陡峭斜坡地带，一崩塌多发生在山地、高原沟谷及陡立河岸等陡峭斜坡地带，一般坡度在般坡度在4545以上。以上。275170二、崩塌的形成条件及发生机理二、崩塌的形成条件及发生机理斜坡体系统结构
5、2 2、岩性、岩性 由厚层坚硬的岩层如灰岩、砂岩、砾岩、花岗岩、闪长岩由厚层坚硬的岩层如灰岩、砂岩、砾岩、花岗岩、闪长岩等构成的斜坡体，岩石强度大，裂隙发育，形成高陡边坡；等构成的斜坡体，岩石强度大，裂隙发育，形成高陡边坡；相对软弱的岩层如页岩、泥岩、板岩、片岩、千枚岩等强相对软弱的岩层如页岩、泥岩、板岩、片岩、千枚岩等强度较小，裂隙细密，岩石常呈碎块，个体稳定性较差。度较小，裂隙细密，岩石常呈碎块，个体稳定性较差。黄土等边坡，土质硬，含有裂隙，风蚀、水力作用下易形黄土等边坡，土质硬，含有裂隙，风蚀、水力作用下易形成崩塌。成崩塌。组合型边坡。组合型边坡。二、崩塌的形成条件及发生机理二、崩塌的形
6、成条件及发生机理斜坡体系统结构3 3、分离面及其组合特征（结构面）、分离面及其组合特征（结构面）分离面可以是岩层的层面、节理面、断层面、各种成因的裂隙或分离面可以是岩层的层面、节理面、断层面、各种成因的裂隙或裂缝裂缝,通常统称为通常统称为“结构面结构面”。分离面把岩土体分割为各种形态、大小不一的块体，每一次崩塌分离面把岩土体分割为各种形态、大小不一的块体，每一次崩塌都含有部分分离面转变为坡体的临空面，从而改变危岩体的力学都含有部分分离面转变为坡体的临空面，从而改变危岩体的力学边界。边界。1996年发生于年发生于巫峡左岸的横巫峡左岸的横石溪崩塌石溪崩塌175洞隙气压力75水位从75将升到175（
7、a）无限块体；（b）倒楔块体；（c）稳定块体；（d）可能稳定块体；（e）关键块体（e）（d）（c）（b）（a）临空面临空面临空面临空面临空面结构面结构面结构面结构面结构面二、崩塌的形成条件及发生机理二、崩塌的形成条件及发生机理斜坡体系统外部环境的作用1 1、地震、地震 地震引起的山体震动可引起斜坡体在垂直方向和水平方向上的急剧、地震引起的山体震动可引起斜坡体在垂直方向和水平方向上的急剧、反复的应力变化，破坏坡体内部和临空面原有的脆弱力学平衡，反复的应力变化，破坏坡体内部和临空面原有的脆弱力学平衡，导致危岩体失去重心。地震甚至可以使一些原本较稳定的岩土块导致危岩体失去重心。地震甚至可以使一些原本
8、较稳定的岩土块体也发生崩塌。因此，地震是崩塌发生频率和规模最大的一种外体也发生崩塌。因此，地震是崩塌发生频率和规模最大的一种外在激发因素。在激发因素。二、崩塌的形成条件及发生机理二、崩塌的形成条件及发生机理斜坡体系统外部环境的作用2 2、降水、降水 雨水的渗入可增大裂隙网络中的动水压力，提高坡体向临空面方雨水的渗入可增大裂隙网络中的动水压力，提高坡体向临空面方向的推力；向的推力；雨水的浸润使分离面两侧的岩土软化，或减小分离面的抗滑阻力；雨水的浸润使分离面两侧的岩土软化，或减小分离面的抗滑阻力；降雨形成的地表径流对岩土体的水力侵蚀，尤其是沟蚀，使分离降雨形成的地表径流对岩土体的水力侵蚀，尤其是沟
9、蚀，使分离面的隙缝不断增大面的隙缝不断增大 3 3、风力、水力、冻融作用、风力、水力、冻融作用 风力：风荷载、加速风化，分离面强度降低。风力：风荷载、加速风化，分离面强度降低。水力：斜坡底部侵蚀掏空，软化和崩解岩土体。水力：斜坡底部侵蚀掏空，软化和崩解岩土体。冻融：冻胀、融水形成水压力、软化、加速风化、崩解。冻融：冻胀、融水形成水压力、软化、加速风化、崩解。崩塌堆积物崩解残屑拉裂缝强崩解岩弱崩解岩(a)(b)(c)水位变动带二、崩塌的形成条件及发生机理二、崩塌的形成条件及发生机理斜坡体系统外部环境的作用4 4、植物的根劈作用、植物的根劈作用 5 5、人为活动、人为活动 人为活动诱发崩塌主要反映
10、在两个方面：人为活动诱发崩塌主要反映在两个方面：人为的工程活动改变坡地系统结构（修筑铁路等改变坡形、采矿人为的工程活动改变坡地系统结构（修筑铁路等改变坡形、采矿掏空）。掏空）。人为活动促进了外部激发条件（爆破等）。人为活动促进了外部激发条件（爆破等）。二、崩塌的形成条件及发生机理二、崩塌的形成条件及发生机理崩塌的形成机理l 潜在崩塌体形成潜在崩塌体形成 成岩成岩过过程：沉程：沉积积、岩、岩浆浆活活动动和和变质变质作用形成含原生裂隙的岩体。作用形成含原生裂隙的岩体。构构造造运动运动：构构造造变变形、破坏作用形成形、破坏作用形成构构造裂隙。造裂隙。新新构构造造运动运动：形成陡峭的地形和表生裂隙。：
11、形成陡峭的地形和表生裂隙。l 潜在崩塌体的位移潜在崩塌体的位移 外部外部环环境作用下，境作用下，顺顺分离面位移，重心分离面位移，重心临临空。空。l 崩塌发生崩塌发生 崩塌体崩塌体脱脱离母岩，沿坡面翻离母岩，沿坡面翻滚滚、跳、跳跃跃、互相撞、互相撞击击，最后堆于坡脚，最后堆于坡脚。伴。伴有崩塌有崩塌气气浪。浪。二、崩塌的形成条件及发生机理二、崩塌的形成条件及发生机理崩塌的模式l 倾倒式崩塌倾倒式崩塌 在河流在河流峡峡谷谷区区、黄黄土冲土冲沟沟地段或岩溶地段或岩溶区区等陡坡上，岩体以垂直等陡坡上，岩体以垂直节节理或理或裂隙裂隙与稳与稳定的母岩分定的母岩分开开。通常坡脚遭受掏。通常坡脚遭受掏蚀蚀，在
12、重力作用下或有，在重力作用下或有较较大水平大水平力作用力作用时时，岩体因重心外移，岩体因重心外移倾倾倒倒产产生突然崩塌。生突然崩塌。以坡脚的某一点以坡脚的某一点为为支点支点发发生生转动转动性性倾倾倒。崩塌途倒。崩塌途径径：在重力作用下，在重力作用下，长长期冲刷掏期冲刷掏蚀蚀直立岩体的坡脚，由于偏直立岩体的坡脚，由于偏压压失去重心，失去重心，使直立岩体使直立岩体倾倾斜，最斜，最终导终导致崩塌；致崩塌；当当附加特殊的水平力（地震力、附加特殊的水平力（地震力、静静水水压压力、力、动动水水压压力以及力以及冻胀冻胀力等）力等）时时，岩体可，岩体可倾倾倒破坏；倒破坏；当当坡脚由坡脚由软软岩岩层组层组成成时
13、时，雨水，雨水软软化坡脚化坡脚产产生偏生偏压压，引起崩塌；，引起崩塌；直立岩体在直立岩体在长长期重力作用下，期重力作用下，产产生生弯弯折也能折也能导导致致这种这种崩塌。崩塌。二、崩塌的形成条件及发生机理二、崩塌的形成条件及发生机理崩塌的模式l 滑移式崩塌滑移式崩塌 临临近斜坡的岩体近斜坡的岩体内内存在存在软软弱面弱面倾倾向向与与坡向相同，坡向相同，则软则软弱弱面上覆的不面上覆的不稳稳定岩体在重力作定岩体在重力作用下具有向用下具有向临临空面滑移的空面滑移的趋势趋势，当当岩体的重心滑出陡坡，岩体的重心滑出陡坡，产产生生突然的崩塌。降水渗入岩体裂突然的崩塌。降水渗入岩体裂缝缝中中产产生的生的静静、动
14、动水水压压力以及力以及地下水地下水对软对软弱面的弱面的润湿润湿作用都作用都是岩体是岩体发发生滑移崩塌的主要生滑移崩塌的主要诱诱因。因。二、崩塌的形成条件及发生机理二、崩塌的形成条件及发生机理崩塌的模式l 鼓胀式崩塌鼓胀式崩塌 陡坡上不陡坡上不稳稳定岩体之下存在定岩体之下存在较较厚的厚的软软弱岩弱岩层层，上部岩体重力，上部岩体重力产产生的生的压压应应力超力超过软过软岩天然岩天然状态状态的抗的抗压压强度后强度后软软岩即被岩即被挤挤出，出，发发生向外鼓生向外鼓胀胀。随随着着鼓鼓胀胀的不的不断发断发展，不展，不稳稳定岩体不定岩体不断断下沉和外移，同下沉和外移，同时发时发生生倾倾斜，一旦重心斜，一旦重心
15、移出坡外即移出坡外即产产生崩塌。生崩塌。二、崩塌的形成条件及发生机理二、崩塌的形成条件及发生机理崩塌的模式l 拉裂式崩塌拉裂式崩塌 陡坡由陡坡由软软硬相硬相间间的岩的岩层组层组成成时时，由，由于于风风化作用或河流的冲刷掏化作用或河流的冲刷掏蚀蚀作用，上作用，上部部坚坚硬岩硬岩层层在坡面上常常突在坡面上常常突悬悬出出来来。突。突出的岩体通常出的岩体通常发发育有育有构构造造节节理或理或风风化化节节理，在理，在长长期重力作用下，分离面逐期重力作用下，分离面逐渐扩渐扩展。一旦拉展。一旦拉应应力超力超过连过连接接处处岩石的抗拉岩石的抗拉强度，拉强度，拉张张裂裂缝缝就就会会迅速向下迅速向下发发展，最展，最
16、终导终导致突出的岩体突然崩落。致突出的岩体突然崩落。05510坡 面：产状580第1组：构造裂隙，产状575；第2组：构造裂隙，产状9087；第3组：层面，产状1523；第4组：卸荷裂隙，不规则。1015坡面及结构面产状152025196比例:1:200 1 1 1 3334危岩231NWSE边坡二、崩塌的形成条件及发生机理二、崩塌的形成条件及发生机理崩塌的模式l 错断式崩塌错断式崩塌 长长柱或板柱或板状状不不稳稳定岩体的下部被剪定岩体的下部被剪断断，从从而而发发生生错断错断崩塌。崩塌。悬悬于坡于坡缘缘的帽沿的帽沿状状危岩，后危岩，后缘缘剪切剪切面的面的扩扩展，剪切展，剪切应应力大于危岩力大于
17、危岩与与母岩母岩连连接接处处的抗剪强度的抗剪强度时时，则发则发生生错断错断崩塌。崩塌。锥状锥状或柱或柱状状岩体多面岩体多面临临空，下伏空，下伏软软基抗剪强度小于危岩体自重基抗剪强度小于危岩体自重产产生的剪生的剪应应力或力或软软基中存在的基中存在的顺顺坡外坡外倾倾裂隙裂隙与与坡面坡面贯贯通通时时，发发生生错断错断-滑移滑移-崩塌。崩塌。l地质历史分析法地质历史分析法l刚体极限平衡法刚体极限平衡法l数值模拟法数值模拟法l地质力学模拟试验法地质力学模拟试验法l长期监测法长期监测法三、潜在崩塌体稳定性分析三、潜在崩塌体稳定性分析 岩体稳定的结构分析法岩体稳定的结构分析法 结构面之间、结构面与临空面之间
18、的组合关系，判定不稳定块体可能结构面之间、结构面与临空面之间的组合关系，判定不稳定块体可能移动的方向和破坏方式。移动的方向和破坏方式。结构分析法主要采用图解分析法。包括摩擦圆法、赤平极射投影法、结构分析法主要采用图解分析法。包括摩擦圆法、赤平极射投影法、平面投影法和实体比例投影法等。平面投影法和实体比例投影法等。工程地质类比分析法工程地质类比分析法 依据相似性原则，根据发生过的崩滑的地质体，分析依据相似性原则，根据发生过的崩滑的地质体，分析潜在崩塌体的潜在崩塌体的稳定性，其实质是把集成经验（理论）应用到条件相似的工程。稳定性，其实质是把集成经验（理论）应用到条件相似的工程。类比的相似性原则：类
19、比的相似性原则：崩滑体岩体性质、主控结构面、岩土体结构、斜坡结构和崩滑体崩滑体岩体性质、主控结构面、岩土体结构、斜坡结构和崩滑体介质结构条件等的相似性。介质结构条件等的相似性。崩滑体赋存条件的相似性。崩滑体赋存条件的相似性。动力因素的相似性。动力因素的相似性。发育阶段的相似性等。发育阶段的相似性等。u 地质历史分析法地质历史分析法三、潜在崩塌体稳定性分析三、潜在崩塌体稳定性分析 变形史分析法变形史分析法 依据崩塌发育规律中的发生周期性和阶段性特征，追溯潜在崩塌体依据崩塌发育规律中的发生周期性和阶段性特征，追溯潜在崩塌体的变形发育史，判定其现今所处阶段，进而分析其稳定性。的变形发育史，判定其现今
20、所处阶段，进而分析其稳定性。地质综合分析地质综合分析 对潜在崩滑体的形体特征、地质构成、成灾条件、成灾动力、成灾对潜在崩滑体的形体特征、地质构成、成灾条件、成灾动力、成灾因素、成灾机理、变形破坏形式和特征、失稳条件和机制等进行全面系统因素、成灾机理、变形破坏形式和特征、失稳条件和机制等进行全面系统地整理、归纳，进而评价崩塌体现阶段的稳定性，并预测其发展趋势、评地整理、归纳，进而评价崩塌体现阶段的稳定性，并预测其发展趋势、评价其失稳的必要条件、相关因素、失稳的可能性和失稳的规模、方式、方价其失稳的必要条件、相关因素、失稳的可能性和失稳的规模、方式、方向，预测失稳的时间。向，预测失稳的时间。u 地
21、质历史分析法地质历史分析法三、潜在崩塌体稳定性分析三、潜在崩塌体稳定性分析u 刚体极限平衡法刚体极限平衡法三、潜在崩塌体稳定性分析三、潜在崩塌体稳定性分析滑移式危岩稳定性计算（后缘无陡倾裂隙）滑移式危岩稳定性计算（后缘无陡倾裂隙）后缘无陡倾裂隙时按下式计算：sinWcltgVcosWF式中：式中：V裂隙水压力裂隙水压力(kNm)；F危岩稳定性系数；危岩稳定性系数；c后缘裂隙粘聚力标准值后缘裂隙粘聚力标准值(kPa)；当裂隙未贯；当裂隙未贯通时，取贯通段和未贯通段粘聚力标准值按长度加权的通时，取贯通段和未贯通段粘聚力标准值按长度加权的加权平均值；加权平均值；后后缘缘裂隙裂隙内内摩擦角摩擦角标标准
22、准值值()；当当裂隙未裂隙未贯贯通通时时，取，取贯贯通段和未通段和未贯贯通段通段内内摩擦角摩擦角标标准准值值按按长长度加度加权权的的加加权权平均平均值值；滑面倾角滑面倾角()；W危岩体自重危岩体自重(kNm)；u 刚体极限平衡法刚体极限平衡法三、潜在崩塌体稳定性分析三、潜在崩塌体稳定性分析倾倒式危岩稳定性计算由后缘岩体抗拉强度控制时，按下式计算 式中：式中：flk危岩体抗拉强度标准值危岩体抗拉强度标准值(kPa)；危岩体与基座接触面倾角危岩体与基座接触面倾角()；后缘裂隙倾角后缘裂隙倾角()。倾倒式危岩稳定性计算（由后缘倾倒式危岩稳定性计算（由后缘岩体抗拉强度控制）岩体抗拉强度控制）cosco
23、sbsin3hsinhHVaWcoscosbsinhH32sinhHf21Fwlk(危岩体重心在危岩体重心在倾倾覆点之外覆点之外时时)(危岩体重心在危岩体重心在倾倾覆点之覆点之内时内时)coscosbsin3hsinhHVaWcoscosbsinhH32sinhHf21Fwlku 刚体极限平衡法刚体极限平衡法三、潜在崩塌体稳定性分析三、潜在崩塌体稳定性分析倾倒式危岩稳定性计算由底部岩体抗拉强度控制时，按下式计算 倾倒式危岩稳定性计算（由底部倾倒式危岩稳定性计算（由底部岩体抗拉强度控制）岩体抗拉强度控制）cosbsinh31VaWbf31Fw2lku 数值分析法数值分析法三、潜在崩塌体稳定性分析
24、三、潜在崩塌体稳定性分析lDDA（非（非连续变连续变形分析法）形分析法）lDEM（离散元分析法）（离散元分析法）lFLAC（快速拉格朗日有限差分法）（快速拉格朗日有限差分法）u 地质力学模拟试验地质力学模拟试验 模拟试验是以实验室的有限空间和时间对规模巨大的、历时模拟试验是以实验室的有限空间和时间对规模巨大的、历时长久的自然现象和作用进行规律性探索，遵守量纲原则和相似长久的自然现象和作用进行规律性探索，遵守量纲原则和相似原则。原则。在崩滑灾害稳定性研究中，常用的试验主要是地质力学模在崩滑灾害稳定性研究中，常用的试验主要是地质力学模拟试验（自重力场边坡结构模拟试验、离心力模拟试验、底面拟试验（自
25、重力场边坡结构模拟试验、离心力模拟试验、底面摩擦模拟试验）等。摩擦模拟试验）等。u 崩塌体危险性分析崩塌体危险性分析三、潜在崩塌体稳定性分析三、潜在崩塌体稳定性分析地质调查法：统计落石的分布。地质调查法：统计落石的分布。现场实验：正交试验法等。现场实验：正交试验法等。数值模拟：数值模拟：rockfallrockfall模拟。模拟。四、崩塌的防治四、崩塌的防治（一）主动撤离，躲避（一）主动撤离，躲避 对于危害性较大的不稳定斜坡体，应首先考虑人员撤离现场或工程对于危害性较大的不稳定斜坡体，应首先考虑人员撤离现场或工程线路绕避等措施。线路绕避等措施。（二）防护措施（二）防护措施 采用遮拦建筑物，对崩
26、塌运动的岩土体进行消能拦挡，限制崩塌体采用遮拦建筑物，对崩塌运动的岩土体进行消能拦挡，限制崩塌体的运动速度，同时对建筑物进行遮拦，隔离崩塌体与受灾体，使之不的运动速度，同时对建筑物进行遮拦，隔离崩塌体与受灾体，使之不能成灾。主要防护措施有：能成灾。主要防护措施有：（1）山坡拦石沟、落石沟、落石槽、落石平台。）山坡拦石沟、落石沟、落石槽、落石平台。（2）拦石桩、障桩。）拦石桩、障桩。（3）拦石墙（混凝土拦石墙、笼式拦石墙、钢轨拦石墙、钢丝拦石）拦石墙（混凝土拦石墙、笼式拦石墙、钢轨拦石墙、钢丝拦石墙）、拦石网。墙）、拦石网。（4）遮挡明洞、棚洞。）遮挡明洞、棚洞。四、崩塌的防治四、崩塌的防治（三
27、）地质体改造措施（三）地质体改造措施 1 1、地质体材料的强化改造、地质体材料的强化改造 一般采用注浆加固，常用水泥、水玻璃、环氧树脂和化学灌浆。一般采用注浆加固，常用水泥、水玻璃、环氧树脂和化学灌浆。2 2、结构面的强化改造、结构面的强化改造 灌浆、锚固、抗滑楔、挂网喷浆。灌浆、锚固、抗滑楔、挂网喷浆。3 3、结构体改造、结构体改造 头部削方减重、削坡、采空回填支撑、倾倒、悬空危岩支撑。头部削方减重、削坡、采空回填支撑、倾倒、悬空危岩支撑。4 4、地质环境条件的改造、地质环境条件的改造 （1）水域边岸崩塌体坡脚防护）水域边岸崩塌体坡脚防护 抛石护坡、防坡堤、护坡墙、导水墙、丁坝、拦沙坝。抛石
28、护坡、防坡堤、护坡墙、导水墙、丁坝、拦沙坝。（2）地表排水工程）地表排水工程 防渗工程、防渗工程、排水工程、坡面绿化工程排水工程、坡面绿化工程 思考题思考题（1）坚坚硬硬块状块状岩体和岩体和软软弱碎裂岩体崩塌的各自的特点和形弱碎裂岩体崩塌的各自的特点和形成成条条件。件。（2）山）山区区和水和水库区库区崩塌致灾的差崩塌致灾的差异异。1 1、地质灾害的定义？、地质灾害的定义？2 2、地质灾害的属性有那几种？、地质灾害的属性有那几种？3 3、何谓危岩崩塌？、何谓危岩崩塌？4 4、危岩崩塌的形成条件是什么？、危岩崩塌的形成条件是什么？5 5、简述危岩、崩塌、落石的主要区别。、简述危岩、崩塌、落石的主要区别。6 6、危岩崩塌的防治工程有哪些？、危岩崩塌的防治工程有哪些？7 7、简述支撑结构分类。、简述支撑结构分类。The end
