水与顺层滑坡的关系及防治
2014-08-15重庆大学
□张 楠(重庆大学)
1 概述
岩石顺层滑坡系指滑动方向与岩层倾向基本一致,滑动后滑坡体的结构大致保持原岩状态的滑坡。常沿岩体中细砂岩、页岩、泥化夹层、不整合面、假整合面、层间错动带、顺层断层或裂隙密集带等发育成主滑带。大量的事例证明,大多数边坡岩体的破坏和滑动都与水的活动有关。在地区的冰雪解冻和降雨季节,滑坡事故一般较多,说明水是边坡失稳形成滑坡的重要因素。
2 水的各种性质与顺层滑坡的关系
2.1 水的化学作用与顺层滑坡的关系
水对边坡岩土体产生一系列如水解、溶蚀、潜蚀等化学反应,改变了岩土体的矿物成分,导致岩土体细微观结构发生破坏,改变其构造和结构特性而影响岩土体的力学性能。水化学溶解长期在岩石的微裂隙中与矿物颗粒或晶体发生化学反应,使原有的矿物分解并生成一些新的矿物,降低了岩石的内聚力和内摩擦角,从而逐渐地降低了岩土体的强度。在岩土体遇水的情况下,受水化学作用后产生的易溶矿物随水流失,而难溶或结晶矿物则残留原地,结果致使岩土体的孔隙增大,变得松散脆弱。当岩土失水后又浸水时,某些矿物与进入岩土颗粒孔隙中的水作用后出现体积膨胀的现象,这种膨胀是不均匀的,使得岩土体内部产生了不均匀的应力,最终导致了矿物颗粒的碎裂解体,表现出岩土体软化和崩解。而边坡地下水位的升降正是诱发岩土浸水—失水再浸水这一反复循环的直接因素,因此,它对于边坡失稳破坏形成滑坡有着较大的影响。
2.2 水的物理作用与顺层滑坡的关系
水对边坡岩土体产生物理作用主要表现为润滑作用、连接作用、水契作用、泥化作用以及结合水的强化作用等。地下水的润滑作用使岩土体的内摩擦角减小。滑带在地下水作用下内聚力减小,抗剪强度降低,从而导致滑体沿滑面产生剪切运动。在顺层滑坡的软弱夹层中或者如片状结构的岩石页岩、绢云母片岩、板岩等,由于软弱夹层、层理或片理中渗入地下水而起到了润滑作用,呈现明显的各向异性,强度大为减弱。
2.3 水的力学作用与顺层滑坡的关系
2.3.1 地下水对边坡岩土体抗剪强度的影响
地下水对岩土体抗剪强度的影响表现在孔隙水压力σm抵消了外界作用的正压σn,并使岩体的内摩擦角由φ降至φm。若岩土体浸水前的抗剪强度为:τ=C+σntanφ;浸水后的抗剪强度为:τm=(σn-σm)tanφm+Cm;抗剪强度降低值为:△τ=τ-τm=(C-Cm)+σn(tanφ-tanφm)+σmtanφm。式中:C-Cm—粘聚力下降值;tanφ-tanφm—摩擦系数下降值;σmtanφm—孔隙水压力作用下,岩体抗剪强度的下降值。
2.3.2 静水压力对边坡稳定的影响
地下水存在于边坡岩土体的孔隙中时,会对岩土体产生静水压力,即孔隙水压力。其作用方向与孔隙面相垂直,大小与孔隙水水头有关,水头越高,则静水压力越大,静水压力会对岩体产生一个下滑推力,从而降低岩土体的稳定性。一般说来,任一给定断面单位面积上所承受的静水压力为:P=γw·h。式中:γw—水的容重h—该断面平均水头高度。在孔隙水压力的作用下,首先使沿裂隙面法向有效应力减少,降低裂隙面的摩擦系数从而降低裂隙的强度,同时降低了岩土体的抗剪强度。当裂隙表面的水压力大于法向接触压力时,裂隙会张开,甚至造成岩土体的失稳破坏。
2.3.3 动水压力对边坡岩土体的影响
地下水在渗流过程中会对岩土体颗粒施加一个动水压力。它是一个体积力,其大小与流动水的体积、水的容重和水力梯度有关,其方向与水流的方向一致。结构面的填充物在水的浮力作用下,重量降低,动水压力稍大时,就会带走结构面中的填充物颗粒,潜蚀掏空岩块之间的填充物;同时动水还会磨平粗糙的岩石面,使其变得光滑,降低了岩石的摩擦系数,减小了岩土体的抗滑力,降低了边坡岩土体的稳定性。
3 降雨与顺层滑坡的关系
降雨入渗对边坡岩土体的不利因素主要可以归纳为两方面:一方面,降雨降低了岩土体的强度。边坡稳定性的控制因素是岩土体结构面的抗剪强度。坚硬结构面的抗剪强度基本不受水的影响,但软弱结构面的填充物遇水软化,结构面的抗剪强度明显降低;另一方面,降雨入渗对岩土体内部孔隙压力有影响。雨水入渗将改变边坡内地下水的渗流场,从而引起边坡内水荷载的增大,这是雨季边坡失稳的主要原因。在降雨条件下,降雨从地表向下入渗,在地下水位以上的非饱和区会形成上层滞水,上层滞水区的形成,不仅降低了岩石的力学强度指标,而且增加了瞬态水荷载,极易导致边坡岩土体失稳形成滑坡。在顺层边坡中,该因素更加容易引起滑坡。
4 顺层滑坡的防治方法
4.1 增加支撑力
岩石顺层滑坡一般滑体较完整,刚度较大,在前缘采用刚性抗滑支撑建筑物,如混凝土抗滑挡墙、抗滑支墩和钢筋混凝土抗滑桩,时常会有显著效果。对多层性的滑坡,往往对每层滑带采用支挡工程,或直接锚固多层滑体以制止每层滑坡的活动。特殊情况时,修筑一个高强度大型抗滑桩支挡多层滑体。
4.2 截断疏干导引水的工程
对于岩石滑坡,常具多组陡倾断裂面,滑动后各种性质的断裂面会破碎张开,易于截断地面水及裂隙水以防止其直接渗至滑带。对地面水在滑体上方做防渗截水沟。为防止暴雨时沿边坡岩土体主裂缝灌水产生水压,对后缘及中部被拉开的大裂缝及裂缝密集处应填土堵塞以减少危害。
对查明有补给通道的成层地下水,如沿不整合面或顺坡断层破碎带汇集来水时,通常在其上方横截来水方向用盲沟或盲洞截断,否则在中前部或地下水沸集处用斜孔或盲洞疏干,或在出口一带做疏干孔以降低其水头压力。
4.3 预应力锚索加固措施
预应力锚索是从锚杆、预应力锚杆发展而来的,与预应力锚杆相比,预应力锚索的长度大,锚索体的强度高,施加的预应力吨位大,技术更先进。底层为钢筋混凝土垫墩,呈厚板状结构,是锚固段反力的承载体,具有极强的承载力,可以作为防治顺层滑坡的主体工程。
4.4 清除滑体和锚固滑体
对产生在单斜构造边坡上的顺层滑坡,常沿软弱带一坡到顶,这种场合可沿滑体全部清光直到坡顶,否则尽可能固定滑体,以避免引起后部产生更大范围的滑动。对硬岩中夹薄的软弱夹层滑动情况,因上、下岩石都较完整,可根据滑体被构造裂面分割的大小逐块采用锚杆串联固定于滑床中,也可在滑体的前部及中部用锚杆或桩将之联结,以支挡中部及上部的推力。
4.5 植物防护
在边坡岩土体上进行绿化,是防止水土流失最科学的办法。植物防护是通过在坡体上植树种草增加植被覆盖,以固化地表,防止坡地表面的水土流失。坡体种草植树后,植物根系犹如不断更新的加筋条带,将坡体表面—定厚度的土体完全固化,阻止地表流水的浸蚀切割,达到防护的目的。
5 结语
水是顺层边坡岩土体失稳形成滑坡的最重要因素之一,它以地下水为主要形式影响边坡稳定性。水通过与岩土体之间的物理、化学、力学作用来改变边坡岩土体的性质,降低坡体强度,破坏边坡的受力平衡状态等,从而影响边坡的稳定性,导致其失稳破坏。由于顺层边坡的特殊性,使得顺层滑坡的形成尤为容易从而对人民生命财产造成危害,因此要对该类边坡岩土体给予高度重视并加大对其治理力度。而其中水作为引起顺层滑坡的重要原因之一,对其与岩土体作用机理的探究是有必要的。
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