滑坡的地质构造力学特征

滑坡发育发展的过程中,在整体和局部的不同部位表现出的受力特征,与其它地质体的地质构造具有类似或相同的特征。在此,笔者借用构造地质学将滑坡各部位的力特征进行说明,可能有助于滑坡的变形特征理解与分析。
一、从地形地貌上看
断层在地貌上常具有断层崖和断层三角面,山岭与平原突变,河流转向,断层走向上常有串珠状湖泊洼地和泉水呈带状分布。而滑坡对应的往往具有滑坡后壁,河流凹岸突出,剪出口多有地下水渗出或泉水出露,后缘多有滑坡湖或湿地分布。
二、从构造标志上看

断层往往造成矿带、岩脉、片理或相带沿走向突然中断、错位,地层重复或缺失,岩体挤压破碎或具有各种擦痕。而滑坡往往造成滑体与两侧坡体的地层出现错位、中断,老地层上覆于新地层之上,滑体由于滑动变形而相对破碎,滑面上具有明显的滑动擦痕。

三、从受力特征上看

1、滑坡从断面上来看,其实质为正断层特征。即滑体依附于滑面或滑带向下滑动,表现为正断层性质的上盘(滑体)相对向下滑动,下盘(滑床)相对向上运动规律。因此,其很多特征与正断层具有非常或相同的特点。

图1 滑坡断面示意图

滑坡由于具有正断层的特征,造成滑坡后壁倾角较陡和滑坡地段多富水。滑体向下滑动时造成滑坡后壁产生具有拉张特征的主动破坏面,即滑坡后壁。发生类似于断层紧邻两盘常发生由于相对错动拖曳而产生的明显弧形弯曲一样,造成滑坡后缘常出现相对凹陷的滑坡洼地和滑坡台阶(平台),且滑坡规模越大,滑坡洼地与滑坡台阶越大。

而对于多次滑动形成具有多级滑体的滑坡,则形成类似于若干个产状基本一致的正断层形成向同一滑动方向的阶梯状断层。

图2 阶梯状断层示意图
此部位滑坡的应力状态与正断层应力状态是一致的,即最大主应力σ1直立,中间主应力σ2和最小主应力σ3水平,中间主应力σ2与滑坡主轴正交。
2、滑坡前缘由于受到抗滑段的阻挡,造成滑坡前缘产生逆冲断层特征。
如逆冲断层往往是低角度的逆断层形成的,其倾角一般相对较缓,且在断层推移的过程中常形成推覆式构造或逆冲推覆式构造。即依附于一条主干断层,呈扫帚状成凹向上的逆冲断层组合而滑坡前缘形成的逆冲推覆式的前展式叠瓦构造形态,正如滑坡形成的扫帚式多个剪出口,依附于主滑面发育相类似。此部位滑坡的应力状态与逆断层应力状态是一致的,即最小主应力σ3直立,中间主应力σ2和最大主应力σ1水平,σ2与滑坡主轴正交。

图3 前展式逆冲断层示意图

3、滑坡前缘由于滑体的被动挤压,往往形成类似于褶皱构造的形态和特征。
纵弯褶皱一般会形成两组节理,一组是纵张节理,主要发育于褶皱背斜转折端上,在褶皱横断面上排列呈扇状,节理尖端向下呈楔形,受拉张形成。一组是横张节理,在褶皱上与其褶轴垂直,受压张形成。
一系列平行的背斜和向斜相间形成的隔挡式褶皱 。其中背斜窄而紧闭、呈线状延伸。位于两背斜之间的向斜相对开阔平缓。而每个膨丘犹如纵弯褶皱一样,由于受到侧向挤压形成纵弯时产生纵、横向张节理,即与褶皱走向大致平行的走向节理和与走向大致正交的横向节理。
而滑坡前缘岩土体在下滑力的作用下,将形成鼓胀,甚至形成多个近于平行的鼓胀丘,并发育受到压张作用形成的纵向放射状裂缝和拉张作用形成的膨胀裂缝。
图4 纵弯褶皱及节理产生示意图
4、滑坡周界在发育阶段往往由于拉剪作用在两侧周界部位形成羽状裂缝。这些羽状裂缝是受到力偶作用所致,主要是由剪切作用中与主剪切面形成小角度相交的微剪裂发育而成,这些裂缝同主滑方向夹角多为Φ/2,其锐角指明了滑坡的主滑方向。

图5 滑坡平面形态示意图

从地质构造作用看,从小处来说,如地质构造上反映雁行式斜列状的S形节理的初始发育裂缝一致,其中羽列方向代表主剪裂面;从大处来说,如平移断层两盘相对滑动,可形成右行平移断层和左行平移断层,且往往伴生断块的差异性升降和拉分盆地,这与滑坡下对错动滑移后明显较两侧地形相对凹陷具有一定的类似情况。
图6 张剪裂缝受力示意图
5、滑坡滑动时在粘粒含量高的滑面上将呈现镜面,在粗颗粒较多的滑面上将呈现粗糙的条纹形态。而这些滑面形态正如断层两盘错动时形成的擦痕一样。但两者的区别是由于滑坡的作用力往往小于构造作用力,造成滑面擦痕在一段范围内往往深度和宽度近于一致,且具有厚度明显较阶步小的鳞片状形态。而构造擦痕往往作用规模较大,多有断层活动时形成的片状纤维状晶体,擦痕多为一端粗、深,一端细、浅,并常有正阶步和反阶步产生。
但需要注意的是对于具有一定厚度的滑带,往往由于滑带上下的下滑力与抗滑力的力偶作用,往往造成滑带内出现陡倾的张剪面和与之夹角为Φ的压剪面,一定要防止将力偶产生的结构面当作滑面而造成滑面产状失误。
图7 滑带受力示意图
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