滑坡发生的机理分析(假日专题,旧文新读)
最近有同仁建议写一点滑坡机理方面的文章,笔者在此将王恭先老先生的笔记进行整理后与大家分享。
在查清滑坡的地质结构和破坏模式之后,滑坡的发生机理就是主滑带土的应力应变与其抗剪强度的不平衡关系。前人曾提出过斜坡应力状态改变理论、滑带土孔隙水压力增高理论、滑带土渐进破坏理论、滑带土残余强度理论、滑带土震动液化理论和高陡斜坡下的软岩挤出理论等,解释不同类型的滑坡的发生机理。这里我们简化为主滑带土的剪应力与抗剪强度的不平衡来说明。
一、主滑带的剪应力增大
无论是河流冲刷坡脚、人为开挖坡脚、水库浸淹坡脚,还是斜坡上部堆载、采空塌陷,以及地震的作用,都改变了斜坡的形状和应力状态,增大了主滑带土的剪应力和下滑分力。当剪应力大于主滑带的抗剪强度时,主滑带就先失稳变形,引起地面开裂,继而造成滑坡的发生。
二、主滑带土的抗剪强度降低
降雨和地表水渗入坡体,饱和与软化主滑带土,使其强度降低;地下水位的升高,主滑带土孔隙水压力增大,抗剪强度降低;水库浸淹,降低抗滑段和主滑段滑带的强度,浮力减小了抗滑力;地下水的溶蚀和淋滤也会降低主滑带的强度。当其抗剪强度降低到不能平衡坡体剪应力时,就会破坏而形成滑坡。
三、主滑带的剪应力增大与抗剪强度降低同时发生
上述不利因素的组合出现,既增大了剪应力和下滑分力,又减小了主滑带的抗剪强度和抗滑力,滑坡更容易发生。
四、基底承载力不足
大于百米的高陡斜坡下伏软岩或煤层,在河流下切和卸荷裂隙作用下,使软岩承载力不足而变形挤出,或煤层被开采,会造成上部岩体大崩塌或错落型滑坡。这是一种特殊的滑坡,与一般滑坡不同,国外称其为“侧向扩展”。
五、主滑带饱和粉细沙土的震动液化
饱和粉土(如黄土)、粉细沙土在地震作用下发生液化,即超孔隙压力作用,使滑带土失去了强度,滑体像漂在水面上一样滑出很远。如 1920 年的海原地震发生了大量黄土滑坡,滑床很缓,却滑距数百米,堵塞河道形成堰塞湖。有些水下滑坡也有类似情况。
六、滑坡为何会加速大滑动
国内外的研究都表明,滑带土在滑坡大位移剪切中会从其峰值强度逐渐降低到其残余强度。由于滑带土的抗剪强度过峰值 B 点后,因剪胀吸水降低到软化点强度 C 点,相当于重塑土的峰值强度。再大位移剪切,其黏土颗粒发生定向排列,降到其残余强度 D 点。由于随位移增大强度不断降低,阻滑力不断减小,故滑坡会加速滑移较大距离。
图1 滑带土的剪切变形曲线
1—超固结土的强度曲线;2—正常固结土的强度曲线