1.2 水利水电工程边坡的分类与变形破坏形式
1.2.1 边坡的分类
边坡的分类方法较多,各行业的分类方法不尽相同。参照《水电水利工程边坡设计规范》(DL/T 5353—2006)的分类方法,水电水利工程边坡分类情况如下。
(1)按照边坡的成因,可分为自然边坡和工程边坡。自然边坡是天然存在自然营力形成的边坡。例如自然山坡和江河湖海的岸坡。工程边坡是经人工改造形成的或受工程影响的边坡。例如因工程建设需要,人工开挖或填筑形成的边坡。
(2)按照构成边坡的岩土性质,可分为岩质边坡、土质边坡和岩土混合边坡。岩质边坡是由岩体组成的边坡,土质边坡是由土体或松散堆积物组成的边坡,岩土混合边坡是由岩体和土体混合组成的边坡。
(3)按照岩层倾向与边坡倾向的关系,可分顺向坡、反向坡、横向坡、斜向坡、水平层状坡。顺向坡的岩石层状结构面基本平行河谷,倾向岸外。反向坡的岩石层状结构面基本平行河谷,倾向岸里。横向坡的岩石层状结构面与河谷基本正交,倾向上游或下游。斜向坡的岩石层状结构面与河谷斜交倾向上游或下游。水平层状坡的岩石层状结构面为水平。
(4)按照边坡与建筑物的相互关系,可分为建筑物地基边坡、建筑物周边边坡、水库或河道边坡。建筑物地基边坡是指与建筑物基础接触的边坡,边坡必须满足稳定要求或变形控制在允许范围内。建筑物周边边坡是指与建筑物邻近的边坡,必须满足稳定要求。水库或河道边坡距水工建筑物较远,对建筑物安全运行影响较小,仅要求稳定或允许有一定限度破坏。
(5)按照边坡存在时间长短,可分为永久边坡和临时边坡。工程寿命期内需保持稳定的边坡为永久边坡,施工期需保持稳定的边坡为临时边坡。
(6)按照边坡的稳定性状态,可分为稳定边坡、潜在不稳定边坡、变形边坡、不稳定边坡和失稳后边坡。能保持稳定和有限变形的边坡是稳定边坡。潜在不稳定边坡存在明确的不稳定因素,但暂时是稳定的。变形边坡有变形或蠕变迹象。不稳定边坡处于整体滑动状态或时有崩塌现象。失稳后边坡是已经发生过滑动的边坡。
(7)按照边坡的高度分,可分为特高边坡、超高边坡、高边坡、中边坡和低边坡。边坡高度大于300m的为特高边坡。边坡高度在100~300m之间的为超高边坡。边坡高度在30~100m之间为高边坡。边坡高度在10~30m之间为中边坡。边坡高度小于10m的为低边坡。
(8)按照岩土结构不同,对岩质和土质边坡进一步进行分类,可参考《水电水利工程边坡设计规范》(DL/T 5353—2006)。
1.2.2 边坡的变形形式
边坡的变形以未出现贯穿性的破坏为标志,在坡面表层可能出现一定程度的破裂与错动,但整体未产生滑动破坏,主要表现为拉裂松动和蠕动。
(1)拉裂松动是在坡体表面局部应力集中部位和张力带内,出现近似平行坡面的陡倾角张开裂缝,被裂缝切割的岩体向临空面方向松开、移动。它是一种边坡卸荷回弹的过程和现象,存在于坡体的这种松动裂隙,可以是应力重分布中新生的,但大多是沿原有的陡倾角裂隙发育而成。它仅有张开而无明显的相对滑动,张开程度及分布密度由坡面向深处而逐渐减小。实践中把发育有松动裂隙的坡体部位称为边坡卸荷带或边坡松动带。划分松动带(卸荷带),确定松动带范围,研究松动带内岩体特征,对论证边坡稳定性,特别是确定开挖深度或灌浆范围,都具有重要意义。
(2)蠕动是边坡岩(土)体在重力作用下,沿滑移面或软弱面局部向临空方向缓慢剪切变形,使岩体的个别部分有少量的移动、弯折。蠕动又分表层蠕动和深层蠕动。表层蠕动是边坡浅部岩体在重力的长期作用下,向临空方向缓慢变形构成剪变带,其位移由表层向深部逐渐降低直至消失。深层蠕动主要发育在边坡下部或坡体内部,按其形成机制特点,深层蠕动有软弱基座蠕动和坡体蠕动两类。坡体基座存在产状较缓且有一定厚度的相对软弱岩层时,在上覆层重力作用下,使基座部分向临空方向蠕动,并引起上覆层的变形与解体,称为软弱基座蠕动。坡体沿缓倾软弱结构面向临空方向的缓慢移动变形,称为坡体蠕动。
1.2.3 边坡的破坏形式
当边坡岩体出现连续贯穿的破裂面时,被分割的坡体便以一定的加速度滑移或崩落,脱离母体,边坡出现破坏。变形是破坏的前兆,破坏是变形的发展。边坡的破坏有崩塌、坍塌、滑塌、倾倒、错落、落石、滑坡等形式。
(1)崩塌是陡坡上的巨大岩体或土体,在重力和其他外力作用下,突然向下崩落的现象。崩塌过程中岩体(或土体)猛烈地翻滚、跳跃、互相撞击,最后堆于坡脚,原岩体(或土体)结构遭到严重破坏。
(2)坍塌是土层、堆积层或风化破碎岩层斜坡,由于水流冲刷、人工开挖或土壤中含水量增大和裂隙水的作用等原因,在边坡陡于岩体自身强度所能保持的坡度时,而产生逐层塌落的现象。
(3)滑塌是斜坡上的岩体或土体,在重力和其他外力作用下,沿坡体内新形成的滑面整体向下以水平滑移为主的现象。它与坡体滑坡十分类似,滑坡是沿坡体内一定的软弱面(或带)整体向下滑动。
(4)倾倒是陡倾角的岩体由于卸荷回弹和其他外力作用,绕其底部某点向临空方向倾塌的现象。
(5)错落是破碎岩体被陡倾角的构造面与后部完整岩体分开的较后破碎岩体,因坡脚受冲刷或人工开挖和振动影响,下伏软弱层不足以承受上部岩体压力而被压缩,引起坡体以垂直下错为主的破坏现象。
(6)落石是指破碎且节理裂隙发育硬质岩斜坡,软岩、硬岩互层和断层破碎影响带岩块逐渐松动、坠落现象。
(7)滑坡是边坡岩体沿连续、贯通的剪切破坏面发生整体滑动的现象。按照滑动面与岩石层面的关系,可分为均质滑坡、顺层滑坡和切层滑坡。均质滑坡多发生在没有明显层理的岩体或土体中。顺层滑坡是沿着岩石的层面滑动,多发生在岩层走向与边坡走向一致,岩层倾角小于坡角,且倾向坡外的情况。切层滑坡滑动面穿过岩层层面,多发生在岩层接近水平的情况。按照滑动力学性质,可分为推动式滑坡、牵引式滑坡。推动式滑坡是由于上部岩体不稳,从而加大下部岩体下滑力造成的。牵引式滑坡首先从边坡的下部发生滑动,引起由下而上依次滑动,逐渐向上扩展。按照滑动面的形状,可分为平面型、弧面型和复合型滑坡。