滑坡漸進(jìn)破壞過(guò)程研究

趙邵華

（湖南城建職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 湖南 湘潭 411101）

滑坡作為一種嚴(yán)重威脅人民生命安全以及財(cái)產(chǎn)安全的地質(zhì)災(zāi)害，突發(fā)性強(qiáng)，但是大多數(shù)滑坡災(zāi)害發(fā)生之前都具有明顯的征兆，例如裂縫的擴(kuò)展和增多，位移的不斷增大以及坡體的局部破壞，為災(zāi)害的防護(hù)和治理提供參考。事實(shí)上，滑坡的整體失穩(wěn)破壞并非瞬時(shí)發(fā)生的，而是坡體局部破壞后應(yīng)力轉(zhuǎn)移調(diào)整，破裂面逐漸擴(kuò)大最終貫通整個(gè)滑動(dòng)面的漸進(jìn)破壞過(guò)程，滑坡也往往經(jīng)歷了萌芽、孕育、發(fā)展和貫通四個(gè)階段。

滑坡的發(fā)展和破壞是分為多個(gè)階段的，根據(jù)大量的現(xiàn)場(chǎng)資料、觀測(cè)成果、相關(guān)的巖土力學(xué)研究成果和滑坡模型試驗(yàn)，可以將滑坡的發(fā)生、發(fā)展、消亡過(guò)程分為蠕滑、滑動(dòng)、劇滑和趨穩(wěn)4 個(gè)階段，如圖1 所示。

圖1 滑坡發(fā)育階段

(1) 蠕滑階段，即滑坡發(fā)育的第一階段(圖1 中的AB 段)。斜坡上的巖土體在自重作用下，加之自然作用或人為擾動(dòng)，坡體中結(jié)構(gòu)面（如裂縫、節(jié)理等）出現(xiàn)應(yīng)力集中，發(fā)生蠕滑變形。首先是坡頂出現(xiàn)拉裂縫，緊接著坡體下部開(kāi)始發(fā)生緩慢移動(dòng)，根據(jù)滑坡規(guī)模大小的不同，其位移速率亦差別較大。局部的蠕滑點(diǎn)位移較大，土體強(qiáng)度參數(shù)由峰值強(qiáng)度逐漸降為殘余強(qiáng)度，該處坡體逐步發(fā)展為剪切變形帶，應(yīng)力發(fā)生轉(zhuǎn)移和調(diào)整以發(fā)揮最大的抗剪強(qiáng)度，滑坡重新達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，該過(guò)程持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，可達(dá)數(shù)十年或上百年，作用因素主要為重力作用。

(2) 滑動(dòng)階段，即滑坡發(fā)育的第二階段(圖1 中的BC 段)。在降雨等各種外部因素的作用下，滑坡發(fā)生明顯的變形，位移呈勻速或緩慢增大后出現(xiàn)明顯的張拉裂縫，前緣出現(xiàn)明顯鼓脹裂縫，宏觀上出現(xiàn)滑坡的總體輪廓，破裂區(qū)逐漸擴(kuò)大，滑裂面土體殘余強(qiáng)度值所占比重?cái)U(kuò)大，抗剪強(qiáng)度降低。

(3) 劇滑階段，即滑坡發(fā)育的第三階段(圖1 中的CD 段)。隨著變形的進(jìn)一步增大，變形速率明顯增大，破裂面基本貫通，滑動(dòng)面上的土體強(qiáng)度趨于殘余強(qiáng)度，巖土體處于快速位移階段，最終導(dǎo)致滑坡的發(fā)生。該階段是滑坡變形速率最快，發(fā)育特征最為明顯的階段，對(duì)于滑坡的預(yù)測(cè)和預(yù)防具有重要的參考價(jià)值。

(4) 趨穩(wěn)階段，滑坡劇烈滑動(dòng)并產(chǎn)生巨大的沖擊力之后，能量釋放完成，位移速率減慢，滑帶在壓密作用下排水固結(jié)，抗剪強(qiáng)度增大，滑坡逐步向穩(wěn)定方向轉(zhuǎn)化，直至達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)。

1936 年Terzaghi 最先提出土體的漸進(jìn)破壞理論，他發(fā)現(xiàn)造成邊坡漸進(jìn)累積破壞的原因是土體的應(yīng)變軟化效應(yīng)，其本質(zhì)是土體由初始強(qiáng)度狀態(tài)向塑性狀態(tài)的流動(dòng)。1964 年Skemptom 將邊坡漸進(jìn)破壞的概念用于邊坡的穩(wěn)定性分析，通過(guò)對(duì)超固結(jié)粘土邊坡的穩(wěn)定性研究發(fā)現(xiàn)，沿邊坡滑面各點(diǎn)土體強(qiáng)度并非同時(shí)發(fā)揮作用，只有當(dāng)其中某一點(diǎn)的剪應(yīng)力增加到土體的峰值剪應(yīng)力時(shí)該點(diǎn)發(fā)生破壞，抗剪強(qiáng)度下降，當(dāng)剪切應(yīng)變?cè)僭黾拥揭欢〝?shù)值時(shí)，抗剪強(qiáng)度又趨于穩(wěn)定。

邊坡的漸進(jìn)破壞過(guò)程如圖2 所示。由于降雨或坡腳開(kāi)挖等自然或人工作用導(dǎo)致坡腳位置點(diǎn)1 出現(xiàn)應(yīng)力集中，承受的剪切應(yīng)力超過(guò)抗剪強(qiáng)度，土體強(qiáng)度參數(shù)由峰值強(qiáng)度逐漸衰減至殘余強(qiáng)度。根據(jù)潘家錚極大極小值原理，滑面上的應(yīng)力可以自行調(diào)整、轉(zhuǎn)移以便發(fā)揮最大的抗剪強(qiáng)度，由于點(diǎn)1 強(qiáng)度參數(shù)減小，多余的剪應(yīng)力轉(zhuǎn)移至點(diǎn)2 承擔(dān)，繼而導(dǎo)致點(diǎn)2 出現(xiàn)應(yīng)力集中并向殘余強(qiáng)度過(guò)渡，進(jìn)而引起點(diǎn)3逐漸由峰值強(qiáng)度向殘余強(qiáng)度過(guò)渡。隨著時(shí)間的增加，不斷重復(fù)這一應(yīng)力調(diào)整、轉(zhuǎn)移、重新分配的過(guò)程，破裂區(qū)不斷增大，滑帶不斷擴(kuò)展最終形成貫通的滑動(dòng)面，滑坡發(fā)生整體破壞。

圖2 滑坡漸進(jìn)破壞示意圖

滑坡的成因機(jī)制是滑坡預(yù)防和治理的基礎(chǔ)，不同的孕育環(huán)境對(duì)滑坡的成因和演化過(guò)程有重要影響。根據(jù)滑體受力狀態(tài)的不同，可將滑坡分為三類(lèi)，即牽引式滑坡、推移式滑坡和復(fù)合式滑坡，這三種滑坡的特性有待于進(jìn)一步探討。