滑坡漸進破壞過程研究

趙邵華

（湖南城建職業(yè)技術學院， 湖南 湘潭 411101）

滑坡作為一種嚴重威脅人民生命安全以及財產安全的地質災害，突發(fā)性強，但是大多數滑坡災害發(fā)生之前都具有明顯的征兆，例如裂縫的擴展和增多，位移的不斷增大以及坡體的局部破壞，為災害的防護和治理提供參考。事實上，滑坡的整體失穩(wěn)破壞并非瞬時發(fā)生的，而是坡體局部破壞后應力轉移調整，破裂面逐漸擴大最終貫通整個滑動面的漸進破壞過程，滑坡也往往經歷了萌芽、孕育、發(fā)展和貫通四個階段。

滑坡的發(fā)展和破壞是分為多個階段的，根據大量的現場資料、觀測成果、相關的巖土力學研究成果和滑坡模型試驗，可以將滑坡的發(fā)生、發(fā)展、消亡過程分為蠕滑、滑動、劇滑和趨穩(wěn)4 個階段，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，坡體中結構面（如裂縫、節(jié)理等）出現應力集中，發(fā)生蠕滑變形。首先是坡頂出現拉裂縫，緊接著坡體下部開始發(fā)生緩慢移動，根據滑坡規(guī)模大小的不同，其位移速率亦差別較大。局部的蠕滑點位移較大，土體強度參數由峰值強度逐漸降為殘余強度，該處坡體逐步發(fā)展為剪切變形帶，應力發(fā)生轉移和調整以發(fā)揮最大的抗剪強度，滑坡重新達到穩(wěn)定狀態(tài)，該過程持續(xù)時間較長，可達數十年或上百年，作用因素主要為重力作用。

(2) 滑動階段，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明顯的張拉裂縫，前緣出現明顯鼓脹裂縫，宏觀上出現滑坡的總體輪廓，破裂區(qū)逐漸擴大，滑裂面土體殘余強度值所占比重擴大，抗剪強度降低。

(3) 劇滑階段，即滑坡發(fā)育的第三階段(圖1 中的CD 段)。隨著變形的進一步增大，變形速率明顯增大，破裂面基本貫通，滑動面上的土體強度趨于殘余強度，巖土體處于快速位移階段，最終導致滑坡的發(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，對于滑坡的預測和預防具有重要的參考價值。

(4) 趨穩(wěn)階段，滑坡劇烈滑動并產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，抗剪強度增大，滑坡逐步向穩(wěn)定方向轉化，直至達到新的穩(wěn)定狀態(tài)。

1936 年Terzaghi 最先提出土體的漸進破壞理論，他發(fā)現造成邊坡漸進累積破壞的原因是土體的應變軟化效應，其本質是土體由初始強度狀態(tài)向塑性狀態(tài)的流動。1964 年Skemptom 將邊坡漸進破壞的概念用于邊坡的穩(wěn)定性分析，通過對超固結粘土邊坡的穩(wěn)定性研究發(fā)現，沿邊坡滑面各點土體強度并非同時發(fā)揮作用，只有當其中某一點的剪應力增加到土體的峰值剪應力時該點發(fā)生破壞，抗剪強度下降，當剪切應變再增加到一定數值時，抗剪強度又趨于穩(wěn)定。

邊坡的漸進破壞過程如圖2 所示。由于降雨或坡腳開挖等自然或人工作用導致坡腳位置點1 出現應力集中，承受的剪切應力超過抗剪強度，土體強度參數由峰值強度逐漸衰減至殘余強度。根據潘家錚極大極小值原理，滑面上的應力可以自行調整、轉移以便發(fā)揮最大的抗剪強度，由于點1 強度參數減小，多余的剪應力轉移至點2 承擔，繼而導致點2 出現應力集中并向殘余強度過渡，進而引起點3逐漸由峰值強度向殘余強度過渡。隨著時間的增加，不斷重復這一應力調整、轉移、重新分配的過程，破裂區(qū)不斷增大，滑帶不斷擴展最終形成貫通的滑動面，滑坡發(fā)生整體破壞。

圖2 滑坡漸進破壞示意圖

滑坡的成因機制是滑坡預防和治理的基礎，不同的孕育環(huán)境對滑坡的成因和演化過程有重要影響。根據滑體受力狀態(tài)的不同，可將滑坡分為三類，即牽引式滑坡、推移式滑坡和復合式滑坡，這三種滑坡的特性有待于進一步探討。