层状结构岩质边坡倾倒变形机制与稳定

1.2倾倒变形机制研究现状

对倾倒变形形成机理和变形模式的研究，国内外都有较长的历史。Frietas和Watters在1973年明确将倾倒变形归为一种特殊的边坡变形类型，并指出倾倒变形能在多种岩体类型中大范围发生。Goodman和Bray（1976）将层状边坡弯曲倾倒变形归纳为三种基本类型，即弯曲倾倒（flexural toppling)、块体倾倒（block toppling)和块状弯曲倾倒(blockflexural toppling）。Hoek和Bray（1981）将次生倾倒进一步划分为滑移-坡顶倾倒、滑移一基底倾倒、滑移-坡脚倾倒、拉张-倾倒与塑流-倾倒五种类型。Cruden和Hu（1994）发现了斜坡中存在倾向与坡向一致、倾角比坡角陡的结构面等大量的倾倒变形现象，即顺层倾倒，并将其分为块状弯曲倾倒、多重块体倾倒和“人”字形倾倒三种基本类型。此外，国外一些学者也将自然边坡中的大规模倾倒认为是深层的蠕变变形，这类大范围的重力变形并未形成贯通性的破坏面。

国内早期有学者把反倾岩体的变形现象描述为“点头哈腰”“山腰迁移”“地表膝状褶皱”“岩体的蠕动变形”“挠曲风化层”等。在反倾岩体变形机制研究方面中国科学院地质与地球物理研究所取得了突出成就，如杜永廉（1979）、许兵、王思敬（1982）、孙玉科、黄建安等就此问题展开了一系列研究（孙玉科和牟会宠，1984；黄建安和王思敬，1986；许兵和李毓瑞，1996）。此外，庆祖荫（1979）、王耕夫（1988）、许强等（1993）也相继展开了该类问题研究。研究成果大致可分为从岩体结构控制作用、地应力作用与释放或风化作用等不同因素方面探讨反倾岩体变形破坏的机理。在“八五”国家科技攻关计划期间，王思敬、黄润秋等对反倾层状岩体的变形破坏规律及失稳机制进行了系统研究，指出岩层倾角、坡角以及岩性结构控制了反倾层状岩体边坡破坏的类型和规模，阐述了弯曲倾倒变形破坏的主要特征和充分必要条件，并提出了反倾岩体变形破坏的时效性观点。黄润秋在其多篇关于中国大型滑坡的发生机制的论著中对反倾向层状岩体边坡中大型倾倒变形及滑坡发生的基本规律进行了总结，他在大量地质调查分析的基础上将倾倒变形分为两种类型：发生在脆性坚硬岩层中的脆性折断型倾倒变形与发生在软弱地层中的延性弯曲型倾倒变形。他认为大规模倾倒变形破坏都有一个很长的孕育演化过程，这类边坡滑动面的形成完全是自身演化的结果，不存在一些先决条件的潜在滑动面，而一旦演化到滑坡阶段，由于其长期的地质历史积累，必然是深层的、大规模的。因此，对于此类深层倾倒变形斜坡的稳定性研究采用极限平衡方法是有待商榷的。这一研究成果有大量的实例支撑，地质分析深入透彻。

1.2.1反倾层状（似层状）岩体边坡倾倒典型变形现象

倾倒变形常见于反倾层状结构岩体中，尤其是在边坡前缘较易发生，其形成机制是陡倾的板状岩体在自重产生的弯矩作用下，于前缘开始向临空方向作悬臂梁弯曲，并逐渐向内发展。弯曲的极梁乙间互相错动开伴有拉裂，弯曲岩体后缘出现拉裂缝。反倾岩体边坡的倾倒变形可进一步细分为弯曲倾倒、块体倾倒与块体弯曲三种类型（图1.4）。

弯曲倾倒发生在具有“柔性”特点的近直立薄层状、中厚层状地层中，尤以薄层状的变质板岩、片岩、千枚岩、岩性组合的斜坡中，软硬互层的斜坡中为甚，一般发育深度比较大，为深层倾倒。此类大规模的倾倒变形破坏都有一个很长的孕育演化过程，在这个过程中，岩层可以发生很大的柔性弯曲而不折断，而其破坏是变形发展到极致的产物。

块体倾倒常常发生在陡倾坚硬岩质边坡中，其变形深度总体较浅，倾倒折断后产生剪切滑移，其失稳方式常常为崩塌或者局部滑塌，一般发生在坡体表部，属于浅层倾倒。