二、影響斜坡應力分布的因素
斜坡岩體中的初始應力狀態,坡形以及岩體特征和結構特征等多種因素,都可以影響斜坡的應力分布,其中影響最大的乃是初始應力狀態。
1.岩體初始應力狀態的影響
在高山峽穀地區以及新構造運動強烈的地帶,岩體中常賦予有較大量級的水平地應力,它可對斜坡岩體的應力分布產生重要影響,可造成坡腳地帶的應力集中和坡麵、坡頂的張力帶的發展。
2.坡形的影響
坡內各處的應力值與坡高成正比,隨著地角的增大,坡腳處的最大剪應力也增高,張力帶也隨坡角的增大而擴展。
此外,斜坡岩體特征和結構特征等也可對斜坡應力分布產生影響。
三、斜坡岩體的變形
斜坡岩體的應力狀況,在其成坡後發生變化,原先的平衡被破壞,新的應力分布將導致岩體變形和破壞。變形在先,隨之發生破壞。變形可分為鬆動和蠕動兩個階段。
1.鬆動
崖坡形成的初始階段,坡體中往往出現一係列與地麵處於平行的斜角張開裂隙,使斜坡岩體向臨空方向張開,這種過程和現象稱為鬆動。
斜坡岩體鬆動坡體強度降低,各種應力因素更易深入坡體,從而加大斜坡內部各種營力因素的作用力度,成為坡體變形的初始表現。坡度愈高、愈陡,地應力愈強,斜坡鬆動裂隙便愈容易發育、鬆動帶的深度也愈大。
2.蠕動
斜坡岩體在自重應力為主的坡體應力的長期作用下,向臨空方向的緩慢而持續的變形,稱為斜坡蠕動。蠕動的形成機理為岩土的粒滑動或沿岩體裂紋微錯,或由岩體中的一係列裂隙擴展所致。它是在應力長期作用下,岩體內部的一種緩慢的調整性形變,此為岩體破壞的先兆。岩體中自重應力引起的剪應力,與岩體長期抗剪強度相比很低時,斜坡便呈加速蠕動。
四、斜坡岩體的破壞
斜坡岩體中出現了與外界貫通的破壞麵,使被分割的坡體以一定的加速度脫離母體,向下滑移或崩落,稱為岩坡破壞。
自然斜坡經曆了慢長的形成過程,其應力改變過程也是漸進的,所以自然斜坡的破壞通常要先經曆鬆動和蠕動的變形階段。而人工邊坡的破壞過程往往是另一回事,它可以在短時間內迅速發生,當然也可以先出現較慢的鬆動和蠕動階段,再轉人破壞階段。
自然營力對斜坡的破壞可產生很大的影響。例如,空隙水壓力,地震力等可使斜坡突然破壞。
斜坡破壞的形式主要有剝落、滑坡、滑移、崩塌等。其中滑移和崩塌常常威脅著石窟、摩崖和天然洞室的安全。
水對斜坡穩定性的影響
影響斜坡穩定性的因素很多,例如組成斜坡的地層岩組、地質構造、岩坡地質結構、振動作用及斜坡形態等。就斜坡形態而言,坡度愈陡、坡高越大,其穩定性也就越差。上述因素對斜坡穩定性的影響都不像水的影響那樣,作為最常見的岩體崩塌觸發因素,而明顯影響斜坡的穩定性。因此,我們著重討論一下水對斜坡穩定性的影響。
實踐證明,大多數斜坡岩體的破壞都與水有關。岩體經常是含水的,當有水壓力作用時,岩體中的水就會透過孔隙、裂隙、節理和斷層流動,從而在岩體中產生水力的,機械的,物理的,化學的作用。
一般情況下,透水的斜坡岩體表麵,承受靜水壓力。充水的張開裂隙將承受裂隙水靜水壓力。地下水的滲透流動對岩石將產生動水壓力。此外,水還可以通過它對岩體的軟化作用而造成岩體的破壞。
一、靜水壓力對岩體的破壞
作用於斜坡岩體上的靜水壓力主要有兩種情況,一種情況是當裂隙岩體中張裂隙充水時,裂隙中的靜水壓力;另一種情況是當岩體浸沒於水下時,水對岩體所產生的靜水壓力。第一種情更有普遍意義,因此,我們著重討論第一種情況的靜水壓力。
當斜坡岩體中發育有張裂隙時,降雨或地下水滲流可使裂隙充水,使裂隙受到來自靜水壓力的作用。靜水壓力作用方向垂直於裂隙麵,其大小與裂隙水水頭有關。對於部分充水的裂
此外,地下水出口節理裂隙的敞開程度的不同,也影響靜水壓力的大小。若出口處節理裂隙敞通,則地下水涇流條件好,水位低,裂隙靜水壓力小;反之,裂隙靜水壓力大。作用於斜坡岩體中,易失穩岩塊底部軟弱結構麵上的靜水壓力,可使作用在該結構麵上的有效正應力減小,甚至能使上覆岩塊隆脹,但不能發生剪切位移,岩坡穩定性因此而更加惡化。
二、動水壓力的作用
地下水在滲流過程中,所施加於斜坡岩塊裂隙或顆粒的力,稱為動水壓力。這一壓力是一種體積力,其大小與滲流的水的體積及水力梯度有關,動水壓力可用下式表征。
斜坡岩體的崩塌
一、概述
斜坡岩體失穩的最終表麵是崩塌。崩塌是斜坡的一種破壞形式,它是自然運動、變化的極端形態。崩塌現象常發生在厚層堅硬岩體中(石窟、摩崖恰好都是開鑿在這類堅硬而厚實的岩體之上的高陡的斜坡多是由石英岩、灰岩、砂岩等硬脆岩石構成。斜坡前緣的部分岩體,往往容易被陡傾角的結構而分割,在觸發因素的作用下,以突然的方式脫落母體傾覆、翻滾而下,岩塊相互衝撞、破碎,最後堆積於坡腳,這種形成岩堆的過程和現象稱為崩塌。崩塌規模有大有小,大至山崩,小至個別岩塊的塌落。
崩塌主要發生在601以上的陡坡前緣處,高而陡的斜坡通常由陡傾角裂隙發展而成,或者由於基座蠕動造成斜坡解體所形成。表麵蠕動使裂隙進一步加深加寬,並造成主應力增加,或造成坡體蠕動進一步加劇,下部支撐力減弱,從而引起岩體崩塌。
岩體破裂麵的發展和加劇與自然營力因素的影響相關,崩塌的觸發因素來自自然因素中的某一個或幾個成分,例如空隙水壓、地表水衝刷、風化作用、地震或爆破震動等。特別是大雨滲入,使空隙水壓力劇增,以及地震引起的坡體晃動等。這些營力可使岩體突然斷裂向外傾倒、翻滾。所以大雨和地震經常與大型崩塌相伴為伍。
二、崩塌的運動學特點
崩塌的特點是質點位移矢量中的垂直分量,遠遠大於水平分量,而且位移塊體與母體完全脫離開。在懸崖峭壁的極端情況下,其塊體位移服從於自由落體運動規律。
第五節靜態疲勞
保藏學是研究圖書、檔案及各類博物館藏品劣變規律的科學。藏品的劣變包括色變(退色、變色和返黃、質變、形變和斷裂。前三種劣變形式我們在第二篇和本篇的前幾章裏已經討論過,現在該輪到討論岩石的斷裂問題了。
從工程意義說,岩石是一種脆性材料,因此它容易發生脆性斷裂。脆性斷裂的特點是斷裂時不產生明顯的形變。脆性材料除了會發生脆性斷裂外,還會發生因靜態疲勞而造成的斷裂。對於岩畫、石窟藝術品等石質藏品來說,由靜態疲勞造成的破壞,可能會占有相當的比例。因為靜態疲勞造成的破壞,是應力,環境介質及時間因素的函數,顯然,這三大因素無時不在影響著岩石的穩定性。而且各種材料,如玻璃、陶瓷、混凝土構件、塑料材料等都普遍存在靜態疲勞斷裂問題,作為脆性材料的岩石也不例外。