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坡地

坡地上的岩石和风化碎屑物,在构造运动、重力和流水的作用下发生崩塌、滑坡、泥石流和蠕动等,所形成的各种地貌称为坡地地貌。形成原因主要有,崩塌、滑坡、蠕动等。

坡地类型形形色色、千差万别,但总体归纳起来在视觉造型上可以分为三大类。对于给定的景观和设计环境可选择其中之一,但在同一个工程中把几种类型结合起来也是有可能的,这三种坡地类型分别是地貌形状的造型、建筑构造的造型和自然主义的造型。

拟建的小区坡地在生态上和原来的天然景观特点融合到一起。它通过重复类似的地貌和地形构造反映形成景观的地质作用力和天然的造型。一般来说,这种类型的目的是为了保护原有地貌的特点,而使所需的再修整量最小。

拟建的小区坡地产生均匀的坡度和造型,通常几何形状非常明显。沿着各个面之间的相交线非常清晰,而不是柔和的边界。这种修整类型给人的整体印象是人力支配感强。

这种类型是景观设计中最普遍的一种造坡方法,它用抽象的手法模仿天然地貌,类似于山坡山谷的造型,自然起伏的造型与挺拔的建筑形成鲜明的对比。

在陡峭的斜坡上,巨大的岩体、土体、块石和碎屑物,在重力作用下,突然发生急剧的崩落、滚落或翻转,在坡脚形成倒石堆或岩屑堆。崩塌的速度很快,一般为5200米/秒,或更快,崩塌体积可由几立方米到上亿立方米。在山坡上发生的巨大崩塌称为山崩

1968年川藏公路拉月发生的600米厚的岩体崩塌,就是山崩。山崩的破坏力极大,可在瞬间毁没大片森林、堵塞河道、毁坏村镇建筑物等。河岸、湖岸、海岸的崩塌又称为坍岸,悬崖陡坡上的大石块崩落称为坠石。由于地下溶洞或采矿区所发生的崩塌称为坍陷。

崩塌是在一定的地质、地貌和气候条件下发生的。从地质条件上看,在节理发育断层破碎带上,在片理、劈理岩层倾向与坡向一致的变质岩地区,垂直节理十分发育的黄土地区,以及构造运动强烈、地层挤压破碎和地震频繁的地区容易发生可爱。

崩塌与气候条件有密切关系,如在气温日较差、年较差都很大的干旱、半干旱地区,物理风化强烈,很容易发生崩塌。在我国西北、东北和青藏高原地区,冻融现象非常强烈,在初冬或旱春季节,只要有陡崖陡坎、陡坡就很容易发生崩塌。暴雨、强烈的融冰化雪、爆破和地震等都是崩塌的触发因素。暴雨增加了岩体和土体的负荷,破坏了岩体和土体的结构,软化了粘土层,使其上覆岩体和土体失去支持,所以很多崩塌都发生在暴雨或暴雨后不久。地震的作用更大,它能使一些暂时还不能崩塌的陡崖发生山崩。人工爆破和人工开挖,使边坡迅速失去平衡,也会引起大的崩塌。从悬崖或陡坎上崩塌下来的岩块堆积在较平缓的坡麓地带形成倒石堆倒石堆由大小不等的棱角状石块组成,混杂堆积。但较大的石块往往沿坡滚动得更远,停积在倒石堆的边缘,而细小的碎屑则多堆积在顶部。 [1]

斜坡上的岩体、土体沿一定的滑动面整体下滑的现象称为滑坡

1955年8月18日陇海铁路宝鸡附近卧龙寺车站东约2公里处曾发生过一次规模巨大的滑坡。当天清晨,倾盆大雨,使滑坡裂缝逐渐扩大,地面移动由慢变快,明显滑动约持续半小时,并把铁路向南推出110米。

滑坡地貌是由滑坡体、滑动面、滑坡壁、滑坡舌、滑坡鼓丘、滑坡洼地和滑坡裂缝等形态组成。斜坡上向下滑动的那部分岩体称滑坡体。它以滑动面为界与下伏未滑动的岩层分开。滑坡体上的树木随其土体滑动而歪斜,称为醉树。滑坡体的规模大小不一,可从几十到几亿立方米不等。滑坡体下滑的界面称为滑动面,滑动面通常是上陡下缓,近似圆弧形。滑动面有时只有1个,有时可有几个,故可分为主滑动面和分支滑动面。滑动面上可以清晰地看到磨光面和擦痕。有时滑动面上有明显的扰动和拖曳褶皱现象,构成滑动带。滑坡体与坡上方未动土石体之间由一半圆形的围椅状陡崖分开,这个陡崖称为滑坡壁。

滑坡壁的坡度一般较陡,可在60°80°之间,高度可由数十米到上百米不等。滑坡壁上有时可见擦痕。在滑坡壁上方坡面上有时可有几条与滑坡壁平行的裂缝,可能为再次滑坡的滑动面。滑坡体向下滑动时,因滑坡体各段滑动速度的不均,可产生分支滑动面,并使滑坡体表面形成阶梯状,称为滑坡阶梯。在滑坡体前缘,常形成舌状突出,称为滑坡舌。滑坡体在滑动过程中,滑坡舌前端常因原来基岩或其它地貌部位的顶阻,使其滑坡体被拥挤鼓起,称为滑坡鼓丘。

由于滑坡体顺滑坡面向下滑动,在滑动过程中前端受阻,使滑坡体前部抬高,并在短时间内停止滑动,形成滑坡壁与滑坡体之间的一段相对洼地称为滑坡洼地。由于岩层错动,可能使某些含水层露出地表,使地下水溢出,形成泉,泉水积在滑坡洼地中形成滑坡湖。在滑坡壁的后缘,因受滑坡体的下滑拉力影响产生裂隙,称滑坡裂缝。此外在滑坡体两侧、前缘和鼓丘上也会产生性质不同的张裂缝、挤压裂缝和剪切裂缝。滑坡的破坏性极大。

随着我国经济建设的发展,在开发建设山区的过程中,将会遇到很多与滑坡地貌有关的问题。据调查我国可能存在滑坡危害的地区占全国总面积的24.4-。

1991年6月13日位于甘肃省境内的长江上游支流白龙江甘舟曲段发生山体大滑坡,河床被堵,下游全部断流,江水上溢,两岸公路被水淹没,同时淹没附近村庄,水淹到一个乡政府的二层楼,1200间房屋被淹倒塌,200户村民遭灾。这次滑坡当天就滑下土石方1270万立方米,积水473万立方米。

近年来我国大型滑坡时有发生,经济损失较大。滑坡在世界许多国家也经常发生,据统计,原苏联每年因滑坡造成的损失达数亿卢布之多,美国因滑坡损失也达数亿美元之多。意大利北部1963年有一水库滑坡,滑动体积达3亿多立方米,几乎填满了由265米高的拱形坝拦成的大水库,滑坡将水库的水掀起高出坝顶达百米左右,洪水倾出,冲毁许多村庄,近2000人惨死,成为世界最大的水库事件。因此对滑坡发育规律、预报及防治的研究,已成为生产和科研的重要课题。

影响滑坡的因素很多,岩性、构造、地貌、气候、地下水地震和人为因素都是影响滑坡的因素。从岩性上看,滑坡现象主要在松散沉积层中,基岩滑坡相对较少,有人统计114个滑坡事例中,发生在松散沉积层的滑坡占76-,基岩滑坡只占21-,松散层中的滑坡主要与粘土有关,滑动面主要发生在蒙脱石、伊利石和高岭石等粘土矿物夹层中。对基岩来说,主要与千枚岩、页岩、云母片岩、滑石片岩等遇水容易软化的地层有关。从构造上看,与顺坡层面、大节理面、不整合接触面、断层面和劈理面等软弱结构面有关;与上部透水层和下部不透水层的地层结构有关。从气候上看,90-以上的滑坡和降雨有关,还与冻融作用有关。滑坡与地下水有关,绝大多数滑坡都是沿着饱含地下水的软弱面发生的。地震往往是滑坡的诱导因素。地震直接破坏岩石的结构,减小粘结力,促使滑坡产生。

1973年四川炉霍地震造成223个滑坡。据统计,烈度在910度的强烈地震都会引起大量滑坡发生,烈度8度以下的地震也会促使滑坡的发生。人工开挖坡脚形成高陡边坡或临空面,破坏了自然斜坡的稳定状态,也是引起滑坡的重要因素。 [2]

斜坡上的土体、岩体在重力作用下,顺坡向下发生缓慢的移动现象。根据蠕动体的性质,分为松散层蠕动和岩体蠕动两种。移动的速度有的每年只有若干毫米,有的达几十厘米甚至更多。岩屑或土层蠕动的地面标志是:树根部向坡下弯曲,而树杆和树冠向坡上倾斜,电线杆、篱笆、栅栏或建筑物顺坡倾斜,围墙扭裂。坡地上草皮呈鱼鳞状,坡面岩屑出现微波状。引起土层和岩屑蠕动的因素主要是粘土含量、冻融交替、干湿和温差变化及坡向等。在温湿地带,土层中粘土含量越多,越容易出现蠕动现象。在寒冷地区,冻融交替是引起土层蠕动的首要因素。蠕动现象虽然可以出现各种坡度条件下,但主要还是在25°30°的坡地上。这种蠕动虽然很慢,但长期累积变形也会使森林倒伏、电线杆倾倒、房屋建筑物损坏、地下管道破裂、水坝变形甚至毁堤等。岩体蠕动现象主要发生在页岩、片岩、千枚岩和粘土岩等柔性地层组成的山坡上。它既与岩性、岩层结构、构造有关,也与所处地貌部位和坡向、坡度有关,还受地表水、地下水、气候条件及地表植被等因素的影响。

泥石流的形成,必须同时具备三个基本条件:有利于贮集、运动和停淤的地形地貌条件;有丰富的松散土石碎屑固体物质来源;短时间内可提供充足的水源和适当的激发因素。

(1)地形地貌条件

地形条件制约着泥石流形成、运动、规模等特征。主要包括泥石流的沟谷形态、集水面积、沟坡坡度与坡向和沟床纵坡降等。

(2)碎屑固体物源条件

某一山区能作为泥石流中固体物质的松散土层的多少,与地区的地质构造、地层岩性、地震活动强度、山坡高陡程度、滑坡、崩塌等地质现象发育程度以及人类工程活动强度等有直接关系。

地区地质构造越复杂,褶皱断层变动越强烈,特别是规模大,现今活动性强的断层带,岩体破碎十分发育,宽度可达数十条数百米,常成为泥石流丰富的固体物源。如我国西部的安宁河断裂带、小江断裂带、波密断裂带、白龙江断裂带、怒江断裂带、澜沧江断裂带、金沙江断裂带等,成为我国泥石流分布密度最高、规模最大的地带。

在地震力的作用下,不仅使岩体结构疏松,而且直接触发大量滑坡、崩塌发生,特别是在Ⅶ度以上的地震烈度区。对岩体结构和斜坡的稳定性破坏尤为明显,可为泥石流发生提供丰富物源,这也是地震→滑坡、崩塌→泥石流灾害连环形成的根本原因。如1973年四川炉霍地震(7.9级)和1976年四川平武松潘地震(7.2级)破坏山体,产生大量崩塌、滑坡,促使众多沟谷发生泥石流。

地层岩性与泥石流固体物源的关系,主要反映在岩石的抗风化和抗侵蚀能力的强弱上。一般软弱岩性层、胶结成岩作用差的岩性层和软硬相间的岩性层比岩性均一和坚硬的岩性层易遭受破坏,提供的松散物质也多,反之迹然。如长江三峡地区的中三迭统巴东组,为泥岩类和灰炭类互层,是巴东组分布区泥石流相对发育的重要原因。安宁河谷侏罗纪砂岩、泥岩地层是该流域泥石流中固体物质的主要来源。

除上述地质构造和地层岩性与泥石流固体物源的丰度有直接关系外,当山高坡陡时,斜坡岩体卸荷裂隙发育,坡脚多有崩坡积土层分布;地区滑坡、崩塌、倒石锥、冰川堆积等现象越发育,松散土层也就越多;人类工程活动越强烈,人工堆积的松散层也就越多,如采矿弃渣、基本建设开挖弃土、砍伐森林造成严重水土流失等。这些均可为泥石流发育提供丰富的固体物源。 [3]

在山坡上建造多层建筑,将山坡修整为若干连续台地,在各台地上建造房屋。这是缓解用地紧张、塑造良好建筑环境的有益尝试。但场地地貌及地质条件往往很复杂,其建筑及结构设计具有特殊性,虽有利于设计出独特风格的建筑作品,但也容易因结构设计不当而造成安全隐患。研究结合具体的工程实例,对坡地建筑的基础选型、挡土墙设计及上部结构设计进行探讨。

本工程建设场地的特点:①地表崎岖不平,基岩此起彼伏,高差悬殊,地基持力层厚薄不均;②土层性质复杂多变,在场地范围内,从平面分布到竖向空间都可能碰到性质不同的土层;③挖方填方都比较大,填土层尚未完全固结,填土质量和边坡稳定问题比较突出;④同一建筑物处于天然(挖方区岩石)和人工(填土)两种地基上。场地土层分布自上而下依次为:①素填土,分布于表层,厚度为 0.3~2.1m;②砂质粘土 ,分布在场地坡麓处及部分山坡地带,平均厚度1.5m;③残积土,硬塑~坚硬为主,分布于场地大部分地段,平均厚度 5m,适合作为天然地基的持力层,fak=250kPa;④全风化花岗岩,该层层位分布稳定,属于低压缩性土层,fak=330kPa;⑤强风化花岗岩,强度较高,场地该层的埋深中等~较浅,适宜作为建筑的浅基或墩基持力层,fak=450kPa;⑥中风化花岗岩,岩石强度高,属于硬质岩,是良好的天然地基和墩基持力层。

根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)要求,坡地建筑基础设计应满足以下几点:①满足上部建筑的承载能力要求;②满足上部建筑的沉降变形要求 ;③满足建筑整体稳定性要求。当持力层埋藏较浅且分布均匀时,首先考虑的是天然浅基础,上部结构传至基础的荷载较小时 ,天然浅基础是一种经济合理的基础形式,开挖深度小,工程造价低。当持力层埋藏相对较深,分布起伏变化,上部结构传至基础的荷载较大时,浅基础承载力已不能满足要求,此时可采用人工挖孔墩基础,成孔简单,成墩质量好,造价低,即能提供足够的承载力又有良好的经济性。当基岩埋藏很深时,人工开挖需穿越较厚的岩土层,施工难度较大,建议采用冲孔灌注桩、可适应较深的持力层,但工程造价相对较高。

坡地建筑中,设计好挡土墙的意义重大,挡土墙是影响到上部结构设计的关键。 挡土墙的设计及施工中都应遵循安全、经济、合理的原则,从实际场地出发,结合地形地质条件及使用要求,因地制宜,以取得最好的社会效益。山区地形地质条件千变万化,每个工程都有其特殊性。工程设计时根据实际情况,因地制宜,力求达到挡土墙建筑物的组合。通常坡地建筑挡土墙设计做法有两种:

(1)考虑挡土墙与主体结构分开。该做法受力明确,并有利于室内防水及防潮,但挡土墙单独设置会增加岩石的开挖量,延长工期并增加工程造价,而且挡土墙与主体结构分开施工会使施工周期加长,同时由于挡土墙单独设置建筑使用空间变小,不符合业主要求。

(2)结合主体结构布置挡土墙。该做法将挡土墙与相应部位主体结构联合设计,底板、顶板及挡土墙等组成合理的空间结构,可避免方案(1)的缺点。挡土墙要有足够刚度,使墙身在土压力作用下不发生移动或转动。 [4]

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