順層巖質邊坡穩定性分析

(遼寧師范大學城市與環境學院 遼寧 大連 116029)

一、前言

順層巖質邊坡是包含層面和其它類型結構面的一種復雜邊坡結構。根據大量的工程實踐經驗發現，順層巖質邊坡是穩定性最差、危害程度最大的一種邊坡，順層巖質邊坡的變形毀壞給邊坡工程的建設重大的損失和人民群眾的生命財產帶來了重嚴重的威脅。

在1995年，蔣爵光等人對國內12條鐵路干線的巖石邊坡進行了詳細的調查統計，并且指出：鐵路巖石滑坡中較為常見的類型一般都是層狀結構巖體的順層滑坡，但凡是順層路塹邊坡地段，不管邊坡坡度是陡是緩，只要巖層傾角大于15°的情況下，邊坡坡度大于巖層傾角，幾乎都有可能發生順層滑動或順層滑塌的破壞現象[1]。

然而，到目前為止，對于順層巖質邊坡穩定性的研究，各國還都不是特別深入，特別透徹。尤其是對影響邊坡穩定性因素的影響規律缺少詳盡地系統地分析，所以盡可能深入地分析影響順層巖質邊坡穩定性的影響規律，對于順層巖質邊坡工程的安全有很深遠的意義。

二、順層巖質邊坡類型劃分

影響邊坡穩定的因素有很多，首先取決于巖層傾角、地層巖性及其組合特征、結構面等內因。除此以外還包括地下水的作用和開挖坡角、邊坡高度、爆破震動效應、地震效應等其他因素[2]。邊坡穩定狀態是各種因素綜合作用的反映，邊坡穩定性和各種因素構成一個相互聯系、相互影響的整體，其中任何一個因素的改變往往會導致其他因素發生改變，進而引起邊坡穩定狀態發生改變。在評價邊坡穩定性時，應區別各因素在邊坡穩定中所起的作用，有重點地考察和分析起主導作用的因素[3]。

邊坡工程中最常見的類型是層狀巖質邊坡，根據層狀巖體的結構特征可以看出來，巖體中的結構面對邊坡有很大影響，根據優勢結構面與邊坡角的相互關系，可將層狀巖質邊坡分為三種：水平層巖質邊坡、順層狀巖質邊坡、逆層狀巖質邊坡[4]。

三、順層巖質邊坡破壞模式分析

順傾向巖層邊坡變形破壞模式通常情況下主要有兩種類型，一種類型就是滑移破壞，滑移主要包括兩種：

第一種是沿著層面滑移，這種破壞模式的主要表現方式是前緣坡腳臨空并且具有明顯的或潛在的順傾向滑動面，發生整體失穩沿層面下滑，這一類型破壞模式在邊坡開挖中經常出現。一般而言，發生這類破壞的邊坡大都不高，應力狀態也都是比較低的。

另外一種滑移就是前緣坡腳處滑移受阻而發生順層滑移潰屈破壞，這種破壞模式一般在順傾向層狀巖質高邊坡出現，其變形破壞深度一般較大，邊坡高度較高，破壞規模較大，應力狀態也相對較高。

另一類是拉裂破壞，第一種是層面傾角較大，巖層在自重的作用下產生彎矩，進而產生彎曲，在彎曲劇烈部位往往產生橫切方向的拉裂，導致邊坡破壞；第二種是層面傾角較小時，下部軟弱基巖在上部巖體的作用下產生向坡面臨空方向的塑性流動，從而會導致上部巖體的巖層拉裂，不均勻解體等[5]。

四、順層巖質邊坡穩定性研究方法

邊坡穩定研究的核心是邊坡穩定分析和評價，但對于不同的破壞方式存在著不同的滑動面形式，所以通常采用不同的分析方法及計算公式來分析其穩定狀態。目前來看，邊坡穩定性研究方法有很多，本文采用極限平衡法和赤平投影法對順層巖質邊坡穩定性進行簡單論述。

(一)極限平衡法

極限平衡法是邊坡穩定性分析計算的主要方法，也是工程實踐中最常應用的一種方法[6]。極限平衡法是假定巖土體破壞是由于滑體沿滑動面發生滑動面而造成的。假設滑動面已知，其形狀可以是平面、圓弧面、對數螺旋面或其他不規則面。通過考慮斜坡上的由滑動面形成的隔離體或其分塊的力學平衡原理(即靜力平衡原理)分析斜坡在各種破壞模式下的受力狀態，以及斜坡體上的抗滑力和下滑力之間的定量關系來評價斜坡的穩定性。

(二)赤平投影法

在順層巖質邊坡工程中，巖質邊坡的失穩與破壞主要是受巖體中的各種結構面控制。根據地質力學的原理，裂隙、斷層、層面等巖體的主要結構面可大致分成相互平行的若干組，而其中一些相交的結構面將某些臨空的邊坡巖體切割成滑塌體，在重力及其他因素的作用下這些滑塌體將沿著結構面產生滑動。所以研究這些結構面在三維空間中的位置、組合關系和結構面的力學參數等，對評價邊坡的穩定性和研究其破壞形式是至關重要的。應用赤平投影法來判斷巖體中各結構面的組合及切割關系是一種既直觀又簡便的方法，工程人員可以應用赤平投影法進行平面作圖來對三維空間巖體的穩定性作出準確而快速的判定[7]。

五、順層巖質邊坡的防治

邊坡防治的作用是改善邊坡的力學平衡狀態，提高邊坡的穩定性。在實際工程中主要是通過改變邊坡體的抗滑力和下滑力來實現邊坡穩定。目前巖質邊坡主要采取抗滑支擋，錨桿、預應力錨索等直接防治，順層清方、放緩邊坡、防排水、改良軟弱層面等間接防治，或兩者結合的方法來防治處理。

因為順層巖質邊坡的破壞通常都具有突發性、下推力大、速度快、破壞力強等特點，所以真正得適用于順層巖邊坡防治的有效方法并不是很多。就工程應用的情況看，順層巖質邊坡防治采用的結構主要有錨桿、抗滑樁、預應力錨索等。由于錨索工程不開挖滑體，又能機械化施工，且造價一般都低于抗滑樁工程，因此錨索工程在順層滑坡治理中應用非常廣泛。

六、結語

1.在極限平衡法中人為的制造出一些假定，并不代表斜城真實的應力狀態、滑動形狀，但極限平衡法有計算簡單，發展歷史較長的優勢。就穩定性而言，其結果還是可以滿足實際需要的，尤其是對土坡而言。各種極限平衡法的對比說明，在參數相同的情況下，采用不同的計算假設相互之間結果差別不是很大。

2.赤平極射投影是一種定性的評價方法，在使用過程中所有參與分析的結構面應在邊坡上空間相交，對于距離比較遠而沒有相交的結構面，不能隨意的挪移并將其參與穩定性分析。

3.巖土體是一種結構體，這種結構體有著自身材料與結構的強度和相應的自穩能力，但是會因為受到環境或著人類活動的工程因素所影響，其強度和自穩能力將會大幅度下降。對于邊坡工程，其開挖后，形成了較陡的臨空面，原有的應力條件大為改變，坡體穩定條件變差，要使坡體穩定，必須采取相應的措施。