邊坡穩(wěn)定性工程地質研究

第六章巖質邊坡穩(wěn)定性分析概述在山區(qū)進行的各種工程建筑常常是在天然斜坡巖體上興建，或是在興建中需要開挖出高陡的邊坡。例如，依山傍水開鑿運河渠道、穿山越嶺修筑道路、橋梁、高峽建壩、深谷修庫以及露天采礦等。其中尤其是水利水電工程，為要多蓄水多發(fā)電就要選擇在具有高陡斜坡的深山峽谷中筑壩建庫。

但是在邊坡巖體中常存在有這樣那樣的軟弱結構面。它們在巖體重力和各種自然營力的長期作用下或人為的影響下，常常會發(fā)生變形破壞，使巖體突然崩倒或下滑，大量土石巖塊涌向坡腳或河谷，沖垮道路、橋梁，掩埋廠礦房屋以及破壞施工現(xiàn)場，從而造成中斷施工、延長工期、改變設計、增加投資等危害。大規(guī)模的邊坡破壞事故甚至可堵塞江河、中斷航運、毀壞大壩、水電站，并危及下游人民生命財產(chǎn)的安全。部分水電工程高邊坡巖質邊坡按結構分類第一節(jié)邊坡巖體應力分布的特征一、邊坡形成后應力狀態(tài)的變化(1)斜坡巖體的主應力跡線發(fā)生明顯的偏轉，總的特征為愈接近邊坡，最大主應力愈接近平行于斜坡臨空面；而最小主應力則愈與坡面近正交。(2)在坡腳與河谷底部形成應力集中帶。(3)與主應力偏轉相聯(lián)系，最大剪應力跡線也發(fā)生偏轉，呈凹向臨空面的弧線。在最大、最小主應力差值最大的部位(一般在坡腳附近)，相應形成一個最大剪應力區(qū)，因而在這里容易發(fā)生剪切變形破壞。(4)在坡頂和坡面的靠近表面部位，由于垂直于河谷的水平應力顯著減小，甚至可出現(xiàn)拉應力，因而可形成一個拉應力帶。其范圍隨坡角和平行于河谷的水平應力的增加而增大。斜坡張力帶分布示意圖二、影響邊坡巖體應力分布的主要因素1.原始應力狀態(tài)的影響巖體中的原始應力對邊坡應力分布有很大影響，尤其是垂直于河谷方向的水平構造應力的影響更為顯著。

2.坡形的影響

（1）隨著坡高的增加，坡內應力值也隨著呈線性增大，但不改變應力等值線的圖像。（2）坡角變陡，拉應力的范圍隨之增大，切向應力值增高，坡腳附近最大剪應力值也隨著加大。

（3）坡底寬度。

（4）邊坡的平面形態(tài)對應力也有明顯影響，凹形邊坡，應力集中程度明顯減弱。因此，凹形坡有利于坡體穩(wěn)定，而凸形坡則相反。三、巖體結構的影響巖體結構特征對邊坡應力分布的影響主要表現(xiàn)在因巖體的不均性和不連續(xù)性，使其沿軟弱面的周邊出現(xiàn)應力集中或應力阻滯現(xiàn)象。

(1)軟弱面與坡體主壓應力軸平行時，將在軟弱面的端點部位或應力阻滯部位出現(xiàn)拉應力集中和剪應力集中，使之出現(xiàn)軟弱面兩側的張裂和剪切破裂。

(2)軟弱面與坡體主壓應力垂直時，將發(fā)生平行于軟弱面的拉應力或于端點部位出現(xiàn)垂直軟弱面的壓應力，這將有利于軟弱面的壓密或穩(wěn)定。

(3)軟弱面與坡體主壓應力軸斜交時，沿軟弱面主要為剪應力集中，并于端點部位或應力阻滯部位出現(xiàn)拉應力，致使斜坡極易沿結構面發(fā)生剪切滑動。(4)在軟弱面交匯處，應力受到阻滯，壓應力和拉應力強烈集中，容易發(fā)生變形和破壞。在一定條件下，可逐步擴展為滑動面，使斜面破壞。邊坡巖體結構面上應力集中斜坡中的剪應力及主應力跡線二灘壩址初始地應力場主應力分布圖第二節(jié)

邊坡巖體變形破壞的類型及特征邊坡變形破壞形式分類巖土體運動方式分類示意圖一、松弛張裂

在邊坡形成過程中，由于在河谷部位的巖體被沖刷侵蝕掉或人工開挖，使邊坡巖體失去約束，應力重新調整分布，從而使岸坡巖體發(fā)生向臨空面方向的回彈變形及產(chǎn)生近平行于邊坡的拉張裂隙，一般稱作邊坡卸荷裂隙。這種裂隙多呈層狀向坡體內發(fā)育，形成松弛張裂帶或稱卸荷帶，其寬度和深度均可達百米以上，它主要取決于河谷下切深度、地應力及巖體結構等。在河谷底部也可出現(xiàn)卸荷裂隙，形成大致平行于谷底的松弛張裂帶，深也可達數(shù)十米。潰屈松弛張裂及潰屈峽谷地區(qū)卸荷發(fā)育示意圖砂巖中的柱狀節(jié)理（松弛張裂）卸荷張裂二、蠕動變形

蠕動變形，是指邊坡巖體主要在重力作用下向臨空方向發(fā)生長期緩慢的塑性變形的現(xiàn)象，有表層蠕動和深層蠕動兩種類型。

表層蠕動主要表現(xiàn)為邊坡表部巖體發(fā)生彎曲變形，多是從下部未經(jīng)變動的部分向上逐漸連續(xù)向臨空方向彎曲，甚至倒轉、破裂、傾倒。表層蠕動多發(fā)生在陡傾層狀巖層或陡傾結構面發(fā)育的巖體中，層面或結構面走向與斜坡面走向平行或交角很小。一般反坡向傾斜或傾角大于60o者更易發(fā)生。

深層蠕動，是由于堅硬巖層組成的邊坡底部存在較厚的軟弱巖層時，由軟弱巖層發(fā)生塑性流動而引起的長期緩慢的邊坡蠕動變形。

表層蠕動變形示意圖邊坡深層蠕動示意圖板巖中巖體的蠕變土體蠕變及其效應蠕變及其效應三、崩塌

高陡的邊坡巖體突然發(fā)生傾倒崩落，巖塊翻滾撞擊而下，堆積于坡腳的現(xiàn)象，稱做崩塌。其規(guī)模大小懸殊，大規(guī)模的巖體崩塌也稱山崩，其體積可達數(shù)千萬甚至上億立方米。小規(guī)模的崩塌稱墜石，一般其體積僅數(shù)立方米或數(shù)十立方米。在堅硬巖體中發(fā)生的崩塌也稱巖崩，而在土體中發(fā)生的則稱土崩。此外，尚有坍方或塌方一詞，這是泛指邊坡的各種破壞現(xiàn)象，包括崩塌、滑坡以及其過渡類型塌滑等，是鐵路和公路工程的常用語。崩塌下來的巖塊、碎石，大小混雜堆積于坡腳或山麓斜坡上，稱為崩積物，有時形成倒錐體形的堆積稱做巖堆，或倒石堆。墜石（風化后）墜石示意圖崩塌過程示意圖崩落實例四、滑坡

邊坡巖體主要在重力作用下沿貫通的剪切破壞面發(fā)生滑動破壞的現(xiàn)象，稱為滑坡?；碌奈：€表現(xiàn)在不僅是將要發(fā)生的滑坡會給建筑物造成危害，而且表現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)生過的滑坡地段，對興建水利水電工程也十分不利。這是因為已發(fā)生過滑坡的地段，常常有再次發(fā)生的可能，而滑動過的巖體即滑坡體往往疏松破碎、雜亂無章，強度低、透水性強、穩(wěn)定性差，無論是做為壩肩巖體、水庫岸坡、隧洞圍巖，還是做為道路路基和碼頭等都是不利的。斜坡破壞形式沉陷滑移＋土流（溜）1.滑坡的形態(tài)及特征滑坡特征示意圖2－滑坡分類按滑動面與巖層構造關系及始滑部位劃分的滑坡類型3.滑動面的形成機制

(1)滑動面受最大剪應力面控制：在滑動破壞之前，坡體內沒有既定的軟弱面作為滑面。當剪應力超過巖體的強度極限時，就將大致沿著最大剪應力面發(fā)生剪切滑動，常成弧形并在斜坡的上緣附近轉為陡傾的拉裂面。

(2)滑動面受已有軟弱結構面控制：坡體中有軟弱結構面或軟弱夾層存在，并能構成有利于滑動的結構面(或幾個面的組合面)產(chǎn)生滑動。因此軟弱結構面的抗剪強度和產(chǎn)狀起控制作用，而不決定于巖石本身的強度，巖質邊坡的破壞絕大多數(shù)都是屬于這種情況。

某居住區(qū)后的山體滑坡山體滑坡加拿大龜山滑坡（2）某邊坡的失衡第三節(jié)影響邊坡穩(wěn)定性的因素影響邊坡穩(wěn)定性的因素有內在因素與外在因素兩個方面。內在因素有組成邊坡巖土體的性質、地質構造、巖體結構、地應力等。它們常常起著主要的控制作用。外在因素有地表水和地下水的作用、地震、風化作用、人工挖掘、爆破以及工程荷載等。其中地表水和地下水是影響邊坡穩(wěn)定最重要、最活躍的外在因素，其他大多起著觸發(fā)作用。一、地貌條件的影響地層和巖性對邊坡穩(wěn)定性的影響很大，軟硬相間，并有軟化、泥化或易風化的夾層時，最易造成邊坡失穩(wěn)。地層巖性的不同，所形成的邊坡變形破壞類型及能保持穩(wěn)定的坡度也不同。二、地層巖性的影響深切峽谷地區(qū)，陡峭的岸坡是容易發(fā)生邊坡變形和破壞的地形條件。通常，坡度越陡、坡高越大，對穩(wěn)定越不利。崩塌現(xiàn)象均發(fā)生在坡度大于60o的斜坡上。而滑坡現(xiàn)象雖在陡坡地形發(fā)育較多，但在較緩的邊坡上也可發(fā)生，這主要決定于滑動面的性質。三、地質構造與巖體結構的影響地質構造因素包括褶皺、斷裂、區(qū)域新構造運動及地應力等，這些對巖質邊坡的穩(wěn)定也是主要因素之一。褶皺、斷裂發(fā)育地區(qū)，常是巖層傾角大，甚至陡立，斷層、節(jié)理縱橫切割，構成巖體中的切割面和滑動面，形成有利于崩塌、滑動的條件，并直接控制著邊坡破壞的形成和規(guī)模。

不同巖體結構邊坡變形破壞類型統(tǒng)計巖體順層面滑動四、地下水的作用地下水對邊坡穩(wěn)定的影響關系極大，絕大多數(shù)滑坡都與地下水的活動有關。許多滑坡、崩塌均發(fā)生在降雨之后，就是因降水滲入巖土體后，產(chǎn)生不良影響所致。地下水的作用主要表現(xiàn)為：

(1)使巖石軟化或溶蝕。(2)產(chǎn)生靜水壓力或動水壓力。(3)增加巖體重量。(4)凍脹作用。(5)浮托力。

河流掏蝕導致邊坡失穩(wěn)因公路開挖影響邊坡穩(wěn)定邊坡變形、破壞誘發(fā)因素統(tǒng)計第五節(jié)不穩(wěn)定邊坡的防治措施一、防滲與排水為了防止大氣降水向巖體中滲透，一般是在滑坡體外圍布置排水溝槽，以截斷流至滑坡體上的水流。大的滑坡體尚應在其上布置一些排水溝，同時要整平坡面，防止有積水的坑洼，以利降水迅速排走。對已滲入滑坡體的水，原則上應盡快排除。通常是采用地下排水廊道，利用它可截住滲透的水流或將滑坡體中的積水排出滑坡體以外。坡內布設排水管二、削坡、減重和反壓支擋建筑主要是在不穩(wěn)定巖體的下部修建擋墻或支撐墻(或墩)，也是一種應用廣泛而有效的辦法。用混凝土、鋼筋混凝土或砌石均可。支擋建筑物的基礎要砌置在滑動面以下。若在擋墻后增加排水措施，效果更好。三、修建支擋建筑

削坡是將陡傾的邊坡上部的巖體挖除，一部分使邊坡變緩，同時也可使滑體重量減輕，以達到穩(wěn)定的目的。削減下來的土石，可填在坡腳，起反壓作用，更有利于穩(wěn)定。某露天銅礦采坑邊坡臺階式開挖坡頂刷方與坡底反壓支撐盲溝與擋土墻聯(lián)合結構(2)支擋抗滑擋墻抗滑樁擋墻

四、錨固措施有錨桿(或錨索)和混凝土錨固樁兩種類型的措施，其原理都是提高巖體抗滑(或抗傾倒)能力。預應力鋼索或鋼桿錨固不穩(wěn)定巖體的辦法，適用于加固巖體邊坡和不穩(wěn)定巖塊。其做法是先在不穩(wěn)定巖體上布置若干鉆孔，打穿至滑動面以下的堅固穩(wěn)定的巖層中，然后在孔中放人鋼索或鋼桿，將下端固定，上端拉緊。上端一般用混凝土墩、混凝土梁或配合以擋墻將其固定。錨固樁(或稱抗滑樁)適用于淺層或中厚層的滑坡體。它是在滑坡體的中、下部開挖豎井或大口