浅析岩土工程边坡稳定性问题

鲍家亮　周庆云

摘 要：岩土工程建设中，边坡滑动是常见现象。由于天然边坡原来地质条件改变而滑坡或者通过人工开挖和填筑形成相应的人工边坡。文章主要就常用的分析法进行分析，为以后岩土工程建设中提供宝贵建议和方法。

关键词：岩土；工程；边坡；稳定性；发展；完善

一、岩土工程边坡稳定分析重要性

（一）地层与岩性

边坡工程地质地层与岩性是决定边坡工程地质特征的基本因素，也是研究边坡稳定性的重要依据，因此，地层岩性的差异往往是影响边坡稳定的主要因素。不同地层不同岩性各有其常见的变形破坏形式，古老的泥质变质岩系，如千枚岩、片岩等地层，都属于易滑地层，在这些地层形成的边坡，其稳定性必然较差。岩性对边坡的变形破坏也有直接影响。所谓岩性是指组成岩石的物理、化学、水理和力学性质、这些性质的变化或改变，在一定程度上影响着边坡的稳定。

（二）地质构造和地应力

地质构造主要指区域构造特点、边坡地质的褶皱形態、岩层产状、断层和节理裂隙发育特征以及区域新构造运动活动特点等。它对边坡岩体的稳定，特别是对岩质边坡稳定性的影响十分显著。在区域构造比较复杂的地区，边坡的稳定性较差。例如、在我国西南地区的横断山脉地段、金沙江地区的深切峡谷、边坡的崩塌体、滑动体极其发育，常出现超大型滑坡及滑坡群，滑坡、崩塌、泥石流等新老堆积物到处可见。地应力是控制边坡岩体节理发育裂隙扩展以及边坡变形特征的重要因素。此外，地应力还可直接引起边坡岩体的变形甚至破坏。在实际公路工程建设中，由于开挖使得坑壁出现临空，引起应力释放，使基坑人工边坡内的地应力重新调整，引起基坑边坡岩休的软弱夹层产生位移，使岩体沿层面发生错位，急剧变形期达3个月之久，平均每月变形约20mm，而岩体的位移错动方向和实测最大主应力方向相同，但不受岩层倾向控制，甚不沿与岩层倾向相反的方位错动。现场实测最大平应力为3Mpa，其值远大于由重力引起的水平分力，因此分析稳定性时需要对其进行分析和判断。

（三）岩体结构

近年来，在岩体强度及其稳定性的研究中，证实了岩体中的断层、层理、节理和片理是边坡稳定性的控制因素。所以，结构面被认为是特别重要的影响因素，结构面强度比岩石本身强度低很多，根据岩块强度计算稳定的岩体边坡可以高达数百米，然而岩体内含有不利方位的结构面时，高度不大的边坡也可能发生破坏。其根本原因就在于岩体中有结构面存在，降低了岩体的整体强度，增大了岩体的变形性和流变性，形成岩体的不均匀性和非连续性。大量边坡的失事证明：一个或多个结构面组合边界的剪切滑移、张拉破坏和错动变形是造成边坡岩体失稳的主要原因。从边坡稳定性考虑，要特别研究岩体结构面的下列主要特征，即：结构面的成因类型、结构面的组数和数量、结构面连续性及其间距、结构面的起伏度及粗糙度、结构面表面结合状态及充填物、结构面状况及其与边坡临空面的关系等。这些特征及其组合将对边坡稳定状态、可能的滑落类型、岩体强度等起着重要的影响。（1）原生结构面：为成岩阶段形成的结构面，按成岩作用可分为沉积结构面，火成结构面和变质结构面；（2）构造结构面：是在地质构造运动中受构造应力作用所产生的破裂面和裂隙带；（3）次生结构面：是在原生结构面的基础上，因风化、地下水和卸荷作用，使原有的结构面规模加大以及性质改变的结果。不同成因的结构面对边坡稳定性的影响程度也不同，一般来说，构造结构面是影响最大的，其次是次生结构面。

二、岩土工程边坡稳定分析方法

（一）极限分析法的分析应用

塑性极限分析法需要考虑岩土体的应力，在塑性力学的上限和下限进行定理分析边坡稳定性，也就从下限和上限两个方向，所以这一求解最好的办法就是回避其在工程中较难理清思路的本构关系表达，使得原本抽象化的东西简约化，能够使得更好且更直接的呈现其物理概念，可以较为全面的反映且推算出应求问题的安全系数及极限荷载，因此在该方面其显示十分清晰，在很多情况下要给出相应问题的严密解释。现前该种方法在稳定性评价中已然得到越来越多的应用。

（二）岩体边坡稳定性评价方法

大体上可分为定性评价和定量评价两大类。其中定性评价包括工程类比法和图解法；定量分析法包括数值分析法、极限平衡和可靠度分析法。极限平衡法是简单、实用、应用最普遍的方法.是要求我们重点掌握的内容。极限平衡法中的关键内容有两个：（1）剪切滑动破坏面的强度原则。一般采用库仑准则τ=σtanφ+c，式中c、Φ分别是滑动面的内粘聚力和内摩擦角，σ、τ分别是滑动面上的剪应力和正应力。（2）边坡的稳定系数K。K被定义为阻止滑动的总力与致滑总力之比，当K>1时，边坡稳定；当K<1时，边坡不稳定；当K=1时，处于极限平衡状态。

（三）加固措施

1.削坡减载反压。这是一种非常普遍的滑坡治理手段，通过对原有边坡推动滑坡产生区的减重和阻止滑坡产生区的增重，即俗称”砍头压角”或者对边坡进行放坡使边坡处于稳定的状态。这种方法简单易行且经济适用，具有良好的防治效果。尤其适用于厚度大、主滑段和牵引段滑面较陡的滑坡。但其治理效果受削减和堆填位置、场地条件、坡体岩性的影响。这种治理方法通常作为滑坡治理方案中的附属措施。

2.排水工程。在边坡治理工程中一直遵循着“治坡先治水”的治坡理念。其含义包括将地表水排出滑动区外的地表排水和降低地下水位的地下排水。作用于滑动带（面）的水使滑带土的孔隙水压力增大，降低土的强度参数和抗滑力。可见排水工程的重要性。以拦截和旁引为原则的地表排水通过设置截水沟、排水沟将地表水排入水沟。截水沟呈树枝状，主沟与滑坡方向一致，支沟与滑坡成30。一45。斜交。由于施工简单且工程造价低，具有良好的加固效果，使地表排水几乎在所有滑坡治理工程都有使用。对于大型边坡，通常同时采用地表排水和地下排水。随着地下排水的进行，孔隙水压力得到有效的降低，使有效正应力增大，从而提高抗滑力，使之具备更佳的加固效果，同时拥有较低的工程造价，近年来在深部排水方面也取得了较大的研究进展。

3.支挡工程。

抗滑挡墙：挡墙通常是一种采用砌石、混凝土或钢筋混凝土修建的挡土结构，一般修建于滑坡坡脚，也可采用木笼挡墙作为临时性加固。挡墙能有效的改善边坡条件，有效阻止坡脚局部崩塌，提高边坡的整体安全性。但由于受挡墙的高度和工程量的限制在大型边坡中对滑坡的安全稳定性意义不大。近年来，一些诸如层状网式钢筋、锚杆（锚索）挡墙的新型挡墙加固技术相继出现。

抗滑桩（锚索抗滑桩）：抗滑桩是一种应用十分广泛的支挡结构，锚索或预应力锚索抗滑桩体系对桩的受力性能进行了优化，使之也成为一种常用的支挡结构。由于抗滑桩是在坡体上挖孔设桩，所以不会破坏边坡的整体稳定性。工程造价可节约40%一45%，其缺点是成本较高，施工工藝复杂，需要配备大型的张拉设备。

微型桩群：微型桩群指直径小于300mm的插入装或灌注桩。主要作用于中小型滑坡。主要加固形式有：（1）通过在滑体上密布许多穿过滑动面的微型桩，增加抗滑力；（2）网状树根桩将滑体和不动体形成一个复合体；（3）微型桩网与重力式挡土墙形成的结合体。

格构梁（锚索、锚杆格构梁）：格构梁锚固是一种综合滑坡防护结构，其采用现浇钢筋混凝土、预应力混凝土或浆砌块石对坡面进行防护，使用锚杆（锚索）固定，使柔性支撑与整个护坡良好的成为一个整体，新型的格构锚固措施有框架锚固、现浇钢筋混凝土格构锚固和预应力混凝土锚固等。这种结构施工速度快，与植被恢复相结合，可起绿化作用。

加筋土：加筋土是将具备良好抗拉性能的材料埋入土体中使土体的总体强度提高，对天然及堆填斜坡起稳定作用。支挡、开挖边坡都可用加筋土挡墙。相比于传统挡墙，具有承受大变形、具有凝聚性和韧性、填料范围广、抵抗地震和易于修建的优点。加筋土作为一种经济适用的加固方式目前广泛应用于高天路堤。

三、实例分析

南大沟排废场为兰坪金鼎锌业有限公司矿山开采剥离废土石堆场，位于兰坪金鼎锌业有限公司10万吨/年电解锌厂东南方约1.4km处的南大沟上游，后缘紧靠凤凰山山脚，距架崖山矿段露天采矿场约700m。该工程主要依据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）、《岩土工程勘察技术规范》（YS5202-2004）、《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2003）、《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）、《土工试验规程》（GB/T50123-1999）等国家现行规范、规程及有关行业标准编制岩土工程勘察纲要，并依据勘察纲要进行排废场现状稳定性勘察及评价，勘察中根据现场实际地形、地质条件对勘察方案作了必要的调整。

场地东高西低，环绕排废场自东向南而西的山脊既是地表分水岭也是地下水分水岭。架崖山露天采矿区原为一近东西向的山梁，属场区分水岭，因采矿开挖，现坑底标高已比排废场地表标高还低，局部改变了地表、地下水的径流、排泄方向，该区地表、地下水直接向西排泄，从而减小了排废场的汇水面积和汇水量。勘察结果表明，南大沟排废场场地受多种地质构造复合作用，地质条件较复杂，控制稳定的沘江大断裂为非全新活动断裂，场地总体上属次稳定区域。

粉质粘土是影响排废场稳定的关键性因素，建议在后续排放废土石前将沟底的粉质粘土层完全清除，堆积体的阶段高度应根据地基土的工程地质条件合理确定。建议在排废场下游沟底设置沟底排渗（洪）盲沟，防止排废场堆积体下伏的地基土被浸泡软化，形成软弱结构面，从而影响堆积体整体稳定。尽快修筑初期坝，鉴于初期坝在今年雨季前难以建成，建议雨季前在排废场坡脚及下游做好泥石流防治工作。

四、结语

综上所述，在岩土边坡稳定工作中我们要详细分析边坡稳定原因，根据不同的项目特点选择加固方式，为后续的工作奠定良好的基础。

参考文献

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作者简介：鲍家亮，中国有色金属工业昆明勘察设计研究院。