邊坡穩(wěn)定性工程地質(zhì)研究

第六章巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析概述在山區(qū)進(jìn)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(yùn)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(jié)構(gòu)面。它們?cè)趲r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(huì)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(chǎng)，從而造成中斷施工、延長工期、改變?cè)O(shè)計(jì)、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(yùn)、毀壞大壩、水電站，并危及下游人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。部分水電工程高邊坡巖質(zhì)邊坡按結(jié)構(gòu)分類第一節(jié)邊坡巖體應(yīng)力分布的特征一、邊坡形成后應(yīng)力狀態(tài)的變化(1)斜坡巖體的主應(yīng)力跡線發(fā)生明顯的偏轉(zhuǎn)，總的特征為愈接近邊坡，最大主應(yīng)力愈接近平行于斜坡臨空面；而最小主應(yīng)力則愈與坡面近正交。(2)在坡腳與河谷底部形成應(yīng)力集中帶。(3)與主應(yīng)力偏轉(zhuǎn)相聯(lián)系，最大剪應(yīng)力跡線也發(fā)生偏轉(zhuǎn)，呈凹向臨空面的弧線。在最大、最小主應(yīng)力差值最大的部位(一般在坡腳附近)，相應(yīng)形成一個(gè)最大剪應(yīng)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(yīng)力顯著減小，甚至可出現(xiàn)拉應(yīng)力，因而可形成一個(gè)拉應(yīng)力帶。其范圍隨坡角和平行于河谷的水平應(yīng)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(yīng)力分布的主要因素1.原始應(yīng)力狀態(tài)的影響巖體中的原始應(yīng)力對(duì)邊坡應(yīng)力分布有很大影響，尤其是垂直于河谷方向的水平構(gòu)造應(yīng)力的影響更為顯著。

2.坡形的影響

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

（3）坡底寬度。

（4）邊坡的平面形態(tài)對(duì)應(yīng)力也有明顯影響，凹形邊坡，應(yīng)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(jié)構(gòu)的影響巖體結(jié)構(gòu)特征對(duì)邊坡應(yīng)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(yīng)力集中或應(yīng)力阻滯現(xiàn)象。

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

(2)軟弱面與坡體主壓應(yīng)力垂直時(shí)，將發(fā)生平行于軟弱面的拉應(yīng)力或于端點(diǎn)部位出現(xiàn)垂直軟弱面的壓應(yīng)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(yīng)力軸斜交時(shí)，沿軟弱面主要為剪應(yīng)力集中，并于端點(diǎn)部位或應(yīng)力阻滯部位出現(xiàn)拉應(yīng)力，致使斜坡極易沿結(jié)構(gòu)面發(fā)生剪切滑動(dòng)。(4)在軟弱面交匯處，應(yīng)力受到阻滯，壓應(yīng)力和拉應(yīng)力強(qiáng)烈集中，容易發(fā)生變形和破壞。在一定條件下，可逐步擴(kuò)展為滑動(dòng)面，使斜面破壞。邊坡巖體結(jié)構(gòu)面上應(yīng)力集中斜坡中的剪應(yīng)力及主應(yīng)力跡線二灘壩址初始地應(yīng)力場(chǎng)主應(yīng)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(yùn)動(dòng)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(yīng)力重新調(diào)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(nèi)發(fā)育，形成松弛張裂帶或稱卸荷帶，其寬度和深度均可達(dá)百米以上，它主要取決于河谷下切深度、地應(yīng)力及巖體結(jié)構(gòu)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(dá)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(dòng)變形

蠕動(dòng)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(dòng)和深層蠕動(dòng)兩種類型。

表層蠕動(dòng)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(dòng)的部分向上逐漸連續(xù)向臨空方向彎曲，甚至倒轉(zhuǎn)、破裂、傾倒。表層蠕動(dòng)多發(fā)生在陡傾層狀巖層或陡傾結(jié)構(gòu)面發(fā)育的巖體中，層面或結(jié)構(gòu)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(dòng)，是由于堅(jiān)硬巖層組成的邊坡底部存在較厚的軟弱巖層時(shí)，由軟弱巖層發(fā)生塑性流動(dòng)而引起的長期緩慢的邊坡蠕動(dòng)變形。

表層蠕動(dòng)變形示意圖邊坡深層蠕動(dòng)示意圖板巖中巖體的蠕變土體蠕變及其效應(yīng)蠕變及其效應(yīng)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(dá)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(jiān)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(shí)形成倒錐體形的堆積稱做巖堆，或倒石堆。墜石（風(fēng)化后）墜石示意圖崩塌過程示意圖崩落實(shí)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(dòng)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(huì)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(duì)興建水利水電工程也十分不利。這是因?yàn)橐寻l(fā)生過滑坡的地段，常常有再次發(fā)生的可能，而滑動(dòng)過的巖體即滑坡體往往疏松破碎、雜亂無章，強(qiáng)度低、透水性強(qiáng)、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(dòng)面與巖層構(gòu)造關(guān)系及始滑部位劃分的滑坡類型3.滑動(dòng)面的形成機(jī)制

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

(2)滑動(dòng)面受已有軟弱結(jié)構(gòu)面控制：坡體中有軟弱結(jié)構(gòu)面或軟弱夾層存在，并能構(gòu)成有利于滑動(dòng)的結(jié)構(gòu)面(或幾個(gè)面的組合面)產(chǎn)生滑動(dòng)。因此軟弱結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度和產(chǎn)狀起控制作用，而不決定于巖石本身的強(qiáng)度，巖質(zhì)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(nèi)在因素與外在因素兩個(gè)方面。內(nèi)在因素有組成邊坡巖土體的性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、巖體結(jié)構(gòu)、地應(yīng)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(fēng)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(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響很大，軟硬相間，并有軟化、泥化或易風(fēng)化的夾層時(shí)，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(duì)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(dòng)面的性質(zhì)。三、地質(zhì)構(gòu)造與巖體結(jié)構(gòu)的影響地質(zhì)構(gòu)造因素包括褶皺、斷裂、區(qū)域新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及地應(yīng)力等，這些對(duì)巖質(zhì)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(gòu)成巖體中的切割面和滑動(dòng)面，形成有利于崩塌、滑動(dòng)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(jié)構(gòu)邊坡變形破壞類型統(tǒng)計(jì)巖體順層面滑動(dòng)四、地下水的作用地下水對(duì)邊坡穩(wěn)定的影響關(guān)系極大，絕大多數(shù)滑坡都與地下水的活動(dòng)有關(guān)。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(dòng)水壓力。(3)增加巖體重量。(4)凍脹作用。(5)浮托力。

河流掏蝕導(dǎo)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(jì)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?cái)嗔髦粱麦w上的水流。大的滑坡體尚應(yīng)在其上布置一些排水溝，同時(shí)要整平坡面，防止有積水的坑洼，以利降水迅速排走。對(duì)已滲入滑坡體的水，原則上應(yīng)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?qū)⒒麦w中的積水排出滑坡體以外。坡內(nèi)布設(shè)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(yīng)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(chǔ)要砌置在滑動(dòng)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(shí)也可使滑體重量減輕，以達(dá)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(tái)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(jié)構(gòu)(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(yù)應(yīng)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(dòng)面以下的堅(jiān)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