斜坡岩（土）体稳定性的工程地质分析

斜坡岩（土）体稳定性的工程地质分析

王磊

玉溪市水利建设大队  云南玉溪 653100

【摘要】我国是一个滑坡、崩塌灾害较为频发的国家，斜坡在演变过程中，可出现不同形式、不同规模的变形与破坏。斜坡变形破坏过程和它所造成的不良地质环境均可对人类工程活动带来十分严重的危害，并且还可能引起生态环境失调和破坏，造成更大范围和更为深远的影响。本文主要阐述斜坡岩体应力分布特征、斜坡的变形与破坏类型特点、影响斜坡稳定的主要因素、斜坡稳定性评价及主要防治措施。

关键词：斜坡变形与破坏、稳定性评价、防治措施。

引言

近年来，伴随社会经济的不断发展，各类资源开发与建设，我国滑坡、崩塌、泥石流等由边坡失稳引起的地质灾害频发，对人民的生命财产造成严重威胁，制约社会的发展。为此，需对斜坡的稳定分析评价预测及防护治理技术和方法给予足够的重视，根据斜坡岩土体的实际情况，采取有效的防治措施，力争将由斜坡失稳引起的地质灾害对人民的生命财产造成的影响减小至最低限度。

（一）基本概念就研究意义

天然斜坡和人工边坡形成过程中，岩（土）体内部原有的应力状态将随着过程的进行而发生变化，引起应力重分布和应力集中效应。为适应这种新的应力分布，斜坡岩体将发生不同形式和不同规模的变形和破坏，使斜坡逐渐稳定变缓。斜坡的变形破坏造成的不良地质环境对人类工程活动会产生十分严重的危害，并且还可能引起生态环境的失调和破坏。2008年5月12日，四川汶川大地震，引发了大量的崩塌滑坡以及泥石流和堰塞湖，是新中国成立以来规模最大和灾害最严重的一次由于地震引发的崩塌滑坡灾害。

斜坡岩（土）体稳定性的工程地质分析要对斜坡的稳定性作出评价和预测及为设计合理的人工边坡和制定有关措施提供依据。斜坡变形破坏过程中造成的各种迹象，揭示了表层岩体在不同条件下演变的过程。本文主要讨论斜坡岩体的应力分布特征、斜坡的变形与破坏及各种内外应力的影响，在此基础上分析斜坡的稳定性及斜坡变形破坏的防治措施。

（二）斜坡岩体应力分布特征

分析了解斜坡岩体周围的应力分布情况，有助于认识研究斜坡变形破坏的机制，更合理的评价斜坡的稳定性，从而更合理的制定斜坡设计和政治方案。

卸荷作用引起斜坡附近岩体内部应力重分布和应力集中等效应，并且在卸荷回弹变形过程中，还会因差异回弹而在岩体中形成一个被约束的残余应力体系，从而引起岩体在卸荷过程中的变形和破坏。斜坡成坡后，岩体的应力状态较前主要发生了以下几方面的变化：

1)、由于应力的重新分布，斜坡周围主应力迹线发生明显改变，总的特征表现为愈靠近临空面，最大主应力愈接近平行于临空面，最小主应力则与之正交。

2)、由于应力分异的结果，在临空面附近造成应力集中带。坡脚附近最大主应力显著增高，且越接近表面越高，最小主应力显著降低，于表面处降为零，甚至转为拉应力，是斜坡中最容易发生变形和破坏的部位，往往产生与坡面或坡底面平行的压致拉裂面。坡缘附近形成拉应力，该部位岩体容易被拉裂形成于坡面近于平行的拉裂面。随坡脚变陡，坡面附近张力带范围也随之扩大和增强。

在斜坡整个演变过程中，坡体应力状态也随之而复杂化。由于变形破坏或风化等原因，在斜坡坡面或临空面附近总是形成一应力降低带，而应力增高带则分布在一定深度以内。在河谷地区，由于斜坡不同部位经历变形的历史和表升改造程度不同，应力增高带的分布深度也有所不同。

（三）斜坡的变形与破坏

斜坡形成过程中，斜坡岩土体将发生不同方式、不同规模和不同程度的变形，达到一定条件时将发生破坏。破坏后的滑落体或崩塌体等被不同程度的解体，但在特定的条件下，它们还可继续运动，演化为其他运动方式。因此斜坡变形破坏的演化大体可划分为：斜坡变形、斜坡破坏和破坏后的继续运动3个阶段。

斜坡变形的主要表现为卸荷回弹和蠕变两种方式：

卸荷回弹：是斜坡岩体内积存的弹件应变能释放而产生的，成坡过程中斜坡岩体向临空方向回弹膨胀，使原有结构松弛，大多数在成坡以后短时间内完成。

斜坡的蠕变：在斜坡应力（以自重应力为主）长期作用下发生的一种缓慢而持续的变形，坡体随蠕变的发展而不断松弛，蠕变影响范围可以很大，随着蠕变的发展，最后导致滑坡的发生。

（四）斜坡稳定性评价与预测

对于人类工程建设活动有关的天然边坡或已建成的人工边坡的稳定性和演变趋势作出评价和预测，能为边坡的合理设计和整治提供依据。斜坡的评价和预测方法可概括为过程机制分析法、理论计算法和工程地质类比法。

1、过程机制分析法

实质就是通过追溯斜坡演变的全过程，对斜坡稳定性发展的总趋势和区域性特征作出评价和预测，主要包括以下几个方面：

1）、确定斜坡可能的变形形式和破坏方式

斜坡的变形形式和破坏方式与斜坡的外形特征、地质结构及所处环境是密切相关的。对于一个具有一定外形和结构特征的斜坡，可以应用赤平投影方法综合分析坡体中起控制作用的结构面或软弱带的空间组合状况，可大致确定斜坡的稳定情况，确定斜坡的类型和可能发生的破坏方式。

2）、判定斜坡演变的阶段

通过现场踏勘，确定斜坡的基本形式及稳定状况，调查斜坡是否有变形迹象，参照斜坡演变型式和阶段划分的地质依据，从而确定斜坡所处的演变阶段。采用物理或数值建立相应模型，与现场实际调查情况进行对比，对斜坡目前的演变阶段和发展趋势作出评价和预测。

在评价河谷斜坡稳定性时，应注意河谷历史中曾出现过的强烈下切期，这些时期是斜坡破坏的活跃期，常保留有古滑坡、崩塌残体。河谷方向与历次最大主应力方向近于正交部位，往往是斜坡变形与破坏较强的部位。

2、理论计算（量化）分析法

理论计算分析是将土力学、岩石力学、弹塑性力学等多种力学和数学计算方法应用与斜坡稳定性的定量评价和预测。但实践证明，任何计算方法的成功都必须建立在深入查明原型特征和作出符合实际情况的演化分析的基础之上。

斜坡失稳预报有现象预报和变形位移预报。

现象预报：现场坡体结构和变形破裂迹象的调研及相关地质分析，是对斜坡失稳预测的重要依据。潜在的滑坡形成过程中最早出现的一般是后缘张裂隙，初期这些裂隙是断断续续的，逐渐连接成完整的弧形缝且张开宽度不断加大，最后可出现下错，并相继出现多级张裂缝。侧翼剪裂缝发育迟于后缘弧形张裂缝，并有后缘向前缘延伸，有不连续裂缝向连续裂缝发展。前缘隆胀裂缝发育有迟于侧翼剪裂缝。如果相应配套裂缝形成，则预示滑坡即将发生。

变形位移预报：当岩土体变形进入等速或加速蠕变阶段时，可采取地面监点、GPS监测点、深部钻孔测斜仪等措施进行观测测试，为算预测变形位移，预报破坏失稳时间等计算提供更多、更全面的信息。

3、工程地质类比法

工程地质类比分是目前一中通用的方法，其实质是把已有的天然边坡或人工边坡设计经验应用到条件相似的斜坡研究设计中。在进行类比时，不但要考虑斜坡结构特征的相似性，还要考虑所处环境及促使斜坡演变的主导因素及发展阶段的相似性。

（五）斜坡变形破坏的防治原则及措施

1、斜坡变形破坏的防治原则

斜坡是否稳定对工程项目建设及人类生存安全有重大影响，设计一个稳定而经济合理的边坡具有重要意义。斜坡的防治实质是斜坡变形破坏的防治，防治原则应以防为主，及时治理，并根据工程的重要性制定具体整治方案。

以防为主就是要尽量做到防患于未然，建筑场地的正确选择与合理规划，避开稳定性极差、治理难度高、耗资大的斜坡地段；查清可能导致天然斜坡或人工边坡稳定性下降的因素，事前采取必要措施消除或改变这些因素。

及时处理就是针对已出现的变形破坏，及时采取必要的增强稳定的措施。必要时采取降低斜坡下滑力、增强斜坡抗滑力的有效措施，及时改善斜坡的稳定性。一旦出现滑坡堵江威胁时，及时在堰塞坝上开挖泄洪槽，防止和减轻溃坝等次生灾害的发生。防治工程要与环境保护结合起来。

2、斜坡变形破坏的主要防治措施

根据斜坡结构特征、外形特征及斜坡所处的变形破坏演化阶段，斜坡变形破坏的防治措施可归纳入下：

1）、改变斜坡形态。斜坡的滑动力主要来源于滑坡近后缘段，而近前缘段的足部则为抗滑段。设计时遵循“砍头压脚”的原则，消减产生滑动力的物质、增强抗力体的物质，达到增大斜坡稳定性的目的。

2）、排水工程措施。由于地下水补给的激增（如特大暴雨、山洪等）或排泄水位异常变动（如河、库水位波动或排泄通道堵塞等）引起斜坡岩土体中水动力条件的剧变，而导致斜坡失稳。因此在可能产生滑坡的边界修筑天沟及排水沟等排水措施，以调整坡面水流、排出斜坡内的地下水、截断进入坡内的地下水流，对于防止坡体软化、消除渗透变形、降低孔隙水压力和动水压力都有很大效果。

3）、设置支档结构。岩质斜坡采用预应力锚杆或钢筋砼锚固桩杆加固，可以增强结构面的抗滑能力，改善结构面上剪应力的分布状况。在大型的滑坡体或变形破裂体中还可采用网格梁预应力锚索等措施。在防治危岩和坡面崩塌滑塌滚石可采用柔性钢绳防护网。

4）、斜坡内部加强措施。通过改良岩体的强度性能来增强斜坡的抗变形能力。岩质边坡可采用固结灌浆等措施，土质边坡可采用旋喷桩、石灰桩等方法加固。

5）、绕避工程措施。在工程建设中需要穿过滑坡、崩塌、碎屑流和泥石流区，可采用修建隧道、明洞或建设桥梁等措施避开斜坡危险区域。

结论

斜坡岩土体稳定性分析是一项复杂的系统工程，它本身的不确定性及在各种自然或认为内外营力作用下，斜坡的外形、内部结构以及应力状态都不断变化。斜坡稳定性一旦预测失误，将给工程带来不可估量的损失。目前斜坡岩土体稳定性分析预测及防护治理取得了很大成就，但仍存在种种不足，时有滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害发生，所以要求我们需要加强对斜坡岩土体的观测研究，及时治理，从而减少斜坡体失稳而给工程带来的损失。

参考文献：

[1]孙玉科 边坡稳定性研究的新课题 . 见：滑坡分析与防治 . 成都 . 四川人民出版社

[2]王兰生，李文纲，孙云志 .2008，岩体卸荷与水电工程.工程地质学报

[3]王思敬.1987.边坡岩体动力稳定性研究.北京：科学出版社

[4]许向宁.2006.高地震烈度区山体变形破裂机制.成都理工大学

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