边坡工程地质问题

边坡工程地质问题

一、边坡变形破坏的基本类型

(一)边坡的变形类型

1、卸荷回弹

卸荷回弹是斜坡岩体内积存的弹性应变能释放而产生的。

斜坡中经卸荷回弹而松弛，并含有与之有关的表生结构面的那部

分岩体，通常称为卸荷带。

(1)河谷下切，在陡峻的河谷岸坡上形成的卸荷

裂隙；路堑边坡的开挖，使新的卸荷裂隙产生。

(2)上覆岩石被剥蚀去，深部的岩石形成平行于

地面的卸荷裂隙，常见于花岗岩出露地区，尤其是

采石场里。

2、蠕动：

斜坡的蠕变是在坡体应力(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，这种变形包含某些局部破裂，并产生一些新

的表生破裂面。

(1)表层蠕动

疏松的土质边坡

破碎的岩质边坡

疏松的土质边坡破碎的岩质边坡

层状结构的岩质边坡

(2)深层蠕动

软弱基底蠕动

坡体蠕动

软弱基底蠕动

坡体蠕动

(二)边坡的破坏类型

1、表层破坏

(1)剥落：

(2)冲沟：

(3)滑塌：

2、深层破坏

(1)滑坡

(2)崩塌、落石

二、影响边坡稳定性的因素

1.岩土性质和类型

岩性对边坡的稳定及其边坡的坡高和坡角起重要的控制作用。坚硬完整的块状或厚层状岩石如花岗岩、石灰岩、砾岩等可以形成数百米的陡坡。而在淤泥或淤泥质软土地段，由于淤泥的塑性流动，几乎难以成形边坡。黄土边坡在干旱时，可以直立陡峻，但一经水浸土的强度大减，变形急剧，滑动速度快，规模和动能巨大，破坏力强且有崩塌性。松散地层边坡的坡度较缓。

2.地质构造和岩体结构的影响

在区域构造比较复杂，褶皱比较强烈，新构造运动比较活动的地区，边坡稳定性差。断层带岩石破碎，风化严重，又是地下水最丰富和活动的地区极易发生滑坡。岩层或结构的产状对边坡稳定也有很大影响，水平岩层的边坡稳定性较好，但存在陡倾的节理裂隙，则易形成崩塌和剥落。同向缓倾的岩质边坡(结构面倾向和边坡坡面倾向一致，倾角小于坡角)的稳定性比反向倾斜的差，这种情况最易产生顺层滑坡。结构面或岩层倾角愈陡，稳定性愈差。如岩层倾角小于10°～15°的边坡，除沿软弱夹层可能产生塑性流动外，一般是稳定的；大于25°的边坡，通常是不稳定的；倾角在15°～25°的边坡，则根据层面的抗剪强度等因素而定。同向陡倾层状结构的边坡，一般稳定性较好，但由薄层或软硬岩互层的岩石组成，则可能因蠕变而产生挠

曲弯折或倾倒。反向倾斜层状结构的边坡通常较稳定，但垂直层面或片理面的走向节理发育且顺山坡倾斜，则亦易产生切层滑坡。

3.水的作用

地表水和地下水是影响边坡稳定性的重要因素。不少滑坡的典型实例都与水的作用有关或者水是滑坡的触发因素；充水的张开裂隙将承受裂隙水静水压力的作用；地下水的渗流，将对边坡岩土体产生动水压力。水对边坡岩体还产生软化或泥化作用，使岩土体的抗剪强度大为降低；地表水的冲刷，地下水的溶蚀和潜蚀也直接对边坡产生破坏作用。

裂隙静水压力裂隙静水压力分布的不同情况

4.工程荷载

工程荷载的作用影响边坡的稳定性。

5.地震作用

地震对边坡稳定性的影响表现为累积和触发(诱发)等两方面效应。

(1)累积效应

边坡中由地震引起的附加力S的大小，通常以边坡变形体的重量W与地震振动系数k之积表示(S=kW)。在一般边坡稳定性计算中，将地震附加力考虑为水平指向坡外的力。但实际上应以垂直与水平地震力的合力的最不利方向为计算依据。总位移量的大小不仅与震动强度有关，也与经历的震动次数有关，频繁的小震对斜坡的累进性破坏起着十分重要的作用，其累积效果使影响范围内岩体结构松动，结构面强度降低。

(2)触发(诱发)效应

触发效应可有多种表现形式。在强震区，地震触发的崩塌、滑坡往往与断裂活动相联系。高陡的陡倾层状边坡，震动可促进陡倾结构面(裂缝)的扩展，并引起陡立岩层的晃动。它不仅可引发裂缝中的空隙水压力(尤其是在暴雨期)激增而导致破坏，也可因晃动造成岩层根部岩体破碎而失稳。

碎裂状或碎块状边坡，强烈的震动(包括人工爆破)甚至可使之整体溃散，发展为滑塌式滑坡。结构疏松的饱和砂土受震液化或敏感粘土受震变形，也可导致上覆土体产生滑坡。海底斜坡失稳，不少也与地震造成饱水固结土体的液化有关，这也是为什么在十分平缓的海底斜坡中会产生滑坡的重要原因之一。

我国岩质边坡工程实践中，为量化评价爆破的影响，根据经验采取降低计算结构面的抗剪强度的方法实施，f值降低15%～30%，c

值降低20%～40%。理论计算，降低的低值和高值分别相当于地震烈度Ⅷ度和Ⅸ度时造成的影响。

三、边坡应力分布特征

(一)边坡的坡形

1、直线坡；

2、折线坡；

3、台阶坡。

边坡的坡形

(二)边坡应力分布的特殊点

1、直线坡的应力集中区在坡脚附近：剪应力集中；

2、折线坡的应力集中区在变坡点、坡顶附近：张应力集中。

3、台阶坡的应力状态表现为台阶上、下坡脚的集中应力和平台坡顶的拉张。

(三)人工边坡的坡形确定

1、根据岩体结构；

2、根据岩性变化

四、边坡稳定分析方法

(一)工程地质分析法——比拟法

此法要求比对的边坡具有“相似性”，即一是边坡岩性、边坡所处的构造部位和岩体结构的相似性，二是边坡类型的相似性。

(二)力学计算法——定量分析

以岩土力学理论为基础，运用静力学、弹塑性理论或刚体力学等进行分析，通常是建立在静力平衡的基础上，按不同边界条件考虑力的组合，进行边坡稳定性计算。

(三)模型模拟试验

主要是采用物理模型试验和数值模拟相结合的方法。模拟试验按照研究要求不同有物理模型试验和运动学模型试验。物理模型试验要遵守相似性原理，原型和模型必须满足几何相似和强度相似。

四、边坡稳定性计算

(一)一个滑移平面的滑动体

单一平直滑动面稳定性分析

１.坡体稳定系数：

式中：--坡体稳定系数；

--坡体重量，，--岩体容重，--坡体高度；

--粘聚力；

--坡段长度；

--滑面倾角；

--内摩擦角。

>1坡体稳定，＜１坡体不稳定，＝１时，坡体处于极限平衡状态。

２.考虑地下水的影响

有地下水时滑坡稳定性分析

地下水对滑坡稳定的影响，主要是静水压力和动水压力:

式中：--水的密度；

--裂隙中的水柱高；

--滑坡体中含水高度；

则滑坡的稳定系数：

式中：--ＡＤ的长度。

例题设有一岩石边坡，高30.5米，坡角，坡内有一层面穿过，层面的倾角为。在边坡坡顶面线8.8米处有一条张裂缝，其深度为Z=15.2米。岩石块体密度为千牛顿/米。层面的凝聚力千帕，内摩擦角，求水深对边坡安全系数的影响。

（二）圆弧形坡稳定分析

在用圆弧法进行分析时，首先假定滑动面为一圆弧，把滑动岩体看作为刚体，求滑动面上的滑动力及抗滑力，再求这两个力对滑动圆心的力矩。滑动力矩和抗滑力矩之比，即为该岩坡的稳定安全系数：

圆弧形滑坡稳定性分析

由于假定计算滑动面上的各点覆盖岩石重量各不相同，因此，由岩石重量引起在滑动面上各点的法向压力也不同。抗滑力中的摩擦力与法向应力的大小有关，所以应当计算出假定滑动面上各点的法向应力。为此可以把滑弧内的岩石分条，用所谓条分法进行分析。

(三)折线形滑坡稳定分析

折线形滑坡稳定性分析

1.第一段滑体abb′的静力平衡计算

根据静力平衡条件

则：

式中--第一段滑体的推力

其余如前

2.第二段滑体bcc′b′的静力平衡计算

滑体受力分析

式中--第一段剩余下滑力，与大小相等，方向相反。

3.第n段滑体的静力平衡计算

令

则

式中--第n段滑体的推力；

--推力传递系数。

4.根据以上步骤计算至最后一段(m段)滑体的静力。

若0，则斜坡是稳定的，若＞0，则斜坡是不稳定的，需要一个大于的抗力斜坡才能保持稳定。

另外需要注意：

（1）计算所得的0时，则不再有推力向下传递，因此计算下一块时无上一块推力计算；

（2）计算断面中有逆坡时，由于滑面倾角为负值，因而也为负值，即它已不是下滑力，而是抗滑力；

（3）计算断面有逆坡时，除按实有滑面计算推力外，尚应考虑沿可能的次生滑面滑动的可能性，若按可能滑面计算出来的推力大于实有滑面计算出来的推力，则会产生次生滑面。

例题某一堆积层下卧基岩，断面如图所示，线路从上部通过。计算推力并判断稳定性。各分块重量及计算参数为已知，K取1.25。包括列车、轨道的重量。

各计算参数如下表

块号(kN)(o)(kPa)(m)(o) 115004001515 2260020 5.01515 31600-5 5.01015 4200010 5.01715 1-3360015 5.02423