天然边坡稳定性分析实践中的几点探讨

赵宇

摘 要：离开成都平原向东，川内广大的低山-丘陵区，其建设开发不可避免地面对坡地开发前期评估、边坡勘察及其中的边坡稳定性评价等系列问题。一般，边坡岩土的物理力学性能均由于其物质组成、内部结构在形成过程和地质年代中变化的随机性而不均匀，致使如试验点测取的相关指标参数，未必能客观准确反映现场边坡各部位的性能状况等不确定的情况，常用的理论公式均建立在一定的理想假设条件下，对边坡的力学状态描述和计算与实地情况可能差异或很大。该文旨在通过工作实践，探讨上述地区天然边坡稳定性分析中一些实际运用的有效方法与做法。

关键词：边坡 岩土 监测 稳定性

中图分类号：P64 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）11（b）-0033-02

在边坡稳定性分析中，Taylor理论公式是常采用，但现实中的地层状况未必如公式条件那样理想，出现如实际存在滑动弧发生的情形，也许是发生倾倒；当边坡上部加载后，对其应力传递与变形情行的描述，公式也局限于水平地表加载的特定情况等等。坡地开发建设中，边坡问题大多仅依据相关建筑技术规程规范解决，其稳定性分析主要还是采用考虑因素较全面客观、运用较方便的极限平衡原理，辅以直观有效、可操作的实地边坡滑动检测措施。

1 边坡破坏主要型式

1.1 坠落

坠落亦指体积大小不一的岩块或土体，在重力作用下，突发性地以自由落体的方式垂直下落，坠落速度极快，主要发生于山区陡直边坡以及岩腔地形、常青树木稀少的边坡，坍壁常为节理面、层面、裂隙面等薄弱结构面；

1.2 倾倒

倾倒是边坡坡面岩土体在重力影响下，向临空一侧的边坡下方向倾斜，然后发生滚落的一种方式。地层被岩体的垂直节理或土体陡倾的卸荷裂隙切割，与边坡整体分离后发生。倾倒发生通常在岩土体内需具有一组高倾角的不連续面（如层面、节理面或裂隙面）向边坡的外侧倾斜。

1.3 滑动

滑动体的运动常沿着一个、数个明显或可推测的剪力面，发生滑移或剪应变。破坏的发生常因边坡内某地区有应力集中过大的情形，因而先行破坏，使边坡内的应力重新调整，造成邻近地区亦有应力过大而破坏的现象，如此破坏区逐渐扩大，直至整个边坡产生滑动。

根据滑动面形状，常见者有弧形滑动，平面形滑动及折线形滑动。圆弧滑动上的物质不但向下滑，且同时向后仰及旋转，常发生于各向较同性的地层内，如土层、填土或非常破碎的岩层。平面滑动的滑动体沿着地层强度软弱面、如交界面、层面、节理面、断层面，向下移动。

1.4 侧滑

侧滑的地层为分布在坡度不大的斜坡上的表层坚硬地层与下卧软弱地层之间。差异风化作用、地下水作用或地层液化等造成软弱地层的软化或侵蚀，其抗剪强度降低进而发生塑性流动，而使上部的坚硬层产生拉裂、解体，并以近乎水平的侧向缓慢滑移。

1.5 流动

流动也为广义的边坡破坏的一种形式，它是大气的集中降水夹带大量泥沙、石块等物质以极慢至极快的速度向下移动的破坏方式。没有明显可供辨识的破坏面，但其造成的影响范围可以很广，破坏力大可以摧毁村社。此流动主要发生在风化、侵蚀作用强烈，植被不发育、冲沟发育的山区坡地。

2 边坡稳定分析常用方法

在实际工程中，遇到的边坡都是高低起伏、形态变化的，为便于计算及判断，常将边坡几何形状以坡角与坡高简化，目前对此研究采用的方法多种：变形分析法、有限元素法、极限平衡法及统计法等，其中的极限平衡法因其较全面和实际地考虑了土体的应力状况、地层特性与破坏条件，在实际边坡稳定分析中采用较广泛。

极限平衡分析法的边坡的稳定系数F一般可以利用以下公式（1）确定，也就是求得岩土体本身的剪力强度与破坏面上的驱动剪力之比；由公式（2）可得知需在凝聚力提供的稳定系数（F）与摩擦角提供的稳定系数（F）相等时，才可判定边坡整体的稳定系数（F=F=F），工程上常需将安全系数FS提高至1.5倍稳定系数F以上（FS>1.5F），较为保守。

其中的情形之一是当坡体为均质土层，破坏滑动面呈圆弧状，其破坏模式可有（a）（b）（c）三种[1]，滑动弧摩擦圆的圆心为O，其下分布有坚硬层，对滑动弧发生和形成有着一定规束作用。其中（a）为最常见的边坡破坏系滑动弧由坡顶延伸，经过坡趾附近；当边坡底下的坚硬土层较深时，滑动弧切过坡趾处；如坡趾下方即为坚硬土层，则滑动弧则相切与坚硬土层，再延伸至坡趾上方；（b）为边坡浅层破坏，系指主要滑动发生于坡顶；（c）为边坡基底破坏，破坏滑动范围已超过坡趾，此时可以摩擦圆圆心O分界，分成两区域滑动土，距圆心距离为L，进行极限平衡的边坡稳定系数计算。

以Taylor方法计算边坡稳定系数，须知土层基本参数：单位容重（γ）、有效凝聚力（c）、岩土有效摩擦角（）；边坡几何形状：坡角（β）、坡高（H）；即可以公式（3）求出驱动的凝聚力（cd），则凝聚力提供的稳定系数（F）与摩擦角所提供的稳定系数（F）即可得知，如公式（1）。通常情况下两者安全系数并不会相等（F≠F），因此须以试误法将不同的驱动摩差角（）带入求算出不同的F，再利用公式（2）求出不同摩差角（）的稳定数（M），间接求得凝聚力（cd）与F；当两者安全系数相等时，即为Taylor分析下此边坡的安全系数（F=F=F）。

3 边坡稳定监测的实践

边坡滑动面深度的确定，在边坡稳定分析或整治工程设计中有着决定性的影响，而滑动面深度是由边坡破坏规模、钻探取得的岩芯及由倾斜管监测资料等综合确定。实际工作中需准确解读监测数据图形，图形类型为以下四种型式说明如文献[2]。

（1）滑动面为薄层：有一明显的剪动带，当滑动面有多层时，则会出现数个变位较大的剪动带，例如出现在岩盘不连续面间的滑动[3]。

（2）滑动面的剪动带较厚时：例如回填土层的滑动或一般土层的滑动。

（3）倾斜管自底部有明显位移量：表示该倾斜管的底部可能仍在滑动块体内，亦即真正的滑动面深度应较倾斜管的管底为深。

（4）倾斜管观测值呈现S型曲线：表示倾斜观测管有受挤压现象，大部分发生在较厚的回填土上，因回填土向下沉陷，使得倾斜观测管承受负摩擦力而呈不规则S型，或在崩坍顶部的陷落处较易产生如此现象。

4 结语

低山-丘陵区多年的边坡工作实践可知，坡地的开发利用应该是一个涉及诸多因素和多专业学科的系列工程活动，比较繁杂，但其中，边坡稳定性分析评价是该系统工程的工作重点，边坡破坏滑动面的确定、边坡稳定系数的计算是稳定性分析的技术要点。对重点、要点的把握及其工作质量成为坡地开发建设整体效益的基本保证之一。该文梳理生产实践中的几点实际经验，以期减少同行在理论与实际工作的连接、规范运用中的重复探索，尤其同行新人。

参考文献

[1] 戴志中.现代山地建筑接地诠释[J].城市建筑，2006（8）：20-24.

[2] 吴大明，李云.有关建筑结构规范中几个问题的商榷[J].四川建筑，2002（1）：108-110.

[3] 罗福午.做整体结合建筑结构施工的建设者[J].建筑技术，2002（8）：616-618.