浅析边坡稳定性影响因素

2018-11-26张少轩

四川水泥 2018年11期

张少轩

（成都理工大学环境与土木工程学院，四川成都 610059）

0 前言

边坡是由人工形成或者自然形成的斜坡，在建设工程活动中是最为基本的地质环境，同时也是建设工程最为常见的工程形式。边坡滑坡崩塌作为全球三大地质灾害之一，将严重危害到生命及财产安全。边坡滑坡崩塌即为边坡失稳的主要表现形式，而影响边坡稳定性的因素较多，同时各种因素之间存在着复杂性、不确定性及相互影响性，例如边坡土质情况、岩土体结构面、地下水等等。

1 边坡稳定性影响因素

1.1 内在因素

边坡土质类型，边坡根据土质类型分为粘性土边坡、软土边坡及砂性土边坡，不同类型的边坡所导致的失稳类型都是存在差异的；地质构造，主要表现在不同构造的发育程度、规模以及充填程度等都是不同的，从而对边坡稳定性产生的影响也是不同的；边坡形态，所谓边坡形态就是指边坡的高度、坡度、平面形态以及边坡的临空条件等等，而边坡形态对边坡稳定性将产生直接性的影响。一般情况下，边坡的坡度越陡，则边坡则更容易失稳，而坡度越缓，则稳定性越好；坡高越大，则边坡稳定性越差；水文地质条件，水文地质条件主要包括地下水的赋存、补给、径流等等。水文地质条件的改变将会直接影响地下水的富集程度。边坡岩体的力学性质受水的影响程度是相对较大的，地下水的富集将会增加边坡失稳的概率，同时导致软弱夹层与结构面之间的抗剪强度降低，导致孔隙水压力上升，进而使得边坡滑动面的抗滑能力减小。

1.2 外部因素

自然降水，气候类型的差异也会影响降水量，所以不同地区的降水量都是存在区别的，从而也导致边坡稳定性不同；风化作用，风化作用对边坡稳定性的影响实际上是有限的，风化作用将会导致边坡土层的结构面规模的增大，条件出现恶化；坡体植被同样也会对边坡的稳定性产生影响。边坡植被对边坡稳定性的影响主要是包括水文地质效应及力学效应两个方面的原因；人类工程活动对边坡稳定性的影响程度是较为明显，人类的工程活动对于边坡稳定性实际上具有两面性，既是对土体的改造，同时也是一种破坏，不适宜的活动往往会导致边坡失稳，进而出现滑塌事件。

2 边坡稳定性分析方法

2.1 地质类比法

所谓工程类比法又称为工程地质拟比法，是一种定性分析的方法，地质类比法主要方法包括历史分析法、边坡评比法以及因素类比法等等。地质类比法最为基础的工作内容即为地质勘查，对工程地质条件进行调查与分析，例如地形地貌、地层的岩性、地质的构造等等，若是存在已经被破坏的边坡，则对其破坏现象进行调查，对破坏边坡发生的原因、影响因素及破坏规律等进行总结。同时对地质因素的相似性及差异性等内容进行了解与对比，从而得到稳定性因素的分析与评价。

地质类比法最大的优势就是能够综合考虑影响边坡稳定性的各种因素，快速的对边坡稳定性及其发展趋势等内容进行估计及预测。但是该方法也会由于检测条件、检测经验等方面的局限性而出现偏差。地质类比法适用于地质条件较为复杂的地区，若是勘查工作缺乏前期的资料，则一般使用地质类比法对边坡进行定性评价。

2.2 极限平衡法

极限平衡法就是指根据边坡上的滑体或者滑体分块的力学平衡原理来分析边坡在不同破坏模式下所表现出的受力情况，同时根据边坡上滑体的抗滑力与下滑力之间的关系来判断边坡的稳定性。极限平衡法作为边坡稳定性分析的主要方法之一，在实际工程实践中也得到了广泛的应用。

（1）瑞典条分法

瑞典条分法需要进行基本的假设，假设A边坡稳定为平面应变问题，而B滑动面为圆弧，C计算圆弧面的安全系数时，需要将条块重量向滑动面进行分解从而得到法向力。瑞典条分法计算原理如图1。

图1 瑞典条分法计算原理

瑞典条分法由于不考虑条间力的作用，所以仅仅能够满足滑动体之间的力矩平衡条件，因此产生的误差导致安全系数相对较低。一般瑞典条分法在未给出应力作用下的结构图像的条件下，仍然可以对边坡的稳定性做出精确的评价，能够很好的分析边坡强度参数。但是该方法需要提前了解到滑动面的大致形状以及位置，这是其有效应用的局限性。

（2）改进的条分法

由于瑞典条分法存在一定的局限性，因粗在瑞典条分法的基础上进行改进，得到了诸多条分法的改进计算方法，例如 Bishop条分法、Sarma条分法、斯宾塞法、传递系数法等等。其中Bishop条分法是假设滑动面的形状为滑裂圆弧面，并且条块之间仅有水平作用力，而不存在垂向作用力，也就是说条块在滑动的过程中不存在垂向的运动趋势。与瑞典条分法相比安全系数精度更高；Sarma条分法作为极限平衡法的最新发展结果，认为边坡岩体除非是沿着一个理想的平面滑动，才可看做是一个完整的刚体运功，否则就应该先破裂成为多个可相对滑动的块体。该方法能够适用于各种形状的滑动面进行边坡分析，并且根据岩体实际存在层面、断层等划分条块，但是不要求条块必须要保持垂直，通过该方法计算得到的结果与实际值相近。

2.3 边坡可靠性分析法

边坡工程中是以岩体作为工程材料的一种工程结构，由于组成及结构上的区别，导致边坡存在不均匀性，对于天然边坡而言更是如此。构成边坡的地质在经受长期循环的地质作用影响之下，同时由于作用强度不一，导致边坡工程的地质性质有着非常大差异。当前，边坡可靠度分析所采取的方法主要为可靠指标法、蒙特卡洛模拟法以及统计矩法等等，通过对边坡可靠性的准确分析将能够在很大程度上提高对边坡稳定性的监控，从而采取相应的改进对策。

2.4 数值分析法

数值分析法是随着计算机技术的不断发展而出现的，数值分析法在非均质、非线性及复杂边坡分析中起到了关键作用，利用计算机技术处理而获得岩体应力应变的关系，并且能够通过模拟土方工程的施工、支护工程施工及地下水渗流等情况，来分析岩体与支护结构之间的关系。数值分析法中常用的方法包括有限元法、边界元法、离散单元法等等。不同计算方法所适用的条件都有所差别，例如边界元法就是适用于小变形均质的连续介质情况，有限元法能够将连续的系统进行分割，从而在每个单元找到一个近似解，之后再将所有单元合并成一个系统做最后的统计分析，这种情况适用于范围较大的情况。