顺层岩质边坡稳定性分析

(辽宁师范大学城市与环境学院 辽宁 大连 116029)

一、前言

顺层岩质边坡是包含层面和其它类型结构面的一种复杂边坡结构。根据大量的工程实践经验发现，顺层岩质边坡是稳定性最差、危害程度最大的一种边坡，顺层岩质边坡的变形毁坏给边坡工程的建设重大的损失和人民群众的生命财产带来了重严重的威胁。

在1995年，蒋爵光等人对国内12条铁路干线的岩石边坡进行了详细的调查统计，并且指出：铁路岩石滑坡中较为常见的类型一般都是层状结构岩体的顺层滑坡，但凡是顺层路堑边坡地段，不管边坡坡度是陡是缓，只要岩层倾角大于15°的情况下，边坡坡度大于岩层倾角，几乎都有可能发生顺层滑动或顺层滑塌的破坏现象[1]。

然而，到目前为止，对于顺层岩质边坡稳定性的研究，各国还都不是特别深入，特别透彻。尤其是对影响边坡稳定性因素的影响规律缺少详尽地系统地分析，所以尽可能深入地分析影响顺层岩质边坡稳定性的影响规律，对于顺层岩质边坡工程的安全有很深远的意义。

二、顺层岩质边坡类型划分

影响边坡稳定的因素有很多，首先取决于岩层倾角、地层岩性及其组合特征、结构面等内因。除此以外还包括地下水的作用和开挖坡角、边坡高度、爆破震动效应、地震效应等其他因素[2]。边坡稳定状态是各种因素综合作用的反映，边坡稳定性和各种因素构成一个相互联系、相互影响的整体，其中任何一个因素的改变往往会导致其他因素发生改变，进而引起边坡稳定状态发生改变。在评价边坡稳定性时，应区别各因素在边坡稳定中所起的作用，有重点地考察和分析起主导作用的因素[3]。

边坡工程中最常见的类型是层状岩质边坡，根据层状岩体的结构特征可以看出来，岩体中的结构面对边坡有很大影响，根据优势结构面与边坡角的相互关系，可将层状岩质边坡分为三种：水平层岩质边坡、顺层状岩质边坡、逆层状岩质边坡[4]。

三、顺层岩质边坡破坏模式分析

顺倾向岩层边坡变形破坏模式通常情况下主要有两种类型，一种类型就是滑移破坏，滑移主要包括两种：

第一种是沿着层面滑移，这种破坏模式的主要表现方式是前缘坡脚临空并且具有明显的或潜在的顺倾向滑动面，发生整体失稳沿层面下滑，这一类型破坏模式在边坡开挖中经常出现。一般而言，发生这类破坏的边坡大都不高，应力状态也都是比较低的。

另外一种滑移就是前缘坡脚处滑移受阻而发生顺层滑移溃屈破坏，这种破坏模式一般在顺倾向层状岩质高边坡出现，其变形破坏深度一般较大，边坡高度较高，破坏规模较大，应力状态也相对较高。

另一类是拉裂破坏，第一种是层面倾角较大，岩层在自重的作用下产生弯矩，进而产生弯曲，在弯曲剧烈部位往往产生横切方向的拉裂，导致边坡破坏；第二种是层面倾角较小时，下部软弱基岩在上部岩体的作用下产生向坡面临空方向的塑性流动，从而会导致上部岩体的岩层拉裂，不均匀解体等[5]。

四、顺层岩质边坡稳定性研究方法

边坡稳定研究的核心是边坡稳定分析和评价，但对于不同的破坏方式存在着不同的滑动面形式，所以通常采用不同的分析方法及计算公式来分析其稳定状态。目前来看，边坡稳定性研究方法有很多，本文采用极限平衡法和赤平投影法对顺层岩质边坡稳定性进行简单论述。

(一)极限平衡法

极限平衡法是边坡稳定性分析计算的主要方法，也是工程实践中最常应用的一种方法[6]。极限平衡法是假定岩土体破坏是由于滑体沿滑动面发生滑动面而造成的。假设滑动面已知，其形状可以是平面、圆弧面、对数螺旋面或其他不规则面。通过考虑斜坡上的由滑动面形成的隔离体或其分块的力学平衡原理(即静力平衡原理)分析斜坡在各种破坏模式下的受力状态，以及斜坡体上的抗滑力和下滑力之间的定量关系来评价斜坡的稳定性。

(二)赤平投影法

在顺层岩质边坡工程中，岩质边坡的失稳与破坏主要是受岩体中的各种结构面控制。根据地质力学的原理，裂隙、断层、层面等岩体的主要结构面可大致分成相互平行的若干组，而其中一些相交的结构面将某些临空的边坡岩体切割成滑塌体，在重力及其他因素的作用下这些滑塌体将沿着结构面产生滑动。所以研究这些结构面在三维空间中的位置、组合关系和结构面的力学参数等，对评价边坡的稳定性和研究其破坏形式是至关重要的。应用赤平投影法来判断岩体中各结构面的组合及切割关系是一种既直观又简便的方法，工程人员可以应用赤平投影法进行平面作图来对三维空间岩体的稳定性作出准确而快速的判定[7]。

五、顺层岩质边坡的防治

边坡防治的作用是改善边坡的力学平衡状态，提高边坡的稳定性。在实际工程中主要是通过改变边坡体的抗滑力和下滑力来实现边坡稳定。目前岩质边坡主要采取抗滑支挡，锚杆、预应力锚索等直接防治，顺层清方、放缓边坡、防排水、改良软弱层面等间接防治，或两者结合的方法来防治处理。

因为顺层岩质边坡的破坏通常都具有突发性、下推力大、速度快、破坏力强等特点，所以真正得适用于顺层岩边坡防治的有效方法并不是很多。就工程应用的情况看，顺层岩质边坡防治采用的结构主要有锚杆、抗滑桩、预应力锚索等。由于锚索工程不开挖滑体，又能机械化施工，且造价一般都低于抗滑桩工程，因此锚索工程在顺层滑坡治理中应用非常广泛。

六、结语

1.在极限平衡法中人为的制造出一些假定，并不代表斜城真实的应力状态、滑动形状，但极限平衡法有计算简单，发展历史较长的优势。就稳定性而言，其结果还是可以满足实际需要的，尤其是对土坡而言。各种极限平衡法的对比说明，在参数相同的情况下，采用不同的计算假设相互之间结果差别不是很大。

2.赤平极射投影是一种定性的评价方法，在使用过程中所有参与分析的结构面应在边坡上空间相交，对于距离比较远而没有相交的结构面，不能随意的挪移并将其参与稳定性分析。

3.岩土体是一种结构体，这种结构体有着自身材料与结构的强度和相应的自稳能力，但是会因为受到环境或着人类活动的工程因素所影响，其强度和自稳能力将会大幅度下降。对于边坡工程，其开挖后，形成了较陡的临空面，原有的应力条件大为改变，坡体稳定条件变差，要使坡体稳定，必须采取相应的措施。