土质边坡稳定性影响因素综述

(重庆交通大学 重庆 400074)

一、影响因素

(一)边坡岩土体类型

边坡岩土体类型及性质是影响边坡稳定性的重要因素。不同的岩性和土质对应不同的力学性质，构成边坡的内力作用机制也有区别。因此不同岩土体构成的边坡其主要的变形破坏模式也不同。岩土体类型影响主要指标有内摩擦角φ、粘聚力c、和容重γ。内摩擦角和粘聚力共同决定岩土体抗剪强度，同时粘聚力的大小可以影响岩土体的水分浸润程度。在边坡开挖过程中，土体发生应力重分布，在靠近边坡坡面的位置，最大主应力方向平行于临空面，坡顶形成拉应力带，坡角处发生应力集中，成为边坡失稳破坏的关键点，因此容重大小也是影响边坡稳定性的重要因素。

(二)地质构造。结构面的充填物、规模、连通性和产状对于边坡稳定性有着重要影响。软弱物质填充于结构面会降低边坡的抗剪强度。结构面的规模和连通性决定边坡岩土体的完整程度：结构面规模越大，连通性越好，岩土体就越破碎，强度越低。结构面的倾向从块体下滑力与抗滑力的比值和块体活动自由程度两个方面影响边坡稳定性。结构面倾向与边坡坡向一致时，结构面倾角越大，块体重力垂直于滑动面的分力就越小，阻止块体下滑的摩擦力也越小，边坡越容易失稳。结构面倾向与边坡坡向相反时，由于滑块没有下滑空间，边坡一般较稳定。

(三)边坡形态。坡高、坡角和坡向是边坡自身的形态参数。一般来说，坡高越高，坡角越大，对边坡稳定性影响越不利。受整体强度的制约，与石质边坡相比，土质边坡通常拥有更低的坡高和更小的坡角。

(四)水的作用。大量工程实例显示水的作用与滑坡有很大关系。水对岩土体的作用包括物理冲刷作用、化学软化作用和力学作用三个方面。在地下水位线以下，岩土体遭到长期浸泡，可溶物质溶解，岩土体软化，如石灰岩、湿陷性黄土等。溶解于水的物质在渗透水的流动过程中被带走，水流作用较强时，一部分小的颗粒也从大颗粒空隙间被冲走，破坏了岩土体的孔隙结构，强度降低。

(五)环境因素。环境因素包括风化作用和坡体植被两个方面。风化作用使岩体分解，结构面规模增大，产生裂隙，使岩体强度降低，同时加速水的入渗。风化作用与岩石性质、温度和湿度密切相关，温度越高，湿度越大，风化作用越强。坡体植被的覆盖情况对边坡稳定性有一定影响，可以概括为水文地质效应和力学效应两个方面[1]。水文地质效应方面，在降雨过程中，树冠可以起到遮挡作用，减少雨水下渗；树干可阻滞地表径流，减少水流冲刷；树根从土壤中吸水，通过叶面蒸发可以降低地下水位线，疏干土体。

(六)外力作用。6人类对自然的改造速度越来越快，规模越来越大。天然边坡在长期自然条件下形成自身内部特有的应力场，并处于稳定的静力平衡状态。人工开挖破坏了土体应力场，使内部不利因素有了新的活动空间。石质边坡常采用爆破开挖的方法，在应力波和爆轰气体的共同作用下，易在坡面形成贯通的径向裂纹，岩石内部的节理、裂隙也进一步扩展，影响坡体强度[2]。地震荷载在降低土体有效应力的同时增大了土体的下滑力，使边坡更容易发生失稳现象。

边坡岩土体是一个非常复杂的整体，内部构造的模糊性和复杂性导致其稳定性影响因素的不明确。

二、研究现状

段永胜等基于正交设计和数值模拟对无交互作用的七个自变量进行了单因素敏感性分析并排序[3]。侯文萃等采用常规正交实验法、灰色关联法和改进的正交实验法对某黄土边坡进行了稳定性影响因素的敏感性分析[4]。刘立鹏等基于有限元强度折减法，运用灰关联分析方法得出边坡稳定性影响因素敏感性大小顺序[5]。陈志波等通过灰关联分析方法对稳定性影响因素敏感性大小进行了研究[6]。李志佳等运用灰关联分析方法，得出各影响因素敏感性从大到小为粘聚力、内摩擦角、坡角、容重、坡后荷载，弹性模量和泊松比则对边坡稳定性无影响[7]。吕晓光等利用有限元软件Plaxis通过强度折减法计算匀质土坡的边坡安全系数，采用正交设计实验方法，得出各影响因素敏感性顺序[8]。上述针对单因素的敏感性分析忽略了各自变量间的相互作用，不符合工程实际。考虑各自变量间的交互作用，学者进行了一系列多因素敏感性分析。余能等采用正交极差分析方法对各因素对边坡稳定性影响的主次关系进行了分析，认为边坡角和粘结力对边坡稳定性的影响最显著，内摩擦角和边坡高度次之，容重影响最小[9]。秦海燕采用通径系数分析方法对边坡稳定性影响因素进行了敏感性分析，得出各影响因素间的间接作用关系，并与刘立鹏灰关联分析得出的结果进行了比较[10]。段宏飞等提出逐步回归的分析方法，建立了安全系数与影响因素的回归模型，分析了各因素敏感性大小[11]。陈高峰等运用正交设计实验方法和主成分分析数值处理方法，得出各影响因素敏感性大小顺序[12]。肖桃李等运用BP神经网络对边坡稳定性进行了预测，并分析了稳定性的影响因素，结果证明对于粘性土质边坡，发生圆弧滑移破坏的最重要影响参数是粘结力和坡角[13]。

目前针对土质边坡稳定性影响因素的结果各不相同，同一种分析方法对不同工程实例得出的因素敏感性分析大小不同，不同的分析方法对同一个工程实例得出的结果也存在分歧，但可以肯定土体自身强度参数是边坡稳定性的最主要影响因素。因此，在进行边坡稳定性分析时土体本身的强度参数选择应当更加谨慎精确。