地灾治理中岩质高边坡的稳定性研究

王智

（江西省地质局第三地质大队 江西九江 332000）

对于岩质高边坡来说，因为长时间暴露于自然环境，基于一些自然外力的作用，如氧化腐蚀，让边坡稳定度无法处于较为稳定的水平，长时间受外力作用，极有可能出现变形乃至被破坏。很多的实践经验表明，采取技术手段，确定影响因素及潜在危害之后，可以当作研究与分析高边坡稳定性的有力根据，方便制定健全的灾害预防体系。

1 岩体稳定的定义及高边坡出现破坏的表现形式

1.1 岩体稳定的定义

对于这一定义来说，它属于相对的概念，岩石被地震与飓风等所影响，结构会出现相应的改变，结构存在改变的情况下，会造成岩体滑落、断裂及形变，这是岩体被外界作用后，岩体稳定性发生的改变［1］。

1.2 高边坡发生破坏的体现形式

发生滑动的情况下，结构承载各个方向的应力，在岩体坡面处，应力和坡面处于平行状态及垂直状态，给外界带来的影响也会存在相应的规律。岩石的应力改变，通常来讲，是伴随坡度的改变进而出现相应的改变，伴随坡面变大，结构应力持续提升，处于坡面临界点，有着最高应力值，坡底及坡顶发生了一个最大应力改变。拉应力带的改变及应力调节是造成边坡发生事故的动力，外界环境的改变中，内部发生了应力差，在应力改变大于能够承受的范围时，就会出现滑坡及断裂的现象。

2 致使岩质高边坡问题的因素

针对基础工程建设来看，在很大程度上优化了生产生活条件，还推动了城市和区域的协同进步。利用道路交通建设，在很大程度上实现了人们的物质和精神需要。基于国家项目的投入，对于基础设施来说，其高坡稳定性是非常显著的问题。我国为多山地貌，尤其是西部和南部地区，其高坡分布面积比较大。针对高边坡问题进行处理过程中，需先掌握高边坡的成因，这样才能有效促进防护结构的顺利建设。对于致使高边坡问题的因素，本文主要从以下方面进行介绍。

（1）自然原因。岩体发生事故的主要原因即为自然原因，处于自然环境之中，长时间被风吹日晒侵蚀，同时受一些特殊因素影响，如地震，边坡结构也会出现显著的结构改变，导致事故的出现［2］。因为社会持续进步，再加上经济的稳定增长，在矿石方面有了更大的需求，会在边坡开展开采作业。然而，在开采量大于抵抗应力时，开采处结构应力已难以承载岩体结构，就可能引起坍塌事故发生。另外，由于岩石彼此抵触移动，故而内部结构也是持续形成改变的，也就造成了应力出现改变，在内部结构发生严重改变时，岩体就会发生有关的事故。

（2）扰动因素。对于扰动因素来讲，它一般指基于特定环境下，环境对岩体的侵蚀。通常情况下，表现为雨水及地下水的作用，因为结构存在着复杂性，再加上地下水的作用，会导致边坡地层结构失去稳定性，出现晃动问题，与此同时，基于长时间的积累过程中，将导致岩体产生滑坡危险。就扰动因素来看，除了以上这点之外，还存在着树木的压迫，究其原因，是种子落在岩石缝隙内，同时伴随风及雨水的作用，会导致树木在岩石中生长，基于持续的生长发育，将对岩体内部产生压迫作用，使得岩体内部结构受到不良影响，同时在极限环境下，将导致岩体产生断裂现象，图1所示为岩体扰动。

图1 岩体扰动

（3）人为因素。该项因素就非常简单，部分企业在进行施工建设时，未对施工控制工作加以重视，存在严重的开发现象，致使生态出现不平衡现象，从而造成岩质高坡产生各种各样的安全问题。

3 岩质高边坡稳定性的分析方法

就岩质高边坡来看，其稳定性的分析常常包含下述3 点内容。第一，充分结合地质勘察资料及相关的测绘结果，对边坡构造应力及区域稳定性等开展深入的分析，同时，在此基础上，对边坡岩体形式进行科学判断。第二，根据现场勘测及室内试验，对岩石物理学特点进行有效分析，以此对边坡稳定性开展全方位评价以及研究。第三，根据边坡稳定性评价（见图2），对边坡岩体的可靠情况还有后续变形破坏的趋势开展全面分析，这样才能第一时间构建科学的预防方案，运用有效的治理手段［3］。

图2 边坡稳定性要素

针对高边坡稳定性，对于其分析方式，本文主要从极限平衡、有限单元分析方式、实验研究分析方式等方面进行分析。

（1）极限平衡。对于该方法来说，它是对岩体出现灾害的预测方法，一般情况下，是基于研究在发生事故的条件下具体承载能力及出现断裂的部位，结合数据的研究，衡量这一边坡稳定性处于何种区间。因为发生滑动的时间是难以进行明确的，同时出现事故时也难以到周围开展勘查，所以可能会威胁到人员安全。对此，假设内部发生了滑动，与此同时，岩体能够承载的应力已大于结构应力，处于如此环境下，岩体会形成一个滑动面，它的位置、形状及方向不用进行假设，只需分析岩体发生滑动中形成的静力极限条件，且结合预估算出滑动中形成的破坏能力。因为易于进行施工，用不着很多的测试及人员，所以，在工程建设领域，极限平衡得到了较大的推广，一般指部分偏远地区岩石改变。在边坡稳定性测试过程中，因为这一分析方式针对实际滑动面，难以预估它的极限数值及发生灾害的概率，因此在部分精细项目中运用不多［4］。

（2）数值模拟。对于数值模拟来讲，它属于相对常用的分析方式，一般是结合边坡岩体数据，构建数据模型，且据此开展模型研究。

第一，有限单元分析方式。数值模拟分析中，针对试验目标岩体，开展的分割区域。边坡发生滑动中，掌握结构特点是相当关键的，各个分割单元形成的极限数值有所差异，发生滑动的环境之中，结构应力出现相应的改变，同时所有区域内的含水量也会出现相应的改变，针对滑动面积及应力值等开展统计，然后结合库伦破坏定理，对于这一岩体高边坡就能够获取它的稳定性。它是基于理论情况而提出的一种假设研究，换句话来讲，岩体均为岩石组合而成，针对单个岩石开展运动计算方程研究，然后获取滑动极限值，针对碎裂介质，在它的边坡可靠性评价方面，这一方式有着较好的适用性。

第二，实验研究分析法。大多数的自然科学均是基于试验开展研究及理论分析的，其中也包括岩体力学、地质力学研究领域，对于模型试验来讲，它属于相当关键的科研方式。例如：对地震的研究分析条件，基于试验探究它的作用机理，就是相当合理的。

4 岩质高边坡防护研究

具体边坡防护作业中，基于稳定性的影响原因，可实施有关的举措，以便能够确保边坡稳定性。

（1）借助合理的加固举措。实行加固措施防护，旨在避免边坡出现变形破坏，以及能够稳定坡脚。进行细分的话，又可以分成多种形式，如直接加固与间接加固。对于前者而言，一般指借助围挡墙、护坡与锚索等，对高边坡开展合理防护。对于间接加固来说，通常是采取巷道及边坡钻孔等举措，为边坡排水。另外，基于铺盖防渗卷毡，适当降低边坡高，进而来实现卸荷目标。对特殊岩质边坡，基于实施特殊加固手段，如压力灌浆，能够显著促使边坡更加稳定。值得一提的是，对于边坡加固，并非是随意开展的，实际的加固处理需要符合相关的条件。具体而言，在确保边坡完整的同时，可以对稳定性形成深远的影响，不然的话，该防护便形同虚设。另外，具体防护过程中，需要确保不影响到附近环境。此外，对于边坡防护，需要在节省成本的前提下，让效用实现最大化。例如，在边坡防护方面，可将预应力锚杆和锚杆进行彼此融合，这样不但能够优化应力状态，而且能够促使岩体更加稳定，这就是所谓的经济又有效。

（2）落石防护措施。针对岩质高边坡来看，其高度通常都很高，基于重力和惯性作用，不管哪一块石头从高边坡上滑落，都会对底部物体造成严重破坏。岩块被外力作用影响极易出现脱离，而人为因素的影响也可能造成落石下滑，如维护施工操作，若是边坡底部存在公路等构筑物，或是有行人经过，将导致严重的灾害。基于这些不确定的因素，应当对落石开展全面防护，可增设钢丝绳防护网，对边坡开展全面维护，避免落石滑到公路等构筑物范围内［5］。另外，还应在坡脚位置建立围墙，避免坡面岩石出现石化等问题，从而滑落到构筑物范围内。

（3）绿化护坡。利用绿化护坡施工，能够对岩质高边坡土质情况进行全面优化，降低水土流失问题，对地表情况进行改进，在此基础上，全面增强边坡稳定性。对于绿化护坡来看，它属于生态型护坡方式，可以对生态起到一定的保护作用，在这一过程中，还能增强边坡稳定性。尤其是岩质边坡，借助植物绿化方式，可以全面减少由于岩石风化导致的变形破坏问题，减少雨水冲刷问题。针对其本身的绿化边坡来看，其生态意义要大于维持边坡稳定性的情况。

5 基于实例分析岩质高边坡的稳定性

（1）项目概况。2017年5月，据群测人员反映，宏潭乡柯红公路在道路扩宽建设中，某危岩体有滚石掉落，对道路通行与人员安全构成威胁，引起了宏潭乡人民政府高度重视。本公路长、宽分别为35m及52m，坡度45°～55°，根据前期勘查总结得出，这一高位危岩体，它的变形体量约1.0×104m³，变形区域呈扇形，灾害危害级别是一级。就勘察区域而言，地质条件较为复杂，掩体结构松散，可见节理裂隙发育。根据这样的背景，决定选择数值模拟技术来研究与衡量高边坡稳定性。

（2）不同危岩体的特点。结合结构面与变形状况，可把危岩分成以下部位：一是W1危岩；二是W2危岩。以下为危岩体的特点：对于W1 危岩，呈现柱状形态，它的高度、长度及宽度依次为5m、3m 及2m，体积大概是30m³，破坏形式为倾倒式；对于W2-1 危岩，呈现实体结构形态，它的高度、长度及宽度依次为3m、3m 及1.5m，体积大概是13.5m³，破坏形式为滑移式；对于W2-2危岩，呈现板状形态，它的高度、长度依次为4m、3.5m，体积大概是28m³，厚度介于1.5～2m之间，破坏形式为滑移式。

（3）数值模拟分析法。选择相当典型的断面，将其当作研究的关键点，借助有限元软件来建模，高度达到300m，长度482m，一共分成2.0987×104个单元，通过该软件获取的计算模型见图3。基于计算分析能够得知，伴随折减系数的变大，边坡发生拉伸塑性区，在此之后，朝着软弱结构面朝上延伸，基于挤压破坏的影响，提供软弱结构面。通过计算分析能够得知，在折减系数为1.38的情况下，破坏面会和劈裂带彼此贯通，进而针对滑动破坏，产生相应的结构面。此外，对于边坡每一处位置，为分析随该系数的变化特点，对各个位置的点开展了跟踪研究，在折减系数＜1.37 的情况下，水平位移波动幅度不大；在折减系数≥1.37 的情况下，位移改变状况更加显著，所以得出边坡在此情况之下出现了破坏。

图3 危岩数值模拟模型图

（4）结果分析。选择数值模拟方法开展稳定性研究的主要优势在于不用提前假设滑动面位置，根据观察具体位移，就能够判断形成轨迹。计算结果表明，下部页岩出现了塑性屈服，显著提高了滑动面失稳概率，所以，当确定治理举措时，需要加以分析该区域位移改变状况，保证治理策略可以得到全方位落实［6］。

（5）防护措施。鉴于致使边坡失稳的关键因素，以调整受力条件及优化稳定系数为切入点，合理实施提高岩体稳定性及排水处理的举措，例如：重新布局流水路径；对于顶部及尾部，前者减载，后者加载等，以便能够确保高边坡的稳定，降低或者规避灾害风险。

6 结语

总而言之，极限平衡及数值模拟等在边坡稳定性分析方面均属于相对常用的方式，具体操作过程中，各个方式均有着一定的适用性及约束性，可能对边坡潜在危害的精准判断带来影响。所以，应该根据地质勘察与监测资料，针对各个边坡破坏模式，加以分析相关的稳定性计算问题，选择可行的分析方式，对边坡稳定性开展精准研究评价，让边坡破坏或者变形处于适当范围，最大限度地降低给生命财产带来的威胁。