水利工程中的岩质边坡稳定性分析

唐兴平

朱济祥，崔冠英主编

中国水利水电出版社出版

水利工程的稳定性评估是确保工程安全运行的核心步骤之一。水利工程的可靠性在很大程度上依赖于岩质边坡的稳定性。《水利工程地质（第５ 版）》系统介绍了岩石的分类及性质、地质构造、地质图解、水流的地质作用、岩体特性、坝基岩体稳定性分析、边坡稳定性分析、地下洞室围岩稳定性分析等内容，着重介绍了工程实践中的地质勘查、地质测绘和试验方法，具有很强的实用性和指导意义。

书中指出，岩质边坡稳定性分析是为了应对水利工程建设面临的地质复杂性、自然和人为因素的影响，确保工程安全可靠运行。一方面，水利工程设计、建设和运行需要保障其安全性。岩质边坡的稳定性与工程的整体安全密切相关，岩质边坡稳定性分析是确保水利工程安全的必要步骤。另一方面，水利工程往往建设于地质复杂的地区，会受岩石类型、构造节理、地下水位等因素影响。由于岩石具有非均质性且岩性的不同，再加上构造节理等地质特征影响，岩体稳定性可能因地区而异，因此需要进行专业的分析和评估。此外，自然因素如降雨、地震以及人为因素如开采活动等，都可能对岩体稳定性产生重大影响。这些因素的综合作用使岩质边坡稳定性的分析变得更为复杂和重要。通过科学评估岩体的稳定性，可以及早发现潜在的风险，并采取相应的预防和控制措施，从而减少工程建设和运行过程中可能出现的问题。

首先，收集工程地质和水文地质资料是进行岩质边坡稳定性分析的基础，这包括岩石的岩性、构造节理、岩层倾角、地下水位、降雨情况等方面。其一，不同类型的岩石具有不同的物理和力学特性，例如花岗岩、页岩、砂岩等，它们的强度、稳定性和耐侵蚀性都不同，直接影响岩体的抗剪强度和变形特性。这些信息对于判断岩体的承载能力和变形情况至关重要。其二，构造节理对岩体的稳定性影响巨大。节理的密度、走向、倾向以及裂隙间的填充物质对于岩体的强度和稳定性都有直接影响。高密度、大面积的节理可能会导致岩体剥离和滑动，增加岩质边坡的失稳风险。其三，岩层的倾角会影响岩体的稳定性，尤其是倾角较大时，重力对岩体的作用会增强，易导致岩体滑动和崩塌。其四，地下水位的变化可能会导致岩体湿润或水分饱和，增加岩体滑动的可能性。其五，降雨会影响地表径流和岩体内部的渗流，导致岩体变形或失稳。因此，收集工程地质和水文地质资料是岩质边坡稳定性分析的关键步骤，这些资料为后续的工程地质力学分析提供了必要的基础和依据。

其次，在岩质边坡稳定性分析过程中，选择合适的稳定性分析方法至关重要，不同的边坡特征和工程条件可能需要不同的方法来评估其稳定性。常用的稳定性分析方法包括平衡法、有限元法、数值模拟法和解析法。平衡法基于静力学原理，假定边坡在达到稳定状态时受力平衡，将边坡分割为若干切片，通过切片的力学平衡条件来计算边坡的稳定性，该方法适用于边坡简单、规则的情况，计算速度快，常用于工程的初步设计和快速评估。有限元法通过将边坡划分为有限个小单元，利用数值计算方法求解每个单元的力学参数，进而分析整体边坡的稳定性，该方法适用于复杂边坡的几何形态和地质结构。数值模拟法结合了有限元法、差分法等，更精确地模拟边坡的实际行为，考虑地质条件、水文因素和荷载情况等综合影响，该方法适用于复杂边坡，能够模拟多种因素对边坡稳定性的影响。解析法利用数学公式和解析解来评估边坡的稳定性，通常用于特定简化的边坡形状和条件，该方法适用于具有简单几何形状和边界条件的边坡，计算过程相对简单。选擇稳定性分析方法时需要考虑边坡的地质情况、几何形态、荷载情况、工程目的和可用数据等因素。在实际应用中，常常需要综合多种方法进行分析判断，并结合专业经验和工程实际情况，获取边坡稳定性最准确的评估结果。

最后，在选定分析模型后，工程师需要利用地质和力学参数进行边坡稳定性计算，通过分析计算得出安全系数及灵敏度分析结果，评估边坡的稳定性状况。如果安全系数小于１，则意味着边坡可能存在稳定性问题。在识别潜在问题和风险点方面，工程师需要确定可能导致边坡失稳的关键因素，并观察边坡是否已经发生变形。工程师需要基于这些评估，提出相应的改进措施或加固方案，例如边坡支护加固、排水降水、地质改良或工程设计优化等。随后，工程师需要撰写详细的风险评估报告，列出问题，提出解决方案，并制订监测计划以定期监测边坡的稳定性变化，确保及时发现问题并采取措施，保障工程的安全稳定。

总之，岩质边坡稳定性分析是一个复杂的过程，需要综合考虑地质、力学、水文等多种因素，以确保对边坡稳定性的全面评估和有效管理。