天然邊坡穩(wěn)定性分析實(shí)踐中的幾點(diǎn)探討

趙宇

摘 要：離開(kāi)成都平原向東，川內(nèi)廣大的低山-丘陵區(qū)，其建設(shè)開(kāi)發(fā)不可避免地面對(duì)坡地開(kāi)發(fā)前期評(píng)估、邊坡勘察及其中的邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)等系列問(wèn)題。一般，邊坡巖土的物理力學(xué)性能均由于其物質(zhì)組成、內(nèi)部結(jié)構(gòu)在形成過(guò)程和地質(zhì)年代中變化的隨機(jī)性而不均勻，致使如試驗(yàn)點(diǎn)測(cè)取的相關(guān)指標(biāo)參數(shù)，未必能客觀準(zhǔn)確反映現(xiàn)場(chǎng)邊坡各部位的性能狀況等不確定的情況，常用的理論公式均建立在一定的理想假設(shè)條件下，對(duì)邊坡的力學(xué)狀態(tài)描述和計(jì)算與實(shí)地情況可能差異或很大。該文旨在通過(guò)工作實(shí)踐，探討上述地區(qū)天然邊坡穩(wěn)定性分析中一些實(shí)際運(yùn)用的有效方法與做法。

關(guān)鍵詞：邊坡 巖土 監(jiān)測(cè) 穩(wěn)定性

中圖分類號(hào)：P64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）11（b）-0033-02

在邊坡穩(wěn)定性分析中，Taylor理論公式是常采用，但現(xiàn)實(shí)中的地層狀況未必如公式條件那樣理想，出現(xiàn)如實(shí)際存在滑動(dòng)弧發(fā)生的情形，也許是發(fā)生傾倒；當(dāng)邊坡上部加載后，對(duì)其應(yīng)力傳遞與變形情行的描述，公式也局限于水平地表加載的特定情況等等。坡地開(kāi)發(fā)建設(shè)中，邊坡問(wèn)題大多僅依據(jù)相關(guān)建筑技術(shù)規(guī)程規(guī)范解決，其穩(wěn)定性分析主要還是采用考慮因素較全面客觀、運(yùn)用較方便的極限平衡原理，輔以直觀有效、可操作的實(shí)地邊坡滑動(dòng)檢測(cè)措施。

1 邊坡破壞主要型式

1.1 墜落

墜落亦指體積大小不一的巖塊或土體，在重力作用下，突發(fā)性地以自由落體的方式垂直下落，墜落速度極快，主要發(fā)生于山區(qū)陡直邊坡以及巖腔地形、常青樹(shù)木稀少的邊坡，坍壁常為節(jié)理面、層面、裂隙面等薄弱結(jié)構(gòu)面；

1.2 傾倒

傾倒是邊坡坡面巖土體在重力影響下，向臨空一側(cè)的邊坡下方向傾斜，然后發(fā)生滾落的一種方式。地層被巖體的垂直節(jié)理或土體陡傾的卸荷裂隙切割，與邊坡整體分離后發(fā)生。傾倒發(fā)生通常在巖土體內(nèi)需具有一組高傾角的不連續(xù)面（如層面、節(jié)理面或裂隙面）向邊坡的外側(cè)傾斜。

1.3 滑動(dòng)

滑動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)常沿著一個(gè)、數(shù)個(gè)明顯或可推測(cè)的剪力面，發(fā)生滑移或剪應(yīng)變。破壞的發(fā)生常因邊坡內(nèi)某地區(qū)有應(yīng)力集中過(guò)大的情形，因而先行破壞，使邊坡內(nèi)的應(yīng)力重新調(diào)整，造成鄰近地區(qū)亦有應(yīng)力過(guò)大而破壞的現(xiàn)象，如此破壞區(qū)逐漸擴(kuò)大，直至整個(gè)邊坡產(chǎn)生滑動(dòng)。

根據(jù)滑動(dòng)面形狀，常見(jiàn)者有弧形滑動(dòng)，平面形滑動(dòng)及折線形滑動(dòng)。圓弧滑動(dòng)上的物質(zhì)不但向下滑，且同時(shí)向后仰及旋轉(zhuǎn)，常發(fā)生于各向較同性的地層內(nèi)，如土層、填土或非常破碎的巖層。平面滑動(dòng)的滑動(dòng)體沿著地層強(qiáng)度軟弱面、如交界面、層面、節(jié)理面、斷層面，向下移動(dòng)。

1.4 側(cè)滑

側(cè)滑的地層為分布在坡度不大的斜坡上的表層堅(jiān)硬地層與下臥軟弱地層之間。差異風(fēng)化作用、地下水作用或地層液化等造成軟弱地層的軟化或侵蝕，其抗剪強(qiáng)度降低進(jìn)而發(fā)生塑性流動(dòng)，而使上部的堅(jiān)硬層產(chǎn)生拉裂、解體，并以近乎水平的側(cè)向緩慢滑移。

1.5 流動(dòng)

流動(dòng)也為廣義的邊坡破壞的一種形式，它是大氣的集中降水夾帶大量泥沙、石塊等物質(zhì)以極慢至極快的速度向下移動(dòng)的破壞方式。沒(méi)有明顯可供辨識(shí)的破壞面，但其造成的影響范圍可以很廣，破壞力大可以摧毀村社。此流動(dòng)主要發(fā)生在風(fēng)化、侵蝕作用強(qiáng)烈，植被不發(fā)育、沖溝發(fā)育的山區(qū)坡地。

2 邊坡穩(wěn)定分析常用方法

在實(shí)際工程中，遇到的邊坡都是高低起伏、形態(tài)變化的，為便于計(jì)算及判斷，常將邊坡幾何形狀以坡角與坡高簡(jiǎn)化，目前對(duì)此研究采用的方法多種：變形分析法、有限元素法、極限平衡法及統(tǒng)計(jì)法等，其中的極限平衡法因其較全面和實(shí)際地考慮了土體的應(yīng)力狀況、地層特性與破壞條件，在實(shí)際邊坡穩(wěn)定分析中采用較廣泛。

極限平衡分析法的邊坡的穩(wěn)定系數(shù)F一般可以利用以下公式（1）確定，也就是求得巖土體本身的剪力強(qiáng)度與破壞面上的驅(qū)動(dòng)剪力之比；由公式（2）可得知需在凝聚力提供的穩(wěn)定系數(shù)（F）與摩擦角提供的穩(wěn)定系數(shù)（F）相等時(shí)，才可判定邊坡整體的穩(wěn)定系數(shù)（F=F=F），工程上常需將安全系數(shù)FS提高至1.5倍穩(wěn)定系數(shù)F以上（FS>1.5F），較為保守。

其中的情形之一是當(dāng)坡體為均質(zhì)土層，破壞滑動(dòng)面呈圓弧狀，其破壞模式可有（a）（b）（c）三種[1]，滑動(dòng)弧摩擦圓的圓心為O，其下分布有堅(jiān)硬層，對(duì)滑動(dòng)弧發(fā)生和形成有著一定規(guī)束作用。其中（a）為最常見(jiàn)的邊坡破壞系滑動(dòng)弧由坡頂延伸，經(jīng)過(guò)坡趾附近；當(dāng)邊坡底下的堅(jiān)硬土層較深時(shí)，滑動(dòng)弧切過(guò)坡趾處；如坡趾下方即為堅(jiān)硬土層，則滑動(dòng)弧則相切與堅(jiān)硬土層，再延伸至坡趾上方；（b）為邊坡淺層破壞，系指主要滑動(dòng)發(fā)生于坡頂；（c）為邊坡基底破壞，破壞滑動(dòng)范圍已超過(guò)坡趾，此時(shí)可以摩擦圓圓心O分界，分成兩區(qū)域滑動(dòng)土，距圓心距離為L(zhǎng)，進(jìn)行極限平衡的邊坡穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算。

以Taylor方法計(jì)算邊坡穩(wěn)定系數(shù)，須知土層基本參數(shù)：?jiǎn)挝蝗葜兀é茫⒂行哿Γ╟）、巖土有效摩擦角（）；邊坡幾何形狀：坡角（β）、坡高（H）；即可以公式（3）求出驅(qū)動(dòng)的凝聚力（cd），則凝聚力提供的穩(wěn)定系數(shù)（F）與摩擦角所提供的穩(wěn)定系數(shù)（F）即可得知，如公式（1）。通常情況下兩者安全系數(shù)并不會(huì)相等（F≠F），因此須以試誤法將不同的驅(qū)動(dòng)摩差角（）帶入求算出不同的F，再利用公式（2）求出不同摩差角（）的穩(wěn)定數(shù)（M），間接求得凝聚力（cd）與F；當(dāng)兩者安全系數(shù)相等時(shí)，即為T(mén)aylor分析下此邊坡的安全系數(shù)（F=F=F）。

3 邊坡穩(wěn)定監(jiān)測(cè)的實(shí)踐

邊坡滑動(dòng)面深度的確定，在邊坡穩(wěn)定分析或整治工程設(shè)計(jì)中有著決定性的影響，而滑動(dòng)面深度是由邊坡破壞規(guī)模、鉆探取得的巖芯及由傾斜管監(jiān)測(cè)資料等綜合確定。實(shí)際工作中需準(zhǔn)確解讀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)圖形，圖形類型為以下四種型式說(shuō)明如文獻(xiàn)[2]。

（1）滑動(dòng)面為薄層：有一明顯的剪動(dòng)帶，當(dāng)滑動(dòng)面有多層時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)數(shù)個(gè)變位較大的剪動(dòng)帶，例如出現(xiàn)在巖盤(pán)不連續(xù)面間的滑動(dòng)[3]。

（2）滑動(dòng)面的剪動(dòng)帶較厚時(shí)：例如回填土層的滑動(dòng)或一般土層的滑動(dòng)。

（3）傾斜管自底部有明顯位移量：表示該傾斜管的底部可能仍在滑動(dòng)塊體內(nèi)，亦即真正的滑動(dòng)面深度應(yīng)較傾斜管的管底為深。

（4）傾斜管觀測(cè)值呈現(xiàn)S型曲線：表示傾斜觀測(cè)管有受擠壓現(xiàn)象，大部分發(fā)生在較厚的回填土上，因回填土向下沉陷，使得傾斜觀測(cè)管承受負(fù)摩擦力而呈不規(guī)則S型，或在崩坍頂部的陷落處較易產(chǎn)生如此現(xiàn)象。

4 結(jié)語(yǔ)

低山-丘陵區(qū)多年的邊坡工作實(shí)踐可知，坡地的開(kāi)發(fā)利用應(yīng)該是一個(gè)涉及諸多因素和多專業(yè)學(xué)科的系列工程活動(dòng)，比較繁雜，但其中，邊坡穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)是該系統(tǒng)工程的工作重點(diǎn)，邊坡破壞滑動(dòng)面的確定、邊坡穩(wěn)定系數(shù)的計(jì)算是穩(wěn)定性分析的技術(shù)要點(diǎn)。對(duì)重點(diǎn)、要點(diǎn)的把握及其工作質(zhì)量成為坡地開(kāi)發(fā)建設(shè)整體效益的基本保證之一。該文梳理生產(chǎn)實(shí)踐中的幾點(diǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，以期減少同行在理論與實(shí)際工作的連接、規(guī)范運(yùn)用中的重復(fù)探索，尤其同行新人。

參考文獻(xiàn)

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[2] 吳大明，李云.有關(guān)建筑結(jié)構(gòu)規(guī)范中幾個(gè)問(wèn)題的商榷[J].四川建筑，2002（1）：108-110.

[3] 羅福午.做整體結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)施工的建設(shè)者[J].建筑技術(shù)，2002（8）：616-618.