淺析巖土工程邊坡穩(wěn)定性問題

鮑家亮　周慶云

摘 要：巖土工程建設(shè)中，邊坡滑動是常見現(xiàn)象。由于天然邊坡原來地質(zhì)條件改變而滑坡或者通過人工開挖和填筑形成相應(yīng)的人工邊坡。文章主要就常用的分析法進(jìn)行分析，為以后巖土工程建設(shè)中提供寶貴建議和方法。

關(guān)鍵詞：巖土；工程；邊坡；穩(wěn)定性；發(fā)展；完善

一、巖土工程邊坡穩(wěn)定分析重要性

（一）地層與巖性

邊坡工程地質(zhì)地層與巖性是決定邊坡工程地質(zhì)特征的基本因素，也是研究邊坡穩(wěn)定性的重要依據(jù)，因此，地層巖性的差異往往是影響邊坡穩(wěn)定的主要因素。不同地層不同巖性各有其常見的變形破壞形式，古老的泥質(zhì)變質(zhì)巖系，如千枚巖、片巖等地層，都屬于易滑地層，在這些地層形成的邊坡，其穩(wěn)定性必然較差。巖性對邊坡的變形破壞也有直接影響。所謂巖性是指組成巖石的物理、化學(xué)、水理和力學(xué)性質(zhì)、這些性質(zhì)的變化或改變，在一定程度上影響著邊坡的穩(wěn)定。

（二）地質(zhì)構(gòu)造和地應(yīng)力

地質(zhì)構(gòu)造主要指區(qū)域構(gòu)造特點(diǎn)、邊坡地質(zhì)的褶皺形態(tài)、巖層產(chǎn)狀、斷層和節(jié)理裂隙發(fā)育特征以及區(qū)域新構(gòu)造運(yùn)動活動特點(diǎn)等。它對邊坡巖體的穩(wěn)定，特別是對巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的影響十分顯著。在區(qū)域構(gòu)造比較復(fù)雜的地區(qū)，邊坡的穩(wěn)定性較差。例如、在我國西南地區(qū)的橫斷山脈地段、金沙江地區(qū)的深切峽谷、邊坡的崩塌體、滑動體極其發(fā)育，常出現(xiàn)超大型滑坡及滑坡群，滑坡、崩塌、泥石流等新老堆積物到處可見。地應(yīng)力是控制邊坡巖體節(jié)理發(fā)育裂隙擴(kuò)展以及邊坡變形特征的重要因素。此外，地應(yīng)力還可直接引起邊坡巖體的變形甚至破壞。在實際公路工程建設(shè)中，由于開挖使得坑壁出現(xiàn)臨空，引起應(yīng)力釋放，使基坑人工邊坡內(nèi)的地應(yīng)力重新調(diào)整，引起基坑邊坡巖休的軟弱夾層產(chǎn)生位移，使巖體沿層面發(fā)生錯位，急劇變形期達(dá)3個月之久，平均每月變形約20mm，而巖體的位移錯動方向和實測最大主應(yīng)力方向相同，但不受巖層傾向控制，甚不沿與巖層傾向相反的方位錯動?，F(xiàn)場實測最大平應(yīng)力為3Mpa，其值遠(yuǎn)大于由重力引起的水平分力，因此分析穩(wěn)定性時需要對其進(jìn)行分析和判斷。

（三）巖體結(jié)構(gòu)

近年來，在巖體強(qiáng)度及其穩(wěn)定性的研究中，證實了巖體中的斷層、層理、節(jié)理和片理是邊坡穩(wěn)定性的控制因素。所以，結(jié)構(gòu)面被認(rèn)為是特別重要的影響因素，結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度比巖石本身強(qiáng)度低很多，根據(jù)巖塊強(qiáng)度計算穩(wěn)定的巖體邊坡可以高達(dá)數(shù)百米，然而巖體內(nèi)含有不利方位的結(jié)構(gòu)面時，高度不大的邊坡也可能發(fā)生破壞。其根本原因就在于巖體中有結(jié)構(gòu)面存在，降低了巖體的整體強(qiáng)度，增大了巖體的變形性和流變性，形成巖體的不均勻性和非連續(xù)性。大量邊坡的失事證明：一個或多個結(jié)構(gòu)面組合邊界的剪切滑移、張拉破壞和錯動變形是造成邊坡巖體失穩(wěn)的主要原因。從邊坡穩(wěn)定性考慮，要特別研究巖體結(jié)構(gòu)面的下列主要特征，即：結(jié)構(gòu)面的成因類型、結(jié)構(gòu)面的組數(shù)和數(shù)量、結(jié)構(gòu)面連續(xù)性及其間距、結(jié)構(gòu)面的起伏度及粗糙度、結(jié)構(gòu)面表面結(jié)合狀態(tài)及充填物、結(jié)構(gòu)面狀況及其與邊坡臨空面的關(guān)系等。這些特征及其組合將對邊坡穩(wěn)定狀態(tài)、可能的滑落類型、巖體強(qiáng)度等起著重要的影響。（1）原生結(jié)構(gòu)面：為成巖階段形成的結(jié)構(gòu)面，按成巖作用可分為沉積結(jié)構(gòu)面，火成結(jié)構(gòu)面和變質(zhì)結(jié)構(gòu)面；（2）構(gòu)造結(jié)構(gòu)面：是在地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動中受構(gòu)造應(yīng)力作用所產(chǎn)生的破裂面和裂隙帶；（3）次生結(jié)構(gòu)面：是在原生結(jié)構(gòu)面的基礎(chǔ)上，因風(fēng)化、地下水和卸荷作用，使原有的結(jié)構(gòu)面規(guī)模加大以及性質(zhì)改變的結(jié)果。不同成因的結(jié)構(gòu)面對邊坡穩(wěn)定性的影響程度也不同，一般來說，構(gòu)造結(jié)構(gòu)面是影響最大的，其次是次生結(jié)構(gòu)面。

二、巖土工程邊坡穩(wěn)定分析方法

（一）極限分析法的分析應(yīng)用

塑性極限分析法需要考慮巖土體的應(yīng)力，在塑性力學(xué)的上限和下限進(jìn)行定理分析邊坡穩(wěn)定性，也就從下限和上限兩個方向，所以這一求解最好的辦法就是回避其在工程中較難理清思路的本構(gòu)關(guān)系表達(dá)，使得原本抽象化的東西簡約化，能夠使得更好且更直接的呈現(xiàn)其物理概念，可以較為全面的反映且推算出應(yīng)求問題的安全系數(shù)及極限荷載，因此在該方面其顯示十分清晰，在很多情況下要給出相應(yīng)問題的嚴(yán)密解釋?，F(xiàn)前該種方法在穩(wěn)定性評價中已然得到越來越多的應(yīng)用。

（二）巖體邊坡穩(wěn)定性評價方法

大體上可分為定性評價和定量評價兩大類。其中定性評價包括工程類比法和圖解法；定量分析法包括數(shù)值分析法、極限平衡和可靠度分析法。極限平衡法是簡單、實用、應(yīng)用最普遍的方法.是要求我們重點(diǎn)掌握的內(nèi)容。極限平衡法中的關(guān)鍵內(nèi)容有兩個：（1）剪切滑動破壞面的強(qiáng)度原則。一般采用庫侖準(zhǔn)則τ=σtanφ+c，式中c、Φ分別是滑動面的內(nèi)粘聚力和內(nèi)摩擦角，σ、τ分別是滑動面上的剪應(yīng)力和正應(yīng)力。（2）邊坡的穩(wěn)定系數(shù)K。K被定義為阻止滑動的總力與致滑總力之比，當(dāng)K>1時，邊坡穩(wěn)定；當(dāng)K<1時，邊坡不穩(wěn)定；當(dāng)K=1時，處于極限平衡狀態(tài)。

（三）加固措施

1.削坡減載反壓。這是一種非常普遍的滑坡治理手段，通過對原有邊坡推動滑坡產(chǎn)生區(qū)的減重和阻止滑坡產(chǎn)生區(qū)的增重，即俗稱”砍頭壓角”或者對邊坡進(jìn)行放坡使邊坡處于穩(wěn)定的狀態(tài)。這種方法簡單易行且經(jīng)濟(jì)適用，具有良好的防治效果。尤其適用于厚度大、主滑段和牽引段滑面較陡的滑坡。但其治理效果受削減和堆填位置、場地條件、坡體巖性的影響。這種治理方法通常作為滑坡治理方案中的附屬措施。

2.排水工程。在邊坡治理工程中一直遵循著“治坡先治水”的治坡理念。其含義包括將地表水排出滑動區(qū)外的地表排水和降低地下水位的地下排水。作用于滑動帶（面）的水使滑帶土的孔隙水壓力增大，降低土的強(qiáng)度參數(shù)和抗滑力。可見排水工程的重要性。以攔截和旁引為原則的地表排水通過設(shè)置截水溝、排水溝將地表水排入水溝。截水溝呈樹枝狀，主溝與滑坡方向一致，支溝與滑坡成30。一45。斜交。由于施工簡單且工程造價低，具有良好的加固效果，使地表排水幾乎在所有滑坡治理工程都有使用。對于大型邊坡，通常同時采用地表排水和地下排水。隨著地下排水的進(jìn)行，孔隙水壓力得到有效的降低，使有效正應(yīng)力增大，從而提高抗滑力，使之具備更佳的加固效果，同時擁有較低的工程造價，近年來在深部排水方面也取得了較大的研究進(jìn)展。

3.支擋工程。

抗滑擋墻：擋墻通常是一種采用砌石、混凝土或鋼筋混凝土修建的擋土結(jié)構(gòu)，一般修建于滑坡坡腳，也可采用木籠擋墻作為臨時性加固。擋墻能有效的改善邊坡條件，有效阻止坡腳局部崩塌，提高邊坡的整體安全性。但由于受擋墻的高度和工程量的限制在大型邊坡中對滑坡的安全穩(wěn)定性意義不大。近年來，一些諸如層狀網(wǎng)式鋼筋、錨桿（錨索）擋墻的新型擋墻加固技術(shù)相繼出現(xiàn)。

抗滑樁（錨索抗滑樁）：抗滑樁是一種應(yīng)用十分廣泛的支擋結(jié)構(gòu)，錨索或預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁體系對樁的受力性能進(jìn)行了優(yōu)化，使之也成為一種常用的支擋結(jié)構(gòu)。由于抗滑樁是在坡體上挖孔設(shè)樁，所以不會破壞邊坡的整體穩(wěn)定性。工程造價可節(jié)約40%一45%，其缺點(diǎn)是成本較高，施工工藝復(fù)雜，需要配備大型的張拉設(shè)備。

微型樁群：微型樁群指直徑小于300mm的插入裝或灌注樁。主要作用于中小型滑坡。主要加固形式有：（1）通過在滑體上密布許多穿過滑動面的微型樁，增加抗滑力；（2）網(wǎng)狀樹根樁將滑體和不動體形成一個復(fù)合體；（3）微型樁網(wǎng)與重力式擋土墻形成的結(jié)合體。

格構(gòu)梁（錨索、錨桿格構(gòu)梁）：格構(gòu)梁錨固是一種綜合滑坡防護(hù)結(jié)構(gòu)，其采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土或漿砌塊石對坡面進(jìn)行防護(hù)，使用錨桿（錨索）固定，使柔性支撐與整個護(hù)坡良好的成為一個整體，新型的格構(gòu)錨固措施有框架錨固、現(xiàn)澆鋼筋混凝土格構(gòu)錨固和預(yù)應(yīng)力混凝土錨固等。這種結(jié)構(gòu)施工速度快，與植被恢復(fù)相結(jié)合，可起綠化作用。

加筋土：加筋土是將具備良好抗拉性能的材料埋入土體中使土體的總體強(qiáng)度提高，對天然及堆填斜坡起穩(wěn)定作用。支擋、開挖邊坡都可用加筋土擋墻。相比于傳統(tǒng)擋墻，具有承受大變形、具有凝聚性和韌性、填料范圍廣、抵抗地震和易于修建的優(yōu)點(diǎn)。加筋土作為一種經(jīng)濟(jì)適用的加固方式目前廣泛應(yīng)用于高天路堤。

三、實例分析

南大溝排廢場為蘭坪金鼎鋅業(yè)有限公司礦山開采剝離廢土石堆場，位于蘭坪金鼎鋅業(yè)有限公司10萬噸/年電解鋅廠東南方約1.4km處的南大溝上游，后緣緊靠鳳凰山山腳，距架崖山礦段露天采礦場約700m。該工程主要依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001）、《巖土工程勘察技術(shù)規(guī)范》（YS5202-2004）、《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330-2003）、《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2001）、《土工試驗規(guī)程》（GB/T50123-1999）等國家現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)程及有關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)編制巖土工程勘察綱要，并依據(jù)勘察綱要進(jìn)行排廢場現(xiàn)狀穩(wěn)定性勘察及評價，勘察中根據(jù)現(xiàn)場實際地形、地質(zhì)條件對勘察方案作了必要的調(diào)整。

場地東高西低，環(huán)繞排廢場自東向南而西的山脊既是地表分水嶺也是地下水分水嶺。架崖山露天采礦區(qū)原為一近東西向的山梁，屬場區(qū)分水嶺，因采礦開挖，現(xiàn)坑底標(biāo)高已比排廢場地表標(biāo)高還低，局部改變了地表、地下水的徑流、排泄方向，該區(qū)地表、地下水直接向西排泄，從而減小了排廢場的匯水面積和匯水量?？辈旖Y(jié)果表明，南大溝排廢場場地受多種地質(zhì)構(gòu)造復(fù)合作用，地質(zhì)條件較復(fù)雜，控制穩(wěn)定的沘江大斷裂為非全新活動斷裂，場地總體上屬次穩(wěn)定區(qū)域。

粉質(zhì)粘土是影響排廢場穩(wěn)定的關(guān)鍵性因素，建議在后續(xù)排放廢土石前將溝底的粉質(zhì)粘土層完全清除，堆積體的階段高度應(yīng)根據(jù)地基土的工程地質(zhì)條件合理確定。建議在排廢場下游溝底設(shè)置溝底排滲（洪）盲溝，防止排廢場堆積體下伏的地基土被浸泡軟化，形成軟弱結(jié)構(gòu)面，從而影響堆積體整體穩(wěn)定。盡快修筑初期壩，鑒于初期壩在今年雨季前難以建成，建議雨季前在排廢場坡腳及下游做好泥石流防治工作。

四、結(jié)語

綜上所述，在巖土邊坡穩(wěn)定工作中我們要詳細(xì)分析邊坡穩(wěn)定原因，根據(jù)不同的項目特點(diǎn)選擇加固方式，為后續(xù)的工作奠定良好的基礎(chǔ)。

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作者簡介：鮑家亮，中國有色金屬工業(yè)昆明勘察設(shè)計研究院。