影響邊坡穩(wěn)定性的主要因素及實際工程應(yīng)用分析

陳雪清

（福建巖土工程勘察研究院有限公司廈門分公司）

1　邊坡穩(wěn)定性分析的研究現(xiàn)狀

邊坡穩(wěn)定性分析一直是邊坡工程研究的重要范圍，邊坡的穩(wěn)定性從短期看，不僅影響環(huán)境的安全，人們生命的安全；從長期看，它也間接影響國家的經(jīng)濟發(fā)展。近年來，我們國家研究加大力度重視和投入對于邊坡的研究和發(fā)展，而影響邊坡穩(wěn)定性因素中比較重要有內(nèi)在因素和外部的影響因素。

本文以廈門后溪-天馬山擋土墻工程作為實際工程來詳細分析，在已有資料和文獻調(diào)查的基礎(chǔ)上，總結(jié)邊坡工程的發(fā)生機制，對邊坡的變形分類，及其主要影響因素重點闡述。

2　邊坡穩(wěn)定性的主要影響因素

影響邊坡穩(wěn)定的因素主要表現(xiàn)在內(nèi)在自然因素和外部影響因素。內(nèi)在自然因素中主要有：邊坡中地層的巖性、地質(zhì)的構(gòu)造、巖體的結(jié)構(gòu)。這些對于邊坡變形破壞起著決定性的影響。它們直接影響并決定了邊坡變形過程中以何種的形態(tài)，多大規(guī)模發(fā)生，所以它們具有決定性的影響因素。外部影響因素主要有：水文地質(zhì)、風化作用、邊坡形態(tài)、氣象條件，以及人類的活動工程等。這些因素常常對于邊坡破壞有著比較明顯影響，它們和內(nèi)在因素結(jié)合作用，促使邊坡的發(fā)生和破壞。

2.1　地應(yīng)力因素

地層中的地應(yīng)力是地震力、巖體自重力、地質(zhì)構(gòu)造力、溫度應(yīng)力以及巖體中由物理化學作用在地球巖體內(nèi)所產(chǎn)生的應(yīng)力總和。地震中橫波在地表中產(chǎn)生周期性振動，破壞力影響最大?？v波在地表產(chǎn)生上下波動，破壞力影響較小。需要充分考慮地應(yīng)力由于邊坡人類活動開挖時產(chǎn)生不均勻釋放，可能使邊坡巖體在軟弱面發(fā)生變形破壞，使原有裂面進一步增大或產(chǎn)生更多新的裂面，在短期內(nèi)會急劇成倍降低巖體的抗剪強度，因此，地應(yīng)力對邊坡破壞的影響是最為嚴重的，也應(yīng)當著重考慮和研究。

2.2　地質(zhì)構(gòu)造因素的分析

地質(zhì)構(gòu)造影響因素重要表現(xiàn)在：邊坡的褶皺形態(tài)、區(qū)域地層構(gòu)造特點、巖層產(chǎn)狀、節(jié)理、裂隙發(fā)育、斷層特征以及新的地層構(gòu)造活動特點等。在地層構(gòu)造相對復雜、構(gòu)造運動相對活躍、褶皺相對強烈的區(qū)域，邊坡的破壞性比較大，容易發(fā)生較大的災(zāi)害。

其次，邊坡區(qū)域的巖層褶皺不同形態(tài)和巖層不同產(chǎn)狀，也會直接影響和決定邊坡破壞的形態(tài)和發(fā)生規(guī)模范圍。明顯的節(jié)理裂隙和大的斷層對邊坡變形破壞的影響尤為顯著。因為某些滑坡可以直接沿斷層或節(jié)理本身的裂面產(chǎn)生和破壞。

2.3　地層和巖（土）性因素

地層的巖性是邊坡破壞的主要影響因素之一。從不同的邊坡的破壞特征來看，不同地層有不同的變形破壞形式。以石質(zhì)邊坡為例，有些地層中滑坡特別容易發(fā)生，這是由于在該地層中，含有大量的風化物、以及一些礦物成分促使滑帶產(chǎn)生。

其次，巖性特征也對邊坡的破壞也有很重要的影響。由某些巖性組成的邊坡在天氣晴朗干燥時比較穩(wěn)定的，但如果遇到雨季，一經(jīng)過水泡，巖石抗剪強度劇減，邊坡穩(wěn)定性很差，容易發(fā)生滑坡，泥石流等災(zāi)害。其中巖性、力學、化學、水理性質(zhì)等對于邊坡穩(wěn)定性的影響非常大。

2.4　巖（土）體結(jié)構(gòu)因素

根據(jù)邊坡不同傾角與不同坡角間關(guān)系，邊坡可以分為以下主要幾種類型：邊坡傾向與坡向相同；邊坡的傾向與坡向不同；傾角小于坡角；傾角大于坡角這四種常見的情況。當傾向與坡向相同方向時，對于邊坡穩(wěn)定性相當不利。此時，巖層間軟弱面及裂隙面的力學性能都比較差，邊坡容易在這個層面形成滑動，產(chǎn)生滑坡（如圖1）。如果傾向與坡向與相同，但傾角大于坡角時，邊坡穩(wěn)定性會好一點（如圖1）。若傾向與坡向相反時，巖層間的軟弱面不再是邊坡穩(wěn)定性的主要影響因素，此時軟弱面的巖層本身重力對邊坡穩(wěn)定是有益的（如圖1）。

圖1　坡角與傾角關(guān)系

2.5　邊坡形態(tài)

通常情況下，邊坡的坡度越陡，邊坡高度越大，對邊坡穩(wěn)定越不利；凸型平面的邊坡比凹型平面的邊坡具有較多的容易坍塌的臨空面，不過凹型平面的邊坡雖然發(fā)生過之前那的破壞地段，但由于可能還存在一些軟弱面；所以在凹型平面的邊坡，有時也會再次產(chǎn)生新的邊坡破壞。

在圖2中，凸型邊坡上緩下陡、容易發(fā)生坍塌，比較適合開采露天礦邊坡；平面邊坡設(shè)計比較簡單，適合在人工邊坡中應(yīng)用；凹型坡大相對比較穩(wěn)定，但是由于地下水匯集的作用、有時也會誘發(fā)新的滑坡。

圖2　不同邊坡的形態(tài)劃分

2.6　地下水因素

邊坡中地下水的類型主要為裂隙水、孔隙裂隙水和溶洞水。邊坡的巖體主要受到幾種附加荷載的作用：裂隙靜水壓力、浮拖力和滲透動水壓力等。此外地下水在一些物理化學作用破壞下：侵蝕、溶解、風化等等雖然影響過程比較緩慢，但是對于邊坡巖體長期穩(wěn)定性影響比較大，其中地下水的靜水壓力和動水壓力的影響作用尤為明顯。所有這些綜合作用下就容易使邊坡抗剪強度的降低，破壞增大，當滿足破壞條件時，就會出現(xiàn)類似滑坡的災(zāi)害。

3　工程實例應(yīng)用

廈門后溪-天馬山擋土墻工程位于廈門市內(nèi)宮-天馬山的東北側(cè)，后溪-潯江的北西側(cè)。本工程由北側(cè)、西北側(cè)及西南側(cè)三段邊坡組成，為土質(zhì)、巖質(zhì)或巖土混合邊坡，總長約430m。為描述方便，將本邊坡工程由南往北分為 AB、BC、CD、DE、EF 五段（詳見圖 3）。

圖3　廈門后溪西、北側(cè)擋土墻工程鉆孔位置平面圖

AC段為土質(zhì)邊坡，其中AB段呈北西～南東走向，BC段大致呈東北～西南走向，坡頂設(shè)計標高約為25～30m，坡腳場平設(shè)計標高約為21～23m，坡高約4～7m。擬采用重力式漿砌條石擋墻，墻高約3～5m，設(shè)計單位荷重約150kN/m2，擬采用條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深約2m。

CF段主要為巖質(zhì)邊坡，其中CD段大致呈東北～西南走向，DE段大致呈近南北走向，EF段大致呈近東西走向。坡頂設(shè)計標高約為30～44m，坡腳場平設(shè)計標高約為22～24m，坡高約8～20m。擬采用錨桿或格構(gòu)式錨桿擋墻支護。

邊坡平面形態(tài)大致呈“ㄈ”字型，夾角在B交匯點約90°，在D交匯點約110°。其中AB段走向為NW30°，邊坡坡長約140m，坡高約4～7m，坡度約85～90°，用地紅線距現(xiàn)狀坡腳約3～20m；BD段走向為NE50°，邊坡坡長約170m，坡高約6～20m，坡度約80～90°，用地紅線距現(xiàn)狀坡腳約3～10m；DE段走向為NE5°，邊坡坡長約60m，坡高約14～20m，坡度約75～90°，用地紅線距現(xiàn)狀坡腳約 7～20m；EF 段走向為 NE80°，邊坡坡長約60m，坡高約14m，坡度約80～90°，用地紅線緊鄰現(xiàn)狀坡腳。邊坡坡面巖性在AC段主要為粉質(zhì)粘土、BC段中下部為散體狀強風化巖及少量碎塊狀強風化巖；在CF段主要為散體狀強風化巖、碎塊狀強風化巖及中風化巖，局部上覆薄層粉質(zhì)粘土，邊坡巖體類型為Ⅲ～Ⅳ類。其中CF段邊坡局部坡面在重力作用、降水影響或爆破振動下有小面積滑塌和個別掉塊的現(xiàn)象，但坡頂及坡面無滾石或孤石分布，不會產(chǎn)生危巖滾落的現(xiàn)象。

3.1　邊坡穩(wěn)定性分析與評價

影響本工程邊坡穩(wěn)定的主要因素有：結(jié)構(gòu)面特征、巖層風化程度、邊坡高度與傾角、坡頂荷載與傾角、巖土體物理力學性質(zhì)、地下水和大氣降水、地震烈度等，現(xiàn)對影響邊坡穩(wěn)定性的主要因素分析如下：

（1）結(jié)構(gòu)面特征：據(jù)邊坡裂隙產(chǎn)狀與坡面的關(guān)系分析，第一～三組裂隙的傾角大多≥75°，對邊坡穩(wěn)定較有利或影響較小，第四組裂隙傾角較緩，大多屬外傾不利結(jié)構(gòu)面，對邊坡穩(wěn)定性較不利。

（2）巖層風化程度：巖質(zhì)邊坡的巖體主要由強風化～中風化巖組成，其中強風化巖（⑤、⑥）屬極軟巖～較軟巖，巖體類型為Ⅳ類，中風化巖⑦屬較硬巖，巖體類型為Ⅲ類。若未對暴露巖面進行處理，巖石將沿現(xiàn)有的裂隙面進一步風化，使巖體加劇破碎，發(fā)生風化崩解（散體狀強風化巖）、巖壁脫落、掉塊等危及安全的不良現(xiàn)象。

（3）邊坡高度與傾角：AC段為土質(zhì)或土巖混合邊坡，坡高約4～7m，坡度大多≥70°；CF 段為巖質(zhì)邊坡，坡高約 8～20m，坡度約 70～90°，且存在有外傾結(jié)構(gòu)面（傾角在35～75°內(nèi)）。據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330-2002）附錄A和表12.2.1的有關(guān)規(guī)定，對Ⅳ類巖體8m高邊坡不穩(wěn)定，對Ⅲ類巖體的巖石邊坡，8m高邊坡較穩(wěn)定，15m高邊坡欠穩(wěn)定，需采取相應(yīng)的處理措施。

對土質(zhì)邊坡坡高小于5m時，允許坡率為1：1～1：1.25；坡高5～10m時，允許坡率為1：1.25～1：1.5，但現(xiàn)狀坡度均大于容許坡率，需進行放坡或支擋處理。

（4）坡頂荷載與傾角：本邊坡坡頂無建筑荷載，不對邊坡施加附加應(yīng)力。坡頂傾角主要對覆蓋層而言，若坡頂覆蓋層傾角過大，容易產(chǎn)生滑塌或崩塌破壞。尤其是巖、土質(zhì)邊坡的過渡地帶或具有一定厚度的覆蓋層的巖質(zhì)邊坡地段，將對邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響。

（5）地下水、大氣降水：場地地處剝蝕低丘，植被較發(fā)育，具一定的保水性，但匯水面積不大，且斜坡較陡，逕流條件較好，僅存在降雨時的瞬時面流。邊坡巖土層均屬中等～弱透水性，賦水性差，水文地質(zhì)條件較簡單。但雨水下滲時將使上覆土層和全～強風化巖的含水量增大，抗剪強度降低，因而在雨季時需考慮滲透作用和動水壓力對邊坡穩(wěn)定性的影響。

另BC段邊坡局部見有地下水滲出的現(xiàn)象，地下水或雨水對坡面的滲流、沖刷會增強邊坡的水土流失及加速巖土體的風化，因此在對邊坡整治時應(yīng)對坡面作必要的防護和截、排水措施。

3.2　邊坡整治方案

從邊坡現(xiàn)狀，周邊環(huán)境條件及與用地紅線的關(guān)系分析，建議AC段土質(zhì)邊坡采用1：1的坡率進行放坡或分級放坡處理，并對坡面采用格構(gòu)+植被防護，以防雨水沖刷和提高邊坡的穩(wěn)定性；或在用地紅線之外設(shè)置重力式漿砌塊石擋墻，以粉質(zhì)粘土②或強風化巖⑤、⑥（BC段）為擋墻基礎(chǔ)持力層，并對擋墻進行抗滑移和抗傾覆穩(wěn)定驗算，以保證其穩(wěn)定性。

CF段巖質(zhì)邊坡受周邊環(huán)境所限，已不具備放坡的可能，需對其進行支護處理。根據(jù)邊坡巖土性質(zhì)、地下水特征和周邊環(huán)境條件，建議對巖質(zhì)邊坡（CF段）采用錨桿支護或格構(gòu)式錨桿擋墻支護。若土質(zhì)邊坡采用擋墻支護，擋墻后的填土應(yīng)選擇透水性較強的填料，填土密實度應(yīng)大于0.94，在擋墻上應(yīng)設(shè)置外傾排水孔。

擋土墻設(shè)計時還應(yīng)考慮填土施工質(zhì)量、水壓力（特別應(yīng)考慮暴雨時地下水排除緩慢而產(chǎn)生的較大水壓力，地下水滲入坡體，導致土體強度的下降）和外部荷載作用力，采取有效的排水措施。若巖質(zhì)邊坡采用格構(gòu)式錨桿擋墻支護時，錨桿應(yīng)設(shè)置在網(wǎng)格梁交叉點上。由于裂隙發(fā)育，建議采用較長的錨桿支護。錨桿拉力應(yīng)通過試驗確定，并應(yīng)進行錨桿及排樁支護巖土體穩(wěn)定性驗算和整體穩(wěn)定性驗算。

應(yīng)采用動態(tài)設(shè)計法。應(yīng)及時掌握施工現(xiàn)場的地質(zhì)情況、施工情況和變形、應(yīng)力監(jiān)測的反饋信息，必要時對原設(shè)計做校核、修改和補充。

4　本文的建議與展望

邊坡工程穩(wěn)定性研究是一個非常大的科研領(lǐng)域，尚有許多問題亟待解決。在運用傳統(tǒng)邊坡穩(wěn)定分析方法的同時，如果后期可以適當結(jié)合其他的監(jiān)測手段，把長期的監(jiān)測工作能進一步的分析和評價，對于工程的設(shè)計與施工方案，可以提供比較完善可靠的依據(jù)和方案。