淺析巖質(zhì)邊坡在地震條件下的穩(wěn)定性影響因素

陳特 陳光海

摘要 在巖土工程之中，邊坡的穩(wěn)定性，一直是一個重要的課題。其中，巖質(zhì)邊坡由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度高，影響因素多，尤其在地震作用下影響其邊坡穩(wěn)定的因素更加復(fù)雜，因此一直都受到廣大學(xué)者的關(guān)注和研究。巖質(zhì)邊坡在地震作用下，影響其穩(wěn)定的主要因素可分為內(nèi)因和外因兩大類，兩大因素的共同作用，是導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)的主要原因。本文分別從內(nèi)因和外因這兩個方面進(jìn)行介紹。

關(guān)鍵詞 地震荷載 巖質(zhì)邊坡 穩(wěn)定性

1、引言

在當(dāng)前，巖質(zhì)邊坡在地震條件下的穩(wěn)定性分析仍然是巖土工程界與地震工程界的熱點研究課題之一。受我國是多山地區(qū)這一特殊地理環(huán)境的影響，我國存在著大量的自然邊坡[1]，這些邊坡的穩(wěn)定問題嚴(yán)重威脅著國家和人民的財產(chǎn)和人身安全。但因其復(fù)雜性也給人們的研究帶來了困難，盡管如此，仍受到大量學(xué)者的重視，并取得了豐碩的成果。本文從內(nèi)因和外因兩個方面總結(jié)歸納了巖質(zhì)邊坡在地震條件下的穩(wěn)定性影響因素。

2、內(nèi)因分析[1-7]

2.1斷層的影響

斷層按照地震時是否能放出能量分類，有發(fā)震斷層和非發(fā)震斷層兩類。對于邊坡穩(wěn)定性，斷層的影響，主要體現(xiàn)在以下方面：一是對邊坡的整體性及連續(xù)性產(chǎn)生了破壞;二是斷層帶內(nèi)的巖石一般破碎嚴(yán)重，風(fēng)化程度也較高，這就為地下水活動提供了較好的場所，降低了邊坡巖體的強度及抗變形能力;三是斷層可以對地震波進(jìn)行反射拉伸，從而在反射波的影響下，巖體可能會受到破壞，引起邊坡的失穩(wěn)。

2.2 巖體結(jié)構(gòu)的影響

在地震條件下，結(jié)構(gòu)不同的巖體，它們呈現(xiàn)的反應(yīng)往往是不一樣的。比如強度較高、整體性較好的塊狀結(jié)構(gòu)的巖體，它們的力學(xué)特性與均質(zhì)彈性體較為相近，地震發(fā)生時通常不易產(chǎn)生穩(wěn)定破壞。但如果邊坡巖體中存在影響邊坡穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)面時，在發(fā)生較大強度地震時，可能會導(dǎo)致范圍較大的崩塌的發(fā)生;當(dāng)巖體結(jié)構(gòu)為鑲嵌型時，在地震的作用下，可能會導(dǎo)致邊坡局部產(chǎn)生落石和崩塌，但大規(guī)模的失穩(wěn)一般不會發(fā)生;邊坡坡度及巖體的內(nèi)摩擦角，是影響層狀巖體結(jié)構(gòu)邊坡穩(wěn)定性的重要因素，當(dāng)層狀巖體中發(fā)育有影響其穩(wěn)定性的節(jié)理時，在地震發(fā)生時，邊坡可能發(fā)生沿層面的崩塌或滑動現(xiàn)象;對于碎裂結(jié)構(gòu)的巖體，其抗剪強度一般較低，在地震發(fā)生時，可能會產(chǎn)生局部的落石和崩塌，但大規(guī)模的失穩(wěn)一般不會發(fā)生;穩(wěn)定性很差的散體結(jié)構(gòu)的巖體，極容易在地震的作用下發(fā)生破壞，通常表現(xiàn)為在烈度較高的區(qū)域內(nèi)會發(fā)生巖石滑落及規(guī)模較小的滑動，更有甚者可能會發(fā)生大規(guī)模的滑坡。[4]

2.3地層巖性的影響

地層巖性對邊坡的穩(wěn)定、坡度及高度都起著決定性的作用。受地層巖性的影響，地層巖性不同的巖體，其抗剪強度一般也不同，發(fā)生失穩(wěn)的可能性也往往不同。對于完整堅硬的塊狀或厚度較大的層狀巖體，其抗剪強度一般很高，它們能在很大的剪切力作用下保持穩(wěn)定而不發(fā)生變形。當(dāng)邊坡由這類巖體組成時，邊坡坡度往往較大，同時其穩(wěn)定性也較高。發(fā)生地震時，這些邊坡通常不會發(fā)生破壞;反之，由風(fēng)化程度高、抗剪強度低的泥灰?guī)r及頁巖等巖體組成的邊坡在地震作用下就非常容易發(fā)生失穩(wěn)和滑坡現(xiàn)象。[4]

2.4地形地貌的影響

地形和地貌的影響主要有以下兩個方面。

（1）邊坡坡度和高度的影響

地震條件下，邊坡高度對邊坡穩(wěn)定的影響，主要是表現(xiàn)在隨著邊坡高度的變化，地震的振幅和頻率會相應(yīng)地變化。大量的工程實例表明，地震條件下，邊坡的穩(wěn)定性受邊坡坡度的影響程度很大。地震為烈度6度時，是觸發(fā)邊坡穩(wěn)定破壞的下限，當(dāng)坡角在30°～50°時，邊坡一般發(fā)生滑動破壞;而當(dāng)坡角在50°～70°時邊坡一般發(fā)生崩塌破壞。

（2）邊坡坡形和地形的影響

地震條件下，坡形主要從兩個方面影響邊坡的穩(wěn)定。一是對地震波的傳播造成影響，表現(xiàn)為放大或者減弱傳播;二是由于自由面的增加，以及巖體自重的變化，使巖體產(chǎn)生破壞，在兩者的共同作用下，巖體將更快以及更大程度的發(fā)生損傷及破壞，這將決定巖體破壞的形式及程度。鑒于以上的影響，往往會有表現(xiàn)出不同的破壞形式，比如：巖體在地形較為規(guī)則的平原地區(qū)，邊坡破壞的形式往往是破壞深度較小的表層破裂;而在山區(qū)、峽谷等地區(qū)，其地形起伏通常比較大，地震導(dǎo)致的邊坡破壞往往是崩塌、滑坡或剝皮等形式。[4]

2.5地應(yīng)力的影響

邊坡內(nèi)的地應(yīng)力對邊坡的穩(wěn)定性影響很小，一般不會直接引起邊坡的失穩(wěn)。同時在邊坡開挖過程中，由于邊坡的卸荷回彈，邊坡地應(yīng)力往往得以一定程度的釋放。

3、外因分析[1-6]

3.1地震荷載的影響

實際工程中，除了天然地震可以產(chǎn)生地震波，人工爆破、崩岸、物理沖擊及水庫誘發(fā)地震等都可以產(chǎn)生地震波。地震從以下兩個方面影響邊坡穩(wěn)定性：一是累積效應(yīng)，二是觸發(fā)或誘發(fā)效應(yīng)。相當(dāng)多的研究和大量的工程實例表明，地震強度和震動的次數(shù)共同決定著邊坡的位移，而邊坡累積性破壞主要取決于頻繁的小地震，當(dāng)變形累積到一定程度時巖體結(jié)構(gòu)將發(fā)生松動，從而使得結(jié)構(gòu)面的強度下降。觸發(fā)效應(yīng)相對于累積效應(yīng)，它的影響形式往往更多種多樣：在地震強度較高的區(qū)域，因地震引起的塌陷、滑坡通常和斷裂活動密切相關(guān);在震動作用下，會增加高陡層狀邊坡結(jié)構(gòu)面（裂縫）的擴(kuò)展，并造成陡立巖體的晃動。在強烈的震動作用下，可能會使得碎塊狀或碎裂狀邊坡發(fā)生整體潰散，從而造成滑坡。

3.2水的影響

水的影響主要分為地表及地下水。地表及地下水對邊坡坡穩(wěn)定性有著重要的影響，其主要體現(xiàn)在以下三個方面：一是在水的作用下，降低了巖體（特別是滑動面巖體）的抗剪強度;二是由于地下水靜壓力的存在，不僅使滑面上的有效法向應(yīng)力得到了降低，而且還使切割面上的滑坡體的滑動力得到了增加，從而進(jìn)一步加快了邊坡失穩(wěn);三是因為地表水的沖涮，邊坡穩(wěn)的穩(wěn)定性也會受到影響。

3.3人工干預(yù)的影響

在大量的工程實例中，對邊坡進(jìn)行的過度開挖和土石填筑，通常會增加邊坡的下滑力、降低邊坡的阻滑力，導(dǎo)致開挖邊坡上方原始邊坡的失穩(wěn)。同時，因在邊坡頂部區(qū)域內(nèi)修建人工建筑物或構(gòu)筑物而增加的邊坡荷載;因有壓隧道中的高壓水經(jīng)過裂隙傳遞到邊坡巖體上，使巖體邊坡承受其內(nèi)水壓力的作用;進(jìn)行邊坡加固時設(shè)置的預(yù)應(yīng)力錨索等所產(chǎn)生的力，都會對邊坡穩(wěn)定產(chǎn)生影響。

4、結(jié)語

本文歸納總結(jié)了地震條件下巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的影響因素。斷層、巖體結(jié)構(gòu)、地層巖性、地形地貌、地下水等都不同程度影響著地震荷載作用下巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性。同時，將斷層、巖體結(jié)構(gòu)、地層巖性歸結(jié)為內(nèi)因，對巖體邊坡的具體破壞類型和程度起決定作用;地震荷載、地表及地下水、人工干預(yù)歸結(jié)為外因，它們?yōu)榈卣饤l件下巖質(zhì)邊坡發(fā)生失穩(wěn)提供了外力。內(nèi)因和外因并不是相互獨立的，而是協(xié)同作用，共同對巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。

參考文獻(xiàn)：

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