水利工程中的巖質邊坡穩(wěn)定性分析

唐興平

朱濟祥，崔冠英主編

中國水利水電出版社出版

水利工程的穩(wěn)定性評估是確保工程安全運行的核心步驟之一。水利工程的可靠性在很大程度上依賴于巖質邊坡的穩(wěn)定性。《水利工程地質（第５ 版）》系統(tǒng)介紹了巖石的分類及性質、地質構造、地質圖解、水流的地質作用、巖體特性、壩基巖體穩(wěn)定性分析、邊坡穩(wěn)定性分析、地下洞室圍巖穩(wěn)定性分析等內容，著重介紹了工程實踐中的地質勘查、地質測繪和試驗方法，具有很強的實用性和指導意義。

書中指出，巖質邊坡穩(wěn)定性分析是為了應對水利工程建設面臨的地質復雜性、自然和人為因素的影響，確保工程安全可靠運行。一方面，水利工程設計、建設和運行需要保障其安全性。巖質邊坡的穩(wěn)定性與工程的整體安全密切相關，巖質邊坡穩(wěn)定性分析是確保水利工程安全的必要步驟。另一方面，水利工程往往建設于地質復雜的地區(qū)，會受巖石類型、構造節(jié)理、地下水位等因素影響。由于巖石具有非均質性且?guī)r性的不同，再加上構造節(jié)理等地質特征影響，巖體穩(wěn)定性可能因地區(qū)而異，因此需要進行專業(yè)的分析和評估。此外，自然因素如降雨、地震以及人為因素如開采活動等，都可能對巖體穩(wěn)定性產生重大影響。這些因素的綜合作用使巖質邊坡穩(wěn)定性的分析變得更為復雜和重要。通過科學評估巖體的穩(wěn)定性，可以及早發(fā)現(xiàn)潛在的風險，并采取相應的預防和控制措施，從而減少工程建設和運行過程中可能出現(xiàn)的問題。

首先，收集工程地質和水文地質資料是進行巖質邊坡穩(wěn)定性分析的基礎，這包括巖石的巖性、構造節(jié)理、巖層傾角、地下水位、降雨情況等方面。其一，不同類型的巖石具有不同的物理和力學特性，例如花崗巖、頁巖、砂巖等，它們的強度、穩(wěn)定性和耐侵蝕性都不同，直接影響巖體的抗剪強度和變形特性。這些信息對于判斷巖體的承載能力和變形情況至關重要。其二，構造節(jié)理對巖體的穩(wěn)定性影響巨大。節(jié)理的密度、走向、傾向以及裂隙間的填充物質對于巖體的強度和穩(wěn)定性都有直接影響。高密度、大面積的節(jié)理可能會導致巖體剝離和滑動，增加巖質邊坡的失穩(wěn)風險。其三，巖層的傾角會影響巖體的穩(wěn)定性，尤其是傾角較大時，重力對巖體的作用會增強，易導致巖體滑動和崩塌。其四，地下水位的變化可能會導致巖體濕潤或水分飽和，增加巖體滑動的可能性。其五，降雨會影響地表徑流和巖體內部的滲流，導致巖體變形或失穩(wěn)。因此，收集工程地質和水文地質資料是巖質邊坡穩(wěn)定性分析的關鍵步驟，這些資料為后續(xù)的工程地質力學分析提供了必要的基礎和依據。

其次，在巖質邊坡穩(wěn)定性分析過程中，選擇合適的穩(wěn)定性分析方法至關重要，不同的邊坡特征和工程條件可能需要不同的方法來評估其穩(wěn)定性。常用的穩(wěn)定性分析方法包括平衡法、有限元法、數值模擬法和解析法。平衡法基于靜力學原理，假定邊坡在達到穩(wěn)定狀態(tài)時受力平衡，將邊坡分割為若干切片，通過切片的力學平衡條件來計算邊坡的穩(wěn)定性，該方法適用于邊坡簡單、規(guī)則的情況，計算速度快，常用于工程的初步設計和快速評估。有限元法通過將邊坡劃分為有限個小單元，利用數值計算方法求解每個單元的力學參數，進而分析整體邊坡的穩(wěn)定性，該方法適用于復雜邊坡的幾何形態(tài)和地質結構。數值模擬法結合了有限元法、差分法等，更精確地模擬邊坡的實際行為，考慮地質條件、水文因素和荷載情況等綜合影響，該方法適用于復雜邊坡，能夠模擬多種因素對邊坡穩(wěn)定性的影響。解析法利用數學公式和解析解來評估邊坡的穩(wěn)定性，通常用于特定簡化的邊坡形狀和條件，該方法適用于具有簡單幾何形狀和邊界條件的邊坡，計算過程相對簡單。選擇穩(wěn)定性分析方法時需要考慮邊坡的地質情況、幾何形態(tài)、荷載情況、工程目的和可用數據等因素。在實際應用中，常常需要綜合多種方法進行分析判斷，并結合專業(yè)經驗和工程實際情況，獲取邊坡穩(wěn)定性最準確的評估結果。

最后，在選定分析模型后，工程師需要利用地質和力學參數進行邊坡穩(wěn)定性計算，通過分析計算得出安全系數及靈敏度分析結果，評估邊坡的穩(wěn)定性狀況。如果安全系數小于１，則意味著邊坡可能存在穩(wěn)定性問題。在識別潛在問題和風險點方面，工程師需要確定可能導致邊坡失穩(wěn)的關鍵因素，并觀察邊坡是否已經發(fā)生變形。工程師需要基于這些評估，提出相應的改進措施或加固方案，例如邊坡支護加固、排水降水、地質改良或工程設計優(yōu)化等。隨后，工程師需要撰寫詳細的風險評估報告，列出問題，提出解決方案，并制訂監(jiān)測計劃以定期監(jiān)測邊坡的穩(wěn)定性變化，確保及時發(fā)現(xiàn)問題并采取措施，保障工程的安全穩(wěn)定。

總之，巖質邊坡穩(wěn)定性分析是一個復雜的過程，需要綜合考慮地質、力學、水文等多種因素，以確保對邊坡穩(wěn)定性的全面評估和有效管理。