影響巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的工程地質(zhì)因素分析

【摘 要】本文論述了巖質(zhì)邊坡形成以后涉及其穩(wěn)定性的各式各樣原因，闡明了巖質(zhì)邊坡的變形破壞是各式各樣內(nèi)在和外在地質(zhì)原因總結(jié)作用的結(jié)局，并細述各式各樣地質(zhì)原因?qū)ζ浞€(wěn)定性的影響。

【關(guān)鍵詞】工程地質(zhì)分析；巖質(zhì)邊坡；穩(wěn)定性能；地質(zhì)因素

1 邊坡穩(wěn)定性的影響因素分析

1.1 巖體結(jié)構(gòu)類型的影響

對于巖質(zhì)邊坡來說，邊坡并不是整體的一塊，而是由各種各樣的結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體組成不同的邊坡巖體結(jié)構(gòu)類型。常見的結(jié)構(gòu)類型有塊狀結(jié)構(gòu)、鑲嵌結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)、層狀結(jié)構(gòu)、層狀碎裂結(jié)構(gòu)、散體結(jié)構(gòu)。

塊狀結(jié)構(gòu)巖體，整體強度較高，在動力作用下的變形特征接近于均質(zhì)彈性體．受到震動一般不會發(fā)生失穩(wěn)破壞；對于鑲嵌結(jié)構(gòu)巖體，地震或其他擾動時可能會造成局部的崩塌和落石，但不會造成大規(guī)模的失穩(wěn)；碎裂結(jié)構(gòu)巖體的地震或其他擾動時反應(yīng)比較強烈，強烈的地震會導(dǎo)致碎裂結(jié)構(gòu)巖體松動，造成大量的崩塌、落石以及小規(guī)模的滑動；層狀結(jié)構(gòu)的巖體受層面的控制，在地震或其他擾動作用下可能沿層面產(chǎn)生滑動；而對于散體結(jié)構(gòu)的邊坡，在地震或其他擾動作用下，不僅產(chǎn)生大量的崩塌和滑塌，而且有可能導(dǎo)致大規(guī)模滑坡和流滑。土質(zhì)邊坡可以看成散體結(jié)構(gòu)，在地震或其他擾動時將會產(chǎn)生大量的變形、滑塌、滑坡和流滑。

1.2 巖性組合的影響

巖性對邊坡的影響主要反映為不同巖性的邊坡產(chǎn)生滑坡的程度不同。

由粘土、泥巖、頁巖、泥灰?guī)r以及它們的變質(zhì)巖如片巖、板巖、千枚巖組成的巖體，或由上述軟巖與一些硬巖互層組成的巖體，或由某些巖性軟弱、易風(fēng)化的巖漿巖（如凝灰?guī)r）組成的巖體具有抗風(fēng)化性差、風(fēng)化產(chǎn)物中含有較多的粘性、泥質(zhì)顆粒，具有很高的親水性、膨脹性、崩解性等特征。這些地層的軟巖及其風(fēng)化產(chǎn)物一般抗剪性能差，遇水濕潤后即產(chǎn)生表層軟化和泥化，形成很薄的粘粒層，抗剪強度極低。由于巖性、顆粒成分和礦物成分的差異，導(dǎo)致水文地質(zhì)條件的差異。細顆粒的泥質(zhì)、粘土質(zhì)軟層既是吸水層，又是相對的隔水層，在干濕交替的情況下粘土成分的高收縮性，使巖土體中裂隙迅速發(fā)生并擴大，各種地表水很容易滲入坡體。

上述這些特點容易導(dǎo)致滑坡的發(fā)育。通常把這類很容易發(fā)生滑坡的地層稱為“易滑地層” 。易滑地層不僅本身容易發(fā)生滑坡，而且它們的風(fēng)化碎屑產(chǎn)物也極易滑動，甚至覆蓋

在它們之上的外來堆積層（沖積層、洪積層等）也容易發(fā)生沿著“易滑地層” 或其風(fēng)化碎屑物頂面滑動。根據(jù)調(diào)查研究，90％以上的滑坡產(chǎn)生在各種松散堆積中，巖石滑坡較少。應(yīng)特別注意新黃土、高靈敏度的粘土和飽水松散粉細砂層的動力響應(yīng)。

1.3 地形地貌的影響

邊坡的地形地貌條件對邊坡動力穩(wěn)定性的影響表現(xiàn)在地震或其他擾動時和邊坡坡形的影響兩個方面。前者的影響較后者大。已有的強震觀測結(jié)果表明，地震動幅值和頻譜隨地形高度而變化。山頂上震動持續(xù)時間顯著增長，放大效應(yīng)顯著，并且位移、速度和加速度3個量的放大效應(yīng)不同 邊坡頂部對振動的反應(yīng)幅值較之邊坡底部存在明顯的放大現(xiàn)象（垂直向放大），邊坡的邊緣部位對振動的反應(yīng)幅值較之內(nèi)部（處于同一高度上的兩點比較）也存在放大現(xiàn)象。已有資料表明邊坡的高度對地震響應(yīng)有重大影響。

關(guān)于坡角的影響，20度以下50度以上很少發(fā)生滑坡，絕大多數(shù)滑坡都發(fā)生在30度～50度的斜坡上，崩塌多發(fā)生于大于3O度的斜坡上，其中以80度～70度的斜坡居多，在80度～ 90度的斜坡上崩塌的數(shù)量較少。邊坡的坡形對邊坡動力穩(wěn)定性有很大影響。如果將邊坡的坡形分為直線坡、凸坡和凹坡3種，直線形的斜坡很少發(fā)生崩塌和滑坡，凹坡和凸坡則容易產(chǎn)生崩塌和滑坡，而且都發(fā)生在坡度變化點附近，尤以凹坡上發(fā)生滑坡和崩塌的幾率最高，這與邊坡在靜力作用下的穩(wěn)定性有很大區(qū)別。在靜力作用下，凸坡上發(fā)生滑坡的幾率高于凹坡。

1.4 水文地質(zhì)條件的影響

水文地質(zhì)條件對邊坡穩(wěn)定性的影響主要表現(xiàn)在地下水位的埋深和邊坡中地下水的補、徑、排條件兩個方面。當(dāng)?shù)叵滤裆钶^小時，地震或其他擾動會造成孔隙水壓力增加及其累積效應(yīng)，由此引起邊坡產(chǎn)生永久位移，當(dāng)這種永久位移達到一定程度時，可能導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。地下水的補、徑、排條件對地震或其他擾動時孔隙水壓力的累積有重要的影響。如果地下水的排泄條件暢通，孔隙水壓力不容易累積，則對邊坡的動力穩(wěn)定性影響不大；反之，則極易產(chǎn)生滑動。

2 邊坡地質(zhì)模型劃分

邊坡工程地質(zhì)模型的確定是邊坡穩(wěn)定性包括動力穩(wěn)定性研究的基礎(chǔ)。邊坡工程地質(zhì)模型確定的基本依據(jù)是邊坡的工程地質(zhì)條件。邊坡變形的常見模式有反傾邊坡、水平層狀上硬下軟、水平薄層狀軟硬相間、水平厚層狀軟硬相間以及順傾薄層狀結(jié)構(gòu)。歸納起來為反傾邊坡、水平層狀邊坡和順傾層狀邊坡。

對于邊坡的工程地質(zhì)模型也可歸納為有明顯控制性結(jié)構(gòu)面的邊坡工程地質(zhì)模型。前者包括有反傾邊坡、水平層狀上硬下軟、水平薄層狀軟硬相間、水平厚層狀軟硬相間以及順頃薄層狀結(jié)構(gòu)。同時包括了滑坡體和基巖與厚覆蓋層（風(fēng)化殼）組成的邊坡；后者主要有均質(zhì)土坡和無明顯控制性結(jié)構(gòu)面的巖質(zhì)邊坡。很顯然，這兩類邊坡在動力作用下的變形穩(wěn)定情況將會有顯著差異。

2.1 邊坡破壞形式

根據(jù)邊坡的工程地質(zhì)模型，可以確定邊坡變形破壞的形式。

動荷下，可同時發(fā)生整體傾倒和局部相對彎折，且在短期內(nèi)完成。而靜荷下彎曲、傾倒等一般具有蠕變性質(zhì)。根據(jù)巖體結(jié)構(gòu)控制論的觀點，邊坡的工程地質(zhì)模型控制了邊坡變形破壞的形式。對于受結(jié)構(gòu)面控制的邊坡工程地質(zhì)模型，其變形破壞形式?jīng)Q定于結(jié)構(gòu)面的形態(tài)及組合。在動荷載作用下，順層邊坡的變形破壞形式主要表現(xiàn)為順層面的滑動；反傾向邊坡的變形破壞形式主要表現(xiàn)為巖層的傾倒、彎曲和彎折；水平層狀邊坡則主要在頂部和斜坡面附近的巖層產(chǎn)生拉開、拉裂和層間錯動，首先是沿垂直于或斜交于層面的節(jié)理、裂隙等軟弱部位巖層被拉開，其次是完好的巖層被拉斷、開裂并產(chǎn)生層間錯動。已經(jīng)發(fā)生破壞的滑坡以及由基巖和厚覆蓋層（風(fēng)化殼）組成的邊坡，在動荷載作用下的破壞形式將表現(xiàn)為滑坡體沿滑面或者覆蓋層沿基巖頂面的滑動，而且由于孔隙水壓力的累積作用可能導(dǎo)致塑性流動和液化流滑。對于那些無明顯結(jié)構(gòu)面控制的邊坡，在動荷載作用下的變形破壞形式不僅有沿滑面（平面的或者圓弧形）的永久位移，而且必須考慮由于孔隙水壓力的累積作用可能導(dǎo)致的塑性流動和液化流滑。對于那些節(jié)理裂隙發(fā)育，但沒有明顯控制性結(jié)構(gòu)面發(fā)育的巖質(zhì)邊坡，則需要利用空間精測線測量的方法，測量節(jié)理裂隙的形狀，然后利用赤平極射投影的方法進行統(tǒng)計，作出節(jié)理裂隙的極點圖和等密圖，判讀出該邊坡發(fā)育的節(jié)理裂隙優(yōu)勢組數(shù)。在此基礎(chǔ)上，對邊坡的破壞形式可分成下面4種情形進行判斷：

結(jié)構(gòu)面在極點圖上近擬均勻分布，邊坡巖體結(jié)構(gòu)近乎散體結(jié)構(gòu)，這種情形下，邊坡的可能破壞形式為曲面滑動。

只有一組結(jié)構(gòu)面，結(jié)構(gòu)面的傾向與邊坡的傾向基本一致．傾角小于邊坡角，則邊坡的可能破壞形式為平面滑動。若干組結(jié)構(gòu)面，邊坡的破壞形式可按J．N ．Mankland的方法進行簡單的判斷。J．N ．Mankland方法是基于一個簡單的破壞條件：結(jié)構(gòu)面組合交線的傾向與邊坡面一致，楔形破壞體的組合交線在坡面出露，其傾角小于坡角，結(jié)構(gòu)面的抗剪強度只考慮內(nèi)摩擦角，認為小于組合交線的傾角時，邊坡可能發(fā)生楔形體破壞。

一組結(jié)構(gòu)面，結(jié)構(gòu)面的傾向與邊坡的傾向相反，則邊坡可能發(fā)生傾倒形式的破壞。

3 邊坡動力失穩(wěn)機制探討

地震或其他動力對邊坡穩(wěn)定性的影響表現(xiàn)為累積效應(yīng)和觸發(fā)效應(yīng)兩個方面。前者主要表現(xiàn)為地震或其他動力引起邊坡巖體結(jié)構(gòu)松動。破裂面、弱面錯位和孔隙水壓力累積上升等；后者則主要表現(xiàn)為地震或其他動力作用造成邊坡中軟弱層的觸變液化以及使處于臨界狀態(tài)的邊坡瞬間失穩(wěn)。

不同的邊坡破壞類型，導(dǎo)致邊坡動力失穩(wěn)的主導(dǎo)因素也不同。一般來講，塑性流動失穩(wěn)破壞是孔隙水壓力的累積作用起主導(dǎo)作用：崩塌型、層體彎折型則是慣性力起決定作用；而對于滑動型破壞則視具體條件而定；對于后發(fā)型邊坡失穩(wěn)，則是由于地震或其他動力的累積效應(yīng)導(dǎo)致邊坡巖體力學(xué)參數(shù)的降低，為后來的外地質(zhì)營力創(chuàng)造了條件，最終導(dǎo)致了邊坡的失穩(wěn)破壞。