基于節理巖體的巖質高邊坡穩定性分析與評價★

何國峰 王 禹 胡龍虎

(1．石家莊經濟學院研究生學院，河北石家莊 050031; 2．中國石油天然氣華東勘察設計研究院，山東青島 266300)

1 概述

我國是一個地質災害頻發的國家，高邊坡引起的滑坡、崩塌等一些災害往往造成重大的經濟損失和財產損失，因此對高邊坡進行穩定性分析與評價有重要意義。

周德培等［1］根據巖質邊坡的坡體結構建立模型進行穩定性分析，并將坡體結構與巖體結構進行對比，結合多種影響邊坡穩定性的因素進行了評價。

郭明偉等［2］采用有限元的方法，基于安全系數對簡單邊坡體進行了應力分析。

賀建清等［3］基于最小二乘法對經典土壓力理論用MATLAB編程的方式求解安全系數，有效的減少了計算過程。

徐鼎平等［4］以原位測試和室內試驗成果為基礎結合FLAC3D進行數值模擬，提出了基于數值模擬，有效整合數值分析、極限平衡分析和可靠度分析方法的邊坡穩定性綜合分析方法。

唐洪祥等［5］基于地震動力時程反應和隨機地震反應，分析了正弦波作用下模型壩邊坡的穩定性，并通過對地震動力作用下土石壩邊坡穩定性的分析，對地震動力作用下影響壩體邊坡最危險滑裂面位置及穩定性的動力影響因素進行了有益的探討。

陳國慶等［6］基于動態和整體強度折減法，利用動態強度折減法搜索出漸進擴展的滑動面，并結合整體強度折減法，在邊坡漸進失穩過程中計算動態安全系數，實現了對邊坡失穩全過程的分析和調控。

劉華麗等［7］應用模糊數學綜合評判法，建立震動作用下邊坡穩定性模糊層次分析模型，運用重要性排序確定各個指標的權重，對震動作用下邊坡的穩定性進行評價。

李云等［8］則將模糊集理論中模糊推理系統與CSMR巖質邊坡穩定性綜合評價方法相結合形成FCSMR評價方法。

對于節理巖體邊坡，賀續文等［9］利用離散元軟件PFC2D進行數值模擬，對完整巖石及節理的力學性能進行研究，并建立含密集節理的巖體邊坡模型，討論了節理連通率對邊坡破壞形式的影響。

馮樹榮等［10］研究了具有2組平行節理巖體邊坡的極限平衡分析方法，并推導了相應的邊坡穩定性分析計算公式，編制了基于潛在滑動面自動搜索的邊坡穩定性研究程序，通過與文獻中算例的對比研究，證明了所提出的節理巖體邊坡穩定性分析方法的正確性，為具有2組平行節理巖體邊坡的穩定性分析提供一條新的有效途徑。這里對邊坡破壞模式進行了分析，并用平面滑動計算坡面巖層的穩定性和用楔形體計算節理巖體的穩定性，來綜合驗證巖體的穩定性，并對其進行穩定性評價。

2 穩定性計算方法

2．1 平面滑動計算方法

平面滑動采用GB 50330-2002建筑邊坡工程技術規范，極限平衡法公式:

計算簡圖見圖1。

圖1 坡面計算簡圖

2．2 楔形體穩定分析法

對有可能發生規模較大的局部塊體失穩的巖質高切坡，應采用赤平極射投影法楔形體穩定分析法進行局部塊體穩定分析。楔形體穩定性按HOEK提出的計算公式計算(理正軟件計算公式)。

3 工程概況

這里以某工程為例說明穩定性分析與評價方法，高邊坡出露地層有侏羅系中統上沙溪廟組(J2s)的基巖及第四系殘坡積層(Qel+dl)。根據地表及人工邊坡出露的基巖的風化特征，按《巖土工程勘察規范》［12］中的巖石風化分帶標準，可將區內風化巖體分為中等風化帶、微風化。下面以其中一個典型的剖面為例進行分析計算。

工程區高切坡剖面圖見圖2。

圖2 工程區高切坡剖面圖

高邊坡由泥巖組成巖質邊坡，邊坡坡面走向170°，坡向西，坡角約65°，勘察范圍內邊坡起點72．30 m ～128．23 m，坡長55．93 m，坡頂高程為211．50 m，坡底高程為183．38 m，坡高約 28．12 m，邊坡面積1 128．54 m2。總體形態特征為西低北東高。工程區為背斜北西翼，巖層產狀:傾向350°，傾角41°，區內未發現斷層，泥巖中發育一組裂隙:裂隙走向280°，傾向190°，傾角25°，長度為1 m～4 m，張開度1 mm～4 mm，無充填，結合差。高邊坡巖體物理力學參數表如表1所示，由于高切坡地下水埋深大，考慮暴雨對邊坡巖體的影響，參數選用低值參數，不考慮地下水的作用。巖土體物理力學參數詳見表1，表2。

表1 巖體物理力學參數值表

表2 裂隙面抗剪強度指標值

4 穩定性分析與評價

平面滑動計算結果如下:

經過計算，剖面在飽和層面條件下的穩定安全系數為2．768，同時高邊坡地層產狀穩定，為順向坡，邊坡基本穩定，局部有順層滑移的可能性。計算簡圖如圖3所示。如果是逆向坡，地層產狀穩定，邊坡一般總體穩定，無順層滑移的可能。

圖3 坡面計算圖

若穩定安全系數低于工程最低要求，將進行加錨桿或者抗滑樁等加固設計進行復算，直至穩定安全系數達到要求。坡面計算圖見圖3。

楔形體穩定性計算結果如下:

根據赤平投影分析，選取典型剖面分別判斷裂隙是否形成楔形體，并計算楔形體的穩定性。結果如表3所示。

根據赤平投影分析，選取典型剖面分別判斷可知，裂隙巖體總體穩定。

表3 楔形體滑動穩定安全系數表(飽和條件)

若楔形體計算結果不滿足工程最低要求，將進行加錨或抗滑樁等加固設計進行復算，直至穩定安全系數達到工程要求。

根據上述計算結果，結合地質條件，可以得出以下穩定評價:高切坡整體基本穩定，局部有發生順層滑移的可能性，裂隙對邊坡的整體穩定性無大的影響，預測可能破壞的模式為剝落、掉塊及崩塌。

5 結語

通過引用上述工程實例，分析計算了具有節理的巖質高邊坡的穩定性分析與評價方法，對巖質邊坡的結構面和節理進行穩定性分析和計算，從預測可能的破壞模式，可以為工程設計治理方案提供依據。

［1］周德培，鐘 衛，楊 濤，等．基于坡體結構的巖質邊坡穩定性分析［J］．巖石力學與工程學報，2008，27(4):687-695．

［2］郭明偉，李春光，王水林，等．基于有限元應力的三維邊坡穩定性分析［J］．巖石力學與工程學報，2012，31(12):2494-2500．

［3］賀建清，劉秀軍．基于最小二乘法的邊坡穩定性分析［J］．巖土力學，2012，33(6):1724-1729．

［4］徐鼎平，朱大鵬．太和鐵礦西端幫冰磧土邊坡穩定性分析方法研究［J］．巖石力學與工程學報，2008，27(z2):3335-3340．

［5］唐洪祥，邵龍潭．地震動力作用下有限元土石壩邊坡穩定性分析［J］．巖石力學與工程學報，2004，23(8):1318-1324．

［6］陳國慶，黃潤秋，石豫川，等．基于動態和整體強度折減法的邊坡穩定性分析［J］．巖石力學與工程學報，2014(2):243-256．

［7］劉華麗，盧厚清，李宏偉，等．模糊綜合評判法在邊坡穩定性分析中的應用［J］．解放軍理工大學學報(自然科學版)，2013，14(1):84-88．

［8］李 云，劉 霽．基于模糊集理論與CSMR的巖質邊坡穩定性分析［J］．中南大學學報(自然科學版)，2012，43(5):1940-1946．

［9］賀續文，劉 忠，廖 彪，等．基于離散元法的節理巖體邊坡穩定性分析［J］．巖土力學，2011，32(7):2199-2204．

［10］馮樹榮，趙海斌，蔣中明，等．節理巖體邊坡穩定性分析新方法［J］．巖土力學，2009，30(6):1639-1642．

［11］GB 50330-2002，建筑邊坡工程技術規范［S］．