淺析巖質邊坡在地震條件下的穩定性影響因素

陳特 陳光海

摘要 在巖土工程之中，邊坡的穩定性，一直是一個重要的課題。其中，巖質邊坡由于其內部結構復雜程度高，影響因素多，尤其在地震作用下影響其邊坡穩定的因素更加復雜，因此一直都受到廣大學者的關注和研究。巖質邊坡在地震作用下，影響其穩定的主要因素可分為內因和外因兩大類，兩大因素的共同作用，是導致邊坡失穩的主要原因。本文分別從內因和外因這兩個方面進行介紹。

關鍵詞 地震荷載 巖質邊坡 穩定性

1、引言

在當前，巖質邊坡在地震條件下的穩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。受我國是多山地區這一特殊地理環境的影響，我國存在著大量的自然邊坡[1]，這些邊坡的穩定問題嚴重威脅著國家和人民的財產和人身安全。但因其復雜性也給人們的研究帶來了困難，盡管如此，仍受到大量學者的重視，并取得了豐碩的成果。本文從內因和外因兩個方面總結歸納了巖質邊坡在地震條件下的穩定性影響因素。

2、內因分析[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，有發震斷層和非發震斷層兩類。對于邊坡穩定性，斷層的影響，主要體現在以下方面：一是對邊坡的整體性及連續性產生了破壞;二是斷層帶內的巖石一般破碎嚴重，風化程度也較高，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。

2.2 巖體結構的影響

在地震條件下，結構不同的巖體，它們呈現的反應往往是不一樣的。比如強度較高、整體性較好的塊狀結構的巖體，它們的力學特性與均質彈性體較為相近，地震發生時通常不易產生穩定破壞。但如果邊坡巖體中存在影響邊坡穩定的結構面時，在發生較大強度地震時，可能會導致范圍較大的崩塌的發生;當巖體結構為鑲嵌型時，在地震的作用下，可能會導致邊坡局部產生落石和崩塌，但大規模的失穩一般不會發生;邊坡坡度及巖體的內摩擦角，是影響層狀巖體結構邊坡穩定性的重要因素，當層狀巖體中發育有影響其穩定性的節理時，在地震發生時，邊坡可能發生沿層面的崩塌或滑動現象;對于碎裂結構的巖體，其抗剪強度一般較低，在地震發生時，可能會產生局部的落石和崩塌，但大規模的失穩一般不會發生;穩定性很差的散體結構的巖體，極容易在地震的作用下發生破壞，通常表現為在烈度較高的區域內會發生巖石滑落及規模較小的滑動，更有甚者可能會發生大規模的滑坡。[4]

2.3地層巖性的影響

地層巖性對邊坡的穩定、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，發生失穩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定而不發生變形。當邊坡由這類巖體組成時，邊坡坡度往往較大，同時其穩定性也較高。發生地震時，這些邊坡通常不會發生破壞;反之，由風化程度高、抗剪強度低的泥灰巖及頁巖等巖體組成的邊坡在地震作用下就非常容易發生失穩和滑坡現象。[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，邊坡高度對邊坡穩定的影響，主要是表現在隨著邊坡高度的變化，地震的振幅和頻率會相應地變化。大量的工程實例表明，地震條件下，邊坡的穩定性受邊坡坡度的影響程度很大。地震為烈度6度時，是觸發邊坡穩定破壞的下限，當坡角在30°～50°時，邊坡一般發生滑動破壞;而當坡角在50°～70°時邊坡一般發生崩塌破壞。

（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定。一是對地震波的傳播造成影響，表現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，往往會有表現出不同的破壞形式，比如：巖體在地形較為規則的平原地區，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、峽谷等地區，其地形起伏通常比較大，地震導致的邊坡破壞往往是崩塌、滑坡或剝皮等形式。[4]

2.5地應力的影響

邊坡內的地應力對邊坡的穩定性影響很小，一般不會直接引起邊坡的失穩。同時在邊坡開挖過程中，由于邊坡的卸荷回彈，邊坡地應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生地震波，人工爆破、崩岸、物理沖擊及水庫誘發地震等都可以產生地震波。地震從以下兩個方面影響邊坡穩定性：一是累積效應，二是觸發或誘發效應。相當多的研究和大量的工程實例表明，地震強度和震動的次數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，當變形累積到一定程度時巖體結構將發生松動，從而使得結構面的強度下降。觸發效應相對于累積效應，它的影響形式往往更多種多樣：在地震強度較高的區域，因地震引起的塌陷、滑坡通常和斷裂活動密切相關;在震動作用下，會增加高陡層狀邊坡結構面（裂縫）的擴展，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定性有著重要的影響，其主要體現在以下三個方面：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，從而進一步加快了邊坡失穩;三是因為地表水的沖涮，邊坡穩的穩定性也會受到影響。

3.3人工干預的影響

在大量的工程實例中，對邊坡進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，導致開挖邊坡上方原始邊坡的失穩。同時，因在邊坡頂部區域內修建人工建筑物或構筑物而增加的邊坡荷載;因有壓隧道中的高壓水經過裂隙傳遞到邊坡巖體上，使巖體邊坡承受其內水壓力的作用;進行邊坡加固時設置的預應力錨索等所產生的力，都會對邊坡穩定產生影響。

4、結語

本文歸納總結了地震條件下巖質邊坡穩定性的影響因素。斷層、巖體結構、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邊坡的穩定性。同時，將斷層、巖體結構、地層巖性歸結為內因，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、人工干預歸結為外因，它們為地震條件下巖質邊坡發生失穩提供了外力。內因和外因并不是相互獨立的，而是協同作用，共同對巖質邊坡穩定性產生影響。

參考文獻：

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[3]陳云，巖質邊坡動力穩定性分析[D].南京，河海大學，2004

[4] 杜曉麗. 地震荷載作用下巖質邊坡穩定性研究[D].西安科技大學，2008

[5]徐莉.淺議影響邊坡穩定性的因素[J].黑龍江科技信息，2015，（14）：240-240.

[6]吳振宇，畢聰.某巖質高陡邊坡工程治理設計[J].中國科技投資，2016，（7）：137-138.