順層巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析

(遼寧師范大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院 遼寧 大連 116029)

一、前言

順層巖質(zhì)邊坡是包含層面和其它類型結(jié)構(gòu)面的一種復(fù)雜邊坡結(jié)構(gòu)。根據(jù)大量的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，順層巖質(zhì)邊坡是穩(wěn)定性最差、危害程度最大的一種邊坡，順層巖質(zhì)邊坡的變形毀壞給邊坡工程的建設(shè)重大的損失和人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)帶來了重嚴(yán)重的威脅。

在1995年，蔣爵光等人對(duì)國內(nèi)12條鐵路干線的巖石邊坡進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，并且指出：鐵路巖石滑坡中較為常見的類型一般都是層狀結(jié)構(gòu)巖體的順層滑坡，但凡是順層路塹邊坡地段，不管邊坡坡度是陡是緩，只要巖層傾角大于15°的情況下，邊坡坡度大于巖層傾角，幾乎都有可能發(fā)生順層滑動(dòng)或順層滑塌的破壞現(xiàn)象[1]。

然而，到目前為止，對(duì)于順層巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的研究，各國還都不是特別深入，特別透徹。尤其是對(duì)影響邊坡穩(wěn)定性因素的影響規(guī)律缺少詳盡地系統(tǒng)地分析，所以盡可能深入地分析影響順層巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的影響規(guī)律，對(duì)于順層巖質(zhì)邊坡工程的安全有很深遠(yuǎn)的意義。

二、順層巖質(zhì)邊坡類型劃分

影響邊坡穩(wěn)定的因素有很多，首先取決于巖層傾角、地層巖性及其組合特征、結(jié)構(gòu)面等內(nèi)因。除此以外還包括地下水的作用和開挖坡角、邊坡高度、爆破震動(dòng)效應(yīng)、地震效應(yīng)等其他因素[2]。邊坡穩(wěn)定狀態(tài)是各種因素綜合作用的反映，邊坡穩(wěn)定性和各種因素構(gòu)成一個(gè)相互聯(lián)系、相互影響的整體，其中任何一個(gè)因素的改變往往會(huì)導(dǎo)致其他因素發(fā)生改變，進(jìn)而引起邊坡穩(wěn)定狀態(tài)發(fā)生改變。在評(píng)價(jià)邊坡穩(wěn)定性時(shí)，應(yīng)區(qū)別各因素在邊坡穩(wěn)定中所起的作用，有重點(diǎn)地考察和分析起主導(dǎo)作用的因素[3]。

邊坡工程中最常見的類型是層狀巖質(zhì)邊坡，根據(jù)層狀巖體的結(jié)構(gòu)特征可以看出來，巖體中的結(jié)構(gòu)面對(duì)邊坡有很大影響，根據(jù)優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面與邊坡角的相互關(guān)系，可將層狀巖質(zhì)邊坡分為三種：水平層巖質(zhì)邊坡、順層狀巖質(zhì)邊坡、逆層狀巖質(zhì)邊坡[4]。

三、順層巖質(zhì)邊坡破壞模式分析

順傾向巖層邊坡變形破壞模式通常情況下主要有兩種類型，一種類型就是滑移破壞，滑移主要包括兩種：

第一種是沿著層面滑移，這種破壞模式的主要表現(xiàn)方式是前緣坡腳臨空并且具有明顯的或潛在的順傾向滑動(dòng)面，發(fā)生整體失穩(wěn)沿層面下滑，這一類型破壞模式在邊坡開挖中經(jīng)常出現(xiàn)。一般而言，發(fā)生這類破壞的邊坡大都不高，應(yīng)力狀態(tài)也都是比較低的。

另外一種滑移就是前緣坡腳處滑移受阻而發(fā)生順層滑移潰屈破壞，這種破壞模式一般在順傾向?qū)訝顜r質(zhì)高邊坡出現(xiàn)，其變形破壞深度一般較大，邊坡高度較高，破壞規(guī)模較大，應(yīng)力狀態(tài)也相對(duì)較高。

另一類是拉裂破壞，第一種是層面傾角較大，巖層在自重的作用下產(chǎn)生彎矩，進(jìn)而產(chǎn)生彎曲，在彎曲劇烈部位往往產(chǎn)生橫切方向的拉裂，導(dǎo)致邊坡破壞；第二種是層面傾角較小時(shí)，下部軟弱基巖在上部巖體的作用下產(chǎn)生向坡面臨空方向的塑性流動(dòng)，從而會(huì)導(dǎo)致上部巖體的巖層拉裂，不均勻解體等[5]。

四、順層巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性研究方法

邊坡穩(wěn)定研究的核心是邊坡穩(wěn)定分析和評(píng)價(jià)，但對(duì)于不同的破壞方式存在著不同的滑動(dòng)面形式，所以通常采用不同的分析方法及計(jì)算公式來分析其穩(wěn)定狀態(tài)。目前來看，邊坡穩(wěn)定性研究方法有很多，本文采用極限平衡法和赤平投影法對(duì)順層巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行簡單論述。

(一)極限平衡法

極限平衡法是邊坡穩(wěn)定性分析計(jì)算的主要方法，也是工程實(shí)踐中最常應(yīng)用的一種方法[6]。極限平衡法是假定巖土體破壞是由于滑體沿滑動(dòng)面發(fā)生滑動(dòng)面而造成的。假設(shè)滑動(dòng)面已知，其形狀可以是平面、圓弧面、對(duì)數(shù)螺旋面或其他不規(guī)則面。通過考慮斜坡上的由滑動(dòng)面形成的隔離體或其分塊的力學(xué)平衡原理(即靜力平衡原理)分析斜坡在各種破壞模式下的受力狀態(tài)，以及斜坡體上的抗滑力和下滑力之間的定量關(guān)系來評(píng)價(jià)斜坡的穩(wěn)定性。

(二)赤平投影法

在順層巖質(zhì)邊坡工程中，巖質(zhì)邊坡的失穩(wěn)與破壞主要是受巖體中的各種結(jié)構(gòu)面控制。根據(jù)地質(zhì)力學(xué)的原理，裂隙、斷層、層面等巖體的主要結(jié)構(gòu)面可大致分成相互平行的若干組，而其中一些相交的結(jié)構(gòu)面將某些臨空的邊坡巖體切割成滑塌體，在重力及其他因素的作用下這些滑塌體將沿著結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生滑動(dòng)。所以研究這些結(jié)構(gòu)面在三維空間中的位置、組合關(guān)系和結(jié)構(gòu)面的力學(xué)參數(shù)等，對(duì)評(píng)價(jià)邊坡的穩(wěn)定性和研究其破壞形式是至關(guān)重要的。應(yīng)用赤平投影法來判斷巖體中各結(jié)構(gòu)面的組合及切割關(guān)系是一種既直觀又簡便的方法，工程人員可以應(yīng)用赤平投影法進(jìn)行平面作圖來對(duì)三維空間巖體的穩(wěn)定性作出準(zhǔn)確而快速的判定[7]。

五、順層巖質(zhì)邊坡的防治

邊坡防治的作用是改善邊坡的力學(xué)平衡狀態(tài)，提高邊坡的穩(wěn)定性。在實(shí)際工程中主要是通過改變邊坡體的抗滑力和下滑力來實(shí)現(xiàn)邊坡穩(wěn)定。目前巖質(zhì)邊坡主要采取抗滑支擋，錨桿、預(yù)應(yīng)力錨索等直接防治，順層清方、放緩邊坡、防排水、改良軟弱層面等間接防治，或兩者結(jié)合的方法來防治處理。

因?yàn)轫槍訋r質(zhì)邊坡的破壞通常都具有突發(fā)性、下推力大、速度快、破壞力強(qiáng)等特點(diǎn)，所以真正得適用于順層巖邊坡防治的有效方法并不是很多。就工程應(yīng)用的情況看，順層巖質(zhì)邊坡防治采用的結(jié)構(gòu)主要有錨桿、抗滑樁、預(yù)應(yīng)力錨索等。由于錨索工程不開挖滑體，又能機(jī)械化施工，且造價(jià)一般都低于抗滑樁工程，因此錨索工程在順層滑坡治理中應(yīng)用非常廣泛。

六、結(jié)語

1.在極限平衡法中人為的制造出一些假定，并不代表斜城真實(shí)的應(yīng)力狀態(tài)、滑動(dòng)形狀，但極限平衡法有計(jì)算簡單，發(fā)展歷史較長的優(yōu)勢(shì)。就穩(wěn)定性而言，其結(jié)果還是可以滿足實(shí)際需要的，尤其是對(duì)土坡而言。各種極限平衡法的對(duì)比說明，在參數(shù)相同的情況下，采用不同的計(jì)算假設(shè)相互之間結(jié)果差別不是很大。

2.赤平極射投影是一種定性的評(píng)價(jià)方法，在使用過程中所有參與分析的結(jié)構(gòu)面應(yīng)在邊坡上空間相交，對(duì)于距離比較遠(yuǎn)而沒有相交的結(jié)構(gòu)面，不能隨意的挪移并將其參與穩(wěn)定性分析。

3.巖土體是一種結(jié)構(gòu)體，這種結(jié)構(gòu)體有著自身材料與結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和相應(yīng)的自穩(wěn)能力，但是會(huì)因?yàn)槭艿江h(huán)境或著人類活動(dòng)的工程因素所影響，其強(qiáng)度和自穩(wěn)能力將會(huì)大幅度下降。對(duì)于邊坡工程，其開挖后，形成了較陡的臨空面，原有的應(yīng)力條件大為改變，坡體穩(wěn)定條件變差，要使坡體穩(wěn)定，必須采取相應(yīng)的措施。