土質邊坡穩定性影響因素綜述

(重慶交通大學 重慶 400074)

一、影響因素

(一)邊坡巖土體類型

邊坡巖土體類型及性質是影響邊坡穩定性的重要因素。不同的巖性和土質對應不同的力學性質，構成邊坡的內力作用機制也有區別。因此不同巖土體構成的邊坡其主要的變形破壞模式也不同。巖土體類型影響主要指標有內摩擦角φ、粘聚力c、和容重γ。內摩擦角和粘聚力共同決定巖土體抗剪強度，同時粘聚力的大小可以影響巖土體的水分浸潤程度。在邊坡開挖過程中，土體發生應力重分布，在靠近邊坡坡面的位置，最大主應力方向平行于臨空面，坡頂形成拉應力帶，坡角處發生應力集中，成為邊坡失穩破壞的關鍵點，因此容重大小也是影響邊坡穩定性的重要因素。

(二)地質構造。結構面的充填物、規模、連通性和產狀對于邊坡穩定性有著重要影響。軟弱物質填充于結構面會降低邊坡的抗剪強度。結構面的規模和連通性決定邊坡巖土體的完整程度：結構面規模越大，連通性越好，巖土體就越破碎，強度越低。結構面的傾向從塊體下滑力與抗滑力的比值和塊體活動自由程度兩個方面影響邊坡穩定性。結構面傾向與邊坡坡向一致時，結構面傾角越大，塊體重力垂直于滑動面的分力就越小，阻止塊體下滑的摩擦力也越小，邊坡越容易失穩。結構面傾向與邊坡坡向相反時，由于滑塊沒有下滑空間，邊坡一般較穩定。

(三)邊坡形態。坡高、坡角和坡向是邊坡自身的形態參數。一般來說，坡高越高，坡角越大，對邊坡穩定性影響越不利。受整體強度的制約，與石質邊坡相比，土質邊坡通常擁有更低的坡高和更小的坡角。

(四)水的作用。大量工程實例顯示水的作用與滑坡有很大關系。水對巖土體的作用包括物理沖刷作用、化學軟化作用和力學作用三個方面。在地下水位線以下，巖土體遭到長期浸泡，可溶物質溶解，巖土體軟化，如石灰巖、濕陷性黃土等。溶解于水的物質在滲透水的流動過程中被帶走，水流作用較強時，一部分小的顆粒也從大顆粒空隙間被沖走，破壞了巖土體的孔隙結構，強度降低。

(五)環境因素。環境因素包括風化作用和坡體植被兩個方面。風化作用使巖體分解，結構面規模增大，產生裂隙，使巖體強度降低，同時加速水的入滲。風化作用與巖石性質、溫度和濕度密切相關，溫度越高，濕度越大，風化作用越強。坡體植被的覆蓋情況對邊坡穩定性有一定影響，可以概括為水文地質效應和力學效應兩個方面[1]。水文地質效應方面，在降雨過程中，樹冠可以起到遮擋作用，減少雨水下滲；樹干可阻滯地表徑流，減少水流沖刷；樹根從土壤中吸水，通過葉面蒸發可以降低地下水位線，疏干土體。

(六)外力作用。6人類對自然的改造速度越來越快，規模越來越大。天然邊坡在長期自然條件下形成自身內部特有的應力場，并處于穩定的靜力平衡狀態。人工開挖破壞了土體應力場，使內部不利因素有了新的活動空間。石質邊坡常采用爆破開挖的方法，在應力波和爆轟氣體的共同作用下，易在坡面形成貫通的徑向裂紋，巖石內部的節理、裂隙也進一步擴展，影響坡體強度[2]。地震荷載在降低土體有效應力的同時增大了土體的下滑力，使邊坡更容易發生失穩現象。

邊坡巖土體是一個非常復雜的整體，內部構造的模糊性和復雜性導致其穩定性影響因素的不明確。

二、研究現狀

段永勝等基于正交設計和數值模擬對無交互作用的七個自變量進行了單因素敏感性分析并排序[3]。侯文萃等采用常規正交實驗法、灰色關聯法和改進的正交實驗法對某黃土邊坡進行了穩定性影響因素的敏感性分析[4]。劉立鵬等基于有限元強度折減法，運用灰關聯分析方法得出邊坡穩定性影響因素敏感性大小順序[5]。陳志波等通過灰關聯分析方法對穩定性影響因素敏感性大小進行了研究[6]。李志佳等運用灰關聯分析方法，得出各影響因素敏感性從大到小為粘聚力、內摩擦角、坡角、容重、坡后荷載，彈性模量和泊松比則對邊坡穩定性無影響[7]。呂曉光等利用有限元軟件Plaxis通過強度折減法計算勻質土坡的邊坡安全系數，采用正交設計實驗方法，得出各影響因素敏感性順序[8]。上述針對單因素的敏感性分析忽略了各自變量間的相互作用，不符合工程實際。考慮各自變量間的交互作用，學者進行了一系列多因素敏感性分析。余能等采用正交極差分析方法對各因素對邊坡穩定性影響的主次關系進行了分析，認為邊坡角和粘結力對邊坡穩定性的影響最顯著，內摩擦角和邊坡高度次之，容重影響最小[9]。秦海燕采用通徑系數分析方法對邊坡穩定性影響因素進行了敏感性分析，得出各影響因素間的間接作用關系，并與劉立鵬灰關聯分析得出的結果進行了比較[10]。段宏飛等提出逐步回歸的分析方法，建立了安全系數與影響因素的回歸模型，分析了各因素敏感性大小[11]。陳高峰等運用正交設計實驗方法和主成分分析數值處理方法，得出各影響因素敏感性大小順序[12]。肖桃李等運用BP神經網絡對邊坡穩定性進行了預測，并分析了穩定性的影響因素，結果證明對于粘性土質邊坡，發生圓弧滑移破壞的最重要影響參數是粘結力和坡角[13]。

目前針對土質邊坡穩定性影響因素的結果各不相同，同一種分析方法對不同工程實例得出的因素敏感性分析大小不同，不同的分析方法對同一個工程實例得出的結果也存在分歧，但可以肯定土體自身強度參數是邊坡穩定性的最主要影響因素。因此，在進行邊坡穩定性分析時土體本身的強度參數選擇應當更加謹慎精確。