水利工程中的巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析

唐興平

朱濟(jì)祥，崔冠英主編

中國(guó)水利水電出版社出版

水利工程的穩(wěn)定性評(píng)估是確保工程安全運(yùn)行的核心步驟之一。水利工程的可靠性在很大程度上依賴(lài)于巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性。《水利工程地質(zhì)（第５ 版）》系統(tǒng)介紹了巖石的分類(lèi)及性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、地質(zhì)圖解、水流的地質(zhì)作用、巖體特性、壩基巖體穩(wěn)定性分析、邊坡穩(wěn)定性分析、地下洞室圍巖穩(wěn)定性分析等內(nèi)容，著重介紹了工程實(shí)踐中的地質(zhì)勘查、地質(zhì)測(cè)繪和試驗(yàn)方法，具有很強(qiáng)的實(shí)用性和指導(dǎo)意義。

書(shū)中指出，巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析是為了應(yīng)對(duì)水利工程建設(shè)面臨的地質(zhì)復(fù)雜性、自然和人為因素的影響，確保工程安全可靠運(yùn)行。一方面，水利工程設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)行需要保障其安全性。巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性與工程的整體安全密切相關(guān)，巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析是確保水利工程安全的必要步驟。另一方面，水利工程往往建設(shè)于地質(zhì)復(fù)雜的地區(qū)，會(huì)受巖石類(lèi)型、構(gòu)造節(jié)理、地下水位等因素影響。由于巖石具有非均質(zhì)性且?guī)r性的不同，再加上構(gòu)造節(jié)理等地質(zhì)特征影響，巖體穩(wěn)定性可能因地區(qū)而異，因此需要進(jìn)行專(zhuān)業(yè)的分析和評(píng)估。此外，自然因素如降雨、地震以及人為因素如開(kāi)采活動(dòng)等，都可能對(duì)巖體穩(wěn)定性產(chǎn)生重大影響。這些因素的綜合作用使巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的分析變得更為復(fù)雜和重要。通過(guò)科學(xué)評(píng)估巖體的穩(wěn)定性，可以及早發(fā)現(xiàn)潛在的風(fēng)險(xiǎn)，并采取相應(yīng)的預(yù)防和控制措施，從而減少工程建設(shè)和運(yùn)行過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題。

首先，收集工程地質(zhì)和水文地質(zhì)資料是進(jìn)行巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)，這包括巖石的巖性、構(gòu)造節(jié)理、巖層傾角、地下水位、降雨情況等方面。其一，不同類(lèi)型的巖石具有不同的物理和力學(xué)特性，例如花崗巖、頁(yè)巖、砂巖等，它們的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和耐侵蝕性都不同，直接影響巖體的抗剪強(qiáng)度和變形特性。這些信息對(duì)于判斷巖體的承載能力和變形情況至關(guān)重要。其二，構(gòu)造節(jié)理對(duì)巖體的穩(wěn)定性影響巨大。節(jié)理的密度、走向、傾向以及裂隙間的填充物質(zhì)對(duì)于巖體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性都有直接影響。高密度、大面積的節(jié)理可能會(huì)導(dǎo)致巖體剝離和滑動(dòng)，增加巖質(zhì)邊坡的失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。其三，巖層的傾角會(huì)影響巖體的穩(wěn)定性，尤其是傾角較大時(shí)，重力對(duì)巖體的作用會(huì)增強(qiáng)，易導(dǎo)致巖體滑動(dòng)和崩塌。其四，地下水位的變化可能會(huì)導(dǎo)致巖體濕潤(rùn)或水分飽和，增加巖體滑動(dòng)的可能性。其五，降雨會(huì)影響地表徑流和巖體內(nèi)部的滲流，導(dǎo)致巖體變形或失穩(wěn)。因此，收集工程地質(zhì)和水文地質(zhì)資料是巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析的關(guān)鍵步驟，這些資料為后續(xù)的工程地質(zhì)力學(xué)分析提供了必要的基礎(chǔ)和依據(jù)。

其次，在巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析過(guò)程中，選擇合適的穩(wěn)定性分析方法至關(guān)重要，不同的邊坡特征和工程條件可能需要不同的方法來(lái)評(píng)估其穩(wěn)定性。常用的穩(wěn)定性分析方法包括平衡法、有限元法、數(shù)值模擬法和解析法。平衡法基于靜力學(xué)原理，假定邊坡在達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)受力平衡，將邊坡分割為若干切片，通過(guò)切片的力學(xué)平衡條件來(lái)計(jì)算邊坡的穩(wěn)定性，該方法適用于邊坡簡(jiǎn)單、規(guī)則的情況，計(jì)算速度快，常用于工程的初步設(shè)計(jì)和快速評(píng)估。有限元法通過(guò)將邊坡劃分為有限個(gè)小單元，利用數(shù)值計(jì)算方法求解每個(gè)單元的力學(xué)參數(shù)，進(jìn)而分析整體邊坡的穩(wěn)定性，該方法適用于復(fù)雜邊坡的幾何形態(tài)和地質(zhì)結(jié)構(gòu)。數(shù)值模擬法結(jié)合了有限元法、差分法等，更精確地模擬邊坡的實(shí)際行為，考慮地質(zhì)條件、水文因素和荷載情況等綜合影響，該方法適用于復(fù)雜邊坡，能夠模擬多種因素對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響。解析法利用數(shù)學(xué)公式和解析解來(lái)評(píng)估邊坡的穩(wěn)定性，通常用于特定簡(jiǎn)化的邊坡形狀和條件，該方法適用于具有簡(jiǎn)單幾何形狀和邊界條件的邊坡，計(jì)算過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單。選擇穩(wěn)定性分析方法時(shí)需要考慮邊坡的地質(zhì)情況、幾何形態(tài)、荷載情況、工程目的和可用數(shù)據(jù)等因素。在實(shí)際應(yīng)用中，常常需要綜合多種方法進(jìn)行分析判斷，并結(jié)合專(zhuān)業(yè)經(jīng)驗(yàn)和工程實(shí)際情況，獲取邊坡穩(wěn)定性最準(zhǔn)確的評(píng)估結(jié)果。

最后，在選定分析模型后，工程師需要利用地質(zhì)和力學(xué)參數(shù)進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性計(jì)算，通過(guò)分析計(jì)算得出安全系數(shù)及靈敏度分析結(jié)果，評(píng)估邊坡的穩(wěn)定性狀況。如果安全系數(shù)小于１，則意味著邊坡可能存在穩(wěn)定性問(wèn)題。在識(shí)別潛在問(wèn)題和風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)方面，工程師需要確定可能導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)的關(guān)鍵因素，并觀察邊坡是否已經(jīng)發(fā)生變形。工程師需要基于這些評(píng)估，提出相應(yīng)的改進(jìn)措施或加固方案，例如邊坡支護(hù)加固、排水降水、地質(zhì)改良或工程設(shè)計(jì)優(yōu)化等。隨后，工程師需要撰寫(xiě)詳細(xì)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估報(bào)告，列出問(wèn)題，提出解決方案，并制訂監(jiān)測(cè)計(jì)劃以定期監(jiān)測(cè)邊坡的穩(wěn)定性變化，確保及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并采取措施，保障工程的安全穩(wěn)定。

總之，巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，需要綜合考慮地質(zhì)、力學(xué)、水文等多種因素，以確保對(duì)邊坡穩(wěn)定性的全面評(píng)估和有效管理。