边坡工程学

边坡稳定性分析方法

摘要：边坡稳定性研究由来已久，早期的边坡研究是仅以土体为研究对象的，其方法的显著特点是采用材料力学和简单的均质弹性、弹塑性理论为基础的半经验半理论性质的研究方法，并把此方法用于岩质边坡的稳定性研究，但由于其力学机理的粗浅或假设的不合理，提高及岩体力学性质研究的进展，各种复杂的数值计算方法广泛地应用于边坡研究，一类是基于极限平衡理论的条分法，另一类是数值分析方法。本文综述了边坡稳定性分析研究的历史及方法，介绍了目前常用的边坡稳定分析方法，结合工程实例对边坡稳定性进行分析，并对边坡稳定性方法的各自的作特点了简要论述。

关键词：边坡工程，边坡稳定，边坡稳定性分析方法

1 引言

边坡工程是一个开放系统，它既有有限变形问题又有无限变形问题，有瞬时变形问题又有长时变形问题。边坡稳定性问题涉及矿山工程、道桥工程、水利工程、建筑工程等诸多工程领域。

岩土边坡是一种自然地质体，在边坡角变化、地下水、地震力、水库蓄水水位变化等外因作用下，将会使边坡沿其内部多组断层、节理、裂隙、软弱带等一些不稳定结构面产生相对滑移而最终导致边坡的失稳。

岩石边坡稳定性分析一直是岩土工程中重要的研究内容。在我国基本建设中，特别是三峡工程及西部大开发，出现了许多岩石边坡工程，如三峡船闸高边坡、链子崖危岩体以及由于移民迁建用地、城市建设用地形成的边坡等等。在解决这些复杂的岩石边坡问题的过程中，大大促进了岩石边坡稳定性分析方法的发展。随着人们对岩石边坡认识的不断深入以及计算机技术的发展，岩石边坡稳定性分析方法近年来发展很快，取得了一系列研究成果。

边坡发生破坏失稳是一种复杂的地质灾害过程，由于边坡内部结构的复杂性和组成边坡岩石物质的不同，造成边坡破坏具有不同模式。对于不同的破坏模式就存在不同的滑动面，因此应采用不同的分析方法及计算公式来分析其稳定状态。目前边坡稳定性的分析方法归结起来可分为两类：即确定性方法和不确定性方法，确定性方法是边坡稳定性研究的基本方法，它包括极限平衡法、数值方法、块体理论法、赤平极射投影法等。它们将影响边坡稳定性的各种因素都作为确定的量

来考虑。例如，极限平衡法是通过潜在滑体的受力分析，引入莫尔——库仑强度准则，根据滑坡的力(力矩)平衡，建立边坡安全系数表达式进行定量评价，这种方法由于安全系数的直观性至今仍被工程界广泛应用，目前，我国边坡工程研究人员根据工程实际引入临界滑移理论进行露天边坡的评价也属于此法。这种方法的关键在于正确判断临界破坏面的位置和选定计算参数，这些都需要依靠经验确定。数值方法在20世纪60年代被引入边坡稳定性分析中，它包括有限元法、边界元法、离散元法及混合法等。数值方法能从较大范围考虑介质的复杂性、全面地分析边坡的应力应变状态。有助于对边坡变形和破坏机理的认识，较极限平衡方法有很大改进和补充。

2 工程概况

项目位于重庆某地南、西及北侧，该项目占地约80.65亩。项目分A区、B 区、C区三个地块，其中A地块建设红线用地面积为15474.59m2，B地块建设用地面积为24869.02m2。拟建场地设计基坑场坪标高：166.00m；坡顶设计标高为现状标高。

B7-B10段边坡位于B区西侧，纵向上：剖面1-6，横向上：剖面A。边坡总长约181.38m，走向为0-31°，坡向为90-121°，切坡高度51.69-54.83m，坡脚设计标高166.00m，坡顶设计标高为217.69-220.83m。边坡物质为：素填土（厚1.23-7.85m）、砂岩、泥岩、泥质砂岩，为岩土质边坡。

土质段：主要为素填土，其中B9B10段厚5.95-7.85m，基岩面较陡，倾角10-15°，基坑直立开挖会沿基岩面发生整体滑移，B7B8、B8B9段基岩面平缓或内倾，倾角1-2°，基坑直立开挖不会沿基岩面发生整体滑移，但易发生土体内部剪切破坏，沿圆弧面滑动。

岩质段：若直立切坡，强风化基岩不稳定，易产生滑塌破坏。中等风化岩体段根据赤平投影图（图1）分析可知：岩层倾向为105°，属边坡的外倾结构面，岩层倾角为20°，倾角较陡，层面裂隙发育、贯通性好、结合差，受两组构造裂隙竖向切割后，顺层岩体在空间上易形成四方块体，降低了岩体整体性，边坡临空岩体（岩块）易产生顺层滑移现象，边坡的稳定性受层面控制。由于该边坡超过规范应用范围，对边坡不作岩体结构类型分类。

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图1 赤平投影图

素填土（Q 4ml ）：由场地素填土重型动探试验得知：素填土重型动探加权平均击数为6.6，变异系数为0.36，稍密，均匀性差。

泥岩：由中等风化泥岩试验成果得知：天然单轴抗压强度标准值为7.46MPa ，饱和单轴抗压强度标准值为4.64MPa ，其变异系数为0.158-0.175，为低变异，属软岩。

泥质砂岩：由中等风化泥质砂岩试验成果得知：天然单轴抗压强度标准值为14.6MPa ，饱和单轴抗压强度标准值为9.97MPa ，其变异系数为0.120-0.137，为低变异，属软岩。

砂岩：中等风化砂岩试验成果得知：天然单轴抗压强度标准值为37.0MPa ，饱和单轴抗压强度标准值为27.9MPa ，其变异系数为0.155-0.156，为低变异，属较硬岩。

根据《基坑边坡岩土工程勘察波速测试报告》：场地中等风化泥岩岩体完整性指数为0.56-0.75、中等风化泥质砂岩岩体完整性指数为0.53-0.77、中等风化砂岩岩体完整性指数为0.63-0.75，故本次勘察深度范围内的中等风化基岩岩体较完整。

根据试验结果：中等风化泥岩属软岩，岩体较完整，故场地中等风化泥岩岩岩体基本质量等级为Ⅳ级；中等风化泥质砂岩属软岩，岩体较完整，故场地中等

风化泥质砂岩岩体基本质量等级为Ⅳ级；中等风化砂岩属较硬岩，岩体较完整，故场地中等风化砂岩岩岩体基本质量等级为Ⅲ级。

根据野外鉴别、室内岩土试验成果，并结合重庆地区经验，综合得出岩土体参数建议值（表1）。

表1 岩体参数建议值一览表