深切峡谷岸坡稳定性分析

2016年第3期西南公路深切峡谷岸坡稳定性分析唐军何云(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司贵州贵阳550081)【摘要】以深切峡谷岸坡稳定性分析工程实践为基础，对岸坡稳定性影响因素进行分析，同时归纳总结 了岸坡稳定性分析过程中关键点及注重的问题，对类似深切峡谷岸坡稳定性分析提供一定的借鉴及参考价值。

【关键词】岸坡；高边坡；稳定性分析；数值模拟【中图分类号】U442.2 【文献标识码】A〇引言贵州省地处云贵高原东部，其境内92.5%的面 积为山地和丘陵，具有山脉众多、重峦叠嶂、绵 延纵横、山高谷深等特征。

随着西部大开发的全面实施，高速公路在贵州得到飞速发展，由于地 形地质条件复杂，髙速公路的线位选择会穿越许多落差极大的深切峡谷，峡谷两岸地势陡峻，地 层岩性、地质构造等均极为复杂，在此情况下，一般均采用大跨径特殊结构的特大桥通过，而桥 位所处岸坡的稳定性成为了高速公路建设的决定性影响因素。

高速公路跨越深切峡谷往往采用大跨径悬索桥、斜拉桥、刚构桥等特殊结构桥梁，桥梁主墩所 处岸坡的稳定性决定了主墩位置的选择及其基础的 稳定性。

充分考虑桥梁建设对岸坡稳定性的影响，选取科学合理的主墩位置，对于减少工程投资，降 低施工难度等方面具有重要的实际意义。

本文以深切峡谷岸坡稳定性分析工程实践为基 础，•岸坡稳定性影响因素进行分析，同时归纳总 结了岸坡稳定性分析过程中关键点及应注重的问题，•类似深切峡谷岸坡稳定性分析提供一定的借 鉴及参考价值。

1岸坡稳定性影响因素岸坡稳定性问题实质为岩质边坡稳定性问题，其影响因素主要有地形地貌、地层岩性、岩体完整 程度、结构面特征、水文地质条件、地震附加荷 载、工程荷载等。

l.i地形地貌深切峡谷岸坡地形地貌是地壳表层在内外动力 常期地质作用的综合表现。

坡面形状及坡角影响着 岸坡内部应力分布，同时边坡高度越大其应力量值 亦随之增大，而坡底宽度对坡脚岩体应力有非常大 的影响。

因此，地形地貌将直接影响坡体内的应力 分布，进而影响岸坡的变形破坏模式及其稳定性。

1.2地层岩性地层岩性是构成边坡的物质基础。

岩性决定了 岩石的强度、抗风化能力、遇水软化等性质，从而 影响着岸坡的稳定性。

例如高陡坚硬岩石岸坡，易 产生张裂变形，当有平行于河流的陡倾角节理发育 时，张裂变形可能发育较深。

而软硬相间的沉积岩 边坡在河流的冲刷作用下岩体中软弱结构面若出露 于坡面，将致使坡体失去平衡，最终导致破坏。

1.3岩体完整程度岩体在常期地质演化过程中其内部形成了诸多【收稿曰期】2016-07-12【作者简介】唐军（1980-)，男，贵州大方人，本科，高级工程师，主要从事岩土工程勘察设计及相关研究工作。

62唐军，何云：深切峡谷岸坡稳定性分析结构面，河谷下切过程中岩体侧向约束得到解除，岩体的应力降低导致岩体松弛及原有的节理裂隙发 生各种变化，形成新环境下的裂隙网络，这些裂隙 一部分是原有构造裂隙经改造而形成，一部分是微 小裂隙扩张后的显式裂隙，还有在应力环境和外动 力环境下形成的新的表生结构面（卸荷裂隙）。

在 岩体卸荷、应力降低的过程中，随着新的裂隙系统 的形成，原有结构面在其尖端表现出裂纹扩展，一些近地表结构面张开拉裂，为外动力或风化营力提 供了通道，加速岩体的风化和应力的进一步降低，致使节理面夹泥或为其他次生物充填。

因此，岩体 越破碎，边坡的稳定性就越差；越完整，则边坡的 稳定性就相对较好。

1.4结构面特征岩体结构面可分为硬性结构面与软弱结构面两 大类。

对于硬性结构面，结构面的充填、结合特性 以及结构面的空间几何形态对结构面的力学性质具 有决定性的意义。

对于软弱结构面，按工程性质分 类，它主要包括软弱夹层、泥化夹层及断层破碎带 三种类型，其力学性质相对较差，往往对岸坡稳定 性起到控制性作用。

同时，不同结构面产状及结构 面的组合将决定岸坡的破坏模式，成为岸坡稳定性 的控制性因素。

例如，陡倾顺向层状岩质边坡，当 岩层为薄层状时易发生弯曲倾倒破坏，岩层为厚层 至巨厚层状时发生块体倾倒的可能性更大，而岩层 为中厚至厚层状时易于发生块体弯曲倾倒破坏。

1.5水文地质条件水是影响边坡稳定性的重要因素，其作用表现 在水对岩体及其结构面的软化作用，增大岩土体的 容重进而增大下滑力，产生动静水压力等方面，且 河流的下切及侧蚀作用将改变岸坡形态，从而导致 坡体内部应力的重分布。

同时库水位的升降变化构 成了岸坡再造的重要营力，不可避免地对岸坡岩体 质量产生劣化效应，影响岸坡稳定性。

1.6地震附加荷载地震是边坡失稳的重要突发性外在诱发因素。

震动对坡体失稳主要有促进破裂面的产生与发展、边坡失稳的启动效应、加速边坡滑动效应等三方面 的影响。

地震附加荷载简化为水平作用力作用于岩 体。

悬崖、陡坎处坡体较高、重量大，地震烈度大 时附加水平地震作用力大，易诱发岸坡产生倾倒、崩塌、垮落式滑移等破坏。

1.7工程荷载主要表现为桥梁荷载通过基础传递给地基引起 岩体内部应力发生变化，大跨度桥梁的工程荷载巨 大，通过基础传递给地基易导致下伏基岩产生应力 集中甚至产生局部破坏区，当局部破坏区与坡体内 部塑性区贯通后将引发坡体整体失稳。

同时爆破震动 M程机繼动等樹岸坡稳定性构成直接影响。

2岸坡稳定性分析关键点深切峡谷地区建设高速公路，特大桥是起控制 性作用的工程之一，桥梁工程地质选线是控制桥梁 规模、技术难度和建设周期的关键环节，具有极强 的特殊性。

如前所述，岸坡稳定性问题实质上是岩 质高边坡稳定性问题，而岩质高边坡稳定性不仅仅 是一个强度稳定性问题，更是一个变形稳定性问题。

岸坡稳定性分析应严格遵循“地质过程机制分 析一量化评价”的学术思想，其一般步骤为：实际 边坡—力学模型—数学模型—计算方法—结论。

基 于岸坡稳定性影响因素的多样性，准确地进行岸坡 稳定性分析需着重注意以下几点：2.1重视勘察工作岸坡勘察应由面到点，由浅入深，有目的分阶 段开展相关工作，同时应综合运用地质调绘、工程 钻探、工程物探等勘察方法查明相关地质条件，为 岸坡稳定性分析提供详实的资料。

初勘阶段的目的 是了解岸坡地层、岩性、构造、水文地质和物理地 质现象等一般特征，发现岸坡的问题所在，以定性 分析为主的比选线桥型和以定量为主的推荐线或同 精度比较线的岸坡稳定性原则，提出下一阶段工程 地质勘察的任务与方法。

详勘是在初勘的基础上，进行更加深入的工程地质勘察工作，需要进行各种 勘探、观测、试验等细致的工作，并对需要提高岸 坡整体和局部稳定性的特殊情况进行勘察，对岸坡 的处理提出建议。

2.2强调工程地质定性分析基于岸坡稳定性影响因素的多样性，在不同影 响因素综合作用下，岸坡岩体的变形破坏模式也随 之变化。

均质软岩及碎裂结构边坡易发生近似圆滑 滑动破坏；硬岩中存在外倾软弱结构面易产生平面 滑动破坏，同时受节理裂隙组合切割作用亦可能发63西南公路生三维楔形体滑动破坏；陡倾岩质边坡可能发生溃 屈破坏及岩体崩塌破坏。

岸坡稳定性定性分析主要 采用工程类比法、赤平极射投影法、CSMR法及 [BQ]法等，对岸坡稳定性进行定性分析，明确岸坡 潜在失稳破坏模式，对于岸坡稳定性定量计算方法 的选择奠定了基础。

2.3岩土体物理力学参数的确定如何准确获取符合现场岩土体的物理力学参数 是岸坡稳定性分析的关键工作，其主要包括岩体物 理力学参数及结构面抗剪强度指标。

岩体和结构面 抗剪强度指标宜根据现场原位试验确定，但由于受 现场试验条件困难、试验费用较高、试验时间较长 等限制，现场原位试验难以普遍采用。

目前，岩体 物理力学参数通过岩石取样试验后得到的岩石粘聚 力及内摩擦角指标，结合岩体完整程度进行折减后 得到。

同时岩体物理力学指标也可结合岩体基本质 量级别参考相关规范进行选取。

准确确定结构面的抗剪强度指标是十分困难的，需要综合试验成果、地区经验，并综合考虑施 工期和运营期各种影响因素，才能合理取值。

当无 法采用试验获取结构面抗剪指标时，应综合各影响 因素选用理论经验值（Barton模型）及规范推荐值，并结合反分析法进行验证。

2.4合理确定岸坡计算工况及安全控制标准岸坡稳定性定量计算结果与计算中考虑的因素、附加荷载、特殊荷载等密切相关，即岸坡稳定 性与相应的计算工况密切相关。

同时岸坡稳定性安 全控制标准选择时应侧重考虑岸坡工作条件和岸坡 破坏对桥墩以及桥梁的危害，综合确定合理的安全 控制标准。

当前，国内外对于边（滑）坡稳定性分析评价 的安全定量指标研究基本上建立在滑动破坏机制上，倾倒崩塌与蠕滑变形破坏机制尚处在以工程地 质定性和半定量评价与预测阶段，进行定量分析时 仍采取与失稳模式匹配的滑动破坏机制稳定分析成 果作为评价的辅助和参考。

参考国内相关规范规程 及类似工程经验，岸坡稳定性计算工况及相应安全 系数见表1〇2.5有效地选择稳定性定量分析方法边坡稳定性分析方法很多，不同的方法又各具 特点，有一定的适用条件。

根据具体的边坡工程地表1岸坡计算工况及安全控制标准计算工况安全系数岸坡自重+桥梁荷载 1.30-1.35岸坡饱和自重+桥梁荷载+暴雨工况 1.20-1.25岸坡饱和自重+桥梁荷载+暴雨工况+地震工况 1.10 〜1.15注：①对岸坡工程地质条件与相应的物理力学参数了解较为透彻、把握性大时，可以取小值，否则取大值；②存在较为特殊情况，如长期临水边坡，其暴雨工况均提 升至正常工况标准控制；③临水（库区）特大桥主墩边坡如果;f艮据控制性水位，将岸坡的暴雨工况提升至正常工况，结构面及岩体参数取规范允许的低值进行稳定性验算。

质条件，结合分析目的与精度要求，合理有效地选用与之适应的边坡稳定性分析方法，是岸坡稳定性分析的核心工作。

目前，边坡稳定性定量计算方法主要针对于边坡滑移破坏模式，其已形成一套较为成熟的理论体系，工程实践中使用较多的主要有极限平衡法和数值分析法。

极限平衡法是传统而经典的边坡稳定性定量计算方法之一，其本质上认为边坡失稳是一个力学上的强度问题。

极限平衡法计算过程是在假定滑移面形态的基础上，运用岩土体强度理论对岸坡进行静力平衡计算，求出相应的坡体安全系数对岸坡稳定性进行定量评价。

在计算过程中主要是运用二维极限平衡条分法，由于边坡稳定性分析是一个髙次超静定问题，基于对计算过程中未知量的数值或分布的不同假设，现行国家规范主要推荐采用简化Bishop法、传递系数法、Janbu法、Morgenstem-Price法、Sarnia法等多种方法进行稳定性定量计算，各计算方案优缺点及适用条件见表2。

虽然二维极限平衡条分法具有物理力学概念清晰、操作简便等优点，但该方法忽略了岸坡变形破坏的动态演化过程，同时计算过程中引人诸多假设，严格来讲其只能算是一种半定量的分析方法。

由于岸坡工程所处的边界条件和地质环境的复杂性，加之岩土体的不连续性、不均匀性、各向异性等特性，造成岸》：程问题十分复杂，岸坡稳定性问题实质上应为三维空间问题，运用数值分析法。