天然边坡削坡工程中的稳定性研究
边坡稳定性分析及加固措施
边坡稳定性分析及加固措施摘要：边坡是自然或人工形成的向一个方向倾斜的陡坡,是人类工程活动的基本地质环境之一，稳定的边坡可以为我们的生活带来许多便利，但是边坡一旦失稳，造成的后果也是难以估量的。
因此,分析边坡的稳定性并借此来避免边坡的破坏具有重大意义。
关键词：边坡稳定性；分析；措施1、边坡的稳定性影响因素一直以来,工程界一直采用安全系数,即结构产生抗滑力/导致结构破坏的下滑力来表征边坡的稳定性,当边坡自身的实际安全系数大于规范规定的安全系数时的,边坡就是稳定的,相反的话边坡就会丧失其稳定性。
边坡的稳定性受许多因素影响,但总体而言能划分为两种类型:即自然因素和人为因素,它们都能够影响边坡的抗滑力或者下滑力,继而改变边坡的实际安全系数来产生作用的。
(1)自然因素。
自然因素主要包括:岩土体性质、地质构造、以及地表水和地下水。
岩土体性质主要是指岩土体的坚硬程度、完整程度、抗风化能力、水理性质、强度、硬度等,这些因素都会影响边坡自身的稳定性。
地质构造主要指边坡构造特点、褶皱形态、岩层产状、断层和节理裂隙是否完全发育。
通常来说,一个边坡所处环境内的地质条件越复杂其自稳能力就越弱。
地表水会对坡体表面进行冲刷,不断带走岩土体并增加坡表的风化作用,或者通过自身重力作用,致使边坡的下滑力增加;而地下水的渗透会改变岩土体的应力状态,进而减小颗粒的有效应力,使得滑坡更容易发生。
(2)人工因素。
人工因素主要包括:开挖和堆载。
开挖会打破坡体内部的力学平衡,进而导致应力的二次分布,而原本稳定的边坡在发生应力改变后往往有失稳的危险。
另外,由于工程中地形条件的限制,往往不能及时的运输开挖的岩土渣，这时,为了加快工程进展,通常会采取堆载的方式,而一旦堆载的岩土体过多,就会对坡体产生较大的侧向土压力,边坡就会因此发生失稳破坏。
2、边坡稳定性分析方法目前研究边坡稳定性的方法主要有瑞典圆弧法、简布法和毕肖普法等方法,他们依据不同的假定来计算边坡的安全系数,但是由于实际边坡的受力复杂、假定方法多样、应力应变呈非线性关系等问题,采用人工计算的方法往往较难得出准确结果,故而数值分析的方法在研究边坡稳定性时得到了广泛的应用。
坡面稳定性分析与治理技术研究
坡面稳定性分析与治理技术研究坡面稳定性是指山坡或岩石斜坡在受到各种外力作用下，是否能够保持稳定的能力。
对于具有较大坡度和潜在危险的坡面，进行稳定性分析和治理技术研究至关重要。
本文将重点探讨坡面稳定性分析的方法和相应的治理技术。
1. 坡面稳定性分析1.1 工程地质勘察进行坡面稳定性分析的第一步是进行工程地质勘察。
通过对坡体地质构造、岩土层分布特征、地下水位等进行详细调查，了解坡面稳定性的基本情况。
同时结合现场观测、检测和监测数据，为稳定性分析提供准确的资料。
1.2 坡面稳定性评价方法常用的坡面稳定性评价方法包括经验法、数值模拟法和概率方法三种。
（1）经验法：根据已发生的滑坡案例或类似案例的经验数据，分析判断坡面稳定性。
经验法简单快速，适用于初步评价或条件较差的情况，但受经验数据的限制较大。
（2）数值模拟法：利用有限元、边界元、格子点、离散元等方法，建立坡体模型，模拟坡面的各种外力作用和内力分布情况，进行稳定性分析。
数值模拟法具有较高的精度和灵活性，适用于复杂的地质情况和复杂的外力作用。
（3）概率方法：根据不同的地质参数和外力条件的不确定性，建立概率模型进行稳定性评价。
概率方法考虑了各种不确定性因素，对于实际工程中存在的随机性问题具有很好的适应性。
2. 坡面治理技术2.1 支护结构技术支护结构技术是指采用各种材料和结构形式对坡面进行加固和稳定的技术。
主要包括护坡、挡土墙、土钉墙、喷砼衬砌、梁柱支撑等。
选择合适的支护结构技术需根据地质条件、坡度、坡高、坡面土质和水文地质条件等因素综合考虑。
2.2 排水技术在坡面治理中，排水技术是保证坡面稳定的关键。
通过合理的排水系统，将雨水和地下水迅速排除，减少坡体水分含量，降低坡面稳定性的风险。
常用的排水技术包括排水沟、排水管道和防渗槽等。
2.3 植被技术植被技术是一种经济环保的坡面治理方法。
通过植物根系的锚固作用和土壤保持作用，增强坡面的稳定性。
选择具有较强抗风、抗水蚀能力的植物，建立起完善的植被覆盖，能有效防止坡面的雨水侵蚀和水土流失。
例析边坡工程地质条件及稳定性
例析边坡工程地质条件及稳定性前言：边坡稳定性问题是一项复杂的系统工程问题，它涉工程地质学、岩体力学和计算科学等多种学科交叉，一直是岩土工程的一个重要研究内容[1]。
土质边坡开挖引起土体卸荷，引起应力重分布和应力集中，坡体为适应这种变化，将发生不同形式的变形与破坏，出现滑坡等灾害情况。
因此，为最大限度减少因边坡失稳导致的重大人员伤亡、巨大经济损失、工程建设受阻等事件的的发生，需要对边坡的稳定性做出正确的预测和评价，并提出相关建议和工程处理措施。
本文结合某市地区边坡实际情况，对该边坡所处的地形地貌、地层岩性、裂隙发育特征、水文条件等影响边坡稳定性的主要工程地质要素進行系统分析，采用瑞典条分法对边坡稳定性进行定量分析，可以为类似土质边坡稳定性分析评价和治理提供借鉴。
1.工程地质条件1.1 工程概况某市地区边坡呈近北东（NE40°）走向，倾向近东向（E100°），边坡宽约50m，高3～15m，总长约540m（见图1）。
1.2 地形地貌边坡地貌类型为丘陵区，危险边坡地形呈东北高西南低，东部比较陡峭，西部较为平缓。
东区边坡的下部坡脚为出露的岩石，西部坡脚为土坡。
1.3 地层岩性根据详细勘察报告，危险边坡发育地层主要为石炭系砂岩、泥质粉砂岩风化层，岩石节理裂隙发育。
①植物土层黄褐色，松散，稍湿，主要为粉土、粉质粘土组成，局部含较多砂粒，局部含少量的植物根茎及有机质，主要分布于边坡表层。
图1 边坡平面图②全风化砂岩层黄褐色，风化剧烈，岩芯呈坚硬土状，含较多砂砾，遇水软化溃散，局部含有黑色的全风化泥质粉砂岩及煤屑。
③强风化岩层该层依据岩性的不同分为两个亚层即强风化砂岩层、强风化泥质粉砂岩层。
强风化砂岩：黄褐色，风化强烈，岩芯呈半岩半土状，局部土夹碎块状，局部夹泥质粉砂岩风化残余，局部含中风化岩块，遇水软化溃散，岩石节理裂隙发育。
该层分布广泛，厚度变化较大，总体较厚，主要位于边坡的中心位置。
强风化泥质粉砂岩：黑色，局部紫红色，风化强烈，岩芯呈半岩半土状，土夹碎块状，局部见有煤屑，局部含中风化岩块，岩芯遇水软化。
边坡工程稳定性分析及综合评价
边坡工程稳定性分析及综合评价摘要：随着人口的急速增长和土地的过度开发，边坡问题已成为全球性三大地质灾害之一。
文中对某边坡的稳定性影响因素作了深入研究，并对边坡稳定性进行了综合分析评价，同时对边坡的稳定性分析方法与评价进行了探讨，具有一定参考意义。
关键词：边坡；稳定性分析；评价如今，边坡稳定性分析及研究已经成为工程建设中非常要的部分，同时边坡稳定性分析方法也在不断的开创和发展。
新的边坡稳定性分析方法不断出现，古老的方法又不断得到改进，逐步由定性向非定性和定量的方向发展。
通过这些边坡稳定性分析方法，可以为工程提供合理的边坡结构，以及对具有破坏危险的边坡进行人工处理，避免边坡失稳造成灾害和损失，从而提高工程总体经济效益。
1 边坡稳定性的影响因素地层岩性的差异是影响边坡稳定的主要因素。
不同地层有其常见的变形破坏形式，岩性对边坡的变形破坏也有直接影响。
还有地质构造对边坡的稳定，尤其是岩质边坡稳定的影响十分明显．断层和节理裂隙对边坡变形破坏的影响则更为明显。
另外水、地震、大规模爆破和机械振动、边坡形态、人类工程活动对边坡的稳定性都有显著影响。
2 边坡稳定分析及综合评价2.1 工程概况某段公路山体边坡总面积约为275m2，滑面长度总长为79m，坡度3°～48°，根据坡体形态和工程地质条件，将山体分为I段路堤边坡、II段滑坡，滑面长度分别为22m、47m，上部是岩石风化土，呈散体结构，约7.3m；下部是强风化闪长岩，岩体松散，高8.2m。
2.2 分析方法目前，工程中比较常用到的极限平衡法有：传递系数法、Fllenius法、pencer 法、Janbu法、Bishop法、平面破坏计算法以及楔形体法等。
在工程实践中，极限平衡法的选择主要根据边坡破坏滑动面的形态，结合本工程的特点选取传递系数法进行稳定系数的计算。
2.3 边坡稳定性计算根据工程滑坡的地形和地质构造特征，稳定性分析采用极限平衡传递系数法计算边坡稳定系数。
边坡工程稳定性及处理方法
边坡工程稳定性及处理方法我国是一个多地质灾害的国家，在众多的地质灾害中，边坡失稳灾害以其分布广危害大，而对国民经济和人民生命财产造成巨大的损失。
因此，研究边坡变形破坏的过程，分析其失稳的主要影响因素，对正确评价边坡的稳定性、采取相应有效的边坡加固治理措施具有重要的现实意义。
1 、边坡工程稳定性分析1.1 边坡稳定性的影响因素边坡在形成的过程中，其内部原有的应力状态发生了变化，引起了应力集中和应力重分布等。
为适应这种应力状态的变化，边坡出现了不同形式和不同规模的变形与破坏，这是推动边坡演变的内在原因；各种自然条件和人类的工程活动等也使边坡的内部结构出现了相应的变化，这些条件是推动边坡演变的外部因素。
1.1.1 地质构造地质构造因素主要是指边坡地段的褶皱形态、岩层产状、断层和节理裂隙的发育程度以及新构造运动的特点等。
通常在区域构造复杂、褶皱强烈、断层众多、岩体裂隙发育、新构造运动比较活跃的地区，往往岩体破碎、沟谷深切，较大规模的崩塌、滑坡极易发生。
1.1.2 气候因素极端的气候条件和全球气候变化构成滑坡发生的主要触发和诱发条件，中国南方天气系统主要受印度洋暖湿气流的控制，夏季多局部强降雨过程；而我国的西北地区，主要受季风气候影响。
1.1.3 地下水处于水下的透水边坡将承受水的浮托力的作用，使坡体的有效重力减轻；水流冲刷岩坡，可使坡脚出现临空面，上部岩体失去支撑，导致边坡失稳。
1.1.4 边坡形态边坡形态通常指边坡的高度、坡度、平面形状及周边的临空条件等。
一般来说，坡高越大，坡度越陡，对稳定性越不利。
1.1.5 人类活动据统计，50%以上的滑坡事件与人类活动有着直接或间接的关系。
随着社会经济的发展，自20世纪中期以来，人类活动的力量日益剧增，并表现出逐渐取代自然营力。
在土木、水利、交通、矿山等大型土工活动中，由于开挖斜坡、填土、弃土和堆积矿渣等，使边坡中的土体内部应力发生变化，或由于开挖使土体的抗剪强度降低，或因填土增加荷重而增大滑动力等，有些地方出现了缺乏论证的修路、开矿和不合理的切坡、用水及乱砍滥伐植被的现象、对自然环境的改变或破坏等，都成为滑坡事件频频发生的主要因素。
边坡稳定性的研究
边坡稳定性的研究边坡是为保证路基稳定，在路基两侧做成的具有一定坡度的坡面。
按照其成因可以分为人工边坡和自然边坡，前者主要是人工开凿的一些堤坝边坡。
按照物质组成，边坡分为岩体边坡、土体边坡，以及岩、土体复合边坡3种。
按照稳定程度，分为稳定边坡、不稳定边坡，以及极限平衡状态边坡。
而一提到稳定性就离不开力学的分析，在一定的范围内边坡是稳定的，超出范围坡体的移动，就会造成应力和剪力的重新分布，有可能就会造成应力集中的现象，一旦出现这种情况，就有可能使边坡滑动甚至崩裂。
所以对边坡稳定性的研究，我们先开始从对力分析方面开始。
对边坡岩石应力分析必须在边坡岩体处在自重应力场的理想状态下和边坡岩体是均质的情况下。
边坡形成后，岩体中的应力状态就会有很大的改变。
如右图所显示的那样，斜坡的主应力明显发生了倾斜，在越靠近破面的位置其中的原为竖直方向的应力就越发的与斜坡面平行，原来水平方向的应力就会趋近于垂直斜坡面。
从图中我们还可以看出在两种应力差值最大的区域会产生一个最大的剪应力区，最大剪应力区由原来的直线变成了近似于圆弧的曲线，其中凹面朝着临空面。
而且也可以明显看出在坡脚的位置会出现应力集中的现象，同样在河谷谷底也会出现应力集中，这都是斜坡具有的现象。
边坡岩体在破坏之前，总要经历一定的变形作用。
岩质边坡的变形以坡体未出现贯通性的破坏面为特点，但在坡体的局部区域，特别在坡面附近也可能出现一定程度的破裂与错动，然而整体而言，并未产生滑动破坏。
在变形和破坏之间存在着从量变到质变的一个过程，对坡体的变形研究具有重大的意义。
通过研究岩体变形的整个过程，并且演化出来坡体变形的整个过程，用过岩体的力学分析来预测坡面什么时候破坏，这对人身安全和财产安全具有重大的意义。
边坡岩体的变形分为松弛张裂和蠕动变形这两种。
在边坡形成的初始阶段，往往在坡体中出现一系列与坡面近于平行的陡倾张开裂隙，使边坡岩体向临空方向张开。
这种过程和现象称为松弛张裂(也称松动)。
边坡稳定性分析—
第一章绪论1．1引言边坡是自然或人工形成的斜坡，是人类工程活动中最基本的地质环境之一，也是工程建设中最常见的工程形式。
随着我国基础设施建设的蓬勃发展，在建筑、交通水利、矿山等方面都涉及到很多边坡稳定问题。
边坡的失稳轻则影响工程质量与施工进度，重则造成人员伤亡与国民经济的重大损失。
因此，边坡的勘察监测、边坡的稳定性分析、边坡的治理，是降低降低灾害的有效途径，是地质和岩土工程界重点研究的问题。
随着城市化进程的加速和城市人口的膨胀，越来越多的建筑物需要被建造，城市的用地也越来越珍贵。
特别是对于长沙这样多丘陵的城市来说，建筑边坡成为了不可避免的工程。
1.2边坡破坏类型边坡的破坏类型从运动形式上主要分为崩塌型和滑坡型。
崩塌破坏是指块状岩体与岩坡分离，向前翻滚而下。
一般情况岩质边坡易形成崩塌破坏，且在崩塌过程中岩体无明显滑移面。
崩塌破坏一般发生在既高又陡的岩石边坡前缘地段，破坏时大块岩体由于重力或其他力学作用下与岩坡分离而倾倒向前。
崩塌经常发生在坡顶裂隙发育的地方。
主要原因有：风化等作用减弱了节理面的黏聚力，或者是雨水进入裂隙产生水压力，或者是气温变化、冻融松动岩石，或者是植物根系生长造成膨胀压力，以及地震、雷击等外力作用（图1-1）。
滑坡是指岩土体在重力作用下，沿坡内软弱面产生的整体滑动。
与崩塌相比滑坡通常以深层破坏形式出现，其滑动面往往深入坡体内部，甚至可以延伸到坡脚以下。
其滑动速度虽比崩塌缓慢，但是不同的滑坡滑动速度相差很大，这主要取决于滑动面本身的物理力学性质。
当滑动面通过塑性较强的岩土体时，其滑动速度一般比较缓慢；相反，当滑动面通过脆性岩石，且滑动面本身具有一定的抗剪强度，在构成滑面之前可承受较高的下滑力，那么一旦形成滑面即将下滑时，抗剪强度急剧下降，滑动往往是突发而迅速的。
滑坡根据滑动模式和滑动面的纵断面形态可以分为平面滑动、圆弧滑动、楔形滑动以及复合形。
当滑动面倾向与边坡面倾向基本一致，并且存在走向与边坡垂直或接近垂直的切割面，滑动面的倾角小于坡角且大于其摩擦角时有可能发生平面滑动。
三亚市某削方边坡稳定性分析及治理
有台风暴雨天气等不利因素的存在。业主委托柳州市 勘察 测绘 研究 院对 该切 方边坡 进一 步进行 边坡勘 察 ， 评 价边 坡 的稳定 性 ， 提 出相应 的预 防治理措 施 。 并 １ 场地 岩土 工程地 质条 件
１ １ 地 形地 貌 ．
切方边坡位于公路东侧， 公路西侧路体山坡下为小 型农用灌溉水库， 水库标高约在路面下 ２． ｍ处［ 图 ５Ｏ 见 １ａ］ （） 。切方山体完工后 ， 形成一个长约 ２０ 最高坡 ３ ｍ， 高约 ２ ｍ， ５ 坡角为 ６。 ５的不均匀岩土体切方边坡 。 ｏ～７。 坡 面 凹凸不 平 ， 由于施 工 爆 破 等 的影 响 ， 面局 部不 均 坡 匀分布有危岩［ 见图 １ｂ ］坡顶遍生热带植物 ， （） ， 植被茂 密 。边 坡两侧 为 “ 型 冲 沟 。场 地 地貌 单 元 属 低 山斜 Ｕ” 坡 地带 。
④ｓ
１ ２ ２ 节理 裂 隙 ．．
，
，
边坡岩 石 主要 出露 于 Ｋ ＋９ ０ Ｋ１ １ ０段边 坡 ０ ８ ＋ ４
１２ 工程地 质条 件 ．
１ ２ １ 地层表 征 ．．
依据 切方 边坡 裸露 岩 体 及钻 探 探 明的 岩土 层 工程 地质 特性 自上 而下依 次 为 ： （） 四系 残 积 土 ： 黄 、 红 、 红 等 杂 色 ， 稍 １第 褐 暗 褐 呈
湿、 坚硬状态， 土体表现为含碎石粘性土， 或含粘性土碎 石土 。主要分布在边坡两端及顶部， 厚度不均。 （） ２强风化构造岩 ： 褐黄、 褐红等杂色 ， 含有碎石、 块 石， 主要矿 物 已风化变 质 ， 呈土状 、 碎块 状 。层 厚变 化较 大 ， 露最小 厚度 为 １６ｍ， 大厚度 大 于 １．０ 揭 ．０ 最 ５１ｍ。 （） ３ 中风 化构 造岩 ： 白色 ， 灰 由石英 、 长石组 成 ， 芯 岩 呈柱状 、 块状 ， 节理裂隙发育 ， 完整性差， 钻孔均未钻穿 该 层 ， 体层 厚不 详 。 具 （） ４强风化 花 岗岩 ： 红 、 褐 夹灰 白等杂 色 ， 可见石 英质 粗颗粒及碎石 ， 主要矿物已风化变质 ， 岩芯呈土状 、 碎块状。
边坡稳定性的工程地质研究复习资料
边坡稳定性的工程地质研究复习资料1、边坡稳定性问题的特点：（1）自然界普遍存在、工程中大量遇到；（2）变形破坏形式多样、机理差别大；（3）在时间、空间分布上具有集中性和随机性；（4）分布广、稳定问题突出；（5）危害大。
破坏机理：侵蚀下切、人工开挖等：边坡逐渐形成、高陡；稳定边界条件逐渐变化；地应力的大小和方向不断调整、变化；边坡岩体产生相应变形→由量变到质变，条件具备时产生破坏。
2、边坡应力分布的一般特征：（1）坡面附近主应力迹线发生明显偏转，愈靠近临空面，最大主应力愈接近平行临空面，最小主应力则与之近于直交；（2）在自重应力场作用下，边坡深部岩体最大主应力为垂直方向，逐渐转为与坡面平行，在坡顶及后缘常出现拉应力，在坡内形成与坡面平行的张裂缝。
大概在离地面 1/3H处转为压应力；（3）当存在初始水平构造应力时，在边坡深处最大主应力为水平。
逐渐转为与坡面平行，同样在坡顶出现拉应力，在坡脚出现压应力集中；（4）从坡面向深部出现应力分带现象（应力松弛带、应力集中带、应力正常带），在坡面浅层形成平行坡面的张裂隙和与坡面大角度相交的剪裂隙。
3、影响边坡岩体应力分布的主要因素：（1）初始地应力，尤其是垂直于河谷的水平构造应力，初始水平剩余应力越高，越容易形成拉应力区，坡脚处最大剪应力越大；（2）坡形：坡高、坡度、坡底宽、凸凹坡坡越高，坡内拉压应力值呈线性增大坡角越大，拉应力范围增大，坡脚剪应力增大坡底宽越小，坡脚应力集中加剧。
凹形坡，应力集中程度小，有利于坡体稳定；（3）岩性：硬岩边坡地应力高；（4）岩体结构：软弱结构面的位置影响边坡应力4、边坡变形破坏的基本类型：（1）边坡变形：边坡无显著剪切位移或滚动，不致引起整体失稳。
形式：松弛张裂、倾倒变形、蠕变等；（2）边坡破坏：坡体以一定的速度出现较大位移，岩体产生整体滑动、滚动、转动。
形式：崩塌、滑坡；5、岩体的流变性（1）蠕变：应力不变，变形随时间增长而逐渐增加；（2）松弛：应变不变，应力随时间增长而有所减小的性状；（3）粘滞性：土的应力-应变关系随变形速率的变化而改变的性状；（4）长期强度：土的强度随时间增长而有所减小的性状。
浅谈边坡稳定性问题及其主要治理措施
浅谈边坡稳定性问题及其主要治理措施作者：***来源：《西部资源》2023年第03期［关键词］地质灾害；边坡稳定性问题；治理措施滑坡、崩塌等地质灾害主要诱因是降雨、地震、人类工程活动等，导致边坡岩土层的物理力学性质下降，改变了原有结构，使边坡稳定性遭到破坏[1]。
现状不稳定边坡以预防为主、治理为辅，防治相结合，土质边坡治理措施主要为削坡减载、格构梁+锚杆（索）工程，抗滑桩工程，挡土墙工程及边坡整体的截、排水工程等支护方案；岩质边坡主要为掉块或局部崩塌现象，治理措施主要为坡面设置主动防护网，坡脚设置被动防护网、挡土墙的支护方案。
从工程建设施工角度进行分析，想要让边坡治理方案更加经济有效，应充分考虑边坡工程条件及现场的实际情况，合理选取多种支护手段相结合的治理方案。
针对上述问题，国内外学者均进行了研究与探索，生成了较为丰富的研究成果与研究经验，能够为本文的探究提供理论支撑[2]。
本文在研究过程中，主要采取了文献分析法与经验总结法，辅以实践调查，在理实融合的前提下，生成了较为完善的研究方案。
1. 影响边坡稳定性的因素近几年来，我国经常会出现滑坡/崩塌、泥石流等地质灾害，原因不仅在于持续出现强降雨、地震等自然因素，也有人为因素[3]。
例如，大型机械设备的选择不合理、山坡开发程度过度、边坡岩土层因操作不当产生结构损坏等。
1.1 地层岩石及土壤造成的影响我国幅员辽阔，岩层性质、地质构造等都存在差异[4]。
一些地区的一些山体会形成岩土混合边坡。
对于岩土混合边坡，在坡残积土与岩层交界面易形成软弱滑动面。
在天然状态下，一般斜坡因为自身的稳定性，相互通过力和力的合作，就可以对地层中的岩石和土壤等一些物理性质进行有效的约束。
但由于岩层内部存在节理裂隙及软弱构造面，当节理裂隙非常发育，并顺着坡面切割岩土体，一旦作用力下降，裸露的岩土层就会出现松动，可能就会引发滑坡/崩塌等地质灾害，对生命财产安全产生威胁。
1.2 外部自然因素影响边坡稳定性的外部自然因素主要包括风化、日照、水蚀、降雨冲刷坡面、大地板块运动等，在通常情况下四级以上振幅的地震现象不仅会让山体结构和土壤在相关力的作用下出现分裂现象，还会影响两者作用力；由于边坡的岩土层长时间都是稳定状态，一旦出现地震活动，就会在短时间内导致岩石和土壤相互作用力发生剧烈波动，打破自然环境的平衡状态，出现山体滑坡以及地表坍塌的可能性就会越来越大。
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极限开挖深度、 稳定安全系数及土压 力上限解
图 2 边开挖边支护施工工序及其稳定性问题 Fig. 2 Construction process and stability problem of excavation .with simultaneous support
表 1 模拟削坡的离心模型试验结果 Table1 Results of model tests on slope excavation in centrifugal ..field 编号 case1 case2-1 case2-2 case3 预压力 /kPa 100 150 150 200 φcu/(°) 21.4 20.4 20.4 20.9 ccu/kPa 8.7 11.4 11.4 14.6 d/m 4.85 3.85 4.45 3.4 hmax/m 1.4 3 2.5 4.5
以下，针对两种破坏模式分别建立许可破坏机构 及速度场并求解相应的上限解。 1.2 许可破坏机构及速度场 如图 7 所示，设原边坡的坡角为 β，临界高度为 Hc，土的重度为 γ，黏聚力为 c，内摩擦角为 φ。在距 坡肩水平距离为 d 的坡面处开始开挖，开挖面与水平 面的夹角为 α，开挖至垂直深度 h 时边坡发生破坏。 此时的开挖深度为极限开挖深度。 如果设计开挖深度小于极限开挖深度，则假想开 挖边坡以强度参数 cm 和 φm 达到极限平衡状态，对应 的开挖深度为稳定开挖深度。设 F 为稳定安全系数， 则土体的强度参数（c，φ）与折减后的强度参数（cm， φm）之间有如下关系： tan ϕ ， (1a) tan ϕm = F c 。 (1b) cm = F 如果设计开挖深度大于极限开挖深度，则须在开 挖坡面上施加一个外力 P 以使边坡处于极限平衡状
第 30 卷 2008 年
第4期 4月
岩
土
工
程
学
报
Chinese Journal of Geotechnical Engineering
Vol.30 No.4 Apr., 2008
天然边坡削坡工程中的稳定性研究
刘 强 ，杨俊杰
1 1, 2
，刘红军
1, 2
，豊澤康男 ，伊藤和也
3
3
（1. 中国海洋大学环境科学与工程学院，山东 青岛 266100；2. 海洋环境与生态教育部重点实验室，山东 青岛 266100； 3. 日本独立行政法人产业安全研究所，东京 1138656）
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引
言
在天然边坡削坡工程中，当开挖位置在坡面时， 使得原来单一坡度的边坡在施工阶段或竣工后形成图 1 中的上下部不同坡度的边坡。 例如， ①无需设置临时 支护结构可开挖至设计深度的边坡工程；②需要但为 了降低成本不设置临时支护结构，而在开挖至设计深 度后再设置挡土结构的边坡工程；③如图 2 所示，采 用边开挖边支护的施工方法[1]时，在第一步开挖完成 之后、打入土钉等支护结构之前的边坡工程等。均可 归结为具有图 1 所示几何形状的边坡的稳定性问题。 削坡工程改变了边坡的边界条件，将导致边坡稳 定性降低或者边坡破坏。图 3 所示的某削坡工程事故 即为采用上述 （2） 的方法引起的。 为了节省工程费用，
试验中拍摄的边坡破坏情况如图 5 所示。其破坏 模式属于滑裂面始于坡顶的破坏模式 1（图 4（a） ） ， 即上部为接近垂直的滑裂面，下部为曲线滑裂面。 边坡的 图 6 为现场边坡开挖试验的破坏情况[3-5]。 土质条件见表 2。边坡的破坏模式为图 4（b）所示的
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岩
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工
程
学
报
2008 年
滑裂面始于原坡面的破坏模式 2， 与破坏模式 1 一样， 其上部为接近垂直的滑裂面，下部为曲线滑裂面。
sunnyseasea@。
Stability of cutting work of natural slopes
LIU Qiang1，YANG Jun-jie1,2，LIU Hong-jun1,2，TOYOSAWA Y3，ITOH K3
(1. College of Environmental Science and Engineering, Ocean University of China, Qingdao 266100, China; 2. Key Lab of Marine Environmental Science and Ecology, Ministry of Education, Ocean University of China, Qingdao 266100, China; 3. The National Institute of Industrial Safety, Tokyo 1138656, Japan)
图 6 现场边坡开挖试验 Fig. 6 Field tests on slope excavation 表 2 现场削坡试验土质条件 Table 2 Soil property of field tests 编号 case1 case2 case3 case4 土样名称 成田砂 关东火山灰 质黏性土 碾压次数 0 5 0 5 含水率 /% 29.40 27.43 116.38 111.23 天然密度 /(g·m 3) 1.67 1.74 1.08 1.18
图 3 某天然边坡削坡工程事故现场 Fig. 3 Site of an accident site of a slope cutting
图４ 天然边坡削坡工程中的破坏模式 Fig. 4 Failure pattern of slope cutting
影响这类边坡稳定性的因素，有边坡的土质条件 （c，φ，γ）以及开挖前后边坡的几何条件（β，α，h， d） （d＝0 时开挖后形成单一坡度的边坡） （图 1） 。影 响因素的组合决定边坡的破坏模式。 Toyosawa[2-7]等人 的试验结果表明，这类边坡有滑裂面始于坡顶和始于 坡面的两种破坏模式（本文分别称之为破坏模式 1 及 破坏模式 2） （图 4） 。但是，在什么条件下发生哪种模 式的破坏以及相应的开挖深度如何给出等问题尚未解 决。本文根据 Toyosawa 等人的试验结果，利用上限 法理论分别求出两种破坏模式的极限开挖深度、当设
图 5 离心场模型边坡开挖试验(case 2) Fig. 5 Excavation tests on model slope in centrifugal field (case 2)
态，P 的大小与土压力相等，方向与土压力方向相反。 （1）破坏模式 1 的许可破坏机构及速度场 根据离心模型试验结果，设破坏模式 1 的滑裂面 EFD 由铅直的直线段 EF 和对数螺线段 FD 组成，见 图 7（a） 。为了使 FD 段在 F 点与 EF 段光滑连接，设 初始动径 OF 与垂直线夹角为土的内摩擦角 φm，则 OFEA 组成滑动刚体。为了计算简便，将对数螺线极 点设在原边坡坡面 AB 上，则 OFD 为以 OF 为初始动 径的楔形体，在其内部同样消耗内力功。ODB 为滑动 刚体。
摘
要：天然边坡在削坡工程施工阶段或竣工后，往往形成上下部不同坡度的边坡。离心模型试验与现场试验结果表
明，这类边坡有两种破坏模式。一种是滑裂面始于坡顶，另一种是滑裂面始于坡面。利用极限分析上限法理论讨论并 确定边坡发生不同破坏模式的条件，从而给出极限开挖深度、设计开挖深度小于极限开挖深度时的稳定安全系数以及 设计开挖深度大于极限开挖深度时的土压力，为解决天然边坡削坡工程中的稳定性设计问题提供理论依据。 关键词：边坡；削坡；上限法；离心模型试验；极限开挖深度；稳定安全系数；土压力 中图分类号：TU432 作者简介：刘 文献标识码：A 文章编号：1000–4548(2008)04–0566–08 强 (1982 – ) ， 男 ， 山 西 太 原 人 ， 硕 士 研 究 生 ， 主 要 研 究 方 向 为 岩 土 力 学 与 工 程 。 E-mail:
极限分析方法的优势在于以塑性力学上、下限定 理为理论基础，可绕过土体复杂的本构关系，获得理 论上严格的计算结果。极限分析方法中的上限法与极 限平衡法一样应用简便，不同之处在于所得解与严密 解的关系明确，且所得解以解析式的形式给出。 Chen[8]在边坡极限高度的上限解中假设滑动土体 为刚体，故仅计算了滑裂面上的内力功，而没有考虑 滑动体内部的内力功。 利用上限法的关键是设定的破坏模式与实际情况 的符合程度， 二者的符合程度直接影响上限解的精度。 本文根据离心模型试验及现场试验结果设定破坏模 式，并且在求解过程中同时考虑滑裂面上和滑动体内 部两部分的内力功。 1.1 破坏模式 Tamrakar[6-7]等实施了模拟削坡的离心模型试验。 土样为火山灰质砂土，其最优含水率为 18.9%，最大 干密度为 1.656 g/cm3。在金属土槽中制作长 45 cm、 宽 15 cm、高 24 cm 的模型水平地基，预压力分别为 100，150，200 kPa。模型地基的含水率为 18%。模型 地基制作完成之后， 削成坡角为 60°的边坡作为模型 原边坡（图 5） 。将装有模型原边坡的土槽放入离心机 吊篮， 在 50g 的离心加速度场中进行垂直开挖试验 （图 5） 。三组试验的边坡土体强度参数、开挖位置以及发 生破坏时的开挖深度（极限开挖深度）如表 1 所示。
Abstract: During or after cutting of natural slopes, different gradients of slopes are usually formed on the upper part and the lower part. According to results of centrifuge model tests and in-situ tests, there are two failure patterns of the slopes. One is the failure plane starting at the top of the slopes, and the other is the failure plane starting on the surface of the slopes. The critical depth of the two failure patterns were calculated by use of the upper-bound theory. Through comparison between the two critical depths under same conditions, the conditions for occurrence of the two failure patterns were discussed and defined. Then the critical depth, safety factor in case of the excavation depth less than the critical depth and the soil pressure in case of the excavation depth larger than the critical depth were given. These results were meaningful to the design of slope cutting. Key words: slope; slope cutting; upper-bound method; centrifuge model test; critical excavation depth; safety factor; earth pressure