[科普中国]-边坡稳定性

简介

边坡稳定性是指边坡岩、土体在一定坡高和坡角条件下的稳定程度。

不稳定的天然斜坡和设计坡角过大的人工边坡，在岩、土体重力，水压力，振动力以及其他外力作用下，常发生滑动或崩塌破坏。大规模的边坡岩、土体破坏能引起交通中断，建筑物倒塌，江河堵塞，水库淤填，给人民生命财产带来巨大损失。

研究边坡稳定性的目的，在于预测边坡失稳的破坏时间、规模，以及危害程度，事先采取防治措施，减轻地质灾害，使人工边坡的设计达到安全、经济的目的。1

边坡破坏边坡破坏的类型很多，常见的是崩塌和滑坡。陡坡前缘部分岩、土体突然与母体分离，翻滚跳动崩坠崖底或塌落而下的过程和现象，称为崩塌。边坡部分岩、土体沿着先前存在的地质界面，或新形成的剪切破坏面向下滑动的过程和现象，称为滑坡。在边坡破坏中，滑坡是最常见，危害最严重的一类。

所有的边坡失稳，均涉及到边坡岩、土体在剪切应力作用下的破坏。因此，影响剪切应力和岩、土体抗剪强度的因素，都影响边坡的稳定性。例如，构成边坡岩、土体的工程地质性质及其变化；边坡中断层、层面、不整合面等不连续面的产状与坡面倾向、倾角之间的关系；边坡尺寸和形态的改变；坡脚遭受水的侵蚀或人工开挖；边坡上天然或人工加载；边坡岩、土体中地下水位的升降，以及地震和爆破引起的瞬时振动等，均会在一定程度上改变边坡的稳定性。。1

表示方法边坡的稳定性通常以滑动面上的抗滑力(Fs)与滑动力(Fr)的比值，即抗滑稳定性系数(η)来表示。这一比值越大，边坡越稳定；反之，边坡越不稳定。

评价边坡稳定性的常用方法有下列4类：

①定性分析法。通过对边坡的尺寸和坡形、边坡的地质结构、所处的地质环境、形成的地质历史、变形破坏形迹，以及影响其稳定性的各种因素的研究，判断边坡演变阶段和稳定状况。

②极限平衡分析法。把可能滑动的岩、土体假定为刚体，通过分析可能滑动面，并把滑动面上的应力简化为均匀分布，进而计算出边坡的稳定性系数。

③数值分析法。利用有限单元分析法，先计算出边坡位移场和应力场，然后利用岩、土体强度准则，计算出各单元与可能滑动面的稳定性系数。

④工程地质类比法。将所研究边坡或拟设计的人工边坡与已经研究过的或已有经验的边坡进行类比，以评价其稳定性，并提出合理的坡高和坡角。。1

边坡稳定性分析方法工程地质类比法工程地质类比法，又称工程地质比拟法，属于定性分析，其内容有历史分析法、因素类比法、类型比较法和边坡评比法等。该方法主要通过工程地质勘察，首先对工程地质条件进行分析。如对有关地层岩性、地质构造、地形地貌等因素进行综合调查、分类，对已有的边坡破坏现象进行广泛的调查研究，了解其成因、影响因素、发展规律等；并分析研究工程地质因素的相似性和差异性；然后结合所要研究的边坡进行对比，得出稳定性分析和评价。其优点是综合考虑各种影响边坡稳定的因素，迅速地对边坡稳定性及其发展趋势作出估计和预测；缺点是类比条件因地而异，经验性强，没有数量界限。在地质条件复杂地区、勘测工作的初期、缺乏资料时，都常使用工程地质类比法，对边坡稳定性进行分区并作出相应的定性评价，因此，需要有丰富实践经验的地质工作者，才能掌握好这种方法。2

边坡稳定性图解法在边被稳定性分析中，常使用各种图解法，它是属于定性的方法，其优点是简单、直观、快速；缺点是带有一定的经验性和概念性。因此图解法常常用于规划阶段，或初步分析边坡稳定之用。用图解法分析，发现有问题的边坡应用计算验证。图解法分为诺模图法和赤平投影图法，诺模图法利用诺模图来表征与边坡有关参数之间的定量关系，从而求出边坡稳定性系数、稳定坡角和极限坡高，主要应用于具有圆弧性破坏面的滑坡；赤平投影图法利用赤平投影的原理，通过作图直观地反映出边坡破坏的边界，确定失稳岩土体的规模形态及其可能变形滑动方向等，从而对边坡稳定程度作出初步分析，并为力学计算提供基础，它主要用于岩质边坡的稳定性分析。王俊斌等在山西省平遥—榆社高速公路勘察中，运用叠加了岩层产状、路线走向、边坡倾向、节理发育程度及地形坡向的玫瑰花图，使得路基的高边坡稳定性分析变得简明扼要，清晰地展现出各种结构面、坡面及路线之间的角度关系，为分析基岩边坡的稳定性提供了有效的证据。节理玫瑰花图解法无论是在滑坡路基、填方路基还是挖方路基边坡稳定性分析中，均简洁明了、简单易行，分析结果可信度高，在边坡路基段勘探与稳定性分析中应加以推广应用。2

块体单元法块体单元法介于刚体极限平衡法和有限元法之间，兼有 2 者的优点，工作量小，特别适用于如裂隙岩体那样的非连续介质问题，且块体元的应力精度与位移精度一致，因此按位移和应力求出的稳定安全系数比较接近。块体单元法以块体形心处的刚体位移作为基本未知量，即用分片的刚体位移模式逼近实际位移场，在块体单元之间设“缝”单元，反映结构的物理性质。根据虚功原理求出各块体形心处的刚体位移后，由缝单元 2 侧块体的相对位移确定缝面的变形和应力。块体单元法既保证了各块条的力和力矩的平衡，又考虑了它们的变形。而且，块体单元法可以反映非连续面 2 侧位移和应力可能不连续的特点，还提高了应力精度，使稳定安全系数的计算更为可靠，因此，块体单元法特别适用于具有软弱结构面岩体的稳定分析。2