边坡稳定性的研究

1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)。存在于坡体的这种张裂隙可以是应力重新分布产生的，也可以是沿原有的陡倾裂隙发育而成。外形略呈弧形弯曲，仅有张开而无明显相对滑移，张开度及分布密度由坡面向深处逐渐减弱。理论实践证明。仅有松弛张裂变形形式的坡体，其应力应变关系处于稳定破裂阶段或者减速蠕变阶段。由此，在保证坡体应力不会增加且结构强度不下降的条件下，其变形不会继续发展，坡体稳定不会发生改变，其变形不会持续发展。由图可知，松弛张裂还有这几种情况：应力回弹裂隙，坡面坡顶张力带裂隙，应力集中带的张裂隙。1.应力回弹裂隙是在边坡形成后，由于侧向应力削弱，岩体向临空方向回弹，这种现2象犹如木桶因松箍而掀缝一样，使原来被压紧的裂缝张开。很明显，因这种原因张开的裂隙的特点是愈近顶面，张开程度愈大，向深处或向坡里张开程度逐渐减小。2.坡面坡顶张力带裂隙是由于较陡的边坡、坡面上的岩石抗拉强度较弱，但是岩石内部的张力超过了其强度，造成岩石开裂，不过一般都是在较陡坡面上才会出现这种现象。开裂的深度不会太大，而且不会集中。3.坡脚应力集中带的张裂隙主要是由于在这里产生了应力集中，而且其应力大小超过了此处岩体或者坡面平行的软弱面的抗拉强度，这样就会产生于坡面近似平行的张裂隙。其分布从坡面向坡体内和向下方向逐渐稀疏、削弱。当坡体中有缓倾角软弱面时，在平行于坡面的最大主应力作用下产生平行坡面的剪应力，将使被分割的岩体沿软弱面向外滑移，而张裂隙向上逐渐尖灭或分支。经松动后，边坡岩体在重力作用下向临空方向较长期的缓慢的塑形变形称之为边坡岩体的蠕动。研究表明，蠕动的形成机制为岩石的粒间滑动(塑性变形)或岩石裂纹微错，或由一系列裂隙扩展所致。它是在应力长期作用下，岩石内部的一种缓慢的调整性变形，实际上是岩石趋于破坏的一个演变过程。坡体中由自重应力引起的剪应力与岩体长期抗剪强度相比很低时，它只能使坡体减速蠕动；只有坡体应力值接近或超过岩体的长期抗剪强度时，坡体才能进入加速蠕动。因此可以认为，坡体导致最终破坏总要经过一定过程，或非常短暂，或经过一个相当长的时间。根据蠕动的特征，我们可以把它分为两大类，分别是深层蠕动和表层蠕动。1.表层蠕动：坡上部的岩体在重力的长期作用下，发生向临空方向的缓慢变形，构成一个剪变带，其位移由坡面向内逐渐降低直至消失，这便是表层蠕动。松散岩体及土质边坡中，这类蠕动甚为明显，表现为当坡体剪应力足够产生滑动面之前，在剪变带内会缓慢发生塑性变形。层状岩体向上逐渐连续弯曲，并且岩层开始变得陡立甚至有可能发生岩层的倒转，甚至会发生破裂。在重力作用下，由于坡面蠕动所产生的挠曲与构造挠曲之区别在于：前者常沿软弱面两侧拉开，并出现张裂，层面两侧相对滑动方向为边坡上侧向下，而下侧向上滑动，其挠曲分布局限一定深度；而构造挠曲不具备以上性质。正确区分这两种不同成因挠曲的重要意义在于，经过重力长期作用形成的蠕动坡体仅具有较低的稳定性，常常要采取开挖或昂贵的工程处理措施，应该引起重视。2.深层蠕动：坚硬岩层下面由软弱岩层所引起的缓慢性变性。深层蠕动主要发育在边坡下部或坡体内部。按照其形成机制的特点可分为软弱基座蠕动和坡体蠕动两类。软弱基座蠕动是坡体基座产状较缓并且具有一定的相对软弱岩层，在坡体上覆岩层重力作用下，致使基座部分向3临空方向蠕动，并引起上覆坡体变形与解体，是软弱基座蠕动的特征。当软弱基座塑性较大时，坡脚主要表现为向临空方向的蠕动和挤出；而当软弱基座具有一定脆性时，则可能通过密集的张性破裂使软弱层错位变形。这两种变形方式都是由坡面逐渐向深处发展的。由于软弱基座的蠕动变形，将引起上覆坡体发生变形或解体。当上覆岩体具有一定柔性时，软弱层会出现“揉曲”，脆性层中会出现张性裂隙；当上覆岩体整体呈脆性时，则可因软弱基座蠕动而产生不均匀沉陷，使上覆岩体破裂解体。坡体沿缓倾角的软弱结构面，向临空方向缓慢移动的现象，称为坡体蠕动。这种现象在卸荷裂隙较发育的具有缓倾角软弱面的坡体中比较普遍，通常是在蠕滑型裂隙基础上发育而成。边坡的破坏往往会造成一定的伤害，并且都是非常剧烈的反应，造成一定的地质灾害，在这里我们通常把它们简单的统称为崩塌和滑坡。1.崩塌：是岩质边坡破坏的一种形式。边坡前缘的部分岩体被陡倾角的破裂面分割，以突然的方式脱离母体，翻滚而下，岩块相互撞击破碎，最后堆积于坡脚而且形成岩堆，称为崩塌。其规模相差悬殊，从大规模的山崩直至小型块石坠落。从形成机理分析，崩塌的形成在于坡体沿陡倾软弱结构面张裂的同时，坡脚岩体发生变形(如基座蠕动)，使上部割裂岩体失去支持而发生翻倒。崩塌主要发生在°60以上陡坡的前缘边坡上。高而陡的边坡通常由陡倾角裂隙发展而成，或由于基座蠕动造成的沉陷解体形成。这些裂隙在表层蠕动的作用下进一步加深加宽，并促使坡脚主应力增高，坡体蠕滑进一步加剧，下部支持力减弱，引起崩塌。2.滑坡：边坡岩(土)体主要在重力作用下，沿贯通的剪切破坏面发生滑动的现象。通常一个比较典型的滑坡由滑坡体、滑动面、滑坡壁、滑坡裂隙、滑舌、滑坡鼓丘等几部分构造形态要素组成。接下来我们用一张图来表示这几个的位置关系。我们也可在滑坡的坡面上发现这样的现象，就是坡上的树木都不是直立的，而是树干有一部分是弯曲的，出现这种现象说明这一个地方曾经出现过缓慢的滑坡现象，通常称为醉汉林或者马刀树。边坡变形的发生发展是极其错综复杂的，影响因素也很多的。概括起来可以分为两个面：内在因素，包括地貌条件、岩石性质，岩体结构与地质构造等。这些因素的变化是十分缓慢的，它们决定边坡变形的形式和规模，对边坡的稳定性起着控制作用，是边坡变形的先决条件。外在因素，包括水文地质条件，风化作用，水的作用、地震及人为因素等。这些因素的变化是很快的，但它只有通过内在因素，才能对边坡稳定性起着破坏作用，或者促进边坡变形的发生和发展。而且通过对边坡的研究，我们可以预测未来边坡的走势，是否安全等等，对人民的生命安全和财产安全具有重要的意义。