滑动岩体的锥形高度

岩层边坡稳定性分析方法的探讨摘要：山区高速公路的建设中不断出现岩石挖方边坡，不避免或减小地质灾害发生的可能性，岩石边坡稳定性分析十分关键。关键词：岩石边坡；稳定性；形成原因；分析方法边坡失稳是公路工程建设中经常遇到的重要问题之一。随着近年来高速公路走进山区，岩石边坡失稳现象屡出不鲜，给工程建设带来了严重危害，给人民生命财产造成严重损失。在公路工程设计过程中，由于客观原因无法全面了解岩体的内部构造，在基础资料有限的前提下，如何恰当地对边坡的稳定性进行分析是个急待研究的课题。本文就这该问题提出一点拙见。１、岩石边坡破坏的类型及形成的原因边坡岩体变形破坏分为以下5个基本类型：松驰张裂、蠕动、崩坍、倾倒和滑坡，但工程实际中，边坡的破坏方式往往以组成的形成出现。由于地质成因千变万化，岩体构造及其力学性质比较复杂，岩石边坡破坏形成原因也多种多样，十分复杂。根据公路工程的特点，以及对现有工程实例的归纳分析，主要有以下几种因素。1.1边坡失稳的外部因素（１）边坡开挖或超挖，改变了边坡形态，破坏了原岩体的力学平衡条件，而又未能及时加固补强。（２）人类活动的影响，包括施工用水、动荷载、爆破扰动等。（３）施工过程中，临时荷载增大。（４）自然因素影响，如地震、强降雨等。1.2边坡失稳的主要内因（１）在一定深度范围内存在软弱结构面。结构面的抗剪强度指标较小，当底部开挖时支撑力减少，加之地下水的作用降低了滑动面的抗剪强度，因而造成边坡失稳。(2)开挖过程中由于应力重分布使边坡岩体产生塑性变形。研究边坡失稳因素旨在通过必要的设计、施工手段对边坡失稳加以预防，确保工程施工和运营安全。而准确的稳定性评价结果、正确的设计方法是减少失稳诱因的关键所在。2边坡稳定性分析方法2.1工程地质法该法实际上是一种经验方法，设计时对沿线的工程地质条件、岩体特点（结构、产状及岩性等），进行综合调查，根据工程需求并参照当地已有老路边坡状况确定边坡率。就岩层层面与路基边坡面两者间的走向关系，有逆向坡，横向坡和顺向坡之分。一般条件下，逆向坡有利于边坡的稳定，但还应结合其他地质条件如：边坡高度、岩石破碎程度等加以分析。顺向坡时一般对边坡的稳定性不利，但当岩层倾角15＜°以及50＞°时边坡亦基本属于稳定，当15°＜50＜°时边坡不稳定。横向坡的情况较为复杂，其边坡稳定性一般介于上述两者之间，视岩层与边坡走向的交角，边坡角以及岩层倾角的三角关系而定。一般情况50＞°时，边坡稳定；50＜°时，视岩层倾角而定，根据经验公式：02.3（/10-0.35）-，由已知值解得0与实地值比较，如果＜0表示边坡稳定，该边坡不稳定（5150°），或边坡有条件稳定（＞50°）2.2力学分析法从简化计算、便于操作的角度出发，一般认为边坡失稳时岩体沿一斜面下滑，而对于层状构造的边坡岩体，这个滑动面的角度就是其岩层倾角。从而可以建立一个简单的力学模型，利用极限平衡原理进行边坡稳定性分析。顺向坡时，如果边坡角大于岩层倾角，部分岩体在自重及可能存在的裂隙水的作用下，沿层面滑动，此时滑动体的重力为：Ｑ=0.5..Ｌ.h.）sin(/sin代入静力平衡方程：Ｋ=Ｑ.cos.tan+cＬ/(Ｑ.sin)得到某一边坡高度时滑动稳定系数Ｋ值。对于高速公路，一般Ｋ1.35时认为边坡稳定。实际工程中，单一顺向坡并不多见，多数情况下为横向坡，而且岩层往往具有两组或多组结构面。图2所示为两组结构面BD和BCD的滑动岩体，成半角锥体，其中岩层（主结构面）走向B与边坡面的交角为，滑动岩体在重力作用下产生新的断裂面与层面交接线BD之倾角，同时坡角方向一致。图中正切关系得：按正弦定律及由BCBCDHCDHBDsin/sin/））／．tan.sin./(sinsin(HCDHB2/.1BBDBD面积ＦBCD2/.2BCH面积Ｆ滑动岩体的锥形高度：＝HCD）．sin(滑动岩体的重力及其分布：Ｑ=1Ｆ.H./3Ｎ=Ｑ.cosＴ=Ｑ.sin极限平衡状态下，抗滑力与滑动力相等，即：Ｔ=Ｎ.tan+Ｆ1.cl+Ｆ２.c2式中，c１、c2—为相应结构面的粘结力；—为其内摩擦角。将相关数值代入，整理后得：H=3.sin.(c１+c2.sin.tan)/.cos(tan-tan).）sin(由上式可知：当趋近于或是趋近于90时，Ｈ趋向于无穷大；c、及增大，Ｈ随之增大，Ｈ随之增大；＝时，Ｈ为无穷大，边坡最稳定。力学分析结论虽然较为可信，但其准确性依赖于计算过程中各项岩土力学参数的选用。譬如软弱结构面上的c、值，在很大程度上左右着计算结果。因而，在边坡稳定性分析的过程中，无论采用什么方法，准确的地质勘探资料十分重要。３保持边坡稳定的措施治理边坡需要工程施工人员在充分对施工现场进行踏勘的基础上，对边坡的周边的环境、地质、水文及地下水的情况有充分的了解，对边坡失稳的原因进行详细的分析，选择适当的治理方法从而防止边坡失稳。增加边坡稳定性的措施有以下几种（１）改变边坡几何形态。对于岩石质边坡通常采用在边坡的上半部分开始边坡坡度逐步放缓，或是从边坡上部到下部从上到下逐渐放缓边坡坡度。为了方便施工工，要求控制边坡的变化点，越少越好，要在设计上合理布局，尽量减少边坡受雨水冲刷，从而保持边坡的稳定性。防止边坡失稳。（２）边坡排水。为了防止水不能及时排除而对边坡产生渗透、加重边坡的重量、土体强度低、有效的阻止水对边坡的冲刷，要对边坡的地表水，地面水进行排除。在坡体四周修建环形排水沟，有支撑渗沟、边坡渗沟、暗沟、平孔等。（３）支挡结构及内部加强的措施综合运用。在边坡脚处设置支挡结构物以保护边坡稳定。采用加筋挡土墙、重力式挡土墙、锚杆挡土墙等。支挡结构物的尺寸和位置应符合设计要求，严禁擅自减小结构尺寸、减短抗滑桩桩长、减短锚索长度等。（4）改变边坡工程基底的状况。对边坡基底的强度进行加强，对边坡滑动面的摩擦力要进行加强或增强边坡的抗滑阻力，如对表层的松软土进行清理，边坡的设置最好处于土质良好的坚实的硬土层上。（5）植物防护。对于土质边坡来说，植物防护是最便捷的防护方法。可以在边坡上种植草或铺草坪等。植物防护既可以对环境进行美化，又可以有效的防止边坡失稳。3、结语基于岩土工程本身复杂的特点，目前还没有很精确的边坡稳定性分析理论。本文所提出的方法的出发是，在公路设计过程中基础资料有限、岩石边边坡出现频繁且岩层结构相对简单的情况下，如何利用简易的手段对岩体稳定进行分析和评价，以便能够较接近地估计实际工程量以及对施工和运营中可能发生的事故进行有效的前瞻并提出适当防治措施。[1]石豫川,冯文凯,冯学钢,兰波;国道108线某段缓倾角顺层边坡变形破坏机制物理模拟研究[J];成都理工大学学报(自然科学版);2003年04期[2]栾茂田,武亚军,年廷凯;强度折减有限元法中边坡失稳的塑性区判据及其应用[J];防灾减灾工程学报;2003年03期[3]高永利;张振文;代凤红;景勃双;;基于人工神经网络的井泉滑坡稳定性[J];辽宁工程技术大学学报;2006年S2期[4]邵铁全;彭建兵;刘云焕;李喜安;;滑坡灾害超前预判技术研究[J];工程地质学报;2007年04期[5]袁从华,王晚华,倪俊;潭邵高速公路顺层滑坡整治[J];公路;2003年01期[6]王静,沈玉萍,刘福权,王松策,牛晓莉;吉林省地质灾害及其防治的遥感应用[J];国土资源遥感;1998年04期[7]尹刚;对路堑顺向滑坡分段治理方案的探讨——以贵州省关岭至兴仁二级公路K105+300～510段边坡治理工程为例[J];贵州地质;2003年02期[8]赵青;黄质宏;唐晓玲;;顺层状岩质边坡的数值模拟分析[J];贵州工业大学学报(自然科学版);2007年05期