影响岩质边坡稳定性的工程地质因素分析

【关键词】工程地质分析；岩质边坡；稳定性能；地质因素

　　1 边坡稳定性的影响因素分析

　　1.1 岩体结构类型的影响

　　对于岩质边坡来说，边坡并不是整体的一块，而是由各种各样的结构面和结构体组成不同的边坡岩体结构类型。常见的结构类型有块状结构、镶嵌结构、碎裂结构、层状结构、层状碎裂结构、散体结构。

　　块状结构岩体，整体强度较高，在动力作用下的变形特征接近于均质弹性体．受到震动一般不会发生失稳破坏；对于镶嵌结构岩体，地震或其他扰动时可能会造成局部的崩塌和落石，但不会造成大规模的失稳；碎裂结构岩体的地震或其他扰动时反应比较强烈，强烈的地震会导致碎裂结构岩体松动，造成大量的崩塌、落石以及小规模的滑动；层状结构的岩体受层面的控制，在地震或其他扰动作用下可能沿层面产生滑动；而对于散体结构的边坡，在地震或其他扰动作用下，不仅产生大量的崩塌和滑塌，而且有可能导致大规模滑坡和流滑。土质边坡可以看成散体结构，在地震或其他扰动时将会产生大量的变形、滑塌、滑坡和流滑。

　　1.2 岩性组合的影响

　　岩性对边坡的影响主要反映为不同岩性的边坡产生滑坡的程度不同。

　　由粘土、泥岩、页岩、泥灰岩以及它们的变质岩如片岩、板岩、千枚岩组成的岩体，或由上述软岩与一些硬岩互层组成的岩体，或由某些岩性软弱、易风化的岩浆岩（如凝灰岩）组成的岩体具有抗风化性差、风化产物中含有较多的粘性、泥质颗粒，具有很高的亲水性、膨胀性、崩解性等特征。这些地层的软岩及其风化产物一般抗剪性能差，遇水湿润后即产生表层软化和泥化，形成很薄的粘粒层，抗剪强度极低。由于岩性、颗粒成分和矿物成分的差异，导致水文地质条件的差异。细颗粒的泥质、粘土质软层既是吸水层，又是相对的隔水层，在干湿交替的情况下粘土成分的高收缩性，使岩土体中裂隙迅速发生并扩大，各种地表水很容易渗入坡体。

　　上述这些特点容易导致滑坡的发育。通常把这类很容易发生滑坡的地层称为“易滑地层” 。易滑地层不仅本身容易发生滑坡，而且它们的风化碎屑产物也极易滑动，甚至覆盖

　　在它们之上的外来堆积层（冲积层、洪积层等）也容易发生沿着“易滑地层” 或其风化碎屑物顶面滑动。根据调查研究，90％以上的滑坡产生在各种松散堆积中，岩石滑坡较少。应特别注意新黄土、高灵敏度的粘土和饱水松散粉细砂层的动力响应。

　　1.3 地形地貌的影响

　　边坡的地形地貌条件对边坡动力稳定性的影响表现在地震或其他扰动时和边坡坡形的影响两个方面。前者的影响较后者大。已有的强震观测结果表明，地震动幅值和频谱随地形高度而变化。山顶上震动持续时间显著增长，放大效应显著，并且位移、速度和加速度3个量的放大效应不同 边坡顶部对振动的反应幅值较之边坡底部存在明显的放大现象（垂直向放大），边坡的边缘部位对振动的反应幅值较之内部（处于同一高度上的两点比较）也存在放大现象。已有资料表明边坡的高度对地震响应有重大影响。

　　关于坡角的影响，20度以下50度以上很少发生滑坡，绝大多数滑坡都发生在30度～50度的斜坡上，崩塌多发生于大于3O度的斜坡上，其中以80度～70度的斜坡居多，在80度～ 90度的斜坡上崩塌的数量较少。边坡的坡形对边坡动力稳定性有很大影响。如果将边坡的坡形分为直线坡、凸坡和凹坡3种，直线形的斜坡很少发生崩塌和滑坡，凹坡和凸坡则容易产生崩塌和滑坡，而且都发生在坡度变化点附近，尤以凹坡上发生滑坡和崩塌的几率最高，这与边坡在静力作用下的稳定性有很大区别。在静力作用下，凸坡上发生滑坡的几率高于凹坡。

　　1.4 水文地质条件的影响

　　水文地质条件对边坡稳定性的影响主要表现在地下水位的埋深和边坡中地下水的补、径、排条件两个方面。当地下水埋深较小时，地震或其他扰动会造成孔隙水压力增加及其累积效应，由此引起边坡产生永久位移，当这种永久位移达到一定程度时，可能导致边坡失稳。地下水的补、径、排条件对地震或其他扰动时孔隙水压力的累积有重要的影响。如果地下水的排泄条件畅通，孔隙水压力不容易累积，则对边坡的动力稳定性影响不大；反之，则极易产生滑动。

　　2 边坡地质模型划分

　　边坡工程地质模型的确定是边坡稳定性包括动力稳定性研究的基础。边坡工程地质模型确定的基本依据是边坡的工程地质条件。边坡变形的常见模式有反倾边坡、水平层状上硬下软、水平薄层状软硬相间、水平厚层状软硬相间以及顺倾薄层状结构。归纳起来为反倾边坡、水平层状边坡和顺倾层状边坡。

　　对于边坡的工程地质模型也可归纳为有明显控制性结构面的边坡工程地质模型。前者包括有反倾边坡、水平层状上硬下软、水平薄层状软硬相间、水平厚层状软硬相间以及顺顷薄层状结构。同时包括了滑坡体和基岩与厚覆盖层（风化壳）组成的边坡；后者主要有均质土坡和无明显控制性结构面的岩质边坡。很显然，这两类边坡在动力作用下的变形稳定情况将会有显著差异。

　　2.1 边坡破坏形式

　　根据边坡的工程地质模型，可以确定边坡变形破坏的形式。

　　动荷下，可同时发生整体倾倒和局部相对弯折，且在短期内完成。而静荷下弯曲、倾倒等一般具有蠕变性质。根据岩体结构控制论的观点，边坡的工程地质模型控制了边坡变形破坏的形式。对于受结构面控制的边坡工程地质模型，其变形破坏形式决定于结构面的形态及组合。在动荷载作用下，顺层边坡的变形破坏形式主要表现为顺层面的滑动；反倾向边坡的变形破坏形式主要表现为岩层的倾倒、弯曲和弯折；水平层状边坡则主要在顶部和斜坡面附近的岩层产生拉开、拉裂和层间错动，首先是沿垂直于或斜交于层面的节理、裂隙等软弱部位岩层被拉开，其次是完好的岩层被拉断、开裂并产生层间错动。已经发生破坏的滑坡以及由基岩和厚覆盖层（风化壳）组成的边坡，在动荷载作用下的破坏形式将表现为滑坡体沿滑面或者覆盖层沿基岩顶面的滑动，而且由于孔隙水压力的累积作用可能导致塑性流动和液化流滑。对于那些无明显结构面控制的边坡，在动荷载作用下的变形破坏形式不仅有沿滑面（平面的或者圆弧形）的永久位移，而且必须考虑由于孔隙水压力的累积作用可能导致的塑性流动和液化流滑。对于那些节理裂隙发育，但没有明显控制性结构面发育的岩质边坡，则需要利用空间精测线测量的方法，测量节理裂隙的形状，然后利用赤平极射投影的方法进行统计，作出节理裂隙的极点图和等密图，判读出该边坡发育的节理裂隙优势组数。在此基础上，对边坡的破坏形式可分成下面4种情形进行判断：

　　结构面在极点图上近拟均匀分布，边坡岩体结构近乎散体结构，这种情形下，边坡的可能破坏形式为曲面滑动。

　　只有一组结构面，结构面的倾向与边坡的倾向基本一致．倾角小于边坡角，则边坡的可能破坏形式为平面滑动。若干组结构面，边坡的破坏形式可按J．N ．Mankland的方法进行简单的判断。J．N ．Mankland方法是基于一个简单的破坏条件：结构面组合交线的倾向与边坡面一致，楔形破坏体的组合交线在坡面出露，其倾角小于坡角，结构面的抗剪强度只考虑内摩擦角，认为小于组合交线的倾角时，边坡可能发生楔形体破坏。

　　一组结构面，结构面的倾向与边坡的倾向相反，则边坡可能发生倾倒形式的破坏。

　　3 边坡动力失稳机制探讨

　　地震或其他动力对边坡稳定性的影响表现为累积效应和触发效应两个方面。前者主要表现为地震或其他动力引起边坡岩体结构松动。破裂面、弱面错位和孔隙水压力累积上升等；后者则主要表现为地震或其他动力作用造成边坡中软弱层的触变液化以及使处于临界状态的边坡瞬间失稳。

　　不同的边坡破坏类型，导致边坡动力失稳的主导因素也不同。一般来讲，塑性流动失稳破坏是孔隙水压力的累积作用起主导作用：崩塌型、层体弯折型则是惯性力起决定作用；而对于滑动型破坏则视具体条件而定；对于后发型边坡失稳，则是由于地震或其他动力的累积效应导致边坡岩体力学参数的降低，为后来的外地质营力创造了条件，最终导致了边坡的失稳破坏。