王強　馮濤

摘 要：邊坡包括天然斜坡和人工開挖的邊坡，自然界中的山坡、谷壁、河岸等各種斜坡的形成，是地質(zhì)營力作用的結(jié)果，人類工程活動也經(jīng)常開挖出大量的人工邊坡，如路塹邊坡，運河渠道、船閘、溢洪道邊坡，房屋基坑邊坡和露天礦坑的邊坡等，文章將對影響巖土邊坡穩(wěn)定的因素及應力分布特征進行分析，指導水利水電工程邊坡的設(shè)計與施工。

關(guān)鍵詞：臨空面；失穩(wěn)破壞；邊坡穩(wěn)定；應力分布

1 邊坡穩(wěn)定的基本分析方法

水利水電工程中邊坡的穩(wěn)定問題，水庫庫岸邊坡的垮塌問題，是水利工程設(shè)計中充分論證的問題。對邊坡的穩(wěn)定性進行分析，目的在于查明過程地段天然邊坡是否可能產(chǎn)生危害性的變形與破壞，論證其變形與破壞的形式、方向和規(guī)模；并事先采取防治措施，減輕地質(zhì)災害，采取經(jīng)濟合理的工程措施使人工邊坡的設(shè)計達到安全、經(jīng)濟的目的，以保證邊坡在工程運營期間不致發(fā)生危害性的變形和破壞。

邊坡工程地質(zhì)研究的目的是查明邊坡基本工程地質(zhì)條件，評價和預測其穩(wěn)定性，提出相應有效的防治措施。在邊坡工程地質(zhì)研究中，應對邊坡穩(wěn)定性做專門評價。邊坡穩(wěn)定性的評價方法可歸納為三種：一是工程地質(zhì)分析法；二是理論計算法，包括公式計算法、圖解法以及數(shù)值分析法；三是試驗及觀測方法。前兩種方法應用很普遍，第三種一般用在大型或者重要的水利工程之中，當然，這些方法是互為補充和共同采用的。

2 影響巖土邊坡穩(wěn)定的因素

2.1 構(gòu)成巖體的巖石性質(zhì)

各類巖石的物理力學性質(zhì)不同，所以影響邊坡巖體的穩(wěn)定性及所能維持巖體穩(wěn)定最大坡角的程度也不同。

火成巖（巖漿巖）一般巖土性均一，力學指標較高，新鮮完善者均能使邊坡保持陡立并處于穩(wěn)定狀態(tài)。但其中流紋巖和玄武巖常因原生節(jié)理發(fā)育而影響邊坡穩(wěn)定。凝灰?guī)r則因易風化或有夾層存在而對邊坡穩(wěn)定不利。

水成巖（沉積巖）中一般厚層且含硅質(zhì)較多的砂巖、礫巖、石灰?guī)r等的邊坡穩(wěn)定性較好，而含黏土礦物成分多的黏土巖、頁巖、泥灰?guī)r等，常發(fā)生邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象。

變質(zhì)巖中片麻巖、石英巖等堅硬巖石均較穩(wěn)定，而云母片巖、綠泥石片巖、千枚巖、板巖等穩(wěn)定性較差。在絹云母片巖、滑石片巖中還常見到蠕變現(xiàn)象。

2.2 巖體的結(jié)構(gòu)特征

巖土邊坡的失穩(wěn)破壞多數(shù)是沿各種軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)生，此外在河谷邊坡上，有時兩側(cè)被沖溝切割而形成三面臨空的巖體時，則常由一組傾向河床的軟弱結(jié)構(gòu)面稱為滑動面。

2.3 風化作用活躍的程度

風化作用活躍的地方：一是在坡體中溫度和濕度變化頻繁的部位，如坡面附近的濕度變化帶、高寒地區(qū)的晝夜或季節(jié)凍融帶、地下水位季節(jié)變動等；二是坡體中抗風化能力相對薄弱的部位。在寒冷地區(qū)，坡面附近溫度晝夜的變化，常使?jié)B入裂隙中的水反復凍融，從而擴展裂隙，使巖體碎裂，成為可能發(fā)生滑塌式滑坡的重要因素。風化作用沿易風化巖石或斷裂破碎深入坡體、造成風化夾層或囊狀風化帶，它們常是導致斜坡變形破壞的主導原因。

2.4 地下水的作用

坡體中發(fā)育有強烈溶蝕，滲透變形或泥化作用等地下水作用的活動帶時，這些部位常成為導致邊坡變形破壞的控制帶。邊坡在風化過程中，由于強風化層和殘積土層的透水性能差，因而在強弱風化帶接觸部位可形成一個承壓的地下水活躍帶，具有較高孔隙水壓力，常常加大了在此軟弱結(jié)構(gòu)面的下滑力而導致坡體的下滑。

2.5 人為因素

在邊坡上部修建工程，一般增加了變形體的荷載，也增加了變形體的滑動力；在邊坡巖體內(nèi)或附近進行爆破，往往有與地震相似的影響，成為觸發(fā)邊坡破壞的誘因；在邊坡巖體坡腳處開挖，會使變形體的抗滑力削弱，而造成變形體的失穩(wěn)。

3 邊坡應力分布特征及結(jié)論

邊坡的變形與破壞，決定于坡體中的應力分布和巖土體的強度特點。了解坡體中的應力分布特征，對認識邊坡變形與破壞機制很有必要，對正確評價邊坡穩(wěn)定，制定切合實際的設(shè)計和整治方案有指導意義。

邊坡開挖以后，上部巖體一部分被挖掉，由于卸荷作用，使巖體內(nèi)的應力重新調(diào)整，從而出現(xiàn)應力重分布的現(xiàn)象。在靠近邊坡坡面附近，最大主應力方向近于平行臨空面。在陡峻邊坡的坡面和坡頂則會出現(xiàn)拉應力，并形成拉應力帶。在坡腳附近形成剪應力集中帶，愈近坡腳應力集中程度愈高。邊坡應力分布特征主要與坡腳的坡形密切相關(guān)。通常，邊坡的坡形是指坡橫斷面的現(xiàn)狀。邊坡的坡形主要有直線坡，即一坡到頂型；折線形，就是下陡上緩型或者上陡下緩型邊坡；還有臺階坡型，因此在不同坡形的邊坡中，應力分布特征圖也區(qū)分為這三種類型。理論分析和實際調(diào)查表明，邊坡坡腳處集中應力可能導致邊坡的剪切破壞，邊坡坡頂?shù)睦瓘垍^(qū)可能引起平行坡面的拉張裂縫，因此，應力集中區(qū)和拉張區(qū)的分布是邊坡分析中最值得注意的問題。

不論邊坡采用何種坡形，其坡腳的應力狀態(tài)是邊坡研究設(shè)計的重點。但邊坡不同，各自的應力狀態(tài)不同。直線坡的應力集中區(qū)在坡腳處。折線坡有兩個重點應力區(qū)：坡腳和變坡點。當坡形為下陡、上緩時，坡腳是應力集中區(qū)，變坡點是拉張區(qū)；當坡形為上陡、下緩時，應力集中區(qū)在變坡點，消除了坡腳的應力集中。同時由于應力集中點向坡頂上移，降低了它的埋深，使集中的應力值下降，對邊坡穩(wěn)定有利。但是當坡腳需要防護時，在坡腰處修建支擋防護工程是不方便的，也給下部緩坡增加了額外荷載，所以，在實際工程中不宜采用這種坡形。

臺階坡的應力狀態(tài)表現(xiàn)為臺階上、下坡腳的集中應力和平臺坡頂?shù)睦瓘?。雖然平臺的設(shè)置降低并分散了應力在坡腳的集中，改善了邊坡力學特征。但是在平臺處，由于平臺后緣的剪切和平臺前緣的拉張互相交叉，使該處的應力分布十分復雜，容易產(chǎn)生破壞。因此，要求平臺應達到一定寬度。

參考文獻

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