呂義雄

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心甘肅總隊(duì) 甘肅 741000）

0 前言

黃土關(guān)鍵是于第四紀(jì)所形成的，其特性有垂直節(jié)理的發(fā)育、多孔以及具有濕陷性等。黃土在我國分布的面積比較廣，而且厚度也比較大，主要是分布在青藏高原的東部及黃土高原和中原大多數(shù)的地區(qū)，其面積大約為635280km2。從第四紀(jì)開始，地質(zhì)的環(huán)境逐漸脆弱，氣候與生態(tài)環(huán)境也變得愈發(fā)惡劣，而且水土流失的問題較為嚴(yán)重，促使黃土區(qū)域的地表形態(tài)呈現(xiàn)支離破碎及溝壑縱橫等狀況，這使得黃土地區(qū)頻繁出現(xiàn)泥石流和滑坡等自然性的災(zāi)難。

1 影響黃土邊坡穩(wěn)定性的因素分析

1.1 外部的因素

1.1.1 動(dòng)力作用

動(dòng)力（爆破與地震）有可能會(huì)使得邊坡的應(yīng)力發(fā)生瞬時(shí)改變，進(jìn)而對(duì)邊坡穩(wěn)定性造成影響。于動(dòng)力的作用下，黃土邊坡遭受動(dòng)、靜載荷共同的作用。比如地震，因橫、縱波共同的作用導(dǎo)致巖體本來結(jié)構(gòu)面出現(xiàn)改變與損壞。

1.1.2 地貌

黃土邊坡規(guī)模與形態(tài)等地貌方面的因素對(duì)邊坡穩(wěn)定性造成的影響極為明顯，若是邊坡規(guī)模及形態(tài)不利，在坡頂會(huì)出現(xiàn)張應(yīng)力，并且使其產(chǎn)生張裂縫及坡腳有比較強(qiáng)的剪應(yīng)力出現(xiàn)，從而在很大的程度上使得邊坡穩(wěn)定性有所下降。若黃土邊坡與地質(zhì)構(gòu)造的面組合不利，會(huì)使得邊坡的結(jié)構(gòu)面出現(xiàn)失穩(wěn)的情況。

1.1.3 地下水

地下水在多個(gè)方面會(huì)對(duì)黃土邊坡的穩(wěn)定造成影響，比如地下水賦存、流量、補(bǔ)給與動(dòng)態(tài)改變極滲流的條件等。靜水與動(dòng)水的壓力及水沖刷與軟化的作用會(huì)對(duì)黃土邊坡穩(wěn)定性造成影響，其中靜水的壓力是關(guān)鍵的形式，地下水出現(xiàn)的浮力與水平力于滑移面上作用，進(jìn)而影響到黃土邊坡穩(wěn)定性。地下水經(jīng)滲流而出現(xiàn)動(dòng)水的壓力，并對(duì)邊坡的坡體作用使得邊坡滑動(dòng)有所加快。黃土邊坡遭受水流沖刷，致使邊坡的上端支撐逐漸丟失，進(jìn)而導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)問題的出現(xiàn)。坡體不斷的遭受到水流方面的沖刷，最終導(dǎo)致巖土體的抗剪強(qiáng)度有所下降。

1.1.4氣候

地下水關(guān)鍵的補(bǔ)給源就是降雨。氣候的類型不相同，其降雨量存在差異，所以，不相同區(qū)域因降雨量存在差異，就算其它的條件一樣，邊坡穩(wěn)定性同樣會(huì)有所差異。暴雨與長時(shí)間降雨等，通常會(huì)使黃土邊坡出現(xiàn)邊坡沖刷和黃土陷穴，如果黃土陷穴存在于邊坡附近，黃土陷穴的塌方加速邊坡的失穩(wěn)。

1.2 內(nèi)部的因素

1.2.1 黃土構(gòu)成及結(jié)構(gòu)

對(duì)黃土邊坡穩(wěn)定性造成影響的一個(gè)關(guān)鍵因素就是黃土物質(zhì)構(gòu)成。一般黃土粘粒的含量較多，易溶且鹽含量較高的黃土容易出現(xiàn)剝落，比如古土壤層的含粘粒比較多，其在坡面后暴露，由于粘性較大，容易出現(xiàn)風(fēng)化干縮的情況，導(dǎo)致土層的表面出現(xiàn)龜裂，于重力及雨水的作用極易出現(xiàn)脫落掉塊情況。此外，黃土礦物的成分對(duì)其應(yīng)力與應(yīng)變影響也很明顯，若含水量相同，則會(huì)隨著粘粒的含量增加，而黃土往塑性的破壞趨勢(shì)發(fā)展。黃土密實(shí)度、節(jié)理的發(fā)育度與孔隙特性、組合的關(guān)系及黃土斷裂的構(gòu)造等均會(huì)對(duì)邊坡穩(wěn)定性造成影響。

1.2.2 黃土的濕陷性

黃土其具有濕陷性，黃土的濕陷性會(huì)嚴(yán)重的影響到黃土邊坡的穩(wěn)定性，黃土受到一定的壓力作用，被水浸濕以后，結(jié)構(gòu)會(huì)快速的受到破壞而出現(xiàn)明顯附加的沉陷，這是黃土獨(dú)特地質(zhì)的一個(gè)性質(zhì)。黃土出現(xiàn)濕陷最為關(guān)鍵的一個(gè)原因就是具備顯著遇水連結(jié)減弱結(jié)構(gòu)趨向于緊密且對(duì)濕陷有利特殊的成分與結(jié)構(gòu)，黃土濕陷性分成自重與非自重的濕陷這兩個(gè)類型，自重濕陷是黃土在遇到水以后，于其自身自重的作用少二出現(xiàn)沉陷情況。非自重濕陷是黃土在浸水以后，于附加的荷載作用之下而出現(xiàn)附加的沉陷。

1.3 人為的因素

伴隨各類土建工程逐漸發(fā)展，這部分工程對(duì)黃土邊坡造成的影響不斷增多，黃土邊坡改造日漸增多，比如坡頂加載、對(duì)坡腳加以開挖等都會(huì)影響到邊坡穩(wěn)定。坡體表面的植物遭受嚴(yán)重?fù)p壞，坡面的保護(hù)性有所下降，長時(shí)間受到雨水的沖刷與滲入及地下的水位提升都會(huì)對(duì)黃土邊坡穩(wěn)定性造成嚴(yán)重影響。

2 黃土邊坡穩(wěn)定性分析方法

2.1 定性分析

2.1.1 地質(zhì)分析法

按照黃土邊坡的地形地貌形態(tài)及地質(zhì)條件和邊坡變形的破壞等相關(guān)的規(guī)律，對(duì)黃土邊坡演變整個(gè)過程加以追溯，將邊坡穩(wěn)定性總的發(fā)展形勢(shì)與破壞的方式加以預(yù)測(cè)，進(jìn)而評(píng)價(jià)出黃土邊坡穩(wěn)定性，對(duì)已出現(xiàn)過滑坡問題的黃土邊坡，對(duì)其可否轉(zhuǎn)化與復(fù)活加以判定。

2.1.2 圖解法

（1）使用相關(guān)偌謨圖與曲線對(duì)邊坡相關(guān)的參數(shù)間定量的關(guān)系加以表征，從而將黃土邊坡穩(wěn)定性的系數(shù)求算出來，或是已經(jīng)知道了穩(wěn)定的系數(shù)以及別的參數(shù)（坡角與坡高及c、r和結(jié)構(gòu)面的傾角），僅不知道一個(gè)時(shí)，將穩(wěn)定的坡角及極限的坡高求算出來。

（2）使用圖解將黃土邊坡變形破壞邊界的條件求出來，對(duì)軟弱的結(jié)構(gòu)面組合的關(guān)系與滑體形態(tài)及滑動(dòng)的方向加以分析，對(duì)黃土邊坡穩(wěn)定的程度加以評(píng)價(jià)，給力學(xué)的計(jì)算創(chuàng)造出相關(guān)的條件。通常用到的是實(shí)體比例與赤平極射的投影方法。

2.1.3 黃土邊坡穩(wěn)定的專家系統(tǒng)

伴隨科技不斷進(jìn)步，人類研究發(fā)明出了與黃土邊坡工程相關(guān)的數(shù)據(jù)庫，即對(duì)現(xiàn)有多個(gè)自然與人工邊坡的實(shí)例加以搜集的軟件，經(jīng)信息交流及工程類比等，使用人類專家知識(shí)與處理問題方式來對(duì)此領(lǐng)域問題加以解決，經(jīng)智能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)人類專家水準(zhǔn)加以模擬，從而處理分析所遇黃土邊坡穩(wěn)定方面的問題。

2.1.4 工程地質(zhì)類比方法

此方法是當(dāng)前應(yīng)用的較為廣泛定性分析的一個(gè)方法。其經(jīng)工程間加以類比，把已完成邊坡工程的研究經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用至相似邊坡工程的穩(wěn)定分析當(dāng)中。應(yīng)用此法的時(shí)候，應(yīng)確保方法嚴(yán)謹(jǐn)，全方位對(duì)現(xiàn)有邊坡加以調(diào)研，在類比的時(shí)候應(yīng)對(duì)影響到斜坡的穩(wěn)定性因素加以思考，對(duì)比兩者間的不同與相似，經(jīng)分析掌握影響邊坡穩(wěn)定的關(guān)鍵因素及邊坡不同發(fā)展期的相似與不同，然后經(jīng)上述的分析來對(duì)邊坡穩(wěn)定性的情況與發(fā)展的趨勢(shì)加以研究和判斷。

2.2 定量評(píng)價(jià)

2.2.1 極限平衡方法

在工程當(dāng)中運(yùn)用的最廣泛的就是此法，此方法逐步發(fā)展成兩類不相同研究的領(lǐng)域。一類是經(jīng)確定臨界的滑裂面集邊坡滑裂面之上作用力靜力平衡來加以求解。另外一類是假設(shè)邊坡的土體單元都達(dá)至極限平衡的狀態(tài)，經(jīng)相關(guān)簡化的條件，使用特征線法對(duì)其應(yīng)力場(chǎng)加以求解。

2.2.2 數(shù)值分析的方法

（1）有限元方法，此法對(duì)有限的應(yīng)變與復(fù)雜地質(zhì)的條件及其開挖施工當(dāng)中對(duì)邊坡穩(wěn)定造成的影響加以思考。此法不需要假定滑面的部位與形狀，把工程的巖體視作力學(xué)的介質(zhì)，用離散化方式把無限的問題轉(zhuǎn)變成有限問題，求出方程解且對(duì)研究的對(duì)象加以分析。

（2）邊界單元方法，此法是于有限單元法之后發(fā)展而來的一個(gè)方法，此法把微分的方程轉(zhuǎn)變成對(duì)邊界上所定義的積分方程加以研究，然后將其離散化成僅含著邊界結(jié)點(diǎn)未知量代數(shù)的方程，對(duì)此未知的量加以求解，從而把研究范圍內(nèi)的未知量算出來。

（3）離散元的方法（DEM），Cundall于1971年最早提出來了此方法，此法是使用中心差的分法對(duì)動(dòng)態(tài)松弛加以解析求解，是一種顯式的解法，并不需求解大型的矩陣，計(jì)算也比較簡單，主要的特點(diǎn)就是允許各個(gè)離散的塊體發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)與平動(dòng)以及分離，這對(duì)于邊界元與有限元方法所存在的小變形和介質(zhì)連續(xù)的制約缺陷有所彌補(bǔ)。

（4）限元強(qiáng)度折減方法，此方法是經(jīng)不斷對(duì)邊坡巖體的強(qiáng)度加以降低，促使其達(dá)至極限平衡的狀態(tài)，一直到巖體達(dá)到極限破壞的狀態(tài)，能直接獲取邊坡滑動(dòng)面部位及邊坡強(qiáng)度的安全系數(shù)。

3 結(jié)束語

對(duì)邊坡的穩(wěn)定性造成影響的因素較為復(fù)雜，而且有時(shí)于實(shí)際的工作當(dāng)中極難加以判斷，這就需在邊坡的失穩(wěn)因素方面強(qiáng)化勘察和分析且將關(guān)鍵的原因?qū)ふ液头治龀鰜?。與此同時(shí)，應(yīng)按照實(shí)際的狀況應(yīng)用合理邊坡的穩(wěn)定分析方法，給工程制定合理有效的舉措供以理論指導(dǎo)與依據(jù)。