張少軒

（成都理工大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院， 四川 成都 610059）

0 前言

邊坡是由人工形成或者自然形成的斜坡，在建設(shè)工程活動中是最為基本的地質(zhì)環(huán)境，同時也是建設(shè)工程最為常見的工程形式。邊坡滑坡崩塌作為全球三大地質(zhì)災(zāi)害之一，將嚴(yán)重危害到生命及財產(chǎn)安全。邊坡滑坡崩塌即為邊坡失穩(wěn)的主要表現(xiàn)形式，而影響邊坡穩(wěn)定性的因素較多，同時各種因素之間存在著復(fù)雜性、不確定性及相互影響性，例如邊坡土質(zhì)情況、巖土體結(jié)構(gòu)面、地下水等等。

1 邊坡穩(wěn)定性影響因素

1.1 內(nèi)在因素

邊坡土質(zhì)類型，邊坡根據(jù)土質(zhì)類型分為粘性土邊坡、軟土邊坡及砂性土邊坡，不同類型的邊坡所導(dǎo)致的失穩(wěn)類型都是存在差異的；地質(zhì)構(gòu)造，主要表現(xiàn)在不同構(gòu)造的發(fā)育程度、規(guī)模以及充填程度等都是不同的，從而對邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響也是不同的；邊坡形態(tài)，所謂邊坡形態(tài)就是指邊坡的高度、坡度、平面形態(tài)以及邊坡的臨空條件等等，而邊坡形態(tài)對邊坡穩(wěn)定性將產(chǎn)生直接性的影響。一般情況下，邊坡的坡度越陡，則邊坡則更容易失穩(wěn)，而坡度越緩，則穩(wěn)定性越好；坡高越大，則邊坡穩(wěn)定性越差；水文地質(zhì)條件，水文地質(zhì)條件主要包括地下水的賦存、補(bǔ)給、徑流等等。水文地質(zhì)條件的改變將會直接影響地下水的富集程度。邊坡巖體的力學(xué)性質(zhì)受水的影響程度是相對較大的，地下水的富集將會增加邊坡失穩(wěn)的概率，同時導(dǎo)致軟弱夾層與結(jié)構(gòu)面之間的抗剪強(qiáng)度降低，導(dǎo)致孔隙水壓力上升，進(jìn)而使得邊坡滑動面的抗滑能力減小。

1.2 外部因素

自然降水，氣候類型的差異也會影響降水量，所以不同地區(qū)的降水量都是存在區(qū)別的，從而也導(dǎo)致邊坡穩(wěn)定性不同；風(fēng)化作用，風(fēng)化作用對邊坡穩(wěn)定性的影響實(shí)際上是有限的，風(fēng)化作用將會導(dǎo)致邊坡土層的結(jié)構(gòu)面規(guī)模的增大，條件出現(xiàn)惡化；坡體植被同樣也會對邊坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。邊坡植被對邊坡穩(wěn)定性的影響主要是包括水文地質(zhì)效應(yīng)及力學(xué)效應(yīng)兩個方面的原因；人類工程活動對邊坡穩(wěn)定性的影響程度是較為明顯，人類的工程活動對于邊坡穩(wěn)定性實(shí)際上具有兩面性，既是對土體的改造，同時也是一種破壞，不適宜的活動往往會導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)，進(jìn)而出現(xiàn)滑塌事件。

2 邊坡穩(wěn)定性分析方法

2.1 地質(zhì)類比法

所謂工程類比法又稱為工程地質(zhì)擬比法，是一種定性分析的方法，地質(zhì)類比法主要方法包括歷史分析法、邊坡評比法以及因素類比法等等。地質(zhì)類比法最為基礎(chǔ)的工作內(nèi)容即為地質(zhì)勘查，對工程地質(zhì)條件進(jìn)行調(diào)查與分析，例如地形地貌、地層的巖性、地質(zhì)的構(gòu)造等等，若是存在已經(jīng)被破壞的邊坡，則對其破壞現(xiàn)象進(jìn)行調(diào)查，對破壞邊坡發(fā)生的原因、影響因素及破壞規(guī)律等進(jìn)行總結(jié)。同時對地質(zhì)因素的相似性及差異性等內(nèi)容進(jìn)行了解與對比，從而得到穩(wěn)定性因素的分析與評價。

地質(zhì)類比法最大的優(yōu)勢就是能夠綜合考慮影響邊坡穩(wěn)定性的各種因素，快速的對邊坡穩(wěn)定性及其發(fā)展趨勢等內(nèi)容進(jìn)行估計及預(yù)測。但是該方法也會由于檢測條件、檢測經(jīng)驗(yàn)等方面的局限性而出現(xiàn)偏差。地質(zhì)類比法適用于地質(zhì)條件較為復(fù)雜的地區(qū)，若是勘查工作缺乏前期的資料，則一般使用地質(zhì)類比法對邊坡進(jìn)行定性評價。

2.2 極限平衡法

極限平衡法就是指根據(jù)邊坡上的滑體或者滑體分塊的力學(xué)平衡原理來分析邊坡在不同破壞模式下所表現(xiàn)出的受力情況，同時根據(jù)邊坡上滑體的抗滑力與下滑力之間的關(guān)系來判斷邊坡的穩(wěn)定性。極限平衡法作為邊坡穩(wěn)定性分析的主要方法之一，在實(shí)際工程實(shí)踐中也得到了廣泛的應(yīng)用。

（1）瑞典條分法

瑞典條分法需要進(jìn)行基本的假設(shè)，假設(shè)A邊坡穩(wěn)定為平面應(yīng)變問題，而B滑動面為圓弧，C計算圓弧面的安全系數(shù)時，需要將條塊重量向滑動面進(jìn)行分解從而得到法向力。瑞典條分法計算原理如圖1。

圖1 瑞典條分法計算原理

瑞典條分法由于不考慮條間力的作用，所以僅僅能夠滿足滑動體之間的力矩平衡條件，因此產(chǎn)生的誤差導(dǎo)致安全系數(shù)相對較低。一般瑞典條分法在未給出應(yīng)力作用下的結(jié)構(gòu)圖像的條件下，仍然可以對邊坡的穩(wěn)定性做出精確的評價，能夠很好的分析邊坡強(qiáng)度參數(shù)。但是該方法需要提前了解到滑動面的大致形狀以及位置，這是其有效應(yīng)用的局限性。

（2）改進(jìn)的條分法

由于瑞典條分法存在一定的局限性，因粗在瑞典條分法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，得到了諸多條分法的改進(jìn)計算方法，例如 Bishop條分法、Sarma條分法、斯賓塞法、傳遞系數(shù)法等等。其中Bishop條分法是假設(shè)滑動面的形狀為滑裂圓弧面，并且條塊之間僅有水平作用力，而不存在垂向作用力，也就是說條塊在滑動的過程中不存在垂向的運(yùn)動趨勢。與瑞典條分法相比安全系數(shù)精度更高；Sarma條分法作為極限平衡法的最新發(fā)展結(jié)果，認(rèn)為邊坡巖體除非是沿著一個理想的平面滑動，才可看做是一個完整的剛體運(yùn)功，否則就應(yīng)該先破裂成為多個可相對滑動的塊體。該方法能夠適用于各種形狀的滑動面進(jìn)行邊坡分析，并且根據(jù)巖體實(shí)際存在層面、斷層等劃分條塊，但是不要求條塊必須要保持垂直，通過該方法計算得到的結(jié)果與實(shí)際值相近。

2.3 邊坡可靠性分析法

邊坡工程中是以巖體作為工程材料的一種工程結(jié)構(gòu)，由于組成及結(jié)構(gòu)上的區(qū)別，導(dǎo)致邊坡存在不均勻性，對于天然邊坡而言更是如此。構(gòu)成邊坡的地質(zhì)在經(jīng)受長期循環(huán)的地質(zhì)作用影響之下，同時由于作用強(qiáng)度不一，導(dǎo)致邊坡工程的地質(zhì)性質(zhì)有著非常大差異。當(dāng)前，邊坡可靠度分析所采取的方法主要為可靠指標(biāo)法、蒙特卡洛模擬法以及統(tǒng)計矩法等等，通過對邊坡可靠性的準(zhǔn)確分析將能夠在很大程度上提高對邊坡穩(wěn)定性的監(jiān)控，從而采取相應(yīng)的改進(jìn)對策。

2.4 數(shù)值分析法

數(shù)值分析法是隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展而出現(xiàn)的，數(shù)值分析法在非均質(zhì)、非線性及復(fù)雜邊坡分析中起到了關(guān)鍵作用，利用計算機(jī)技術(shù)處理而獲得巖體應(yīng)力應(yīng)變的關(guān)系，并且能夠通過模擬土方工程的施工、支護(hù)工程施工及地下水滲流等情況，來分析巖體與支護(hù)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。數(shù)值分析法中常用的方法包括有限元法、邊界元法、離散單元法等等。不同計算方法所適用的條件都有所差別，例如邊界元法就是適用于小變形均質(zhì)的連續(xù)介質(zhì)情況，有限元法能夠?qū)⑦B續(xù)的系統(tǒng)進(jìn)行分割，從而在每個單元找到一個近似解，之后再將所有單元合并成一個系統(tǒng)做最后的統(tǒng)計分析，這種情況適用于范圍較大的情況。

3 結(jié)束語

影響邊坡穩(wěn)定性的因素包括外部因素及內(nèi)部因素，在本文中對邊坡影響因素進(jìn)行了總結(jié)分析，并且提出了穩(wěn)定性分析方法，從而實(shí)現(xiàn)對邊坡穩(wěn)定性的實(shí)時監(jiān)控與科學(xué)管理，避免出現(xiàn)坍塌、滑坡等嚴(yán)重事故。

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