论文部分内容阅读
摘 要： 边坡稳定性分析及评价是边坡治理的关键。本文分别对土质边坡和岩质边坡进行了变形主要影响因素及破坏模式分析、稳定性分析及评价。
关键词： 破坏模式； 计算方法； 稳定性
1. 边坡基本情况
边坡所属地貌为剥蚀残丘，坡面表土已基本剥离，微地貌单元为陡坡或陡崖。
边坡高度5m～10m，宽度70m～80m，坡度50°～65°，边坡走向总体呈北东向（方位角约70°），边坡西側为土质边坡，东侧为岩质边坡。东侧边坡坡面岩体节理裂隙发育，存在较多不稳定楔形体和块石，易发生崩塌。
2. 地质环境条件
2.1 边坡岩土工程性质
边坡岩土层情况较为简单，上部为0.5m～1.5m的坡残积覆盖层，厚度薄，坡体岩土层主要为燕山期二次侵入的黑云母二长花岗岩（γ52-3）。
边坡东西两侧坡高一般约5m，中部坡高一般约8m～10m，坡面坡度一般呈上缓下陡状，边坡下部陡峭（坡度60°～65°），上部稍缓（坡度50°～60°），总体坡度一般50°～65°。边坡坡体主要为全—强风化的花岗岩，上部分布薄层坡残积成因的砾质黏性土层，边坡坡面发育灌草植被。
2.2 水文地质条件
根据现场调查及区域地质资料，边坡坡脚位于当地侵蚀基准面以上，边坡区汇水面积约0.4km2，地势起伏较大，地表径流经东侧坡脚地势低洼区域排出场外，周边无地表水体分布。场地第四系松散层较薄，地下水主要为基岩风化裂隙和构造裂隙水。
2.3 地震
珠海市抗震设防烈度为Ⅶ度，设计基本地震加速度为0.10g，设计地震分组为第二组，设计地震特征周期为0.40s。
3. 边坡稳定性分析及评价
3.1 边坡变形主要影响因素及破坏模式分析
边坡稳定性影响因素有诸多方面，就该边坡而言，其稳定性影响因素主要有：边坡形态、边坡高度及坡度、边坡的物质组成结构特征、汇水条件及面积、地层岩性、岩土体工程地质特性、降雨、人类工程活动等。
该边坡为前期开挖山体形成，坡面凹凸不平，坡面裸露无支挡；边坡坡度陡，高度较大，局部呈陡崖状；坡顶地势为顺向坡，汇水条件较好，无坡顶截水沟或其他地表排水系统，在长期的风化及雨水冲刷侵蚀下，其物理力学性质持续变差；边坡地处珠江三角洲地区，每年4月～10月为雨季，降雨量充沛。以上均为影响该边坡稳定性的不利因素。
（1）土质边坡破坏模式分析
土质边坡区段由于边坡较高较陡，坡面水土流失较严重，岩性主要为砾质黏性土及全～强风化花岗岩，岩土体结构松散，在强降雨以及地震作用下发生崩塌或滑坡的可能性较大；根据现场地质调查及坑/槽探揭露显示，坡面覆盖层较薄，边坡基岩面较陡，在雨水的浸润下覆盖层及软弱结构面的抗剪强度等物理力学性质明显变差，且雨水进入基岩面或软弱结构面后形成孔隙水压力，故在强降雨作用下坡面发生沿软弱结构面滑动的可能性较大。
（2）岩质边坡破坏模式分析
岩质边坡区段以中风化花岗岩为主，岩体类别为Ⅲ类，岩体节理裂隙较发育，岩质边坡变形主要受不良结构面所控制，总是沿低强度的结构面（层面、片理面、节理面及断层面等）发生。边坡上任何一块岩体，要想变形移动，必须脱离周围岩体，不但要有底部滑动面，而且要有后方及左右两侧的分割面。在基岩斜坡上，这些滑动面和分割面一般都是由各种不利结构面构成。不利结构面对边坡稳定性的影响主要取决于结构面产状与边坡产状的几何关系、结构面的性质、结构面的发育程度以及结构面的组合关系。根据野外调查与类比可知，该边坡岩质部分整体处于稳定状态，其破坏模式主要以浅表层岩土体滑移或节理切割的块体崩塌和风化剥落与掉块为主。
3.2 土质边坡稳定性计算与评价
（1）计算方法
土质边坡稳定性分析采用理正岩土6.0，采用圆弧滑动法计算稳定系数Ks，边坡稳定性系数可按下式计算：
式中：Ks—边坡稳定性系数；
ci—第i计算条块滑动面上岩土体的黏结强度标准值（kPa）；
φi—第i计算条块滑动面上岩土体的内摩擦角标准值（°）；
ιi—第i计算条块滑动面长度（m）；
θi、αi—第i计算条块底面倾角和地下水位面倾角（°）；
Gi—第i计算条块单位宽度岩土体自重（kN/m）；
Gbi—第i计算条块滑体地表建筑物的单位宽度自重（kN/m）；
Pwi—第i计算条块单位宽度的动水压力（kN/m）；
Ni—第i计算条块滑体在滑动面法线上的反力（kN/m）；
Ti—第i计算条块滑体在滑动面切线上的反力（kN/m）；
Ri—第i计算条块滑动面上的抗滑力（kN/m）。
（2）计算工况及参数选取
计算工况为饱和+地震工况。本边坡的安全等级为二级，规范要求其稳定安全系数不小于1.10。计算参数详见表1、表2。
（3）计算结果与稳定性评价
经计算，边坡在地震+饱和工况下安全系数Fs为0.930～1.031。表明边坡在浸水饱和状态和地震工况下均处于不稳定—欠稳定状态。经现场调查，边坡坡脚仍有少量崩塌（滑坡）堆积物，说明该边坡曾经发生过小规模崩塌（滑坡），计算结果与实际调查情况基本一致。
3.3 岩质边坡稳定性计算与评价
（1）计算方法
赤平投影分析法采用岩石边坡楔形破坏判断准则，即基于一个最简单的破坏条件：组合交线的倾向与坡面一致，楔形破坏体的组合交线在边坡面出露，其倾角小于坡角，不连续面的抗剪强度只考虑摩擦角，认为小于组合交线的倾角时，便发生破坏。其数学表达式（参见图1）为（式中：表示边坡坡角；表示组合交线倾角；表示不连续面的内摩擦角）。
利用赤平极射投影图可以初步判断边坡的稳定性：
①当结构面或结构面交线的倾向与坡面倾向相反时，即岩层倾向坡内。这种边坡为稳定结构，有时有崩塌发生，而崩塌（滑坡）的可能性小。②当结构面或结构面交线的倾向与坡面倾向基本一致但倾角大于坡角时，边坡为基本稳定结构。③当结构面或结构面交线的倾向与坡面倾向之间夹角小于45°且倾角小于坡角时，边坡为不稳定结构。三维楔形体稳定性分析在赤平投影分析加入了岩体重度、地震力、节理裂隙面黏聚力及内摩擦角等影响因素进行定量计算，通过比较总下滑力与有效反力的关系确定安全系数。
（2）计算结果与稳定性评价
边坡坡面与岩体裂隙面夹角为13.8°～62.3°，第一组节理裂隙面是坡面的主要控制结构面，第二组结构面组合属大角度相交。边坡沿裂隙面出现整体滑移的可能性较小，其破坏模式主要在于边坡坡面松散岩土体脱离母体形成崩滑落和以浅表层岩土体滑移为主。
参考文献：
[1] 广东省地质矿产局. 广东省区域地质志[M]. 地质出版社， 1988.
[2] GB18306-2015， 中国地震动参数区划图[S].
[3] GB50330-2013， 建筑边坡工程技术规范[S].
[4] 刘宏磊， 刘玉娟， 刘占敏，等. 矸石山边坡稳定特征的FLAC3D数值模拟分析[J]. 西部资源， 2013（4）：92-94.
关键词： 破坏模式； 计算方法； 稳定性
1. 边坡基本情况
边坡所属地貌为剥蚀残丘，坡面表土已基本剥离，微地貌单元为陡坡或陡崖。
边坡高度5m～10m，宽度70m～80m，坡度50°～65°，边坡走向总体呈北东向（方位角约70°），边坡西側为土质边坡，东侧为岩质边坡。东侧边坡坡面岩体节理裂隙发育，存在较多不稳定楔形体和块石，易发生崩塌。
2. 地质环境条件
2.1 边坡岩土工程性质
边坡岩土层情况较为简单，上部为0.5m～1.5m的坡残积覆盖层，厚度薄，坡体岩土层主要为燕山期二次侵入的黑云母二长花岗岩（γ52-3）。
边坡东西两侧坡高一般约5m，中部坡高一般约8m～10m，坡面坡度一般呈上缓下陡状，边坡下部陡峭（坡度60°～65°），上部稍缓（坡度50°～60°），总体坡度一般50°～65°。边坡坡体主要为全—强风化的花岗岩，上部分布薄层坡残积成因的砾质黏性土层，边坡坡面发育灌草植被。
2.2 水文地质条件
根据现场调查及区域地质资料，边坡坡脚位于当地侵蚀基准面以上，边坡区汇水面积约0.4km2，地势起伏较大，地表径流经东侧坡脚地势低洼区域排出场外，周边无地表水体分布。场地第四系松散层较薄，地下水主要为基岩风化裂隙和构造裂隙水。
2.3 地震
珠海市抗震设防烈度为Ⅶ度，设计基本地震加速度为0.10g，设计地震分组为第二组，设计地震特征周期为0.40s。
3. 边坡稳定性分析及评价
3.1 边坡变形主要影响因素及破坏模式分析
边坡稳定性影响因素有诸多方面，就该边坡而言，其稳定性影响因素主要有：边坡形态、边坡高度及坡度、边坡的物质组成结构特征、汇水条件及面积、地层岩性、岩土体工程地质特性、降雨、人类工程活动等。
该边坡为前期开挖山体形成，坡面凹凸不平，坡面裸露无支挡；边坡坡度陡，高度较大，局部呈陡崖状；坡顶地势为顺向坡，汇水条件较好，无坡顶截水沟或其他地表排水系统，在长期的风化及雨水冲刷侵蚀下，其物理力学性质持续变差；边坡地处珠江三角洲地区，每年4月～10月为雨季，降雨量充沛。以上均为影响该边坡稳定性的不利因素。
（1）土质边坡破坏模式分析
土质边坡区段由于边坡较高较陡，坡面水土流失较严重，岩性主要为砾质黏性土及全～强风化花岗岩，岩土体结构松散，在强降雨以及地震作用下发生崩塌或滑坡的可能性较大；根据现场地质调查及坑/槽探揭露显示，坡面覆盖层较薄，边坡基岩面较陡，在雨水的浸润下覆盖层及软弱结构面的抗剪强度等物理力学性质明显变差，且雨水进入基岩面或软弱结构面后形成孔隙水压力，故在强降雨作用下坡面发生沿软弱结构面滑动的可能性较大。
（2）岩质边坡破坏模式分析
岩质边坡区段以中风化花岗岩为主，岩体类别为Ⅲ类，岩体节理裂隙较发育，岩质边坡变形主要受不良结构面所控制，总是沿低强度的结构面（层面、片理面、节理面及断层面等）发生。边坡上任何一块岩体，要想变形移动，必须脱离周围岩体，不但要有底部滑动面，而且要有后方及左右两侧的分割面。在基岩斜坡上，这些滑动面和分割面一般都是由各种不利结构面构成。不利结构面对边坡稳定性的影响主要取决于结构面产状与边坡产状的几何关系、结构面的性质、结构面的发育程度以及结构面的组合关系。根据野外调查与类比可知，该边坡岩质部分整体处于稳定状态，其破坏模式主要以浅表层岩土体滑移或节理切割的块体崩塌和风化剥落与掉块为主。
3.2 土质边坡稳定性计算与评价
（1）计算方法
土质边坡稳定性分析采用理正岩土6.0，采用圆弧滑动法计算稳定系数Ks，边坡稳定性系数可按下式计算：
式中：Ks—边坡稳定性系数；
ci—第i计算条块滑动面上岩土体的黏结强度标准值（kPa）；
φi—第i计算条块滑动面上岩土体的内摩擦角标准值（°）；
ιi—第i计算条块滑动面长度（m）；
θi、αi—第i计算条块底面倾角和地下水位面倾角（°）；
Gi—第i计算条块单位宽度岩土体自重（kN/m）；
Gbi—第i计算条块滑体地表建筑物的单位宽度自重（kN/m）；
Pwi—第i计算条块单位宽度的动水压力（kN/m）；
Ni—第i计算条块滑体在滑动面法线上的反力（kN/m）；
Ti—第i计算条块滑体在滑动面切线上的反力（kN/m）；
Ri—第i计算条块滑动面上的抗滑力（kN/m）。
（2）计算工况及参数选取
计算工况为饱和+地震工况。本边坡的安全等级为二级，规范要求其稳定安全系数不小于1.10。计算参数详见表1、表2。
（3）计算结果与稳定性评价
经计算，边坡在地震+饱和工况下安全系数Fs为0.930～1.031。表明边坡在浸水饱和状态和地震工况下均处于不稳定—欠稳定状态。经现场调查，边坡坡脚仍有少量崩塌（滑坡）堆积物，说明该边坡曾经发生过小规模崩塌（滑坡），计算结果与实际调查情况基本一致。
3.3 岩质边坡稳定性计算与评价
（1）计算方法
赤平投影分析法采用岩石边坡楔形破坏判断准则，即基于一个最简单的破坏条件：组合交线的倾向与坡面一致，楔形破坏体的组合交线在边坡面出露，其倾角小于坡角，不连续面的抗剪强度只考虑摩擦角，认为小于组合交线的倾角时，便发生破坏。其数学表达式（参见图1）为（式中：表示边坡坡角；表示组合交线倾角；表示不连续面的内摩擦角）。
利用赤平极射投影图可以初步判断边坡的稳定性：
①当结构面或结构面交线的倾向与坡面倾向相反时，即岩层倾向坡内。这种边坡为稳定结构，有时有崩塌发生，而崩塌（滑坡）的可能性小。②当结构面或结构面交线的倾向与坡面倾向基本一致但倾角大于坡角时，边坡为基本稳定结构。③当结构面或结构面交线的倾向与坡面倾向之间夹角小于45°且倾角小于坡角时，边坡为不稳定结构。三维楔形体稳定性分析在赤平投影分析加入了岩体重度、地震力、节理裂隙面黏聚力及内摩擦角等影响因素进行定量计算，通过比较总下滑力与有效反力的关系确定安全系数。
（2）计算结果与稳定性评价
边坡坡面与岩体裂隙面夹角为13.8°～62.3°，第一组节理裂隙面是坡面的主要控制结构面，第二组结构面组合属大角度相交。边坡沿裂隙面出现整体滑移的可能性较小，其破坏模式主要在于边坡坡面松散岩土体脱离母体形成崩滑落和以浅表层岩土体滑移为主。
参考文献：
[1] 广东省地质矿产局. 广东省区域地质志[M]. 地质出版社， 1988.
[2] GB18306-2015， 中国地震动参数区划图[S].
[3] GB50330-2013， 建筑边坡工程技术规范[S].
[4] 刘宏磊， 刘玉娟， 刘占敏，等. 矸石山边坡稳定特征的FLAC3D数值模拟分析[J]. 西部资源， 2013（4）：92-94.