【文章內(nèi)容簡介】 順層邊坡的定義及其地質(zhì)特點 順層邊坡的定義要研究順層邊坡的穩(wěn)定性，我們先要了解什么是邊坡。邊坡是自然或人工形成的斜坡，是人類工程活動中最基本的地質(zhì)環(huán)境之一，也是工程建設(shè)中最常見的工程形式。在實際工程中，為滿足不同工程用途的需要，邊坡設(shè)計形態(tài)多種多樣，邊坡的分類通常有以下幾種：（1）按照邊坡的成因可分為天然邊坡和人工邊坡。天然邊坡是自然形成的山坡和江河湖海的岸坡。（2）按照構(gòu)成邊坡坡體的巖土性質(zhì)可分為粘性土類邊坡、碎石類邊坡、黃土類邊坡和巖石類邊坡。（3）按照邊坡的穩(wěn)定性程度可分為穩(wěn)定性邊坡、基本穩(wěn)定邊坡、欠穩(wěn)定邊坡和不穩(wěn)定邊坡。這種分類方法一般根據(jù)邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)的大小進行劃分，但無嚴格的規(guī)定。（4）按照邊坡的高度分類，邊坡高度大于15m稱為高邊坡，小于15m稱為一般邊坡。（5）根據(jù)邊坡的斷面形式可分為直立式邊坡、傾斜式邊坡和臺階形邊坡。（6）根據(jù)使用年限分為臨時性邊坡和永久性邊坡。臨時性邊坡是指工作年限不超過兩年的邊坡；永久性邊坡是指工作年限超過兩年的邊坡。而順層邊坡則是根據(jù)邊坡巖體走向與坡面走向之間的關(guān)系進行劃分的。順層巖質(zhì)邊坡是指巖層走向與邊坡走向一致、巖層傾向與邊坡坡向相同的層狀結(jié)構(gòu)巖體邊坡。 順層邊坡的地質(zhì)特點在眾多的邊坡工程中，順層邊坡是最易失穩(wěn)，而且失穩(wěn)后危害又較大的一類邊坡，其根本原因主要是其特有的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征。我們常將實際工程中，坡面走向與巖層走向夾角小于20176。，且傾向接近的一類邊坡稱為順層邊坡。由于這種特殊的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，順層邊坡的失穩(wěn)破壞主要是坡體沿著某一個最不利的剪切面，向著邊坡面方向滑動的。因為邊坡工程往往是采礦工程、水庫水壩工程、公路隧道工程的附屬工程，資金投入少，分析方法不易過于復(fù)雜，因此目前巖體工程界主要應(yīng)用剛體極限平衡法分析邊坡的穩(wěn)定性問題，其中參數(shù)，φ值的選取成為穩(wěn)定性分析成敗的關(guān)鍵。若邊坡巖體各向同性，即，φ值為常數(shù)，則可以根據(jù)坡角、坡高、坡面堆載這三個因素直接確定剪切滑動面的位置和方向。而對于各向異性的層狀巖體邊坡則不同，其，φ值隨著方向變化而改變。為了正確描述這種各向異性的層狀巖體邊坡的破壞模式，可采用MohrCoulomb準則進行分析，其表達式為：|τ| = c（θ） + σtanφ（θ），需要強調(diào)的是，公式中的凝聚力和內(nèi)摩擦角不是常數(shù)，而是滑動面相對于最大主應(yīng)力方向的方位角θ的函數(shù)。因此在分析邊坡的穩(wěn)定性時，不僅要以坡角、坡高、坡面堆載這三個因素為主，而且要考慮，φ值取值對滑動面位置的影響。對于順層邊坡而言，由于其坡面走向與巖層走向夾角小于20176。，且傾向接近這一地質(zhì)特點，結(jié)構(gòu)面的強度就成為影響邊坡穩(wěn)定性的決定因素。研究順層邊坡時，可直接根據(jù)結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀及其相互位置，研究順層邊坡的破壞模式，根據(jù)不同的破壞模式，總結(jié)出常見的順層邊坡的破壞種類，這也是順層邊坡危險因素分析與其他邊坡的不同之處。 順層邊坡的破壞模式和種類 研究破壞模式的意義對順層邊坡的破壞模式進行分析之后，可直接將現(xiàn)場觀測情況與破壞模式進行對應(yīng)，從而有利于判斷滑動結(jié)構(gòu)面位置，這就為監(jiān)控截面的選擇和布點位置及密度提供了寶貴的參考信息，合理的截面數(shù)量和適當?shù)牟键c位置有利于邊坡安全監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計及其優(yōu)化。在眾多順層邊坡防護工程中，大多數(shù)順層邊坡的破壞都是沿巖體的結(jié)構(gòu)面發(fā)生的，因此也就可以根據(jù)順層邊坡的破壞模式，確定結(jié)構(gòu)面的位置和埋深。只需在此易破壞斷面及滑動結(jié)構(gòu)面中選定最危險截面，并在截面上多布點，勤觀測，及時對監(jiān)測信息進行反饋，實行動態(tài)施工，便能極大的提高順層邊坡的安全性。其次，要想完全找出影響順層邊坡穩(wěn)定性的危險因素，就必須對順層邊坡破壞模式進行理論分析。危險因素的確定對于監(jiān)測系統(tǒng)中監(jiān)測對象的選取是十分重要?？梢哉f，順層邊坡破壞模式的研究是順層邊坡安全監(jiān)測及評價的前提。對順層邊坡穩(wěn)定性分析問題的研究，一直是我國巖土工程研究中的重要內(nèi)容。在我國的現(xiàn)代化建設(shè)中，特別是三峽工程、西部大開發(fā)開工建設(shè)以來，出現(xiàn)了大量的巖土邊坡工程，其中不乏順層邊坡。隨著這些工程的開展，邊坡穩(wěn)定性的研究也得到了長足的進步。新世紀到來，隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們對邊坡的認識也不斷深入，近年來對邊坡穩(wěn)定性分析及研究更是取得了一系列的科研成果。然而，由于邊坡內(nèi)部地質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和組成邊坡巖石物質(zhì)的不同（各向異性），邊坡發(fā)生失穩(wěn)并破壞是一種非常復(fù)雜的地質(zhì)災(zāi)害過程。邊坡的破壞模式也就不止一種，邊坡的破壞模式不同也就意味著其存在的滑動面不同。因此對邊坡的幾種破壞模式進行比較分析是進行穩(wěn)定性合理分析的基礎(chǔ)。根據(jù)工程總結(jié)及數(shù)值模擬研究，邊坡的破壞模式主要有四種，分別為平面破壞、楔體破壞、圓弧破壞和傾倒破壞。 平面破壞一般的典型巖質(zhì)邊坡的破壞通常是滑坡體沿著與邊坡傾向大致相近的單一滑動面平面滑動的?；瑒用嫱ǔ槠麦w內(nèi)發(fā)育的構(gòu)造結(jié)構(gòu)面，如巖層層面、層間軟弱夾層、斷層、節(jié)理裂隙。滑動面的傾角一般比邊坡坡度緩，并且滑動面在坡面上出露，切割坡面，使部分滑體臨空。由于植被土體的覆蓋，上部切槽不明顯。在工程實踐中也經(jīng)常會出現(xiàn)由兩個或傾角不同的結(jié)構(gòu)面組成的復(fù)合滑面，這種稱作非典型的平面破壞。 典型的巖質(zhì)邊坡平面滑動破壞經(jīng)過滑動模型分析，發(fā)生平面破壞的條件有四點：（1）滑動面的走向與坡面走向平行或接近平行，其夾角大約在20176。的范圍之內(nèi)；（2）滑動面的傾角小于坡面的傾角；（3）滑動面的傾角大于滑動結(jié)構(gòu)面的內(nèi)摩擦角；（4）巖體兩側(cè)存在相對于滑動僅有很小阻力的解離面，這種解離面通常是滑動體的側(cè)面邊界。也不排除有特殊情況沒有解離面，即滑動破壞發(fā)生在邊坡的突出部位，此時滑動面穿通邊坡，也就自然沒有解離面了。 楔體破壞楔體破壞是在邊坡的四種失穩(wěn)模式中最常見的一種類型，因此楔體破壞對于邊坡失穩(wěn)模式的分析非常重要。通常由兩條或兩條以上的結(jié)構(gòu)面對巖體進行切割而形成楔體。滑動發(fā)生時，滑體（楔體）便沿著這些面滑移，其滑移方向與這些結(jié)構(gòu)面的組合交線方向相同即平行，而且該交線的傾角緩于坡面傾角。其下部出露點可在實地觀測中觀測到。由于滑體沿多個滑動面面滑動，其力學機制復(fù)雜，模型分析難度大。在實際邊坡開挖過程中發(fā)生的楔體破壞多為小塊巖體的剝落現(xiàn)象，巖體體積由幾立方米至幾百立方米不等，由于卸荷作用，邊坡表面巖體松散，層間強度降低，加之坡面起伏不平，極易使小塊巖體具備臨空條件，而發(fā)生楔體破壞。在楔體滑動模式中，影響坡體穩(wěn)定的因素有：滑體自身重力、滑動面的抗剪強度、滑動面上的水壓力和外載荷等。 發(fā)生平面破壞的條件 楔體破壞為進行破壞模式深入研究，需要分析發(fā)生楔體破壞的條件?？蓪⒄唤痪€視為平面破壞模型中的單一滑動面，其他與平面破壞中的情況相同，由此可知楔體破壞的條件與平面破壞條件相似。 發(fā)生楔體破壞的條件 圓弧破壞當坡體為軟弱巖質(zhì)(特別是土質(zhì)邊坡)、巖體節(jié)理異常發(fā)育或已經(jīng)破碎時(如在廢石堆中)時，坡體破壞不是由一個滑動面確定的，滑面往往由許多節(jié)理裂隙構(gòu)成的圓弧式的破壞面。 圓弧破壞發(fā)生圓弧破壞的基本條件：當組成巖體的單個顆粒尺寸與整個邊坡相比很小時，又由于這些顆粒形狀不一，互相之間并不咬合，這些邊坡碎石受到擾動后就會以圓弧形的模式出現(xiàn)破壞，這種活動就像“土”質(zhì)邊坡一樣。這種破壞方式常見于礦石（矸石）堆邊坡。那些由于選礦而產(chǎn)生的磨細物料堆積成的邊坡，即使只堆幾厘米，由于磨料極細，也會出現(xiàn)圓弧形的破壞面。其他，如高度風化的巖體也傾向于這種破壞方式，因此，將露天采礦場周圍的邊坡的破壞方式假定為圓弧破壞進行穩(wěn)定性計算和防護設(shè)計是很合理的。 傾倒破壞傾倒破壞是巖質(zhì)邊坡破壞模式中的又一種主要破壞類型，多見于反向?qū)訝顜r體結(jié)構(gòu)的邊坡中。1976 年Goodman 和Bray 將這種傾倒破壞模式總結(jié)為3 種基本類型，分別為彎曲傾倒破壞（Flexural Toppling)、塊體傾倒破壞（Block Toppling）和塊體彎曲傾倒破壞（Block Flexural Toppling）。Goodman 和Bray 認為傾倒多發(fā)生于非常發(fā)育的陡傾斜不連續(xù)面所分割的連續(xù)巖柱。堅硬巖柱被大間距正交節(jié)理切割時可能會發(fā)生巖塊傾倒。當巖柱被許多橫節(jié)理切割，巖柱變形由橫節(jié)理分割的各小巖塊位移累積而成，形成似連續(xù)性彎曲狀，則為塊體彎曲傾倒。自然界反傾向?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)巖質(zhì)邊坡的彎曲傾倒變形，往往是上述3 種基本變形破壞類型的復(fù)合產(chǎn)物。 彎曲傾倒破壞的3 種基本類型建立模型分析傾倒破壞的基本條件：獎巖塊置于一個斜面上。在這種情況下，巖塊的高度為h ，底邊長為b，黏結(jié)力c=0（假設(shè)阻止巖塊向下滑動的阻力只由摩擦作用而產(chǎn)生）。當代表巖塊重力的矢量W落在底邊b 之內(nèi)時，如果斜面傾角ψ大于摩擦角，則巖塊將沿斜面滑動。但是，當巖塊高而細即巖塊重心偏高時，重力矢量W 就會落在底邊b 外，此時巖塊將繞其于斜面的低段接觸邊旋轉(zhuǎn)，發(fā)生傾倒現(xiàn)象。 發(fā)生傾倒破壞的條件就此單一的巖塊而言，滑動與(或)。圖中的4 個區(qū)段是分別規(guī)定為:區(qū)段1：ψφ且b/htanψ時，巖塊是穩(wěn)定的，既不滑動也不傾倒。區(qū)段2：ψφ且b/htanψ時，巖塊將會滑動，但不傾倒區(qū)段3：ψφ且b/htanψ時，巖塊將會傾倒，但不滑動。區(qū)段4：ψφ且b/htanψ時，巖塊既會滑動也會傾倒，也可能同時發(fā)生。邊坡的破壞模式之所以多種多樣，是由于巖體結(jié)構(gòu)自身的復(fù)雜性、多樣性、不確定性以及賦存環(huán)境的不同等因素決定的。所以，要研究某一邊坡的穩(wěn)定性情況，首先需要判斷邊坡在地質(zhì)條件下的失穩(wěn)模式，然后再針對已確定的失穩(wěn)模式，通過數(shù)學建模分析的方法，確定邊坡安全系數(shù)，最后進行合理的邊坡穩(wěn)定性評價。 研究破壞種類的意義通過對邊坡破壞模式機理的研究，便可以根據(jù)破壞機理的不同，將邊坡的破壞劃分為四種破壞種類：滑坡、滑塌、崩塌、剝落。在進行順層邊坡危險因素分析時，可以將邊坡危險因素，劃分為滑坡危險因素、滑塌危險因素、崩塌危險因素、剝落危險因素。這樣有利于全面具體的對邊坡危險因素進行分析，不遺漏任何可能的破壞形式。對于順層邊坡，根據(jù)對其破壞模式的分析，得知其主要的破壞種類是滑坡。因此，對滑坡的危險因素分析又是重中之重。 滑坡 滑坡定義及其危害滑坡是斜坡巖土體沿著慣通的剪切破壞面所發(fā)生的滑移地質(zhì)現(xiàn)象?；碌臋C制是某一滑移面上剪應(yīng)力超過了該面的抗剪強度所致（2008年國土資源部、水利部、地礦部地質(zhì)災(zāi)害勘察規(guī)范）。 山體滑坡滑坡常常給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及人民生命財產(chǎn)造成巨大損失、有的甚至是毀滅性的災(zāi)難。 滑坡對鄉(xiāng)村最主要的危害是摧毀農(nóng)田、房舍、傷害人畜、毀壞森林、道路以及農(nóng)業(yè)機械設(shè)施和水利水電設(shè)施等，有時甚至給鄉(xiāng)村造成毀滅性災(zāi)害。 位于城鎮(zhèn)的滑坡常常砸埋房屋，傷亡人畜，毀壞田地，摧毀工廠、學校、機關(guān)單位等，并毀壞各種設(shè)施，造成停電、停水、停工，有時甚至毀滅整個城鎮(zhèn)。 發(fā)生在工礦區(qū)的滑坡，可摧毀礦山設(shè)施，傷亡職工，毀壞廠房，使礦山停工停產(chǎn)，常常造成重大損失。 滑坡產(chǎn)生的基本條件產(chǎn)生滑坡的基本條件是斜坡體前有滑動空間，兩側(cè)有切割面。例如中國西南地區(qū)，特別是西南丘陵山區(qū)，最基本的地形地貌特征就是山體眾多，山勢陡峻，土壤結(jié)構(gòu)疏松，易積水，溝谷河流遍布于山體之中，與之相互切割，因而形成眾多的具有足夠滑動空間的斜坡體和切割面。廣泛存在滑坡發(fā)生的基本條件，滑坡災(zāi)害相當頻繁。 從斜坡的物質(zhì)組成來看，具有松散土層、碎石土、風化殼和半成巖土層的斜坡抗剪強度低，容易產(chǎn)生變形面下滑；堅硬巖石中由于巖石的抗剪強度較大，能夠經(jīng)受較大的剪切力而不變形滑動。但是如果巖體中存在著滑動面，特別是在暴雨之后，由于水在滑動面上的浸泡，使其抗剪強度大幅度下降而易滑動。 降雨對滑坡的影響很大。降雨對滑坡的作用主要表現(xiàn)在，雨水的大量下滲，導致斜坡上的土石層飽和，甚至在斜坡下部的隔水層上積水，從而增加了滑體的重量，降低土石層的抗剪強度，導致滑坡產(chǎn)生。不少滑坡具有“大雨大滑、小雨小滑、無雨不滑”的特點。 地震對滑坡的影響很大。究其原因，首先是地震的強烈作用使斜坡土石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞和變化，原有的結(jié)構(gòu)面張裂、松弛，加上地下水也有較大變化，特別是地下水位的突然升高或降低對斜坡穩(wěn)定是很不利的。另外，一次強烈地震的發(fā)生往往伴隨著許多余震，在地震力的反復(fù)振動沖擊下，斜坡土石體就更容易發(fā)生變形，最后就會發(fā)展成滑坡。 滑坡產(chǎn)生的主要條件一是地質(zhì)條件與地貌條件；二是內(nèi)外營力(動力)和人為作用的影響。第一個條件與以下幾個方面有關(guān)： （1）巖土類型：巖土體是產(chǎn)生滑坡的物質(zhì)基礎(chǔ)。一般說，各類巖、土都有可能構(gòu)成滑坡體，其中結(jié)構(gòu)松散，抗剪強度和抗風化能力較低，在水的作用下其性質(zhì)能發(fā)生變化的巖、土，如松散覆蓋層、黃土、紅粘土、頁巖、泥巖、煤系地層、凝灰?guī)r、片巖、板巖、千枚巖等及軟硬相間的巖層所構(gòu)成的斜坡易發(fā)生滑坡。 （2）地質(zhì)構(gòu)造條件：組成斜坡的巖、土體只有被各種構(gòu)造面切割分離成不連續(xù)狀態(tài)時，才有可能向下滑動的條件。同時、構(gòu)造面又為降雨等水流進入斜坡提供了通道。故各種節(jié)理、裂隙、層面、斷層發(fā)育的斜坡、特別是當平行和垂直斜坡的陡傾角構(gòu)造面及順坡緩傾的構(gòu)造面發(fā)育時，最易發(fā)生滑坡。 （3）地形地貌條件：只有處于一定的地貌部位，具備一定坡度的斜坡，才可能發(fā)生滑坡。一般江、河、湖(水庫)、海、溝的斜坡，前緣開闊的山坡、鐵路、公路和工程建筑物的邊坡等都是易發(fā)生滑坡的地貌部位。坡度大于10度，小于45度，下陡中緩上陡、上部成環(huán)狀的坡形是產(chǎn)生滑坡的有利地形。 （4）水文地質(zhì)條件：地下水活動，在滑坡形成中起著主要作用。它的作用主要表現(xiàn)在：軟化巖、土，降低巖、土體的強度，產(chǎn)生動水壓力和孔隙水壓力，潛蝕巖、土，增大巖、土容重，對透水巖層產(chǎn)生浮托力等。尤其是對滑面(帶)的軟化作用和降低強度的作用最突出。 就第二個條件而言，在現(xiàn)今地殼運動的地區(qū)和人類工程活動的頻繁地區(qū)是滑坡多發(fā)區(qū)，外界因素和作用，可以使產(chǎn)生滑坡的基本條件發(fā)生變化，從而誘發(fā)滑坡。主要的誘發(fā)因素有：地震、降雨和融雪、地表水