边坡稳定性

关键词： 地质灾害 边坡 人类 生活

边坡稳定性（精选十篇）

边坡稳定性 篇1

1 生态边坡的概念

生态边坡就是对环境、原生物等生态造成最低影响, 并且适当还原、保护的边坡工程, 是在保证边坡安全的基础上考虑生态保护、环境景观的边坡工程理念。

生态边坡的核心内容是生态护坡。生态护坡就是边坡工程设计和施工中考虑生态环境保护, 采用天然材料以自然的方式加固和保护边坡坡面及坡体, 露天矿生态边坡主要是指采用边坡植被保护排土场边坡 (采用生长植物, 即单独采用生长植物, 或者采用生长植物与土木工程措施相结合的方法, 或者采用生长植物与非成活植物材料相结合的方法) , 以减轻边坡的不稳定性和坡面的侵蚀破坏, 即植被护坡。

植被护坡不是通常意义的的园林绿化植被技术, 而是采用植被蓄水固土的原理来稳定岩质或土质边坡, 并能降低工程施工所带来的环境破坏, 达到美化环境和景观的一种技术。该技术涉及岩土工程学, 生物学、植物学、园艺学、土壤肥料学等多种学科的综合性工程技术, 是环境土体工程的重要组成部分。

露天矿生态护坡除了美化环境、恢复生态的作用外, 另外一大功能就是可以加固边坡、稳定边坡。当然, 这需要根据不同的边坡条件, 选择适宜的护坡形式和植被类型, 才能起到植被护坡的作用。因此, 必须认清露天矿边坡的特点, 同时考虑采用植被加固的露天矿边坡的稳定性的评定方法与特性。

2 生态边坡与露天矿边坡稳定性

边坡失稳主要有三种类型, 表面运动、浅层失稳和深层失稳。表面运动包括土壤的蠕动、冰融和土壤的侵蚀作用;浅层失稳是指发生在地面下2m内的滑移、转动和两者相结合的破坏形式;深层失稳的破坏深度超过了大多数树根和灌木根系所能伸展到的范围。研究表明, 边坡植被对边坡的表面稳定和浅层稳定具有重要作用。

植被对边坡的影响, 不能简单笼统地以“有利”或“不利”来划分, 本文以植被的“水文作用”和“力学作用”来说明边坡植被对边坡稳定性的影响如表1所示:

注:1) H—水文作用;M—力学作用。

2) 该类作用对边坡稳定可能是有利的或不利的, 取决于具体场地条件采用植被护坡的人工边坡是否稳定, 可以用边坡的稳定系数F来评定。

2.1 无植被边坡的稳定分析模型

假定边坡失稳破坏时沿平行于边坡坡面的某一倾斜滑面滑移, 取失稳边坡的某条滑体为分析模型, 应用有效应力分析法 (如图1) , 无植被边坡滑移面上的边坡稳定系数为:

式中z—土体的竖直高度, m;

c'—土体的有效粘聚力, k N/m 2;

γ—土的重度, k N/m 3;

β—坡角, °;

γw—水的重度, k N/m3;

hw—地下水平面距滑动面的垂直高度, m;

φ'—土体的有效内摩擦角, °。

2.2 有植被边坡的稳定性分析模型

考虑边坡植被对边坡稳定的主要影响作用 (如图2) , 植被边坡滑移面上的稳定系数为:

式中c'R—因边坡植被根系对土体的加强作用, 土体的有效粘聚力的增量, k N/m2;

θ—植被的根系与滑动面的夹角, °;

W—由植被重量造成的超载, k N/m 2;

T—滑动面上根的抗拉力, k N/m;

D—平行于边坡的风载荷, k N/m。

3 露天矿生态边坡的力学效应

植被能增强边坡的浅层稳定性, 为了达到这一目的, 植被主要通过其根系的加固作用来提高土壤的抗剪强度。边坡植被对坡体的加固作用主要表现为深根的锚固作用和浅根的加筋作用两方面。植被根系的存在可以提高边坡岩土体的粘聚力, 锚固作用可以提高边坡岩土体的抗剪强度, 使原先岩土体的抗剪强度向上升高, 加筋作用又限制了岩土体的侧向膨胀变形而使增大到, 在不变的情况下这将使最大剪应力减小, 如图3所示, 在这两种护坡植被根系作用的共同影响下, 能使得人工边坡岩土体的承载力提高。

边坡植被的存在可以降低坡体的孔隙水压力, 提高岩土体的抗剪强度, 有利于边坡的稳定。其中, 护坡植被的须根通过传递作用在边坡土体中的剪应力提高边坡土体的抗剪强度。

须根引起的岩土体抗剪强度的提高值可由下式表示:

式中, △s—岩土体抗剪强度的提高值;

tR—单位岩土面积上须根产生的拉应力;

φ—岩土体的内摩擦角;

θ—在剪应力区须根受剪扭曲的角度。

值得注意的是, 只有在须根充分生长, 并且陷入边坡岩土体中的须根不发生滑动或不被拔出时, 护坡植被须根才发挥出最大作用。因此, 护坡植被须根在坡体受剪过程中, 一般会发生下列三种不同程度的变形破坏:

3.1 折断

须根的抗拉强度可用来提高边坡岩土体的抗剪强度。设计时, 需要计算须根的平均抗拉强度TR和须根截面积与岩土体截面积的比值AR/A。在这种情况下, 岩土体的张拉应力tR为:

将式 (4) 带入式 (3) 得:

根据经验数据, [sinθ+cosθtanφ]的平均值为1.2, 所以上式简化为:

可见, 护坡植被对坡体抗剪强度的提高取决于根系的平均抗拉强度和根系的面积率。

3.2 伸长

须根的伸长量不足时, 根的抗拉强度没有被充分利用。在这种情况下, 须根抗拉强度的应用量就由须根的伸长量和须根的抗拉系数ER所决定。用力的平衡分析法可以得到单位面积岩土中须根所受拉应力为:

式中ER—须根的抗拉系数;

τb—须根和岩土之间的粘结力;

z—受剪区的厚度;

θ—须根受剪弯曲角度;

D—须根的直径。

在式 (7) 中须根的抗拉应力假定为线性分布。将式 (8) 、式 (9) 带入式 (3) 中, 得到由须根的伸长所引起的岩土抗剪强度的提高值为:

式 (10) 表明了坡体抗剪强度的提高与护坡植被须根直径的平方根成反比, 因此, 在根面积率相同的情况下, 直径小的须根比直径大的须根对坡体土的抗剪强度的加强作用更有效。

3.3 滑动

如果护坡植被根系的抗剪强度低于坡体破坏面上的剩余下滑力, 则在外力的作用下边坡将会沿着滑面下滑。一般而言, 护坡根系的加筋作用能够增强无扰动岩土体的抗剪强度, 而锚固作用能在岩土体扰动后增强根系对岩土体下滑变形的抵抗作用, 从而增强坡体的抗剪强度。也就是说, 护坡植被根系的存在能够增强岩土体的抗剪强度, 一定程度上减轻滑体的滑动模式。如果须根很短, 那么当坡体土和根系的复合体受到剪力作用时, 须根就很容易滑动或被拔出, 这样须根就不再起到加强坡体的作用。须根产生滑移时作用在须根上的最大拉应力为:

式中D—须根的直径;

L—最大剪应力作用处须根的长度。

某一个级径范围内, 如果有n个须根, 则这些须根对岩土体抗剪强度的提高值为:

如果护坡植被有j种会产生滑动的根, 并且属于每种根系的根的数量为, 则由于根系的存在, 坡体岩土抗剪强度的提高值为:

在实际边坡的岩土环境中, 护坡植被根系具有不同的直径和长度, 而且具有不同的抗拉强度, 上述三种情况可能会同时发生, 所以需要根据具体情况来综合分析考虑。

4 生态护坡的水文效应

护坡植被有多种水文作用, 包括蒸发、截水、渗透、延缓、过滤和表面硬化等作用, 可以有效地控制雨水对土体的侵蚀, 控制边坡的水土流失, 降雨截留, 削弱溅蚀, 降低坡体的空隙水压力以及增加土体粘聚力等。露天矿边坡植被的水文作用, 主要表现为对降雨的冲击和侵蚀的控制。一定密度的草地、草本植被可以大大减少雨水冲蚀所造成的土体流失。如果边坡植被的密集覆盖区是立体统一的, 那么减少的流失量会更大;如果开阔的覆盖区是单一或分散的, 其作用就大大降低, 甚至产生负面影响。这是因为当雨水水流绕过土块发生分流时, 土块上游的压力比下游的高, 那么在下游就会出现漩涡或湍流, 在上游也可能出现逆流现象, 所以在上游和下游都可能发生侵蚀, 这就意味着独立植被区的侵蚀率可能还高于无植被区, 因此应尽量避免一簇一簇的植被种植方式。

5 结论

1) 生态边坡是在保证边坡安全的基础上考虑生态保护、环境景观的边坡工程理念。具有与边坡周边环境和谐的突出优点, 未来将会在露天矿中得到推广。

2) 植被根系的存在可以提高边坡岩土体的粘聚力, 植被生态护坡主要是通过深根的锚固作用提高土壤的抗剪强度和浅根的加筋作用增强土体的粘聚力, 从而实现对边坡的有效保护。

3) 植被对坡体抗剪强度的提高取决于根系的平均抗拉强度和根系的面积率。而坡体抗剪强度的提高与护坡植被须根直径的平方根成反比, 因此, 在根面积率相同的情况下, 直径小的须根比直径大的须根对坡体土的抗剪强度的加强作用更有效。

4) 密集立体统一的边坡植被覆盖区, 能够有效的减少雨水冲蚀造成的土体流失。

生态边坡技术和景观方法的应用具有重要社会意义和工程价值。它可以最大程度地减少露天矿边坡工程对周围环境造成的负面影响, 恢复被破坏的生态环境, 改善露天矿边坡附近的环境和景观。

参考文献

[1]张永兴.边坡工程学.北京:中国建筑工业出版社, 2008.

[2]杨俊杰, 王亮, 郑建国等.生态边坡客土稳定性研究[J].岩石力学与工程学报, 2006.

[3]赵华, 黄润秋.岩石边坡生态护坡特点及其关键技术问题探讨[J].水文地质工程地质, 2004.

[4]钱晓红, 关云鹏, 吴玲杰.现代生态护坡技术的应用研究[J].内蒙古水利, 2009.

[5]王可钧, 李焯芬.植物固坡的力学简析[J].岩石力学与工程学报, 1998.

边坡稳定性评价方法综述 篇2

边坡稳定性评价方法综述

通过收集国内外文献,介绍了边坡稳定性评价的`定性评价方法和定量评价方法中的各种方法及其特点,为工程人员选用边坡稳定评价方法提出了建议.

作 者：杨俊凯 作者单位：铁道第四勘察设计院集团有限公司,430063刊 名：中国科技信息英文刊名：CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION年，卷(期)：“”(16)分类号：U4关键词：边坡稳定 定性评价方法 定量评价方法

某边坡稳定性评价分析 篇3

摘 要:该边坡主要由志留系龙马溪组泥质砂岩和粉砂质泥岩与第四系洪坡积碎石土等构成,高边坡为I2型,文章某高边坡的工程地质条件进行了分析,并结合稳定性计算方对其提出了防治措施。

关键词:边坡;稳定性;评价分析

中图分类号:TU-023文献标识码:A文章编号:1006-8937(2009)22-0137-01

该边坡主要由志留系龙马溪组泥质砂岩和粉砂质泥岩与第四系洪坡积碎石土等构成,高边坡为I2型,坡长100m,坡面积2500m2。按照相关《技术要求》,该边坡安全等级为三级。地貌上属构造侵蚀、剥蚀中、低山区,切坡顶处高程约190~210m左右,自然斜坡坡角一般30°左右。

1工程地质概况

边坡区地层主要有志留系龙马溪组(S1l)和第四系(Q)。

①志留系(S)。志留系地层分布于北东部和东部,呈南北向延伸,在本区出露的为罗惹坪组(S1lr)。下部为灰绿色、黄绿色细粒长石石英砂岩、粘土质粉砂岩、粉砂质粘土岩(或页岩),含生物碎屑泥灰岩;上部为灰绿色、黄绿色粘土质粉砂岩夹粉砂质粘土岩(或页岩)。②第四系(Q)。工作区出露的第四纪地层有残坡积层(Qel+dl),崩坡积层(Qcol+dl)、洪积层(Qdl+pl)、滑坡堆积层(Qdel)和人工堆积层(Qml)等类型,其中残坡积层分布最广,其岩性为碎石夹(及)土;崩坡积层为块石夹少量土;滑坡堆积层为碎块石夹(及)土和滑动岩体。除此以外,其他成因的第四系厚度较薄,一般厚度数十厘米至数米。高边坡区地下水主要有第四系孔隙水及基岩裂隙水。其中孔隙水主要赋存于第四系堆积物中,埋深浅,无承压,受大气降水补给,无统一地下水位,季节变化明显。基岩裂隙水主要赋存在砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩风化带和基岩裂隙中,地下水位埋深相对较大。根据地下水水质分析资料,地下水对混凝土不具有腐蚀性。

2地质特征及主要地质问题

高边坡区目前尚未发现整体的大面积变形破坏现象,由于修建移民公路切坡,使原有的斜坡应力平衡状态破坏,导致边坡顶部产生卸荷裂隙,加剧岩体风化破碎,在降雨及其它外荷载作用下,将导致边坡岩体表面剥落、掉块。Ⅰ段、Ⅱ段和Ⅲ段边坡由于卸荷裂隙发育、岩体破碎,不排除边坡表层岩体卸荷、风化、剥落与掉块的可能。第Ⅳ段边坡也存在浅表层碎石土的滑动。

3边坡稳定性计算

高边坡区分布的主要岩性为志留系罗惹坪组粉砂质泥岩、页岩、粉砂岩等,第四系以残坡积物为主,局部分布人工堆积物、崩坡堆积物。各岩层的物理力学指标根据室内试验和经验值来确定,滑动面物理力学指标根据反分析来确定。边坡主要为折线破坏,防护安全等级为三级,圆弧滑动法按安全系数为1.20进行设计,折线滑动法按安全系数1.25进行设计。考虑高切坡区域可能遇到的各类情况,特别是最危险的情况,由于区内基本地震烈度为6度,可不考虑地震的影响,故综合确定以下计算工况:自重+暴雨作用。由计算结果可得出以下结论:边坡附近软质岩体风化厚度较大,为防止边坡表面岩体风化、剥落与掉块,建议对其表层处理。

4治理措施

高边坡治理应针对斜坡变形破坏的特点进行。在治理过程中应采用分层次治理的原则。高边坡防治的目标是采用防治工程辅以安全监测,确保高边坡在结构设计基准期50年内不发生整体失稳。①削坡整形和清坡;按设计进行削坡与坡面整形,清除切坡表面不稳定岩块和浮土,保证坡面顺直。②护脚墙工程:坡脚按设计设置2m高护脚墙。挡土墙采用浆砌块石,块径不小于30cm,强度不小于30MPa,浆砌砂浆为M7.5,墙顶采用M10水泥砂抹面,墙面勾缝,沿墙长每15m设置一宽20mm的伸缩缝,缝间沥青填充。挡土墙上设排水孔,沿墙高1.0m,墙长3m设一个排水孔,排水孔坡降4%。挡墙深入基岩1.0m,挡土墙前墙脚处设置截水沟。③锚喷网支护设计:为防止坡面混凝土的变形破坏,横向每间隔15m设置纵向伸缩缝,缝宽2cm,以沥青或木条填充。④地表排水系统:根据现场地形情况,截水沟断面尺寸为:下底宽为0.6m,高为0.6m,两侧坡度分别为1∶0.75,地表截水沟的砌筑砂浆为M7.5,抹面砂浆为M10。纵向排水沟与公路排水系统相接。

5 结 语

文章对该高边坡的稳定性进行了分析,并结合具体工程情况提出防治措施,对类似工程具有一定借鉴意义。

参考文献:

[1]刘佑荣,唐辉明.岩体力学[M].北京:中国地质大学出版社, 1998.

岩质边坡结构面对边坡稳定性的影响 篇4

边坡是人类生活和进行工程活动最为普遍的地质环境。随着经济社会不断的发展，越来越多地质灾害问题出现在人类的生活生产中，不仅对社会造成了巨大的经济损失，而且严重的危害人类的安全及人类社会的进一步发展，很多国内外的学者对各类边坡进行了大量的研究，在解决边坡问题上取得了举世瞩目的成就。然而，边坡稳定性研究方法仍是当今社会一个不容忽视的问题，也是边坡稳定性研究的基础。

2 分析结构面对边坡稳定性的影响

2.1 边坡稳定性系数计算方法[1]

极限平衡法假定岩土体破坏是由于滑体沿滑动面发生滑动而造成的。假设滑动面已知，其形状可以是平面、圆弧面、对数螺旋面或其他不规则面，通过考虑斜坡上的由滑动面形成的隔离体或其分块的力学平衡原理(即静力平衡原理)分析斜坡在各种破坏模式下的受力状态，以及斜坡体上的抗滑力和下滑力之间的定量关系来评价斜坡的稳定性。

本文假定边坡可能产生平面滑动，故边坡稳定性系数Ks按下式计算:

其中，γ为岩土体的重度，k N/m3;c为结构面的粘聚力，k Pa;φ为结构面的内摩擦角，(°);A为结构面的面积，m2;V为岩体的体积，m3;θ为结构面的倾角，(°)。

2.2 分析步骤

1)采用式(1)计算边坡稳定系数。

2)边坡结构面倾角α的变化对安全系数的影响。

在边坡高30.5 m，边坡坡角β=90°，结构面粘聚力c=48 k Pa，结构面摩擦角φ=30°，γ=24 k N/m3，边坡为一层，不考虑张裂隙及地震等作用的工况下，分别计算边坡结构面倾角α变化10°，20°，25°，30°，35°，40°，45°，50°，55°时的边坡安全系数(见表1)。

当结构面倾角α取10°，20°，25°，30°，35°，40°，45°，50°，55°时，其他条件不变，安全系数经历大—小—大变化(见图1)。因此当坡角恒定时，随着结构面倾角的增加，边坡稳定系数可能增加也可能减小。因此，在工程实际中，重点分析结构面倾角的变化，利用上述结论对岩质边坡的稳定性进行分析，确保边坡的稳定性。

3)研究边坡结构面岩体粘聚力c的变化对安全系数的影响。

在边坡高30.5 m，边坡坡角β=90°，结构面倾角α=60°，结构面摩擦角φ=30°，γ=24 k N/m3，边坡为一层，不考虑张裂隙及地震等作用的工况下，分别计算边坡结构面岩体粘聚力c变化20,25,30,35,40,45,50,55时的边坡安全系数(见表2)。

当粘聚力c取20,25,30,35,40,45,50,55时，其他条件不变，边坡安全系数见图2，安全系数随着粘聚力的增大而增大。因此随着粘聚力的增大，边坡安全系数增大，即粘聚力越大边坡越安全。

4)边坡结构面岩体摩擦角φ的变化对安全系数的影响。

在边坡高30.5 m，边坡坡角β=90°，结构面倾角α=60°，结构面粘聚力c=45 k Pa，γ=24 k N/m3，边坡为一层，不考虑张裂隙及地震等作用的工况下，分别计算边坡结构面岩体摩擦角φ变化20°，25°，30°，35°，40°，45°，50°，55°时的边坡安全系数(见表3)。

当摩擦角φ取20°，25°，30°，35°，40°，45°，50°，55°时，其他条件不变，边坡安全系数见图3，安全系数随着摩擦角的增大而增大。因此随着摩擦角的增大，边坡安全系数增大，即摩擦角越大边坡越安全(见图3)。

3 结语

1)岩体中结构面的存在是影响岩石边坡稳定性的重要因素之一。2)其他条件恒定时，边坡稳定性系数不会随着结构面的增加而增加或减小，而是呈现从大—小—大的变化，因此要根据实际情况具体问题具体分析。3)随着结构面的粘聚力或内摩擦角的增加，安全性系数随之不断增大，边坡也越稳定，但是，摩擦角对安全系数的影响表现得更为显著。4)综上可以看出，当想通过增大结构面倾角提高边坡安全系数时，粘聚力和内摩擦角对安全系数的影响不容忽视，反之亦是如此;因此，结构面产状因素对边坡的稳定性影响并不是确定性的，在实际问题中，充分考虑到结构面倾角与粘聚力、内摩擦角的最优组合，这时，边坡处于最理想稳定的状态，对工程安全性及经济的合理性更为重要。

参考文献

[1]张飞,池秀文.岩质边坡稳定性分析的探讨[J].岩土力学,2011,24(sup):37-38.

[2]GB50330-2002,建筑边坡工程技术规范[S].

[3]陈祖煜,汪小刚,杨健,等.岩质边坡稳定分析——原理.方法.程序[M].北京:中国水利水电出版社,2005.

[4]湖北省水利水电勘测设计院.边坡工程地质[M].北京:水利水电出版社,1983.

浅谈公路边坡稳定性分析方法 篇5

浅谈公路边坡稳定性分析方法

文中针对公路边坡稳定性问题进行了分析,对目前常用的边坡稳定性分析方法,如:刚体极限平衡法、有限元法、离散元法和非连续变形法等进行了介绍.

作 者：张乃刚 ZHANG Nai-gang  作者单位：贵州省毕节公路工程处,贵州,毕节,551700 刊 名：物流工程与管理 英文刊名：LOGISTICS ENGINEERING AND MANAGEMENT 年，卷(期)： 31(5) 分类号：UI412.36 关键词：公路边坡   稳定性分析   刚体极限平衡法   有限元法   离散元法  

浅谈边坡稳定性的影响因素 篇6

关键词：边坡；稳定性；影响因素

1前言：在地下工程、建筑工程、道路工程、水利工程等众多工程领域中，均需要建设大量的边坡。而边坡失稳是岩土体变形中规模大、数量多、性质复杂的一种不良物理地质灾害，并且边坡失稳极容易对人类的生命和财产安全造成极大的威胁和危害。因此，边坡稳定性问题一直是工程设计需要专项研究的课题。通过对边坡稳定性的影响因素进行分析，提出合理的加固措施，将会大大降低边坡失稳引起的损失。

2边坡稳定性的影响因素

影响边坡稳定性的因素主要有边坡岩土体类型、地质构造、边坡形态、地下水、气候条件、风化作用、人类活动和振动作用。其中，边坡岩土体类型、地质构造、边坡形态属于内部因素，地下水、气候条件、风化作用、人类活动属于外部因素。随着人类科技的不断进步，人类活动对边坡稳定性的影响献越来越大，改变边坡的形状、高度和坡度，对路堑或基坑开挖以及对路堤填筑或坡顶的堆载等都会影响边坡的稳定性。

2.1外部因素

2.1.1边坡岩土体类型。边坡岩土体类型分为粘性土边坡、软土边坡、砂性土边坡和黄土边坡，其之间性质的差异是影响土质边坡稳定的主要因素。①粘性土边坡，一般具有干时坚硬开裂，遇水后膨胀分解呈塑状的特点，对边坡稳定性极为不利；②软土边坡，软土因其抗剪强度极低，对于边坡稳定极为不利，并且软土边坡难以成形，对于工程的不利影响更为大；③砂性土边坡，由于砂性土结构较疏松、粘聚力低，因此，在振动力作用下，易发生液化破坏，造成边坡失稳：④黄土边坡，黄土具有湿陷性和多孔性，成分以粉粒为主，天然状态下含水量很少，干燥时很坚固，可形成直立边坡，但遇水后黄土因为湿陷性而强度大为降低，容易形成裂缝或遭受侵蚀，进而造成崩塌和滑动。

2.1.2地质构造。地质构造对边坡稳定性的影响主要在于结构面性质、岩体及其组合形式、充填物成分对边坡稳定性的影响。当倾向不利的结构面走向与坡面平行时，整个坡面都具有临空自由滑动的条件，因此对边坡的稳定不利。岩体及其组合形式对边坡的影响主要表现在岩石坚固程度、完整性程度、风化程度这些方面；坚硬岩石容易形成高边坡，软岩石边坡稳定性较差，极易导致边坡稳定性降低：岩石越完整，风化程度越低，其组成的边坡就毯稳定。结构面里的软弱物质会降低边坡强度。

2.1 3边坡形态。边坡形态对边坡的稳定性有着直接影响。不利形态的边坡往往在坡顶产生张应力，在坡脚产生强烈的剪应力，并引起坡顶出现张裂缝，坡脚出现剪切破坏带，这些作用效果极大地降低边坡的稳定性。通常情况，坡度越陡，边坡越容易失稳；坡高越大，边坡稳定性越低；平面上呈凹形的边坡比呈凸形的边坡稳定；同是凹形边坡，边坡等高线曲率半径越大，越有利于边坡稳定。

2.2外部因素

2.2.1地下水。地下水对边坡稳定性的影响可表现在地下水的静水压力、动水压力和水的软化作用这几个方面。地下水对边坡稳定性的影响有以下几个方面：①静水压力，静水压力的影响下，处于地下水位以下的透水边披将承受边坡土体中水的浮力的作用：而不透水的边坡，充水的裂隙和坡面都将承受静水压力，这些都对边坡的稳定性不利。②动水压力，地下水的渗透流动，将带走结构面中的细小颗粒，导致边坡稳定陛下降。经过长期的渗流作用，原来的结构面被扩大为连贯的渗流通道，并随着渗流时间的增加，通道被不断扩大，最终将导致边坡失稳。③水的软化作用，水的软化作用是指水的浸泡和侵蚀使边坡土体强度降低的作用，地下水的侵蚀也在一定程度上破坏边坡。

2.2.2气候条件。气候条件对边坡稳定性的影响有多种方式，如降雨、融雪、气温变化等。以大气降雨和融雪为例：大气降雨和融雪提高了地下水的补给量，使地下水位提高，静水压力增大；造成水的渗流方向和速度变化，产生动水压力；增大孔隙水的压力，引起土体内部剪应力的增大，使边坡滑动面的抗滑能力降低，最终边坡稳定性降低。

2.2.3风化作用。风化作用也能对边坡产生不利影响，结构面在风化作用下尺寸增大，并可能产生风化裂隙等次生结构面以及次生粘土矿物，使得水份更加容易渗入土体。随着时间的延长，岩体结构面尺寸过于增大，边坡土体的抗剪强度明显减弱，最后导致边坡土体的脱落或崩塌。

2.2.4人类活动。人类活动并不一定对边坡工程有害，而是具有双刃剑的特征；其对边坡稳定性的影响既是一种重新改造，也是一种破坏。有一些人类活动对边坡稳定有利，有一些活动却有不利的作用。例如：①削坡减重，这是边坡治理常用的一种方式，但同时也会造成坡脚压重不够，降低了边坡滑动面的抗滑力。②增加坡顶荷载，这样增加了边坡滑动时的下滑力，同时产生了应力集中现象，引起边坡稳定性降低。

2.2.5振动作用。外部振动对边坡稳定性的影响主要体现在地震、边坡施工或露天开挖和车辆行驶施加的反复荷载。①地震作用时，边坡会受到水平地震力，下滑力增大；随着地震力的反复作用，边坡内部可能发生相对错动，最终导致崩塌。②爆破施工时，爆破振动产生的惯性力增加了边坡岩土体的下滑力，而频繁的振动会造成裂隙尺寸的扩大，从而导致土体沿优势产状滑出或崩塌，极有可能产生滑坡等自然灾害。③道路边坡由于车辆的长期反复荷载可能导致边坡土体疲劳，造成边坡疲劳破坏。

结束语：岩质边坡的稳定性受到边坡岩土体类型、地质构造、边坡形態、地下水、气候条件、风化作用、人类工程活动、振动作用等多种因素综合作用的影响，这些因素之间相互影响，共同作用致使岩质边坡失稳破坏。通过对影响边坡稳定性因素的研究，可以对影响边坡稳定性因素进行针对性的加固措施，从而降低边坡失稳的概率，减少边坡失稳所造成的生命财产损失。

边坡稳定性 篇7

为了进一步讨论黄土边坡的计算参数对边坡稳定性安全系数的影响, 以兰州榆中地区的自然稳定黄土边坡为研究对象, 在既定坡高和坡率的前提下, 采用基于极限平衡理论的简化毕肖普法, 研究黄土边坡的重度γ、黏聚力c和内摩擦角φ变化时对边坡稳定性安全系数的影响规律, 为类似黄土边坡的稳定性评价时的参数选取提供借鉴。

1 黄土边坡研究区概况和计算方案

1.1 研究区概况

以兰州榆中地区的自然稳定黄土边坡为调查对象, 重点调查统计了高度在20m左右的黄土边坡 (如图1所示) , 其岩性均为Q3马兰黄土, 坡面可近似为直线型, 之后取不同部位的原状黄土做室内物理力学参数试验, 得到所需的主要参数见表1。

1.2 计算方案

黄土边坡稳定性评价所采用的计算方法有很多, 通常包括极限平衡法和数值模拟法, 本文中采用极限平衡理论的简化毕肖普法 (simplified Bishop method) 进行稳定性计算, 为了作对比研究, 统一简化取黄土边坡的坡率为1∶1, 不考虑地下水的影响, 计算当边坡的重度、黏聚力和内摩擦角分别变化时安全系数的变化。黄土边坡的计算示意图如图2所示。

2 稳定性计算参数与安全系数的相关性

2.1 重度与边坡安全系数的相关性

黄土边坡的黏聚力和内摩擦角取试验的平均值, 即c=16.5k Pa, φ=28.6°, 重度从12.0k N/m3依次增加至17.0k N/m3, 安全系数计算结果的变化见表2, 图3为重度与安全系数的变化曲线。

从表2和图3可以看出, 在粘聚力和内摩擦角不变的前提下, 重度与安全系数具有很好的相关性, 随着重度的增加, 边坡的安全系数有所下降, 其变化规律可以用线性函数关系式表达为:

其相关系数R=0.995, 说明相关性很好。分析表2的试验数据, 当黄土的重度从12.0k N/m3增加至17.0k N/m3时, 边坡的安全系数仅从1.35下降至1.18, 说明在边坡的粘聚力和内摩擦角不变的前提下, 黄土重度的变化对边坡安全系数的影响较小。

2.2 黏聚力与边坡安全系数的相关性

黄土边坡的重度取工程中常用的经验值, 即为γ=13N/m3, 内摩擦角取试验的平均值, 即φ=28.6°, 黏聚力从12.0k Pa依次增加至21.1k Pa, 安全系数计算结果的变化见表3, 图4为黏聚力与安全系数的变化曲线。

从表3和图4可以看出, 在重度和内摩擦角不变的前提下, 粘聚力与安全系数具有很好的相关性, 随着黏聚力的增加, 边坡的安全系数有所增加, 其变化规律可以用线性函数关系式可以表达为:

其相关系数R=0.998, 说明相关性很好。分析表3的试验数据, 当黄土的黏聚力从12.0k Pa增加至22.0k Pa时, 边坡的安全系数仅1.16增加至1.47, 说明在黄土边坡的重度和内摩擦角不变的前提下, 黏聚力的变化对边坡安全系数的影响较大。

2.3 内摩擦角与边坡安全系数的相关性

黄土边坡的重度取工程中常用的经验值, 即为γ=13k N/m3, 黏聚力取试验的平均值, 即c=16.5k Pa, 内摩擦角从24.0°依次增加至34.0°, 安全系数计算结果的变化见表4, 图5为内摩擦角与安全系数的变化曲线。

从表4和图5可以看出, 在重度和黏聚力不变的前提下, 内摩擦角与安全系数具有很好的相关性。随着内摩擦角的增加, 边坡的安全系数有所增加, 其变化规律可以用函数关系式表达为:

其相关系数R=0.9995, 说明相关性很好。分析表4的试验数据, 当黄土的内摩擦角从24.0°增加至34.0°时, 边坡的安全系数从1.16增加至1.49, 说明在黄土边坡的重度和黏聚力不变的前提下, 内摩擦角的变化对边坡安全系数的影响较大。

3 结论

通过对兰州榆中黄土边坡的稳定性计算参数与其安全系数关系的对比研究中, 可以得到如下的结论:

1) 在黄土边坡的坡高坡率既定的前提下, 黄土边坡稳定性计算参数的变化与其安全系数之间具有较好的相关性。黄土的重度与边坡安全系数呈负相关, 而黄土的黏聚力和内摩擦角与边坡的安全系数呈正相关;

2) 在黄土的重度、黏聚力和内摩擦角中有其中之一变化时, 安全系数随之呈线性变化, 其变化趋势可近似用以一次函数关系式定量表达;

3) 通过进一步的分析发现, 黏聚力和内摩擦角的变化对边坡安全系数的影响相对于重度的变化对边坡安全系数的影响较大。因此, 在黄土边坡稳定性计算中, 应特别重视粘聚力和内摩擦角的参数值的选取。

参考文献

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[2]刘祖典.黄土力学与工程[M].西安:陕西科学技术出版社, 1997.

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[4]李萍, 王秉纲, 李同录, 等.陕西地区黄土路堑高边坡可靠度研究[J].中国公路学报, 2009, 22 (6) :18-25.

[5]李萍, 黄丽娟, 李振江, 等.甘肃黄土高边坡可靠度研究[J].岩土力学, 2013, 34 (3) :811-817.

边坡稳定性 篇8

在露天矿境界外进行开采, 尤其是在露天矿边帮下方井采, 由于采窄区周围的岩体应力分布发生变化, 采空区上方将出现冒落带、裂隙带、弯曲带、致使边坡岩体的完整性遭到破坏, 原岩整体强度降低, 岩体内部相互作用的改变与其它影响边坡稳定的因素如:岩体结构、水及爆破震动等的共同作用, 会直接影响边坡的稳定性, 在一些矿山能导致边坡的失稳。给露天矿的正常运营带来不利影响, 造成巨大的经济损失。

1 边坡力学系统的结构

边坡力学系统包括结构的组成部分、时空秩序及其联系规则, 与其它系统的特性类似, 边坡力学系统力学特性的复杂性缘于其结构形式的复杂性, 边坡力学系统的结构决定其力学行为。

1.1 露天煤矿边坡力学系统的构成。

露天煤矿边坡力学系统的构成主要包括固体子系统、流体子系统。固体子系统包括煤、岩石和人工建筑物等。煤和岩石交错分布, 并包含断层、节理、层。理、弱面、褶皱等地质构造的遗迹。流体子系统主要包括地表水流动和地下水的渗流。水在煤岩的孔隙、裂隙、断层、节理、层理、弱面等中流动, 形成固体和流体相互交错的耦合结构形式。

1.2 露天煤矿力学系统的时空秩序。

从时间序列上看, 露天采矿过程是从原来的地貌逐渐形成一个四周台阶形的露天大坑, 是个动态系统。首先, 随着采矿的进行, 工作帮不断向前推进, 边坡角不可能一成不变, 在有内排的情况下, 非工作帮也处在动态变化的过程中;由于煤岩的赋存状总在变化, 开采工艺也在动态的调整之中。

1.3 边坡力学系统各要素之间的联系规则组成。

断层的如果是岩质较弱的泥岩, 则在泥岩相互错动后, 重新被压密, 对水起到阻隔的作用, 即使断层两侧岩性相差不大, 也会因含水量等物理性质不同使它们的力学性质表现出很大的差异。露天煤矿边坡力学系统的其它特点首先露天煤矿是个灰色系统。在露天煤矿开采之前, 人们得到勘探孔资料, 只是粗浅地了解煤岩赋存状况, 还有大量未知的不可忽略的因素很有可能存在。随着采矿的进行, 煤岩层的赋存逐渐得到揭露, 可以较准确的推测不远处的地质状况。

2 边坡稳定性分析

2.1 水文地质情况。

某矿区属于山前坳陷带, 出露地层有二叠系、三叠系、侏罗系、古近—新近系和第四系。构造线一般NEE向, 褶皱构造主要有七道湾背斜和八道湾向斜, 断裂构造主要有碗窑沟断层和矿区南部的白杨沟逆掩断层等。

露天矿井田为八道湾向斜北翼。走向67°, 倾角45~58°, 含煤地层主要为中侏罗统西山窑组, 为一套湖泊、泥炭沼泽相沉积, 岩性以灰色、深灰色泥岩、粉砂岩、细砂岩为主, 含碳质泥岩和煤以及不稳定的中砂岩层。

露天首采区位于矿区东部, 首采区东帮和北帮为固定帮, 赋存有大量的第四系含水带砾石层, 渗透性强, 含水性好, 单位涌水量1~4L/s.m, 渗透系数15.15~39.64m/d。在东北部矿区外有铁长沟河自东向西流过, 铁长沟河常年有水, 月平均流量0.068~0.247m3/s。因此, 露天边帮稳定性分析要在首采区的固定帮上。

2.2 工程地质条件。

固定帮上部由第四系风成亚砂土、洪积砾石和半胶结砾石及冰水半胶结砾石和不稳定的亚粘土薄层组成。亚粘 (砂) 土和第四系不整合面一般为水平或向北倾斜, 倾角1~6°, 与地层和坡向相反。露天边坡中下部以西山窑组的粉砂岩和煤层为主, 夹薄层泥质粉砂岩和碳质泥岩等, 一般胶结紧密, 强度较大, 抗压强度大。

由于本地区受南部天山纬向构造带的影响, 解理、裂隙比较发育, 既有顺层和切层解理, 也有x型解理, 顺层和切层解理产状为走向158°, 倾角分别为45~60°和34~55°。x型解理产状为倾角30~70°和313~68°, 露天边坡附近地层较陡, 走向北东67°, 倾角157°, 倾角西陡东缓, 首采区平均倾角44.5°, 由北向南倾斜, 按设计确定的最终帮坡角36°考虑, 地层倾角大于最终帮坡角8.5°。

2.3 非工作帮坡角的确定。

以往对露天边坡角的确定一般采用类比法、图解法, 随着对露天边坡研究的不断深入, 现采用极限平衡等多种方法对边坡进行计算。这个露天煤矿覆盖层较厚, 附近又没有其他露天矿, 所以不论采用哪一种方法确定边帮都有一定的困难, 对第四系砾石层和基岩边坡角分别采用类比法和力学计算法进行计算。类比法首采区第四系边坡的平均边坡高度为70m, 砾石层中亚粘土容重为1.95t/m2, 内摩擦角25.5°, 凝聚力为15.6t/m2, 设计确定值为25°, 通过有关资料对露天采场边坡角、边坡高度以及矿帮岩性方面的计算和分析, 实际粘土容重2t/m3, 摩擦角12°, 凝聚力2.4t/m2, 边坡高度80m, 得出稳定的边坡角为23.5°。通过两者类比, 原设计第四系砾石层的最终帮坡角25°是比较合适的, 这时边坡滑落的可能性不大。

力学计算法已知首采区侏罗系基岩边帮高度H=250, 岩石内摩擦角φ=27°, 岩石内聚力C=17.5t/m2, 岩石容重口η=1.92t/m3。

根据以知条件, 最终边坡角β值计算如下:

计算结果, 基岩最终帮坡角46.5°, 考虑到基岩边坡为含水边坡, 地下水对边坡稳定的影响比较大, 有水边坡要比无水边坡下降5~7°, 所以, 扣除地下水的影响, 边坡角为39.5°, 和原设计的北帮 (非工作帮) 最终帮坡角36°相比, 还有进一步提高帮坡角的潜力。

2.4 固定帮坡角稳定性的评价。

通过对边坡稳定性的分析和计算对比, 做出如下判断:a.首采区固定帮上部的第四系砾石层紧密, 强度较大, 不含水为干边坡, 水文地质条件简单, 无控制边坡稳定的大的断裂构造, 虽坡向与基岩地层倾角一致, 但坡角小于地层倾角, 对边坡稳定有利的。b.通过对固定帮下部基岩边坡的力学法计算, 其结果比设计的边坡角大, 根据现有资料和以知条件计算分析得出, 基岩边坡是比较稳定的。但也有影响边坡稳定的不利因素, 如岩石中的解理、裂隙较发育, 既有顺、切层解理, 也有x型解理, 在某种意义将降低岩石的一定强度和边坡稳定性, 今后露天开采中应该引起注意。

结束语

在采矿进行的某阶段的设计只能反映该阶段人们对具体边坡系统的认识, 其结果要不断得到修正才能正确地应用。露天煤矿是个反馈系统。露天开采必须遵循自然规律, 有计划有步骤地开采, 采煤和剥离要协调进行, 不能盲目地扩大生产或提高开采强度, 否则, 势必造成工作边坡角过大, 使生产不能顺利进行, 或到界边坡角过大, 留下边坡不稳定的隐患。露天开采必须遵循效益最大原则, 使人和自然协调发展, 切不可图短期利益。

摘要：露天煤矿边坡力学系统是指露天煤矿在开采过程中形成的边坡岩石力学系统。主要包括边坡的岩石种类及结构赋存形式、地下地表水等结构构成的时空分布、开挖回填及演化过程等。边坡力学系统是开放系统, 要全面地研究其结构形式、功能特性, 就必须了解与边坡力学系统的存在和演化密切相关的系统的环境、边界、结构、参数等问题。边坡力学系统通过系统的边界与其环境相互作用、相互影响, 发挥系统的整体功能作用。本文主要探讨了露天煤矿边坡力学系统结构, 并深入研究了边坡稳定性的问题。

路基边坡稳定性分析 篇9

1 力学分析法

1.1 数解法。

该方法是假定几个不同的滑动面, 按力学平衡原理对每个滑动面进行边坡稳定性分析, 从而找出极限滑动面, 按此极限滑动面的稳定程度来判断边坡的稳定性。按滑动面的形状可以分成平面破坏 (直线破裂面) 和非平面平破坏 (圆弧破裂面) 。1.1.1平面破坏的边坡稳定性分析。平面破坏的边坡稳定性分析方法:分为无张拉裂隙坡体的稳定性分析及有张拉裂隙坡体的稳定性分析。所谓无张拉裂隙平面破坏:是坡体土沿一近似直线的破裂面滑动, 从而发生滑移破坏。有张拉裂隙坡体破坏是由于收缩及张拉应力的作用, 在边坡坡顶附近或坡面, 可能发生裂隙, 从而产生的滑移破坏。平面破坏的边坡稳定性分析方法适用于砂土和砂性土 (两者合成砂类土) , 土的抗力以内摩擦力为主, 粘聚力甚小, 边坡破坏时, 破裂面近似为一直线。1.1.2非平面破坏的边坡稳定性分析。所谓非平面平破坏:是指边坡在外力和自身重力的作用下, 坡体沿不规则的破裂面发生滑动, 从而产生滑移破坏。其分析方法分为圆弧滑面分析法和非圆弧面分析法。最典型的圆弧滑面的稳定性分析法有:瑞典条分法 (W.Fellenius) 和毕肖普法 (A.W.Bshop Method) 。瑞典条分法假定土坡稳定分析是一个平面应变问题, 因此其滑面是圆弧形。将圆弧滑动面上的土体划分为若干竖向土条, 依次计算每一土条沿滑动面的下滑力和抗滑力, 而后叠加计算出整个滑动体的稳定性。由于瑞典条分法略去了土条间的作用, 即其对每一土条的力的平衡条件是不满足的, 对于土条本身本身的力矩平衡也是不满足, 只是满足整个滑动土体的力矩平衡条件。而毕肖普法的则是考虑了条间力的作用, 其假设每个分割的土条都与土坡具有相同的安全系数, 当土坡的安全系数Fs>1时处于稳定状态, Fs=1时为极限平衡状态, Fs<1时为失稳状态。安全系数的求解可以采用试算法和迭代法。非圆弧滑动面的稳定分析方法主要有詹布法 (N.Janbu) :此法为考虑非圆弧滑动面的“普遍条分法”。其做了如下两个假定:a.每个土条都与土坡都具有相同的安全系数;b.推力线的位置假定已知。以上非平面破坏的边坡稳定性分析法主要适用于粘性土, 土的抗力以粘聚力为主, 内摩擦力较小, 边坡破坏时, 破裂面为近似的圆柱体。

1.2 图解或表解法。

该方法是在计算机和图解分析的基础上, 制定成图或表, 用查图或查表法进行边坡稳定性分析。此法简单, 但不如数解法精确, 主要的图解法有以下2种:1.2.1诺模图法:该法就是利用一定的诺模图或关系曲线来表征与边坡稳定有关参数间的关系, 并由此求出边坡稳定安全系数, 或根据要求的安全系数及一些参数来反分析其它参数 (φ、C、结构面倾角, 坡角, 坡高等) 的方法。1.2.2投影图法:该法就是利用赤平极射投影的原理, 通过作图来直观地表示出边坡变形破坏的边界条件, 分析不连续面的组合关系, 可能失稳岩土体形态及其滑动方向等, 进而评价边坡的稳定性, 并为力学计算提供信息。常用的有赤平极射投影图法、实体比例投影图法、Markland J J投影图法等。

2 工程地质法

该方法是根据不同土类及其所处的状态, 经过长期的的生产实践和大量的质料调查, 拟定边坡稳定参考数据, 在设计和施工过程中, 将影响边坡稳定的因素做比拟, 采用类似条件或周边地区的稳定边坡值。主要工程地质法有以下两种:

2.1 自然 (成因) 历史分析法。

该方法主要根据边坡发育的地质环境、边坡发育历史中的各种变形破坏迹象及其基本规律和稳定性影响因素等的分析, 追溯边坡演变的全过程, 对边坡稳定性的总体状况、趋势和区域性特征作出评价和预测, 对已发生滑坡的边坡, 判断其能否复活或转化。它主要用于天然斜坡的稳定性评价。

2.2 工程类比法。

该方法实质上是利用已有的自然边坡或人工边坡的稳定性状况及其影响因素、有关设计等方面的经验, 并把这些经验应用到类似的所要研究边坡的稳定性分析和设计中去的一种方法。通过这些分析, 来类比分析和判断研究对象的稳定性状况、发展趋势、加固处理设计等。在工程实践中, 既可以进行自然边坡间的类比, 也可以进行人工边坡之间的类比, 还可以在自然边坡和人工边坡之间进行类比, 是目前应用较广泛的一种边坡稳定性分析方法。

2.3 边坡稳定性分析数据库和专家系统。

边坡工程数据库是收集已有的多个自然斜坡、人工边坡实例的计算机软件。它按照一定的格式, 把各个边坡实例的发育地点、地质特征 (工程地质图、钻孔柱状图、岩土力学参数等) 、变形破坏影响因素、形式、过程、加固设计, 以及边坡的坡形、坡高、坡角等收录进来, 并有机地组织在一起。边坡稳定分析设计专家系统就是进行边坡工程稳定性分析与设计的智能化计算机程序。它把某一位或多位边坡工程专家的知识、工程经验、理论分析、数值分析、物理模拟、现场监测等行之有效的知识和方法有机地组织起来, 建成一个边坡工程知识库, 结合相关学科不同专家的知识进行推理和决策, 对所研究的对象 (边坡) 进行稳定性评价。

结束语

边坡稳定分析方法很多, 不同边坡可采用不同的分析方法。不同的分析目的与精度要求也有不同的方法与之适应。在工程初期基本资料不充分, 分析精度要求不高的情况下, 对粘性土质边坡采用刚体极限平衡理论中的圆弧法分析;对于无粘性土边坡可采用相应的平面法;对岩质边坡可采用刚性块体稳定分析法或毕肖普法 (A.W.Bshop Method) 。在技术设计或施工设计阶段, 分析精度要求高, 分析所需的资料也较充分, 可采用较精确的连续介质力学方法-有限单元法或离散介质力学方法-离散单元法分析。对于可滑动边破的稳定性分析, 采用条分法来得更直接、方便, 对于某些滑动可能性不大但变形要求高的边坡则必须采用变形介质假定下的分析方法-有限元法, 包括弹塑性有限元分析, 粘弹塑性有限元分析及渗流有限元分析等。对于地震、爆破等动荷载作用下边坡的稳定性分析及其滑速、涌浪分析及渗流应采用有限元动力大位移模型分析。随着岩土力学参数由过去主要由实验室试验和现场确定发展成多种方法综合确定的方法, 如数值反分析法、野外抽样与统计推断技术等, 特别是有关结构岩体特性研究的进展, 使得岩质边坡的数值计算结果更为可靠。目前人们已可以在计算机上再现岩体的裂隙网络, 确定节理网络状态下的渗流特征, 定量评价岩体的质量、力学参数进而确定边坡的稳定性。引入损伤、断裂概念及大变形理论能使数值计算结果更加精确, 块体理论、离散单元法让我们能够在计算机上模拟边坡运动的特征与失稳过程, 运用可靠度方法、网络理论和动态规划原理、随机模糊有限元可以较好地处理裂隙介质力学几何参数的随机性、模糊性, 使稳定性计算成果更为合理等等。

摘要：路基边坡稳定性分析方法的研究一直是公路工程研究的重要内容之一, 主要介绍了路基边坡稳定性分析的一些常用方法、基本原理及其适用范围, 适当探讨了路基边坡稳定分析的发展趋势, 为进一步研究路基边坡稳定性问题理清了思路。

关键词：破坏,边坡稳定,稳定性分析,滑面

参考文献

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[3]孙玉科, 牟会宠.边坡岩石稳定性分析[M].北京:科学出版社, 1998:50-59.

复杂边坡稳定性分析 篇10

边坡是自然或人工形成的斜坡,是人类工程活动中最基本的地质环境之一,也是工程建设中非常常见的工程形式[1] 。作为全球性三大地质灾害(地震、洪水、崩塌滑坡泥石流)之一的边坡失稳滑塌病害,严重危害着人民财产和生命安全。随着我国的基础设施建设的力度越来越大,大量的边坡工程不断涌现,因此对边坡的稳定性分析成了许多工程中重要的环节。运用FLAC-2D软件对云南某复杂边坡典型剖面的稳定性进行分析,总结出边坡稳定性分析的思路,为边坡治理工程设计提供理论依据。

1 工程地质概况

1.1 地形地貌

该边坡位于云南西南部兰坪县金顶镇金凤村委会香柏树村,拟建10万t/a电锌项目选矿改扩建工程6000 t/d硫化铅锌选矿厂。场区位于三江褶皱系中段紧密收敛部位,兰坪思茅中生代拗陷的北端、弥沙河断裂带与澜沧江断裂带所夹持的南北向断裂带之间,这两个断裂带分别构成兰坪思茅中生代拗陷东西两侧的边界。

此外,厂区内山高沟深,地势陡峻,相对高差大。山间有条东西向“V”型沟谷,坡脚处为河流堆积区,场区北、南及东面均为单面斜坡,小山脊、冲沟相间起伏,高差约500 m,坡度约20°～30°,局部大于45°。

1.2 地层岩性

该边坡的地质构成主要为:从上至下依次穿越粉质黏土②层、含碎石粉质黏土③、泥质粉砂岩⑤1、泥质粉砂岩⑤2,此外局部穿越砂质泥岩⑦1、砂质泥岩⑦2。整体来说,该坡面地质具有三个特征:1) 上部为可塑性的堆填土层,下部为较硬的岩石层;2) 上部土层和下部岩石层分布不均匀;3) 下部岩石层分布不呈层状纹理状分布。边坡地层现状分布图如图1。

各岩土力学参数见表1:

2 稳定性分析

2.1 稳定性分析原理简述

对边坡的稳定性评价,安全系数是一个重要的量化指标。目前,对安全系数的求解方法使用较多的是极限平衡法与强度折减法。强度折减法与数值分析软件相结合与极限平衡法相比较有许多优点,如:可以自动搜索滑面,力与力矩自动平衡,还可以考虑支挡加固措施与岩土体共同作用等[2,3,4]。基于这些优点,本文采用强度折减法与拉格朗日法相结合软件FLAC/SLOPE对边坡稳定性进行定量分析。

强度折减原理就是把土体的抗剪强度值C和φ除以一个折减系数Fs,把折减以后的土体强度值C1、φ1代入有限元中计算,并不断增大折减系数,直到其达到破坏状态为止,将此时的折减系数作为安全系数[5,6]。公式如下:

连续介质快速拉格朗日法(FLAC)是基于有限差分法的数值分析方法,它适用于大变形。可以考虑土体非线性应力应变关系,求得边坡内部每一点的应力应变及变形,可以准确地分析出边坡岩土体的屈服、塑性流动、软化直至大变形[7]。FLAC/SLOP软件结合了这两种算法,并且可以直接算出稳定系数,使用方便。其有限差分法计算流程如图2。

2.2 稳定性分析思路

由于该边坡岩土分布复杂,边坡上表部位将兴建厂房以及其他建筑,故需要对其边坡的整体稳定性进行分析,为厂房以及其他建筑物场地平整的治理提供依据。以下是该边坡稳定性分析的思路。

(1) 运用FLAC-2D软件对其现状整体稳定性进行计算,得出整体稳定性系数以及剪应变率分布规律等。

(2) 由于该边坡上部土层为可塑性土层,下部为较为坚硬的岩石层。在对边坡现状进行稳定性计算后,验算其下部基岩的稳定性,这样做的目的是确定其下部较坚硬岩土层(基岩)是否稳定。具体步骤是:将上部可塑性土层(粉质黏土②、含碎石粉质黏土③)的岩土力学参数(黏聚力、内摩擦角等)翻倍处理,下部基岩力学参数不变后,再运用FLAC-2D软件进行计算得到其边坡的整体稳定性以及剪应变率分布图等。

注:岩土力学指标翻倍处理,其翻倍处理的土层力学参数需满足压缩模量≤16 MPa,黏聚力≤65 kPa,内摩擦角≤25°。

(3) 在上述基础上,场地进行平整、取得正确的荷载后,运用FLAC-2D软件对场地平整后的整体稳定性进行计算,得出整体稳定性系数以及剪应变率分布规律等。

(4) 在对边坡进行场地平整稳定性计算后,验算场地平整后下部基岩的稳定性,具体步骤是:将上部可塑性土层(粉质黏土②、含碎石粉质黏土③)的岩土力学参数(压缩模量、黏聚力、内摩擦角)翻倍处理,下部基岩力学参数不变后,再运用FLAC-2D软件进行计算得到其边坡下部基岩的整体稳定性以及剪应变率分布图等。

3 稳定性计算分析

3.1 计算模型

按地质剖面提供的实际边坡长度与高度建立研究剖面模型。模型划分的网格大小约为300 mm×300 mm。模型两侧边界条件设置为滚轴支座,限制水平运动,允许垂直运动,模型底面边界条件设置为固定支座,水平和垂直方向均固定。边坡坡面考虑了如下四种工况:

(1) 边坡现状的整体稳定性;

(2) 上部土层指标翻倍后的整体稳定性;

(3) 边坡平整建设后的整体稳定性;

(4) 边坡平整建设后上部土层指标翻倍后的整体稳定性。

边坡平整建设后的挖填边坡在进行模拟计算时按45°坡脚处理,场地建(构)筑物荷载按200 kN/m2考虑,模拟分析中考虑了地下水渗透力作用。其模型图如图3。

此外,在该边坡FLAC-2D模拟分析中,材料模型为摩尔库伦模型。各岩土层的弹塑性岩土参数见表1。

3.2 计算结果及分析

3.2.1 计算结果

(1) 计算该坡面现状整体稳定性,得到其整体稳定性安全系数K=1.46。其最大剪应变率分布图见图4。

(2) 上部可塑层土层参数指标翻倍处理后进行计算。得到该边坡现状基岩的稳定性安全系数K=1.85。其最大剪应变率分布图见图5。

(3) 对该边坡进行场平后再次计算其整体稳定性安全系数。该边坡场平后荷载分布与地层分布图见图6。

计算得到坡面场平后的整体稳定安全系数K=0.43。其场平及地面加载后最大剪应变率分布图见图7。

注:在数值模拟过程中将最大剪应变率单位设为10-30。

(4) 上部可塑层参数指标翻倍处理后,计算得到该边坡场平及加载后的稳定性安全系数K=1.85。其最大剪应变率分布图见图8。

3.2.2 结果分析

根据上述计算结果,得到该坡面最危险滑移面的位置,见表2。

由表2可以得出如下结论

(1) 场坡面现状的整体稳定性(K=1.46)能达到使用要求,但其场平及加载后场地的整体稳定性(K=0.43)非常小,不能达到使用要求。这说明该坡面场平及加载后的边坡存在失稳的可能性比较大,需要在该边坡场平时进行合理的治理。

(2) 该坡面现状和场平及加载后的基岩部分整体稳定性均为1.85,说明该边坡的基岩部分是非常稳定的。

(3) 该坡面现状和场平加载后整体最危险滑移面依次为第四系全新统松散堆积层和填土边坡,基岩及岩土界面的最危险滑移面均为岩土交界面上。这说明在该边坡治理当中,不需要对其基岩部分进行治理,只需要对其基岩上部的第四系全新统松散堆积层进行加固处理,尤其是填土边坡区。

4 结论

对于边坡治理,首先对其进行整体稳定性分析是非常必要的。对于复杂岩土边坡的整体稳定性分析首先要分析其内部基岩部分是否稳定,在此基础上再分析其整体稳定性,寻找其最不利滑动面,最后,根据研究结果寻求安全、合理、经济的治理方法。

摘要：本文以云南某地质环境复杂的边坡典型剖面为例,运用FLAC-2D二维有限差分数值计算软件,采用通过对c,φ值翻倍的思路分析了边坡的稳定性。同时得出边坡的破坏模式。最终总结出一种复杂岩土边坡稳定性分析流程。为边坡治理工程人员制定安全、合理、经济的设计方案提供依据。

关键词：复杂边坡,破坏模式,强度折减法,稳定性

参考文献

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