边坡稳定性分析（精选十篇）
边坡稳定性分析 篇1
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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[2]邓学均.路基路面工程[M].北京:人民交通出版社, 2000, 2.
[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.
浅析边坡稳定性分析的数值解 篇2
浅析边坡稳定性分析的数值解
推导了坡面为两直线段斜坡的`均质边坡稳定性安全系数函数式,利用遗传算法求出最危险滑弧位置、滑弧半径及相应的最小稳定性安全系数值,利用有限元法和接触摩擦弹簧元进行了边坡的渐进破坏分析,讨论了材料特性对边坡稳定性的影响.计算表明,渐进破坏分析所求出的稳定性安全系数比理论上求出的最小稳定性安全系数要小.
作 者：朱典文 ZHU Dian-wen 作者单位：广东省路桥规划勘察中心,广东广州,510635刊 名：广东交通职业技术学院学报英文刊名：JOURNAL OF GUANGDONG COMMUNICATIONS POLYTECHNIC年，卷(期)：8(3)分类号：U416.1关键词：边坡 渐进破坏 稳定性分析 遗传算法 接触摩擦 弹簧元
膨胀土边坡稳定性分析 篇3
关键词：膨胀土；边坡工程；失稳破坏
中图分类号： TU23 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）20-69-2
0 引言
膨胀土属于特殊土，分布较为广泛并且对工程建筑物危害较大。大量的粘土矿物是膨胀土具有膨胀结构的根本原因，其中蒙脱石的存在会使得土体易于开裂、亲水性强、胀缩性高，同时膨胀土的液限也很高。判断一种土是否为膨胀土的依据就是液限和自由膨胀率，当液限和自由膨胀率均大于40%时，判别为膨胀土[1]。
膨胀土的破坏特性是复杂的，具有潜在性、反复性和长期性，全世界由膨胀土造成的损失很大，甚至超过了洪水、飓风、地震和龙卷风所造成破坏的总和[2]。美国专门组织召开膨胀土大会，国际工程地质大会、国际土力学及基础工程大会以及地区性的会议都会针对膨胀土的研究进行交流探讨，在此的背景下，国际上制定了一些相关的规范。我国在20世纪五六十年代开始注重膨胀土带来的一系列问题。当时的研究程度不够深入，在膨胀量和膨胀力以及引起膨胀的相关因素方面的研究成果很少[3]。
1 膨胀土边坡稳定性研究现状
1.1 强度准则
传统的摩尔库伦准则是应用最广泛、认可度最高的强度理论，后续的很多新理论都是在摩尔库伦理论的基础上建立起来的。由于自然条件下膨胀土边坡为非饱和土，故目前研究的热点集中在非饱和土力学。Bishop等于1960年提出了非饱和土抗剪强度的有效应力公式[4]：
以上学者提出的公式虽然得到了国际上很多转接学者的认可，但是还是存在缺陷，Bishop法ua-uw数值难以测定，Fredlund法？渍″的测定非常复杂，都未能在工程中大量应用，应用最广的依然是摩尔库伦强度准则。
1.2 膨胀土边坡裂隙开展深度
膨胀土裂隙开展深度对土体稳定性影响非常的大。膨胀土在不同的温度、含水量等作用影响下产生应力不均匀分布，于是产生相应的应变。膨胀土形成的众多裂隙致使其结构稳定性降低，导致膨胀土体工程性质变得极差。因此研究其裂隙扩展深度极其重要。由于膨胀土裂隙深度并非受单一因素影响，它与风化卸荷、地应力、工程地质条件密切相关，要精确求解比较困难。
易顺民和袁俊平对裂隙的分布进行了研究，并依据统计法建立了裂隙度的概念，但并未针对某一具体裂隙深度进行求解。在工程实际中，很多时候都是根据当地的地质勘察资料和当前气候条件进行经验估算得到裂隙深度。根据经验统计分析，膨胀土体的稳定性系数随着裂缝深度的变化幅度基本在10%以下，就可以在进行稳定性计算时取稳定性系数为最小时的深度。
1.3 膨胀土的渗透性
非裂隙性的膨胀土渗透系数很小，对边坡土体的稳定性影响很小，因此关于非裂隙性的边坡渗流问题研究的文献也比较少，只有少部分文献研究了裂隙生成后的渗流问题。对于边坡表层的膨胀土受风化应力改造比较严重，裂隙发育较多，大小不一，根据不同的工程地质条件，边坡形态，雨水入渗对边坡会产生不同程度的影响，对边坡稳定性造成一定的威胁。袁俊平初步建立了非饱和膨胀土边坡裂隙网络的入渗模型。
1.4 膨胀力与含水率的关系
膨胀土遇水后会产生膨胀力，而大气条件下膨胀土吸水后产生膨胀力的情况要比室内膨胀力测试实验复杂得多，室内试验膨胀土试样完全浸入在水中，并且在测试过程当中完全没有变形，这与大气条件下差别较大，因此准确测定膨胀力困难比较大。卢肇钧定义膨胀土的的膨胀力为土体积不变的情况下测定的，现在土工试验规程也使用了这种方法。Asuri Sridharan设计了三种方法来测定膨胀力，包括自由膨胀法、线性求解法和定体积法，从不同的角度，通过大量实验对比分析三种方法的不同特点，测定膨胀力以获得更加合理的方法，同时还总结出了膨胀力与初始含水率和干密度的关系。
2 膨胀土边坡稳定性分析
2.1 室内试验研究
目前室内试验是获取膨胀土的膨胀力和强度参数的主要方法，在进行稳定性计算时往往要先做室内试验。
2.1.1 膨胀力试验
膨胀力试验测量的是膨胀土试样在不同初始含水率试样达到或接近试样的最大干密度条件下的膨胀力，分析了膨胀力与含水率之间的关系并且实现了定量化，能够为极限平衡计通过研究以往试验可以发现，试样在实验前虽然含水率相差很大，膨胀力试验结束后发现含水率都接近塑限。膨胀速度呈现先快后慢的趋势。在实验过程中，当膨胀力趋于稳定的并且接近末尾阶段，不同试样表现出了不一样的变形差别，含水率大于等于最优含水率的试样完全限制试样变形，在实际条件下，膨胀土边坡的变形是不可能被完全限制住的，因此在进行极限平衡计算时需要选择一个合理的折减系数来平衡实验室与实际间的差别。
2.1.2 压实性膨胀土的抗剪强度试验
压实性膨胀土的抗剪强度试验测定了膨胀土抗剪强度随含水率的变化情况而变化的规律，为膨胀土边坡稳定性计算提供定量数据。
在做固结慢剪试验时，需要制备不同含水率的试样，并且固定一个压实度作为基准，在制备试样时，分别将试样压实到相对于试样的最大干密度。当固定一个含水率的值的时候，制备不同压实度的试样，来考察最优含水率附近压实度对强度的影响。还可以控制含水率，制备不同压实度的试样来进行快剪试验。
2.2 大气作用下的试验研究
孔令伟[6]研究了大气作用下膨胀土边坡的现场响应试验研究。试验场地选在了广西南宁郊外，属于亚热带季风气候，日照充足，降水量大，雨季旱季分界明显。多年平均降雨量约为1318mm，其中雨季的降水量达到全年降水的80%，年平均蒸发量约为1220mm。地形地貌属于垄状地貌，选在一块面西向的缓坡上，坡度较小，10°-14.5°，边坡上安装相关检测设备，包括小型气象站、TDR土壤含水率测量系统、测斜管、沉降传感器等。
通过试验数据分析得出：降雨量、蒸发量、净辐射量、湿度等都会对膨胀土的含水率有影响，但是降雨和蒸发两个参数是影响程度最大的，进而影响膨胀土边坡稳定性；土壤温度是与净辐射量有关系，在一定程度上可以间接性的反映边坡不同温度区域的含水率情况；植被覆盖对膨胀土边坡的变形有一定影响，植被可以保持水分、固定土壤、控制径流，进而影响边坡的稳定性。
3 总结
膨胀土的特殊性使得膨胀土坡稳定性变差，膨胀土工程边坡经常发生滑坡等地质灾害。影响膨胀土边坡稳定性的最重要因素为裂缝的开裂情况，裂缝即降低了土体强度，又为雨水入渗提供通道，加剧土体抗剪强度的降低，最终导致土体变形失稳。
对于膨胀土的研究日渐成熟，但也存在很多尚待解决的问题，在理论研究结合生产实践的基础上，对膨胀土的认识会进一步，为实际工程带来帮助。
参 考 文 献
[1] JTJ033一95公路路基施工技术规范.
[2] 孙志伟.裂隙膨胀土切岭滑坡形成机理及发育阶段分析[J].中国地质灾害与防治学报.1994，6（5）：60-65.
[3] Huang X L.Problems of buildings on slopes of expansive soils[A].Proc of the Inter Conf on Engineering Problems of Regional Soils[C].Beijing，China，1998.67-110.
[4] 林鲁生，蒋刚.考虑降雨入渗影响的边坡稳定分析方法探讨[J].武汉大学学报（工学版），2001，34（1）：42-44.
[5] 中华人民共和国行业标准，公路土工试验规程（JTJO51-93）.人民交通出版社，1993.
复杂边坡稳定性分析 篇4
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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边坡稳定性分析 篇5
摘 要：通?^对某高速公路边坡防护结构开展实时应力监测，根据监测数据分析判断边坡施工过程中的稳定状态以及应力损失情况，结合数值分析模型模拟应力损失后的土体受力和位移情况，分析结果表明，监测边坡处于稳定状态。
关键词：应力；监测；边坡；稳定性
中图分类号：U416 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）17-0008-03
Abstract： Through the real-time stress monitoring of the slope protection structure of a certain expressway，the stable state and the stress loss of the slope during the construction process are analyzed and judged according to the monitoring data.Based on the numerical analysis model to simulate the stress loss of soil force and displacement，the analysis results show that the monitoring slope is in a stable state.Keywords： stress； monitoring； slope； stability
某山区高速公路沿线部分边坡开挖高度高，多采用锚固防护形式，而支护结构的工作应力是影响防护结构安全的重要因素。如果支护结构的工作应力过高，可能使防护设施发生突然破坏，成为工程中的“定时炸弹”；反之，如果工作应力衰减过大，则起不到主动加固岩土体的作用。因此，有必要开展基于支护结构应力监测的边坡稳定性分析技术研究，评估边坡稳定性和安全防护有效性，保证锚固结构安全和边坡稳定性。工程概况
本项目选择位于浙江省某山区高速公路LP02合同段一路堑高边坡作为监测研究对象。该边坡最大开挖高度54.5m，分八级开挖支护，各级防护措施分别为：第一级设挡墙防护，第二、三级设锚杆框格防护，第四、五级设锚索框格植被防护，第六级骨架植草防护，第七、八级边坡高次团粒防护。锚索锚固段全部进入中风化岩层。边坡地质情况如下：坡表分布厚度不等的残破积粉质黏土层，局部为含碎石粉质黏土层，褐黄色，可塑，碎石含量在25%左右，风化强烈，厚约1.0～4.8m，属普通土（Ⅱ）；下伏基岩为片麻岩：全风化，浅黄色、浅灰褐色，砂土状，具有可塑性，厚约10.7～26m，属普通土（Ⅱ）；强风化，变晶结构，片麻状结构，裂隙发育，岩芯呈碎块状及碎屑状，属软石（Ⅳ）；中风化，变晶结构，片麻状结构，节理裂隙较发育，裂隙间由方解石脉充填，属次坚石（Ⅴ）。监测点布设
针对试验监测边坡的防护工程情况，在边坡第四、五级预应力锚索框格防护工程中选择两个监测断面，每个监测断面设置4个测点，开展应力监测。该边坡锚索设计长度为27m～36m，锚固段长度设计值均为12m，锚固力设计值为780kN。监测原理是采用弹性波锚头激振方法实时监测预应力变化，具体监测方法是选择典型锚索埋设压力环进行长期预应力监测，并对无损检测技术提供验证；采用锚头激振技术对预应力锚索的工作应力进行无损检测，对边坡预应力锚索工作应力的整体情况进行评估。
测力计在安装前可以根据工程实际情况进行现场率定。为了保证锚索测力计能够真实反映受力状况，需要在测力计两个端面放置承载垫板，使加载荷载呈均匀分布。同时，承载垫板在加工时应格外小心，表面应平整，如果垫板表面有焊渣等异物，可能导致加载过程中出现读数误差。在正式加压前，应先预压二次，预压时应缓慢施压，并在最大压力处保持一分钟以上。预压结束，测力计应静止10分钟后才能进行正式率定。
根据边坡防护设计要求，测力计安装在锚固端。安装时钢绞线或锚索从锚索计中心穿过，测力计处于钢板和工作锚之间。锚索测力计典型安装示意图见图1所示。
测力计安装完成后，各模块与数据采集仪之间通过电缆连接组成一套完成的应力监测系统，为了方便野外长期监测，为整套监测系统安装了太阳能供电系统，保证监测系统的长期稳定工作。监测系统现场布设图见图2。监测数据分析
应力监测设备安装完成后，采用BSIL-MICRO-MCU测量系统对应力开展实时监测，通过对前期监测数据整理，得到各监测点应力监测数据曲线图，其中一个监测点的监测数据见图3。从监测数据曲线图来看，该边坡锚索预应力趋于稳定，说明该边坡施工过程中处于稳定状态。从监测数据分析可以看出，当锚索锁定后，随着时间的推移，会发生荷载损失，损失率大约在10%～20%。这主要是由于岩土体的压缩、锚索材料的变形松弛等原因造成的。稳定性分析
根据监测点边坡断面截面尺寸及锚索布置情况，采用FLAC 3D数值分析软件建立边坡模型开展边坡稳定性分析，如图4所示。模型建立时的假设条件包括：不考虑Y方向不平衡力对边坡稳定性的影响。边坡侧面采用法向约束，底面采用固定约束。模型建立的过程：先采用弹性模型生成初始地应力场，再降土体定义为摩尔库伦模型，最后添加锚索构件，开始计算分析。
模型分析计算中采用的方法是强度折减法。该方法将边坡刚好达到临界破坏状态时岩土体的抗剪强度进行折减的程度定义为边坡安全系数，也就是岩土体实际抗剪强度与临界破坏时的折减后剪切强度的比值。在分析计算结果时，当安全系数大于1时，边坡处于相对稳定状态；当安全系数小于1时，边坡处于不稳定状态，需要加固措施。
黑岱沟露天矿边坡稳定性分析 篇6
摘 要：块体理论是由石根华博士与R.E.Goodman教授合作完成的具有重要意义的研究成果。它是石根华博士借助于自己出色的数学知识，结合岩体稳定性发展出的一种新方法，并且有了广泛的应用，为业内人士所认可，而且处于不断的完善中。岩体结构面的产状是决定边坡失稳模式的重要因素，本文对现场测量的结构面资料用赤平投影原理和玫瑰花图原理进行统计分析，确定优势产状，进而为之后的边坡稳定性分析提供依据。
关键词：岩体结构面；赤平投影原理；玫瑰花图；边坡稳定性
1 概述
岩体作为一种地质体成分是非常复杂的，为了研究的需要将其理想化为岩块和结构面，结构面其实也就是形成裂隙的两面，岩块就是一块块的岩石，是岩体被裂隙切开的，与裂隙的空心相对，岩块可以认为是实心的。在自然界中，岩体事故的发生往往是由于结构面在各种内力和外力的作用下发生各种变形所引起的，而岩块相对致密，抵抗各种力的能力较强，稳定性比较强。因此，岩体稳定性主要取决于结构面，我们应该对结构面做重点研究。
本文通过测量收集黑岱沟露天矿边坡的地质资料，对西帮的裂隙进行统计分析，利用关键块体理论对边坡稳定性做出评价。
2 矿山概况
黑岱沟露天矿降雨量：1971年以来年最高降水量518.5mm（1973年），年最低降水量273.7mm（1980年），年平均降水量396.1mm。蒸发量：年最高蒸发量2436.2mm（1972年），年最低蒸发量1949.7mm（1964年），年平均蒸发量2082.12mm。
岩石工程地质特征按照沉积规律，结合岩石物理力学性质，自上而下划分为如下工程地质岩组：①泥岩、泥质粉砂岩（P1s）位于山西组顶部，灰色、深灰色，水平层理发育，节理裂隙发育。②粗粒砂岩（P1s）位于山西组上部，灰、褐灰、灰黄色，泥质胶结，节理发育。③泥岩、砂质泥岩夹粘土岩（P1s）位于山西组中部，灰、深灰色，中层构造，高角度节理发育。④粗粒砂岩（P1s）位于山西组中部，褐黄色，含铁质结核，泥质胶结，厚层构造，节理较发育。⑤泥岩、泥质粉、细砂岩（P1s）位于山西组下部，浅灰、褐灰色，鳞片状构造，节理发育。⑥含砾粗砂岩（P1s）位于山西组底部，浅灰、褐黄色，厚层构造，节理发育。煤层（C3t）。⑦太原组6#复煤层，暗煤为主，局部亮煤，夹灰黑色炭质泥岩，厚层、块状构造，性脆，柱状节理发育。泥岩、泥质粉砂岩（C3t）。⑧6号煤底板，夹8、9、10薄煤，水平层理发育。
矿区地层黑岱沟露天矿采区地层由老到新叙述如下：奥陶系下统亮甲山组，中石炭统本溪组，上石炭统太原组，下二迭统山西组，下二迭统上部下石盒子组，三迭系上统上石盒子组，第三系上新统，第四系上更新统马兰组。
黑岱沟露天煤矿西帮地下水埋深较深，端帮基岩段未发现明显出水点，露天剥离出露的岩层含水率普遍较低，研究区域内边坡处于无水状态。本次边坡角核实重点区域，针对底部岩石层三个平盘共进行了20余组边坡角和地层产状的测量。测量结果表明，局部砂岩层坡面角较陡，达到 71°。
3 块体分类
关键块体理论中，块体可以分为无限块体和有限块体两种。块体一开始结构面彼此间的距离较小，越向岩体内部距离越大，结构面无法在岩体内部闭合形成真正的块体，关键块体理论将这种类型的块体称为无限块体。有限块体被进一步划分为（几何）不可移动块体和（几何）可移动块体。
关键块体说的就是块体中稳定性最差的那一类块体，在工程中如果没有人工支护，这种块体便会失稳。但关键块体也不能全按字面意思理解，它并不是在岩体稳定性中起到关键作用的块体，它们的垮落不一定会引起周围块体的连锁反应。某个块体的失稳会使周围块体的稳定性变差，本质上是因为块体失稳后给周围块体提供了新的自由面，从而导致稳定性变差。
4 块体锥
如果一个块体有n个面（包括裂隙面和自由面），这个块体由n个平面圈闭而成，也就是由n个半空间相交切而成。把这n个面进行平行移动使他们通过一个共同点如坐标原点，这n个半空间形成一个锥体，称为块体锥[1]。相对于同时考虑裂隙与开挖面半空间平面的块体锥，如果只考虑开挖面，将其半空间平面平移至原点形成的锥称之为开挖面锥，只考虑裂隙时形成的锥为节理面锥。如果块体锥、节理面锥、开挖面锥分别用BP，JP，EP表示，三者之间有
BP=JP∩EP
块体锥在数学上很容易理解，只是把形成块体的各半空间平面平行移动至原点，假设平面的方程为：ax+by+cz+d=0，（a，b，c）是平面的法线矢量，解析式如下：
a1x + b1y + c1z ≥ 0
a2x + b2y + c2z ≤ 0
a3x + b3y + c3z ≤ 0
a4x + b4y + c4z ≥ 0
a5x + b5y + c5z ≤ 0
5 边坡稳定性分析
本次调查主要针对西帮南部岩石裂隙进行调查。由于受到开挖面以及爆破等多重因素影响，岩体中等破碎，岩体裂隙主要为剪节理，少量张节理；对典型地区的裂隙进行测量，结果如图1：
根据图可知，有一组结构面组倾向与边坡倾向一致，但结构面倾角平缓，对边坡稳定性影响较小。
6 结论及问题
通过对黑岱沟露天矿西帮裂隙的调查统计，利用块体理论分析裂隙对边坡稳定性的影响，从而使生产更加安全地进行。
为了研究的方便，使用块体理论是做了一些假设，比如假定岩石块体是刚体等，还有一些测量误差等，使计算结果和实际有一定的偏差，在往后的研究中还需要继续改进。
参考文献：
浅谈边坡稳定性分析 篇7
关键词：边坡稳定性,分析方法,综述
0前言
边坡稳定性问题涉及建筑工程、桥梁隧道工程、矿山工程等诸多工程领域，其稳定性研究具有重大的意义，通过对边坡稳定性分析和评价，可以为实际工程提供合理的边坡结构，以及通过对边坡的危险破坏面的分析处理，可减少灾害的产生，提高工程经济总体经济效益。不同的边坡工程赋存于不同的工程地质环境中，决定了不同的边坡稳定性分析方法都有各自的局限条件;因此，需要根据具体的工程特点，合理有效的选择与之相适应的稳定性评价方法。边坡稳定性分析方法:边坡稳定性分析方法可以分为定量分析、定性分析和综合评价方法。
1 定量分析方法
所谓的定量分析方法，它不是严格意义上的完全定量，只能算是一种半定量分析方法，其分析方法分为确定性方法、不确定性方法和现场检测与物理模拟三种方法[1]。
(1)确定性方法。(1)目前最简单、最普遍和最广泛使用的一种定量分析方法是极限平衡分析法，这不仅是在工程实践中应用最早的;极限平衡法运用力学分析方法，依据边坡破坏的边界条件，对在荷载作用大小不同的情况下可能发生的滑动面进行理论计算和抗滑强度的力学分析;可能的滑动面的稳定性系数，通过反复计算和分析比较得出;这种方法有很好的直观效果，并且很简单，人们对使用该方法对大多数边坡所做的评价结果比较满意;但是，在使用传统的极限平衡法计算边坡的稳定性时，由于忽略了土体内部的应力与应变之间的关系，所求出的安全系数与实际中还是有一定的误差，它只是假定滑裂面的平均安全度;又由于其工作状态是虚拟的，求出的土条间内力滑面的底部反力，当然不能够代表土体在产生滑移变形时真实存在的力，因此也就无法分析边坡破坏的发生、发展过程[2,3,4,5,6,7];(2)数值分析是一种与实验和理论互为补充的既有力又有效的分析工具。边坡的应力分布和变形情况是通过利用某种方法来求出的，各点上的局部稳定系数通过对岩体中的应力-应变的变化过程进行研究分析得出，最终对边坡的稳定性作出判断;由于能充分考虑边坡岩体非均匀性、各向异性以及形态性质复杂的边界条件等，所以其分析结果更接近于实际情况。边坡稳定性数值分析方法主要有:有限元法、离散元法、块体理论和拉格朗日元法等。由于数值分析方法能够在较短的时间内完成大量的计算分析工具，计算成本低、效率高，因此在大型水利、土木、矿山、隧道、交通等工程的设计分析中起到了重要的作用。
有限元法的优点是:部分的考虑了边坡岩体的非均质、不连续介质和应力应变特征，很好的克服了将坡体视为刚体和过于简化边界条件的弊端，从应力-应变特征可以更加接近实际的来分析边坡的变形破坏机理，便于边坡应力分布及应变位移变化特征的进一步了解[8]。有限元也有自身的局限性，原始数据容易出现差错，要保证整个区域内某些物理量的连续性是不现实的;对地震过程中可能出现的某些破坏现象，如液化大变形等很难做出精确合理的估计。
离散元法能够动态的模拟边坡随时间的准大变形甚至完全破坏的过程，该方法特别适合块裂介质的大变形及破坏问题的分析;但它的基本假设是介质为不连续块体，故不能将其用于连续介质;还存在计算时步需要很小，阻尼系数难以确定等劣势。
块体理论是建立在构造地质和简单的力学平衡计算基础上，利用拓扑学和群论评价三维不连续岩体稳定性，块体理论是三维分析方法，通过关键块体类型的确定，把潜在的危险的关键块体在临空面的位置和分布找出来[9]。
拉格朗日元法采用差分技术，引入时间因素，实现了从连续介质小变形到大变形的分析模拟，它同样遵循连续介质假设，按照时步积分利用差分格式求解，允许介质在随着计算机模型网格位形的变化不断更新坐标时产生大变形，是一种分析非线性大变形问题的数值方法，该方法适用于求解边界条件的非规则区域连续性问题和多种材料模式的情况，求解过程，便于在微机上操作，无需求解联立的大型方程组，加快的了求解速度;它同时具备了离散元与有限元的主要功能，它也存在自身的劣势，有限元和它都不能对含有多个不连续界面的岩土体问题进行模拟，它划分单元网格和计算边界有很大的随意性。拉格朗日元法已经有不少商业软件，如FLAC、FLAC3D、HEMP及TEN-SOR等。
(2)不确定性方法。目前主要的方法有模糊分级评判方法、可靠度分析方法、神经网络法和灰色系统方法等。
模糊数学评判法:该方法为边坡稳定性在多因素、多变量影响下的综合定量评价提供了一种有效的手段，大量实践表明，模糊评判法效果较好，用于处理经验模糊性的事物和概念，模糊数学具备一定的优势条件;它的劣势就是对于各个因素的权重选取带有主观判断的性质。
可靠度分析方法考虑了影响安全系数的各个因素的变异性。
人工神经网络法:他借助已有的边坡实例，对神经网络进行学习训练后，可以很好的对边坡的稳定性进行预测，其效果也很显著;他通过采用自适应的描述识别方法，对残缺不全的信息和具有随机模糊不确定性的信息都具有较强的容错能力，这就为其在边坡工程中的应用打下基础;人工神经网络也有自身的局限性:他对信息的处理归为数值运算，因此对不能或不宜数值化的信息，如硬将其数值化，必使其损失或歪曲而得出错误结论;他不能向用户解释自己的推理依据和推理过程，因为他对信息的表达、储存和推理都是隐式的;学习样本数量和质量的好坏决定人工神经网络的精确度和可靠性。
灰色系统理论:是以客观现象量化为目标，以信息的利用和开拓为宗旨，可以对事物进行描述，对事物的发展过程也可以进行动态的研究。在滑坡研究中灰色系统主要应用于利用灰色聚类理论对边坡稳定性进行分级、分类和通过灰色预测模型对滑坡失稳时间进行预报这两个方面，该理论预测的精确度经实践证明相当的高。灰元的白化和聚类指标的选取等带有经验性质是此方法的不足之处。
(3)现场检测与物理模拟。现场监测结果可靠直观，可以利用它对边坡的稳定性进行分析;物理模拟方法是一种发展较早、形象直观、应用广泛的边坡稳定性分析方法，它是在实验室通过特定的试验，模拟边坡中应力的分布和大小、边坡的破坏机制和发展过程、加固措施及效果等，进而判断边坡的稳定性。
2 定性分析方法
常用的定性分析法有:历史成因分析法(或者地质分析法)、工程地质类比法、边坡稳定专家系统法、图解法和范例推理评价法等。
历史成因分析法(或者地质分析法):他是依据边坡的地形地貌形态、地质条件及边坡变形破坏形迹的基本规律，追溯边坡演变的全过程，对边坡稳定性总的发展趋势及其破坏形式进行预测，对已经发生过滑坡的边坡判断其是否能够复活或者转化，从而对边坡的稳定性做出评价;可靠的地质判据是该方法的基础。
工程地质类比法:是根据已经做过的人工边坡或者自然边坡在研究设计等方面的经验，在相似条件的新边坡的研究设计之中应用这些经验;通过对新边坡和已有边坡进行详细的调查研究，对两者工程地质因素的相似性与差异性，以及影响边坡变形发展的机理和方式等主要因素的相似性与差异性，并且还要兼顾考虑对边坡的特定要求、工程的类别和等级等条件进行全面详细的分析。尽管他是一种经验方法，但是在中小型工程边坡设计、治理和加固工程中，该方法的应用比较普遍。
边坡稳定专家系统:在边坡稳定性分析中的设计专家系统就是把某一位或者多位该方面的专家的工作经验、理论知识以及数值模拟与现场检测等有效的方法与知识有机的结合起来，形成一个边坡工程知识库，通过智能化的推理，吸收合理的知识结构，找出最优的技术方案。他能使一般的工程技术人员像有经验的专家一样解决工程地质问题并给出比较正确的判断和结论，从而提高了工程技术人员的决策水平，并且降低了相关的费用，节约了时间。
图解法是在图解分析的基础上，利用计算机制成的图或者表，通过查图或者表的方法对边坡的稳定性进行分析研究。
范例推理评价法(Case based reasoning):范例推理是根据目标范例(即当前所面临的新问题)得到记忆中的源范例(即回忆的问题)，在源范例的指导下求解目标范例的一种方法;在范例推理中知识表的基础是范例，范例的获得比较容易，于是就很大程度的简化了知识的获得，为边坡稳定性评价这一复杂问题开辟了新的途径。
3 综合评价分析方法
目前使用的综合分析方法有:可靠度综合分析方法和模糊综合分析方法。可靠性综合分析与传统的确定性理论相比较，能真实的考虑到人为地和客观存在的一些不确定因素，更好地反映边坡工程的实际情况和解释一些确定性理论无法解释的实际工程问题。模糊综合评价考虑到边坡性质和稳定性的界限具有相当的模糊不清楚性，它通过应用模糊变换原理与最大隶属度原则，对边坡和与其属性相关的其它因素进行综合考虑，从而对边坡进行等级或类别的评价。
4 结语
各种分析方法都有优缺点，因此，在进行边坡稳定性分析时，应综合运用各种方法，把科学的方法和工程经验，定量和定性相结合，才能更好的改进和完善各种方法，为工程实践提供行之有效的方法。
参考文献
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岩石边坡稳定性分析方法 篇8
在岩石边坡稳定性分析中, 不能单纯的使用一种分析法, 这样会导致岩石边坡稳定性分析不够全面, 如极限平衡法, 虽然简单易行, 但是将滑动体看作刚体的话, 是使得边界的条件都相应简化, 会使分析结果不准确, 因此在对岩石边坡稳定性进行分析时, 要同时采用两种或两种以上的分析方法, 这样才能保证对岩石边坡稳定性的全面分析。
2 岩石边坡稳定性分析方法
2.1 数值分析法
岩石边坡的地质环境极其的复杂, 而且, 所处位置的岩体还伴有不均匀以及不连续性, 使得岩石边坡位置的岩体不一, 造成岩石边坡的工程面临着巨大的困难。但是, 在使用数值分析法之后, 可以让这些问题迎刃而解, 采用数值分析法对岩石边坡的稳定性进行分析时有着极大的帮助, 数值分析法的主要原理是分析岩石边坡的岩体破坏准则, 从这点出发可以判断出岩石边坡哪个区域是拉裂区、塑性区以及压碎区, 另外还可以确定岩石边坡的起始破坏的位置和岩石渐进破坏的过程, 通过对此项的分析, 可以掌握岩石边坡的位移场、应变场以及应力场等, 这样就可以计划岩石边坡分步开挖的工程, 并且在施工的过程中了解岩石边坡与工程加固结构之间的相互作用, 在此期间, 还需要考虑到外界因素如爆破、地震、地下水渗流等对岩石边坡的稳定性造成影响的因素[1]。对岩石边坡的稳定性进行分析的时候, 经常采用的分析方法有边界元法、有限元法、块体元法、离散元法等, 而我们所说的数值分析法是把以上所说的几种分析方法有效的结合在一起, 充分发挥出各种分析法的分析效果, 从而达到对复杂岩石边坡的问题进一步简单化的效果。
2.2 极限平衡法
在岩石边坡稳定性分析计算中, 使用最多的一种分析方法要属极限平衡法了, 极限平衡法使用比较简单, 而且也比较适用。而极限平衡法还分很多种方法, 如:Felle-nius法 (W.Fellenius, 1936) 、Bishop法 (A.W..Bishop, 1995) 、Tayor法 (Tayor, 1937) 等。在采用极限平衡法时, 要根据岩石边坡的特性进行选择, 而同样的是在利用极限平衡法时是需要把岩石块看成一个刚体, 为了便于岩石边坡稳定性的计算作相应的假设, 在这个过程中无需考虑岩体的应变应力之间的关系[2]。因此, 在建立刚体的情况下使用极限平衡法, 在理论上是无法考虑到岩石边坡稳定性的应力分布和变形分布的。但在实际上, 利用极限平衡法对岩石边坡实施稳定性的分析, 能充分的反应与岩石边坡岩体稳定性中碎裂岩体的不均匀性[3]。
2.3 定性分析法
定性分析法是岩石边坡分析方法中最基本的方法, 但是相对于其他方法来说, 这种方法需要收集的资料有很多, 而且, 还需要对岩石边坡的地质环境进行分析。如, 调查岩石边坡项目位置的地质地貌、水文地质条件、人工活动等, 在地质环境分析中, 主要对工程地质类比、水库塌岸等方面进行分析。另外, 还可以通过利用以往的对该地岩石边坡稳定性的分析资料作为参考, 有助于提高分析的准确性[4]。
例如, 在某高速公路150公里处, 有35米以上的高边坡330多个, 对其中一处长45米高5米的岩石边坡进行调查, 边坡所处山区地带, 是夏季雨水高发地带, 工程地质主要成分灰色泥灰岩, 附近活动人群极少, 边坡的稳定性较差等, 通过对各种因素的调查, 再根据这种类型的边坡稳定性的经验分析, 该如何应对这种边坡滑动问题, 通过定性分析法选定最佳的解决方案。
2.4 其他方法
在以上所说的数值分析法、极限平衡法以及定性分析法等进行岩石边坡稳定性分析中, 岩体的形态是各有不同的, 而有些岩体形态比较复杂时, 采用这些确定性的分析法得出的结果却无法与实际相符。为了提高这类岩体形态分析的准确性, 研究方向又换成不确定性方法的研究, 比如, 灰色理论分析法、模糊数学方法、神经网络方法等不确定性的方法, 通过实践证明, 这种不确定性分析法在一些特殊的岩体形态中应用能达到意想不到的效果。
3 岩石边坡滑动的防治
3.1 降低岩石剪应力
在岩石边坡工程中, 时有发生岩石边坡滑动的现象, 对于这种危险情况的发生必须采取相应的手段来防治。降低岩石剪应力是一种有效的方法, 方法的核心就是将岩石边坡的坡脚整平。方法的主要目的就是将有滑动危险的岩体重量减小。在对岩石边坡施工中, 如果是高度较小的岩石边坡, 可以采用削缓破面的方式, 将破面与水平面的夹角缩小于原有的角度;如果是高度较高的岩石边坡的话, 可以采用台阶式的方式, 将整个破面分成多个小段削缓, 这样才能有效的降低岩石边坡的滑动性。另外, 还可以通过修建挡土墙来减少岩石边坡的滑动性, 在修建挡土墙时需要注意的是挡土墙要修建在比较稳定的地层上, 防止挡土墙与边坡滑动体一同滑落的现象发生。在滑动体上打桩可以防止滑落的现象, 桩可以选择打入式的或灌注式的。还需要注意滑动体内渗水的现象, 要在挡土墙底部的位置设置排水设施, 这样可避免滑动体渗水引起滑落的现象发生。
3.2 改变岩石的物理性质
降低岩石边坡的滑动性, 还可从岩石的性质进行改变。首先要知道影响岩石性质的主要因素有地下水和地表水, 因此, 改变岩石的物理性质, 就是采用防范措施排除岩石边坡中存在的地下水和地表水, 达到水对岩石边坡的影响。采用修建排水沟的方式, 排水沟修建有明沟和暗沟两种, 共同特点都是起到排除地下水的功能, 地下水得以排除才能降低岩石边坡中的水含量;修建截水沟, 主要用途是拦截从岩石边坡上部留到下部的地表水, 修建截水沟时, 需要保证其具有良好的防渗透性, 这样才能达到有效的排除地表水的功能;修建排水巷道, 主要排除岩石边坡滑动岩体下部的地下水。除此之外, 在改变岩石物理性质中, 还有很多种方法, 如冻结法、水泥胶结法、电化学法等都起到改变岩石物理性质, 加固岩石边坡的作用, 而上文所谈到修建排水沟、截水沟、排水巷道等方法在改变岩石物理性质加固边坡的牢固性中是比较常用的方法。
3.3 消弱滑坡形成作用
在防止岩石边坡滑动的方法中, 消弱滑坡的形成也是一个很好的方法。主要工作就是修建导流堤、防护堤等方式来防止岩石坡脚受到地表水冲刷。
4 结束语
通过对岩石边坡稳定性的分析, 对数值分析法、极限平衡法、定性分析法以及其他的分析方法进行了分析, 方便读者在进行岩石边坡稳定性分析工程中更好的应用, 另外, 本文还提出防止边坡滑动体滑落的几种方法, 希望能为岩石边坡工程更好的发展做出自己的贡献。
摘要：在进行岩石边坡稳定性的分析过程中, 相关人员应该根据勘探地点的实际情况, 采用有效的勘探方法, 才能够进一步提高勘探的准确性, 促进勘探工作的顺利开展。因此, 本文针对于岩石边坡稳定性分析方法进行了具体的分析和研究, 希望本文的分析能够进一步促进地质勘探工作的顺利进行。
关键词：岩石边坡,稳定性,分析方法
参考文献
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公路边坡稳定性分析及治理 篇9
在我国水利水电、公路、铁路等基础设施的建设中, 边坡问题是工程建设中不得不面对的问题。在工程建设中, 由于公路边坡的稳定性状况常常难以确定, 在开挖过程中或开挖后失稳的事故也常有发生。因此, 边坡稳定性的分析和评价是边坡工程的核心问题, 是岩土工程领域的一个重要课题。
公路边坡稳定性分析和评价, 在对边坡稳定性进行分析和评价的同时, 也为工程技术人员合理的设计施工方式和治理措施提供了依据, 可以减少边坡事故, 更好地促进工程的实施和后期维护。
1 影响边坡稳定性的因素
1.1 边坡的地质条件
工程地质条件是影响边坡稳定的前提因素。大量研究表明, 边坡稳定性主要受容重、边坡高度、粘聚力、坡面角、内摩擦角、降雨、孔隙水压力地下水等因素影响。边坡体一般是由土、泥岩、岩石以及碎石土等材料组成, 坡体材料力学指标, 如容重、坡面角、内摩擦角、粘聚力等对边坡稳定性有较大的影响。因此, 边坡复杂的地质构造、岩层倾角和走向不利、岩层松软、风化严重以及较高的地下水位等因素都会影响边坡的稳定性, 都会造成边坡的不稳定。
1.2 边坡周围环境的影响
边坡的周围环境也是影响其稳定性的重要因素。边坡周围环境主要包括边坡所在区域的水文、气候、地震以及地物 (如坡顶建筑物) 等。边坡的外部荷载会改变坡体自身的受力情况;当地水文不仅会对边坡自身产生作用, 而且会影响坡体材料的力学指标。
1.3 边坡的施工及治理措施
边坡的施工方法和治理措施也是影响边坡稳定性的重要因素。不当的施工方法会造成边坡失稳, 在对坡体进行开挖或开挖后, 会打破坡体原有的平衡状态, 可能会产生或加剧坡体的位移, 严重的可能会出现崩塌、滑坡等现象。因此, 在开挖前, 应对该坡体的地质资料进行认真的分析, 分析其地质构造及周围地物、水文、气候等相关因素, 选择合理的开挖方式, 且应遵循由上至下逐级开挖并及时防护的施工方法。
合理得当的边坡治理措施是保证边坡稳定的重要因素。边坡治理因素的选取, 不仅会对边坡的稳定性造成影响, 还会对公路景观与公路周围环境的和谐性产生影响, 边坡治理应采取因地制宜、预防为主、防治结合、造型美观、造价合理的方针。
2 边坡稳定分析及综合评价
2.1 工程概况
某段公路山体边坡总面积约为275 m2, 滑面长度总厂为79 m, 坡度3°～48°, 根据坡体形态和工程地质条件, 将山体分为Ⅰ段路堤边坡、II段滑坡, 滑面长度分别为22 m、47 m, 上部是岩石风化土, 呈散体结构, 约7.3 m;下部是强风化闪长岩, 岩体松散, 高8.2 m。
2.2 分析方法
目前, 工程中比较常用到的极限平衡法有:传递系数法、Fllenius法、pencer法、Janbu法、Bishop法、平面破坏计算法以及楔形体法等。
在工程实践中, 极限平衡法的选择主要根据边坡破坏滑动面的形态, 结合本工程的特点选取传递系数法进行稳定系数的计算。
2.3 边坡稳定性计算
根据工程滑坡的地形和地质构造特征, 稳定性分析采用极限平衡传递系数法计算边坡稳定系数。边坡稳定系数是相对于边坡失稳而言的, 是对边坡稳定性的一个衡量, 系数越大稳定性越强, 反之稳定性越弱。当该稳定系数大于1时, 坡体稳定;等于1时, 坡体处于极限平衡状态;小于1时, 边坡即发生破坏。
边坡稳定系数计算公式, 如公式 (1) :
(1) 式中:
Fs———表示边坡稳定系数;
Ri———是作用在第i块的抗滑力, 计算公式如公式 (2) :
Ti———是作用于第i条块滑动面上的滑动分力, 计算公式如公式 (3) :
Ψi———第i条块的剩余下滑力传递至i+1块时的传递系数, 计算公式如公式 (4) :
Ci———表示第i条块的粘聚力;
θi———是第i条块滑动面与水平面的夹角;
φi———第i条块滑带土的内摩擦角;
K1+380～K1+860路堤边坡14-14'剖面稳定性和K6+340～K6+480滑坡B-B'剖面稳定性的计算结果如表1、表2所示:表1表2中分别计算了边坡在天然状态下和边坡处于暴雨或连续降雨状态下的稳定系数。
2.4 边坡稳定性综合评价
由以上稳定性计算结果可知, K1+380～K1+860路堤边坡处于不稳定状态。天然状态下, 稳定系数最高为0.98, 最低为0.62, 都是处于不稳定的状态;在暴雨或连续降雨状态下, 稳定系数明显降低, 最高为0.51, 最低为0.75, 也是出于不稳定状态, 极易发生滑动破坏。K6+340～K6+480滑坡的稳定状态比K1+380～K1+860路堤边坡较好, 在天然状态下处于稳定和欠稳定状态, 稳定系数最高为3.43, 最低为0.77。在暴雨或连续降雨状态下, 滑坡稳定性最高为2.79, 最低为0.60。稳定性计算结果与现场该段公路的宏观变形是一致的, 表明稳定性计算参数的选择和稳定性计算结果是具备合理性和可靠性的。
上表中计算结果显示, 该公路边坡在工程开挖过程中, 特别是处于暴雨或连续降雨的情况下都有发生工程滑坡的可能, 所以应对边坡采用一定的抗滑等措施进行治理。
3 边坡治理方案和讨论
根据上述稳定性计算结果表明, 该段公路的边坡部分处于不稳定的状态, 特别是在暴雨或连续降雨的情况下, 就可能会先沿破裂面整体滑动, 情况严重的话, 可能会出现崩塌。因此, 为保证边坡的稳定性, 必须对边坡进行治理。
边坡治理的主要目的是保证边坡的稳定, 确保边坡周围建筑物的安全, 考虑到影响边坡稳定性的因素, 结合边坡的地质条件, 有针对性的采取有效的措施。治理边坡可以考虑两种方法, 一种是削坡, 一种是支护。
对于有建筑的公路边坡段, 不能采取削坡的方式进行治理, 可以采用支护的方式。其做法可以使用锚固加植物防护的方法对该边坡进行加固, 采用锚杆挡墙提高该段边坡的整体稳定性。在上边坡局部不稳定段增设锚墩, 提高边坡局部稳定性;在上部采用草皮分格护坡, 与此同时, 在边坡上修建排水沟。实际情况表明这种方式可行, 而且还具有很好的效果。
4 结语
研究和工程实践表明, 公路边坡的内外因素共同作用影响边坡稳定性。边坡稳定性研究已有一百多年的历史, 边坡稳定分析一直是岩土工程中的重要研究课题。边坡的稳定性, 对边坡的工程建设有重要的意义。
参考文献
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边坡稳定性分析及处理对策 篇10
本边坡位于广东省信宜市贵子镇黄榄潭村,2012年8月15日,因“启德”强热带风暴带来的连日暴雨,导致了该镇辖区发生多处山体滑坡。加上2012年4月以来广东遭受了两场特大暴雨,导致该山体进一步趋于不稳定状态,需要进行支护加固工作。
2 滑坡体结构特征及滑带变形破坏特征
2.1 滑坡体结构特征
该滑坡位于省道S352线信宜市贵子镇黄榄潭路段的南侧山坡,滑坡段边坡约为70 m,宽度150 m(垂直边坡方向),矢高约86 m,滑体物质由第四系残坡积粉质粘土以及混合岩的部分全、强风化层组成,平均厚度9.5 m,总体积7 000 m3。滑坡后缘距道路中线约40 m,距路面高度约43 m。主要影响省道S352的车辆通行。滑坡体产生后,政府组织人员对其进行削坡处理,但由于岩石风化强烈,坡角大,削坡效果不明显,如遇暴雨或连续大雨,将诱发山体大规模滑塌,造成重大人员伤亡和经济损失。目前,该边坡仍处于不稳定状态。
2.2 滑带变形破坏特征
通过现场调查和多种勘探手段调查,已发生的滑坡和变形体发生在第四系坡残积层、全~强风化混合岩层内,该边坡表层坡积粉质粘土厚0.5 m~3.0 m,以下为残积粉质粘土,厚0.9 m~4.5 m,全、强风化混合岩,厚19 m~38 m,下覆中风化混合岩。滑体前端为陡坡,覆盖物为坡残积土,自然边坡处于临界状态。目前斜坡出现局部蠕滑变形迹象,坡面上出现马刀树、坡脚膨胀,有块石脱落,强降雨时因土体容重发生改变后可能演变成快速滑坡。
3 岩土工程分析与评价
3.1 滑坡类型、安全等级及危害对象等级
按《滑坡防治工程勘察规范》分级标准,该边坡为残坡积层、全~强风化混合岩滑坡,其变形体主要由残坡积层、全~强风化混合岩构成,以蠕动变形为主,滑动面不明显。该滑坡体滑体厚度一般小于10 m,局部为15 m~30 m,以浅层滑动为主,其运动形式为牵引式。该滑坡由于地质条件在暴雨天气的作用下形成的新滑坡,该滑坡目前处于不稳定状态。滑坡体体积7 000 m3,属于中型滑坡。依《建筑边坡工程技术规范》分级标准,按边坡岩土类型、边坡高度、灾害危及对象及危害程度等进行综合分析,山坡高约10 m~90 m,属超高切边坡;边坡岩土情况主要以坡残积土和全、强风化岩为主,为类土质边坡,因此,边坡的安全等级为一级。
3.2 岩土层的工程特征评价
本坡切坡高度约为10 m~90 m,边坡岩土层为残积土,全、强风化岩,属类土质边坡,边坡坡度较陡。各岩土层随着雨水的介入,对其各项物理性质影响较大,在自重的作用下,该地形、地貌有利于形成进一步崩塌、滑坡或其他地质灾害现象。1)坡积粉质粘土((1)-1层):呈可塑~硬塑状,属弱透水层,粘性较差,遇水易崩解,水理性能较差,其力学性质一般。2)残积粉质粘土((1)-2层):呈可塑~硬塑状,属弱透水层,粘性较差,遇水易崩解,水理性能较差,其力学性质一般。3)全风化混合岩((2)-1层):风化强烈,呈坚硬土状,属弱透水层,粘性较差,遇水易崩解,水理性能较差,其力学性质中等。4)强风化混合岩((2)-2层):风化强烈,多呈半岩半土状,局部碎块状,属弱透水层,遇水可崩解,水理性能较差,其力学性质中等。5)中风化混合岩((2)-3层):岩芯短柱状、碎块状,其力学性质较好。
4 边坡稳定性评价
4.1 边坡稳定性影响因素分析
根据边坡坡体结构特征及岩土层工程性质等地质环境条件,对区内边坡稳定性影响因素分析如下:1)岩土层的工程性质。勘察区内的边坡浅部主要由可塑状~硬塑状坡、残积土及全风化、强风化混合岩等构成,这些岩土层的力学性能一般,抗剪强度不高,对边坡的稳定性不利,是边坡失稳的主要内在因素。2)岩土体的水理性能。坡体构成为坡残积土以及全、强风化岩,均具有遇水易软化、崩解的特点,其水理性能较差,因此在旱季期间,边坡的稳定性通常较好,而雨季期,坡体长时间受水浸润将导致重度增大、抗剪强度等力学性质明显降低,从而导致边坡稳定性减弱。水理性质较差是本区边坡失稳的重要因素。3)气象因素。勘察区雨季长,雨量充沛,降雨集中,多年平均降水量1 477 mm~1 941 mm,年降水量主要集中在4月~9月,该期间降雨为边坡失稳提供外部条件,连续暴雨是边坡失稳的主要外部因素。4)水文地质条件。本区边坡处于丘陵区中,开挖后坡脚较为开阔,为岩土体内地下水形成流动条件,地下水动态变化,主要表现为旱季地下水位埋深较大,潜水面较平缓且接近坡脚,水力坡度较小。雨季潜水面则明显抬升,坡体饱和区范围增大,水力坡度也增大。这一条件使得边坡岩土体受到水作用下不断膨胀收缩,从而较大程度上减弱了岩土体的力学性质,明显降低了边坡的稳定性。5)人类活动。人类因工程切坡而使坡脚减载,从而破坏边坡自然的稳定状态而引起滑坡或崩塌,是边坡失稳的诱发因素。综上所述表明,在本区特定的地质环境中,边坡稳定性的影响因素较多,其中控制边坡稳定性的内因是坡体岩土层工程性质和水理力学性质差,人类在边坡顶部工程活动强烈且没有及时进行必要支护则是边坡失稳的主要外因,大气强降雨是诱发边坡失稳的不利因素。
4.2 稳定性计算
由于本边坡已发生了滑坡,且岩石风化强烈,坡角大,如遇暴雨或连续大雨,将诱发山体大规模滑塌,造成重大人员伤亡和经济损失,所以本边坡必须进行治理。治理前宜清除滑坡体,下面就清除滑坡体并重新放坡后进行边坡稳定性计算。
4.2.1 公式选择
由前述可知,该边坡前端发生滑坡,变形体变形强烈,处于蠕滑变形阶段。根据场地岩土体结构特征,工程地质、水文地质条件,结合我省类似场地的经验以及滑坡的模式,定量评价模型边坡采用圆弧滑动法计算公式。
4.2.2 计算方案选取
经综合分析本变形体岩土体特征及其各种荷载情况,本次选定如下两种计算方案计算评价斜坡稳定性。
第一种:天然状态+地面荷载,即工况1;
第二种:持续暴雨+地面荷载,即工况2。
4.2.3 边坡稳定性计算参数的确定
1)坡体容重。取室内试验指标作为滑体容重。
2)剖面分块及条块面积。剖面块段的划分按滑面岩土体类型、坡度变化将滑体划分为相应的若干块段,各条块的面积按1∶500比例尺计算剖面在计算机上直接读取。
3)地震因素。测区为6度地震烈度区,本次计算不考虑地震因素的影响,后期供设计参考可只考虑水平地震力的作用,Fi=kcwi,kc取0.1。
4)水对边坡稳定计算的影响。据本次边坡勘察可知,斜坡土体为弱透水层,含水微弱,勘察未见稳定地下水位。同时因变形体未发生整体滑移,滑面贯通性差,地下水不能在滑面上形成较强的流动水流,形成动水压力;且滑体多为粘性土、全~强风化岩,孔隙率及透水性差,即使在持续暴雨的情况下,滑体的给水能力差,不能形成有效的静水压力,所以在计算时,工况1不考虑水压力的作用。
5)土体抗剪强度参数的选取。根据室内试验、野外地质调查及当地经验综合考虑,边坡稳定性计算参数的选用见表1。
6)边坡稳定性计算结果。根据有关规定和地区经验,评定边坡稳定性通常采用稳定系数法来评价,按k值的大小分别评定为稳定、基本稳定、较不稳定、不稳定四级,具体如表2所示。
根据现场调查和勘察资料,该边坡发生滑坡后,虽进行了削坡,但由于场地为混合岩风化土,土性为粉质粘土,具有遇水易软化、崩解的工程特点,边坡坡残积层、全风化层、强风化层处于暂时稳定状态,在降水所形成的渗流长期作用下,易因淘蚀、渗滤形成软弱结面,同时,在较长时间强降水的作用下,土体因暂时饱水而自重增大,抗剪切强度降低,边坡抗崩塌、抗滑能力降低,从而导致失稳。因此,有进一步滑坡的可能。
为了科学准确的评价边坡的稳定性,防止边坡地质灾害的再次发生,为此采用理岩土工程设计软件(5.5版本)对潜在滑移面进行搜索。本节对勘察区坡体进行稳定性分析,根据边坡地形地貌及失稳模式,对其进行参数反演分析,然后选择参数之后,再进行滑动稳定性演算分析。
在理正边坡稳定分析软件上实施,分析结果如表3所示。
从分析的结果表明,边坡在自重作用下处于欠稳定~不稳定状态,在自重+暴雨情况下亦处于不稳定状态,即目前边坡在暴雨状态下,稳定性迅速降低。因此,治理设计时,应按临界状态或欠稳定状态进行分析。
由前面的分析可知,该边坡处于欠稳定状态,在降水作用下易发生滑坡,危及坡脚道路安全,因此,需要进行治理。
4.3 边坡稳定性评价
从调查的情况来看,省道S352线信宜市贵子镇黄榄潭路段的南侧山坡边坡前缘在现状下处于欠稳定状态,在持续暴雨土体饱水情况下坡体变形严重甚至产生坍塌、滑坡。根据GB 50330-2002建筑边坡工程技术规范的规定,对于安全等级为一级的边坡,采用圆弧滑动法计算的安全系数小于1.30的则需进行边坡治理。按DZ/T 0219-2006滑坡防治工程设计与施工技术规范关于滑坡防治工程设计安全系数的推荐值为:Ⅲ级防治工程在设计工况“自重+建筑荷载”(工况1)时抗滑动安全系数为1.15~1.20,在“自重+建筑荷载+暴雨+地下水”(工况2)时抗滑动安全系数为1.02~1.05。综合上述有关规范的规定,本工程安全系数的取值建议为:工况1安全系数小于1.20且工况2安全系数小于1.05的坡面应进行重点防护。根据计算结果对边坡在不同工况条件下的稳定状态评价如下:
1)在现状情况下,省道S352线信宜市贵子镇黄榄潭路段的南侧山坡边坡前缘变形体稳定性系数k为0.910,为欠稳定~不稳定状态,整个坡体处于总体欠稳定状态;2)当遇连续暴雨时,边坡的变形趋势发生了明显变化,即边坡的稳定性系数k为0.598,滑坡将表现为不稳定状态,分析的结果与实际调查情况一致。总之,省道S352线信宜市贵子镇黄榄潭路段的南侧山坡变形体随着工况条件的变化,其稳定性随之发生变化,总体表现为由稳定到欠稳定,以至失稳滑动的发展过程,但由于坡体本身条件的不同,变形发展有一定的差异,各部分稳定性也有一定差异,变形状况也不一致,但一般坡体的失稳滑动往往沿稳定性差的部位发生并逐渐发展。
5 边坡的防治、处理措施与建议
边坡以类土质边坡为主,坡度较陡高,植被茂密,目前大部分地段处于欠稳定状态,坡面及山体土质较好,应修好排水沟及导水沟,有利于地表水排泄,达到防渗效果。根据勘察区边坡地质环境特征,并结合稳定性和危害性分析,提出以下防治措施和建议:1)方案一:采用锚杆(索)+格构梁+坡面绿化+截排水。2)方案二:采用锚杆+喷锚+挡土墙+截排水。治理方案适合于一般边坡的支护,可通过技术经济比选确定。根据边坡的工程地质条件和周边环境及周边地质灾害点治理先例,建议采用方案一。应先对边坡做放坡处理,施作喷锚支护结构,在边坡周边设置截排水系统,阻止地表水流入坡面,减小其对边坡稳定性的影响。在设计与边坡加固施工过程中应做好信息化施工,对施工过程中的具体问题、具体情况进行具体分析,发现问题,及时处理,做到安全、经济。
参考文献
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