边坡稳定性的研究

边坡稳定性的研究

边坡是为保证路基稳定，在路基两侧做成的具有一定坡度的坡面。按照其成因可以分为人工边坡和自然边坡，前者主要是人工开凿的一些堤坝边坡。按照物质组成，边坡分为岩体边坡、土体边坡，以及岩、土体复合边坡3种。按照稳定程度，分为稳定边坡、不稳定边坡，以及极限平衡状态边坡。而一提到稳定性就离不开力学的分析，在一定的范围内边坡是稳定的，超出范围坡体的移动，就会造成应力和剪力的重新分布，有可能就会造成应力集中的现象，一旦出现这种情况，就有可能使边坡滑动甚至崩裂。所以对边坡稳定性的研究，我们先开始从对力分析方面开始。

对边坡岩石应力分析必须在边坡岩体处在自重应力

场的理想状态下和边坡岩体是均质的情况下。边坡形成后，

岩体中的应力状态就会有很大的改变。如右图所显示的那

样，斜坡的主应力明显发生了倾斜，在越靠近破面的位置

其中的原为竖直方向的应力就越发的与斜坡面平行，原来

水平方向的应力就会趋近于垂直斜坡面。从图中我们还可

以看出在两种应力差值最大的区域会产生一个最大的剪

应力区，最大剪应力区由原来的直线变成了近似于圆弧的

曲线，其中凹面朝着临空面。而且也可以明显看出在坡脚的位置会出现应力集中的现象，同样在河谷谷底也会出现应力集中，这都是斜坡具有的现象。

边坡岩体在破坏之前，总要经历一定的变形作用。岩质边坡的变形以坡体未出现贯通性的破坏面为特点，但在坡体的局部区域，特别在坡面附近也可能出现一定程度的破裂与错动，然而整体而言，并未产生滑动破坏。

在变形和破坏之间存在着从量变到质变的一个过程，对坡体的变形研究具有重大的意义。通过研究岩体变形的整个过程，并且演化出来坡体变形的整个过程，用过岩体的力学分析来预测坡面什么时候破坏，这对人身安全和财产安全具有重大的意义。边坡岩体的变形分为松弛张裂和蠕动变形这两种。

在边坡形成的初始阶段，往往在坡体中出现一系列与坡面近于平行的陡倾张开裂隙，使边坡岩体向临空方向张开。这种

过程和现象称为松弛张裂(也称

松动)。存在于坡体的这种张裂隙

可以是应力重新分布产生的，也

可以是沿原有的陡倾裂隙发育而

成。外形略呈弧形弯曲，仅有张

开而无明显相对滑移，张开度及

分布密度由坡面向深处逐渐减弱。

理论实践证明。仅有松弛张裂变

形形式的坡体，其应力应变关系

处于稳定破裂阶段或者减速蠕变

阶段。由此，在保证坡体应力不

会增加且结构强度不下降的条件下，其变形不会继续发展，坡体稳定不会发生改变，其变形不会持续发展。由图可知，松弛张裂还有这几种情况：应力回弹裂隙，坡面坡顶张力带裂隙，应力集中带的张裂隙。

1.应力回弹裂隙是在边坡形成后，由于侧向应力削弱，岩体向临空方向回弹，这种现

象犹如木桶因松箍而掀缝一样，使原来被压紧的裂缝张开。很明显，因这种原因张

开的裂隙的特点是愈近顶面，张开程度愈大，向深处或向坡里张开程度逐渐减小。

2.坡面坡顶张力带裂隙是由于较陡的边坡、坡面上的岩石抗拉强度较弱，但是岩石内

部的张力超过了其强度，造成岩石开裂，不过一般都是在较陡坡面上才会出现这种

现象。开裂的深度不会太大，而且不会集中。

3.坡脚应力集中带的张裂隙主要是由于在这里产生了应力集中，而且其应力大小超过

了此处岩体或者坡面平行的软弱面的抗拉强度，这样就会产生于坡面近似平行的张

裂隙。其分布从坡面向坡体内和向下方向逐渐稀疏、削弱。当坡体中有缓倾角软弱

面时，在平行于坡面的最大主应力作用下产生平行坡面的剪应力，将使被分割的岩

体沿软弱面向外滑移，而张裂隙向上逐渐尖灭或分支。

经松动后，边坡岩体在重力作用下向临空方向较长期的缓慢的塑形变形称之为边坡岩体的蠕动。研究表明，蠕动的形成机制为岩石的粒间滑动(塑性变形)或岩石裂纹微错，或由一系列裂隙扩展所致。它是在应力长期作用下，岩石内部的一种缓慢的调整性变形，实际上是岩石趋于破坏的一个演变过程。坡体中由自重应力引起的剪应力与岩体长期抗剪强度相比很低时，它只能使坡体减速蠕动；只有坡体应力值接近或超过岩体的长期抗剪强度时，坡体才能进入加速蠕动。因此可以认为，坡体导致最终破坏总要经过一定过程，或非常短暂，或经过一个相当长的时间。根据蠕动的特征，我们可以把它分为两大类，分别是深层蠕动和表层蠕动。

1.表层蠕动：坡上部

的岩体在重力的长

期作用下，发生向

临空方向的缓慢变

形，构成一个剪变

带，其位移由坡面

向内逐渐降低直至

消失，这便是表层

蠕动。松散岩体及

土质边坡中，这类

蠕动甚为明显，表

现为当坡体剪应力

足够产生滑动面之前，在剪变带内会缓慢发生塑性变形。层状岩体向上逐渐连续弯

曲，并且岩层开始变得陡立甚至有可能发生岩层的倒转，甚至会发生破裂。在重力

作用下，由于坡面蠕动所产生的挠曲与构造挠曲之区别在于：前者常沿软弱面两侧

拉开，并出现张裂，层面两侧相对滑动方向为边坡上侧向下，而下侧向上滑动，其

挠曲分布局限一定深度；而构造挠曲不具备以上性质。正确区分这两种不同成因挠

曲的重要意义在于，经过重力长期作用形成的蠕动坡体仅具有较低的稳定性，常常

要采取开挖或昂贵的工程处理措施，应该引起

重视。

2.深层蠕动：坚硬岩层下面由软弱岩层所引起的

缓慢性变性。深层蠕动主要发育在边坡下部或

坡体内部。按照其形成机制的特点可分为软弱

基座蠕动和坡体蠕动两类。软弱基座蠕动是坡

体基座产状较缓并且具有一定的相对软弱岩层，

在坡体上覆岩层重力作用下，致使基座部分向