边坡稳定性案例分析

边坡稳定性分析方法综述及案例研究

摘要：本文首先介绍实际工程中边坡稳定性分析及处治技术研究的意义，其次介绍边坡破坏的形式及影响因素，并系统地介绍边坡稳定性分析的三大类方法及其原理。最后结合工程实际案例，采用赤平投影方法和FLAC3D软件数值模拟对案例中涉及的边坡进行了稳定性评价，并提出合理的加固措施。

关键词：边坡稳定性，稳定性分析方法，赤平投影法，数值模拟，边坡加固

ABSTRACT: This article firstly introduces the meaning of slope stability analysis in practical projects and study on treatment technology, then demonstrates the forms of slope failure and the influence factors. The article also introduces the three main methods on slope stability analysis and their theories systematically. In the end, according to a practical project, stereographic projection and numerical simulation through FLAC3D software are employed to conduct estimation of stability of a slope involved in the project, and thus the reasonable reinforcement measures.

Key Words:slope stability analysis, stability analysis methods, stereographic projection, numerical simulation, slope reinforcement

1 引言

边坡是指地壳表面一切具有侧向临空面的地质体，是坡面、坡顶及其下部一定深度坡体的总称。坡面与坡顶面下部至坡脚高程的岩体称为坡体。

边坡工程的稳定性分析历来是工程界和学术界极为关注的研究课题, 而边坡稳定性分析和评价一直是边坡工程的核心问题。边坡稳定分析涉及到水利水电工程、铁道工程、公路工程、矿山工程等诸多工程领域，能否正确评价边坡的稳定性并处治加固不稳定边坡常常是此类工程成败的关键, 也是确保工程安全和降低建设费用的重要环节。

目前研究边坡稳定性的方法主要有三大类[1]，即定性类方法、定量类方法和非确定性方法。定性类方法主要有过程机制分析法和工程地质类比法，定量类方法主要有刚体极限平衡法和有限元等数值方法，非确定分析方法较多，主要为可靠度法及与计算智能相结合的智能分析方法等新方法。

本文在介绍三大类边坡稳定性分析方法的同时，结合具体工程案例，对案例涉及到的边坡采用赤平投影法和FLAC3D软件进行了稳定性分析及数值模拟，最后对比并给出了该边坡的最佳加固方案。

2 边坡变形破坏基本原理

边坡应力场的基本特征

边坡成坡过程中，临空面周围的岩体发生卸荷回弹，引起应力重分布和应力集中等效应。根据一些线弹性有限元计算成果，边坡成坡后，岩体的应力状态较前发生了以下几个主要方面的变化[2]。

⑴由于应力重分布，边坡周围主应力迹线发生明显偏转。无论是在重力场条件下，还是在以水平应力为主的构造应力场条件下，其总的特征表现为越靠近临空面，最大主应力越接近平行于临空面，最小主应力则与之近于正交。

⑵由于应力分异的结果，在临空面附近造成应力集中带。但坡脚区和坡缘（边坡面与坡顶面的交线）区情况有所不同。坡脚附近最大主应力（相当于临空面的切向应力）显著增高，且越近表面越高；最小主应力（相当于径向应力）显著降低，于表面处降为零，甚至转为拉应力。因而，这一带是边坡中应力差或最大剪应力最高的部位，形成一最大剪应力增高带，通常是边坡中最容易发生变形和破坏的部位，往往因此而产生与坡面或坡底面平行的压制拉裂面。坡缘附近，在一定条件下，坡面的径向应力和坡顶面的切向应力可转为拉应力，形成一张力带。

因而，这些部位的岩体容易被拉裂形成与坡面近于平行的拉裂面。

⑶ 与主应力迹线偏转相联系，坡体内最大剪应力迹线由原先的直线变为近似圆弧线，弧的下凹面朝着临空方向。

⑷ 坡面处由于径向压力实际等于零，所以实际上处于单向应力状态（不考虑边坡走向方向的2σ时），向内渐变为两向或三向（考虑2σ时）状态。

边坡岩体变形破坏基本形式

边坡形成过程中，由于应力状态的上述变化，边坡岩土体将发生不同方式、不同规模和不同程度的变形，并在一定条件下发展为破坏。斜坡破坏的基本类型按运动方式划分为崩落（塌）、倾倒、滑动（落）、侧向扩离和流动等5种基本类型，还可组合成多种复合类型，如滑坡-泥石流。

影响边坡稳定性的因素

岩土性质

岩土的成因类型、组成的矿物成分、岩土结构和强度等是决定边坡稳定性的重要因素。由坚硬(密实)、矿物稳定、抗风化性好、强度较高的岩土构成的边坡，其稳定性一般较好；反之就较差。

岩体结构

岩体包括结构面和结构体。岩体中结构面的存在，降低了岩体的整体强度，增大了岩体的变形性能，加强了岩体的流变力学特性和其他时间效应，并且加深了岩体的不均匀性、各向异性和非连续性等性质。大量的岩质边坡工程事故表明，不稳定岩体往往是沿着一个结构面或多个结构面的组合边界产生剪切滑移、张裂破裂和错动变形等而造成边坡岩体的失稳。

水文地质条件

水文地质条件包括地下水的赋存、补给、径流、排泄条件。由于岩土体的力学性质受水的影响很大，地下水富集程度的提高一方面增大坡体下滑力；另一方面降低软弱夹层和结构面的抗剪程度，引起孔隙水压力上升，降低滑动面的有效正应力，导致滑动面的抗滑力减小。此外，地下水的渗流将对岩土体产生动水力、水位的升高将产生浮托力、地表水对岸坡的侵蚀使其失去侧向或底部支撑等，这些都对边坡的稳定不利。