岩质边坡类型、结构面特征稳定性分析

岩质边坡类型、结构面特征及稳定性分析【摘要】边坡的稳定性受控于岩土体的基本特性和人为改造的程度两方面因素。由于地质体的复杂性、多变性和不均质性，因而道路工程边坡设计是预测性、风险性的设计。本文针对山区不同的边坡类型突出的边坡岩土体失稳问题，结合四川、重庆、云南等省山区道路工程建设项目边坡工程及滑坡灾害的勘查和治理，在研究山区地质背景和地质特征基础上，系统研究边坡岩体结构分类方法，以及开挖边坡岩体稳定性的岩体结构分析方法。

【关键词】地质灾害；岩体分类；结构特征；软硬岩层；结构面；稳定性

泥岩、泥质粉砂岩比较软弱，该类岩层具有透水性弱、亲水性强，遇水易软化、塑变，抗风化能力弱，易崩解等特性。从边坡角度来讲，多数边坡由软硬岩体构成，对边坡岩体的变形破坏起控制作用，岩质边坡软硬结构体构成，岩性层间结合差、软弱结构面发育，边坡开挖后极易发生山体变形、滑坡，特别是山前地带岩土质边坡、顺层岩质边坡及以岩层走向发育沟谷的一侧的边坡，多属顺层易滑地带。雨季经常诱发大量滑坡灾害，在道路等工程建设项目中，也经常诱发大量开挖边坡岩体失稳灾害。

开挖边坡岩土体失稳灾害的根本原因在于具有特殊的岩体结构特征和不利的岩体力学性质，其中开挖边坡岩体结构特征是控制开挖边坡稳定性的重要因素，边坡岩体的变形与破坏与边坡岩体结构面发育特征、结构面与开挖面的空间组合有密切关系，因此对边坡

岩体结构、结构面特征的系统研究具有重要意义。

1.边坡岩体结构类型划分

边坡岩体的变形破坏与其岩体结构特征有密切的关系。根据岩体结构面、结构体特性，并充分考虑控制性结构面与边坡开挖临空面之间的空间组合关系，系统研究岩体结构类型的划分，给出各种岩体结构类型边坡稳定性分析模型，以便于在工程勘察设计中简便、快速应用。

针对岩体结构类型和边坡工程的特点，在边坡岩体结构类型划分中考虑如下因素：

1）岩质边坡的岩性特点及岩性组合特征

岩质边坡岩性组合最为显著的特点是不同力学性质的岩层互层，从边坡工程角度，开挖边坡工程的岩性组合主要有软质泥质岩为主的层状结构、软硬相间的砂泥岩互层结构和巨厚层硬岩为主的层状结构。

软质泥质岩为主的层状结构主要指开挖边坡岩体以软弱泥质岩为主，边坡岩体中夹少量薄层硬岩，但对整个边坡岩体性质影响不大。

软硬相间的互层结构指开挖边坡岩体为硬质岩（砂岩、灰岩、白云岩、硅质岩等）、软质岩（泥岩、页岩等）等各种力学性质岩层互层，在丘陵区软硬相间岩体结构互层最为普遍、最为典型的岩性组合形式。

巨厚层硬岩为主的层状结构主要指开挖边坡岩体中以巨厚层硬

岩为主，但夹有软岩，软岩的空间位置和力学性质对坡体的变形和破坏有重要的影响。

2）岩体结构面发育情况

硬层岩层面、软岩夹层为延展性好的重要结构面，岩体中的外倾构造裂隙也对岩体稳定性有重要影响。

3）结构面（主要是层面）与边坡开挖临空面之间的空间组合关系

对于边坡工程来讲，结构面与开挖面之间的空间组合关系非常重要，不同的空间组合，其结构面控制作用和变形破坏模式也不同。层状岩层结构面与开挖面的空间组合关系对边坡岩体的稳定性有

重要的影响。

4）软硬岩层水文地质结构特征

软硬岩岩体具有特殊的层状水文地质结构，而岩体中的上硬下软的岩类、软弱夹层在软弱面（带）具有浸水后强度大幅降低的特性，因此水文地质结构对边坡岩体稳定性具有重要影响。例如砂泥岩互层结构，砂岩类构造节理发育，常成为地表水和地下水渗透的通道，而软岩为相对不透水层，且具有浸水软化的特征，对边坡稳定极为不利。

2.不同岩质边坡类型稳定性分析

不同岩体结构类型边坡，开挖后具有不同的失稳破坏模式，本文在前面边坡岩体结构类型划分基础上，从岩体结构角度分析各种岩体结构类型边坡失稳破坏机理和稳定性分析方法。

2.1 近水平层状岩质边坡岩体失稳模式及稳定性分析

近水平层状岩层主要指构造作用轻微、岩层倾角平缓（一般c 快速滑动后稳定阶段：

滑坡快速滑动后，裂缝水压力迅速消散，滑坡失去推动力而趋于稳定，而且一般滑坡滑动后后缘形成拉裂槽，槽内逐渐为黏土填充后，不再具备积聚较高孔隙水压力条件，因此一般k期稳定性较好。

单纯考虑重力作用，此类边坡一般是不会产生滑移失稳灾害的，因此岩体稳定性分析必须考虑后缘裂隙水压力的影响。

采用极限平衡法进行稳定性分析时，稳定系数k可按下式计算：式中：，为滑面bc上的粘结力和内摩擦角；a为滑面bc的长度；w为滑体abcd的重力；为作用在裂隙ab上的水压力；为滑面bc的倾角；l为下部浮托力作用水平长度；a为浮托力作用系数；h为裂隙水压力作用高度。

对于滑体下部的浮托力，由于软岩岩体为网状裂隙含水岩体，地下水主要赋存在岩体构造裂隙中，因此不能全段计算基岩地下水浮托力，只考虑裂隙岩体段的作用力，为简化计算，采用浮托力作用系数a表示。

2.2 倾斜岩层软岩边坡失稳模式及稳定性分析

在倾斜地层中，岩层层面和岩体中的节理面是控制边坡岩体稳定的关键结构面，不同的开挖临空面和岩层倾向之间的空间组合形式，控制斜坡稳定的结构面不同，相应的边坡岩体失稳破坏模式也

不同。

2.2.1顺层岩层软岩边坡

顺层结构开挖边坡指岩层倾向与开挖临空面方向基本一致的斜坡，由于软岩层间结合差且软岩夹层发育.边坡岩体开挖后经常诱发顺层滑移灾害。主要破坏模式有完全平面型顺层滑移、滑移～拉裂型顺层滑移、前缘剪出型滑移。不同倾角的顺层结构边坡，具有不同的滑移破坏模式。

顺层结构边坡几种典型破坏模式如下：

1）完全平面顺层滑移型破坏

这种破坏模式主要表现在岩体沿层面或软弱夹层发生整体滑移破坏，如图2中在公路开挖揭穿软弱层面后，上部岩体沿软弱层面发生顺层滑移。这种破坏主要苎亡生在岩层中等倾斜一陡倾，可按照直线滑动进行计算.计算公式可参考文献[6]。

2）滑移一拉裂破坏模式

在缓倾～中等倾斜地层中，当开挖坡角大于岩层倾角，容易产生滑移一拉裂破坏。边坡开挖后，岩体沿下伏软弱层面向临空面方向滑动，并使滑移体拉裂解体。边坡破坏进程取决于顺层岩质边坡结构面的产状和特性，后缘拉裂区范围取决于斜坡坡体结构、层面抗剪强度特征等。

滑移拉裂破坏边坡的计算较为复杂，存在一个拉裂破坏范围的确定问题，定义开挖松动区范围由边坡后缘拉裂缝组成的边界、开挖松动区底边界、松动区横向长度x和松动区岩体厚度hc组成，