岩土组合边坡稳定性分析

3 岩土组合边坡的概述及其破坏模式
3.1 岩土组合边坡的概述
2.2 土质边坡稳定性的影响因素
对于人工边坡，边坡坡角θ ，坡角θ 越小愈安全，但不经济；θ 太大，则经 济而不安全。坡高 H，其他条件相同，H 越大越不安全。土的性质，如重度γ 和 φ 、c 值，如φ 、c 值大，则土坡安全。有时由于地震等原因，使φ 降低或产生 孔隙水压力，可能使原来稳定的边坡失稳而滑动，地下水位上升，对土坡不利。 地下水的渗透力，当边坡中有地下水渗透时，渗透力与滑动方向相反则安全，两 者方向相同则危险。震动作用的影响如地震、工程爆破、车辆震动等。人类活动 和生态环境的影响。
ห้องสมุดไป่ตู้
1.2.2 土质边坡稳定性及结构特征 在土体自重及外力作用下， 坡体内将产生切应力，当切应力大于土的抗剪强 度时，即产生剪切破坏，如靠坡面处剪切破坏的面积很大，则将产生一部分土体 相对于另一部分土体滑动的现象，成为滑坡或塌方即边坡失稳。土坡在发生滑动 之前， 一般在坡顶首先开始明显的下沉并出现裂缝，坡脚附近的地面则有较大的 侧向位移并微微隆起。 随着坡顶裂缝的开展和坡脚侧向位移的增加，部分土体突 然沿着某一个滑动面急剧下滑，造成滑坡。表 1-1 为土质边坡结构类型：
图 1-1 水平层状岩质边坡 坡
图 1-2 顺倾向层状岩质边
图 1-3 反倾向层状岩质边坡
1.1.2 层状岩质边坡稳定性的概念 1.1.2.1 水平层状岩质边坡的稳定性 水平层状岩质边坡整体较为稳定， 一般来说其稳定性随坡高和坡角增大而减 少。其坡顶变形破坏早于坡面和坡脚，坡顶变形破坏是由于水平拉应力的作用， 产生张裂隙并逐渐扩展加深，形成上宽下窄的垂直张裂隙，张裂隙随坡高增大，
1 边坡的基本概述及其稳定性
1.1 岩质边坡的基本概述及其稳定性
1.1.1 岩质边坡的基本概念 层状岩质边坡是比较常见的边坡， 层状岩质边坡是指主要发育一组优势结构 面的边坡类型，根据结构与坡面的相互关系，层状岩质边坡可分为：水平层状岩 质边坡、 顺倾向层状岩质边坡和反倾向层状岩质边坡。水平层状岩质边坡是指坡 体内的优势结构面主要呈水平或近水平分布的层状岩质边坡，如图 1-1 所示。顺 倾向层状岩质边坡是指坡体内的优势结构面与边坡具有相同倾向的层状岩质边 坡，也称为顺层边坡或顺倾边坡，如图 1-2 所示。实际工程中常将走向与岩层走 向夹角小于 20 度，倾向接近的边坡视为顺层边坡。反倾向层状岩质边坡是指坡 体内的优势结构面与边坡具有相反倾向的层状岩质边坡，如图 1-3 所示。
1.2 土质边坡的基本概述及其结构特征
1.2.1 土质边坡的基本概念 土质边坡就是具有倾斜表面的土体，构成边坡的主体为土类物质。按形成因 素可分为天然土坡和人工土坡，由于地质作用自然形成的土坡，如山坡、江河的 岸坡等成为天然土坡；经过人工开挖，填土工程建造物如基坑、渠道、土坡、路 堤等的边坡通常称为人工土坡。根据土类物质的均匀性程度的不同，可分为均质 土边坡和类土质边坡。
岩土结构特点 边 整个坡体由均质土组成， 没有贯通 性的结构面。 坡体由不同类型的松散土层 (如残 边 坡积、风化土、崩滑流堆积物)等 构成， 控制性结构面是岩土分界面 和沉积层面。
边坡稳定特征 土体强度和坡率
2 边坡稳定性的影响因素
2.1 岩质边坡稳定性的影响因素
边坡稳定性受多种因素影响，主要可分为内在因素和外部因素两个方面。内 在因素包括:组成边坡岩土体的性质、地质构造、岩土体结构、岩体初始应力等; 外部因素包括水的作用、地震、岩体风化、工程载荷条件及人工开挖等。 2.1.1 岩土体自身性质 地层岩性的差异影响着边坡的稳定。不同的岩土体其内摩擦角、粘聚力等各 项指标均存在差异， 均有很大的区别，这也注定其发生边坡失稳现象的受力情况 和形式的不同。 2.1.2 结构面 岩体的结构特征对边坡应力场的影响主要表现为由于岩土体的不均一和不 连续性， 使得沿结构面周边出现应力集中和应力阻滞现象，因此它构成了边坡变 形与破坏的影响机制。 水平岩层的边坡稳定性较好；同向缓倾的岩质边坡最易产
岩土组合边坡稳定性分析
摘要：按坡体的组成成分，边坡可分成土质边坡、岩质边坡和岩土组合边坡，
而所谓的岩土组合边坡即上部为土质边坡， 下部为岩质边坡， 这种边坡的稳定性由 下部的岩质边坡和上部的土质边坡共同决定， 上部土层和强风化层采用圆弧滑动法 分析， 岩层倾角、 边坡倾角、 粘聚力和内摩擦角是影响岩质边坡稳定性的重要因素, 顺层岩质边坡很容易发生失稳破坏， 逆层边坡一般较为稳定。 岩质边坡采用赤平投 影法分析。论文根据这些因素探讨了岩土组合边坡的稳定性。且岩质边坡以层状 岩质边坡为例。
关键词：土质边坡；岩质边坡；岩土组合边坡；稳定性分析； Abstract: According to the composition of the slope, it can be divided into the
soil slope, the rock slope, and the rock-soil compound slope. The so-called rock-soil compound slope, which upper part is the soil slope and the lower part is the rock slope. This slope’s stability determined by both the lower part of the rock slope and the upper part of the soil slope. The upper soil and highly weathered layer are analysis in circular slip way .Rock inclination; slope angle, cohesion and internal friction angle affect stability of rock slope. Smooth rock slope is very prone to instability and failure, the slope of the inverse layer is generally more stable. Rock slopes uses stereographic projection analysis. Based on these factors, the paper explores the rock-soil compound slope stability and the rock slopes of the layered rock slopes as the example.
表 1-1 土质边坡结构类型
类 均 坡
型 质 土
土体强度和沉积层面产 类 土 质 类土质边坡土、崩滑流堆 坡 积物）等构成，控制性结 构面是状与坡面的组合 关系 均质土边坡根据物质组成的不同，均质土边坡又可分为粘性土边坡、砂性土 边坡、黄土边坡、软土边坡和膨胀土边坡，根据均质土边坡组成物质的不同，边 坡工程地质特征、破坏类型也有所不同。类土质边坡上部堆积层是以各种残积、 坡积、洪积、崩积物和滑坡堆积物等成因为主的松散堆积体，有时也常碰到大量 的人工填土边坡，类土质层常为粘土夹块石，坡体结构松散，具有大孔隙性，透 水性较强。
生顺层滑坡，结构面或岩层倾角愈陡，稳定性愈差；同向陡倾层状结构的边坡， 一般稳定性较好； 反向倾斜层状结构的边坡通常较稳定，但如若垂直层面或片理 面的走向节理发育，顺山坡倾斜，则易产生切层滑坡。 2.1.3 水体作用 地表水和地下水是影响边坡稳定性的重要因素。 边坡的变形与破坏大多数都 发生在雨期或雨后， 也有发生在水库蓄水和渠道放水之时。岩土材料的力学性质 受地下水的影响很大，地下水位升高，一方面增加了岩土体的容重，相当于增加 了滑块的下滑力，另一方面降低了岩土的抗剪强度，使边坡的抗滑能力减弱，还 有些岩土体属于亲水性质的，如粘土质页岩、钙质页岩等，浸水易软化、泥化， 最后导致边坡变形失稳。 2.1.4 地震作用 在地震的作用下， 首先使边坡岩体的结构发生破坏或变化， 出现新的结构面， 或使原有结构面张裂、松弛，饱水砂层出现振动液化，地下水状态亦有较大的变 化。在地震力的反复振动冲击下，边坡沿结构面发生位移变性，直至破坏在进行 边坡稳定计算时，应按照不同的地震烈度与震级，采用不同的地震系数。 2.1.5 人为因素 人为因素对边坡稳定性的影响也越来越显著。人类在边坡工程中，总是给边 坡施加一定的工程荷载， 工程荷载的作用影响着边坡的稳定性，荷载的增大增加 了坡体的下滑力， 加大了坡顶的张应力和坡脚的剪应力，因而造成边坡稳定性降 低。
坡角变陡，裂隙条数增多，深度加大。坡脚一般是稳定的，但在坡高和坡角足够 大时，坡脚也产生变形破坏，坡脚的失稳属压剪性质。 1.1.2.2 顺倾向层状岩质边坡的稳定性 顺层边坡岩体往往沿着某个最不利的剪切滑动面向边坡面方向滑动， 造成边 坡失稳破坏，主要受自重而引起的顺层滑移力作用，其稳定性受岩层走向、夹角 大小、坡角与岩层倾角组合关系、顺坡向软弱结构面的发育程度及强度所控制。 顺层岩质边坡一般多处于背斜构造的两个翼部，在构造挤压力作用下，岩层形成 单一倾向且与坡向一致的斜坡。 该边坡在自然界分布比较普遍，在工程实践中容 易产生滑坡、崩塌、剥落等灾害。顺层岩质边坡的破坏场沿着岩层之间的软弱夹 层发生，破坏形式主要有三类：①对于高边坡，容易产生倾倒崩塌；②当岩层倾 角小于边坡倾角时，以剪切滑动为主；③当岩层倾角大于或等于边坡倾角时，以 溃屈破坏为主。 1.1.2.3 反倾向层状岩质边坡的稳定性 反倾向层状岩质边坡受岩体自重力作用，边坡开挖后，首先是岩体内部残余 构造应力水平释放，岩体松弛，在边坡顶部出现张裂缝，岩层面由于法向推力作 用，导致岩层向下滑移。岩层较陡时易产生倾倒弯曲松动变形，坡脚有软层时上 部易拉裂，局部崩塌滑动。稳定性受坡角与岩层倾角组合、岩层厚度、层间结合 能力及反倾结构面发育与否决定。当岩层倾角较小时，边坡总是稳定的，其稳定 性和坡角、坡高无明显的关系。随着开挖深度增加、坡角增大，在坡面产生不甚 明显的压剪变形破坏， 而坡角处始终是稳定的， 坡顶和坡体岩层不产生倾倒变形。 随着岩层倾角及坡角和坡高增大，开挖后则出现较明显的倾倒变形，坡面开 裂等破坏形式也相继出现。边坡开挖后，随着时间的延长，降水风化等作用的影 响下， 边坡中的重力作用明显加强而软弱结构面的强度则降低，其作用在软弱夹 层上，先产生压缩变形，而后转化为剪切变形，剪切面上盘顺层向下位移，下盘 相对向上位移，最终边坡将产生倾倒破坏。 岩质边坡失稳与土质边坡失稳的主要区别在于土坡中可能滑动面的位置并 不明显，而岩坡中的滑动面则往往较为明确，不需要通过大量试算来确定。
Key words:Soil slopes；Rock slopes；Rock-soil compound slopes；
analysis；
stability
前 言
岩土组合边坡是指在工程中常见的上部由土和岩石全风化层组成， 下部由岩 石组 成的边坡。 岩土组合边坡一般具有多种破坏模式，稳定性评价不仅要考虑上部土 层发 生滑动的可能性，也要分析岩体沿结构面发生滑动的可能性。因此，这类边坡往 往具有更大的复杂性，对岩土组合边坡失稳破坏机制、岩土体力学参数、稳定性 评价方法都缺乏深入了解，研究成果却相对较少，因此，很有必要对岩土组合边 坡问题展开研究。 为了对此类岩土组合边坡进行合理、准确的稳定性计算和评价，首先必须对 边坡的结构特征、破坏模式、影响因素和破坏机制进行分析。岩土组合边坡由于 其特殊的物质组成和结构特征，在边坡破坏模式、破坏机制、稳定性分析评价等 方面都有其自身的特征， 边坡上覆土质边坡和下伏岩质边坡即相互独立，又相互 关联，然而，目前对这类边坡的研究成果和资料却较为少见，所以，展开对岩土 组合边坡的研究是很有必要且迫切的。