影响边坡的主要因素.docx

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影响边坡的主要因素

边坡工程地质问题

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

设中最常见的工程形式。

斜坡的形成，使岩土体内部原有应力状态发生变化，出现坡体应力

重新分布，主应力方向改变，应力又产生集中；而且，其应力状态在各种自然营力及工程影响下，随着斜坡演变而又不断变化，使斜坡岩土体发生不同形式的变形与破坏。

不稳定的天

然胁迫和人工边坡，在岩土体重力、水及震动力以及其它因素作用下，常常发生危害性的变

形与破坏，导致交通中断、江河堵塞，塘库淤填，甚至酿成巨大灾害。

根据组成边坡的主体材料不同，边坡可分为土质边坡和岩质边坡两种，而这两者主体材料的

结构、性质差别很大，其存在的工程地质问题也不相同，需要分开进行研究。

边坡的稳定是一个比较复杂的问题，影响边坡稳定性的因素较多，简单归纳起来有边坡

体自身材料的物理力学性质、边坡的形状和尺寸、边坡的工作条件及边坡的加固措施等几个方面。

岩质边坡工程地质问题

（1）岩体结构及稳定性分析方法

1、岩体结构

存在于岩体中的各种地质界面，如岩层层面，裂隙面、断层面、不整合面等，统称为结构面。

岩体受结构面切割而产生的单个块体（岩块）称为结构体。

所谓岩体结构，就是指岩体中结构面和结构体两个要素的组合特征，它既表达岩体中结构面的发育程度组合，又反映了

结构体的大小、几何形式及排列。

大量的工程实践表明，无论是边坡岩体的破坏，地基岩体的滑移，还是隧洞岩体的塌落

等，大多是沿着岩体中软弱结构面发生的。

也就是说•岩体受工程作用力的破坏过程，主要

是结构体沿结构面的剪切滑移、拉开以及整体的累积变形和破裂。

因此，从岩体结构的观点

分析岩体稳定问题，首先应研究结构面和结构体的类型及其特征。

（1）结构面及类型

按其成因可分为沉积结构面、火成结构面、变质结构面、构造结构面和次生结构面五类。

其主要特征见表6-1。

（2）结构体及类型

不同形式的结构体的组合方式决定着岩体结构类型。

常见的岩体结构类型可划分为块体

结构、镶嵌结构、碎裂结构、层状结构、层状碎裂结构和等六类。

其主要特征见表6-2。

2、岩体稳定性分析方法

在公路工程实践中，遇到的各种各样工程地质问题，归纳起来，主要就是路堑边坡稳定问题以及路、桥地基稳定问题和隧道围岩稳定问题。

这三方面的问题，实质上就是一个岩体的稳定问题。

所谓岩体稳定，它是一个相对的概念，是指在一定的时间内、一定的自然条件

和人为因素的影响下，岩体不产生破坏性的剪切滑动、塑性变形或张裂破坏。

岩体稳定分析，目前一般多通过岩体结构分析、力学分析及对比分析进行，三者互相结

合，互相补充，互相验证，作出综合评价。

表1-1岩体结构面类型及其特征

成因

类型

地质类型

主要特

征

产状

分布

性质

工程地质评价

沉积

结构

火成

结构

变质

结构

构造

结构

次生

结构

1.层理层面

2.软弱夹层

1.不整合面、假

整合面

2.沉积间断面

（古风化夹层）

侵入岩体与围

岩接触面

岩脉、岩墙接触

3.冷凝原生裂

1.片理

2.片岩软弱夹

1.裂隙

2.断层

3.层间错动面

1.卸荷裂隙

2.风化裂隙

3.风化夹层

4.泥化夹层

5.次生夹泥层

岩体结构

类型

岩体地质类

一般与岩

一般呈层状分布，延

层产状一

续性较强。

在海相岩

致，为层

层中分布不稳定，常

间结构面

呈交错状。

易尖灭

岩脉受构

造结构面

控制

受岩体接

触面控制

产状与岩

层或构造

线方向一

与构造线

呈一定关

与岩层一

一般平行

于岸坡

无一定产

受原结构

面控制

与岩层一

受原结构

面控制

主要结构

体形式

延伸较远、比较稳定

往往短小密集

短小密集

延伸较远、具固定层

张性断裂较短小，剪

切断裂延伸较远。

常

互相交切成“X”型;

压性断裂规模巨大,

但有时为横断层切

割成不连续状

一般呈层状分布，延

展性较强

延续性一般不强，常

在地表20〜40m以内

发育

短小密集，主要在地

表风化带内发育

延续性一般不强，至

岩体深部风化减弱

延续性较强，但各段

泥化程度不同

延续性较差，近地表

及河槽两侧较发育

较为平整，接触紧密

多由碎屑、泥质等松散

物质构成，且不平整。

易软化或泥化，强度较

可具熔合及破裂两种

不同的特征

一般为张裂面，裂面较

粗糙不平

光滑平整或为波浪式,

在岩体深部闭合成隐

蔽结构面

含片状矿物，呈鳞片状

张性断裂不平整，呈锯

齿状，常具次生充填;

剪切断裂较平直、光

滑；压性断层具带状分

布的断层泥、糜棱岩等

物质破碎，呈鳞片状,

常含泥质物

属张裂面，常张开，多

为风化碎屑物充填

结构面参差不齐

充填物松散、破碎、含

泥质物，水稳定性很差

结构面泥化，呈塑性状

结构面物质细腻，强度

表6-2岩体结构类型及其特征

结构面发育情况

甚低

滑坡多由此类结构

面所造成

一般不造成大规模

的岩体破坏，但有时

与构造断裂配合。

也

可形成岩体的滑移

常造成路堑边坡的

变形，对地下洞体稳

定也有影响

对岩体稳定影响很

大，在许多岩体破坏

过程中，大都有构造

结构面的配合

常在天然及人工边

坡上造成危害。

有时

对桥基及浅埋隧道

亦有影响，但一般易

工程地质评价

于处理

厚层沉积岩

块体结构

侵入岩

火山岩

变质岩

块状

柱状

裂隙为主

近于均质弹性各向同性体。

作为地基

及地下洞体具良好的工程地质条件,

边坡条件虽也属良好，但要注意不利

于岩体稳定的平缓裂隙。

岩体在整体上强度仍咼，但不连续性

岩体完整性破坏较大，强度受软弱结

有时岀现较大变形，洞体要求衬砌。

岩体呈层状，接近于均一的各向异性

岩体完整性破坏较大，整体强度较低,

塌，要求支撑紧跟加厚衬砌

（二）对比分析一工程地质类比法

该法是将已有的天然边坡或人工边坡的研究经验（包括稳定的或破坏的），用于新研究

边坡的稳定性分析，如坡角或计算参数的取值、边坡的处理措施等。

类比法具有经验性和地区性的特点，应用时必须全面分析已有边坡与新研究边坡两者之间的地貌、地层岩性、结构、

水文地质、自然环境、变形主导因素及发育阶段等方面的相似性和差异性，同时还应考虑工

程的规模、类型及其对边坡的特殊要求等。

根据经验，存在下列条件时对边坡的稳定性不利：

（1）边坡及其邻近地段已有滑坡、崩塌、陷穴等不良地质现象存在。

（2）岩质边坡中有页岩、泥岩、片岩等易风化、软化岩层或软硬交互的不利岩层组合。

（3）软弱结构面与坡面倾向一致或交角小于45°,且结构面倾角小于坡角，或基岩面倾向

坡外且倾角较大。

（4）地层渗透性差异大，地下水在弱透水层或基岩面上积聚流动；断层及裂隙中有承压水出露。

（5）坡上有水体漏水，水流冲刷坡脚或因河水位急剧升降引起岸坡内动力水的强烈作用。

（6）边坡处于强震区或邻近地段，采用大爆破施工。

采用工程地质类比法选取的经验值（如坡角、计算参数等）仅能用于地质条件简单的中、小型边坡。

（三）岩体稳定的结构分析一赤平极射投影图法

岩体的破坏，往往是一部分不稳定的结构体沿着某些结构面拉开，并沿着另一些结构面

向着一定的临空面滑移的结果。

这就揭示了岩体稳定性破坏所必需具备的边界条件（切割面、

滑动面和临空面）。

所以，通过对岩体结构要素结构面和结构体分析，明确岩体滑移的边界条件是否具备，就可以对岩体的稳定性作出判断。

这就是岩体稳定的结构分析的基本内容和

实质。

而赤平极射投影图法就是岩体稳定的结构分析的方法。

1.作图方法：

以最基本的面结构面的产状为例作如下简单介绍。

如已测得两结构面产状如表1-3

表1-3结构面产状表

结构面

走向

倾向

倾角

J1

N30°E

SE

40°

J2

N20°W

NE

60°

作此两结构面的赤平极射投影图，并求其交线的倾向和倾角。

其方法大致如下:

（1）为了简化作图手续，先准备一个等角度赤平极射投影图（吴尔福网）（如图6-1）。

（2）将透明纸放在投影网上，按相同半径画一圆，并注上南北、东西方向。

（3）利用投影网在圆角的方位度数上，经过圆心绘N30°E及N20°VW勺方向线，分别注为AC及BD。

（4）转动透明纸，分别使AGBD与投影网的上下垂之线（南北线）相合，在投影网的水平线（东西线）上找出倾角为40°及60°的点（倾向为NESE寸在网的左边找，倾向为NWSV时在网的右边找），分别注上K及F。

通过KF点分别描绘40°、60°的经度线，即得结构面J1、J2的赤平极射投影弧AKG^BFD再分别延长OKOF至圆周交于GH点，就完成所求结构面J1、J2的投影图。

图中AGBD分别为J1、J2的走向；GKHF表示J1、J2的倾角；KOFC线的方向为J1、J2的倾向。

（5）找AK御BFD勺交点，注上M,连OK并延长至圆周交于P。

MO^勺方向即为J1、J2交线的倾向，PM表示J1、J2交线的倾角（如图6-2）。

2.其分析步骤大致如下：

（1）对岩体结构面的类型、产状及其特征进行调查、统计、研究。

（2）对各种结构面及其空间组合关系以及结构体的立体形式进行图解分析。

调查统计结构面时，应和工程建筑物的具体方位联系起来，按一般野外地质方法进行。

对多组结构面切割的岩体，要注意分清主次和结构面相互间的组合关系，再逐一测量，这样

才能较充分的表达出结构体的特征。

岩体结构的图解分析，在实践中多采用赤平极射投影并结合实体比例投影来进行，通过

岩体稳定分析示例来说明岩体稳定性的评价要点。

利用赤平极射投影图可以初步判断边坡的稳定性：

（1）当结构面或结构面交线的倾向与坡面倾向相反时，边坡为稳定结构；

（2）当结构面或结构面交线的倾向与坡面倾向基本一致但其倾角大于坡角时，边坡为基本稳定结构；

（3）当结构面或结构面交线的倾向与坡面倾向之间夹角小于45°且倾角小于坡角时，边

坡为不稳定结构。

、岩质边坡破坏类型及影响因素

2.影响边坡稳定的因素

影响边坡稳定的因素有：

岩石性质、岩体结构、水的作用、风化作用、地震力、地形地貌及人为因素等。

（1）岩石性质

岩石的成因类型、矿物成分、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、抗风化能力好、强度较高的岩石构成的边坡，其稳定性一般较好；反之稳定性就较差。

（2）岩体结构

岩体的结构类型、结构面性状及其与坡面的关系是岩质边坡稳定的控制因素。

⑶水的作用

（裂）隙水压力地表水对岸坡的侵

平面上呈凹形的

水的渗入使岩体质量增大，岩土体因被水软化而抗剪强度降低，并使孔升高；地下水的渗流将对岩体产生动水压力，水位的升高将产生浮托力；蚀使其失去侧向或底部支撑等，这些都对边坡的稳定不利。

（4）风化作用

风化作用使岩体的裂隙增多、扩大、透水性增强，抗剪强度降低。

（5）地形地貌

临空面的存在及边坡的高度、坡度等都是直接与边坡稳定有关的因素。

边坡较呈凸形的稳定。

（6）地震

地震使边坡岩体的剪应力增大、抗剪强度降低。

（7）地应力

开挖边坡使边坡岩体的初始应力状态改变，坡角出现剪应力集中带，坡顶与坡面的一些

部位可能出现张应力区。

在新构造运动强烈地区，开挖边坡能使岩体中的残余构造应力释放，可直接引起边坡的变形破坏。

（g）人为因素

边坡不合理的设计、开挖和加载、大量施工用水的渗人及爆破等都能造成边坡失稳。

三、岩质边坡的稳定性分析

岩质边坡的稳定性分析方法有定性分析和定量分析两大类.其中定性分析法包括（工程

地质类比法、赤乎极射投影法，实体比例投影法和摩擦圆法）等，定量分析法有（极限平衡法、有限元法和概率法）三种，它是根据某一区段边坡横断面的岩土性质，确定其可能破坏

的模式，并考虑所受的各种荷载（重力、水作用力、地震、爆破等）对边坡的作用，选择适当的参数进行稳定性计算，确定边坡的稳定性。

以下主要介绍石质边坡稳定性分析的常用方法：

工程地质类比法，其它方法参考其它书籍相关内容。

工程地质类比法是在大量收集边坡及其所在地区地质资料的基础上，综合考虑影响边坡

稳定性的各种因素，对边坡的稳定状况和发展趋势作出评估和预测的边坡稳定性分析方法。

是定性分析岩质边坡稳定性的方法之一。

这种方法是将已有的天然边坡或人工边坡的应用经验（包括稳定的或破坏的），用于新开

挖边坡的稳定性分析，如坡角或计算参数的取值、边坡的处理措施等，具有经验性和地区性的特点。

因此，应用这种方法对边坡稳定性作评估和预测时，必须全面分析已有边坡与新开

挖边坡两者之间的地貌、地层岩性、结构、水文地质、自然环境、变形主导因素及发育阶段等方面的相似性和差异性，同时还应考虑工程的规模、类型及其对边坡的特殊要求等，经综

合对比分析，才能确定新开挖边坡的边坡结构及处治措施或对边坡的稳定性做出评估等。

根

据经验，存在下列条件时对边坡稳定性不利：

（1）边坡及其邻近地段已有滑坡、崩塌、陷穴等不良地质现象存在。

（2）岩质边坡中有页岩、泥岩，片石等易风化、软化岩层或软硬交互的不利岩层组合。

（3）软弱结构面与坡面倾向一致或交角小于45°，且结构面倾角小于坡角，或基岩面倾

向坡外且倾角较大。

（4）地层渗透性差异大，地下水在弱透水层或基岩面上积聚流动；断层及裂隙中有承压水出露。

（5）坡上有渗水，水流冲刷坡脚或因河水位急剧升降引起岸坡内动水力的强烈作用。

（6）边坡处于强震区或邻近地段采用大爆破施工。

应用工程地质类比法确定岩质边坡设计参数时，除考虑边坡上述不利的地质水文条件

外，应对边坡岩体的完整程度、结构面组合情况和结构面产状等工程地质条件进行综合分析评估，然后再确定安全可靠经济合理的边坡比和边坡结构形式。

用工程地质类比法选取的

边坡设计参数经验值（如坡角、计算参数等）仅能用于地质条件简单的中、小型边坡。

表1-5〜1-7可供岩质边坡设计参数选取论证参考。

表1-5岩质边坡设计参数表

边坡坡比

边坡岩体类型

风化程度

H<15m

15m

I类

未风化、微风化

1:

0.1〜1:

0.3

1:

0.1〜1:

0.3

弱风化

1:

0.1〜1:

0.3

1:

0.3〜1:

0.5

II类

未风化、微风化

1:

0.1〜1:

0.3

1:

0.3〜1:

0.5

弱风化

1:

0.1〜1:

0.5

1:

0.5〜1:

0.75

III类

未风化、微风化

1:

0.3〜1:

0.5

弱风化

1:

0.3〜1:

0.75

IV类

弱风化

1:

0.5〜1:

1

强风化

1:

0.75〜1:

1

注：

①有可靠资料和经验时可不受本表限制;

2W类强风化包括各类风化程度的极软岩;

3岩体分类见表1-6。

表1-6岩体分类表

、、判定条件边坡岩\

体类型

岩体完整程

度

结构面结合程度

结构面产状

直立边坡自稳能力

I

完整

结构面结合良好

或一般

外倾结构面或外倾不同结构面的组合

线倾角大于75°或小于35°

30m高边坡长期稳定，偶有掉块

II

完整

结构面结合良好

或一般

外倾结构面或外倾不同结构面的组合

线倾角75°〜35°

15m高边坡稳定，

15〜30m边坡欠稳

疋

完整

结构面结合差

外倾结构面或外倾不同结构面的组合

线倾角大于75°或小于35°

较完整

结构面结合良好

或一般或差

外倾结构面或外倾不同结构面的组合

线倾角小于35°，有内倾结构面

边坡出现局部塌落

III

完整

结构面结合差

外倾结构面或外倾不同结构面的组合

线倾角35°〜75°

8m高的边坡稳定，

15m高的边坡欠稳

疋

较完整

结构面结合良好

或一般或差

外倾结构面或外倾不同结构面的组合

线倾角35°〜75°

较完整

结构面结合差

外倾结构面或外倾不同结构面的组合

线倾角大于75°或小于35°

较完整（碎裂

镶嵌结构）

结构面结合艮好

或一般

结构面无明显规律

IV

较完整

结构面结合差或

很差

外倾结构面以层面为王，倾角多为

35。

〜75°

8m高的边坡不稳定

不完整（散

体、碎裂结

构）

碎块间结合很差

注：

①边坡岩体分类中未含由软弱结构面控制的边坡和倾倒崩塌型破坏的边坡;

2I类岩体为软岩、较软岩时，应降为II类岩体；

3当地下水发育时，III，IV类岩体可视具体情况降低一档；

4强风化岩和极软岩可划为IV类岩体；

5表中外倾结构面系指倾向与坡向的夹角小于30°的结构面；

6岩体完整理度完整程度按表6-7划分。

表1-7岩体完整理度完整程度表

岩体完整程度

结构面发育程序

结构面类型

完整性系数Kv

［结构面1〜2组，以构造节T

完整

理或层面为主，密闭型

巨块状整体结构

〉0.75

结构面2〜3组，以构造节理或层面为主，裂隙多呈密闭型，部分为微张型，

少有充填物

碎块状结构、层状结构、

镶嵌碎裂结构

较完整

0.35〜0.75

结构面大于3组，在断层附近受构造作用影响较大，裂隙以张开型为主，多有充填物，厚度较大

不完整

碎裂状结构、散体结构

<0.35

注：

完整性系数lv=（VR/Vp）2，

式中：

VF—弹性纵波在岩体中的传播速度；

VP—弹性纵波在岩块中的传播速度。

②镶嵌碎裂结构为碎裂结构中碎块较大且相互咬合、稳定性相对较好的一种结构

四、土质边坡工程地质问题

（一）土质边坡破坏类型及影响因素

1.土质边坡破坏类型

土质边坡的滑移面一般是圆弧形。

边坡的破坏类型有深层失稳破坏和浅层破坏，前者一

般是在坡面2m以下深处演化，产生剪切滑移破坏，滑移面为平面、楔形面或曲面。

这种破坏

形式因滑下的土方量大（有时可达数十万方），造成的危害极大，因此必须避免出现这种深层破坏；后者一般发生在坡面的表层或坡面下不足2m的范围内。

虽然滑下的土石方量很小，但

它严重破坏了坡面的植被，对于这种破坏也应有足够的认识。

2.影响边坡稳定的因素

影响土质边坡稳定的因素很多，有地形、地质、水文、气候等各方面的因素。

由于重力作用的影响，土坡的稳定性随其高度及边坡的陡度而变化，高度愈大、边坡愈陡，其稳定性

愈低。

土体内若有水流下渗，水对土起润滑作用，降低了土的抗剪强度，从而降低土坡的稳

定性，极易产生滑动，如边坡坍塌经常发生在雨季或暴雨之后，滑坡往往是由于地表水下渗

或地下水渗流在土体内形成了软弱面所致。

此外，边坡土层倾斜或夹有软弱土层，地面有张

因素，对土坡稳定性起决定作用。

土坡滑动失稳，是由于土体内部发生剪切作用并形成了贯通的滑裂面，使土体沿此面而

滑动的剪切破坏。

原因是作用于土坡的外荷和土坡白重应力在滑裂面上产生的剪应力超过了土的抗剪强度，因此研究剪切面上的应力条件是土坡稳定分析的核心问题。

大量的观察调查

证实：

黏性土坡破坏时的滑裂面近似圆柱面，在横断面上呈圆弧形；砂性土的滑裂面近似一

个平面，在横断面上为一条直线。

（二）土坡稳定性分析方法

分析土坡稳定性时，一般假设土坡是沿着圆弧滑裂面或直线滑裂面而滑动，以简化土坡

稳定验算的方法。

瑞典工程师费兰纽斯（Fellenius）根据黏性土坡的滑裂面呈圆弧形，首先提出了用圆弧

法验算边坡的稳定性，这种方法在验算土坡稳定性时把滑动体分为若干土条，用滑裂面上的

抗滑力矩与下滑力矩之比值来确定边坡的稳定程度，因此，也称为条分法或瑞典法。

其后，各国学者以圆弧滑面为前提，又提出了摩擦圆法（0圆法）、应力总和法、有效应力法、台罗

尔图解法以及半图解法等，这些方法考虑的因素和适用条件虽有所不同，但都是基于圆弧滑

裂面假定并从极限平衡状态出发来分析边坡的稳定。

因此，圆弧条分法仍为使用最广泛的一

种基本方法。

此外，用极限平衡理论分析砂性土边坡稳定时，假定滑裂面为平面，验算方法

如库尔曼（Cul—mann）法，也有的验算方法假设滑裂面为对数螺旋线及不规则滑面等。

除上述极限平衡法外，近年还提出了一些新的土坡稳定性验算方法，如极限分析法，它

与建立在极限平衡理论基础上的方法不同，这种方法考虑了土的应力-应变关系，是土坡分

析的新方法。

土坡的稳定程度，通常用安全系数（稳定系数）来评价，它表明土坡在可能的最不利条件下具有的安全保证。

土坡的安全系数可定义为滑面上的抗滑力矩与滑动力矩之比，即

Fs=Mr/Ms.或实有的抗剪强度S,与维持极限平衡所需的抗剪强度Sd之比，即Fs=S/Sd;或是实有的凝聚力C与维持极限平衡所需的凝聚力Cd之比，即Fc=C/Cd（它表示凝聚力部分的平均安全系数）;也有用摩擦角，临界高度表示的，其表达式分别为珂=tan0/tan0c和FH=Hc/H,前者表示抗剪强度中实有的摩擦强度与维持极限平衡需要的摩擦强度之比，为抗剪强度中摩

擦部分的平均安全系数；后者FH是对高度的安全系数，临界高度Hc是土坡能保持稳定的最大高度，H为实际高度。

安全系数的不同表达方式都是在不同情况下为应用而提出的，其可靠程度在很大程度上决定于计算中选用的土的物理力学性质指标（主要是土的抗剪强度指标C,

0和土的重度丫值）必须得当，才能使验算符合实际。

同时，在进行边坡稳定性设汁时，Fs

值应选取适当，根据大量的工程实践经验，公路路基边坡的值一般取1.25〜1.5,在一般

情况下，只要抗剪强度参数取值合理，土坡的安全系数达到了规定值。

土坡的安全保障是足

够的，经济上也是合理的。

为了对土坡稳定性作出准确的评价，必须做好勘探、调查工作。

收集地形、地质、水文等资料，并对这些资料进行认真地分析研究，选择适当的验算方法，然后按照土坡稳定性设

计要求做出设计，确保土坡在各种自然因素作用下具有足够的稳定性和经济性。

五、工程实例

本节以三峡对外交通公路下涝溪大桥岸坡稳定性分析为例，说明边坡工程地质问题及各

种分析方法的综合运用。

（一）地质概况

三峡对外交通公路下涝溪特大桥，总长280.6m,位于宜昌北郊，以连续刚构拱桥凌空横

跨下涝溪，主跨175m,桥面距谷底水面137m该桥主跨桥墩墩高30余m左岸主桥墩设置在谷坡坡度达78°、陡坡高达72m,距坡顶仅4n的灰质白云岩岸坡上，基础埋深约10m=建设单位要求论证该桥墩所在岸坡的稳定坡角及岸坡的稳定性，以便为该桥施工处理提供依据。

该

岸坡属复杂岩石边坡，采用综合分析方法进行稳定性评价。

下涝溪大桥处基岩为寒武系上统三游洞组灰质白云岩，中