边坡稳定性分析与加固方法综述

1、内容摘要边坡稳定性分析与加固一直是岩土工程中十分重要的研究内容。边坡失稳引发的地质灾害给人民的生命和财产带来巨大威胁，而进行边坡稳定性分析有助于预测发生边坡失稳的时间，规模以及产生边坡灾害的程度，同时，根据分析结果可以及时对边坡采取相应的防治措施，降低边坡地质灾害。本文对影响边坡稳定性的因素和常用的边坡加固方法进行综述。关键词：边坡；稳定性分析；加固目 录内容摘要I引言11 边坡稳定性21.1 边坡稳定性的定义21.2 引起边坡失稳的因素21.3 边坡稳定性分析32 边坡加固42.1 抗滑挡墙42.2 抗滑桩52.3 阻滑键52.4 锚固支护53 结语6参考文献6引言目前我国经济建设正处在飞速

2、发展时期，大量工程正在建设，公路、铁路和水利等工程中存在边坡问题，如果边坡失稳，会引起交通中断，建筑物倒塌，江河堵塞，水库淤填，给人民生命财产的安全带来威胁，并由此产生巨大的经济损失。造成边坡失稳的原因很多，地震和降雨是其中的外在因素；而人类日趋频繁的工程活动也是造成边坡灾害的重要原因，包括边坡的开挖及土石方的填筑。正是由于边坡安全问题与人民生命财产安全和经济建设息息相关，各个国家对于这个学科进行了大量研究，这些研究主要集中在边坡失稳的机理、进行边坡稳定分析的理论方法、边坡失稳治理以及对边坡灾害进行预报等方面。1 边坡稳定性1.1 边坡稳定性的定义边坡稳定性是指边坡的岩体，土体在一定的坡高和坡

3、角条件下的稳定程度。根据成因，可以把边坡分为天然边坡和人工边坡；根据边坡的稳定程度，又可以把边坡分为稳定边坡、不稳定边坡以及极限平衡状态边坡。在岩土体自身重力，水压力，地震和人类外界活动等的作用下，如果岩土体内部某一滑面上的滑动力超过抗滑力时，就会发生边坡失稳灾害，即滑坡。而边坡岩体的基本破坏形式有：滑动、崩塌、松驰张裂。1.2 引起边坡失稳的因素边坡岩体的基本破坏形式有：滑动、崩塌、松驰张裂、倾倒、蠕动、剥落等。边坡的变形和破坏是边坡失稳过程中的两个必然现象，变形是指边坡体内还未出现贯通性滑裂面，而破坏是指除了出现贯通性滑裂面外，滑裂面上部岩体还具备了一定的速度和位移。影响边坡稳定性的因素众

4、多，并且十分复杂，主要有以下一些因素：1.2.1 地层和岩石强度 地层和岩性存在差异性是影响边坡失稳的重要因素。有些地层存在易于形成滑带的矿物成分和风化物，滑坡发育特别成熟，如泥岩地层、二叠系煤系地层和裂隙粘土等。岩石强度对边坡的变形也有重要影响，坚硬完整的岩石可以形成数百米高的边坡，如长江三峡的石灰岩峡谷。而在淤泥质软土地段，边坡难以开挖。地层和岩石强度对边坡的稳定起控制作用，边坡的破坏型式呈一定的区域性，即不同的地层和岩石强度其边坡的破坏形式不同，如在黄土地区，边坡主要以滑坡破坏为主；而在花岗岩地区，边坡主要以崩塌为主。1.2.2 地质构造 地质构造是指地壳中的岩层在地壳运动的作用下发生变

5、形和变位而遗留下来的形态。边坡地段的褶皱形态、断层和节理裂隙的发育程度对边坡稳定的影响十分重要。在褶皱强烈，地质构造比较复杂的地段，边坡稳定性较差。例如，在中国西南部横断山脉地区，边坡的崩塌和滑动发育成熟，经常出现一些大型滑坡。由于地质构造是影响边坡稳定的重要因素，所在在对边坡进行稳定性分析时，应首先对所在边坡地区的地质构造背景进行研究。 岩土结构 边坡岩体中的结构面对边坡失稳起控制作用。影响边坡稳定的结构因素包括以下方面：结构面倾向倾角，走向，结构面的组数和数量，结构面的连续性，结构面的起伏和光滑程度。 水的作用 水对边坡的稳定性有显著的作用。水对边坡的作用主要包括：边坡的水下部分受到水的浮

6、托力作用，边坡内部水的渗透流动产生动水压力，水对边坡岩土的软化作用，水流对边坡的冲刷作用等。边坡灾害的发生与降雨有密切关系，据有关资料统计，雨季是发生边坡灾害的高峰期。如1981年夏季四川盆地西北部突降暴雨，发生滑坡、崩塌，毁坏房屋7.4万间，使6万人无家可归，损失达3亿元；1985年5月桂林发生特大暴雨使全州、兴安、灌阳3县出现崩塌、滑坡5000多处；1989年7月东阳受到台风暴雨袭击，发生53处泥石流，冲毁房屋公路，损失达亿元。 地震作用地震发生时可引起边坡内部应力的瞬时改变，从而对边坡的稳定性造成影响。地震横波对边坡稳定影响较大，在地震的作用下，首先使边坡内部结构发生变化，出现新的结构面

7、，或使原有结构面张裂、松驰；然后随着地震力的反复震荡，边坡结构面上部岩体沿结构面发生位移直至破坏。例如：1960年的智力大地震造成大量滑坡和崩塌，其中在瑞尼赫湖区发生三次较大滑坡，滑坡体堆积湖中使湖水上涨，最终淹没了湖西的瓦尔迪维亚城；2008年5月12日的汶川大地震引发大量边坡灾害，造成巨大损失。有研究表明，特别是在山岳地区，地震诱发的边坡灾害比地震直接造成的危害还大。 边坡形态边坡形态对边坡的稳定性的影响是直观可见的。边坡的形态主要包括：边坡的长度，高度，边坡的临空条件，以及剖面形态和平面形态等等。可以发现，当边坡坡度越陡，坡高越大时，边坡的稳定性越差；而平面上呈凹形的边坡比凸形边坡稳定性

8、好，在实际工程中，可以采取分段凹形开挖的施工工艺，以保证边坡开挖的稳定性。 边坡地应力边坡初始地应力对边坡工程应力，位移分布及其破坏形式有重要影响，是一个重要的地质参数。边坡的地应力是影响边坡内部节理裂隙发育以及边坡变形破坏的重要因素。在研究边坡稳定性时，需要进行相应实测点的地应力资料测量。 人类的工程活动对边坡稳定性产生影响的工程活动主要包括：边坡开挖，削坡，坡顶加载，爆破。边坡开挖对边坡岩体内部的应力状态产生扰动，使边坡原有的力学平衡状态发生改变，边坡发生变形或破坏，与此同时，边坡开挖会对边坡表面的植被造成破坏最终加速雨水的渗人。施工过程中不合理的削坡方式会对边坡坡脚结构面或软弱夹层的覆盖

9、层变薄，使边坡岩体沿滑动面的抗滑力减小，而沿结构面的下滑力却没有成比例减小，造成边坡整体稳定性的降低。而不适当的坡顶加载将增加边坡岩体的下滑力，加大坡顶张应力和坡脚应力集中。爆破开挖不仅改变边坡的覆盖层，而且它的振动作用对边坡的稳定性也产生不利影响。 其他因素气候条件，风化作用，植被生长等因素与边坡的稳定性有一定关系。各地区气候不同，其降雨量也不同，而暴雨过后，边坡灾害随之增多，这表明大气降雨对边坡的稳定性有很大影响。风化作用使坡体强度减小，裂隙增加和扩大，加剧了边坡的变形或破坏，风化程度越深，边坡的稳定性越差。边坡表面的植被可以遮挡阳光以延缓岩土体的风化，并能减少由于降水而产生的地面冲刷作用

10、；植物的根能提高边坡浅层岩土体的抗剪强度，使边坡在彻底失稳前，产生的位移更大，经历的时间更长，有利于提高边坡的稳定性。1.3 边坡稳定性分析 边坡稳定性分析的目的 进行边坡稳定性分析的目的在于预测发生边坡失稳的时间，规模以及边坡产生失稳破坏所达到程度，根据分析结果可以对边坡采取相应的防治措施，减轻边坡地质灾害，也可以使人工边坡的设计安全、合理、经济。 边坡稳定性的评价方法 进行边坡稳定性分析的方法大致分为两类：定性分析方法和定量分析方法。定性分析法无需进行复杂的计算并综合考虑了多种因素，能够快速对边坡的稳定性和未来发展趋势进行预测，是后续定量评价和边坡综合治理的基础。定性分析方法包括历史分析法

11、和工程地质类比法。定量分析方法包括刚体极限平衡法和数值分析法。（1） 历史分析方法：该方法是对边坡的发育历史进行研究，分析边坡演变的全过程，并定性地推测边坡稳定性未来的发展趋势。历史分析方法主要用于天然边坡的稳定性评价。（2） 工程地质类比法：根据已有的自然边坡或人工边坡的设计研究经验用于条件相似的新边坡中去，这需要建立在广泛调查研究的基础上，并对影响边坡稳定的诸多因素进行分析。（3） 刚体极限平衡法：该法是实际工程中边坡稳定分析最常用的方法，首先假定边坡岩体为刚体，不考虑变形及变形协调问题，并且认为边坡破坏服从摩尔-库仑准则，当边坡安全系数K=1时，边坡滑体处于极限平衡状态；K>1时，

12、边坡安全；K<1时，边坡破坏。该法计算简单，其参数选取有较多工程经验作为依据。但该法不能计算边坡岩体的变形，且只能用于边坡滑动破坏的分析。（4） 数值分析法：进入20世纪80年代以来，随着计算机技术的发展，多种数值计算方法引入到边坡的稳定性分析中。按理论体系可以分为等效连续介质力学方法和不连续介质力学方法。前者包括有限单元法、边界单元法和差分法等，后者包括离散单元法、块体单元法、刚体-弹簧元法等。数值分析方法分析边坡稳定可以考虑复杂的边界条件、介质力学性质和动态模拟实际施工运行过程，也可以考虑边坡岩体内结构面的影响，并对边坡进行加固优化设计。目前采用数值分析方法的主要缺点在于：前处理复杂

13、且工作量大；软件不规范，计算结果因人而异，没有一个统一的标准。2 边坡加固前述各种边坡稳定性分析方法，为边坡治理提供了依据。当边坡稳定性达不到要求时，就需要人工采取一些措施来提高边坡的稳定性，如开挖清除、排水、削坡减载和压脚，这些都是普遍采用的方法。而当没有条件采用这些措施或采用了上述这些措施后，边坡的稳定性仍不能满足要求时就需要使用结构性的工程措施对边坡进行加固。1990年，ORourke和Jones提出将土体的加固体系分为外部加固和内部加固。在上世纪60年代以前，边坡的加固主要依靠外部加固，如抗滑挡墙，而抗滑挡墙根据其受力条件、材料和结构的不同，又可以分为重力挡墙、扶壁挡墙和各类加筋土挡墙

14、等。60年代以后，随着边坡加固研究的不断深入和施工技术的提高，多种内部加固措施被引用到边坡加固中来。内部加固主要包括抗滑桩、阻滑键和一些锚固支护。具体加固方法介绍如下：2.1 抗滑挡墙抗滑挡墙是目前应用在中小型边坡中治理边坡灾害最为广泛和有效的措施。它适用因为挖去边坡坡脚失去支撑而引起滑动的牵引式滑坡，特别是当滑动面较陡、含水量较小、整体性强和滑动较为急剧的滑坡体，修建挡土墙后即能起到抑制滑动的作用。修建抗滑挡墙对防治边坡灾害效果显著，对山体的破坏少且能有效防止坡脚处局部坍塌。但抗滑挡墙的局限性同样显著，由于所建挡墙受到其高度和所需工程量的限制，尤其是在大型边坡工程中，对提高边坡稳定性的作用有

15、限。一般在这种情况下，它与排水、减重等措施进行综合应用。挡土墙设计需满足以下几个条件：不产生滑动、不倾覆、不产生较大沉降变形和具有足够的强度等要求。作用于抗滑挡墙上的压力主要是滑坡推力，它的大小、方向、分布和作用点位置主要由边坡推力决定。2.2 抗滑桩抗滑桩是穿过滑坡体深入滑床的桩柱，它凭借桩与周围岩土体的共同作用，把滑坡推力传递到稳定地层，用以平衡滑体的滑动力，起到稳定边坡的作用，适用于浅层和中厚层，且具有明显滑面、滑床基岩较完整的边坡，但对正在活动的滑坡进行打桩需慎重，以免因人为震动而引起边坡的滑动。使用抗滑桩治理边坡灾害，它有以下优点：充分发挥材料强度，抗滑能力强，空间布置灵活，施工扰动

16、破坏小，工程量小投资省，施工简便及能够直接校核，补充地质勘测资料，便于优化设计等。抗滑桩按材料分类，有木桩、钢桩和钢筋混凝土桩；按截面形状分，有圆形桩、管形桩和矩形桩；按施工方法分类，有打入桩、钻孔灌注桩和挖孔桩；按桩与岩体的相对刚度分，有刚性桩和弹性桩；按结构型式分，有排式单桩、承台桩、排架桩和预应力拉锚桩等。抗滑桩需满足：设计施加抗滑桩之后，整个边坡的安全系数应提高到设计要求值，并保证滑体不冒顶，不从桩间挤出；桩身应满足强度要求，断面和配筋量满足桩的内力要求；抗滑桩的断面设计尺寸、间距、埋深均较合适，施工方便且工程量小。抗滑桩的桩位选择：抗滑桩的平面位置及间距主要根据滑坡的地层性质、推力大

17、小、滑动面坡度、滑体厚度和施工条件等因素来综合进行考虑。抗滑桩一般布置在坡体中后部厚度较小，且应该选择滑面下部岩段地基强度较高的地段。这样可以降低抗滑桩的弯矩，应力条件得到改善，同时可以缩小桩身的截面尺寸。桩位选在坡体的中厚段，桩前岩体能够对桩身提高足够的抗力支撑，减小桩身弯矩。但也应该注意到，所设桩位处坡体厚度不能过小，否则可能造成坡体从桩顶剪出，越桩而过，最终导致边坡加固的失败。2.3 阻滑键在天然边坡基岩中，如果滑面上下岩体较完整，且滑面单一，抗剪能力较差时，可选择沿滑面滑动方向在滑面上开挖几条平洞或勘探洞，并用混凝土回填密实，形成阻滑键。可以考虑将阻滑键同其他一些结构性工程措施配合运用

18、，如锚索，抗滑桩等。而阻滑键的布置、数量、断面尺寸则应该通过计算来确定。2.4 锚固支护锚固支护也是一种边坡治理工程中常采用的工程措施。岩土锚固支护是通过埋设在地层中的锚杆(索) ,将结构物与地层紧紧地联锁在一起,依赖锚杆与周围地层的抗剪强度传递结构物的拉力或使地层自身得到加固,从而增强被加固岩土体的强度,改善岩土体的应力状态,以保持结构物和岩土体的稳定性,以达到预防和治理边坡地质灾害的目的。我国于20世纪50年代开始使用锚杆支护技术,至70年代前期还处于探索阶段,直至1978年才开始重点推广,至80年代向英国学习锚杆支护技术后推广到煤巷支护,90年代又向澳大利亚学习和引进成套先进的锚杆支护技术,目前已得到广泛的推广和应用。根据锚杆材料、施工工艺、是否施加预应力等的不同可以将锚固支护分为多种不同类型，较为常用的有：普通砂浆锚杆，预应力锚杆，预应力锚索等。锚杆和锚索在本质上是一样的，只是张拉介质不同。锚杆是高强度精轧螺纹钢筋为主，一般不施加预应力，只有当被锚固岩体发