影響邊坡穩定性的主要因素及實際工程應用分析

陳雪清

（福建巖土工程勘察研究院有限公司廈門分公司）

1　邊坡穩定性分析的研究現狀

邊坡穩定性分析一直是邊坡工程研究的重要范圍，邊坡的穩定性從短期看，不僅影響環境的安全，人們生命的安全；從長期看，它也間接影響國家的經濟發展。近年來，我們國家研究加大力度重視和投入對于邊坡的研究和發展，而影響邊坡穩定性因素中比較重要有內在因素和外部的影響因素。

本文以廈門后溪-天馬山擋土墻工程作為實際工程來詳細分析，在已有資料和文獻調查的基礎上，總結邊坡工程的發生機制，對邊坡的變形分類，及其主要影響因素重點闡述。

2　邊坡穩定性的主要影響因素

影響邊坡穩定的因素主要表現在內在自然因素和外部影響因素。內在自然因素中主要有：邊坡中地層的巖性、地質的構造、巖體的結構。這些對于邊坡變形破壞起著決定性的影響。它們直接影響并決定了邊坡變形過程中以何種的形態，多大規模發生，所以它們具有決定性的影響因素。外部影響因素主要有：水文地質、風化作用、邊坡形態、氣象條件，以及人類的活動工程等。這些因素常常對于邊坡破壞有著比較明顯影響，它們和內在因素結合作用，促使邊坡的發生和破壞。

2.1　地應力因素

地層中的地應力是地震力、巖體自重力、地質構造力、溫度應力以及巖體中由物理化學作用在地球巖體內所產生的應力總和。地震中橫波在地表中產生周期性振動，破壞力影響最大。縱波在地表產生上下波動，破壞力影響較小。需要充分考慮地應力由于邊坡人類活動開挖時產生不均勻釋放，可能使邊坡巖體在軟弱面發生變形破壞，使原有裂面進一步增大或產生更多新的裂面，在短期內會急劇成倍降低巖體的抗剪強度，因此，地應力對邊坡破壞的影響是最為嚴重的，也應當著重考慮和研究。

2.2　地質構造因素的分析

地質構造影響因素重要表現在：邊坡的褶皺形態、區域地層構造特點、巖層產狀、節理、裂隙發育、斷層特征以及新的地層構造活動特點等。在地層構造相對復雜、構造運動相對活躍、褶皺相對強烈的區域，邊坡的破壞性比較大，容易發生較大的災害。

其次，邊坡區域的巖層褶皺不同形態和巖層不同產狀，也會直接影響和決定邊坡破壞的形態和發生規模范圍。明顯的節理裂隙和大的斷層對邊坡變形破壞的影響尤為顯著。因為某些滑坡可以直接沿斷層或節理本身的裂面產生和破壞。

2.3　地層和巖（土）性因素

地層的巖性是邊坡破壞的主要影響因素之一。從不同的邊坡的破壞特征來看，不同地層有不同的變形破壞形式。以石質邊坡為例，有些地層中滑坡特別容易發生，這是由于在該地層中，含有大量的風化物、以及一些礦物成分促使滑帶產生。

其次，巖性特征也對邊坡的破壞也有很重要的影響。由某些巖性組成的邊坡在天氣晴朗干燥時比較穩定的，但如果遇到雨季，一經過水泡，巖石抗剪強度劇減，邊坡穩定性很差，容易發生滑坡，泥石流等災害。其中巖性、力學、化學、水理性質等對于邊坡穩定性的影響非常大。

2.4　巖（土）體結構因素

根據邊坡不同傾角與不同坡角間關系，邊坡可以分為以下主要幾種類型：邊坡傾向與坡向相同；邊坡的傾向與坡向不同；傾角小于坡角；傾角大于坡角這四種常見的情況。當傾向與坡向相同方向時，對于邊坡穩定性相當不利。此時，巖層間軟弱面及裂隙面的力學性能都比較差，邊坡容易在這個層面形成滑動，產生滑坡（如圖1）。如果傾向與坡向與相同，但傾角大于坡角時，邊坡穩定性會好一點（如圖1）。若傾向與坡向相反時，巖層間的軟弱面不再是邊坡穩定性的主要影響因素，此時軟弱面的巖層本身重力對邊坡穩定是有益的（如圖1）。

圖1　坡角與傾角關系

2.5　邊坡形態

通常情況下，邊坡的坡度越陡，邊坡高度越大，對邊坡穩定越不利；凸型平面的邊坡比凹型平面的邊坡具有較多的容易坍塌的臨空面，不過凹型平面的邊坡雖然發生過之前那的破壞地段，但由于可能還存在一些軟弱面；所以在凹型平面的邊坡，有時也會再次產生新的邊坡破壞。

在圖2中，凸型邊坡上緩下陡、容易發生坍塌，比較適合開采露天礦邊坡；平面邊坡設計比較簡單，適合在人工邊坡中應用；凹型坡大相對比較穩定，但是由于地下水匯集的作用、有時也會誘發新的滑坡。

圖2　不同邊坡的形態劃分

2.6　地下水因素

邊坡中地下水的類型主要為裂隙水、孔隙裂隙水和溶洞水。邊坡的巖體主要受到幾種附加荷載的作用：裂隙靜水壓力、浮拖力和滲透動水壓力等。此外地下水在一些物理化學作用破壞下：侵蝕、溶解、風化等等雖然影響過程比較緩慢，但是對于邊坡巖體長期穩定性影響比較大，其中地下水的靜水壓力和動水壓力的影響作用尤為明顯。所有這些綜合作用下就容易使邊坡抗剪強度的降低，破壞增大，當滿足破壞條件時，就會出現類似滑坡的災害。

3　工程實例應用

廈門后溪-天馬山擋土墻工程位于廈門市內宮-天馬山的東北側，后溪-潯江的北西側。本工程由北側、西北側及西南側三段邊坡組成，為土質、巖質或巖土混合邊坡，總長約430m。為描述方便，將本邊坡工程由南往北分為 AB、BC、CD、DE、EF 五段（詳見圖 3）。

圖3　廈門后溪西、北側擋土墻工程鉆孔位置平面圖

AC段為土質邊坡，其中AB段呈北西～南東走向，BC段大致呈東北～西南走向，坡頂設計標高約為25～30m，坡腳場平設計標高約為21～23m，坡高約4～7m。擬采用重力式漿砌條石擋墻，墻高約3～5m，設計單位荷重約150kN/m2，擬采用條形基礎，基礎埋深約2m。

CF段主要為巖質邊坡，其中CD段大致呈東北～西南走向，DE段大致呈近南北走向，EF段大致呈近東西走向。坡頂設計標高約為30～44m，坡腳場平設計標高約為22～24m，坡高約8～20m。擬采用錨桿或格構式錨桿擋墻支護。

邊坡平面形態大致呈“ㄈ”字型，夾角在B交匯點約90°，在D交匯點約110°。其中AB段走向為NW30°，邊坡坡長約140m，坡高約4～7m，坡度約85～90°，用地紅線距現狀坡腳約3～20m；BD段走向為NE50°，邊坡坡長約170m，坡高約6～20m，坡度約80～90°，用地紅線距現狀坡腳約3～10m；DE段走向為NE5°，邊坡坡長約60m，坡高約14～20m，坡度約75～90°，用地紅線距現狀坡腳約 7～20m；EF 段走向為 NE80°，邊坡坡長約60m，坡高約14m，坡度約80～90°，用地紅線緊鄰現狀坡腳。邊坡坡面巖性在AC段主要為粉質粘土、BC段中下部為散體狀強風化巖及少量碎塊狀強風化巖；在CF段主要為散體狀強風化巖、碎塊狀強風化巖及中風化巖，局部上覆薄層粉質粘土，邊坡巖體類型為Ⅲ～Ⅳ類。其中CF段邊坡局部坡面在重力作用、降水影響或爆破振動下有小面積滑塌和個別掉塊的現象，但坡頂及坡面無滾石或孤石分布，不會產生危巖滾落的現象。

3.1　邊坡穩定性分析與評價

影響本工程邊坡穩定的主要因素有：結構面特征、巖層風化程度、邊坡高度與傾角、坡頂荷載與傾角、巖土體物理力學性質、地下水和大氣降水、地震烈度等，現對影響邊坡穩定性的主要因素分析如下：

（1）結構面特征：據邊坡裂隙產狀與坡面的關系分析，第一～三組裂隙的傾角大多≥75°，對邊坡穩定較有利或影響較小，第四組裂隙傾角較緩，大多屬外傾不利結構面，對邊坡穩定性較不利。

（2）巖層風化程度：巖質邊坡的巖體主要由強風化～中風化巖組成，其中強風化巖（⑤、⑥）屬極軟巖～較軟巖，巖體類型為Ⅳ類，中風化巖⑦屬較硬巖，巖體類型為Ⅲ類。若未對暴露巖面進行處理，巖石將沿現有的裂隙面進一步風化，使巖體加劇破碎，發生風化崩解（散體狀強風化巖）、巖壁脫落、掉塊等危及安全的不良現象。

（3）邊坡高度與傾角：AC段為土質或土巖混合邊坡，坡高約4～7m，坡度大多≥70°；CF 段為巖質邊坡，坡高約 8～20m，坡度約 70～90°，且存在有外傾結構面（傾角在35～75°內）。據《建筑邊坡工程技術規范》（GB50330-2002）附錄A和表12.2.1的有關規定，對Ⅳ類巖體8m高邊坡不穩定，對Ⅲ類巖體的巖石邊坡，8m高邊坡較穩定，15m高邊坡欠穩定，需采取相應的處理措施。

對土質邊坡坡高小于5m時，允許坡率為1：1～1：1.25；坡高5～10m時，允許坡率為1：1.25～1：1.5，但現狀坡度均大于容許坡率，需進行放坡或支擋處理。

（4）坡頂荷載與傾角：本邊坡坡頂無建筑荷載，不對邊坡施加附加應力。坡頂傾角主要對覆蓋層而言，若坡頂覆蓋層傾角過大，容易產生滑塌或崩塌破壞。尤其是巖、土質邊坡的過渡地帶或具有一定厚度的覆蓋層的巖質邊坡地段，將對邊坡穩定性產生較大影響。

（5）地下水、大氣降水：場地地處剝蝕低丘，植被較發育，具一定的保水性，但匯水面積不大，且斜坡較陡，逕流條件較好，僅存在降雨時的瞬時面流。邊坡巖土層均屬中等～弱透水性，賦水性差，水文地質條件較簡單。但雨水下滲時將使上覆土層和全～強風化巖的含水量增大，抗剪強度降低，因而在雨季時需考慮滲透作用和動水壓力對邊坡穩定性的影響。

另BC段邊坡局部見有地下水滲出的現象，地下水或雨水對坡面的滲流、沖刷會增強邊坡的水土流失及加速巖土體的風化，因此在對邊坡整治時應對坡面作必要的防護和截、排水措施。

3.2　邊坡整治方案

從邊坡現狀，周邊環境條件及與用地紅線的關系分析，建議AC段土質邊坡采用1：1的坡率進行放坡或分級放坡處理，并對坡面采用格構+植被防護，以防雨水沖刷和提高邊坡的穩定性；或在用地紅線之外設置重力式漿砌塊石擋墻，以粉質粘土②或強風化巖⑤、⑥（BC段）為擋墻基礎持力層，并對擋墻進行抗滑移和抗傾覆穩定驗算，以保證其穩定性。

CF段巖質邊坡受周邊環境所限，已不具備放坡的可能，需對其進行支護處理。根據邊坡巖土性質、地下水特征和周邊環境條件，建議對巖質邊坡（CF段）采用錨桿支護或格構式錨桿擋墻支護。若土質邊坡采用擋墻支護，擋墻后的填土應選擇透水性較強的填料，填土密實度應大于0.94，在擋墻上應設置外傾排水孔。

擋土墻設計時還應考慮填土施工質量、水壓力（特別應考慮暴雨時地下水排除緩慢而產生的較大水壓力，地下水滲入坡體，導致土體強度的下降）和外部荷載作用力，采取有效的排水措施。若巖質邊坡采用格構式錨桿擋墻支護時，錨桿應設置在網格梁交叉點上。由于裂隙發育，建議采用較長的錨桿支護。錨桿拉力應通過試驗確定，并應進行錨桿及排樁支護巖土體穩定性驗算和整體穩定性驗算。

應采用動態設計法。應及時掌握施工現場的地質情況、施工情況和變形、應力監測的反饋信息，必要時對原設計做校核、修改和補充。

4　本文的建議與展望

邊坡工程穩定性研究是一個非常大的科研領域，尚有許多問題亟待解決。在運用傳統邊坡穩定分析方法的同時，如果后期可以適當結合其他的監測手段，把長期的監測工作能進一步的分析和評價，對于工程的設計與施工方案，可以提供比較完善可靠的依據和方案。