軟弱夾層對高陡邊坡穩定性的影響及勘察方法優化

摘要：針對傳統勘察方法在揭示軟弱夾層特性方面的不足，以某山區高速公路邊坡工程為背景，提出了一套優化勘察方法。該方法結合了地質勘探、遙感監測、地面位移觀測和自動化監測等多種技術手段，能夠更準確地揭示軟弱夾層的分布、厚度及物理力學性質。通過監測數據分析，詳細探討了軟弱夾層對邊坡力學特性、應力分布、變形以及傾角、位置與數量的影響，揭示了邊坡不同位置的位移、應力及傾斜速率的變化規律。基于這些研究，優化勘察方法，提出了針對性的治理措施，以確保邊坡的長期穩定性和安全性，為高陡邊坡的穩定性評估和治理提供科學依據和技術支持。

關鍵詞：軟弱夾層；力學特性；應力分布；變形；邊坡監測；勘察優化

0" "引言

在地質工程領域，高陡邊坡的穩定性問題一直是研究的熱點和難點。特別是在山區高速公路、鐵路、水利等基礎設施建設過程中，高陡邊坡的穩定性直接關系到工程的安全和效益。而軟弱夾層的存在，則對高陡邊坡的穩定性構成了嚴重威脅[1]。在高陡邊坡中，軟弱夾層的存在不僅降低了邊坡的整體強度和穩定性，還容易成為邊坡破壞的起點和擴散路徑。因此，深入研究軟弱夾層對高陡邊坡穩定性的影響，對于確保工程安全具有重要意義。然而，傳統的勘察方法在揭示軟弱夾層的分布形態、厚度及物理力學性質方面存在不足，導致邊坡穩定性評估結果存在較大的不確定性[2]。

本文旨在通過理論分析和工程實例，深入探討軟弱夾層對高陡邊坡穩定性的影響機制，提出一套適用于復雜地質條件下的優化勘察方法。通過本文的研究，期望能為高陡邊坡的穩定性評估和治理提供科學依據和技術支持，為地質工程領域的發展做出貢獻。

1" "含軟弱夾層巖質邊坡破壞形式

軟弱夾層是指巖層中含有弱化區域的地質體，這些區域通常具有較低的強度和剛度，容易在外力作用下發生變形和破壞。含軟弱夾層的巖質邊坡，其破壞形式多種多樣，但往往與軟弱夾層的性質密切相關。

1.1" "順層邊坡破壞

在順層邊坡中，由于軟弱夾層的存在，使得巖層之間的黏結力降低，當邊坡受到重力、水壓力等外力作用時，巖層容易沿著軟弱夾層發生滑動。這種滑動破壞往往伴隨著坡體后緣的垂直張拉裂隙的形成，以及坡頂巖塊的崩落。隨著滑動的持續進行，邊坡的整體穩定性將逐漸降低，甚至可能引發大規模的滑坡災害[3]。

1.2" "反傾邊坡破壞

對于反傾邊坡，其破壞形式則與順層邊坡有所不同。在軟弱夾層的影響下，反傾邊坡的巖層容易發生彎曲和折斷，導致坡面出現水平向和垂直向的裂隙交錯。同時，軟弱夾層在受到外力擠壓時，容易發生擠出變形，進一步削弱了邊坡的穩定性[4]。

在極端情況下，如地震等自然災害發生時，軟弱夾層的擠出變形加劇，將導致坡頂被震碎，邊坡的整體結構受到嚴重破壞。這種破壞形式對邊坡的安全穩定性構成了極大的威脅，需要采取有效的工程措施進行防治。

2" "工程概況

本研究以某山區高速公路邊坡工程為背景，深入探討軟弱夾層對高陡邊坡穩定性的影響。該高速公路穿越地質條件極為復雜的山區，地形起伏大，存在大量高陡邊坡。

這些邊坡在長期的自然和人為因素作用下，穩定性逐漸降低，對高速公路的建設和運營安全構成了嚴重威脅。其中，軟弱夾層的存在是導致邊坡穩定性降低的關鍵因素，軟弱夾層主要由泥質頁巖、黏土巖等構成，其強度低、易變形，在雨水滲透、地震等外部因素作用下易發生滑移，導致邊坡整體失穩。

3" "軟弱夾層對高陡邊坡穩定性的影響

3.1" "軟弱夾層對邊坡力學特性的影響

軟弱夾層作為巖體中的弱化區域，不僅降低了邊坡整體的強度和剛度，還破壞了邊坡巖體的均勻性和連續性，導致邊坡在受力時容易產生應力集中和變形加速。軟弱夾層的存在使得邊坡在承受自重、風載、水載等外部荷載時，更容易出現滑動、崩落等破壞現象。同時，軟弱夾層的抗剪強度較低，容易成為邊坡破壞的起點和擴散路徑[5]。

3.2" "軟弱夾層對應力分布的影響

軟弱夾層對應力分布的影響主要體現在其作為巖體中的弱化區域，容易在受力時產生應力集中，導致該區域及其周邊巖石的應力狀態發生顯著變化，進而影響邊坡整體的應力分布和穩定性。

3.3" "軟弱夾層對邊坡變形的影響

軟弱夾層因其低強度和易變形特性，加速了邊坡的變形過程，導致邊坡位移增大，特別是在不利環境條件下，如地下水位上升，其抗剪強度降低，進一步加劇邊坡的變形和破壞風險[6]。

3.4" "軟弱夾層傾角、位置與數量的影響

軟弱夾層的傾角、位置與數量對邊坡穩定性具有顯著影響。傾角越大，邊坡位移越顯著，穩定性越低；位置越靠近坡腳，變形量越大，對邊坡穩定性構成直接威脅。此外，軟弱夾層的數量增多會進一步削弱邊坡的整體承載能力，擴大破壞范圍，加劇變形程度，從而顯著增加邊坡失穩的風險。

4" "邊坡監測結果分析

4.1" "監測點布置

本項目監測在邊坡頂部、中部和底部布置位移監測樁，用于監測邊坡的整體位移。在軟弱夾層與周圍巖層的接觸面上布置應力計，用于監測應力的變化情況。在邊坡的關鍵位置布置傾斜儀，用于監測邊坡的傾斜角度和傾斜速率。監測儀器及作用見表1。

4.2" "監測結果分析

4.2.1" "不同位置最大位移分析

4.2.1.1" "邊坡頂部位移

邊坡不同位置最大位移監測數據如圖1所示。從圖1可以看出，含軟弱夾層邊坡在外部荷載與內部應力變化共同作用下，邊坡頂部的位移尤為顯著，特別是在邊坡水平位置約60m處，位移量達到153mm。這一現象反映了邊坡頂部作為應力集中與外部因素作用的首要區域，其變形敏感性極高。

該位置不僅直接承受風載、雨載等自然因素的沖擊，還易受到邊坡內部因軟弱夾層存在而引發的應力重分布影響，從而加劇了位移變形的程度。此外，頂部作為邊坡整體結構的薄弱環節，一旦位移超出安全閾值，邊坡即將進入失穩狀態，成為破壞跡象最先顯現的區域。

4.2.1.2" "邊坡中部位移

邊坡中部的位移情況則相對復雜，其位移量雖介于頂部與底部之間，但在某些中部區域，特別是當軟弱夾層穿越或接近中部時，中部位移值顯著增大，最大位移量達到了123mm。這表明中部區域同樣承受著較大的變形壓力，其穩定性同樣不容忽視。

中部區域的位移增大可能源于軟弱夾層的滑動、巖土體的塑性變形等多種因素，這些因素相互交織，共同影響著邊坡的整體穩定性。

4.2.1.3" "邊坡底部位移

邊坡底部的位移則相對較小，這主要得益于底部基巖或穩定土層的堅實支撐。然而，在特定情境下，如軟弱夾層厚度異常、底部存在斷層或裂隙等不利地質條件時，底部位移也可能顯著增大，成為邊坡穩定性評估中的潛在風險點。

4.2.2" "不同位置最大應力分析

不同位置邊坡軟弱夾層接觸面應力監測數據如圖2所示。從圖2的監測數據可知，位于不同高度的邊坡軟弱夾層接觸面應力分布情況呈現出顯著的差異性。在邊坡的頂部區域，軟弱夾層接觸面的應力變化程度異常劇烈，這表明該區域地質結構相對脆弱，易受到外界因素（如降雨、風化作用等）的影響。

最大應力突變值高達0.29MPa，這一數值不僅遠超邊坡底部區域的應力變化水平，還預示著該部位可能存在嚴重的失穩風險，如滑坡或坍塌等地質災害的發生概率顯著增加。相反，在邊坡的底部，軟弱夾層接觸面的應力變化則顯得相對平穩，最大應力突變值僅為0.03MPa，反映出該區域的地質條件相對穩定。

4.2.3" "不同位置傾角、傾斜速率分析

邊坡不同位置傾角監測數據如圖3所示。由圖3的監測數據可知，隨著時間的不斷推移，含軟弱夾層的高陡邊坡傾角呈現出逐漸增大的趨勢。這一變化不僅反映了邊坡在自然和人為因素作用下的持續變形，還預示著邊坡穩定性的潛在威脅。

同時邊坡的傾斜速率也展現出了復雜的變化規律，具體表現為先逐漸變小，隨后又逐漸增大的現象。這種傾斜速率的波動可能意味著邊坡內部應力狀態的調整和變化，特別是軟弱夾層區域可能正在經歷剪切或拉張變形的加劇。

5" "勘察方法優化

首先，通過詳細的地質鉆探、地球物理勘探和原位測試，結合現場踏勘和地質背景研究，全面獲取邊坡的地質構造、地層巖性、軟弱夾層分布及物理力學性質等關鍵信息，為后續的穩定性分析和治理設計提供堅實基礎。其次，利用高精度監測設備對邊坡的位移、應力和傾角進行持續監測，結合數值模擬和極限平衡分析等方法，對邊坡的穩定性進行綜合評估，并根據評估結果設計針對性的治理措施，確保邊坡的長期穩定性和安全性。最后，通過建立長期監測機制，對治理后的邊坡進行持續監測和維護，及時發現并處理潛在的安全隱患。

6" "結束語

針對傳統勘察方法在揭示軟弱夾層特性方面的不足，本文以某山區高速公路邊坡工程為背景，提出了一套優化勘察方法。這種方法能夠更準確地揭示軟弱夾層的分布形態、厚度、物理力學性質以及傾角、位置和數量等關鍵參數，為邊坡穩定性評估提供更為可靠的數據支持。

該方法結合了地質勘探、遙感監測、地面位移觀測和自動化監測等多種技術手段，通過地質勘探，初步了解邊坡的地層巖性和軟弱夾層的分布。遙感監測則從宏觀上把握邊坡的整體穩定性狀況。地面位移觀測和自動化監測設備則能夠精確捕捉邊坡的微小變形和應力變化，特別是可針對軟弱夾層的識別與評估。

在勘察過程中，應特別關注軟弱夾層對邊坡穩定性的影響。通過對不同位置最大位移、應力變化以及傾角、傾斜速率的綜合分析，深入揭示軟弱夾層在邊坡變形和破壞過程中的作用機制。同時，應根據監測結果及時調整勘察方案，對潛在風險區域進行重點勘察，以確保勘察結果的全面性和準確性。通過這種方法，可以更有效地評估邊坡的穩定性，為后續的邊坡治理工程提供科學依據，從而確保工程的安全和效益。

參考文獻

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[3] 程武祥，于衛陽.軟弱夾層對露天礦邊坡穩定性的影響[J].內蒙古煤炭經濟，2016（2）：30+51.

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