地震边坡稳定性的工程地质分析

地震边坡稳定性的工程地质分析

金栋

浙江有色地球物理技术应用研究院有限公司浙江绍兴312000

摘要：边坡稳定性作为边坡研究的重点，由于认识局限性和条件复杂性，让工程地质在边坡稳定性中具有重要作用。尤其是地质条件相对复杂的高边坡项目，必须注重地质定性分析过程。本文结合地震边坡稳定性，对工程地质稳定性影响因素、确定动力破坏形式以及失稳机制进行了简要的探究和阐述。

关键词：地震边坡稳定性；工程地质；影响因素

一、边坡稳定性工程地质探究

1.1边坡变形破坏的基本类型

边坡破坏的类型有很多类型，除了常见的是崩塌和滑坡外还有松弛张裂、倾倒、溃屈、蠕动变形等类型。松弛张裂（边坡卸荷裂隙）是边坡的侧向应力削弱后，由于卸荷回弹而在斜坡上出现张裂的现象，随着河谷的进一步深切，则卸荷裂隙向深部发展，还可以产生与坡面大角度相交；崩塌是陡坡地段，边坡上部的岩体受陡倾裂隙切割，在重力作用下，突然以高速脱离母岩，翻滚坠落的急剧变形破坏现象；蠕动变形是指边坡岩体在以自重应力为主的坡体应力作用的一种长期缓慢的变形；滑坡是边坡上的一部分岩土体以一定的加速度沿某一滑移面发生剪切滑动的现象。在边坡破坏中，滑破是最常见，危害最严重的一类，或近于垂直的剪切裂隙，卸荷裂隙由坡面向深部有时呈多层发育，在边坡形成松弛张裂——卸荷裂隙带。

1.2影响边坡稳定性的因素

（1）地貌条件的影响

深切峡谷地区，陡峭的岸破是容易发生边坡变形破坏的地形地貌条件。坡度越陡，坡高越大，对边坡稳定越不利。一般崩塌现象均发生于坡度大于60度的陡坡上，而滑坡现象虽在陡坡地形发育较多，但在较缓的边坡上也可发生，这主要取决于滑动面的性质。

（2）地层岩性的影响

边坡稳定的主要因素就是地层岩性的差异是影响，深成侵入岩、厚层坚硬的沉积岩以及片麻岩、石英岩等构成的边坡，一般稳定性较高；喷出岩边坡，如：玄武岩、凝灰岩、安山岩、火山角砾岩等，其原生节理（尤其是柱状节理发育时，容易形成直立坡而产生崩塌；含有黏土质页岩、泥岩、煤层、泥灰岩、石膏等夹层的沉积岩边坡，最易产生顺层滑动，或因深层蠕动而造成崩塌；千枚岩、板岩及片岩，软弱易风化，容易出现蠕动现象；黄土具有垂直节理、疏松透水，浸水后容易崩解湿陷。

（3）地质构造与岩体结构的影响

地质构造影响褶皱构造背斜和向斜、断裂构造断层和节理、新构造运动以及岩层产状；结构面的产状和岩体结构类型对边坡稳定有很大的影响。

（4）地震作用、工程荷载的以及其它因素的影响

一般情况先地震和工程荷载也对地震边坡稳定性造成影响，同时在风化作用、暴雨、水流冲刷边坡、人工挖掘、采空、振动（地震）等，都可构成促使边坡失稳破坏的因素。

二、边坡地震稳定性评价方法

2.1拟静力法

拟静力法因应用简便而得到大量应用，至今仍备受工程技术人员的青睐。拟静力法实质上是将地震震动的作用简化为水平、竖直方向的恒定加速度作用，将所产生的地震震动作用作为水平和竖直方向的拟静荷载因子。这种方法实质上所采用的方法是由静力稳定分析方法拓展而来的，只是更加简便。工程师在使用拟静力法时，最关心的莫过于地震震动系数选取。Seed总结了常用的三种确定地震震动系数的方法：

（1）经验值的使用；

（2）刚体反应分析法；

（3）采用粘弹性反应分析法。Seed认为不断地采用这些经验数值就会造成它是权威设计标准的假象，意在指出这些地震震动系数的选取缺乏可靠的科学基础。拟静力法简单实用，在边坡地震稳定性分析中应用得最为广泛，积累了大量的工程经验。

2.2滑块分析法

地震时引起的变形决定了堤坝是否稳定，地震运动停止后，如果土的强度没有显著降低，土坡将不会产生进一步的严重位移。

2.3数值模拟法

下面以边坡地震稳定性评价指标来分别论述：就安全系数而言，结合极限平衡原理，国内取得了一些有价值的研究成果；对于永久位移，无论是国外学者还是国内学者在利用科学方法的情况下都获得了很多有价值的研究成果。永久位移是通过对有限元网格中的永久应变进行积分获得的，因此永久位移可以分为：应变趋势法、刚度折减法和考虑岩土体非线性非弹性应力一应变特性的非线性方法。

2.4试验法

试验是真实边坡的简化缩影，在满足相似率的条件下，便于直接判断边坡的地震稳定性。可以分为振动台试验和离心机试验两大类。就所查阅的国内外大量文献看，绝大部分试验的地震动输入为简谐波。由于这方面的研究开展得少，因此试验中的相似率等很多问题需要深入研究。

2.5概率分析方法

在边坡地震稳定性分析中存在很多不确定性因素，只有合理地考虑这些参数的随机性，才能明确地描述抗震设计中的灾害水平。由于这方面的研究工作开展得较晚，尚不足以用其他方法展开论述，因此将有关的研究放在一起综述。虽然国内外学者在这个问题的研究上取得了不少成果，但总体而言，这方面的研究刚刚起步，有大量的问题需要深入研究。

三、防治边坡变形破坏的工程措施

3.1熟悉边坡变形破坏的防治原则

首先要想有效预防边坡变形的破坏就要掌握其原则，因此要求工作人员做好详细的调查和分析计算后，才能制定出切合实际的防治设计方案，失稳边坡的防治采取以防为主，综合治理，及时处理的原则。对大型复杂的、稳定性差、治理难度大的边坡，一般都采取使工程绕避的原则。对于正在滑动或可能复活的大型边坡、崩塌和松散体等，首先采取有效措施消除或防止控制边坡变形破坏的主要因素，然后再针对各种次要因素，修建各种治理工程和辅助措施。对于因水库蓄水或其他工程因素（如开挖坡脚、爆破、表层剥土等）的影响，有可能使边坡稳定性恶化的边坡，应预先采取措施，及时治理，以防工程边坡的失稳。

3.2改善边坡岩土体的力学强度

提高边坡的抗滑力，减小滑动力以改善边坡岩土体的力学强度，一般采用削坡减载用降低坡高或放缓坡角来改善边坡的稳定性。削坡设计应尽量削减开；稳定岩土体的高度，而阻滑部分岩土体不应削减，此法若不总是最经济，最有效的措施，要在施工前作经济技术比较。

3.3做好边坡人工加固

做好边坡人工加固的措施有，修筑挡土墙、护墙等支挡不稳定岩体；抗滑桩作为阻滑支撑工程；钢筋混凝土锚杆或预应力锚杆或锚索，适用于加固有裂隙或软弱结构面的岩质边坡。此法是在拟固定的岩体上钻孔直达下部稳定基岩的一定深度，在孔内插锚杆，并浇水泥砂浆固定，孔口以螺栓固定；固结灌浆或电化学加固法加强边坡岩体或土体酌强度；用预裂爆破，减震爆破等控制爆破技术防止岩土体强度的削弱。

3.4消除和减轻地表水和地下水的危害

边坡变形破坏的发生和发展，常与水的作用有密切的关系。消除和减轻水对边坡的危害作用，其目的是：降低孔隙水压力和动水压力，防止岩土体的软化及溶蚀分解，消除或减小水的冲刷或浪击作用。可以采取以下措施来进行防治：

（1）水平钻孔疏干：采用此法效果更为显著、施工简便、经挤和适应性强，从坡面打近于水平或仰斜的钻孔或孔群，利用重力作用把地下水引出。

（2）垂直孔排水：借助于穿透上部含水层和隔水层的垂直钻孔，将地下水转移到下伏强透水岩层，以降低上部岩层中的地下水位。

（3）巷道疏干用于拦截和疏导深层地下水，是大型边坡有效的疏干方法。

结语：

地震作为不可抗拒的自然灾害，对人们的生命财产安全造成了极大的威胁。因此，在实际的地震边坡防治过程中，应不断了解地震边坡防治的基本原则，并采取相应的措施进行地震边坡的加固，防止地震发生时由于边坡不稳定性造成的人员伤亡和财产损失。

参考文献：

[1]杨松林.地震边坡稳定性的工程地质分析.中华民居（下旬刊），2013，03：243-244.

[2]郝建斌.地震作用下边坡稳定性研究进展.世界地震工程，2014，01：145-153.

[3]赵晓明，才永军.地震边坡稳定性的工程地质解析.知识经济，2014，10：98.