[黄润秋]岩石高边坡发育的动力过程及其稳定性控制
![[黄润秋]岩石高边坡发育的动力过程及其稳定性控制](https://img.wendangku.net/img73/03h811bevihfvdvbkxsh-31.webp)
![[黄润秋]岩石高边坡发育的动力过程及其稳定性控制](https://img.wendangku.net/img73/03h811bevihfvdvbkxsh-e2.webp)
第27卷第8期岩石力学与工程学报V ol.27 No.8 2008年8月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Aug.，2008岩石高边坡发育的动力过程及其稳定性控制
黄润秋
(成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，四川成都 610059)
摘要：受青藏高原挽近期以来持续隆升的影响，中国西南、西北地区，尤其是环青藏高原的东侧地带，河流深切，地形地质条件复杂，自然以及人工开挖高边坡稳定性问题极为突出，构成我国最具特色的工程地质和岩石力学问题之一。本文结合青藏高原隆升这一重大地学事件，较全面地分析总结了环青藏高原周边地带岩石高边坡发育的典型特征，指出边坡高陡、形成历史短、地应力高、变形破坏过程复杂是这一地区岩石高边坡发育的主要特征；
不论天然或是人工高边坡，均可视为高地应力环境下，快速卸荷过程的产物。以此为基础，在总结西南地区大量工程实践的基础上，建立了卸荷条件下岩石高边坡发育的动力过程及三阶段演化模式，提出了其时间和空间演化的基本序列，以及不同演化阶段岩石边坡变形破坏的发育特征及稳定性意义。最后，从岩石高边坡发育演化的过程特性出发，提出了岩石高边坡稳定性不仅是一个强度稳定性问题，更是一个变形稳定性问题；同时建立了岩石高边坡变形稳定性分析的基本原理、理论框架和技术途径，并从灾害控制的角度提出了岩石高边坡变形控制的工程原理，探讨了变形控制的时机及控制标准问题。
关键词：边坡工程；高边坡；高地应力；动力过程；稳定性控制
中图分类号：P 642.22 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2008)08–0000–20 GEODYNAMICAL PROCESS AND STABILITY CONTROL OF HIGH ROCK
SLOPE DEVELOPMENT
Huang Runqiu
(State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection，Chengdu University of Technology，
Chengdu，Sichuan610059，China)
Abstract：Owing to the sustainable uplifting of Qinghai—Tibet Plateau since later geological time，geologic and topographic conditions are getting more complicated in the southwest and northwest of China，such as deeper river downcutting，especially，in the east flank around Qinghai—Tibet Plateau. So stability problem of both natural and excavated slopes is very prominent in these zones，which is one of the most characteristic issues in both academic fields of engineering geology and rock mechanics. Together with the momentous geology event that the Qinghai—Tibet plateau is uplifting，typical development characteristics of high rock slopes around Qinghai—Tibet Plateau were analyzed and summarized. The issues are covered in high and steep slope，short history of evolution，high geostress，and complicated deformation and failure processes. They can all be regarded as the results from rapid unloading under the high geostress conditions. According to the issues and a great number of engineering cases，the geodynamical processes of high rock slope development under unloading and 3-stage evolution mode were established，where time and space evolution sequences are considered. Simultaneously，characteristics and stability significance of slope deformation and failure in different evolution stages were also put forward. Finally，in terms of evolution characteristics of slope，it was pointed out that the stability of high rock slope was the problem of
收稿日期：2008–02–26；修回日期：2008–05–12
基金项目：国家自然科学基金雅砻江水电开发联合研究基金重点资助项目(50539050)
作者简介：黄润秋(1963–)，男，博士，1983年毕业于成都地质学院水文地质与工程地质专业，现任教授、博士生导师，主要从事工程地质和岩土工程方面的教学与研究工作。E-mail：hrq@https://www.wendangku.net/doc/7a4745045.html,
? 2 ? 岩石力学与工程学报 2008年
deformation stability，as well as the problem of strength stability. Basic principle，theoretical framework and technical measures of stability analysis for slope deformation were established. In view of geohazard control，engineering principle of controlling deformation was presented；and time option and criteria of controlling deformation were discussed.
Key words：slope engineering；high rock slope；high geostress；geodynamical process；stability control
1 引言
高边坡是一类工程地质体，是指那些具有一定高度的被赋予工程和环境含义的天然斜坡或由人类活动所形成的人工斜坡。岩石高边坡是山区工程建设中的主要地质环境和工程承载体，尤其在我国西南地区，高边坡问题几乎成了重大工程建设的首要工程地质和岩石力学问题，控制着工程建设的可行性和运行效益。
中国西南部地区地处青藏高原的东侧，受青藏高原近百万年来持续隆升的影响，在青藏高原与云贵高原和四川盆地之间形成了总体呈南北走向的巨大的大陆地形坡降带，形成我国大陆地形从西向东急剧骤降的特点。在此过程中，发育于青藏高原的长江(金沙江)及其主要支流(雅砻江、大渡河、岷江)以及雅鲁藏布江、澜沧江、怒江等深切成谷，从而在这个巨大的大陆地形坡降带上形成高山峡谷的地貌特征。也正是由于受到青藏高原持续隆升的影响，高原物质向东部及东南部的挤出，从而在高原周边，扬子地台西缘形成和发育了大量挽近期以来有强烈走滑和逆冲活动的活动性断裂，导致在这个带上形成了以“高地应力”和“强地震活动”为特点的区域内动力条件。内、外动力地质作用在该地区的强烈交织与转化，导致这一地区特殊和复杂的地质环境条件和强烈的河谷动力学过程，主要表现为：高地应力环境、断裂强活动性及强震的特殊动力环境、深切峡谷的强卸荷改造环境、复杂岩(土)体结构环境、复杂水文地质环境和特殊的河床深厚覆盖层环境等。这些复杂和特殊的地质环境条件在全世界范围内也是罕见的，某些条件甚至是独特的。正是由于这样特殊的地质环境条件，导致西南地区以崩塌、滑坡、泥石流为典型的地质灾害事件特别发育，如1983年3月的甘肃洒勒山滑坡、1989年7月的四川华蓥山溪口滑坡、1991年9月的云南昭通头寨沟滑坡、1996年6月的云南元阳县老金山滑坡、2000年4月的西藏波密易贡滑坡、2004年7月的四川宣汉滑坡以及2005年2月的四川丹巴滑坡等。这类灾害往往具有规模大、机制复杂、危害大、防治难度高等特点，构成影响和制约这一地区重大工程建设和威胁人民生命财产安全的重要工程地质问题。
20世纪90年代以来，随着我国西部大开发战略的实施，一大批资源开发、交通基础设施建设的重大工程在西部地区开工建设或计划建设，尤其是与西电东送配套的西南大型电源点工程的建设，将涉及到200～300 m级的高坝和数百米级人工高边坡。这些大规模岩石高边坡，一方面它构成工程建设的环境，边坡修建过程中管理与控制不当会带来边坡失稳灾害，给工程建设带来冲击；另一方面，它又可能成为工程设施的承载体，工程设施的荷载效应可能会影响和改变它的承载条件和承载环境，反过来影响岩石边坡的稳定性。可见，岩石高边坡的稳定问题不仅涉及到整体环境的安全，也涉及到工程本身的安全。
因此，不论作为一个自然过程还是与人类活动紧密联系的工程地质体，岩石高边坡稳定性及灾害控制问题已经成为我国西部地区人类活动及工程建设中的重要工程地质和岩石力学问题。
本文较全面地分析总结了环青藏高原周边地带岩石高边坡发育的典型特征。结合西南地区特殊的高地应力环境，从卸荷条件下岩石力学特性的试验研究出发，揭示了高地应力环境下岩石高边坡卸荷破坏机制和过程。以此为基础，在总结西部地区大量工程实践的基础上，建立了卸荷条件下，岩石高边坡发育的动力过程及三阶段演化模式，以及西部地区岩石高边坡变形破坏的典型机制模型。最后，从岩石高边坡发育演化的过程特性出发，提出了岩石高边坡稳定性不仅是一个强度稳定性问题，更是一个变形稳定性问题；建立了岩石高边坡变形稳定性分析的基本原理、理论框架和技术途径；提出了岩石高边坡变形控制的工程原理，探讨了变形控制的时机及控制标准问题。
2 岩石边坡研究的理论与实践发展
人们对边坡稳定性研究最早是从滑坡现象开始的，早期的地质学家是把滑坡作为一种地貌现象加以观察和描述的，是地貌学或普通地质学研究的对
第27卷第8期黄润秋. 岩石高边坡发育的动力过程及其稳定性控制? 3 ?
象之一。19世纪末～20世纪初，伴随发达国家近代工业革命而兴起的大规模土工建设，诱发了大量滑坡，并造成很大损失，这时，人们才把边坡失稳现象提高到与人类工程活动有关的灾害地质过程的高度加以研究。早期对边坡稳定性的研究主要是从两方面进行的：一是从边坡所处的地质条件对稳定性进行分析和评价，但基本都是定性的；二是采用土力学的极限平衡理论对边坡进行稳定性分析和失稳预测。20世纪50年代，我国许多工程地质工作者在边坡和滑坡研究中采用了苏联的“地质历史分析”方法，从而形成了成因过程分析、机制分析的理论雏形[1]。20世纪60年代初的瓦依昂滑坡以及60年代中期以来我国西南地区铁路建设、水电工程建设和露采矿山中遇到的大型滑坡和岩体失稳事件，首先使工程地质学家们认识到边坡的失稳破坏不仅是一个地质过程，更是一个“地质–力学”过程，从而将地质结构的分析和岩石力学的分析结合起来，发展了基于岩体结构控制的边坡地质–力学分析方法[2，3]，这就是后来的“岩体工程地质力学”理论[4]。与此同时，“地质历史成因分析”的方法得到了进一步发展，人们认识到了边坡变形–破坏的过程特性、时效性和累进性[5，6]，建立了地质分析与岩石力学理论相结合的边坡稳定性“地质过程机制分析”学术思想，强调了模式机制研究和内部作用过程的研究。早期的有限单元法数值模拟开始在边坡工程中得到应用[7]，这一阶段的特点是工程地质分析与近代岩石力学理论的紧密结合[8]。
自20世纪80年代后期以来，随着工程地质学科的发展，边坡稳定性研究进入了蓬勃发展的时期。一方面随着计算理论和计算机科学的长足进展，数值模拟技术已广泛应用于边坡稳定性研究。上述模式机制的研究不再停留在现象的定性分析阶段，而是采用数值模拟(或物理模拟)手段定量或半定量地再现边坡变形破坏过程和内部机制作用过程，从整体上、理性上认识边坡变形破坏机制，认识边坡稳定性的发展变化[8]，形成了“地质过程机制分析–定量评价”学术思想体系。与此同时，学科之间的相互渗透使许多与现代科学有关的一系列理论方法，如系统论方法、信息论方法、模糊数学、灰色理论、数量化理论及现代概率统计等被引入边坡科学研究，从而大大促进了理论的更新和应用研究及决策水平的提高。尤其是90年代现代系统科学理论的引入，使人们认识到边坡不仅是一个具有复杂结构的系统，而且具有强烈的非线性，是一个不断通过与外界的物质与能量的交换来实现自身发展演化的非线性系统，从而为描述边坡系统稳定性的演化及失稳预测提供了强有力的理论工具[10~13]。在理论发展的同时，20世纪90年代也是我国岩石高边坡工程实践发展的一个新阶段。三峡船闸高边坡的建造、长江三峡链子崖危岩体和黄蜡石滑坡的整治、李家峡、天生桥水电站工程高边坡的治理以及一批与大型工程建设和人民生活息息相关的高边坡和滑坡治理工程的成功实施，使我国高边坡工程地质工作从认识自然向改造自然迈出了长足的一步[14～17]。
进入21世纪以来，在岩石高边坡工程领域，工程界仍然遇到了前所未有的挑战，这就是300 m级以上人工高边坡的出现。这是伴随西南地区大型水电站工程建设而产生的具有世界性挑战的难题，如澜沧江小湾水电站、糯扎渡水电站，金沙江溪洛渡水电站、向家坝水电站，雅砻江锦屏一级水电站，大渡河瀑布沟水电站、大岗山水电站以及正在开展前期工作的金沙江白鹤滩水电站、乌东德水电站等。这些大型水电工程的高边坡一个共同的特点是不仅边坡高度大（属300 m级以上的超高边坡），而且工程地质条件极为复杂。如何修建如此高的边坡，不仅是一个重大的科学问题，也是一个重大工程技术难题，具有非常典型的中国地域特色。如何从新的角度认识这一问题，对工程地质和岩石力学学科都是重大挑战。目前，小湾水电站近700 m高的人工边坡已经开挖完毕，小湾工程的实践，为目前正在施工的和即将施工的一系列超高边坡都提供了很好的经验和借鉴。
3 西南地区岩石高边坡的主要特征
由于中国西部地区所处的特殊地域与地质环境条件，这个地区岩石高边坡的表现特征与这一地区的深切峡谷地貌和活跃的内外动力地质条件是紧密联系在一起的，是地壳表层内外动力地质作用在边坡这类地质体上的综合表现。总结起来，除了通常的地质结构条件外，西南地区岩石高边坡还具有以下几方面独特的特征。
3.1边坡高陡、坡型复杂
边坡高陡、坡型复杂是西南地区岩石高边坡最为直接的表观特征。尽管边坡的高陡只是一个几何上的表现，但也正是由于这种高陡的几何特征，构成了边坡稳定性问题突出最为主要的原因。
边坡的高度通常是指边坡从坡脚到第一个坡肩
? 4 ? 岩石力学与工程学报 2008年
(或分水岭)的垂直高度。对高边坡下一个严格的高
度定义是比较困难的，这取决于不同领域和不同的
工业部门对边坡的理解和应对边坡问题所具备的能
力与手段，也取决于边坡地质环境条件的优劣。从
目前的情况来看，大致可作如下的划分：(1) 水利
水电工程，天然h ＞200 m ，人工h ＞100 m(h ≥300 m
以上的可以称为超高边坡)。(2) 交通工程，天然h ＞
50 m ，人工h ＞30 m 。(3) 山区城市边坡，天然h ＞
30 m ，人工h ＞15 m 。其中，水利水电工程领域的
边坡高度最大，问题也最为突出，是本文研究的主
要对象。
由表1的数据可见，目前我国水电工程天然高
边坡最大高度已超过1 000 m(如雅砻江锦屏水电站
高边坡)，人工高边坡最大已经达到约700 m(如小湾
水电站高边坡)；而天然边坡的平均坡度大多在40°
以上。这样规模的高陡边坡在全世界范围内也是罕
见的。尽管目前西南地区大型水电工程的大坝建设
已经接近了300 m 级的高度，但是，相对于边坡的
高度而言，大多数情况下，大坝这类主体构筑物的
高度还远小于天然边坡的高度，也就是说，坝顶高
程以上还有很高的天然边坡。这部分边坡构成了水
电工程枢纽建筑物重要的环境，哪怕是有局部的小
规模失稳，如危岩体的崩落和滚石发生，都会对枢
纽区各类建筑或构筑物带来重大的破坏，应引起高度重视。 表1 西部地区部分在建和拟建的大型水电工程高边坡
Table 1 High slopes of large-scale hydraulic power projects ，
West China
工程名称 自然坡 高/m 自然坡 度/(°) 人工坡
高/m
超高比1 小湾水电站高边坡 700～800 47 670 2.70
2 天生桥水电站高边坡 400 50 350 3.00
3 锦屏水电站高边坡 ＞1 000 ＞55 ＞500 ＞3.00
4 溪洛渡水电站高边坡 300～350 ＞60 300～350
1.255 向家坝水电站高边坡 350 ＞50 200
2.00 6 糯扎渡水电站高边坡 800 ＞43 300～400 2.60 7 拉西瓦水电站高边坡 700 ＞55 300～400 2.80 8 紫坪铺水电站高边坡 350 ＞40
280 2.20 为了比较直观的反映天然边坡对工程安全的影响程度或工程的高边坡环境质量，本文提出了超高比概念，其定义为 R H h R /= (1) 式中：为天然边坡的高度，h H 为主体建(构)筑物的高度。
当R=1.0~1.3时，工程的高边坡环境较好，运行期间出现高边坡稳定性问题的可能性较小；当=R 1.3～2.0时，高边坡环境为中等，出现高边坡稳定性问题的可能性较大；当R ＞2.0时，则高边坡的环境为差，稳定性问题突出，必须引起高度的重视。 表1所列数据表明，西部地区已建和在建的大型水电工程，边坡超高比大多在2.0以上，有的甚至超过3.0。这从另一个角度表明了这一地区工程建设边坡环境问题的严峻性。 3.2 边坡应力环境复杂、地应力量级高 边坡应力环境复杂、地应力量级高是西部地区岩石高边坡在赋存环境上的一个显著特征。由于西
部地区，尤其西南地区恰好处在环青藏高原东侧的
周边地带，印度板块与欧亚板块碰撞所导致青藏高
原物质向E 及SE 方向挤出，致使环青藏高原周边
地带的强烈挤压，形成这一地区的区域高地应力环
境；加之深切河谷的地貌特征，更加剧了高边坡应
力场的复杂程度。研究结果表明，西部地区边坡应
力环境和边坡应力场具有以下主要特征：
(1) 区域应力场背景值高，局部存在特殊的高
应力集中机制
根据对西南地区区域构造应力场的数值模拟反
演研究[18]，环青藏高原周边地带区域构造应力场总
体背景水平为6～10 MPa 。但在局部地区存在高地
应力集中的特殊机制，目前揭示的主要有“岷山隆起型”、“构造楔型”和“构造圈闭型”等应力集中模式[18]。 (2) 边坡应力的“驼峰型”分布
河谷下切或边坡开挖过程中，随着边坡侧向应
力的解除(卸荷)，边坡产生回弹变形，边坡应力产
生相应的调整，其结果是在边坡一定深度范围内形
成二次应力场分布。大量实测资料和模拟研究结果表明，边坡二次应力场具有与隧洞围岩应力分布类似的特征，如图1所示，包括应力降低区(σ＜、应力增高区()0σσ＞和原岩应力区(，实际为不受卸荷影响的区域)。边坡应力随深度的这种分布形式本文称之为“驼峰应力分布”。其中，应力降低区和应力增高区(“驼峰区”)对应了边坡的卸荷影响范围：
)0σ0σσ=① 应力降低区(或应力松弛带)：指靠近河谷岸
坡部位，由于谷坡应力释放(松弛)，使河谷应力(主要指)小于原始地应力的区域。这个区的范围一般与野外鉴定的谷坡卸荷带范围大致相当，其深度
(水平距岸坡表面)一般为0～50 m ，实测的最大主应
力一般为0～5.0 MPa 。
1σ
第27卷 第8期 黄润秋. 岩石高边坡发育的动力过程及其稳定性控制
? 5 ?
图1 河谷边坡应力分布
Fig.1 Stress distribution of valley slopes
大量的工程实践表明，应力降低区是边坡发生卸荷松弛的主要部位，因此，也是岩体工程地质特性发生变异最为显著的区域。大部分岩体工程地质现象和工程地质问题都发生在这个区域内。
② 应力增高区：指由于河谷应力场的调整，在岸坡一定深度范围内出现的河谷应力高于原始地应力的区域。这个区域一般在水平距岸坡表面50～300 m 范围，应力为10～30 MPa 。大型地下厂房主体的布置应尽量避开这个区域，尤其是150～250 m 这个应力相对最高的区域。
③ 原始应力区：指河谷岸坡较大深度以内，应力场基本不受河谷下切卸荷影响而保持了原始状态的区域。在西南地区的深切峡谷中，该带的范围一般是在250～300 m 深度以内。
(3) 河谷底部的“高应力包”现象
河谷底部的应力具有非常独特的特征，主要表现为比较浅的应力释放区(或降低区)和明显的“高应力包”现象。应力降低区的深度范围一般为0～25 m ，很少超过30 m 。若干工程揭示的现象表明，“应力包”的范围可以采用为25 MPa(也就是“岩芯饼裂”出现的最低应力量级)来划定，其深度范围可达谷底以下150～200 m ，应力集中量级为25～40 MPa ，最高可达50～60 MPa(二滩水电站)1σ[19]。
(4) 区域应力和河流下切速率对河谷边坡应力场的影响
研究结果表明，区域构造应力的大小和方向直接影响河谷应力的集中程度。一般情况下，区域构造应力场每增大1.0 MPa ，谷底的应力集中将增加3～5 MPa [20]。当区域应力场的最大主应力方向()与谷坡垂直时，更容易产生谷底的应力集中；而当
与岸坡平行时，应力集中的程度会明显降低，如溪洛渡水电站坝址区。
1σ1σ河谷应力的分布还受到河谷下切速率和历史的影响。河谷快速下切的地区，一般应力降低区(释放
区)的深度范围较小，应力集中程度相对较低。反之，则应力降低区(释放区)深度范围变大，应力集中程度增高。谷坡位置越高，表明经历的卸载历史越长，应力降低区(释放区)的深度也就越大。 3.3 具有复杂的变形破裂演化历史
西部地区岩石高边坡发育的另一个重要特征就
是绝大多数边坡表现出较为显著的时效变形特征，并且具有复杂的变形演化历史。这种现象最早被张倬元等[5]认识并研究，并建立了六类基本地质力学模式。需要指出的是：
(1) 高边坡时效变形发生的规模和范围超过了人们的想象。近些年来工程实践所揭示的高边坡时效变形现象已不在局限于独立的边坡或过去人们所理解的有限深度范围。在雅砻江的某河段，沿江砂板岩的倾倒变形长度达到了数公里；在黄河上游某大型水电工程的库区，高达约700 m 的花岗岩高边坡顶部可观察到宽大的拉裂现象。类似这样现象还常常被人们误判为是褶皱、断层或别的构造成因，但研究结果表明，拉裂现象是边坡时效变形产物。
(2) 坚硬的岩层也可以有强烈的表现。这似乎是令人难以理解的，尤其是在花岗岩、片麻岩这类坚硬但不失韧性的岩类中表现尤为充分。在澜沧江的某大型水电建设工地，开挖所揭露的现象清晰表明，被EW 向结构面切割的片麻岩体弯曲时效变形的厚度超过了200 m ，甚至可以看到岩板在现场所表现的清晰的“柔性”弯曲[21]。
边坡变形破坏演变的时效性表明：岩石高边坡的稳定性不是静止的，而是一个动态演化的地质历史过程。这个过程就是伴随变形的发生，边坡潜在滑动面不断孕育、发展演化，最终进入累进性破坏而贯穿的过程。
4 岩石高边坡变形破坏演化动力过程的三阶段理论
4.1 高边坡演化的动力过程及力源机制
研究结果表明，高边坡变形破坏是一个动态地质历史过程。根据不同阶段驱动边坡变形破坏的动力及其表现特征，可将这一过程的地质–力学行为用以下3个阶段来描述(见图2)：
(1) 表生改造阶段：高边坡形成过程中，伴随河谷的下切或人工开挖过程，边坡应力释放，从而驱动边坡岩体产生变形和破裂，以适应新的平衡状态，这个过程称之为表生改造，这个过程中产生的
? 6 ? 岩石力学与工程学报 2008年
图2 高边坡演化三阶段模式
Fig.2 Sketch of three-stage model of high slope evolution
变形与破裂本文称为表生改造变形或破裂。在这个阶段“驱动”边坡岩体变形、破裂的动力主要是卸荷所引起的边坡内部应力的释放，可以称为“释放应力”。因此，其变形方向与临空面垂直，而破裂面(卸荷裂隙)的走向通常是平行临空面的；而且变形具有与临空面形成(下切或开挖)同步的特点，一旦卸荷过程结束，变形即停止，位移监测曲线表现为“同步型”。
(2) 时效变形阶段：当边坡由于表生改造而完成应力场的调整，边坡应力场将转为以自重应力场为主的状态，这时边坡可能形成新的稳定结构而处于平衡状态，也可能由于存在不良地质条件，而在自重应力场驱动下，继续发生随时间的变形；本文将这个持续的变形过程称之为“时效变形”。这个阶段“驱动”边坡变形的动力则主要是重力，由于重力作用的持续性，因此时效变形发展通常是随时间而渐进发展的，因而位移监测曲线通常表现为“延持型”。
(3) 破坏发展阶段：边坡时效变形的持续发展过程，也就是边坡潜在滑动面的逐渐孕育和演化过程，当潜在滑动面发展到一定的阶段，将进入累进性破坏阶段，对应于边坡监测位移–时间关系的加速变形阶段。从边坡进入累进性破裂阶段直至边坡的最终破坏，本文称之为“破坏发展阶段”。
显然，边坡的表生改造和时效变形是边坡演化统一过程的两个不同阶段，其不稳定的发展结果是导致边坡岩体潜在滑动面的逐渐形成，并最终在边坡自身或某种外营力的驱动和触发下破坏，产生滑坡。因此，对边坡岩体表生时效变形机制的研究，是阐明大滑坡机制及进行滑坡预测和防治工程方案制定的地质理论基础。
研究结果表明，河谷下切或人工开挖过程中，高边坡的形成和演化除了具有上述时间序列演化特征外，还有以下的空间演化特征，即“垂直分带性”(如图2所示)，从边坡的下部到顶部，将会依次出现处于表生改造、时效变形及失稳破坏三个阶段的边坡特征，在坡脚或谷底部位，由于谷底的“约束效应”，根据弹性力学的圣维南原理，一定深度和高程影响范围内的应力得不到释放，从而形成谷底的“应力约束区”或“高地应力区”。向上离开这个约束区后，一定高程范围内构造应力得以释放，因而通常处于“表生改造阶段”，在这个区域内可以见到各种表生改造的现象，包括新的破裂结构面体系和河谷的卸荷带。到了边坡的中～上部位，应力已得到充分的释放，各种时效变形现象开始充分发育和展现，边坡处于“时效变形阶段”。而到了边坡的顶部(上部)，边坡可能结束了时效变形阶段的演化，表现出各类破坏现象，尤以大型崩塌、滑坡的发育为典型代表。
4.2关于表生改造变形和破裂
4.2.1 表生改造变形破裂的性质与特点
表生改造是岩石边坡演化的第一个阶段，也是边坡变形破坏演化动力过程中最为关键的一个阶段，因为它一方面决定了边坡稳定性发展的总体趋向；另外一方面，其演化结果也为后续阶段的变形提供了基础，创造了条件。
表生改造是坡体开挖或河谷下切过程中，由于侧向卸荷，应力释放而驱动边坡岩体产生的变形和破裂的现象。从前述卸荷条件下岩石变形破裂机制和特征的研究可以得知，表生改造变形是边坡在因开挖或下切产生侧向卸荷后，所产生的一类侧向扩容性质的变形，这种变形是通过在坡体内产生一系列平行卸荷临空面的张性破裂面实现的，而且开挖或河谷下切速度越快、初始围压越高、临空面条件越好(有超过一个以上的卸荷临空面)，表生改造发育越强烈，张性破裂、脆性破坏特征越显著。
边坡岩体在开挖或卸荷后总是要出现各种变形和破裂现象的，尤其是坚硬的岩体，破裂现象的发生更为普遍，比如三峡船闸边坡中隔墩、小湾水电站进水口边坡、左砂边坡等，但大多数边坡在完成表生改造后，就会处于稳定状态，不会产生随时间的变形，即进入不了“时效变形”阶段，边坡进入不了时效变形，进而也就没有整体失稳破坏的可能，因而这类边坡通常整体是稳定的。因此，在这种情况下，很好的甄别或识别变形破裂现象哪些属于岩体表生改造阶段的产物，哪些是时效变形阶段的特征就显得非常重要了。通常情况下，表生改造的变形和破裂具有以下基本特点：
第27卷 第8期 黄润秋. 岩石高边坡发育的动力过程及其稳定性控制 ? 7 ?
(1) 表生改造的变形卸荷受临空面控制，指向与临空面垂直的方向，所产生的破裂大多平行边坡的临空面，或追踪与坡面近于平行的结构面发生；常多条成带出现，导致一定范围的岩体破裂、松弛、甚至呈架空状态。
(2) 历史时期的表生破裂体系大多有地下水带来的次生夹泥充填，大多呈软塑或流塑状态，呈褐红或砖红色，而开挖新形成的破裂面则表现为新鲜无充填。
(3) 表生改造的破裂面发育密度总是越接近坡面密度越大，而向坡内密度则逐渐降低，到一定深度后消失。
(4) 表生改造的变形与边坡的开挖卸荷有很好的对应关系，是一种开挖坡体由于卸荷作用产生的回弹变形，这种变形性质宏观上是“弹性”的，随着开挖的进行，卸荷的过程而产生，一旦开挖过程结束，变形很快就停止，几乎没有后续的变形，两者基本“同步”或变形停止略滞后于开挖结束。 4.2.2 高边坡岩体表生改造与边坡卸荷带的形成
岩体结构的表生改造是伴随河谷下切或边坡开挖过程所发生的特定边坡动力现象，是伴随下切或开挖卸荷、应力释放、岩体及其结构为了适应新的平衡而产生破裂或老的破裂进一步调整所导致的岩体结构及其性状的变化，因此岩体结构的表生改造过程也是边坡内动力向外动力的转换过程，对岩体结构表生改造的深入研究，有助于进一步揭示边坡应力释放与转换的机制[22]。
研究结果表明：我国西南地区，边坡岩体结构的表生改造及形成的卸荷结构面有以下的类型：
(1) 垂直卸荷裂隙
这是最为常见，也是最为重要的一类表生改造结果。通常表现为平行岸坡成带发育的垂直卸荷裂隙，一般发生在如图1所示的近坡面一定距离拉–压应力组合区内，可能出现以下3种破裂机制：
① 当最小主应力超过岩体的抗拉强度时，所发生的平行坡面的单向拉裂破坏，在这种情况下，平行坡面的最大主应力几乎不起作用。如果坡体中有平行坡面的陡倾裂隙发育时，由于结构面的不抗拉特性，坡体最易于沿这组裂隙拉裂，形成卸荷裂隙。
② 在单向拉伸情况下，受平行坡面最大主应力控制的压致–拉裂破坏，即应力条件满足Griffith 准则后(≥0)，所产生的受压应力控制的张裂破坏。这种张性破裂面基本上也是平行坡面(沿最大主应力方向)发展的，常可以见到弧型裂面。
313σσ+③ 在单向拉伸情况下受平行坡面最大主应力控制的剪切破坏(Mohr-Coulomb 型破坏)。这种有单向拉伸参与的剪切破坏，与双向受压情形下的剪切破坏不同的是，剪切破坏面上作用有法向的拉应力，因此，尽管破裂机制是剪切的，但是，其破坏面的实际表现是张性的，即地质上通常所说的张剪性面。与上述两类张裂面相比，除了破裂机制的不同外，这类张剪性面的倾角一般较前两者缓。
上述三类破裂面尽管破裂机制有所不同，但是，都有拉应力的参与(最小主应力)，且都表现出张裂的特征；另外，这类卸荷裂隙大多是在原有构造(断续)节理面的基础上经进一步拉裂贯通发展起来或“显化”出来的。在实际工程中，对这3种破裂面很难加以严格区别，而统称之为垂直卸荷裂隙。这种直接由边坡卸荷拉应力环境所导致的边坡卸荷裂隙最为常见，一般发育在坡体的浅表部，表现为密集卸荷节理成带出现，且表现出向坡内发育程度逐渐减弱的特征。研究结果表明，边坡中的断续节理连通率在50%以上时，微小的卸荷诱发拉应力就可导致节理的扩展而形成贯通性的卸荷裂隙3σ[23]。
(2) 席状卸荷裂隙
这种改造形式虽不常见，但具有很典型的意义，通常表现为在高地应力条件下，岩体产生与开挖面临空面平行的卸荷破裂，称为“席状裂隙”，这种破裂甚至表现为强烈的回弹开裂或开挖面上的“岩爆”。这种情形通常出现在峡谷地区岩石高边坡开挖(见图3)，当开挖到坡脚位置或河谷底部时，由于平行开挖临空面最大主应力的高度集中，而垂直开挖面迅速卸荷，迅速降低，从而出现平行卸荷面方向的卸荷扩容和张性破裂，这种破裂的起裂条件更符合Griffith 准则，因此是一种“压致张裂”。 1σ3σ
图3 高应力环境下形成的席状卸荷裂隙 Fig.3 Sheetlike unloading cracks under high stress
小湾水电站在拱坝坝基开挖过程中，就出现了
? 8 ? 岩石力学与工程学报 2008年
上述典型的(近)水平卸荷裂隙改造，主要表现有以下形式(见图4)：
(a)
(b)
(c)
(d)
图4 小湾水电站站坝基岩体的卸荷改造(席状裂隙)
Fig.4 Sheetlike unloading reformation of dam base rock mass in Xiaowan Hydropower Station
①已有裂隙进一步张裂和扩展(见图4(a))。由开挖过程中垂直于临空面的卸荷回弹，导致原本断续结构面的岩桥由于卸荷诱发的残余拉应力而破坏，结构面迹长增大，贯通性增强，结构面连通率可增加10～30%。
②“葱皮”状卸荷(见图4(b))。分布在两岸低高程建基面上，低高程较高高程明显；新生裂缝，呈叠瓦状分布于完整或块状新鲜岩石表层，缓倾坡外，单层厚度一般在0.5～5 cm；倾向方向的可见迹长不大；常沿顺坡控制性爆破孔两侧规则分布。
③“板裂”状卸荷(见图4(c))。主要分布在右岸高程997～1 020 m建基面，平行开挖面发育，完整的基岩被裂成厚度7～30 cm的板状，迹长达数米级，裂面平直粗糙，或呈波状或锯齿状起伏，多为新生破裂，主要见于河床建基面新鲜岩石中。相对于“葱皮”现象而言，“板裂”的发生需要更高的应力量级。
④表面爆裂(岩爆)(见图4(d))。
另外，在一些天然河谷的坡脚或谷地部位也可见到这类由于卸荷形成的水平裂隙或席状裂隙带。如在拉西瓦水电站河谷岸坡的坡脚部位，花岗岩中的水平卸荷裂隙延伸长5～20 m，密度较大(可达3～5条/m)，裂面微张，无充填，大多较为新鲜。
(3) 高边坡深部卸荷拉裂
西南地区由于特殊的高应力环境和深切河谷地貌，在某些特殊的不利地质条件组合下，可能会出现发育深度异常大的“深部卸荷”或深部拉裂现象，其发育深度可以达到水平距岸坡150～200 m。这种不利的地质条件组合以“高地应力加上平行岸坡的构造结构面(长大裂隙带、成组出现的断层等)”最为典型。在这种情况下，边坡所积蓄的高地应力释放其影响范围可以达到边坡很大的深度，并在深部的构造结构面发育部位产生应力分异，导致原有的构造结构面成组拉裂形成深部卸荷带。这种情形以雅砻江锦屏水电站普斯罗沟坝址左岸高边坡和金沙江向家坝水电站马步坎高边坡最为典型，其发育深度水平距岸坡可达170～200 m；小湾水电站左岸4#，6#，8#山梁高边坡尽管地应力环境不如这两者高，但由于坡体内存在平行河谷中倾坡外的不利结构面，卸荷深度也可达到水平距岸坡150 m的深度。
(4) 高边坡卸荷带的特征及其分带
上述各类高边坡岩体的表生改造，最终的结果导致边坡在距地表一定范围内形成类似隧道围岩松动圈的“卸荷带”。总结西南、西北主要水电工程的高边坡实例，对这一地区高边坡卸荷带的发育可以获
第27卷第8期黄润秋. 岩石高边坡发育的动力过程及其稳定性控制? 9 ?
得以下基本规律性认识：
①边坡强卸荷带的发育深度一般为5～25 m，弱卸荷带的发育深度一般为25～60 m。
②卸荷带发育深度随边坡高程增加而增加，一般情况下，边坡下部由于受到谷底的约束作用，应力释放及调整较为困难，故卸荷带发育深度较浅，随着向坡顶高程的增加，应力释放与调整可以充分进行，故卸荷带发育深度会逐渐增加。但是在某些情况下，由于坡体上部因边坡充分变形而破坏，从而导致现场观察到的卸荷带发育深度在一定高程以上增加可能不会变得很显著。
③边坡的地貌形态是影响卸荷带发育深度的一个重要因素。被纵向冲沟切割的坡体常常形成“沟”、“梁”相间的微地貌形态。此时，在“梁”的部位，由于边坡岩体可以产生充分卸荷，故卸荷带发育深度会显著大于“沟”的部位。通常情况下，“梁”部位的卸荷带发育深度是“沟”部位的1.5～2.0倍。这类沿“山梁”部位卸荷表现强烈的现象在深切峡谷地区是较为普遍的，如黄河拉西瓦水电站左岸2#变形体高边坡，就是夹持在上游断层F29和下游裂隙密集带之间的单薄山脊卸荷模式；在卸荷(表生改造)的基础上，边坡岩体又沿此缓裂面产生了受重力控制的蠕滑时效变形。
④值得注意的是，在陡峻岸坡一些局部地形较为平缓的部位，通常也发育有相对较大的卸荷带，尤其是快速下切河谷在其相对稳定时期形成的一些基岩台地部位，卸荷带发育深度都较一般情形为大。
进一步，可根据边坡卸荷松弛和表生破裂的发育程度将卸荷带分为强卸荷带、弱卸荷带和深部卸荷带三种类型，各类卸荷带的强细特征和划分依据见表2(作者参加修编《水利水电工程地质勘察规范》的成果)。
4.2.3 表生改造对岩体工程地质特性的影响
表生改造对岩体工程地质特性的影响主要表现在以下几个方面：
①释放坡体应力，促进边坡二次应力场的形成，缓倾角结构面更是起到边坡应力释放“窗口”的作用。
②形成了边坡浅部的卸荷松弛带，改造了边坡岩体结构，降低了岩体质量级别。
③缓倾角结构面的卸荷改造更降低了结构面的强度特性，使一定范围内结构面的强度从峰值降低到残余值，从而为边坡的继续变形创造了条件。
表2 边坡岩体卸荷带划分
Table 2 Unloading zone classification of rock slope
主要指标
卸荷带
划分
主要地质特征
张开裂隙宽度波速比
强卸
荷带
近坡体浅表部卸荷裂隙发育的区
域。裂隙密度较大，贯通性好，呈
明显张开，宽度在几厘米至几十厘
米之间，内充填岩屑、碎块石、植
物根屑，并可见条带状、团块状次
生夹泥，规模较大的卸荷裂隙内部
多呈架空状，可见明显的松动或变
位错落，裂隙面普遍锈染。雨季沿
裂隙多有线状流水或成串滴水，岩
体整体松弛
张开宽度＞1
cm的裂隙发
育(或每米洞
段张开裂隙累
计宽度＞1 cm
的裂隙发育)
＜0.50
弱卸
荷带
强卸荷带以里可见卸荷裂隙较为发
育的区域。裂隙张开，其宽度在几
毫米至十几毫米之间，并具有较好
的贯通性；裂隙内可见岩屑充填，
局部或少量可见细脉状或膜状次生
夹泥，裂隙面轻微锈染。雨季沿裂
隙可见串珠状滴水或较强渗水，岩
体部分松弛
张开宽度＜1
cm的裂隙较
发育(或每米
洞段张开裂隙
累计宽度＜1
cm)
0.50～
0.75
深卸
荷带
相对完整段以里出现的深部裂隙松
弛段。深部裂缝一般无充填，少数
有锈染。岩体纵波速度相对周围岩
体变化较大
④表生改造通常造就了一些对边坡后续变形极为有利的几何边界条件，如边坡后部的拉裂，前部的缓倾角结构面等。
⑤形成了边坡中新的营力活跃带，尤其是地下水的活动的通道，这在高坝工程的绕坝渗漏与坝肩稳定性评价中具有重要的意义。
4.3关于时效变形
边坡经表生改造进入时效变形，再由时效变形进入最终的破坏阶段，严格说来，这是任何一个边坡演化都将经历的三个阶段。但是，从是否具有工程地质意义的角度来讲，边坡的演化能否进入时效变形阶段，并通过时效变形进入最终的破坏，主要还取决于边坡的地质结构特征。实践表明：以下几类边坡的地质结构非常有利于边坡在完成表生改造后，进入时效变形阶段：
(1) 边坡内具有倾向坡外的缓倾角结构面，且倾角与残余摩擦角接近。
(2) 边坡具有由软岩构成的软弱基座。
(3) 由近直立中–薄层状岩层构成的陡边坡(尤其是软岩或有软岩夹层)。
(4) 碎裂结构岩体边坡。
(5) 风化分带界限明显的边坡。
(6) 堆积体(散体)边坡。
“时效变形”是在表生改造结束后，紧接着发生的一种随时间逐渐发展的变形。在这种情形下，
? 10 ? 岩石力学与工程学报 2008年
边坡的变形由于受到坡体中不利的地质结构控制而在表生改造结束后，还继续发生持续的变形，并可能保持一定的速率。这种变形不完全取决于“开挖卸荷过程”的影响，甚至在量级上会超过开挖卸荷过程中的变形。更有甚者，开挖过程中，几乎没有卸荷响应，而在结束后，会有很大的变形发生。反映在监测曲线上是“延持型”的。
5 西南地区典型高边坡发育的动力过
程及变形破坏机制
西南地区地质条件复杂，内、外地质营力活跃，高边坡变形破坏机制也因此而复杂多变。除了通常的失稳模式外[5]，近20 a来，还揭露了若干类典型的高边坡变形破坏机制和大型滑坡发生模式。
5.1滑移–拉裂–剪断“三段式”机制
滑移–拉裂–剪断“三段式”模式是指边坡的变形破坏具有分三段发育的特征，即下部沿近水平或缓倾坡外(内)结构面蠕滑、后缘拉裂、中部锁固段剪断。这种模式最早揭露于黄河龙羊峡水电站近坝库岸河段，以其中的查纳和龙西等大型滑坡为代表，后来，在黄河拉西瓦水电站、湖北盐池河磷矿等地又有发现，是一种受坡脚近水平结构面控制边坡的经典变形–破坏模式，也是我国西部地区高边坡失稳的一类主要机制模式。可能产生这类变形破坏模式的边坡往往具有以下的地质结构：(1) 坡体主体由相对均质的脆性岩体或半成岩体构成，但坡脚发育近水平或缓倾坡外的结构面。(2) 以坚硬岩体为主体，但夹有相对较薄的软弱夹层构成的互层状边坡。关于这类机制的具体描述和分析可参考有关研究结果[24]。
5.2 “挡墙溃屈”机制
这类边坡失稳机制的基本特征是：边坡整体结构较为松弛(如强、弱风化带)，但在边坡下部或中下部存在局部完整性和强度均很高的“刚性”地质体，后者在整个边坡中，实际上起到了类似挡土墙的作用，它承担或“挑住”了因上部坡体变形而传递下来的巨大“推力”，如同通常意义上的“锁固段”一样，起到了维系边坡整体稳定的关键作用。随着边坡变形的进一步发展，“锁固段”最终会因为应力的过量积累而产生突发性的脆性破坏，形成高速滑坡，有关这类机制的分析详见有关研究结果[24]。5.3倾倒变形机制
倾倒变形(toppling)通常是指走向与坡面近于平行的陡倾层状岩体(或被平行边坡临空面的卸荷裂隙分割的岩体)发生的向坡外的弯曲变形(也称为弯曲–拉裂及弯曲–倾倒等)，张倬元等[5]曾给出了这种变形机制的演化模式和发生条件。
倾倒变形常见两种主要类型：一种是脆性折断型，通常发育于中–厚层状、中–陡倾角反倾坡内的脆性坚硬岩层中。发育深度最大20～30 m，一般数米至十余米，俗称“点头哈腰”现象。这种模式的倾倒变形其破坏面通常是呈折线状或近似于“直线状”，所以，常采用刚体旋转极限平衡的方法进行稳定性分析[8]。另外一类倾倒变形属延性弯曲型，常见于由陡倾坡内的薄层状碳质板岩、泥质灰岩等软弱地层构成的边坡中。与上述反倾边坡变形方式最大的区别是：这种结构的边坡除了可以发生浅部的倾倒外，还可以发生深部的倾倒变形，并演化形成大型滑坡。近20 a来，在中国西南的高山峡谷地区，就揭露了这类边坡深达200～300 m的弯曲–倾倒变形，而且实实在在地看到了由于这种变形发展的最终结果：大型和巨型的深层滑坡，且滑动面表现为上陡下缓的“筲状”。这类变形机制的具体阐述及分析见有关研究结果[24]。
5.4压缩–倾倒变形机制
这里的压缩–倾倒则主要指的是：具有下伏软弱基座的高陡边坡，下部软层在上伏岩体的长期压缩作用下，产生非均匀的压缩变形(坡面最大，向坡内逐渐减小)，从而致使坡体遭受倾覆力矩的作用，导致坡体整体向外倾倒，并在坡体后缘形成具有很大贯穿深度的后缘拉裂或沿坡体内倾向坡外的结构面发生剪胀错动–拉裂。这种变形现象最早揭露于乌江渡的黄崖(张倬元等[3]称之为塑流–拉裂)，后来在岷江紫坪铺、澜沧江小湾、乌江索风营、金沙江虎跳峡以及西南地区具有此类地质结构条件的边坡工程中都有发现和揭露。
进一步，这种变形模式根据边坡内部结构的不同，相应的变形表现形式不同可分为两种类型，即压缩–倾倒–拉裂型和压缩–倾倒–剪胀错动型。
(1) 压缩–倾倒–拉裂型
这种变形模式以乌江渡水电站黄崖高边坡、乌江索风营水电站右岸2#危岩体为代表。其典型的特征是边坡岩体整体性较好，压缩–倾倒变形发生后，边坡整体倾倒，从而在后缘沿平行边坡的结构面拉裂，形成统一的后缘深部拉裂缝。当软层缓倾向坡外时，后缘拉裂与软层之间可能形成“锁固段”，这时边坡变形破坏的进一步发展可能转为前述的三
第27卷第8期黄润秋. 岩石高边坡发育的动力过程及其稳定性控制? 11 ?
段式模式，其破坏的结果形成高速滑坡；当软弱基座近水平或倾向坡内时，后缘拉裂的扩展可能直达软层，形成高边坡危岩体，边坡具有整体倾倒破坏的可能。
图5所示为索风营水电站右岸2#危岩体，为高度近170 m的垂直陡崖，崖面近SN向。该危岩体主体由T1m厚层状灰岩构成，总体产状N70～80°E/SE∠10～25°，下部为由九级滩泥岩(T1y)构成的软弱基座，被坡脚的崩塌堆积物所覆盖，垂直坡向的剖面上其产状近于水平。边坡主要发育两组结构面，分别平行和垂直坡面，近于直立。坡顶部位距坡缘40 m的范围内发育了4条规模较大的平行坡面拉裂缝，分别为L1，L2，L3和L7。其中，作为后缘边界的L1规模最大，地表可见宽度一般在0.5～1.5 m，局部宽度可达2.0～3.0 m，充填固结紧密的粉质土夹碎块石；裂缝两侧壁可见溶蚀沟槽，并有钙华堆积。坡脚部位的PD36平洞26 m处揭露L1已贯穿至此，表现为宽0.2～0.5m，局部约1.0 m的宽缝，除了表现为张开特征外，缝壁亦有强烈的溶蚀和钙华堆积现象。从其发育的规模来看，L1已经穿透坡体到达了底部的T1y泥岩地层，也就是说，2#危岩体实际上已经完全被L1将其与后面的“母体”分离，形成一个相对孤立的厚度不大(为20～25 m)的菱柱状体，“依靠”在后部的山体上。
图5 索风营水电站2号危岩
Fig.5 No.2 dangerous rock mass of Suofengying Power station
从张裂缝缝壁的溶蚀、钙华堆积和充填情况来看，这套张裂体系是过去地质历史时期边坡变形的产物，近年的观测表明裂缝现今没有活动。坡脚泥岩中的平洞揭露：泥岩在靠近坡面一定范围内有挤压破碎现象。
边坡的地质结构结合上述事实表明，该高陡边坡危岩体的形成是边坡坡脚软层被压缩，产生由外向里逐渐减小的不均匀压缩变形，从而导致上部坡体整体倾倒，在此基础上，边坡后缘拉裂并逐渐加深所致。
(2) 压缩–倾倒–错动剪胀型
这种变形模式以岷江紫坪铺、澜沧江小湾及金沙江虎跳峡等水电站工程的高边坡为代表。其典型的特征是反倾坡内的层状岩体边坡发育有一组走向与坡面平行、倾向坡外的结构面，压缩–倾倒变形发生后，边坡整体倾倒的同时，带动坡体内的这组结构面产生剪胀变形，表现为向坡外的拉张和顺结构面的错动，形成一种特殊的变形结构(或广义的卸荷裂隙)。由于这组结构面在边坡内通常表现为有限长度或被层间的软层所夹持或限制，因此，这种变形结构在边坡内通常不形成贯通的面或显著的后缘拉裂面，而是表现为分散的“卸荷裂隙”形式，其发育深度取决于边坡的倾倒变形程度。
一般情况下，边坡的开挖会诱导这种变形的继续发展，但通常具有继承性，即沿原有的“卸荷裂隙”产生进一步的错动变形调整。在边坡开挖过程中，这种变形机制反映在边坡的表观位移或内观位移上一般都有一个随时间(开挖)的持续增长过程，变形量和速率都可能较大(地表最大变形可达约10 cm)；但由于这组变形结构的非贯通性，因此，通常在开挖结束后，变形也就随之很快减缓或停止了，岷江紫坪铺、澜沧江小湾都是这种情形。除非坡体内具有较为显著的、连通率较高的倾向坡外结构面，否则，这种变形不会导致大规模的坡体失稳现象。
图6为小湾水电站8#梁左岸砂料石系统(简称左砂系统)高边坡。边坡整体高约180 m，其主体由黑云花岗片麻岩构成(夹片岩)，边坡下部为厚约20 m的片岩夹层，构成软弱基座。片麻岩层面方向为N60～70°W/NE∠50～60°，坡向与岩层走向基本一致，构成典型的反倾层状边坡。坡体内发育一组走向N50～60°W，倾向SW，倾角40～50°的顺坡结构面，但这组结构面被坡内分散的片岩夹层所限制，呈断续状延伸。
边坡中下部(高程 1 380 m)的高线交通洞内揭露了边坡深部的变形破坏迹象，以洞深约170 m处最为典型，可见顺坡向的这组结构面显著张开，其宽度可达20～30 cm，其间充填块、碎石；未见新
? 12 ? 岩石力学与工程学报 2008年
图6 小湾水电站8号梁左砂系统高边坡
Fig.6 High slope of No.8 ridge in Xiaowan Power station
活动的迹象，显示出形成年代较早的特征。在边坡的下部，可见片岩为主的夹层已经产生了明显的弯曲变形，岩层倾角由原始状态的50～60°，向坡外逐渐转缓至坡面附近的20～25°。根据上述及其他一系列现象，揭示该自然高边坡已经产生了显著的不均匀压缩变形，边坡在地质历史时期就已经发生了压缩–倾倒，从而导致平行坡面的顺倾结构面产生错动、拉张。由于变形经历了很长的地质历史，且这种变形可以发展到相当的程度而边坡不发生失稳破坏，因此，其拉裂可涉及水平深达坡内约100 m 的范围。
2003年，随着该部位左砂系统边坡的开挖，边坡变形开始发展，到2003年7月，边坡开挖到接近软层位置附近时，边坡表观位移开始加大，并表现出相对加速的特征。伴随也出现了一系列的破裂现象，主要表现为高线1 380 m公路上边坡喷层的开裂，该高程高线交通洞内衬砌的开裂，局部锚索测力计量值的增加以及孔压的升高等。随后布设了测斜孔、多点位移计等内观手段，并进一步加强了表面观测。到2003年11月，左侧边坡基本开挖到位，内观资料表明，开挖引起的边坡变形范围是有限的，从量级上看，坡面一般在厘米以内的范围，向坡内逐渐减小；从范围上看，一般在20～30 m的范围之内。这表明上述变形的产生是由于边坡开挖所引起的变形调整，且有证据表明这种变形调整是继承老的顺坡向“卸荷裂隙体系”发生的，只不过由于开挖的影响范围有限，这种调整只影响到了浅部的边坡岩体，而没有带动老的深部裂缝的错动。因此，尽管边坡在开挖过程中表现出令人担心的变形，但由于这种变形的性质和其涉及的范围及强度有限，边坡始终难以形成贯通的破坏面，一但开挖结束后，变形也就很快转缓或停止了。本例的情况正是如此，岷江紫坪铺水利工程进水口边坡的开挖亦是如此。
5.5阶梯状蠕滑–拉裂机制
阶梯状蠕滑–拉裂通常见于受平行边坡陡、缓两组结构面控制的节理岩体高边坡中，是一种与平面滑动相近的变形破坏模式。在这种情形下，缓裂通常构成蠕滑段，陡裂构成拉裂段，蠕滑面整体呈陡–缓相接的阶梯形或台阶状。研究结果表明，这种变形破坏模式通常出现在坚硬块状岩体或厚层岩体构成的边坡中，其变形的发生往往具有从上至下的特点(也可见到从下至上的)，沿倾向坡外的中–缓倾角结构面蠕滑，并通过陡裂逐级向上传递变形，形成阶梯状蠕滑–拉裂形式(见图7)，当阶梯状蠕滑面的平均倾角与结构面的残余摩擦角接近时，特别有利于这种变形的发生。
图7 阶梯状蠕滑–拉裂变形模式
Fig.7 Stepped deformation model of creep-sliding and
fracturing
对这类变形机制的高边坡，由于其变形破坏是逐级向上渐进式传递的，具有明显的“牵引”性质，因此，灾害防治的重点是坡体的前缘部位，应尽可能避免“切脚”开挖；必要时，应对这一部位补充加固措施。
5.6高应力–强卸荷深部破裂机制
近10 a来，在西南地区高边坡的地质勘探过程中，常常揭露边坡具有深部卸荷，并伴随深部张裂的现象，即除了边坡浅表部发育的正常卸荷带(一般0～60 m)外，在坡体的深部(一般水平距岸坡120～200 m深度)还发育有深部的卸荷带，表现为典型的
第27卷第8期黄润秋. 岩石高边坡发育的动力过程及其稳定性控制? 13 ?
深部张裂。这种现象在雅砻江锦屏水电站和金沙江向家坝水电站(马布坎高边坡)最为典型，白龙江苗家坝水电站、澜沧江小湾水电站及糯扎渡水电站等也有揭露。
大量的勘探实践和研究资料表明，深部张裂带的发育具有多种复杂的机制，包括本文中所提到的几种模式中实际上也包含了深部张裂带的成分。但作为强烈卸荷原因而引发的这种深部卸荷及其所伴随的深部张裂现象有以下三个强烈的背景：一是高地应力(现实边坡内部的水平或近水平应力通常在15 MPa以上，河谷下切释放前应该更高)，这种高地应力是驱动边坡发生强烈回弹变形的内在动力；二是边坡深部存在有利于应力释放的结构面(平行或与边坡小角度斜交的近直立或倾坡外的断层或长大裂隙)，这是深部卸荷和张裂带形成的边坡结构基础；三是河流的快速下切，这是导致边坡内在应力快速释放的外部条件。
在上述条件下，高边坡所发育的深部裂缝体系，实际上是在特定高地应力环境条件下，伴随河谷快速下切，坡体应力强烈释放，而沿坡体内原有的构造结构面卸荷拉裂的产物。根据地质条件和变形破裂演化趋势的差异，可进一步将这种具有特定“深部裂缝”的边坡分为以下两种类型，即锦屏型和向家坝型。
“锦屏型”深部裂缝边坡：由反倾层状岩体构成的高陡边坡，具有高应力条件和与坡面近于平行的具有一定规模的结构面(小断层等)。河流下切或边坡开挖条件下，由于特定的地质结构，伴随边坡内部高地应力的释放，坚硬岩层向临空方向挤出，并沿已有的构造结构面拉裂，形成深部张裂。这种变形往往形成欠稳定的边坡结构(天然情况下基本稳定)。
图8所示的为雅龙江砻江锦屏水电站普斯罗沟坝址左岸高边坡，除浅表部的正常卸荷带外，还发育有一系列深部裂缝，阐明这些深部裂缝的分布特征、成因机制对高边坡稳定性评价有重大意义。
现场地质勘探揭露，典型的“深部裂缝”有以下表现特征：裂缝发育范围受岩性控制。高边坡范围内，主要涉及下部的大理岩和上部的变质砂板岩两套岩性，但典型的张裂缝主要是发生在脆性的大理岩中，裂缝往往终止于两套岩性的界面处。另外，裂缝发育位置受构造控制，深部裂缝基本上都是沿已有的构造结构面拉裂，这组结构面与边坡小角度斜交，陡倾坡外，由小规模断层和长大裂隙构成。
图8 高应力–强卸荷深部张裂
Fig.8 Deep sited fracture due to high stress and strong
unloading
根据上述深部裂缝发育的基本规律，对锦屏水电站普斯罗沟左岸高边坡深部裂缝的形成机制可以得出如下的概念模型。
(1) 首先是边坡本身的结构条件。从岩性结构特征来看，边坡宏观上是由下部的坚硬大理岩和上部相对软弱的砂板岩构成的非均质坡体。客观上，两类岩性的不同就导致了其对边坡卸荷过程中应力释放响应的差异。相对坚硬的大理岩对应力释放过程中边坡变形的适应能力较差，通常表现为脆性破裂的方式；而相对软弱的砂板岩，尤其是碳质板岩对变形的适应能力较强，边坡应力释放过程中更多表现为塑性变形。
从构造结构面发育特征来看，边坡内部存在走向NE(与边坡基本平行或小角度斜交)，陡倾坡外优势结构面，表现为长大裂隙或小断层。这组结构面在河谷下切过程中，有利于边坡卸荷、应力释放。
(2) 其次是边坡的应力场条件。包括两个方面，一方面，锦屏坝区具备相对较高的区域构造应力场环境条件。模拟河谷下切过程的二维和三维有限元数值模拟分析表明，坝区区域构造应力场最大主应力方向垂直河谷，为7～10 MPa，这样的区域构造应力量级在西南地区相对也是较高的。另一方面，由于较高的区域构造应力场量级以及高达1 000 m 以上的高边坡，导致河谷高边坡应力场量级高、应
? 14 ? 岩石力学与工程学报 2008年
力分布条件复杂，具备了应力释放的内在动力条件。实测表明：坝区谷坡下部高程1 650 m 水平距岸坡230～240 m 深度地应力()高达30～40 MPa ，向上到高程1 780～1 850 m 水平距岸坡100～200 m 深度地应力()仍高达17～23 MPa ；而应力一旦释放后(如在深部拉裂附近)，应力骤降为5～6 MPa(如PD14平洞120～128 m 深处)。
1σ1σ(3) 河谷的快速下切。河谷发育历史分析表明，从高程1 825 m(相当于IV 级阶地)开始，雅砻江河谷的发育经历了一个快速下切过程，平均下切速率达到3 mm/a ，最高达3.9～4.4 mm/a 。
综上所述，上述深部裂缝体系形成的“概念模型”可归结为：在坝区特定高地应力环境条件下，伴随河谷快速下切过程中，坡体应力强烈释放，从而驱动坡体产生向临空面方向的卸荷回弹，导致沿坡体内原有的构造结构面(小断层和长大裂隙)卸荷拉裂，形成深部裂缝。因此，这种深卸荷完全是由于这一地区高陡边坡、高地应力、河谷快速下切卸荷和坡体内部特定的与边坡近于平行的结构面综合作用的产物(见图8)。
根据目前普斯罗沟左岸高边坡深部裂缝的发育特征，结合河谷高边坡演化的动力过程和岩石高边坡变形破坏演化的三阶段理论，判断目前边坡变形破裂现象主要是表生改造阶段产物，即伴随河谷下切过程，应力释放，边坡卸荷回弹，原有构造结构面卸荷拉裂；尚未进入时效变形阶段。从岩体结构条件分析，边坡也不具备产生时效变形的有利边界条件。因此，在自然条件下，岩石高边坡是稳定的，并有一定的安全储备。但作为工程边坡，在开挖、动力或水雾条件下，其所具备的安全储备是较低的，工程布置和施工应尽可能避免对边坡的影响和扰动，并对边坡采取一定的工程处理措施，以提高其安全储备。
“向家坝型”深部裂缝边坡：边坡结构为近水平岩层构成的高边坡，具有平行坡面的垂直长大裂隙。由于构造条件所决定的水平应力集中，在河流下切条件下释放，从而驱动边坡岩体沿近水平的层间弱面向坡外挤出，形成深部裂缝。从变形稳定性的角度，这类变形实际上是一种应力释放型的大型表生变形结构。随着河流的下切或开挖的进行，应力释放，变形发展；坡体内的水平应力将因应力的逐步释放而不断减弱，最后消失而过渡为自重应力场。故在区域应力场不变的条件下，这类变形破裂
的发展必然是减速型的，当其发展到一定程度，就会自行稳定下来，不会形成大规模的滑坡[25]。
6 高边坡稳定性的过程模拟与过程
控制
6.1 概 述
在边坡稳定性分析领域，传统的边坡极限平衡分析理论已有近百年的历史，它是将边坡作为一个刚体，假定滑动面处于极限状态，然后利用静力平衡条件计算边坡的稳定安全系数，并据此进行灾害控制的防护设计。实践表明，对西南地区的高边坡，尤其是岩石高边坡，当高度超过一定的范围(如100 m 级及其以上)，采用这样的评价和设计理论将会导致边坡灾害防治中出现过大的支护工程量，甚至因工程量过大而无法实现，传统的极限平衡分析理论因此而受到极大的挑战。
近20 a 来，基于本文高边坡发育的动力过程观点，本文一直在探讨基于“地质过程”的高边坡稳定性评价及灾害控制方法，尤其是如何在上述动力过程认识和变形破裂演变模式机制的基础上，结合现代数值与物理模拟手段，实现对高边坡变形破裂及稳定性发展全过程的量化描述与模拟。通过多年的努力，形成了初步的理论和方法体系，其主线是紧密围绕高边坡形成的动力过程和“变形稳定性”分析这一核心，以复杂岩体结构精细描述和准确的地质模型建立为基础，以卸荷条件下边坡的变形-破坏过程和机制研究为桥梁，以现代数值和物理模拟为手段，实现高边坡变形稳定性评价和基于变形控制理论的支护措施优化[26]，其技术路线如图9所示，要点如下：
图9 高边坡变形稳定性分析及控制的技术路线 Fig.9 Technique route of stability analysis and control
for high slope
(1) 高边坡首先是地质体，它具有地质体所具备的基本属性，即“地质过程”特性。对岩石高边
第27卷第8期黄润秋. 岩石高边坡发育的动力过程及其稳定性控制? 15 ?
坡而言，其“过程特性”就表现在随时间和环境改变的“变形–破坏”上。高边坡通过变形的积累(量变)，逐渐发展到破坏的发生(质变、灾变)，代之而起的是新的一轮边坡，新的一轮变形破坏，高边坡就是以这样的“地表过程形式”参与地球表面地貌改造和物质运移过程的。从地球系统科学的角度出发，这种“地表过程”也应该是地球系统演化的组成部分。因此，认识高边坡问题首先应该认识到其地质过程特性。
(2) “高边坡稳定性”是从工程地质的角度对这种“地质过程”进行的具体表述。因此，“稳定性”是随边坡变形破坏发生、发展的一个动态问题。所看到的只是这个“过程”的某个具体“片段”，需要全面了解和掌握这个过程，尤其是伴随这个过程，高边坡的潜在滑动面是怎样孕育和演化的。只有从全过程上、内部作用机制上掌握其变形破坏的演变规律和滑动面贯穿机制，才能对其稳定性现状和今后发展趋势做出合理的评价和预测。
(3) 基于以上认识，“岩石高边坡稳定性评价”的核心就是要阐明边坡变形破坏的过程和机制，并从地质–力学的角度进行刻画，而这种刻画的关键是“变形”。因此，与传统意义上的强度稳定性问题不同，岩石高边坡稳定性评价更应该是一个“变形稳定性”问题。实际上，传统的基于极限平衡理论的“强度稳定性”是变形发展到累进性破裂阶段、滑动面基本形成后的状态，而对绝大多数高边坡而言，滑动面是伴随变形–破裂发展而逐渐孕育的，在变形的初期或一定阶段，滑动面尚未形成，也就不存在所谓传统的“强度稳定性”问题。因此，岩石高边坡稳定性评价应该采用“变形稳定性分析”的途径。
(4) “变形稳定性分析”包含两方面的含义：一方面是通过高边坡变形破坏现象的分析和机制的研究，以滑动面演化过程描述为基础，建立边坡变形破坏的机制模型，从而提出稳定性的判据和失稳准则；另一方面，是充分运用现代数学–力学理论和计算机技术，实现高边坡变形破坏演变的全过程模拟和过程控制，从而根据模拟结果对稳定性现状进行量化评价，并通过模型的时–空延拓进行稳定性预测。实际上，以上两个方面是相互支撑、有机结合的，前者偏重地质分析，后者则强调模型的理论验证和整体分析。
“地质过程机制分析”和变形稳定性评价是岩石高边坡工程设计和灾害防治的理论基础。根据以上学术思想，高边坡稳定性控制，关键在于控制变形；变形得到有效控制住，不具备进一步发展的条件，潜在滑动面的演化就会在“孕育”或者“发展”阶段结束，从而进入不了最终的累进性破坏阶段。这就是本文所倡导的“基于变形理论的岩石高边坡稳定性控制及灾害防治技术”。
6.2基于“过程模拟”的高边坡变形稳定性评价及
预测
高边坡通常具有复杂的地质结构和变形破坏机制。一般的数值和物理模拟手段尽管可以对地质结构进行较为细致的描述与刻画，但要全面描述地质体的结构特征和过程特性仍比较困难。为此，本文提出了一套基于过程模拟的高边坡变形稳定性评价的数值模型预测评价技术方法。其要点如下：
(1) 高边破的变形破坏是一个复杂的地质力学过程，也是一个变形从量变的积累到质变的发生过程。这个过程最大的特点是伴随着坡体的形成和变形的发生，坡体内部的潜在滑动面逐渐孕育，“损伤”逐渐累积，强度逐渐降低，这是一个量变的过程；当变形发展到一定程度后，潜在滑动面的“损伤”累积所导致的强度降低已经维持不了坡体的稳定，从而导致滑动面的累进性贯穿，质变发生，滑坡形成(见图10)。
图10 边坡变形稳定性的评价原理
Fig.10 Evaluation principle of slope deformation stability
上述过程可以表达为：边坡的稳定性度量(K) (可以是稳定性系数等表达边坡稳定性的指标)是边坡潜在滑动面强度(S)的函数，而后者是位移(U)的函数，因此，稳定性度量K可表达为位移U的函数，即
)
(
)
(
)
(U
f
K
U
f
S
S
f
K=
=
=；
，(2)
(2) 根据以上分析，可以认为：对于一个特定
? 16 ? 岩石力学与工程学报 2008年
高边坡，不论其结构形式如何，总存在一个能够承受的“最大变形量”()。在边坡变形破坏过程中，不论变形以何种方式来完成和实现，哪怕是突发性的降雨或者振动过程导致位移的突然跃升，如果达不到其所能承担的“最大变形量”，边坡不会发生整体失稳破坏。
max U (3) 基于这一基本观点，只要能够采用特定的分析研究手段，确定出边坡在基本工况下所能承担的“最大变形“()，然后再结合监测得到的边坡实际位移()，就能够判断出斜坡变形目前所完成的量，以及预测还有多少没有完成。从而判断斜坡目前所处的变形和稳定性状态和预测今后的发展趋势；同时也可以给出变形稳定性系数的度量：
max U r U max r max d /||1U U U K ??= (3)
式(3)中的值越接近于1，边坡变形破坏越接近于临界状态。考虑到边坡变形破坏的阶段性及总体非线性，也可采用分段评价的方法探讨变形稳定性的度量：
d K 对等速蠕变阶段(相当于时效变形阶段)：
p 1d1/U U K = (4)
对累进性破坏及滑面贯穿阶段：
p max p 2d2/U U U U K ??= (5)
(4) 显然，的分析计算是关键。其核心技术是采用数值模拟的方法，即在查明斜坡地质结构特征、物理力学参数和变形破坏机制的基础上，建立其数值分析模型，进行形变–应力场的分析。然后根据变形破坏现象和实际位移监测资料不断调整和跟踪校正这一模型，直到计算的位移过程能够很好的拟合实际现象和监测曲线的发展，从而完成了计算模型与实际地质模型之间的“耦合”。以此为基础，对这个“耦合”模型作时间延拓(流变分析或强度折减分析)，从而得到的预测值。进一步，可以对这个模型加载今后可能出现的事件，如降雨、开挖及地震等，从而进行“事件预测”。
max U max U 由此可见，以上的技术途径是从绝对位移的分析为出发点，通过建立边坡的地质模型，结合变形破坏的力学机制分析和实际位移监测数据，建立变形发展的数值预测模型，从而进行现今变形稳定性的评价和发展趋势的预测。本文把这种预测方法称为数值模型预测，即地质(G)–力学机制(M)–变形(D)耦合模型预报(简称为GMD 模型预报)。这种预测模型从深层次上将边坡的变形表现与内部力学作
用机制及滑动面的形成演化过程相联系，更符合高边坡失稳行为的客观规律。
6.3 基于变形理论的高边坡稳定性“过程控制” 6.3.1 变形控制的依据及对象
根据岩石高边坡变形破坏的三阶段理论，各个阶段高边坡变形的驱动动力和变形性质是不同的，变形控制的可行性和必要性也不同(见图11)：
图11 变形控制的对象及时机
Fig.11 Object and occasion of deformation control
(1) “表生改造阶段”的变形具有随临空面形成过程同步的性质，其驱动力是边坡开挖(或下切)引起的应力释放，属于“卸荷回弹”性质的变形，具有“短暂性”。虽然变形的速率相对较快，但理论上边坡如果没有特定的不利结构面，变形在临空面形成以后将结束。通常这种性质的变形是不需要控制的。但是，对于某些工程边坡，尤其是处于关键工程部位，或作为建筑物基础的工程边坡，过大的“回弹”变形同样会影响边坡的工作状态，从而带来“变形稳定性”问题。因此对这类边坡，开挖过程中采取适当的变形控制措施仍是必要的。
(2) “时效变形阶段”的变形是在临空面形成后，当坡体内部具有不利的结构条件情况下所产生，其驱动力是边坡的重力，其结果是导致边坡潜在滑动面的逐渐孕育和最终贯穿，因此，它具有随时间发展的持续性、长期性，也是边坡变形至最终破坏的关键阶段。一旦边坡变形进入“时效变形”阶段。这种边坡具有极大的破坏潜在风险。对这种边坡必须采取强有力的变形控制措施，否则坡体中的弱面可能会因为持续的变形而逐渐丧失强度，反过来又促使边坡变形进一步发展，变形–强度曲线跨越了峰值，进入累进性破坏阶段，坡体最终产生整体滑移性质的失稳破坏。
(3) 边坡的变形一旦进入累进性破坏阶段，稳定性的控制不论从时间上还是工程措施可行性上都将
第27卷第8期黄润秋. 岩石高边坡发育的动力过程及其稳定性控制? 17 ?
是极其困难甚至是不可能的，应撤出受灾害威胁的人员和财产。
可见，高边坡变形控制的关键(对象)就是“时效变形”。这种变形控制住了，不具备进一步发展的条件了，潜在滑动面的演化就会在“孕育”或者“发展”阶段结束，从而进入不了最终的累进性破坏阶段，灾害也就不可能发生。
从时效变形经历时间较长的特点来看(见图11)，“时效变形阶段”也是最有利的边坡变形控制时期。而且，理论上控制的最佳时期应该是在时效变形的初期，而且越早越好；迟了，变形充分发展，滑动面的演化进入不可逆转的状态，这时，一方面留给支护的时间缩短；另一方面，支护的强度也会陡然增大。
6.3.2 变形控制的基本目标
从上述的变形控制原理出发，边坡地质灾害治理的基本目标就是通过支、挡、锚、喷等方式将变形长时期地控制在一定范围内，以避免由于过大变形或突发性破坏形成灾害。工程经验表明，对不同类型的边坡，稳定性变形控制的目标是不一样的，本文建议一般情况下的变形控制标准如表3所示(对特定的边坡，变形控制的标准有差异，表中的值仅供参考)。
表3 边坡稳定性变形控制标准建议值
Table 3 Suggested criteria of controlling slope deformation
安全控制标准/(mm/(30 d－1)) 预警标准/(mm·d－1)边坡名称
一般边坡重要边坡一般边坡重要边坡
整体块状岩体边坡* *
2.0～4.0 2.0～
3.0
块状裂隙岩体边坡 0.5～2.0 * 2.0～4.0 2.0～3.0
含顺坡结构面裂隙
岩体
2.0～4.0 1.0～
3.0 3.0～5.0 2.0～
4.0
碎裂结构岩体边坡 3.0～5.0 2.0～4.0 4.0～6.0 3.0～5.0
反倾层状岩体边坡 3.0～5.0 2.0～4.0 5.0～8.0 4.0～6.0
顺倾层状岩体边坡 2.0～4.0 1.0～3.0 3.0～5.0 2.0～4.0
散体边坡/土质边坡 3.0～6.0 3.0～6.0 10.0～20.08.0～15.0注：“*”为仪器监测误差范围之内。
6.3.3 变形控制的工程原理
现行边坡地质灾害治理设计一般采用基于规范的静力学设计，其明显不足是将地质体视为刚体，未充分考虑地质体的变形破坏机制和地质灾害孕育的过程。为克服现行设计方法的不足，基于变形理论的地质灾害治理工程设计强调岩土体与支护结构间的相互作用，通过对相互作用过程的研究，在允许变形范围内，获得实际作用于支护结构上的岩土压力，以此作为设计依据，这就是基于变形理论的边坡地质灾害治理工程设计的基本出发点。为此，本文提出了基于数值模拟的高边坡变形控制和灾害防治的“过程控制技术”。
“过程控制技术”的核心是地质体的变形分析理论和地质体与支护结构的相互作用理论进行。中心思想可通过如图12所示的框图来体现，这一基本思想的要点如下：
图12 过程控制的技术路线简图
Fig.12 Technique route of process control
(1) 地质灾害治理工程设计的基础是对灾害形成的动态地质过程历史分析，也就是灾害形成的地质–力学机制。通过这样的分析，把握地质体变形破坏的发育阶段、内部作用过程和潜在破坏面发育状况；提出边坡变形破坏及地质灾害形成机制的“概念模型”，据此确定治理方案。
(2) 运用过程模拟技术，对边坡变形破坏过程进行模拟再现，一方面验证概念模型；另一方面，获得对地质过程内部作用机制深入的认识，从而对边坡稳定性及其灾害的发展趋势做出评价和预测。
(3) 根据高边坡目前所处的演化阶段和其变形破坏机制，选定若干治理方案，并根据规范进行初步设计。
(4) 采用过程模拟的方法进行方案的对比模拟，选择最佳的治理方案。
(5) 对确定的治理方案，进一步考虑地质体和治理工程结构之间的相互作用，运用数值模拟手段，研究地质体和治理工程结构之间的相互作用，并根据相互作用特点进行方案优化和设计。
(6) 对施工过程进行监测，利用反馈结果实时调整和优化设计方案。
? 18 ? 岩石力学与工程学报 2008年
在高边坡稳定性控制的初步设计阶段，一般只能依据现行规范和静力学原理进行计算和设计，因此是一个静态方案。事实上，边坡的变形控制从本质上讲就是依靠支挡结构与岩土体本身的相互作用力来改变边坡系统的演化过程和状态，维持系统的平衡。因此，要真正达到对高边坡变形稳定性的有效控制，在进行控制方案设计时必须考虑支挡结构与岩土体之间的相互作用。而这种相互作用是很复杂的，它不仅取决于控制方案，而且与施工步骤、施工顺序等因素有关，只有通过数值(或物理)模拟技术才能了解这种相互作用的机制和程度。在对地质灾害控制的方案设计时，通过计算各支挡结构与岩土体间的相互作用力(如锚杆的轴力，抗滑桩的轴力、剪力和弯矩等)，可以反过来检验初步设计方案中支挡结构形式及布置的合理性，从而对设计方案进行优化。
6.3.4 高边坡变形控制的经验原则
根据高边坡变形破坏的过程特点和边坡不同部位的变形发展特征和多年来的实践经验，结合上述“过程控制”的基本理论，本文总结了高边坡变形控制的几条经验原则，可以在高边坡变形稳定性控制中结合一般的设计原则综合考虑。
(1) 低开口：边坡开口线确定的原则一方面是要考虑边坡本身的地质条件；另一方面也要考虑尽量减少对自然边坡的影响，尤其是在开口线上方存在高陡边坡的情形。这就要求边坡在通过合理的工程措施能够达到设计安全标准的前提下，尽量降低它的开口线高程，减小开挖边坡高度，做到对自然边坡尽量小的干扰。在允许的情况下，要不惜采用强支护措施实现这一点。
(2) 高清坡：边坡开口线降低后，必然会在其上方保留了相当高度的自然高陡边坡。通常这部分边坡的问题主要是表层由于强烈卸荷形成的松弛岩体和局部“危岩体”，对施工及建筑物的长期运行仍然构成严重威胁。对这部分坡体要高度重视，认真“清理”。这里所谓“清理”包括以下措施：首先是清除稳定性条件极差，呈“松脱”状况的“危岩体”及局部强卸荷岩体；然后，采用主动防护(挂网+锚杆)及被动拦挡措施进行边坡防护。
(3) 缓接坡：“缓接坡”是指在开挖边坡上方有陡自然边坡的情形，这时，边坡的开口线与自然陡边坡之间的“衔接”最好有一定的“缓冲带”，即“缓坡段”相接。要尽量避免开挖边坡的开口线“直抵”自然陡边坡坡脚的情况出现；因为，此时开挖边坡会对自然边坡形成“掏坡脚”的情形，这种情形会在很大程度上改变(劣化)自然边坡的应力条件，对自然陡边坡的稳定性产生极为不利的影响。如果确实不能避免此种情形，要在充分评估的基础上，开挖前就对自然陡边坡进行加固。
(4) 强锁头：降低开口线的结果通常是出现陡坡率的人工边坡，这时，特别要强调的是开口线以下一定范围的“坡头”部分要加强支护，形成“强锁头(口)”的支护态势；这部分通常也是坡体的卸荷风化带，岩体条件较差，开挖过程中变形易于发展。“强锁头”通常通过锚索支护的形式实现，锚索的深度应该通过开挖边坡变形影响分析来确定。同样道理，在锁头的同时，也要注意“锁边”。
(5) 紧箍脚：坡脚部位往往是边坡容易“出事”的另一个重要部位。因为，对开挖岩石边坡来说，坡角部位往往是压、剪应力的集中部位，破坏面也常常从此部位贯穿。因此，这一部位应该加强支护，形成一个类似“箍带”的加强区，把坡脚部位箍住。“紧箍脚”除了为边坡提供主动抗力外，也起到了改善坡脚部位应力状态的作用，从而避免这一部位剪切和压剪破坏的出现。
7 结论
本文分析和总结了我国西南地区岩石高边坡的发育特征、演化的动力学过程和稳定性评价及控制原理，获得以下基本认识：
(1) 我国西部地区，尤其是环青藏高原的周边地带，由于独特的地域和地质环境条件，岩石高边坡具有边坡高陡、结构复杂、地应力量级高和复杂的变形破裂演化历史等突出特征。岩石高边坡的应力分布(从坡面水平向边坡内部)符合“驼峰”应力分布的特征，由应力降低区、应力增高区和原始应力区组成。复杂的变形破裂现象显示岩石高边坡的形成具有长期的演化过程。
(2) 岩石高边坡的稳定性是一个动态演化的地质历史过程，这个过程就是伴随时效变形的发生，边坡潜在滑动面不断的孕育、发展演化，最终进入累进性破坏而贯穿的过程。中国西部地区，尤其是环青藏高原的高山峡谷地区，伴随河谷下切或边坡
第27卷第8期黄润秋. 岩石高边坡发育的动力过程及其稳定性控制? 19 ?
开挖过程的应力释放，岩石高边坡演化的动力过程具有三个典型意义的阶段，即表生改造、时效变形和破坏发展。这三个阶段在河谷边坡的表现上具有垂直分带性，即从坡脚(或谷底)向边坡中部和上部，表生改造、时效变形和破坏发展三个阶段分别依次出现。每一个阶段代表了边坡稳定性的不同状态，具有显著的地质–力学含义。上述过程的发生和发展有其特定的地质规律和机制模式，查清并阐明岩石高边坡演化的机制模式对高边坡稳定性评价及防治工程决策具有重要的实际意义，也是后续工作的基础。
(3) 本文建立了西南地区典型高边坡变形破坏的地质–力学模型和大型滑坡的发生机制，包括具有代表意义的蠕滑–拉裂–剪段“三段式”机制、“挡墙溃决式”机制、“阶梯状”蠕滑–拉裂机制及高应力条件下的深部拉裂机制等，提出了相应的变形稳定性分析模式和灾害控制原则，为高边坡稳定性评价和灾害防治提供了基础。
(4) 岩石高边坡稳定性评价不仅是一个强度稳定性问题，也是一个变形稳定性问题，在岩石高边坡的稳定性评价中要贯彻变形稳定性评价的思想。岩石高边坡稳定性的控制，关键在于控制变形；变形控制住了，不具备进一步发展的条件了，潜在滑动面的演化就会在“孕育”或者“发展”阶段结束，从而进入不了最终的累进性破坏阶段。多年实践表明，传统的基于刚体极限平衡的边坡“强度稳定性”分析原理应用于西南地区的高边坡工程实践是存在局限的，应针对这一地区高边坡的实际，积极发展基于变形稳定性分析的稳定性评价理论和相应的灾害控制分析技术，并将两者有机结合，形成新一代的高边坡稳定性评价和设计理论。
(5) 从变形稳定性的角度出发，高边坡存在一个可以承受的“最大绝对变形量”，边坡在不同阶段的变形量相对于这个“最大绝对变形量”而言，就是边坡的变形稳定性程度。本文的工作发展了一套针对变形稳定性评价的高边坡变形破坏全过程模拟技术，从而为变形稳定性分析提供了方法手段。
(6) 从理论和实践上，对高边坡稳定性的控制应该在“时效变形”阶段完成，而且控制越早，越为有利。本文根据大量高边坡的实践，建议了高边坡变形控制的变形速率标准，提出了高边坡变形控制的工程原理、技术实现和经验原则。致谢本文工作是在作者所在研究集体长期配合和支持下完成的。作者感谢张倬元教授、王士天教授的具体指导；感谢刘汉超教授、严明教授、许模教授、许强教授、王运生教授等所开展的工作和对作者多年的支持；感谢国家自然科学基金委近20 a 来对作者工作给予的资助；感谢中国水电顾问集团成都勘测设计研究院、西北勘测设计研究院、昆明勘测设计研究院、华东勘测设计研究院、中南勘测设计研究院对作者工作的支持！
参考文献(References)：
[1]张倬元，王士天. 工程动力地质学[M]. 北京：中国工业出版社，
1964.(ZHANG Zhuoyuan，WANG Shitian. Dynamic engineering geology[M]. Beijing：China Industry Press，1964.(in Chinese)) [2]谷德振. 地质构造与工程建设[J]. 科学通报，1963，8(10)：23–
28.(GU Dezhen. Geotectonics and engineering construction[J].
Science Bulletin of China，1963，8(10)：23–28.(in Chinese))
[3]孙玉科. 岩质边坡稳定性的工程地质研究[J]. 地质科学，1965，
(4)：330–352. (SUN Yuke. Engineering geological study of rock
slopes[J]. Geology Science，1965，(4)：330–352.(in Chinese)) [4]谷德振. 岩体工程地质力学基础[M]. 北京：科学出版社，1979.(GU
Dezhen. Basis of rock mass engineering geomechanics[M]. Beijing：
Science Press，1979.(in Chinese))
[5]张倬元，王士天，王兰生. 工程地质分析原理[M]. 北京：地质出
版社，1981.(ZHANG Zhuoyuan，WANG Shitian，WANG Lansheng.
Principles of engineering geology[M]. Beijing：Geological Publishing
House，1981.(in Chinese))
[6]王思敬. 金川露天矿边坡变形机制及过程[J]. 岩土工程学报，
1982，4(3)：76–83.(WANG Sijing. On the mechanism and process of
slope deformation in an open pit mine[J]. Chinese Jounal of Geotechnical Engineering，1982，4(3)：76–83.(in Chinese))
[7]刘汉超. 黄河龙羊峡水电站近坝库岸查纳滑坡机制研究[硕士学位
论文][D]. 成都：成都地质学院，1982.(LIU Hancao. Mechanism study of Cha--na landslide near the dam site of Longyang hydropower station，Yellow River[M. S. Thesis][D]. Chengdu：
Chengdu College of Geology，1982.(in Chinese))
[8]HEOK J，BRAY W. 岩石边坡工程[M]. 卢世宗译. 北京：冶金工
业出版社，1981.(HEOK J，BRAY W. The rock slope engineering[M].
Translated by LU Shizong. Beijing：China Metallurgical Industry Press，1981.(in Chinese))
[9]张倬元，王士天，王兰生. 工程地质分析原理[M]. 2版. 北京：地
? 20 ? 岩石力学与工程学报 2008年
质出版社，1994.(ZHANG Zhuoyuan，WANG Shitian，WANG
Lansheng. Principles of engineering geology [M]. 2nd ed. Beijing：
Geological Publishing House，1994.(in Chinese))
[10]黄润秋，张倬元，王士天. 高边坡稳定性的系统工程地质研究[M].
成都：成都科技大学出版社，1991.(HUANG Runqiu，ZHANG
Zhuoyuan，WANG Shitian. Research on the system engineering geology for the stability of high slope[M]. Chengdu：Chengdu
University of Science and Technology Press，1991.(in Chinese)) [11]崔政权. 系统工程地质导论[M]. 北京：水利电力出版社，1992.
(CUI Zhengquan. An introduction to systems of engineering geology[M].
Beijing：China Water Power Press，1992.(in Chinese))
[12]黄润秋，许强. 工程地质广义系统科学理论及其工程应用[M].
北京：地质出版社，1997.(HUANG Runqiu，XU Qiang. Principles
and applications of general system science to engineering geology[M].
Beijing：Geological Publishing House，1997.(in Chinese))
[13]秦四清，张倬元，王士天，等. 非线性工程地质学导引[M]. 成都：
西南交通大学出版社，1993.(QIN Siqing，ZHANG Zhuoyuan，WANG
Shitian，et al. An introduction to nonlinear engineering geology[M].
Chengdu：Southwest Jiaotong University Press，1993.(in Chinese)) [14]殷跃平，张颖，康宏达. 链子崖危岩体稳定性分析及锚固工程
优化设计[J]. 岩土工程学报，2000，22(5)：599–603.(YIN Yueping，
ZHANG Ying，KANG Hongda. Stability analysis and optimal anchoring design on Lianziya dangerous rock mass[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2000，22(5)：599–603.(in
Chinese))
[15]哈秋聆，张永兴. 岩石边坡工程[M]. 重庆：重庆大学出版社，1995.
(HA Qiuling，ZHANG Yongxing. Rock slope engineering[M].
Chongqing：Chongqing University Press，1995.(in Chinese)) [16]朱维申，邱祥波，李树才，等. 损伤流变模型在三峡船闸高边坡稳定
分析的初步应用[J]. 岩石力学与工程学报，1997，16(5)：431–436.
(ZHU Weishen，QIU Xiangbo，LI Shucai，et al. Preliminary stability
analysis of high slope of the three gorges ship lock by damage
rheological model[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，1997，16(5)：431–436.(in Chinese))
[17]蒋忠信，曾令录，李安洪. 南昆铁路路基边坡工程技术研究[J]. 岩
石力学与工程学报，2002，21(9)：1 408–1 414.(JIANG Zhongxin，
ZENG Linglu，LI Anhong. Technical research on subgrade slope
engineering in construction of Nanning—Kunming Railway[J].
Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2002，21(9)：
1 408–1 414.(in Chinese))
[18]黄润秋，王士天，张倬元，等. 中国西南地壳浅表层动力学过程
与工程环境效应研究[M]. 成都：四川大学出版社，2002.(HUANG
Runqiu，WANG Shitian，ZHANG Zhuoyuan，et al. Epigentical process of the earth crust in southwestern china and engineering
environmental effects[M]. Chengdu：Sichuan University Press，2002.
(in Chinese))
[19]白世伟，李光煜. 二滩水电站岩体应力场的研究[J]. 岩石力学与工
程学报，1982，1(1)：35–40.(BAI Shiwei，LI Guangyu. Research on
stress field around dam area of Ertan hydropower station[J]. Chinese
Journal of Rock Mechanics and Engineering，1982，1(1)：35–40.(in
Chinese))
[20]黄润秋，王士天，张倬元. 大型高边坡应力场数值模拟分析的理
论与方法[J]. 地质灾害与环境保护，1990，1(1)：19–26.(HUANG
Runqiu，WANG Shitian，ZHANG Zhuoyuan. On the theory and methods of stress field numerical simulation of large high rock slopes[J]. Journal of Geological Hazards and Environment Preservation，
1990，1(2)：19–26.(in Chinese))
[21]黄润秋，王士天，胡卸文，等. 高拱坝坝基重大工程地质问题研
究[M]. 成都：西南交通大学出版社，1996.(HUANG Runqiu，
WANG Shitian，HU Xiewen，et al. Study on the main engineering
geological problems of Xiaowan high arch dam[M]. Chengdu：
Southwest Jiaotong University Press，1996.(in Chinese))
[22]黄润秋，林峰，陈德基，等. 岩质高边坡卸荷带形成及其工程
性状研究[J]. 工程地质学报，2001，9(3)：227–232.(HUANG
Runqiu，LIN Feng，CHEN Deji，et al. Formation mechanism of
unloading fracture zone of high slopes and its engineering behaviors[J]. Journal of Engineering Geology，2001，9(3)：227–232.
(in Chinese))
[23]张倬元，黄润秋. 坚硬火成岩岸坡岩体结构的表生改造与时效变
形[J]. 地质灾害与环境保护，1990，1(2)：7–14.(ZHANG Zhuoyuan，HUANG Runqiu. Epigenetic reformation and time-dependent
deformation of bank slope consisting of hard igneous rock[J]. Journal
of Geological Hazards and Environment Preservation，1990，1(2)：7–14.(in Chinese))
[24]黄润秋. 20世纪以来中国的大型滑坡及其发生机制[J]. 岩石力学
与工程学报，2007，26(3)：433–454.(HUANG Runqiu. Large-scale
landslides and their sliding mechanisms in China since the 20th century[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，
2007，26(3)：433–454.(in Chinese))
[25]王士天，严明，黄润秋. 金沙江向家坝水电站高边坡变形破坏
机制及稳定性评价[M]. 成都：成都科技大学出版社，1994.(WANG
Shitian，Y AN Ming，HUANG Runqiu. Deformation failure mechanism
and stability evaluation of high slope for Jinsha River Xiangjiaba
Hydropower Station[M]. Chengdu：Chengdu University of Science
and Technology Press，1994.(in Chinese))
[26]黄润秋，许强，陶连金，等. 地质灾害过程模拟与过程控制研
究[M]. 北京：科学出版社，2002.(HUANG Runqiu，XU Qiang，TAO
Lianjin，et al. Simulation and control of geohazards process[M].
边坡稳定性分析资料讲解
边坡稳定性分析
第9章边坡稳定性分析 学习指导：本章介绍了边坡的破坏类型，即：岩崩和岩滑；着重介绍了边坡稳定性分析与评价基本方法，包括圆弧法岩坡稳定分析、平面滑动法岩坡稳定分析、双平面滑动岩坡稳定分析、力多边形法岩坡稳定分析及近代理论计算法；介绍了岩坡处理的措施。 重点：1边坡的变形与破坏类型； 2影响边坡稳定性的因素； 3边坡稳定性分析与评价。 9.1 边坡的变形与破坏类型 9.1.1概述 随着社会进步及经济发展，越来越多地在工程活动中涉及边坡工程问题，通过长期的工程实践，工程地质工作者已对边坡工程形成了比较完善的理论体系，并通过理论对人类工程活动，进行有效地指导。近年来，随着环境保护意识的增加及国际减轻自然灾害十年来的开展，人类已认识到：边坡诞生不仅仅是其本身的历史发展，而是与人类活动密切相关；人类在进行生产建设的同时，必须顾及到边坡的环境效应，并且把人类的发展置于环境之中，因而相继开展了工程活动与地质环境相互作用研究领域，在这些领域中，边坡作为地质工程的分支之一，一直是人们研究的重点课题之一。 在水电、交通、采矿等诸多的领域，边坡工程都是整体工程不可分割的部分，为保证工程运行安全及节约经费，广大学者对边坡的演化规律、边坡稳定性及滑坡预测预报
等进行了广泛研究。然而，随着人类工程活动的规模扩大及经济建设的急剧发展，边坡工程中普遍出现了高陡边坡稳定性及大型灾害性滑坡预测问题。在我国，目前的露天采矿的人工边坡已高达300—500m,而水电 工程中遇到的天然边坡高度已达500—1000米，其中涉及的工程地质问题极为复杂，特别是在西南山区，边坡的变形、破坏极为普遍，滑坡灾害已成为一种常见的危害人民生命财产安全及工程正常运营的地质灾害。 因此，广大工程地质和岩石力学工作者对此问题进行了长期不懈的探索研究，取得了很大的进展；从初期的工程地质类比法、历史成因分析法等定性研究发展到极限平衡法、数值分析法等定量分析法，进而发展到系统分析法、可靠度方法灰色系统方法等不确定性方法，同时辅以物理模拟方法，并且诞生了工程地质力学理论、岩（土）体结构控制论等，这些无疑为边坡工程及滑坡预报研究奠定了坚实的基础，为人类工程建设做出了重大贡献。 在工程中常要遇到岩坡稳定的问题，例如在大坝施工过程中，坝肩开挖破坏了自然坡脚，使得岩体内部应力重新分布，常常发生岩坡的不稳定现象。又如在引水隧洞的进出口部位的边坡、溢洪道开挖的边坡、渠道的边坡以及公路、铁路、采矿工程等等都会遇到岩坡稳定的问题。如果岩坡由于力过大和强度过低，则它可以处于不稳定的状态，一部分岩体向下或向外坍滑，这一种现象叫做滑坡。滑坡造成危害很大，为此在施工前，必须做好稳定分析工作。 岩坡不同于一般土质边坡，其特点是岩体结构复杂、断层、节理、裂隙互相切割，块体极不规则，因此岩坡稳定有其独特的性质。它同岩体的结构、块体密度和强度、边坡坡度、高度、岩坡表面和顶部所受荷载，边坡的渗水性能，地下水位的高低等有关。 岩体内的结构面，尤其是软弱结构面的的存在，常常是岩坡不稳定的主要因素。大部分岩坡在丧失稳定性时的滑动面可能有三种。一种是沿着岩体软弱岩层滑动；另一种是沿着岩体中的结构面滑动；此外，当这两种软弱面不存在时，也可能在岩体中滑动，但主要的是前面两种情况较多。在进行岩坡分析时，应当特别注意结构面和软弱层的影
【精品】第9章边坡稳定性分析
第9章边坡稳定性分析 学习指导：本章介绍了边坡的破坏类型,即:岩崩和岩滑;着重介绍了边坡稳定性分析与评价基本方法,包括圆弧法岩坡稳定分析、平面滑动法岩坡稳定分析、双平面滑动岩坡稳定分析、力多边形法岩坡稳定分析及近代理论计算法；介绍了岩坡处理的措施。 重点：1边坡的变形与破坏类型； 2影响边坡稳定性的因素； 3边坡稳定性分析与评价. 9。1边坡的变形与破坏类型 9。1.1概述
随着社会进步及经济发展，越来越多地在工程活动中涉及边坡工程问题，通过长期的工程实践，工程地质工作者已对边坡工程形成了比较完善的理论体系,并通过理论对人类工程活动，进行有效地指导。近年来，随着环境保护意识的增加及国际减轻自然灾害十年来的开展，人类已认识到：边坡诞生不仅仅是其本身的历史发展，而是与人类活动密切相关；人类在进行生产建设的同时，必须顾及到边坡的环境效应，并且把人类的发展置于环境之中,因而相继开展了工程活动与地质环境相互作用研究领域，在这些领域中，边坡作为地质工程的分支之一，一直是人们研究的重点课题之一。 在水电、交通、采矿等诸多的领域，边坡工程都是整体工程不可分割的部分，为保证工程运行安全及节约经费，广大学者对边坡的演化规律、边坡稳定性及滑坡预测预报等进行了广泛研究。然而，随着人类工程活动的规模扩大及经济建设的急剧发展,边坡工程中普遍出现了高陡边坡稳定性及大型灾害性滑坡预测问题。在我国，目前的露天采矿的人工边
坡已高达300—500m，而水电工程中遇到的天然边坡高度已达500—1000米，其中涉及的工程地质问题极为复杂，特别是在西南山区，边坡的变形、破坏极为普遍,滑坡灾害已成为一种常见的危害人民生命财产安全及工程正常运营的地质灾害。
高边坡的防治
边坡是指线路近旁的天然斜坡或经过施工开挖形成的路堑斜坡、填筑形成的方坡等等。 一、边坡的变形特征 1、公路边坡是将地质体的一部分改造成人为工程设施，因此其稳定性取决于自然山坡的稳定状况(稳定、不稳定、极限平衡)、地质条件(地层岩性、地质构造、坡体结构、岩体结构、水文地质条件、风化程度等)和人为改造的程度(开挖深度、坡形、坡率等)。 2、人工边坡是对自然坡体的改造，改变了自然坡体的应力状态和地下水的渗流条件，而且是在短短几个月内改造完成的。自然坡体的应力调整有一个过程，强度低的软弱岩层调整较快，常在施工期就发生变形；强度高的坚硬岩层调整较慢，或可自身稳定，或在1～3年后发生变形。只有当人工边坡对其改变不大时，才可保持稳定，否则就会发生失稳，甚至引起自然坡体的破坏。 3、自然山坡和人工边坡都处在各种自然营力的作用之下，如阳光照射、降雨冲刷和下渗、风化和地震等。但人工边坡所造成的自然状态的改变使这种作用更强烈，如开挖暴露风化加剧、破坏植被地表水容易下渗、坡体松弛、爆破震动等都使边坡更容易发生变形。 4、自然条件千差万别，所以边坡设计也变得十分复杂，每个高边坡工点都需单独分析和计算，这也是目前高边坡设计尚无规范可循的原因。 二、高边坡形成的原因分析 （一）主观原因： 1、公路选线时对地质工作重视不够，没有将“地质选线”落实到实处，对已经存在的古老滑坡和潜在滑坡认识不足，将线路布设在这些地段，甚至大填、大挖，造成老滑坡复活或新生滑坡。 2、对高边坡的危害认识不够，强调节约工程投资，本来可以内移作隧道或外移作桥或半路半桥的，为节省投资而造成大挖方，结果造成高边坡变形破坏，有时其治理费用比桥、隧还多。 （二）客观方面： 1.山区公路（特别是高等级公路）对线形和道路走向有特定的要求，也不可能一味强求优良的工程地质条件，而回避不良地质、高边坡等岩土工程问题，因此就不可避免的在近于极限平衡的天然山坡上或其内开拓修建。
预应力锚索在高边坡病害治理中的应用
预应力锚索在高边坡病害治理中的应用 中铁十六局集团第五工程有限公司张振宇 摘要本文介绍了预应力锚索在福宁高速公路某边坡病害处治中的应用，取得了良好的加固效果，减少了土石方开挖量。同时介绍了预应力锚索的施工工艺及机具材料，以及施工中所遇到的困难及处理措施，为今后类似工程的施工提供借鉴。 关键词预应力锚索边坡病害处治应用 1概述 福宁高速公路A15-2标段K102+720-K102+900段右侧为高边坡路堑，设计边坡最高为50余米，坡长180m，工点附近属丘陵剥蚀地貌，地形陡峭，路堑穿过的山体平均坡度大于25°，海拔标高90～130m。 该处施工图设计路堑各级边坡坡率自下而上分别为：1：0.25、1：0.5、1：0.5、1：0.5、1：0.75边坡防护形式分别为：1～3级边坡系统锚杆加挂网喷砼，4～5级边坡变截面护面墙壁，6级边坡等截面护面墙壁。施工方法为：清除表层植被，设置坡顶截水沟后自上而下逐级开挖。当挖至第二级边坡后，于2000年10月12日坡顶出现裂缝，随即该处停止施工。10月25日，K102+740-K102+770段第五级边坡垮塌，此后坡顶裂缝发展较快，缝宽由最初的1～2cm，逐渐变至10～20cm。10月23日后裂缝进一步发展，最大缝宽达50cm，并于10月28日自坡顶裂缝处滑塌下来。随后，中交第二勘察设计院会同业主、施工、监理单位进行实地调查，分析病害产生原因，制定治理方案。2病害治理方案确定 2．1原因分析 由于原设计在该处无钻探地质资料，因此首先在该处进行地质补探和详细
的地质勘察，勘察结果显示该处地层主要有第四系残坡积层（厚度2～5m，最大8m）和南园组晶凝灰岩组成，风化强烈，地表以出露强风化层为主，强风化层厚度5～11m，且风化差异突出，岩性软弱相间。弱风化层厚度较大，且裂隙发育，裂隙切割岩石呈碎石状、碎块状，完整性差；测区内构造发育，以裂隙密集带的形式产出，部分张开，为粘土填充，频率5条/米，节理切割岩石呈破碎石状，非常不利于边坡稳定。 通过以上地质资料及施工现状分析，病害产生主要原因有以下风点： A、地区地质基础脆弱，并有历史病害遗迹。 B、边坡开挖高陡临空，造成坡体卸荷，原始的极限平衡被破坏，坡脚应力集中发展，超过坡脚岩土的承载能力失稳。 C、区内裂隙发育，在较弱下部支撑被卸载的情况下，残坡积层在自重作用下快速变形积聚发展，从而沿着原始软弱结构面下滑所致。 2．2治理方案 2．2．1方案确定 通过以上原因分析，对于破碎岩石高边坡病害，应以防止或有效地控制坡体应力松弛、加固不利结构面组合变形和破坏为主，进行综合治理，因此对该处确定采用适量刷方放缓边坡和预应力锚索防滑加固和处理方案。地层和地表水采用深孔相结合的排水方法，地层裂隙发育处采用注浆加固和孔隙封闭的方法。 2．2．2改坡刷方 对已发生边坡滑坡破碎体，予以清除或大部分清除，滑坡后壁按左右两侧坡级刷方顺接。放坡后最高处形成九级边坡，边坡高度达80m，坡率自下而上，
公路工程高边坡常见防治措施总结,超全面!
公路工程高边坡常见防治措施总结,超全面！ 边坡是指线路近旁的天然斜坡或经过施工开挖形成的路堑斜坡、填筑形成的方坡等等。高 边坡灾害是我们道路工程中危害较大的一个地方，所以今天小编特意过来和大家分享分享 高边坡的防治技术都有哪些。 一、边坡的变形特征 1、公路边坡是将地质体的一部分改造成人为工程设施，因此其稳定性取决于自然山坡的 稳定状况(稳定、不稳定、极限平衡)、地质条件(地层岩性、地质构造、坡体结构、岩体结构、水文地质条件、风化程度等)和人为改造的程度(开挖深度、坡形、坡率等)。 2、人工边坡是对自然坡体的改造，改变了自然坡体的应力状态和地下水的渗流条件，而 且是在短短几个月内改造完成的。自然坡体的应力调整有一个过程，强度低的软弱岩层调 整较快，常在施工期就发生变形；强度高的坚硬岩层调整较慢，或可自身稳定，或在1～ 3年后发生变形。只有当人工边坡对其改变不大时，才可保持稳定，否则就会发生失稳， 甚至引起自然坡体的破坏。 3、自然山坡和人工边坡都处在各种自然营力的作用之下，如阳光照射、降雨冲刷和下渗、风化和地震等。但人工边坡所造成的自然状态的改变使这种作用更强烈，如开挖暴露风化 加剧、破坏植被地表水容易下渗、坡体松弛、爆破震动等都使边坡更容易发生变形。 4、自然条件千差万别，所以边坡设计也变得十分复杂，每个高边坡工点都需单独分析和 计算，这也是目前高边坡设计尚无规范可循的原因。 二、高边坡形成的原因分析 （一）主观原因： 1、公路选线时对地质工作重视不够，没有将“地质选线”落实到实处，对已经存在的古老 滑坡和潜在滑坡认识不足，将线路布设在这些地段，甚至大填、大挖，造成老滑坡复活或 新生滑坡。 2、对高边坡的危害认识不够，强调节约工程投资，本来可以内移作隧道或外移作桥或半 路半桥的，为节省投资而造成大挖方，结果造成高边坡变形破坏，有时其治理费用比桥、 隧还多。 （二）客观方面： 1.山区公路（特别是高等级公路）对线形和道路走向有特定的要求，也不可能一味强求优 良的工程地质条件，而回避不良地质、高边坡等岩土工程问题，因此就不可避免的在近于 极限平衡的天然山坡上或其内开拓修建。
高边坡岩土工程设计探讨 郭继东
高边坡岩土工程设计探讨郭继东 发表时间：2019-08-02T10:17:20.360Z 来源：《基层建设》2019年第9期作者：郭继东 [导读] 摘要：近年来，我国的岩土工程建设有了很大进展，高边坡岩土工程设计也越来越受到重视。 四川省蜀通岩土工程公司四川成都 610084 摘要：近年来，我国的岩土工程建设有了很大进展，高边坡岩土工程设计也越来越受到重视。在工程建设过程中，所形成的高边坡很容易发生严重的滑坡等安全事故，给周围的人们造成巨大的安全威胁。因此必须重视高边坡岩土工程设计，减少高边坡引发的岩土工程问题。本文简单阐述了高边坡岩土工程的设计要点，并结合实例分析了具体的设计策略，为相关工作者提供参考借鉴。 关键词：高边坡；岩土工程；设计分析 引言 在边坡治理过程中，需要对岩土工程勘察进行重点治理，避免边坡失稳的情况出现。一旦出现这类问题会造成十分严重的后果。能够导致矿山边坡出现问题的因素有很多，近年来，相关工作者针对这一问题进行研究。获取一定范围内岩土工程勘察技术的相关数据与信息，使边坡处理工作能够顺利进行，对岩土工程勘察在边坡治理中的重要性展开论述和研究，为今后的边坡治理和建筑工程提供有效依据。 1高边坡工程岩土勘察概述 高边坡是指土质边坡高度大于20m、小于100m或者岩质边坡高度大于30m、小于100m的边坡，其边坡高度因素将对边坡稳定性产生重要作用和影响，且边坡稳定性分析和防护加固工程设计应进行个别或特别设计计算，这样的边坡统称为称为高边坡。以黔西至大方高速公路东关至清丰段公路为例，高边坡为K53+275～K53+760右侧高挖方边坡，其全长为485m，右边坡最高约为54．0m，最高为六级坡。岩土勘探过程不会影响到当地地质的构造，对工程实际建设不会造成影响。岩土勘探相关数据生成能够直接影响到工程建设质量，所以岩土工程勘探对高边坡工程存在非常重要的作用。在高边坡开展以前一定要展开勘探工作，同时在高边坡处理过程中，要对高边坡会发生的状况进行深入分析。对高边坡所处的位置进行地质构造，地层岩石稳定性、地貌特征等多方面全方位了解，然后对其可能会发生的灾害进行相关性评估，对整个工程全方位掌握后，在此基础上跟据现实情况有针对性制定有效的加固处理方案。由此可知，高边坡工程建设进行岩土工程勘探是非常有必要性的一项措施。在高边坡工程中有很多特殊的情况发生，在进行勘探时就需要因地制宜。为了能够顺利的完成勘探工作，需要相关工作人员熟练掌握岩土工程勘探技术，并对相关技术可以进行灵活变通，创造出适应新环境新条件的方法，最后丰富我国工程建设方法。 2高边坡岩土工程设计要点 2.1裂隙发育高边坡 对于裂隙发育的高边坡，如果采用喷射混凝土护面设计，高边坡外观和城市的绿化环境存在不协调的问题，因此一般不采用喷射混凝土护面设计。此外，对于此类高边坡，地下水很容易利用岩体间的裂隙入渗，在水头的作用下，地下水在入渗过程中带走的细小颗粒越来越多，导致高边坡的空隙也越来越多。最终可能导致喷射混凝土与高边坡坡面产生脱离，导致其防护作用失效。 2.2边坡支护设计的计算 在采用格构式锚杆挡土墙逆作法施工时，通常分层施工，每层锚杆张拉后再开挖下层土方、施工下一层锚杆、腰梁等，这样做竖向格构梁的钢筋连接相当困难，施工中往往很难做到。工程实践中经常采用的作法如下：边坡按8~12m的竖向间距分为数级，每级之间设置平台，施工时以级为单位，各级边坡成型后整级施工锚杆，锚杆完工后整级施工格构梁，然后再整级张拉锚杆。 2.3高边坡岩土工程的动态设计 在岩土工程设计过程中，很难一次性的全面掌握岩土的具体参数，导致岩土工程设计只能根据现有的资料进行定量进行估算。因此，应结合信息化施工，对高边坡岩土工程进行动态设计。尤其是坡度较为陡峭的区域，地质结构相对不稳定，可能时刻存在着变化，而简单的勘察和地质测绘并不能完全的反应该区域的地质情况、岩土体特点等，只有对边坡进行开挖才能清楚的掌握高边坡的实际情况。 2.4岩质高边坡的坡率 对于地质结构正在发育的地区，或者是岩层属于顺层的区域，一般都会选择坡度较大的边坡。沿岩表面长时间在外界环境中容易出风化的现象，而且在外界环境的影响下，容易出现滑坡的现象，特别是边坡的岩土是性质比较特殊的岩石时，在雨水较大的情况下，边坡裂缝中的填充物就会顺势滑动，岩土层在这种作用力的影响下就会出现下滑的现象，为了避免这种现象，就一定要选择坡度较大的边坡。 3探究岩土工程勘察在边坡治理中的重要应用措施 3.1不同勘查阶段的应用 岩土工程勘察工作可分为简单勘察与细致勘察两个阶段。简单勘察是以一定矿山区域范围内岩土相关资料为依据，进行分析，这种勘察方式准确性较低，虽然可以得出初步的结论，但不能作为边坡处理的依据。简单勘察为下一步的勘察工作打下基础，保证细致勘察工作的顺利进行。细致勘察对于一些地质结构较为复杂的地区有较好的勘察效果，能够对边坡进行更加严格与准确的分析。通过这种方式工作人员能够更好的对边坡情况进行了解，方便处理。简单勘察与细致勘察两种结论结合在一起，就能够得出边坡的具体处理方法，使相关工作有据可循。 3.2地质勘察 开展地质勘察，其主要是分析研究地层，对地层产生的条件进行深入分析，还有需要对地层分界线明确，地下水分布了解全面以及地质中含水量进行全面评估。在地质勘探过程中，需要明确勘察位置，同时确保数据勘察准确。从这些数据中挖掘有效的勘察方法。然后在各种勘察方法中进行比较分析形成适合当地工程建设的新方法，那么，在这些勘察过程中需要规范相关勘察程序，不能脱离实际情况。首先，要明确划分高边坡距离，然后分为同等的片段，在这些片段中找到比较有代表性的片段，对其开展断面工作处理和勘察。在选取的断面进行勘察时如果出现不符合要求的因素时，需要重新选取其他断面。通常情况，需要有三个以上的地点设置，开展分析工作。其次，勘察模式选择时，通常是对地层进行钻孔来进行，然后再和物探及坑槽有效结合起来对地质状况进行全面评估。如果说高边坡存在坡度大和危险系数高等情况，就要对地面深孔的位置从新移动并开展测量工作，同时严格按照工程要求监督。最后，工程勘察还需要对岩体、水体、土体合理选择，保证他们在接下来都有明显的研究价值，这样收集到的数据才能为工程施工所用。
岩石边坡稳定性分析方法_贾东远
文章编号:1001-831X(2004)02-0250-06 岩石边坡稳定性分析方法 贾东远1,2,阴 可1,李艳华3 (1.重庆大学土木工程学院,重庆 400045;2.秦皇岛市建筑设计院,河北秦皇岛 066001; 3.河北农经学院工业工程系,河北廊坊 065000) 摘 要:通过综述岩石边坡稳定性分析方法及其研究的一些新近展,并具体从极限平衡法、数值计算方法、流变分析、动力分析等方面进行详细论述,对岩石边坡稳定性分析中涉及到的岩体参数取值、计算模型、各种方法的优缺点等方面进行了探讨,最后提出对岩石边坡稳定性分析的建议。 关键词:岩石边坡;稳定性;极限平衡;数值计算 中图分类号:TU457 文献标识码:A 前言 岩石边坡稳定性分析一直是岩土工程中重要的研究内容。在我国基本建设中,特别是三峡工程及西部大开发,出现了许多岩石边坡工程,如三峡船闸高边坡、链子崖危岩体以及由于移民迁建用地、城市建设用地形成的边坡等等。在解决这些复杂的岩石边坡问题的过程中,大大促进了岩石边坡稳定性分析方法的发展。随着人们对岩石边坡认识的不断深入以及计算机技术的发展,岩石边坡稳定性分析方法近年来发展很快,取得了一系列研究成果,现分别对其中主要的研究方向和成果作简要介绍并分析各自特点和适用条件,为岩石边坡稳定性分析的工程应用和理论研究提供参考意见。 1 岩体参数及计算模型 极限平衡、数值计算等计算方法在岩石边坡稳定性分析中得到广泛应用,其中如何选择计算所需的工程岩体力学参数成为关键的问题。对于重大工程,可通过现场大型岩体原位试验取得岩体力学参数,但由于时间和资金限制,原位试验不可能大量进行,因而该方法仍有一定的局限性。另外,选取岩性特别均匀的试样几乎是不可能的,多数情况下,是用经验公式来确定岩体抗剪强度参数。但是,经验公式是以一定数量的室内和现场实验资料为依据,通过回归分析求出的,而未能把较多的地质描述引入其中。各个经验公式计算同一岩体的参数时,普遍存在因经验程度不同而确定出的抗剪强度相差较大。由于这些原因,许多文献提出了用其它方法来确定岩体的抗剪强度参数[1-4]。其中张全恒(1992)[1]讨论了确定岩体结构面抗剪强度参数常规方法存在的问题,提出了经验公式和实验相结合的试件法;何满潮(2001)[2]根据工程岩体的连续性理论,提出了根据室内完整岩块试验参数,结合野外工程岩体结构特点进行计算机数值模拟试验,从而确定工程岩体力学参数的方法;周维垣(1992)[3]提出确定节理岩体力学参数的计算机模拟试验法,该方法基于节理裂隙岩体的野外勘察资料,建立岩体损伤断裂模型,在计算机上模拟试验过程,获得所需数据;杨强等(2002)[4]在样本有限的情况下,采用可靠度理论,求出某保证率下的岩体抗剪强度值。 岩体作为复杂的地质体,其力学特性是多种因素共同作用的结果,如形成过程、地质环境和工程环境等。为了能将所有控制因素作为一个整体来考虑,而不仅局限于定量因素,许多文献利用人工 第24卷 第2期2004年6月 地 下 空 间 UNDERGROUND SPACE Vol.24 No.2 Jun.2004 收稿日期:2003-12-11(修改稿) 作者简介:贾东远(1975-),男,河北唐山人,硕士,主要从事岩土工程设计、检测方面的工作。
边坡稳定性计算说明
边坡稳定性计算 一、编制依据 为保证挖方施工安全，施工现场做到“安全、文明”，满足施工进度要求，以下列法律、法规、标准、规范、规程、相关文件为强制性前提，进行边坡稳定性计算。 1、现有施工图设计； 2、《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）； 3、《路桥施工计算手册》（人民交通出版社）； 4、《土力学与地基基础》； 二、工程概况及地质情况 岢岚至临县高速公路是《山西省高速公路网规划》“3纵11横11环”中西纵高速公路的重要组成部分，也是山西省西部把第四横（保德-五台长城岭）和第五横（平定杨树庄—佳县）高速公路窜连起来的重要路段。 项目区路线走廊带地形起伏极大，总体地势为东北高西南低，地貌主体为隆起的基岩中山与黄土梁峁，部分区域为海拔较低的河流沟谷及冲沟，。受构造活动和水流侵蚀作用的影响，本区地形切割剧烈，河谷发育，沟壑纵横，依据地貌成因类型及其显示特征，将本区划分为黄土丘陵区、侵蚀堆积河川宽谷区、山岭区、黄土覆盖中低山区四个地貌单元，岩性主要为第四系冲、坡积及风积粉土及粉质粘土等。 三、计算 本项目地形复杂，涵洞、桩基及路基施工作业面比较多。根据挖方路段在全线的分布情，选择有代表性路段进行分析计算。由于项目地质挖方为风积粉土及粉质粘土，是典型的黄土地貌。根据施工图纸给出的计算参数，对于黄土挖方路段，拟定边坡参数γ=19g/cm3，C=40 Kpa，φ=29°，采用瑞典条分法进行计算，稳定安全系数达到1.2以上。 3.1 瑞典条分法原理 如图所示边坡，瑞典条分法假定可能滑动面是一圆弧AD，不考虑条块两侧的作用力，即假设Ei和Xi的合力等于Ei+1和Xi+1的合力，同时它们的作用线
高边坡专项施工方案(正式)
编订：__________________ 单位：__________________ 时间：__________________ 高边坡专项施工方案(正 式) Deploy The Objectives, Requirements And Methods To Make The Personnel In The Organization Operate According To The Established Standards And Reach The Expected Level. Word格式 / 完整 / 可编辑
文件编号：KG-AO-1772-42 高边坡专项施工方案(正式) 使用备注：本文档可用在日常工作场景，通过对目的、要求、方式、方法、进度等进行 具体、周密的部署，从而使得组织内人员按照既定标准、规范的要求进行操作，使日常 工作或活动达到预期的水平。下载后就可自由编辑。 一、编制依据 1.1《铁路隧道工程施工安全技术规程》（J947-2009）。 1.2湘桂铁路扩改工程柳南段Ⅳ标相关设计文件、图纸。 1.3国家和铁道部颁布的现行技术标准、施工规范、工程质量检验评定标准及相关文件。 1.4湘桂铁路扩改工程柳南段采用的通用图、标准图、定型图。 二、安全专项施工措施 2.1石方爆破作业以及爆破器材的管理、运输、使用等工作必须遵守国家现行的有关规范、规定。 2.2必须严格遵守国家现行的《爆破安全规程》，主动接受当地公安部门的监督管理。
2.3施工机械作业时，除按规范操作外并应按事先设计的行走路线进行，其工作位置应平坦稳固，并应有专人指挥，指挥人员不得进入机械作业范围内。 2.4挖方高边坡实行“随开挖、随加固、随保护”，施工时严格按照设计方案进行施工。 2.5高边坡施工人员必须带好安全帽，系好安全带，绑挂安全带的绳索牢固地拴在可靠的安全桩上，绳索应垂直，不得在同一个安全桩拴2根及以上安全绳上拴2人以上。 2.6高边坡施工应设置安全通道；开挖工作面应与装运作业面相互错开，严禁上、下交叉作业，边坡上方有人工作时，边坡下方不准有人停留或通行。 2.7清理边坡上突出的石块和整修边坡时，应从上而下顺序进行，坡面上的松动土、石块必须及时清除，严禁在危石下方作业，休息和存放机具。 2.8施工中如发现山体有滑动、崩塌迹象危及施工安全时，应立即停止施工，撤出人员和机具，并报告监理办和指挥部处理。
边坡稳定计算
附件四：边坡稳定性计算书 1、汽机房区域边坡稳定性计算书（适用于基坑基底标高为-7.00m~-9.00m）H=8.5m 天然放坡支护 ---------------------------------------------------------------------- [ 基本信息 ] ---------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------- [ 放坡信息 ] ---------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------- [ 超载信息 ] ----------------------------------------------------------------------
---------------------------------------------------------------------- [ 土层信息 ] ---------------------------------------------------------------------- [ 土层参数 ] ---------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------- [ 整体稳定验算 ] ---------------------------------------------------------------------- 天然放坡计算条件: 计算方法：瑞典条分法 应力状态：总应力法 基坑底面以下的截止计算深度: 0.00m 基坑底面以下滑裂面搜索步长: 5.00m 条分法中的土条宽度: 1.00m 天然放坡计算结果:
岩石路堑边坡稳定性分析
岩石路堑边坡稳定性分析 [摘要]本文主要阐述了影响岩石路堑边稳定性的主要因素，并且简要说明了岩石路堑边稳定性的分析方法，最后向大家介绍了，堑边路面稳定性的防治措施。 【关键词】堑边路面稳定性；分析方法；防治措施 1、影响岩石路堑边坡稳定性的主要因素 1.1岩石构造和地质类型 影响边坡稳定性的因素主要有地理因素和工程因素。地理因素包括岩石的结构密度，地貌特征等等因素。而工程因素主要包括人为因素，工程损伤和地震等不可预计的事件。在地理因素之中，岩性对边坡的稳定及其边坡的坡高和坡角起重要的控制作用。坚硬的岩石如花岗岩、石灰岩等可以形成非常稳定的堑边坡。而在淤泥集中的路段，由于淤泥的流动性非常强，几乎难以形成坚固的边坡。 不同的岩是层组成的边坡，其变形破坏的程度也有着很大的不同，以黄土地区为例，边坡的变形破坏形式以滑坡为主，而在花岗岩、厚层石灰岩、沙岩地区则以崩塌为主。在碎屑岩以及松散土层的地区，容易产生碎屑流或者泥石流等自然灾害。在区域构造比较复杂，褶皱比较强烈，新构造运动比较活动的地区，边坡稳定性差。断层带岩石破碎，风化严重，又是地下水最丰富和活动的地区极易发生滑坡。岩层结构的形状对边坡稳定也有很大影响，水平岩层的边坡稳定性较稳定，不过却存在陡倾的节理裂隙，则易形成崩塌和剥落。同向缓倾的岩质边坡的稳定性比反向倾斜的差。同向陡倾层状结构的边坡，一般稳定性较好，但由于是由薄层或软硬岩层的岩石组成，可能因蠕变而产生挠曲弯折或倾倒。比较稳定的山坡上反向倾斜的类型，但垂直层面走向的山坡则易产生切层滑坡[1]。 1.2影响堑边坡稳定性中水的作用 地表水和地下水是影响边坡稳定性的重要因素。不少滑动都是由于水的流动而引起的。处于水下的透水边坡将承受水的浮托力的作用，而不透水的边坡，将承受静水压力；充水的张开裂隙将承受裂隙水静水压力的作用；地下水的渗流，将对边坡岩体产生动水压力；水对边坡岩体还产生软化或泥化作用，使岩土体的抗剪强度大为降低；地表水的冲刷，地下水的溶蚀和潜蚀也直接对边坡产生破坏作用。此外，工程荷载、地震、爆破等因素对边坡稳定性也会产生很大的影响。 2、岩石路堑边的破坏类型及稳定性的分析方法 2.1岩石路堑边的破坏类型 岩坡的破坏类型分为平面滑动和楔形滑动以及旋转滑动三种。从形态上看来
高边坡施工及验收标准.(DOC)
高边坡施工工艺流程及验收标准 编制： _______________ 审核： _______________ 部门： _______________
2013年月日 编制说明 为了加强我公司高边坡支护工程的施工管理，提高施工质量，参照《建筑桩基技术规范》(JGJ94-94)《建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120-99)、《建筑边坡工程技术规范》(GB50330-2002)等相关规定，结合施工现场的实际情况，由工程中心综合管理二部编制《高边坡施工工艺流程及验收标准》，用以指导边坡支护工程施工作业。施工中各工序均应坚持材料报验及工序报验的原则，严格检查各工序是否符合设计及施工规范的要求，从而保证整个边坡支护工程的施工质量，确保边坡的稳定。
目录 一、边坡支护类型 (1) 二、施工工艺 (1) 1、格构梁锚索施工工艺 (1) 2、抗滑桩锚索施工工艺 (2) 3、锚喷支护施工工艺 (3) 三、质量验收标准及要求 (3) 1、锚索（杆）成孔 (3) 2、锚索（杆）制安 (4) 3、锚索（杆）灌浆 (4) 4、锚索张拉 (5) 5、锚索封锚 (5) 6、挂网喷射砼 (5) 7、抗滑桩 (6) 8、格构梁 (7) 四、质量保证措施 (7) 五、施工中应注意事项 (8) 1、锚索成孔 (8) 2、锚索安装 (8) 3、锚索灌浆 (8) 4、锚索张拉 (9) 六、附图........................... 11 一、边坡支护类型 常见的边坡支护类型有：重力式挡墙、扶壁式挡墙、悬臂式支护、
格构梁锚索支护、抗滑桩锚索支护、锚喷支护、坡率法。在贵阳地区， 常见的高边坡支护类型为：格构梁锚索支护、抗滑桩锚索支护及锚喷支护。 二、施工工艺 1、格构梁锚索施工工艺 格构梁锚索的施工，分四步进行：⑴坡面的挂网喷浆；⑵锚索的成孔、安装、灌浆；⑶格构梁的施工；⑷锚索张拉、封锚。为了确保施工质量，各工序均应坚持材料及工序报验的原则，相关要求如下（施工工艺流程图详见图一）： ⑴施工前，须完成钢筋、砂、石、水泥等原材料送检及相关砼、砂浆的配合比； ⑵进行坡面修整，将坡面松散土石、凹凸不平处进行修整，设置泄水孔； ⑶喷射第一层砼，厚度不小于2.5cm （保证钢筋网片的保护层厚度）； ⑷按照设计及施工规范要求进行钢筋网片的制安； ⑸喷射第二层砼，累计喷射厚度须满足设计要求； ⑹按照施工方案搭设脚手架； ⑺钻机就位，锚索成孔后，立即制作锚索，安装锚索，灌浆； ⑻格构梁钢筋、模板及砼的施工； ⑼锚索张拉前先进行锚具、夹片的检测，合格后，再进行锚垫板及锚具的安装； ⑽油表及千斤顶校核后，方可进行锚索的张拉。
边坡稳定性分析
边坡稳定性分析 内容摘要 目前，边坡失稳的防治仍然是一项很艰巨的任务，对边坡的稳定性分析及处治技术进行深入研究具有重要的意义。论文首先简要阐述了边坡工程稳定性分析及处治技术研究的意义，介绍了边坡工程稳定性分析的一些常用方法，并结合笔者的实践经验，提出了边坡工程处治对策。 边坡稳定分析是岩土工程中的重要研究课题。边坡稳定性分析的观点变化是随着人类理论方面的突破和实践经验的积累而变化的。总的来说,边坡稳定性分析是一个逐步由定性分析向定量、半定量分析发展的过程,并且可视化程度越来越高。文章从定性分析、定量分析、不确定分析等角度介绍了几种主要的边坡稳定性分析方法 关键词：边坡；边坡稳定性；边坡失稳；稳定性分析；处治对策 1
边坡稳定性分析 目录 内容摘要 (1) 1绪论 (4) 1.1 边坡稳定性概念 (4) 1.1.1 边坡体自身材料的物理力学性质 (4) 1.1.2 边坡的形状和尺寸 (5) 1.1.3 边坡的工作条件 (5) 1.1.4 边坡的加固措施 (5) 1.2 边坡的稳定性表示方法 (5) 1.3 边坡破坏 (6) 2 边坡的分类 (6) 3 边坡稳定性的影响因素 (7) 3.1 潜在影响因素 (7) 3.1.1 地形因素 (7) 3.1.2 地质材料因素 (7) 3.1.3 地质构造因素 (8) 3.2 诱发影响因素 (8) 3.2.1 环境因素 (8) 3.2.2 人为因素 (9) 4 边坡稳定性的分析方法 (10) 4.1 定性分析方法 (10) 4.1.1 工程地质类比法 (10) 4.1.2 地质分析法(历史成因分析法) (10) 4.1.3 图解法 (10) 4.1.4 边坡的分析数据库和专家系统 (11) 4.2 定量分析方法 (11) 4.2.1 极限平衡法 (11) 2
边坡稳定性计算方法11111
一、边坡稳定性计算方法 在边坡稳定计算方法中，通常采用整体的极限平衡方法来进行分析。根据边坡不同破裂面形状而有不同的分析模式。边坡失稳的破裂面形状按土质和成因不同而不同，粗粒土或砂性土的破裂面多呈直线形；细粒土或粘性土的破裂面多为圆弧形；滑坡的滑动面为不规则的折线或圆弧状。这里将主要介绍边坡稳定性分析的基本原理以及在某些边界条件下边坡稳定的计算理论和方法。 （一）直线破裂面法 所谓直线破裂面是指边坡破坏时其破裂面近似平面，在断面近似直线。为了简 化计算这类边坡稳定性分析采用直线破裂面法。能形成直线破裂面的土类包括：均质砂 性土坡；透水的砂、砾、碎石土；主要由内摩擦角控制强度的填土。 图 9 － 1 为一砂性边坡示意图，坡高 H ，坡角β，土的容重为γ，抗 剪度指标为c、φ。如果倾角α的平面AC面为土坡破坏时的滑动面，则可分析 该滑动体的稳定性。 沿边坡长度方向截取一个单位长度作为平面问题分析。 图9-1 砂性边坡受力示意图已知滑体ABC重 W，滑面的倾角为α，显然，滑面 AC上由滑体的重量W= γ（Δ ABC）产生的下滑力T和由土的抗剪强度产生的抗滑力Tˊ分别为： T=W · sina 和 则此时边坡的稳定程度或安全系数可用抗滑力与下滑力来表示，即 为了保证土坡的稳定性，安全系数F s 值一般不小于 1.25 ，特殊情况下可允许减小到 1.15 。对于C=0 的砂性土坡或是指边坡，其安全系数表达式则变为 从上式可以看出，当α =β时，F s 值最小，说明边坡表面一层土最容易滑动，这时
当 F s =1时，β=φ，表明边坡处于极限平衡状态。此时β角称为休止角，也称安息角。 此外，山区顺层滑坡或坡积层沿着基岩面滑动现象一般也属于平面滑动类型。这类滑坡滑动面的深度与长度之比往往很小。当深长比小 于 0.1时，可以把它当作一个无限边坡进行分析。 图 9-2表示一无限边坡示意图，滑动面位置在坡面下H深度处。取一单位长度的滑动土条 进行分析，作用在滑动面上的剪应力为,在极限平衡状态时，破坏面上的 剪应力等于土的抗剪强度，即 得 式中N s =c/ γ H 称为稳定系数。通过稳定因数可以确定α和φ关系。当c=0 时，即无粘性 土。α =φ，与前述分析相同。 二圆弧条法 根据大量的观测表明，粘性土自然山坡、人工填筑或开挖的边坡在破坏时，破裂面的形状多呈近似的圆弧状。粘性土的抗剪强度包括摩擦强度和粘聚强度两个组成部分。由于粘聚力的存在，粘性土边坡不会像无粘性土坡一样沿坡面表面滑动。根据土体极限平衡理论，可以导出均质粘这坡的滑动面为对数螺线曲面，形状近似于圆柱面。因此，在工程设计中常假定滑动面为圆弧面。建立在这一假定上稳定分析方法称为圆弧滑动法和圆弧条分法。 1. 圆弧滑动法 1915 年瑞典彼得森（ K.E.Petterson ）用圆弧滑动法分析边坡的稳定性，以后该法在各国得到广泛应用，称为瑞典圆弧法。 图 9 － 3 表示一均质的粘性土坡。AC 为可能的滑动面，O为圆心，R 为半径。假定 边坡破坏时，滑体ABC在自重W 作用下，沿AC绕O 点整体转动。滑动面 AC 上的力 系有：促使边坡滑动的滑动力矩 M s =W · d ；抵抗边坡滑动的抗滑力矩，它应该包括由 粘聚力产生的抗滑力矩M r =c ·AC · R ，此外还应有由摩擦力所产生的抗滑力矩，这里 假定φ＝ 0 。边坡沿AC的安全系数F s 用作用在 AC面上的抗滑力矩和下滑力矩之比表 示，因此有 这就是整体圆弧滑动计算边坡稳定的公式，它只适用于φ＝ 0 的情况。 图9-3 边坡整体滑动 2. 瑞典条分法 前述圆弧滑动法中没有考虑滑面上摩擦力的作用，这是由于摩擦力在滑面的不同位置其方向和大小都在改变。为了将圆弧滑动法应用于φ＞ 0 的粘性土，在圆弧法分析粘性土坡稳定性的基础上，瑞典学者 Fellenius 提出了圆弧条分析法，也称瑞典条分法。条会法就是将滑动土体竖向分成若干土条，把土条当成刚塑体，分别求作用于各土条上的力对圆心的滑动力矩和抗滑力矩，然后按式（ 9-5 ）求土坡的稳定安全系数。 采用分条法计算边坡的安全系数F ，如图 9 － 4 所示，将滑动土体分成若干土条。土条的宽度越小，计算精度越高，为了避免计算过于繁
高边坡方案(专家论证)
目录 一、工程情况????????????????????..2 二、编制依据????????????????????..7 三、施工计划????????????????????. 9 四、施工工艺技术??????????????????.12 五、施工安全保证措施????????????????.20 六、施工质量保证措施????????????????.40 七、劳动力计划???????????????????.44 八、附图： 1，高边坡临时放坡放阶示意图 2，截水沟、栏杆布置图
一、工程情况 1 ，工程概况重庆市巴南区长江木洞镇防洪护岸综合整治工程从长江右岸上游温家沱开始，经五布河，至羊角背结束。堤防设计级别为4 级，防洪标准为三峡水库蓄水初期20 年一遇。 护岸综合整治工程由护岸工程、市政道路、景观（堤防综合利用工程）、园林绿化四大部分组成，本次招标为上游段护岸部分。 本工程施工段为A 合同段，新建五布河上游段（长江右岸）K0+000-K1+178 段防洪护岸高边坡土石方全部工作内容。 计划总工期为24 个月，2018 年1 月20 日前完成K0+~k0+段范围内高边坡土石方施工工作。
2 、工程情况 高边坡土石方施工范围：木洞镇防洪护岸综合整治工程一标段A 合同段K0+~k0+属于土石方高边范围，总挖方量约为100000m3，其中土方开挖60000m3、石方开挖40000m3。 3 、水文地质概况 水文 气象特征 区内属中亚热带季风气候，主要特点是冬暖夏热，日照少，无霜期长，湿度大，冬季多雾，降雨充沛，分配不均。据市气象站资料，多年平均气温为o C， 月（8 月）平均最高气温o C，12 月平均最低气温o C，极端最高气温43o C（1951 年8 月15 日）。多年平均相对湿度79%。多年平均风速s，最大风速s，风向WN。多年平均降雨量为，集中在4～9 月，其间降雨量高达，日降雨量大于25mm的大雨、暴雨日数占年降雨日数的2%，降雨量占总降雨量的%，日最大降雨量可达（1962 年7月5日）。常有洪涝、干旱、大风、冰雹等自然灾害发生。 基本资料 在本工程上游31km处（嘉陵江与长江汇合口下游处）有寸滩水文站。本站为长江上游干流控制站。1939年2月由前杨子江水利委员会设立，1947年7月改为长江水利工程总局领导，定名为重庆水文站。1949年12 月由长江水利委员会领导，改名为寸滩水文站，1956年1 月基本水尺下迁550m至测流断面处。寸滩水文站与本工程中间无大支流汇入，该站为长江上游干流控制站，项目观测齐全，有1892 年～今的水位、流量资料和1953～1966 年、1968年～今的泥沙资料，寸滩水文站可作为本次计算的控制站寸滩水文站可作为本次计算的依据站。
深基坑边坡稳定性计算书
... . . 土坡稳定性计算书 本计算书参照《建筑施工计算手册》江正荣编著中国建筑工业、《实用土木工程手册》第三版文渊编著人民教同、《地基与基础》第三版中国建筑工业、《土力学》等相关文献进行编制。 计算土坡稳定性采用圆弧条分法进行分析计算，由于该计算过程是大量的重复计算，故本计算书只列出相应的计算公式和计算结果，省略了重复计算过程。 本计算书采用瑞典条分法进行分析计算，假定滑动面为圆柱面及滑动土体为不变形刚体，还假定不考虑土条两侧上的作用力。 一、参数信息: 条分方法：瑞典条分法； 考虑地下水位影响； 基坑外侧水位到坑顶的距离(m)：1.56； 基坑侧水位到坑顶的距离(m)：14.000； 放坡参数： 序号放坡高度(m) 放坡宽度(m) 平台宽度(m) 条分块数 0 3.50 3.50 2.00 0.00 1 4.50 4.50 3.00 0.00 2 6.20 6.20 3.00 0.00 荷载参数： 土层参数：
序号土名称 土厚 度 （m） 坑壁土的重 度γ(kN/m3) 坑壁土的摩 擦角φ(°) 粘聚力 （kPa） 饱容重 (kN/m3) 1 粉质粘土15 20.5 10 10 20.5 二、计算原理: 根据土坡极限平衡稳定进行计算。自然界匀质土坡失去稳定，滑动面呈曲面，通常滑动面接近圆弧，可将滑裂面近似成圆弧计算。将土坡的土体沿竖直方向分成若干个土条，从土条中任意取出第i条，不考虑其侧面上的作用力时，该土条上存在着： 1、土条自重， 2、作用于土条弧面上的法向反力， 3、作用于土条圆弧面上的切向阻力。 将抗剪强度引起的极限抗滑力矩和滑动力矩的比值作为安全系数，考虑安全储备的大小，按照《规》要求，安全系数要满足>=1.3的要求。 将抗剪强度引起的极限抗滑力矩和滑动力矩的比值作为安全系数，考虑安全储备的大小，按照《规》要求，安全系数要满足>=1.3的要求。 三、计算公式: