影响边坡稳定性的主要因素及实际工程应用分析

陈雪清

（福建岩土工程勘察研究院有限公司厦门分公司）

1　边坡稳定性分析的研究现状

边坡稳定性分析一直是边坡工程研究的重要范围，边坡的稳定性从短期看，不仅影响环境的安全，人们生命的安全；从长期看，它也间接影响国家的经济发展。近年来，我们国家研究加大力度重视和投入对于边坡的研究和发展，而影响边坡稳定性因素中比较重要有内在因素和外部的影响因素。

本文以厦门后溪-天马山挡土墙工程作为实际工程来详细分析，在已有资料和文献调查的基础上，总结边坡工程的发生机制，对边坡的变形分类，及其主要影响因素重点阐述。

2　边坡稳定性的主要影响因素

影响边坡稳定的因素主要表现在内在自然因素和外部影响因素。内在自然因素中主要有：边坡中地层的岩性、地质的构造、岩体的结构。这些对于边坡变形破坏起着决定性的影响。它们直接影响并决定了边坡变形过程中以何种的形态，多大规模发生，所以它们具有决定性的影响因素。外部影响因素主要有：水文地质、风化作用、边坡形态、气象条件，以及人类的活动工程等。这些因素常常对于边坡破坏有着比较明显影响，它们和内在因素结合作用，促使边坡的发生和破坏。

2.1　地应力因素

地层中的地应力是地震力、岩体自重力、地质构造力、温度应力以及岩体中由物理化学作用在地球岩体内所产生的应力总和。地震中横波在地表中产生周期性振动，破坏力影响最大。纵波在地表产生上下波动，破坏力影响较小。需要充分考虑地应力由于边坡人类活动开挖时产生不均匀释放，可能使边坡岩体在软弱面发生变形破坏，使原有裂面进一步增大或产生更多新的裂面，在短期内会急剧成倍降低岩体的抗剪强度，因此，地应力对边坡破坏的影响是最为严重的，也应当着重考虑和研究。

2.2　地质构造因素的分析

地质构造影响因素重要表现在：边坡的褶皱形态、区域地层构造特点、岩层产状、节理、裂隙发育、断层特征以及新的地层构造活动特点等。在地层构造相对复杂、构造运动相对活跃、褶皱相对强烈的区域，边坡的破坏性比较大，容易发生较大的灾害。

其次，边坡区域的岩层褶皱不同形态和岩层不同产状，也会直接影响和决定边坡破坏的形态和发生规模范围。明显的节理裂隙和大的断层对边坡变形破坏的影响尤为显著。因为某些滑坡可以直接沿断层或节理本身的裂面产生和破坏。

2.3　地层和岩（土）性因素

地层的岩性是边坡破坏的主要影响因素之一。从不同的边坡的破坏特征来看，不同地层有不同的变形破坏形式。以石质边坡为例，有些地层中滑坡特别容易发生，这是由于在该地层中，含有大量的风化物、以及一些矿物成分促使滑带产生。

其次，岩性特征也对边坡的破坏也有很重要的影响。由某些岩性组成的边坡在天气晴朗干燥时比较稳定的，但如果遇到雨季，一经过水泡，岩石抗剪强度剧减，边坡稳定性很差，容易发生滑坡，泥石流等灾害。其中岩性、力学、化学、水理性质等对于边坡稳定性的影响非常大。

2.4　岩（土）体结构因素

根据边坡不同倾角与不同坡角间关系，边坡可以分为以下主要几种类型：边坡倾向与坡向相同；边坡的倾向与坡向不同；倾角小于坡角；倾角大于坡角这四种常见的情况。当倾向与坡向相同方向时，对于边坡稳定性相当不利。此时，岩层间软弱面及裂隙面的力学性能都比较差，边坡容易在这个层面形成滑动，产生滑坡（如图1）。如果倾向与坡向与相同，但倾角大于坡角时，边坡稳定性会好一点（如图1）。若倾向与坡向相反时，岩层间的软弱面不再是边坡稳定性的主要影响因素，此时软弱面的岩层本身重力对边坡稳定是有益的（如图1）。

图1　坡角与倾角关系

2.5　边坡形态

通常情况下，边坡的坡度越陡，边坡高度越大，对边坡稳定越不利；凸型平面的边坡比凹型平面的边坡具有较多的容易坍塌的临空面，不过凹型平面的边坡虽然发生过之前那的破坏地段，但由于可能还存在一些软弱面；所以在凹型平面的边坡，有时也会再次产生新的边坡破坏。

在图2中，凸型边坡上缓下陡、容易发生坍塌，比较适合开采露天矿边坡；平面边坡设计比较简单，适合在人工边坡中应用；凹型坡大相对比较稳定，但是由于地下水汇集的作用、有时也会诱发新的滑坡。

图2　不同边坡的形态划分

2.6　地下水因素

边坡中地下水的类型主要为裂隙水、孔隙裂隙水和溶洞水。边坡的岩体主要受到几种附加荷载的作用：裂隙静水压力、浮拖力和渗透动水压力等。此外地下水在一些物理化学作用破坏下：侵蚀、溶解、风化等等虽然影响过程比较缓慢，但是对于边坡岩体长期稳定性影响比较大，其中地下水的静水压力和动水压力的影响作用尤为明显。所有这些综合作用下就容易使边坡抗剪强度的降低，破坏增大，当满足破坏条件时，就会出现类似滑坡的灾害。

3　工程实例应用

厦门后溪-天马山挡土墙工程位于厦门市内宫-天马山的东北侧，后溪-浔江的北西侧。本工程由北侧、西北侧及西南侧三段边坡组成，为土质、岩质或岩土混合边坡，总长约430m。为描述方便，将本边坡工程由南往北分为 AB、BC、CD、DE、EF 五段（详见图 3）。

图3　厦门后溪西、北侧挡土墙工程钻孔位置平面图

AC段为土质边坡，其中AB段呈北西～南东走向，BC段大致呈东北～西南走向，坡顶设计标高约为25～30m，坡脚场平设计标高约为21～23m，坡高约4～7m。拟采用重力式浆砌条石挡墙，墙高约3～5m，设计单位荷重约150kN/m2，拟采用条形基础，基础埋深约2m。

CF段主要为岩质边坡，其中CD段大致呈东北～西南走向，DE段大致呈近南北走向，EF段大致呈近东西走向。坡顶设计标高约为30～44m，坡脚场平设计标高约为22～24m，坡高约8～20m。拟采用锚杆或格构式锚杆挡墙支护。

边坡平面形态大致呈“ㄈ”字型，夹角在B交汇点约90°，在D交汇点约110°。其中AB段走向为NW30°，边坡坡长约140m，坡高约4～7m，坡度约85～90°，用地红线距现状坡脚约3～20m；BD段走向为NE50°，边坡坡长约170m，坡高约6～20m，坡度约80～90°，用地红线距现状坡脚约3～10m；DE段走向为NE5°，边坡坡长约60m，坡高约14～20m，坡度约75～90°，用地红线距现状坡脚约 7～20m；EF 段走向为 NE80°，边坡坡长约60m，坡高约14m，坡度约80～90°，用地红线紧邻现状坡脚。边坡坡面岩性在AC段主要为粉质粘土、BC段中下部为散体状强风化岩及少量碎块状强风化岩；在CF段主要为散体状强风化岩、碎块状强风化岩及中风化岩，局部上覆薄层粉质粘土，边坡岩体类型为Ⅲ～Ⅳ类。其中CF段边坡局部坡面在重力作用、降水影响或爆破振动下有小面积滑塌和个别掉块的现象，但坡顶及坡面无滚石或孤石分布，不会产生危岩滚落的现象。

3.1　边坡稳定性分析与评价

影响本工程边坡稳定的主要因素有：结构面特征、岩层风化程度、边坡高度与倾角、坡顶荷载与倾角、岩土体物理力学性质、地下水和大气降水、地震烈度等，现对影响边坡稳定性的主要因素分析如下：

（1）结构面特征：据边坡裂隙产状与坡面的关系分析，第一～三组裂隙的倾角大多≥75°，对边坡稳定较有利或影响较小，第四组裂隙倾角较缓，大多属外倾不利结构面，对边坡稳定性较不利。

（2）岩层风化程度：岩质边坡的岩体主要由强风化～中风化岩组成，其中强风化岩（⑤、⑥）属极软岩～较软岩，岩体类型为Ⅳ类，中风化岩⑦属较硬岩，岩体类型为Ⅲ类。若未对暴露岩面进行处理，岩石将沿现有的裂隙面进一步风化，使岩体加剧破碎，发生风化崩解（散体状强风化岩）、岩壁脱落、掉块等危及安全的不良现象。

（3）边坡高度与倾角：AC段为土质或土岩混合边坡，坡高约4～7m，坡度大多≥70°；CF 段为岩质边坡，坡高约 8～20m，坡度约 70～90°，且存在有外倾结构面（倾角在35～75°内）。据《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002）附录A和表12.2.1的有关规定，对Ⅳ类岩体8m高边坡不稳定，对Ⅲ类岩体的岩石边坡，8m高边坡较稳定，15m高边坡欠稳定，需采取相应的处理措施。

对土质边坡坡高小于5m时，允许坡率为1：1～1：1.25；坡高5～10m时，允许坡率为1：1.25～1：1.5，但现状坡度均大于容许坡率，需进行放坡或支挡处理。

（4）坡顶荷载与倾角：本边坡坡顶无建筑荷载，不对边坡施加附加应力。坡顶倾角主要对覆盖层而言，若坡顶覆盖层倾角过大，容易产生滑塌或崩塌破坏。尤其是岩、土质边坡的过渡地带或具有一定厚度的覆盖层的岩质边坡地段，将对边坡稳定性产生较大影响。

（5）地下水、大气降水：场地地处剥蚀低丘，植被较发育，具一定的保水性，但汇水面积不大，且斜坡较陡，迳流条件较好，仅存在降雨时的瞬时面流。边坡岩土层均属中等～弱透水性，赋水性差，水文地质条件较简单。但雨水下渗时将使上覆土层和全～强风化岩的含水量增大，抗剪强度降低，因而在雨季时需考虑渗透作用和动水压力对边坡稳定性的影响。

另BC段边坡局部见有地下水渗出的现象，地下水或雨水对坡面的渗流、冲刷会增强边坡的水土流失及加速岩土体的风化，因此在对边坡整治时应对坡面作必要的防护和截、排水措施。

3.2　边坡整治方案

从边坡现状，周边环境条件及与用地红线的关系分析，建议AC段土质边坡采用1：1的坡率进行放坡或分级放坡处理，并对坡面采用格构+植被防护，以防雨水冲刷和提高边坡的稳定性；或在用地红线之外设置重力式浆砌块石挡墙，以粉质粘土②或强风化岩⑤、⑥（BC段）为挡墙基础持力层，并对挡墙进行抗滑移和抗倾覆稳定验算，以保证其稳定性。

CF段岩质边坡受周边环境所限，已不具备放坡的可能，需对其进行支护处理。根据边坡岩土性质、地下水特征和周边环境条件，建议对岩质边坡（CF段）采用锚杆支护或格构式锚杆挡墙支护。若土质边坡采用挡墙支护，挡墙后的填土应选择透水性较强的填料，填土密实度应大于0.94，在挡墙上应设置外倾排水孔。

挡土墙设计时还应考虑填土施工质量、水压力（特别应考虑暴雨时地下水排除缓慢而产生的较大水压力，地下水渗入坡体，导致土体强度的下降）和外部荷载作用力，采取有效的排水措施。若岩质边坡采用格构式锚杆挡墙支护时，锚杆应设置在网格梁交叉点上。由于裂隙发育，建议采用较长的锚杆支护。锚杆拉力应通过试验确定，并应进行锚杆及排桩支护岩土体稳定性验算和整体稳定性验算。

应采用动态设计法。应及时掌握施工现场的地质情况、施工情况和变形、应力监测的反馈信息，必要时对原设计做校核、修改和补充。

4　本文的建议与展望

边坡工程稳定性研究是一个非常大的科研领域，尚有许多问题亟待解决。在运用传统边坡稳定分析方法的同时，如果后期可以适当结合其他的监测手段，把长期的监测工作能进一步的分析和评价，对于工程的设计与施工方案，可以提供比较完善可靠的依据和方案。