基于破坏机理与破坏模式的道路边坡分类浅析

边坡在道路（铁路公路）带状工程中占比较高，边坡工程可靠性对道路工程建设投资以及后期运营安全影响较大。影响边坡可靠性的因素多，其中边坡破坏机理、边坡破坏模式直接影响边坡工程设计的有效性和针对性。准确判明边坡破坏机理、边坡破坏模式，并有针对性地采取相应的加固防护措施，是道路边坡勘察设计的技术关键。本文在总结经验的基础上，基于边坡破坏机理与破坏模式，归纳总结出共5种、13类常见道路边坡，并对各类边坡的基本特征、破坏机理与破坏模式等进行探讨，希望有益于我国道路边坡工程的设计。

基于破坏机理与破坏模式的道路边坡分类

边坡分类的相关研究较多，但由于分类目的不同，使得分类的原则和标准各异。边坡的工程地质分类，一般是从岩土结构类型和边坡变形破坏的力学机制来划分的[1-5]。而在工程建设角度，边坡的分类，一般是从边坡的强度、结构和稳定状态来分类分级[6-10]。

道路工程建设中，需要在准确判明边坡破坏模式的基础上，选择相应的方法进行边坡稳定分析，并对边坡有针对性的进行加固防护。但道路工程的边坡具有数量多、地质条件复杂、地质资料匮乏等特点，需要从边坡破坏机理与破坏模式入手，结合边坡岩土特征、破坏关键因素等进行探讨，以方便从事道路边坡勘察设计的工程师在工程实践中快速识别并判断边坡破坏模式。为此，我们总结出道路边坡为5种、13类（图1）。

图1 基于破坏机理与破坏模式的道路边坡分类

道路边坡基本特征及破坏机理与破坏模式

土质边坡

土质边坡，是一种常见的道路边坡类型。土质边坡的黏性土成分多时，通常称为黏性土边坡，砂性土成分较多则称为砂性土边坡。土质边坡通常会出现因边坡坡度较陡而发生坍塌、失稳，或因坡面受雨水冲蚀形成冲沟引起冲沟溯源侵蚀而造成局部边坡坍塌或失稳，也会出现因为边坡潜水作用引起边坡坍塌或失稳的情况发生。均质的黏性土边坡多出现圆弧破裂失稳；均质的砂性土边坡则可能出现圆弧破裂失稳，或是直线破裂破坏。因此，土质边坡从破坏机理和破坏模式角度来看，大致可以分为两类：均质砂性土边坡和均质黏性土边坡。（图2）

土质边坡还有一种类型，其物质组成为碎（块）石及土，其中碎（块）石含量较高，具有一定级配，其结构较为紧密，通常称为碎（块）土边坡。碎（块）土边坡通常容易出现因边坡坡度较陡而发生坍塌、失稳，边坡多出现局部折线坍塌，或直线破裂失稳。（图3）

软质岩，通常是指岩石饱和抗压强度小于30MPa的岩体。影响软质边坡稳定的因素，除岩石强度外，还有岩层结构面、破碎程度、风化程度等。其中，是否具有不利于边坡稳定的结构面对边坡稳定影响较大。因此，软质岩边坡，从破坏机理和破坏模式角度区分，可分为一般软质岩边坡和顺层软质岩边坡。

一般软质岩边坡，其边坡稳定性主要受岩石强度以及岩层破碎程度、风化程度等因素的影响，它的破坏模式包括直线破裂破坏、圆弧破裂破坏以及折线破裂破坏——破裂面的后缘与边坡岩体竖向节理结构面联通，形成折线形式的破裂面。（图4）

顺层软质岩边坡，除受岩石强度及岩层破碎程度、风化程度等因素的影响外，还会受到岩层不利结构面的控制。其破坏模式，包括直线破裂破坏、圆弧破裂破坏以及折线破裂破坏，其中岩层不利结构面是潜在破裂面。（图5）

硬质岩边坡

影响硬质岩边坡稳定性的因素主要有岩层破碎程度、岩层结构面发育程度以及结构面与边坡的相互关系等。岩层破碎程度，可以按照岩层被切割后的块体大小进行划分，如碎石状、块石状，对于比较完整的岩质岩层，其稳定性则主要受控于不利的结构面（层理面、节理面以及卸荷裂隙）。其破坏模式主要是直线破裂或折线破裂（破裂面的后缘与边坡岩体竖向节理结构面联通，形成折线形式的破裂面）。（图6）

当存在顺向的不利的结构面时，如软弱夹层或贯通的泥化层面，则存在沿结构面产生崩塌、滑动的可能。其破坏模式主要是沿结构面的直线破裂或折线破裂。（图7）

结构面陡倾或反倾，则可能存在岩层崩塌、倾倒、落石等破坏的可能性。（图8）

复合边坡

所谓复合边坡，一类是“土+石”边坡，即上部为土层，下部为岩层的边坡。这类边坡也是常见的道路边坡类型，特别是在山区道路中较为常见。从土层与岩层的接触面形态看，可分为缓倾岩面和陡倾岩面。缓倾岩面二元结构边坡，指土层与岩层的接触面倾角缓于20度，从工程角度可以忽略岩面倾角的不利影响，其破坏模式主要有：土层部分边坡因边坡坡率过陡，或因地表水冲蚀或地下水潜蚀而引起边坡坍塌或失稳，下部岩层坍塌引起上部土层边坡失稳等。当岩面倾角较陡时，陡倾层面二元结构边坡可能存在上部土层沿土石接触面的滑动破坏。（图9）

还有一类边坡，是软硬互层岩石边坡，典型代表为川东红层砂泥岩互层边坡。软硬互层岩石边坡多为沉积岩，其层面多为近水平状。在这类边坡中，软质岩石受风化等自然营力作用，产生剥落、坍塌等破坏，其上部的硬质岩石，因丧失支撑而出现岩体开裂，继而会使局部脱离母岩的岩体产生倾倒、坍塌。此外，硬质岩石边坡也会因为岩石强度、不利结构面、裂隙水压力、地震作用等产生坍塌、滑移等破坏。（图10）

长大边坡

图2 均质砂性土边坡和均质黏性土边坡破坏模式示意图

图3 碎（块）石土边坡破坏模式示意图

图4 一般软质岩边坡和顺层软质岩边坡破坏模式示意图

图5 顺层软质岩边坡沿岩层不利结构面破坏模式示意图

图6 碎块状硬质岩边坡破坏模式示意图

图7 顺层硬质岩边坡破坏模式示意图

图8 陡倾（反倾）硬质岩边坡破坏模式示意图

长大边坡，指边坡的坡长较长、坡高较高，工程设计一般采用阶梯型边坡形式，并将其分为多级。长大边坡，其破坏机理破坏模式与一般边坡不同，主要表现在：长大边坡存在分级失稳、渐次失稳现象；既存在单级边坡破坏或失稳，也存在多级边坡整体破坏失稳的可能。影响长大边坡稳定性的因素，主要有边坡岩土体性质和边坡形式等。长大边坡可分为长大土质边坡和长大硬质岩石边坡，软质岩石边坡归为土质边坡。长大土质边坡，可能出现某级边坡圆弧破坏或多级边坡整体圆弧破坏；长大硬质岩石边坡，可能出现某级边坡局部直线或折线破坏，或多级边坡折线或直线破坏。（图11）

道路边坡分类的作用及其应用

（1）道路属于带状工程，道路边坡具有工点多、地质复杂多样、勘察工作量大等特点，如何高效率完成道路边坡勘察是道路边坡勘察工作最现实的问题。道路边坡勘察的关键是收集能够满足工程设计的资料，包括收集道路边坡稳定性判别的资料。基于本文的道路边坡分类，可方便勘察人员“按图索骥”，有针对性收集相关资料，可显著提高生产效率。

（2）道路边坡设计需要根据边坡所处的环境以及地质情况，识别边坡稳定的影响因素以及潜在破坏模式，并针对可能出现的破坏模式进行计算分析，以及设计必要的加固防护工程。边坡防护工程设计，主要针对边坡破坏机理和影响边坡稳定的因素，来消除不利于边坡稳定的因素，增强有利于边坡稳定的因素，从而提高边坡稳定的安全性和可靠性。基于本文的道路边坡分类，可方便设计人员“按图索骥”，提高设计的针对性，避免设计盲目性，保证工程设计质量。

（3）影响道路边坡稳定的因素是复杂的，对于道路边坡破坏机理、破坏模式的研究探索，具有理论和现实意义。本文基于道路边坡破坏机理、破坏模式的道路边坡分类，除可直接用于指导道路边坡勘察设计人员进行设计外，对于道路及相关领域边坡研究的设计、施工管理人员，也具有借鉴参考意义。

结语

边坡工程可靠性对道路工程建设投资以及后期运营安全的影响较大，道路边坡设计的关键是准确判明边坡破坏机理、边坡破坏模式，并有针对性地采取相应的加固防护措施。本文在总结经验的基础上，提出了基于边坡破坏机理与破坏模式的5种、13类道路边坡分类，并给出了各类边坡的基本特征、破坏机理与破坏模式，可供道路边坡工程勘察设计项目参考借鉴。

图9 缓倾岩面二元结构边坡和陡倾层面二元结构边坡破坏模式示意图

图10 软硬互层岩石边坡破坏模式示意图

图11 长大土质边坡和长大硬质岩石边坡破坏模式示意图