公路顺层岩质边坡稳定性影响因素研究

朱志广 周富华

摘要：文章根据顺层岩质边坡失稳机理，确定边坡破坏时后缘张拉裂缝临界深度，采用极限平衡模型，分析地面横坡坡度、岩层的倾角、放坡坡比这三个因素对边坡稳定性系数的影响程度。结果表明，岩层倾角对边坡稳定性具有显著性的影响，对于指导工程实践具有一定的指导意义。

关键词：顺层岩质边坡;稳定系数;正交试验;敏感性分析

0 引言

近年来，我国经济建设飞速发展，对交通建设的投入也明显增多。在交通建设工程活动中，顺层岩质边坡稳定性问题越来越突出，在岩质边坡开挖中，顺层岩质边坡发生滑塌的案例占主要部分，因此，在工程中对顺层岩质边坡稳定性的影响因素进行分析具有非常重要的意义。

对于边坡稳定性分析的方法大致可以分为以下几种：（1）工程类比法;（2）极限平衡分析法;（3）数值分析法等。目前，在工程实践中，极限平衡分析法是在边坡稳定性评价中应用最广泛也最实用的一种方法，对于顺层岩质边坡，应该考虑如何采用极限平衡分析法对其进行稳定性分析，并根据不同的天然地面横坡坡度、顺层岩层的倾角，准确选择放坡坡比，从而使得工程能够达到安全、经济、可靠的目的。

1 顺层岩质边坡张拉裂缝临界深度确定

目前，根据岩层组合特征、层面形态、岩层走向与倾角大小，顺层岩质边坡主要破坏模式有滑移和拉裂、塑流拉裂、滑移及压致拉裂等破坏模式。根据笔者野外现场调查，大部分顺层岩质边坡后缘在临空面的影响下，逐步形成张拉裂缝，岩层被切断，滑坡体沿着层面发生整体性滑动破坏，如图1所示。

在工程实践中，通常采用极限平衡法中的平面滑动法对顺层岩质边坡进行稳定分析，如图2所示。在临空面作用下，形成后缘张拉裂缝BC，碎裂岩体（ABCD）沿着层面AB在自重作用下发生滑动破坏。计算公式见式（1）～（4）。

2 顺层岩质边坡放坡坡比的优化设计

在公路路堑边坡设计过程中，路基中线开挖深度、边坡岩土体参数（重度、粘聚力、内摩擦角）是已经确定的、不可控的，对这些参数进行研究对工程实践指导意义不大，但对于地面坡度、岩层倾角及放坡坡比对边坡稳定性影响进行研究，则具有重要的意义。通过研究这三个因子，可以根据不同的天然地面坡度、顺层岩层的倾角，去选择放坡坡比的缓与陡，从而使得工程能够达到安全、经济、可靠的目的。

因此，选择地面横坡坡度、岩层的倾角、放坡坡比这三个因子为研究对象，根据实际工程情况，对每个因子选择合适的水平范围值（见表1），然后对每个因子、每个水平进行试验组合，计算每种组合边坡的张拉裂缝临界深度，采用极限平衡分析法对每种试验组合进行稳定性分析计算，分析各个因子对边坡稳定性的影响。

本文以一个路基中心线开挖深度为15m的边坡为例，采用单级放坡，路基宽度为8.5m，岩体的重度为26.5kN/m3，结构面粘聚力为30kPa，内摩擦角为25°。对每個因子、每个水平分别进行试验组合，先对每个试验组合计算其岩体破坏时张拉裂缝临界深度，再采用理正岩土计算软件中的岩质边坡简单平面滑动法对每种试验组合进行稳定性分析。具体的试验组合安排及边坡稳定性的计算结果如表2所示。

3 试验结果分析

3.1 单因子分析法

采用单因子分析法，即保持一个因子变化，其余因子保持不变，分析稳定性结果随着因子变化情况，稳定性试验结果如图3～5所示。根据结果可以得出边坡稳定性随着地面坡度及岩层倾角的增大而减小，随着放坡坡比越缓反而越小的结论，因此，对于顺层岩质边坡而言，并不是放坡越缓越有利于边坡的稳定，因为放坡越缓，边坡的高度也随之增加，从而导致边坡的稳定性减小。

3.2 极差分析法

极差分析法是通过计算各个因子在每一种水平上的试验值的平均数，根据各水平之间最大值与最小值之间的极差来反映各个因子对边坡稳定性的影响程度，极差越大，说明该因子对边坡稳定性影响越大。根据表2试验组合结果计算各因子的极差值，计算结果见后页表3。由表3可知，各因子对边坡稳定性影响敏感性程度大小排列为：岩层倾角>地面坡度>放坡坡比，而且岩层倾角对边坡稳定性影响敏感性程度明显比地面坡度和放坡坡比要大得多，说明岩层倾角对边坡稳定性具有显著影响。

4 结语

通过以上分析，总结出对顺层岩质边坡稳定性产生关键性影响的因素有以下3个：

（1）边坡的稳定性系数随着地面坡度及岩层倾角的增大而增大，随着放坡坡比越缓反而越小。主要原因是放坡越缓，边坡的高度也随之增加，从而边坡的稳定性会随之减小。

（2）各因子对边坡稳定性系数影响敏感性程度大小排列为：岩层倾角>地面坡度>放坡坡比，而且岩层倾角对边坡稳定性具有显著性的影响。

（3）在实际工程实践中，对于顺层岩质边坡，不建议边坡放得过缓，一般以1∶0.3～1∶0.5为宜，边坡过缓，边坡高度亦随之增加，反而对边坡不利，应采用“陡边坡、强防护”的设计思路，重视岩层倾角及地面坡度对边坡稳定性的影响，尤其是岩层倾角，对于岩层倾角相对较大的顺层岩质边坡，应该加强防护措施，比如采用锚固、抗滑桩等加固措施。

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