浅谈边坡稳定性及加固措施

浅谈边坡稳定性及加固措施

摘 要: 边坡稳定分析一直是岩土工程中的重要研究内容，边坡按组成物质可分为土质边坡和岩质边坡。其物质构成并无本质的差别，但其在结构上完全不同。两种边坡稳定性分析为边坡预测预报及整治提供依据，边坡加固为边坡稳定提供了障。目前，边坡稳定性分析采用的主要方法有定量分析方法、定量分析方法。而在加固过程中主要针对岩体边坡的破坏形式及影响因素这两个方面来进行。本文就是针对边坡的稳定性分析和加固方法，以及破坏形式及影响因素等问题进行地综述。

关键词： 岩质边坡 稳定分析 土质边坡 边坡加固 定性分析方法 定量分析方法

边坡的稳定分析是岩土工程中重要的研究内容之一。在我国，随着国民经济的发展，特别是西部大开发的实施，水利工程、铁路、公路及城市等基础设施建设方兴未艾，在这些工程中出现了许多边坡工程，如三峡高边坡等。由于实际岩体含有大量不同构造、产状和特性等不连续结构面（比如层面、节理、裂隙、软弱夹层、岩脉和断层破碎带等），给边坡的稳定分析带来了巨大的困难。为了对边坡进行准确的稳定性分析，从而采取适当的开挖和支护措施，国内外学者和工程人员提出了许多理论和方法，大大促进了边坡稳定性分析方法和加固方法的发展。

1边坡变形破坏机理和类型

边坡的变形与破坏，决定于坡体内的应力分布和岩体的强度特征。影响岩坡

应力分布的因素是多方面的，主要是原始应力状态、坡形和岩体结构特征的影响。

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1.1边坡变形与破坏特征

边坡成坡后，在其原始地质环境受到破坏后，坡体状态便做相应调整。在新

的应力重分布条件下，坡体将产生不同程度的变形与破坏，首先是变形，然后逐

步发展为破坏。岩坡变形与破坏的演变过程是相当复杂的，可以是漫长的，也可

以是短暂的。影响其变形与破坏的条件和因素亦十分复杂，主要取决于坡体本身

特征及抵抗变形与破坏的能力。

边坡的变形破坏可分作变形与破坏两种形式，前者属于变形的范围，以坡体

内未出现贯通性的破坏面为特点；后者是在坡体中已形成贯通性的破坏面，且以

加速度发生位移。变形与破坏是一个发展的连续过程，其间存在着量与质的转化

关系。

岩坡的变形可划分为松动和蠕动。岩坡形成初始阶段，坡体中往往出现一

系列与坡面近于平行的陡倾角张开裂隙，使边坡岩体向临空方向张开，这种过程

和现象称为松动。存在于坡体内的这种松动裂隙，可以是在应力重分布中新产生

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的，亦可以是沿原有的陡倾裂隙发育而成，仅有张开而无明显的相对滑移，张开

程度及分布密度由坡面向深处而逐渐减小。这种松动裂隙通常有不同的名称，如

岸坡裂隙、回弹裂隙、卸荷裂隙等。理论实践证明，仅存在松动变形形式的坡体、其应力应变关系处于稳定破裂阶段或减速蠕变阶段。由此在保证坡体应力不会增加和结构强度不下降的条件下，其变形不会继续发展，坡体稳定性不会发生变化。边坡岩体松动使坡体强度降低，又使各种营力因素更容易深入坡体，加大坡体内各种营力因素的作用，这是坡体变形与破坏的初始表现。

边坡岩体在以自重应力为主的坡体应力长期作用下，向临空方向的缓慢而持

续的变形，称为边坡的蠕动。蠕动的形成机理为岩土体的粒间滑动(塑性变形)或

沿裂纹微错，或由岩体中的一系列裂隙扩展所致。它是在应力长期作用下，岩体

内部一种缓慢的调整变形，实际上是岩体趋于破坏的一个演变过程。坡体中的剪

应力比岩体长期抗剪强度低时，斜坡呈减速蠕动;只有当剪应力值接近或超过岩体长期抗剪强度时，斜坡呈加速蠕动。所以岩坡的最终破坏要经历一定的过程(或短暂，或漫长)。按照岩坡的蠕动特征，可分为表层蠕动和深层蠕动两种基本类型。边坡岩体中出现了与外界贯通的破坏面，使被分割的坡体以一定的加速度

脱离母体向下滑移或崩落，称为岩坡破坏。自然边坡的形成过程总是缓慢的，坡

体中的应力改变是渐变的，所以在发生破坏之前先经过松动、蠕变等变形阶段。

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而人工边坡由于坡体应力的变化和附加载荷的作用是迅速的，因此可能出现两种

情况。当迅速出现坡体应力超过坡体极限强度时，足以构成贯通性破坏面，斜坡

破坏便迅速发生，松动及蠕变变形的时间是极短暂；反之，若坡体内应力小于极

限强度而大于长期强度时，斜坡破坏前总要经过一段较长时间的松动及蠕动过

程。此外，自然营力对斜坡的破坏影响很大。如当地震力、孔隙水压力等突然加

大时，可使一些原来并未明显松动及有蠕变迹象的斜坡产生急骤破坏。

1.2边坡变形破坏的分类

边坡的破坏形式很多，如崩塌、滑坡、塌滑、倾倒、剥落及溃屈等，其中崩

塌与滑坡是边坡破坏的主要形式。不同的行业有不同的划分，但基本上可划分为

3大类：1、崩塌：这种破坏是边坡的表层岩体丧失稳定的结果，表现为坡面表层岩体突然脱离母体，迅速下落并堆积于坡角，有时还伴随着岩体的翻滚和破碎。2、倾倒：这种破坏是因为边坡内部存在一组倾角很陡的结构面，将边坡岩体

切割成许多平行的块体，而临近坡面的陡立块体缓慢地向坡外弯曲和倒塌。3、滑坡：这种破坏是在较大范围内边坡沿某一特定的滑面发生的滑移。滑坡的形态，一般是四周被裂隙所圈定，滑面为平面或曲面，滑体上往往有滑坡台阶，滑坡后壁上可能有擦痕，滑动轴向在滑体运动速度最大的方向上。其中滑坡是边坡失稳破坏的主要形式，并且其破坏性

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最大。

滑坡按滑坡面的形态可划分为三类：平面滑坡：边坡沿某一主要结构面发生滑动；楔形滑坡：当边坡岩体中存在两组以上结构面相互交切成楔形体，且结构面的组合交线小于边坡角但大于其摩擦角时，容易发生破坏；圆弧性滑坡：在土体、散体结构的岩体和均质岩体中常发生这种破坏。

2 影响边坡稳定的因素

地层岩性：地层岩性及其组合是构成高边坡的物质基础,岩性决定岩石的强度，抗风化能力，岩体结构及所能保持的边坡高度。岩石软弱,风化深度大,构造破碎严重，当切坡高度、陡度达到一定值时会发生失稳现象。

地质构造：地质构造决定岩层的产状,节理裂隙的性质及发育程度, 断层破碎带的性质等，受构造的影响，如高边坡体上节理裂隙发育，岩体破碎，将严重影响高边坡的稳定性。地形地貌：地形地貌也是产生滑坡的重要条件。不利形态和规模的边坡往往在坡顶产生张应力，并引起坡顶出现张裂缝；在坡脚产生强烈的剪应力，出现剪切破坏带，这些作用极大地降低边坡的稳定性。

水文地质条件：水是造成边坡失稳的重要因素,地下水软化岩(土) 体，降低其强度,增大容重而增大了下滑力，产生静、动水压力，产生边坡的失稳。坡体内具丰富的地下水，岩性软弱,往往导致大规模变形，如坡体滑坡、边坡滑坡的产生。是否具地下水及地下水发育程度是评价边坡稳定的重要因素。

地震：地震作用导致边坡稳定性降低主要是由于地震作用产生水平地震附加力，当水

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平地震附加力的作用方向不利时,边坡的下滑力增大，滑动面的抗滑力减小。另外，在地震作用下,岩土中的孔隙水压力增加和岩土体强度降低，也对斜坡的稳定不利。

降雨：大气降水是滑坡致灾的最主要外因。降水对滑坡的作用是一个动态过程，大气降水注入滑体，增加岩土的含水量、 增加岩土体容重、 软化岩体、 降低岩体的抗剪强度。降雨渗入到风化岩土体之下的基岩面或断水层面变成润滑剂，降低了接触面的抗滑稳定性。

人为因素：边坡的不合理设计、爆破、开挖或加载,大量生产生活用水的渗入等都能造成边坡变形破坏，甚至整体失稳。

3 边坡稳定性分析的方法

边坡稳定性分析方法很多，大致可以分为两大类：定性分析方法和定量分析方法，其中定量分析方法又分为确定性分析方法和不确定性分析方法。

3.1 定性分析方法

定性分析方法主要是通过工程地质勘察，对影响边坡稳定性的主要因素、可能的变形破坏方式及失稳的力学机制等的分析，对已变形地质体的成因及其演化史进行分析，从而给出被评价边坡一个稳定性状况及其可能发展趋势的定性。定性分析方法主要包括:自然(成因) 历史分析法、图解法、边坡稳定性分析数据库和专家系统等。自然(成因) 历史分析法主要用于天然斜坡的稳定性评价。图解法可以分为诺模图法和投影图法。诺模图法主要用于土质或全强风化的具弧形破坏面的边坡稳定性分析。投影图法就是用赤平极射投影的原理来评价边坡的稳定性，并为力学计算提供信息，主要用于岩质边坡岩体的稳定性分析。

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3.2 定量分析方法

定量分析方法分为确定性分析方法和不确定性分析方法，其中确定性分析方法主要包括极限平衡分析法和数值分析方法；不确定性分析方法主要包括灰色系统评价法、可靠度分析方法、模糊综合评价法等。

3.2.1 确定性分析方法

极限平衡分析法：极限平衡理论的主要思想是将有滑动趋势范围内的边坡岩体按某种规则划分为一个个小块体,通过块体的平衡条件建立整个边坡平衡方程来分析边坡的稳定性。极限平衡分析方法很多, 主要包括: Fellenius 法、Bishop 法、Janbu 法、Morgenstern———Price 法、Spen2cer 法、滑楔法、不平衡推力法、Sarma 法等。由于极限平衡法具有模型简单、计算公式简捷、可以解决各种复杂剖面形状、能考虑各种加载形式的优点，因此得到广泛的应用。

数值分析方法：随着计算机硬件技术的发展, 很多数值分析方法开始应用于边坡稳定分析，主要有：有限元法、有限元强度折减法、DDA法、FLAC 法、形元法、边界元法、离散元法、界面应力元法等。有限元法是一种十分成熟的数值方法。它的优点是部分地考虑了边坡岩体的非均质和不连续性,可以给出岩体的应力、应变大小与分布，避免了极限平衡分析法中将滑体视为刚体而过于简化的缺点，能使我们近似地从应力应变去分析边坡的变形破坏机制，分析最先、最容易发生屈服破坏的部位和需要首先进行加固的部位等。强度折减法的要点是利用公式和调整坡体的强度指标，然后通过不断地增加折减系数，直至其达到临界破坏，此时得到的折减系数即为稳定安全系数。有限元强度折减法除了具有有限元的一切优点外，求解安全系数时，不需要假定滑裂面的形状和位置，而是由程序自动求出滑裂面；能够考虑开挖过程对边坡稳定性的影响;能够模拟坡体和支护的共同作用。

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DDA法假定岩体由许多节理裂隙切割形成的各种形状的块体组成的不连续系统，该不连续系统的平衡方程是按照最小势能原理，对势能泛函取最小值得到的，因此其理论体系是严格的。特别适用于对块状岩体结构的稳定状态和变形破坏模式的定性评估。

3.2.2 不确定性分析法

灰色系统评价法。灰色系统评价法把系统中的一切信息量看作灰色量，采用特有的方法建立描述灰色量的数学模型。利用灰色关联度分析原理，确定边坡稳定性各影响因素的影响程度，进而利用多因素叠加分析评估边坡的稳定性。可靠度分析方法。边坡工程可靠度分析是把边坡岩体性质，荷载，地下水，破坏模式，计算模型等作为不确定量,借鉴结构工程可靠性理论方法，结合边坡工程的具体情况，用可靠指标或破坏概率来评价边坡安全度。模糊综合评价法：模糊综合评价是应用模糊变换原理和最大隶属度原则，综合考虑被评事物或其属性的相关因素,进而进行等级或类别评价。其优点是能得到边坡稳定性等级分类指标,据此判断出边坡的稳定性情况；缺点是在实际操作过程中，评判中权数的分配带有一定的经验性和主观性，并且并没有考虑到各个影响要素。

3.3 边坡稳定性分析方法的发展趋势

边坡稳定性分析还远远没有走到完全定量这一步，它只能算是一种半定量的分析方法。随着数值分析方法的不断发展，不同数值方法的相互耦合，如有限元、边界元、离散元与块体元等的相互耦合，数值解和解析解的结合，这些方法的耦合能充分发挥各自的优点，解决更复杂的边坡工程问题。边坡(滑坡) 系统是一个开放的系统，它不断与周围环境进行着物质和能量的交换。边坡系统的失稳是一个不可逆的热力学过程，这种过程可以用熵来度量。滑坡失稳前，其总熵不变，一旦总熵发生变化，势能和应力分布随之发生变化，当两者出现差异时，滑坡就失稳而产生滑动。因此，从热力学角度研究边坡系统失稳应具有

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十分重要意义。能量方法在边坡稳定分析中的应用。干扰能量法严格遵守计算力学基本原理，从能量角度出发给出系统或局部的稳定安全系数(增稳内能与失稳外能的比值) ，由于能量是一个标量，避免了不同投影方法所导致的抗滑稳定安全系数计算公式的不统一。利用干扰能量是标量的性质，可以更为合理地进行局部和整体的稳定性的分析。

4 边坡防护与加固措施

边坡的处治可以分为防护与加固两种。防护是在边坡稳定的基础上进行的，如果边坡不稳定，先要进行加固。常用的防护与加固的特点以及适用范围如下：

4.1 各类加固的特点及适用范围

抗滑桩：抗滑桩是一种用于处理滑坡或防止边坡下滑的钢筋水泥混凝土结构,是一种较理想的抗滑设施,但投资较大。锚索抗滑桩具有抗滑桩的特点但比抗滑桩能承受更大的土体压力或滑坡推力；桩顶加了锚索后可使埋入土体的桩长大大简短；适用于边坡开挖后土体压力或滑坡推力很大的情况。

预应力锚索：用预应力锚索处理单斜构造岩石边坡，对保证该类边坡的稳定有较好的效果，但难以准确计算被锚固体的下滑力和张拉控制应力。锚索的锚固段应设置在稳定的岩体中，一般用于岩石路段。压浆锚柱(固结)压浆锚柱(固结) 简单地说就是往地层注入水泥浆(掺加一定量的外加剂)，以改变土(岩) 体物理力学性质(必要时，加一钢筋笼或钢筋束，即锚柱) 从而稳定边坡的一种方法。其施工设备简单，占地面积小，工期短,见效快，加固地层的深度可深可浅，但难以检测注入范围和判断固结状态。排水固结。排水固结主要用于表层地下水较多处的边坡加固。有树枝状盲沟，塑料排水管等方式。工艺简单，耗用材料少，但遇到有滑层的地方，需配设支档构造物才能达到满意的效果。

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注浆加固：注浆加固技术是用液压或气压把能凝固的浆液注入物体的裂缝或孔隙，以改变注浆对象的物理力学性质，从而满足各类土木建筑工程的需要；注浆加固技术的成败与工程问题地质问题注浆材料和压浆技术等直接相关，如果忽略其中的任何一个环节，都可能造成注浆工程的失败。工程问题地质特征是灌浆取得成功的前提，注浆材料和压浆技术是注浆加固技术的关键。

加筋边坡和加筋挡土墙：加筋土是一种在土中加入加筋材料而形成的复合土在土中加入加筋材料可以提高土的强度，增强土体的稳定性。因此，凡在土中加入加筋材料而使整个土工系统的力学性能得到改善和提高的土工加固方法均称为土工加筋技术，形成的结构亦称为加筋土结构和传统支挡结构相比，加筋边坡和加筋挡土墙的特点有：结构新颖 造型美观技术简单施工方便要求较低节省材料施工速度快工期短造价低廉效益明显适应性强应用广泛等 由于加筋边坡和加筋挡土墙的这些优点，目前其已从公路路堤路肩发展到应用于其他各种支挡结构和边坡防护。目前已用于处理公路边坡、市政建设、护岸工程、铁道工程路基边坡 工民建配套的支挡及边坡工程、防洪堤、林区工程、工业尾矿坝渣场料场货场等；甚至还用于危险品或危险建筑的围堰设施等。

锚固技术：岩土锚固是把一种受拉杆件埋入地层中，以提高岩土自身的强度和自稳能力的一门工程技术由于这种技术大大减轻结构物的自重，节约了工程材料并确保工程的安全和稳定，具有显著的社会效益和经济效益，因而目前在工程中得到极其广泛的应用锚杆在边坡加固中通常与其他只当结构联合使用，例如以下几种情况：①锚杆与钢筋混凝土桩联合使用，构成钢筋混凝土排桩式锚杆挡墙排桩可以是钻孔桩 挖孔桩或预置桩；锚杆可以是预应力或非预应力锚杆，预应力锚杆材料多采用钢绞线(预应力锚索) 四级精轧螺纹钢(预应力锚杆) 锚杆的数量根据边坡的高度及推力荷载可采用桩顶单锚点作法和桩身多锚点作法。②锚杆与钢筋混凝土格架联合使用形成钢筋混凝土格架式锚杆挡墙锚杆锚点设在格架节点上，锚杆可以是预应力锚杆(索)或非预应力锚杆(索) 这种支挡结构主要用于高陡岩石

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边坡或直立岩石切坡，以阻止岩石边坡因卸荷而失稳。③锚杆与钢筋混凝土板肋联合使用形成钢筋混凝土板肋式锚杆挡墙，这种结构主要用于直立开挖的Ⅲ，Ⅳ类岩石边坡或土质边坡支护，一般采用自上而下的逆作法施工。④锚杆与钢筋混凝土板肋锚定板联合使用形成锚定板挡墙。这种结构主要用于填方形成的直立土质边坡。

预应力锚索加固：用高强度低松驰型钢绞线预应力锚索对滑坡体或崩落体施加一定的预应力，提高它们的刚度，使预应力锚索作用范围的岩石相应挤压，滑动面或岩石裂隙面上摩擦力增大，加强它们的自承能力，可有效地岩体的部份变形和位移。

4.2 各类防护的特点和适用范围

圬工防护：片(块) 石护坡和护面墙：片(块) 石护坡分为浆砌和干砌两种。护面墙比护坡厚，有一定的抗推力作用。其优点是能就地取材，工艺简单，但自重大，不宜在高边坡上使用。

菱形网格护坡：菱形网格护坡，可预制安装也可用水泥混凝土现浇和石砌。工艺简单，网格内可植草。但只适用于填方边坡和土质挖方边坡。

六角空心砖护坡：六角空心砖是用水泥混凝土预制安装的一种边坡防护形式，似蜂巢状。施工工艺简单,空洞内可填土绿化，有一定观赏价值。但自重大，费用高,且还会阻碍边坡水的排出,对边坡稳定不利，要慎重选用。窗孔肋式护坡：窗孔肋式护坡一般用浆砌片石或片石混凝土做肋，用水泥预制混凝土做成拱形窗台，坡面水从肋上排出,窗内可植草，目前是一种较为理想的防护形式。

喷射混凝土护坡：对一些较高的风化岩石边坡，采用喷射混凝土作护坡可阻止风化，

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且重量轻，施工所需设备简单，但费用较高，厚度难以控制。

生物防护：生物防护除植树(主要用于小边坡) ，除传统防护形式外，植草或铺草皮是近年来才在高速公路上兴起的一种绿色防护形式。其优点是能在短期内恢复公路沿线的绿色景观和防止边坡冲刷，但养护费用高，要随时保持绿色有一定的困难。防护所选用的植物应尽量采用当地适宜生长的植物，避免破坏别处的生态来防护本地的边坡。现在公路上植草护坡较新的技术有如下三种: 液压喷播植草护坡、三维植被网护坡、客土喷播。

结语

在选择边坡防治措施前，要详细调查地形、地质和水文条件，认真研究和确定滑坡的类型及其发展的阶段，分析形成滑坡的主、 次因素及彼此的联系，结合工程的重要程度、施工条件、工程防治的难易、投资多少等情况综合考虑。对边坡的稳定性进行综合的分析与判断。边坡防护措施的选择还要兼顾改善生态环境、 保持水土等。大型滑坡在支护的基础上,采取排水、减重等综合措施，可提高边坡的整体和局部的稳定性。

参考文献

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