论文部分内容阅读
摘要：岩质边坡的稳定性分析是许多大型工程必要考虑的，特别是道路桥梁、水电站、房屋建筑等工程。岩质边坡分析是工程设计与工程施工中较为关键的步骤。本文通过对其形成因素及所用分析方法的分析，但愿能对工程安全提供有利的支持。
关键词：岩质边坡稳定性
随着国民经济飞速发展，人们在自然岩质边坡上架桥、修坝、建房等等明显增多。由于城市建设、交通道路及水利枢纽的修建，露天矿产、煤炭资源开采等等，又形成了许多人工岩质边坡。此外，公路运输正逐步成为我国社会物质传输的主要通道，公路建设的要求也越来越高。高速公路凭借其独特的优点正成为新建公路工程的重中之重，在岩体中开挖的边坡也越来越多。随着我国西部大开发战略的实施，各类基础设施工程项目大量开展，在大型工程建设当中，普遍存在着大量的高陡岩质边坡，而这些边坡的稳定与否直接关系到整个工程的安全，甚至在很大程度上影响着工程的进度、效益甚至工程的成败。因此，岩质边坡稳定性问题也越来越多的得到众多专家学者的重视。
边坡稳定性分析是岩土工程中一个十分重要的问题，边坡稳定性分析是工程成败的关键技术，也是确保工程安全和降低建设费用的重要环节。与土坡相比，岩质边坡不仅规模大，而且由于岩石本身一般强度较高，其破坏机制是有差别的，主要表现在岩质边坡的破坏更多地受控于结构面的发育特征及空间组合关系。
由于岩质边坡体内存在许多不规则的结构面，因此岩体是非连续、非均质、各向异性的介质，而且岩质边坡在开挖前就受到地应力（构造应力、温度应力、自重应力）和地下水等的作用，因此岩质边坡稳定与否不仅取决于岩体内部地质结构，也取决于外部环境的影响，是多种因素的综合作用。总体而言，岩质边坡的稳定性很大程度上取决于岩体内破坏，它的稳定性主要是通过分析岩体中的结构面来进行评价的。
影响岩质边坡稳定的因素有多种，归纳起来，主要有以下几个方面：一，地形地貌。边坡变形和破坏主要发育于深山峡谷地区，陡峭的岸坡最易发生边坡变形破坏。二，地质构造。岩体中常常分布有节理、断层、层面、剪切带、软弱夹层等结构面，因为结构面是具有极低或没有抗拉强度的不连续面，由于结构面的存在，降低了岩体的整体强度，改变了岩体的力学性能，岩体中的结构面是岩质边坡稳定的重要控制因素。三，构造应力。地壳岩体中地质构造应力分布是不均匀的，如果在某些岩体中，地质构造应力较大，将会对边坡稳定性的分析产生重要的影响。四，水的作用。大多数岩体边坡的滑动都跟水的作用有关。水充填在张裂隙及各种结构面里使岩块承受静水压力作用，静水压力在边坡稳定分析计算中占有很重要的位置。岩块由于受地下水作用的影响，降低岩体的抗剪强度，地下水位升高以后，后缘拉裂缝中静水压力增大，增加了岩块的滑动力，加快岩体的变形，不利于岩块的稳定。五，工程爆破。工程爆破也是影响岩质边坡稳定的一个重要因素，边坡岩体在爆破动力的瞬时冲击作用下，爆破源附近的岩体瞬时被剧烈的压缩，由于爆破冲击波向四周传播，致使岩体介质产生变形。六，地震作用。因地震造成大量边坡产生滑坡，给国家带来了严重的损失。地震应力是作用于边坡岩体的一个巨大的动应力，在时间和空间上的分布均是不均匀的，地震使边坡表面常常产生拉应力，降低岩块的安全系数，不利于岩块的稳定。
岩体是地壳运动的产物，同一般的工程结构物不同，它具有天然的应力状态。埋藏于地下的岩体承受着上覆岩石自重的作用，在近期构造运动强烈的地区，还承受着水平方向上具有方向性的构造力的作用。这种天然的应力状态，对岩体的稳定性有着十分重要的意义。岩体在天然应力状态下，虽然也承受一定的力，但是由于处在围限的状态之下，所受的力处于平衡状态，或所受的力并不很大，因此一般可以保持其稳定状态。但是一经工程开挖，岩体中出现了可供变形的临空面，应力状态遭到破坏，引起应力性质和大小的变化。当岩体所具有的强度不足以抵抗这种新的应力时，就要发生变形与破坏。
除了上述几种因素以外，还有温度、风化、在坡面修建建筑物及加重等因素。通常情況下，影响边坡稳定并不是单一因素导致的，对边坡稳定分析时，应按照实际情况综合考虑。
岩质边坡滑动一般在结构面上，不能像土坡那样采用圆弧搜索法求滑动面，而需要地质分析与力学分析方法相结合来确定滑动面。目前，对岩质边坡的稳定性评价主要是在对边坡工程地质分析的基础上，采用工程类比、图解分析等方法确定边坡的破坏形式，然后采用刚体极限平衡法、有限元法等进行定量分析。
常用的边坡稳定性分析方法很多，主要有如下几种：自然历史分析法、极限平衡分析法、工程类比法以及数值分析方法。其中数值分析方法中又包括有限元法、边界元法、离散单元法、不连续变形分析（DDA）法、数值流形元法、块体理论以及快速拉格朗日差分（FLAC）法等几种方法。其中有限元法能反映边坡岩土体的应力-应变关系，考虑实际边坡体的复杂边界条件和采用一般土的材料模型，是一种较好的研究边坡稳定性的方法。有限元法在岩质边坡稳定分析中应用的较早、较广泛，可以用来求解弹性、弹塑性、粘塑性等问题。有限元法的优点是考虑了边坡岩土体的非均质性和不连续性，还可以考虑地下水的渗流影响及蠕变特征等。可以给出岩土体的应力、应变大小分布，因此，可以近似地从应力应变角度去分析边坡的变形破坏机理，从而避免了极限平衡法中将滑体视为刚体而过于简化的缺点。
边坡稳定性分析过程一般步骤为：实际边坡→力学模型→数学模型→计算方法→结论。其核心内容是力学模型、数学模型、计算方法的研究，即边坡稳定性分析方法的研究。边坡稳定分析方法研究一直是边坡稳定性问题的重要研究内容，也是边坡稳定研究的基础。近几年来在该领域内取得了很多新的进展，其主要表现在极限平衡理论的完善以及数值分析方法的广泛应用。
传统的极限平衡法认为滑动面沿长度方向是不变的，这与实际边坡有些不符。近几年来极限平衡理论得到了丰富和完善，如遗传进化算法的提出。这种算法模拟生物进化步骤，将复制、杂交、变异、竞争和选择等概念引入到算法中。将该算法应用到边坡稳定分析中克服了传统分析方法客易进入局部极小化缺点，是一种全局优化算法。但该方法需有较高的理论基础。
有限元法是边坡稳定分析中用得较多的一种数值方法，除此之外，其它多种数值分析方法也被大量应用于边坡稳定性分析中。
单一的方法对解决边坡稳定性问题明显不力，所以，近年来，复合法越来越受到青睐，用两种或两种以上方法分析同一问题，相互对照，相互验证，更有利于边坡稳定性问题的解决。也有一种看法认为影响边坡稳定性的各种因素是随机变量，所以建议运用概率论和数理统计知识来研究边坡稳定性，在随机分析中将边坡岩体材料性能视为随机变量。因随机因素太多，难以确定各因素的概率。目前还只能处于理论研究阶段，应用到边坡实际中还有很多工作要做。
总之，岩质边坡的稳定性分析是大型工程必要考虑的，特别是道路桥梁、水电站、房屋建筑等工程，其工程安全系数指标大多都为一、二级，所以保障边坡稳定性是至关重要的。岩质边坡分析是工程设计与工程施工中较为关键的步骤。通过对其形成因素及所用分析方法的分析，但愿能对工程安全提供有利的支持。
参考文献：
[1]宋胜武,严明.一种基于稳定性评价的岩质边坡坡体结构分类方法.工程地质学报.2011.19
关键词：岩质边坡稳定性
随着国民经济飞速发展，人们在自然岩质边坡上架桥、修坝、建房等等明显增多。由于城市建设、交通道路及水利枢纽的修建，露天矿产、煤炭资源开采等等，又形成了许多人工岩质边坡。此外，公路运输正逐步成为我国社会物质传输的主要通道，公路建设的要求也越来越高。高速公路凭借其独特的优点正成为新建公路工程的重中之重，在岩体中开挖的边坡也越来越多。随着我国西部大开发战略的实施，各类基础设施工程项目大量开展，在大型工程建设当中，普遍存在着大量的高陡岩质边坡，而这些边坡的稳定与否直接关系到整个工程的安全，甚至在很大程度上影响着工程的进度、效益甚至工程的成败。因此，岩质边坡稳定性问题也越来越多的得到众多专家学者的重视。
边坡稳定性分析是岩土工程中一个十分重要的问题，边坡稳定性分析是工程成败的关键技术，也是确保工程安全和降低建设费用的重要环节。与土坡相比，岩质边坡不仅规模大，而且由于岩石本身一般强度较高，其破坏机制是有差别的，主要表现在岩质边坡的破坏更多地受控于结构面的发育特征及空间组合关系。
由于岩质边坡体内存在许多不规则的结构面，因此岩体是非连续、非均质、各向异性的介质，而且岩质边坡在开挖前就受到地应力（构造应力、温度应力、自重应力）和地下水等的作用，因此岩质边坡稳定与否不仅取决于岩体内部地质结构，也取决于外部环境的影响，是多种因素的综合作用。总体而言，岩质边坡的稳定性很大程度上取决于岩体内破坏，它的稳定性主要是通过分析岩体中的结构面来进行评价的。
影响岩质边坡稳定的因素有多种，归纳起来，主要有以下几个方面：一，地形地貌。边坡变形和破坏主要发育于深山峡谷地区，陡峭的岸坡最易发生边坡变形破坏。二，地质构造。岩体中常常分布有节理、断层、层面、剪切带、软弱夹层等结构面，因为结构面是具有极低或没有抗拉强度的不连续面，由于结构面的存在，降低了岩体的整体强度，改变了岩体的力学性能，岩体中的结构面是岩质边坡稳定的重要控制因素。三，构造应力。地壳岩体中地质构造应力分布是不均匀的，如果在某些岩体中，地质构造应力较大，将会对边坡稳定性的分析产生重要的影响。四，水的作用。大多数岩体边坡的滑动都跟水的作用有关。水充填在张裂隙及各种结构面里使岩块承受静水压力作用，静水压力在边坡稳定分析计算中占有很重要的位置。岩块由于受地下水作用的影响，降低岩体的抗剪强度，地下水位升高以后，后缘拉裂缝中静水压力增大，增加了岩块的滑动力，加快岩体的变形，不利于岩块的稳定。五，工程爆破。工程爆破也是影响岩质边坡稳定的一个重要因素，边坡岩体在爆破动力的瞬时冲击作用下，爆破源附近的岩体瞬时被剧烈的压缩，由于爆破冲击波向四周传播，致使岩体介质产生变形。六，地震作用。因地震造成大量边坡产生滑坡，给国家带来了严重的损失。地震应力是作用于边坡岩体的一个巨大的动应力，在时间和空间上的分布均是不均匀的，地震使边坡表面常常产生拉应力，降低岩块的安全系数，不利于岩块的稳定。
岩体是地壳运动的产物，同一般的工程结构物不同，它具有天然的应力状态。埋藏于地下的岩体承受着上覆岩石自重的作用，在近期构造运动强烈的地区，还承受着水平方向上具有方向性的构造力的作用。这种天然的应力状态，对岩体的稳定性有着十分重要的意义。岩体在天然应力状态下，虽然也承受一定的力，但是由于处在围限的状态之下，所受的力处于平衡状态，或所受的力并不很大，因此一般可以保持其稳定状态。但是一经工程开挖，岩体中出现了可供变形的临空面，应力状态遭到破坏，引起应力性质和大小的变化。当岩体所具有的强度不足以抵抗这种新的应力时，就要发生变形与破坏。
除了上述几种因素以外，还有温度、风化、在坡面修建建筑物及加重等因素。通常情況下，影响边坡稳定并不是单一因素导致的，对边坡稳定分析时，应按照实际情况综合考虑。
岩质边坡滑动一般在结构面上，不能像土坡那样采用圆弧搜索法求滑动面，而需要地质分析与力学分析方法相结合来确定滑动面。目前，对岩质边坡的稳定性评价主要是在对边坡工程地质分析的基础上，采用工程类比、图解分析等方法确定边坡的破坏形式，然后采用刚体极限平衡法、有限元法等进行定量分析。
常用的边坡稳定性分析方法很多，主要有如下几种：自然历史分析法、极限平衡分析法、工程类比法以及数值分析方法。其中数值分析方法中又包括有限元法、边界元法、离散单元法、不连续变形分析（DDA）法、数值流形元法、块体理论以及快速拉格朗日差分（FLAC）法等几种方法。其中有限元法能反映边坡岩土体的应力-应变关系，考虑实际边坡体的复杂边界条件和采用一般土的材料模型，是一种较好的研究边坡稳定性的方法。有限元法在岩质边坡稳定分析中应用的较早、较广泛，可以用来求解弹性、弹塑性、粘塑性等问题。有限元法的优点是考虑了边坡岩土体的非均质性和不连续性，还可以考虑地下水的渗流影响及蠕变特征等。可以给出岩土体的应力、应变大小分布，因此，可以近似地从应力应变角度去分析边坡的变形破坏机理，从而避免了极限平衡法中将滑体视为刚体而过于简化的缺点。
边坡稳定性分析过程一般步骤为：实际边坡→力学模型→数学模型→计算方法→结论。其核心内容是力学模型、数学模型、计算方法的研究，即边坡稳定性分析方法的研究。边坡稳定分析方法研究一直是边坡稳定性问题的重要研究内容，也是边坡稳定研究的基础。近几年来在该领域内取得了很多新的进展，其主要表现在极限平衡理论的完善以及数值分析方法的广泛应用。
传统的极限平衡法认为滑动面沿长度方向是不变的，这与实际边坡有些不符。近几年来极限平衡理论得到了丰富和完善，如遗传进化算法的提出。这种算法模拟生物进化步骤，将复制、杂交、变异、竞争和选择等概念引入到算法中。将该算法应用到边坡稳定分析中克服了传统分析方法客易进入局部极小化缺点，是一种全局优化算法。但该方法需有较高的理论基础。
有限元法是边坡稳定分析中用得较多的一种数值方法，除此之外，其它多种数值分析方法也被大量应用于边坡稳定性分析中。
单一的方法对解决边坡稳定性问题明显不力，所以，近年来，复合法越来越受到青睐，用两种或两种以上方法分析同一问题，相互对照，相互验证，更有利于边坡稳定性问题的解决。也有一种看法认为影响边坡稳定性的各种因素是随机变量，所以建议运用概率论和数理统计知识来研究边坡稳定性，在随机分析中将边坡岩体材料性能视为随机变量。因随机因素太多，难以确定各因素的概率。目前还只能处于理论研究阶段，应用到边坡实际中还有很多工作要做。
总之，岩质边坡的稳定性分析是大型工程必要考虑的，特别是道路桥梁、水电站、房屋建筑等工程，其工程安全系数指标大多都为一、二级，所以保障边坡稳定性是至关重要的。岩质边坡分析是工程设计与工程施工中较为关键的步骤。通过对其形成因素及所用分析方法的分析，但愿能对工程安全提供有利的支持。
参考文献：
[1]宋胜武,严明.一种基于稳定性评价的岩质边坡坡体结构分类方法.工程地质学报.2011.19