摘要：在日益发展的当今世界，人类工程活动日益显著，随之而来的边坡问题日益凸显，由此边坡工程稳定状况就变得事关工程建设的成败和安全。本文通过对边坡类型和稳定性分析方法的总结，并以甘谷县某岩质边坡为例，阐述刚体极限平衡法这一重要理论对岩质边坡稳定性分析的重要意义。

关键词：岩质边坡;稳定性分析方法;工程治理

　　边坡，包括天然斜坡和人工边坡，是自然界或工程活动场所具有露天侧向临空面的一类地质体。而岩质边坡则是由岩质构成坡体物质的一类特殊的边坡。随着人类的工程活动日益频繁，边坡的变形、失稳破坏极为普遍，危害人民生命财产安全及工程正常运营的地质灾害。因此，对于拟建工程的边坡稳定性的分析、预测及防治工程措施的实施就显得尤为重要。
　　一、边坡的结构类型及其破坏模式
　　边坡是由各种各样的结构面和结构体单元组成不同的边坡岩体结构类型。常见的岩体结构类型可分为：块状结构、镶嵌结构、碎裂结构、层状结构、层状碎裂结构和散体结构等。
　　其中块状结构岩体，整体强度较高，自然条件下一般不会发生失稳破坏;镶嵌结构岩体，强降雨条件下可能会造成局部的崩塌和落石，但不会造成大规模的失稳;碎裂结构岩体造成了岩体松动，造成大量的崩塌、落石以及小规模的滑动;层状结构的岩体受层面的控制，在一定条件下可能沿层面产生滑动;散体结构的边坡，在强降雨、地震、人工开挖作用下常常产生大量的崩塌和滑塌，而且有可能导致大规模滑坡和流滑。
　　薛守义(1989)将边坡的破坏形式分为滑动型、崩塌型、塑性变形、层体弯折四大类，各大类之下又分若干亚类(详见表1)。

　　                                        表1边坡的变形破坏类型

　　二、边坡稳定性分析方法种类及特点
　　1、刚体极限平衡法
　　刚体极限平衡法是目前边坡稳定性分析最常用的一种方法。这类方法一般是先假定破裂滑动面为圆弧、圆弧+直线或其他不规则面，并假定该滑动面土体满足库仑力破坏准则，然后从边坡取出一个隔离体，根据作用在该隔离体上的已知力或假定力，计算出维持平衡所需要的土的抗剪强度，将该强度与实际状态的抗剪强度进行比较，求出安全系数作为衡量边坡稳定性的基本指标，具体方法种类详见下表2。

　                                         表2边坡的变形破坏类型

　　2、数值分析方法
　　数值分析方法主要包括有限元(ANSYS，ANDIA)、离散元(3DED，UDEC)和边界元(BEM)。该方法以边坡在失稳之前伴随的较大变形为依据，将稳定和变形紧密地联系起来。通过计算单元的应力及应变，根据不同的强度指标确定破坏区的位置及其扩展情况，并设法将局部破坏和整体破坏联系起来，求得合适的临界滑裂面位置。

　　表3部分数值分析方法的主要特点

　　3、极限分析法
　　极限分析理法包括上限法和下限法两个部分。
　　(1)上限法：也称能量法，通常需要假设一个滑裂面，并将土体分成若干块，土体视作刚塑性体，然后构筑一个协调位移场。为此需要假设滑裂面为对数螺旋线或直线，然后根据虚功原理求解滑体处于极限状态时的极限荷载或稳定安全系数。上限法的结果一定比真实解大，因此在工程应用中偏于不安全。
　　(2)下限法：在计算过程中需要构造一个合适的静力许可的应力分布，在通常情况下可用应力柱法或者应力不连续法等来求得问题的下限解。下限定理的应用是有限的，因为很难找到合适的静力许可的应力分布，只有极少数情况下可用应力柱方法构造这种平衡静力场，获取下限解。下限解的结果比实际结果小，因此在工程应用中偏于安全。
　　三、顺层岩质边坡稳定性刚体极限平衡法
　　顺层岩质边坡是工程实践中经常遇到也是较容易产生破坏的一类边坡。顺层岩质边坡是指岩层走向、倾向与边坡走向、倾向一致或接近的边坡，其破坏主要表现为剪切滑动和溃曲。
　　刚体极限平衡法以其公式简单、计算方便而被许多工程所应用。前人从刚体极限平衡理论框架体系出发，比较系统地推导了岩石边坡平面破坏的稳定性系数，其基本假定如下：
　　(1)滑动面的走向必须与坡面平行或接近平行;
　　(2)滑动面必须在边坡面出露，即滑动面的倾角必须小于坡面倾角;
　　(3)岩体中必须存在对干滑动阻力很小的分离面，以定出滑动的侧面边界;
　　(4)张裂缝垂直，其走向平行于坡面和滑面;
　　(5)水沿张裂缝渗入滑动面，张裂缝底与坡趾间的长度内水压力按线性变化至零(三角分布)，计算模型如图1所示。

　　图1 岩质边坡稳定性分析计算模型

　　考虑后缘裂缝静水压力、沿滑面扬压力、水平地震惯性力、预应力锚索(杆)锚固力，根据刚体极限平衡法进行计算，可得到潜在滑动面上的稳定系数(总抗滑力与总滑动力之比)表达式为
　　四、刚体极限平衡法工程应用
　　边坡位于甘谷县武家河村北侧山坡，该边坡曾发生多次小型崩塌，直接威胁坡体下方企事业单位和村民的生命财产安全。因此该边坡的治理对于社会稳定和构建和谐社会具有重要意义。
　　(1)甘谷县某边坡工程地质条件
　　该边坡坡体下部基岩裸露，类型属岩质斜坡，岩性为泥岩与砂砾岩互层，产状296°∠32°，岩体裂隙发育，岩体破碎，结构碎裂，局部有崩塌现象。
　　区内斜坡岩层为泥岩与砂砾岩互层，砂砾岩表层风化严重，块体破碎;泥岩具有遇水软化，失水干裂产生裂隙等特点。砂砾岩块体破碎、裂隙发育有利于雨水入渗，致使泥岩结构破坏，遇水软化，易形成软弱面或软弱带，导致其上部坡体失稳。在降水、地震、坡体加载及水体入渗等条件下引发崩塌、滑坡等地质灾害的可能性大。
　　勘查区区内坡体基岩共发育4组结构面(表4)。

　　表4结构面分组表

　　(2)边坡治理拟设工程
　　1、坡面修整
　　坡面修整主要为边坡危岩体的简单清理和取直，修整界限：从坡顶设计削方线开始，从上往下清方。坡面修整工程主要是在锚固工程之前，对整个不稳定斜坡破碎坡面进行修整，修整坡比为1:0.2。
　　2、挡土墙
　　挡墙墙体均采用C25混凝土浇筑，墙体预留泄水孔采用Φ110PVC管。依据挡墙平面位置，每间隔10m设伸缩缝一道。地基采用三七灰土进行换填处理，以满足承载力要求。
　　3、锚杆
　　采用采用随机锚杆加固，般锚杆水平间距和排距为5.0m×5.0m，孔径130m，倾角20°，锚杆注浆采用M30水泥砂浆，锚杆采用HRB400级Φ28钢筋制作。
　　4、截排水渠
　　边坡坡面上部设计截排水渠工程，总长580m，采用“瓦片型以渠代路”的方式，设计宽约1.5～2.0m，以原路中轴线，向两侧以3°坡度倾斜。
　　(3)边坡稳定性分析
　　稳定性分析计算时边坡岩土体的重度、抗剪强度依据本次试验资料及参考本区域内已有实验数据综合确定，具体取值见表5。

　　表5不稳定斜坡稳定性计算参数选取一览表

　　本次计算结果采用刚体极限平衡法进行稳定性定量计算，经稳定性分析计算可知，加固前该边坡正常条件下稳定系数为1.171～1.054，地震条件下稳定系数为1.062～0.954，暴雨条件下稳定系数为1.117～1.006。根据《建筑边坡工程技术规范》，综合评价认为斜坡现状条件下基本稳定，暴雨状态下欠稳定，地震状态下不稳定。

　　表6 边坡稳定性状态划分

　　锚杆加固工程实施后在自重+暴雨+地震工况下得出四个区典型计算坡面的稳定性系数计算结果，可见加固后的稳定性系数均大于《建筑边坡工程技术规范》(GB50330-2013)规定的Ⅰ级边坡安全系数1.35，因此加固工程实施后边坡在最不利工况下达到稳定状态，并有一定安全储备。
　　五、总结
　　(1).刚体极限平衡法，作为一种较为成熟的理论，已在众多的岩质边坡工程中得到应用，且取得了良好的应用成果。
　　(2).锚杆(索)作为一种成熟的工程技术手段，广泛应用于边坡的工程治理，对于提高边坡的稳定性，尤其岩质边坡的稳定性有着良好的效果。
　　(3).对于边坡的工程治理仅仅有支挡和锚固措施是远远不够的，还应当注意坡面的汇水对坡体的影响，注意坡面截排水工程的设计，将降水入渗对坡体稳定性的影响降到最低。

　　参考文献
　　[1] 许强，黄润秋，殷跃平，等.2009年6.5重庆武隆鸡尾山崩滑灾害基本特征与成因机理初步研究[J].工程地质学报，2009,17(4)：433-444.
　　[2] 许强，裴向军，黄润秋.汶川地震大型滑坡研究[M].北京：科学出版社，2009.
　　[3] 王根龙，叶万军，伍法权. 崩滑地质灾害稳定性评价方法研究[M].上海：上海交通大学出版社，2013.