2018年岩土工程师基础知识考点：影响边坡稳定性的工程地质因素

2018年岩土工程师基础知识考点：影响边坡稳定性的工程地质因素

　　影响边坡稳定性的工程地质因素

　　边坡变形的发生发展是极其错综复杂的，影响因素也很多的。概括起来可以分为两个方面：

　　内在因素，包括地貌条件、岩石性质，岩体结构与地质构造等。这些因素的变化是十分缓慢的，它们决定边坡变形的形式和规模，对边坡的稳定性起着控制作用，是边坡变形的先决条件。

　　外在因素，包括水文地质条件，风化作用，水的作用、地震及人为因素等。这些因素的变化是很快的，但它只有通过内在因素，才能对边坡稳定性起着破坏作用，或者促进边坡变形的发生和发展。

　　边坡变形，实质上是内在和外在的各种因素综合作用的结果。因此，在分析边坡稳定时，应在研究各种单一因素的基础上，找出它们彼此间的内在联系，才能对边坡的稳定性做出比较正确的评价。

　　【例题21】在影响边坡变形的下列各种因素中，属于内在因素的是()。

　　A. 水文地质条件

　　B. 水的作用

　　C. 地震

　　D.地貌条件

　　答案:D

　　(一)地貌条件

　　地貌是由于地球内、外营力作用而形成的地表起伏形态。地貌条件决定了边坡形态，对边坡稳定性有直接影响。边坡的形态系指边坡的高度、坡角、剖面形态、平面形态以及边坡的临空条件等。对于均质岩坡，其坡度愈陡，坡高愈大则稳定性越差。对边坡的临空条件来讲，工程地质条件相类似的情况下，平面呈凹形的边坡较呈凸形的边坡稳定。此外，在边坡倾向与缓倾角结构面倾向一致的同向结构类型地段，边坡稳定性与边坡坡度关系不密切，而主要取决于边坡高度。

　　【例题22】在边坡倾向与缓倾角结构面倾向一致的同向结构类型地段，边坡的稳定性主要取决于()。

　　A.坡角

　　B.坡高

　　C.边坡走向

　　D.结构面倾向

　　答案:B

　　(二)岩石的性质

　　岩石性质的差异是影响边坡稳定的基本因素，就边坡的变形破坏特征而论，不同的地层岩组有其常见的变形破坏形式。例如，有些地层岩组中滑坡特别发育，这是与该地层岩石的矿物成分、亲水特性及抗风化能力等有关，如第三系红色页岩、泥岩、裂隙粘土;二叠系煤系岩组，以及古老的泥质变质岩系(千枚岩、片岩等)都是易滑地层岩组。其次，岩组特征对边坡的变形破坏有着直接影响，坚硬完整的块状或厚层状岩组，易形成高达数百米的陡立斜坡，而在软弱地层的岩石中形成的边坡在坡高一定时，其坡度较缓。由某些岩石组成的斜坡在于燥或天然状态下是稳定的，但一经水浸，岩石强度将大减，斜坡出现失稳，如此等等，充分说明岩石对边坡的变形破坏有直接影响。

　　(三)岩体结构与地质构造

　　岩体结构类型、结构面性状及其与坡面的关系是岩质边坡稳定的控制因素。

　　结构面的倾角和倾向：同向缓倾边坡的稳定性较反向坡要差;同向缓倾坡中，结构面的倾角愈陡，稳定性愈好;水平岩层组成的边坡稳定性亦较好。

　　结构面的走向：结构面走向与坡面走向之间的关系，决定了失稳边坡岩体运动的临空程度，当倾向不利的结构面走向和坡面平行时，整个坡面都具有临空自由滑动的条件，因此，对边坡的稳定性最为不利。

　　结构面的组数和数量：边坡受多组结构面切割时，切割面、临空面和滑动面就多些，整个边坡变形破坏的自由度就大些，组成滑动块体的机会也大些;结构面较多时，为地下水活动提供了较多的通道，显然地下水的出现，降低了结构面的抗剪强度，对边坡稳定不利。另外，结构面的数量影响到被切割岩块的大小和岩体的破碎程度，它不仅影响边坡的稳定性，而且影响到边坡的变形破坏的形式。

　　对边坡稳定性有影响的岩体结构还包括：结构面的连续性、粗糙程度及结构面胶结情况、充填物性质和厚度等方面。

　　地质构造是影响岩质边坡稳定性影响的重要因素，它包括：区域构造特点、斜坡地段的褶皱形态、岩层产状、断层与节理裂隙的发育程度及分布规律、区域新构造运动等。在区域构造较复杂、褶皱较强烈、新构造运动较活跃区域，斜坡的稳定性较差。斜坡地段的褶皱形态、岩层产状、断层及节理等本身就是软弱结构面，经常构成滑动面或滑坡周界，直接控制斜坡变形破坏的形式和规模。对地质构造进行分析研究，是定性和定量分析评价边坡稳定性的基础。

　　【例题23】在下列哪种条件下，斜坡的整个坡面都具有临空自由滑动的条件，对边坡的稳定性最为不利()。

　　A. 当倾向不利的结构面走向和坡面平行时

　　B. 当倾向不利的结构面走向和坡面相交时

　　C. 当倾向不利的结构面走向和坡面垂直时

　　答案:A

　　【例题24】在同向缓倾坡当中存在着三组结构面，斜坡的倾角为35°，已知结构面M的倾角为20°;结构面N的倾角为35°;结构面F的倾角为60°;在三组结构面中，对斜坡稳定最不利的结构面为()。

　　A. M

　　B. N

　　C. F

　　答案:A

　　(四)风化作用

　　风化作用，是各类岩石长期暴露地表，受到水文，气象变化的影响，发生物理和化学作用，出现各种不良现象，如产生次生矿物，节理张开或裂隙扩大，并出现新的风化裂隙，岩体结构破坏，物理力学性质降低等。显然，岩石遭受风化作用之后，边坡的稳定性大大降低，并对边坡变形的发生和发展起着促进作用。实际资料说明，岩石风化愈深，边坡的稳定性愈差，稳定坡角愈小。

　　岩石的风化速度，风化的深度和厚度应取决于一系列的因素，如岩石的性质，断裂的发育程度，水文地质动态，水文、气象，地形地貌及现代物理地质作用等。在同一地区由于岩石性质不同，风化程度也不同。如粘土质页岩比硬砂岩易风化，风化较深，风化层的厚度也较大，边坡角较小，根据某些地区自然边坡实际调查资料，粘土质岩组成的边坡坡角均缓于36°，而砂岩边坡则较陡。

　　断裂发育的破碎岩石带比裂隙少的岩石风化较深，风化厚度也较大，在几组断裂面交会处常形成袋状深化风化带，有些面成为边坡变形的控制面。

　　具有周期性干湿变化地区(如水库水位变动区，地下水位季节变动带)的岩石易于风化，风化速度较快，边坡稳定性较差，而无干湿变化影响地区的岩石，风化速度较慢，边坡稳定性高，位于冲沟、河谷的岸坡，由于剥蚀冲刷作用强烈，风化层较薄，边坡坡角较陡，有的可达45°～50°以上边坡仍然稳定，而愈接近山顶，风化层的厚度愈大，边坡坡度也较缓，常见为15°～20°之间。以上说明风化作用对边坡稳定是不利的。风化程度对边坡稳定性影响如表17-1-3所示。

　　表中简要地阐述了风化带与边坡稳定性的关系。在这里必须指出，由于岩石性质、组织结构和完整性不一，及各处风化因素不同，因此，风化带的厚度和分布状况都有极大的差别。同时，风化作用的强度随着岩石的埋深增大逐渐减弱的。所以，每一带之间并不见明显的分界线，而具有过渡性的渐变特征。

　　此外，自然界的风化作用，总是不停止继续进行着，岩石性质和边坡的稳定性也不断在恶化，在研究风化作用对边坡稳定性的影响时，必须考虑这些特点和它们的发展趋势。

　　(五)水的作用

　　水对斜坡稳定性有显著影响。它的影响是多方面的，包括软化作用、冲刷作用、静水压力和动水压力作用，还有浮托力作用等。

　　1.水的软化作用

　　水的软化作用系指由于水的活动使岩土体强度降低的作用。对岩质斜坡来说，当岩体或其中的软弱夹层亲水性较强，有易溶于水的矿物存在时，浸水后岩石和岩体结构遭到破坏，发生崩解泥化现象，使抗剪强度降低，影响斜坡的稳定。对于土质斜坡来说，遇水后软化现象更加明显，尤其是粘性土和黄土斜坡。

　　2.水的冲刷作用

　　河谷岸坡因水流冲刷而使斜坡变高、变陡，不利于斜坡的稳定。冲刷还可使坡脚和滑动面临空，易导致滑动。水流冲刷也常是岸坡崩塌的原因。此外，大坝下游在高速水流冲刷下形成冲刷坑，其发展的结果会使冲坑边坡不断崩落，以致危及大坝的安全。

　　3.静水压力

　　作用于斜坡上的静水压力主要有三种不同的情况：其一是当斜坡被水淹没时作用在坡面上的静水压力;其二是岩质斜坡张裂隙充水时的静水压力;其三是作用于滑体底部滑动而(或软弱结构面)上的静水压力。

　　当斜坡被水淹没，而斜坡的表部相对不透水时，坡面上就承受一定的静水压力。由于该静水压力指向坡面且与其正交，所以对斜坡稳定有利。在水库蓄水的条件下对库岸稳定性计算时应计入此静水压力。

　　岩质斜坡中的张裂隙(或陡倾节理)，如果因降雨或地下水活动使裂隙充水，则裂隙将承受静水压力的作用(图17-1-11)。该裂隙静水压力Pw为(取单宽坡体)

　　式中H为裂隙水的水头高;L为充水裂隙的长度;Pw为水的密度;g为重力加速度。

　　这一静水压力对斜坡稳定是不利的，由于它的作用使斜坡受到一个向着临空面的侧向推力。易发生失稳。雨季时一些斜坡产生崩塌或滑坡，往往与裂隙静水压力的作用有关。

　　如果斜坡上部为相对不透水的岩土体，则当河水位上涨或水库蓄水时，地下水位上升，斜坡内不透水岩土底面将受到静水压力作用，削减该结构面上的有效应力，从而降低了抗滑力，不利于斜坡的稳定(17-1-12)。显然，地下水位愈高，则对斜坡稳定愈不利。

　　当河水位或库水位迅速消落时，由于地下水的滞后效应，结构面上存在较大的静水压力，岸坡破坏就比较普遍。

　　4.动水压力

　　如果斜坡岩土体是透水的，地下水在其中渗流时由于水力梯度作用，就会对斜坡产生动水压力。其方向与渗流方向一致，指向临空面，因而对斜坡稳定是不利的。在河谷地带当洪水过后河水位迅速下降时，岸坡内可产生较大的动水压力，往往使之失稳。同样，当水库水位急剧下降时，库岸也会由于很大的动水压力而致失稳。

　　此外，地下水的潜蚀作用，会削弱甚至破坏土体的结构联结，对斜坡稳定性也是有影响的。

　　5.浮托力

　　处于水下的透水斜坡，将承受浮托力的作用，使坡体的有效重量减轻，对斜坡稳定不利。一些由松散堆积物组成库岸的水库，当蓄水时岸坡发生变形破坏，原因之一就是浮托力的作用。

　　【例题25】在下列哪种情况下的静水压力对斜坡的稳定是有利的()。

　　A. 斜坡被水淹没时作用在坡面上的静水压力

　　B. 质斜坡张裂隙充水时的静水压力

　　C.作用于滑体底部滑动而(或软弱结构面)上的静水压力

　　答案:A

　　(六)地震

　　地震对斜坡稳定性的影响较大。强烈地震时由于水平地震力的作用，常引起山崩、滑坡等斜坡破坏现象，国内外都有大量实例。例如，1933年8月25日四川叠溪大地震，引起大滑坡和山崩，摧毁了叠溪镇。滑坡和崩塌体将岷江堵塞形成4～5亿立方米的堰塞湖。10月9日堵体溃决，湖水急速下泄，造成下游2500余人死亡，是叠溪镇死亡人数的5倍。1965年智利8.4～8.6级地震，曾造成数以千计的滑坡和崩塌。

　　地震对斜坡稳定性的影响，是因为水平地震力使法向压力削减和下滑力增强，促使斜坡易于滑动(图17-1-13)。

　　此外，强烈地震的振动，使地震带附近岩土体结构松动，也给斜坡稳定带来潜在威胁。

　　【例题26】由于地震作用引起的山崩、滑坡等斜坡破坏现象，主要是由()引起的。

　　A.水平地震力的作用

　　B.垂直地震力的作用

　　C.重力加速度的作用

　　D.软弱结构面的作用

　　答案:A

　　(七)人为因素

　　岩质边坡变形，除各种自然地质因素外，人为因素的影响也是比较显著的。

　　1.爆破作用

　　爆破作用对岩质边坡稳定的影响与地震作用相类似，只是影响深度较小，范围不大。如果工程开挖，均采用洞室爆破(装药量为500～1400kg)，爆破后，即在边坡上发生许多弧形裂缝，宽度约1—50mm，并不断发展扩大，在爆破后30min左右，先后发生多处崩塌和滑坡;如福建某工程开挖明渠一次装药量为4500kg，爆破后发生了滑坡，这些实例均说明爆破对边坡稳定起着直接破坏作用。

　　2.人工削坡

　　岩质边坡变形，多数是由于开挖没有考虑岩体结构的特点，或者切断了控制边坡稳定的主要结构面，形成滑动临空面，使边坡岩体失去支撑而发生变形的，多见于基坑、厂房隧洞进出口，路堑及渠道边坡的开挖。

　　3.施工方法

　　在生产中，常常由于施工程序安排不当，排水不良，或者开挖没有考虑岩体结构特点等不适当的施工方法引起边坡破坏，如福建某工程由于施工方法不当，即在坡顶开挖进度慢，坡脚开挖进度快，形成倒坡;又在坡顶采用了所谓“水力冲挖”法，结果水沿裂隙下渗，降低了夹泥层的抗剪强度，而发生了滑坡。

　　4.工程作用

　　因修建了工程，破坏了自然稳定边坡的平衡状态或未考虑水文地质条件等自然因素而引起边坡破坏的实例是很多的。如水库蓄水后，地下水位壅高，或者原有边坡岩体内存在有不利于稳定的结构面和夹层时，由于水的作用，抗滑力将很快降低，最易发生边坡变形。

　　综上所述，影响边坡变形的因素是多种多样的。因此，对各处边坡的稳定性，必须作具体地分析。同时应该指出，目前对某些因素如震动作用，水的作用等等，只对一般现象有所了解，至于对边坡的危害程度，变化规律及其发展趋势等，尚难做出定量评价，还有待今后在生产实践中有所研究提高和论证。

　　【例题27】当位于斜坡中的地下水位升高时，对于静水压力而言，造成边坡不稳定的主要原因是()。

　　A.土中总应力提高

　　B.土中有效应力提高

　　C.土中有效应力降低

　　D.土中孔隙水压力降低

　　答案:C

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