下载文档原格式
变电站岩质边坡破坏形式与支护技术综述摘要：各类工程建设中形成的边坡稳定性问题关系到工程的成败与人员的安全，而采用合理的边坡支护技术是边坡稳定与否的关键。
依托国内外边坡加固的工程案例，探讨边坡的破坏机理和破坏形式，以及对广泛应用于工程中的成熟的边坡支护技术进行系统的总结，并对各类支护方法的适用范围进行深入探讨。
关键词：边坡工程；破坏形式；支护；稳定性评价我国多山地丘陵，特别是在广袤的西南地区，地势极不平坦，但各类自然资源丰富，在国家大力开展基础设施建设的大背景下，各类大型的交通运输项目、水利电力开发项目和矿产资源开采项目在西南地区得以实施。
高陡边坡的安全稳定性问题一直是工程建设者们研究的重点，为了确保边坡的安全稳定，往往需要采用各类边坡支护技术，而不同的工程地质条件所采用的支护方式是不同的。
只有依据工程地质条件，确定边坡潜在的破坏形式，从而采用合理的支护方法才能确保边坡的安全稳定。
1 边坡稳定性评价方法1.1刚体极限平衡分析法刚体极限平衡分析法分为瑞典条分法、Bishop法、Janbu法、Spencer法、Morgenstern-Spencer法、Hoek楔体分析法、不平衡推力法以及Sarma法等。
刚体极限平衡分析法按是否考虑滑动面的宽度影响而分为二维刚体极限平衡分析法和三维刚体极限平衡分析法。
传统的二维刚体极限平衡分析法将失稳面假定为无限宽，不考虑滑体末端效应和变形[1]，而岩质边坡的破坏具有显著的三维效应。
三维刚体极限平衡分析法考虑到有限宽度的失稳面且不假定条间力方向为水平，不对滑裂面的形状和边坡的几何特征做出假定，因而分析结果更贴近工程实际。
1.2弹塑性理论分析方法弹塑性极限平衡法在各类数值分析方法中广泛运用[2]，适用于岩质边坡，用弹塑性（或粘弹塑性）有限元等方法，计算边坡应力应变分布情况，按一定的屈服准则计算出塑性区的分布情况和破坏点，由此得到稳定系数。
1.3其他分析方法近年来还发展出变形破坏判据法、破坏概率法、能量法等方法。
改进的边坡楔形体破坏定性分析方法刘强;胡斌;蒋海飞;王新刚【摘要】楔形体破坏是岩质边坡破坏的一种常见形式,对边坡的稳定性有重要的影响.对常用的楔形体分析方法进行了改进,即先求解楔形体交线产状,再进行产状分组,最终评价楔形体对边坡稳定的影响.以青海松树南沟矿区为例对比分析可知,改进的方法能够根据实际情况调整分析范围,更加灵活实用,更能代表现场的实际情况,便于岩质边坡的定性分析,为岩质边坡工程的安全施工提供依据.【期刊名称】《人民长江》【年(卷),期】2013(044)022【总页数】4页(P69-71,78)【关键词】楔形体;交线优势产状;Dips软件;岩质边坡【作者】刘强;胡斌;蒋海飞;王新刚【作者单位】中国地质大学(武汉)工程学院,湖北武汉430074;中国地质大学(武汉)工程学院,湖北武汉430074;中国地质大学(武汉)工程学院,湖北武汉430074;中国地质大学(武汉)工程学院,湖北武汉430074【正文语种】中文【中图分类】P642随着我国交通、水利水电、矿山等行业的发展，人工岩质高陡边坡越来越多，这类边坡往往会发生规模较小但频率高的破坏[1-2]。
破坏类型主要有平面滑移破坏、倾倒破坏和楔形体破坏3种[3]，其破坏面主要受控于边坡内的结构面分布。
因此，必须通过结构面的分布情况来分析边坡的稳定性，确定潜在破坏形式和滑动面[4-5]。
目前针对岩质边坡的楔形体破坏分析主要是通过现场的结构面测量，分组得到结构面的优势产状，利用赤平投影法分析楔形体是否满足破坏的边界条件[6]，或利用商用软件Swedge来计算楔形体的稳定系数，进而分析其稳定性[7]。
但是目前的结构面统计分析并没有针对楔形体的特点进行，相同产状的楔形体可能由不同的结构面产生，先进行结构面分组，再分析楔形体破坏情况[8]，并不能完全反映岩质边坡中楔形体的实际分布。
本文通过分析楔形体特性及目前常用方法的不足之处，并针对这些不足提出一种改进的楔形体定性分析方法，调整楔形体破坏分析步骤，即先计算楔形体交线产状再分组分析其对边坡稳定性的影响。
岩质边坡变形破坏的防治措施岩质边坡的变形和破坏是地质灾害中常见的一种形式。
为了防止和减轻岩质边坡的变形和破坏，需要采取一系列的防治措施。
以下是一些常见的岩质边坡变形破坏的防治措施：地质勘察和监测：进行全面的地质勘察，了解岩体的结构、岩性、节理裂缝等情况。
配备岩体监测系统，包括位移监测、裂缝观测等，实时监测岩体的变形情况。
排水措施：设立排水系统，通过排水沟、排水管道等方式排除降雨、地下水等引起的水分。
防止水分渗入岩体内部，减少水力压力对边坡的影响。
加固和支护：使用锚杆、喷射混凝土、植物根系等方式加固和支护岩体。
在边坡上设置挡土墙、挡石墙等结构，减缓岩体的坡度。
植被覆盖：在岩质边坡上进行植被覆盖，通过植物的根系加固土层，减缓水分渗透，降低坡面产生的径流速度。
植被也有助于减缓岩体的风化和侵蚀，提高抗冲蚀能力。
岩体裂缝处理：对岩体中的裂缝进行填充，采用适当的材料填充裂缝，提高岩体的整体稳定性。
使用灌浆技术对较大的裂缝进行处理，加强岩体的连接。
负荷降低：通过移除坡顶的部分岩体，减轻边坡的荷载，降低岩体的应力水平。
合理规划工程布置，避免集中载荷作用于岩体的局部部位。
工程结构优化：在岩质边坡的工程设计中，采用适当的坡度和结构形式，以减小岩体的应力。
选择合适的工程方式，避免对岩体产生过大的振动和影响。
预警和应急预案：建立岩质边坡的预警系统，对于可能发生变形和破坏的情况，提前进行预警。
制定详细的应急预案，包括疏散方案、抢险措施等，以降低潜在的灾害损失。
在实际应用中，针对具体的岩体特征和地质条件，防治措施需要综合考虑，可能需要专业的地质工程师和岩土工程师进行详细的分析和设计。
1.2 影响边坡稳定的因素影响边坡稳定的因素有：岩土性质、岩体结构、水的作用、风化作用、地震、地应力、地形地貌及人为因素等。
1．岩土性质岩土的成因类型、组成的矿物成分、岩土结构和强度等是决定边坡稳定性的重要因素。
由坚硬（密实）、矿物稳定、抗风化性好、强度较高的岩土构成的边坡，其稳定性一般较好。
反之就较差。
2．岩体结构岩体的结构类型、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。
3．水的作用水的渗入使岩土体质量增大，岩土因被软化而抗剪强度降低，并使孔（裂）隙水压力升高；地下水的渗流将对岩土体产生动水力，水位的升高将产生浮托力；地表水对岸坡的侵蚀使其失去侧向或底部支撑等，这些都对边坡的稳定不利。
4．风化作用风化作用使岩土体的裂隙增多、扩大，透水性增加，抗剪强度降低。
5．地形地貌临空面的存在以及边坡的高度、坡度等都是直接与边坡稳定有关的因素。
平面上呈凹形的边坡较呈凸形的稳定。
6．地震地震使边坡岩土体的剪应力增大、抗剪强度降低。
7．地应力开挖边坡使坡体内岩土的初始应力状态改变，坡脚附近出现剪应力集中带，坡顶和坡面的一些部位可能出现张应力区。
在新构造运动强烈的地区，开挖边坡能使岩体中的残余构造应力释放，可直接引起边坡的变形破坏。
8．人为因素边坡不合理的设计、开挖或加载，大量施工用水的渗入及爆破等都能造成边坡失稳。
岩质边坡破坏类型表1-3一、工程地质类比法该法是将已有的天然边坡或人工边坡的研究经验（包括稳定的或破坏的），用于新研究边坡的稳定性分析，如坡角或计算参数的取值、边坡的处理措施等。
类比法具有经验性和地区性的特点，应用时必须全面分析已有边坡与新研究边坡两者之间的地貌、地层岩性、结构、水文地质、自然环境、变形主导因素及发育阶段等方面的相似性和差异性，同时还应考虑工程的规模、类型及其对边坡的特殊要求等。
2.4 边坡容许安全系数 在边坡稳定分析中，从岩土的强度指标到计算方法，很多因素都无法准确确定。
因此如果计算得到的安全系数等于1或稍大于1，并不表示边坡的稳定性能得到可靠的保证。
岩质边坡的变形和破坏特征
岩质边坡是指由岩石组成的边坡，具有较高的强度和较低的可变形性。
然而，岩质边坡仍然存在一定的变形和破坏特征，主要包括下面几个方面：
1.层理面滑移：岩石中存在着不同层理面的存在，当边坡上的岩石层
理面滑动时，会导致边坡的变形和破坏。
这种滑移主要是由于接近边坡的
岩层上存在的裂隙和推力等因素所引起的。
2.质体滑移：边坡中的岩石质体在自身重力作用下发生滑动，导致边
坡的变形和破坏。
这种滑移通常发生在岩坡上的一种或多种间隙、裂隙或
层理面中，形成了岩体的滑移面。
3.岩石破碎：当岩石的内部强度低于外力引起的应力时，岩石会发生
破碎，导致边坡的变形和破坏。
这种破碎主要是由于边坡上的应力集中引
起的。
4.应力弛放：边坡上的岩石在外力作用下发生弹性变形，当外力消失时，岩石会恢复原有的形态。
然而，由于边坡上的岩石具有一定的不均匀
性和异质性，可能存在一些弱点和缺陷，这些地方容易产生应力弛放，导
致边坡的变形和破坏。
5.水力作用：当岩石中存在水分时，水分会渗透到岩石裂隙中，引起
边坡的变形和破坏。
这种水分产生的变形和破坏主要是由于水分的质量变
化引起的，例如水分冻胀引起的边坡冻融变形和破坏。
综上所述，岩质边坡的变形和破坏特征主要包括层理面滑移、质体滑移、岩石破碎、应力弛放和水力作用等。
了解和分析这些特征对于科学评
估岩质边坡的稳定性和进行边坡治理具有重要的意义。
岩质边坡楔形体失稳破坏的稳定性分析岩质边坡楔形体失稳破坏是岩质边坡常见的破坏类型，其基本力学原理类似于平面破坏，属于滑移破坏的范畴，其稳定性受组合结构面所控制，是典型的空间稳定性问题，力学机制比较复杂。
其稳定性问题是岩质边坡工程的经典问题。
本文采用极限平衡方法和FLAC3D数值模拟方法对楔形体边坡进行分析，较好的验证了楔形体边坡的破坏机制。
标签：楔形体；极限平衡法；数值模拟；稳定性1、引言岩质边坡的失稳破坏类型中，楔形体失稳破坏是一种典型的破坏形式，尤其是在中等-强风化的破碎岩质边坡中，该破坏形式更为常见。
因此其稳定性分析在实际工程中具有相当重要的地位，受到广大学者和工程实践人员的重视。
目前，一般运用赤平投影法、极限平衡法，对楔形体边坡进行稳定性分析，但随着计算机的普及，数值分析方法越加的展现其不可替代的优势[1-5]。
2、工程概况本文以四川某老楔形体边坡失稳为例，图1为该老楔形体破坏槽状地貌，宽度约15m，高约36m，水平深约3m，楔形体破坏方量约130m3。
本文通过地质调查及分析，对该老楔形体滑坡原始地形进行还原，再此基础上对其进行稳定性分析。
（见图1 ）2.1 边坡岩体结构特征边坡岩体受强烈构造作用影响，北东盘地层，靠近断裂多直立倒转和强烈揉皱，岩体遭受明显的动力变质，岩体破碎，结构面发育，主要发育四组结构面，按优势结构面发育程度排序如下：①层面，产状变化大，27°～62°∠51°～84°，岩层为中到厚层夹薄层，张开最大达20cm左右；②裂隙L1产状：290°～319°∠49°～84°，为硬性结构面，起伏粗糙，可见延伸长度约15m，间距0.4～0.7m，张开约1cm～15cm，充填黄色粘土；裂隙面与层面切割岩体呈块状，为危岩体发育提供良好岩体结构条件。
2.2 岩土体物理力学参数选取计算参数选择的合理与否，特别是滑动带粘聚力和摩擦角的取值，對评价稳定性显得尤为重要。
第一章绪论1.1 引言随着国民经济的发展，水利建设，交通运输和国防工程等建设工程中所遇到的岩质边坡稳定性问题也相应地增多。
由于工程建设的需要，往往在一定程度上破坏或扰动原来较为稳定或岩体而形成新的人工边坡，诱发新的地质灾害。
地质灾害已经成为制约我国经济及社会可持续发展的一个重大问题。
岩质边坡滑坡作为地质灾害中一个十分突出的问题，给国民经济建设的各个部门带来了严重的干扰和损失。
1993年三峡库区巫溪县南门岩体崩滑造成200余人丧生。
2000年彭水县山体滑坡造成70余人丧生。
2004年12月11日，雨台温高速公路柳市附近突发大面积山体滑坡事故。
滑坡的山体高约100m、宽约70m.甫台温高速公路70余米的路段完全被滑落的大石封死，致使温州大桥白鹭屿至乐成镇一段的高速公路双向车道全部瘫痪。
地震作用诱发的边坡滑动和坍塌也是常见的灾害之一。
特别是在山区和丘陵地带，地震诱发的滑坡往往分布广、数量多、危害大。
我国是一个多地震的国家，西部地区又是地中海一喜玛拉雅地震带经过的地方，是亚欧大陆最主要的地震带，也是我国地震活动最活跃的地区，因地震而导致的滑坡灾害非常严重。
大量崩塌与滑动主要发生在多震的西部地区，而这些地区正是我国的水电能源和各种矿产资源的主要蕴藏地。
随着国家西部大开发战略的实施，将加速对西部地区水电、矿产资源开发、及公路、铁路等基础设施建设，愈来愈多的工程(如水电、矿山、能源、核废料储存及溶质运移)都建设在岩体之上，几乎所有的土木工程建设都涉及到边坡的动力稳定问题。
在大多数岩体力学问题的研究中，都假定岩体在外力作用下是静止的，所以，考虑问题的角度也一般是从静力学角度出发，其结果与实际情况不尽相符，往往对结果作一些折减。
通常，在许多实际情况中，荷载常具有动力特性，如上所述的地震滑坡灾害等，沿用静力学的原理和方法来求解这类问题，结构的动载特性无法反应出来，这显然是不合适的。
例如，在地震作用和影响下，岩质边坡的稳定;隧洞围岩和衬砌结构的安全;筑造在岩层中的导弹发射竖井能否继续使用;修建大型水库以后是否存在诱发地震的可能性，以及在诱发地震一旦发生时，大坝及库区岩质边坡的稳定等。
在水利水电、露天采矿、能源及交通等工程领域岩质边坡出现得越来越多，这些岩质边坡往往是工程中的控制性项目，关系工程进度、经济效益，甚至工程成败。
因此，安全可靠、经济合理地分析岩质边坡的稳定性并进行边坡设计，其意义就越发显得突出。
岩质边坡稳定分析作为设计的基础，更是重中之重。
1.2 岩质边坡楔破坏定及边坡动力问题研究现状楔体理论（Wedge Theory）是石根华博士与R.E.Goodman于1982年通过研究块体理论提出来的。
1985年，石根华博士与R.E.Goodman教授合著了《块体理论及其在岩体工程中的应用》（Block Theory And Its Application To Rock Engineering）一书。
块体理论自提出以来一直受到国内外科研人员与工程技术人员的重视。
楔形体破坏在工程实践中经常发生。
如高度为300m左右的大冶露天矿边坡，边坡岩体岩石坚硬，岩体结构基本上属于完整结构，稳定性理应较高，但由于受断层切割，局部形成了楔形块体，并出现破坏现象，三峡工程地下厂房尾水出口边坡在开挖过程中，设计人员先后确定了大量可能下滑的楔形岩块。
这些由在片麻岩花岗岩内发育的几组节理组成的不稳定块体，楔体方量从几十方到几千方不等。
Mononobe H A等最早从变形体的角度研究了土质边坡的动力特征，并第一次提出了一维剪切楔法的模型，开创了剪切楔法分析边坡地震反应分析的先河(Mononobe et al.,1936)。
然而，直到20年后，由于Karnataka和Ambraseys 的工作，这个模型的意义才被人们重新认识并得到工程界的认可。
后来的很多学者对一维剪切楔法进行了改进，把剪切楔法推广到二维三维。
进入20世纪80年代，通过参数研究来阐明诸如峡谷集合几何变形，材料不均匀性等因数的重要性，进而产生了几种改进分析模型。
一般认为，动力荷载对岩质边坡稳定性的影响主要是由于动荷载引起的惯性力和因循环退化引起的剪应力降低，导致边坡整体下滑力加大，降低了边坡的安全系数。
因此将动荷载下边坡失稳分为：惯性失稳（Inenial Instability ）和衰减失稳（Weakelling Instability ) ，爆破造成边坡的失稳一般属于惯性失稳。
目前边坡动力分析方法主要还是基于极限平衡理论和应力变形分析。
惯性失稳常采用的分析方法有：拟静力法（Pseudostatic Analysis ) , Newmark 滑块分析法( Newmark sliding Block Analysis ）、Makdisi seed 的简化分析法，地震边坡的概率分析方法及有限元方法。
而衰减失稳常采用：流动破坏分析法（Flow Failur Analysis ）和变形破坏分析法(Deformation Failure Analysis)。
王思敬( 1977 ）较早地研究岩质边坡动力特性问题，1987 年，王存玉在二滩拱坝动力模型试验中发现，岩石边坡对地震加速度不仅存在铅直向的放大作用，而且还存在水平向的放大作用。
何蕴龙等人（1998 ）通过动力有限元法发现了“岩石边坡的地震动力系数并不随坡高增高而单调增大”，并且得出了“坡高约100m 时坡顶最大动力系数达到最大值，坡高超过100m动力系数反而有所降低。
但总的来说，岩石边坡动力系数对坡高的变化是不敏感的，在工程常见的坡高范围内边坡动力系数的变化是不大的”的结论，并基于此提出了岩质边坡地震作用的近似算法。
薛守义博士（1989 ）较为系统地分析和总结了前人对岩体边坡动力稳定性所做的零星工作后结合岩体结构思想，并指出了各种情况下所需选用的动力分析方法，将岩体边坡稳定性分析模型归纳为岩体地质模型、力学模型和几何模型三类，并在振动模型研究的基础上，分析了岩体振动的力学效应，发展推导了楔形体滑动机制下的地震滑动位移分析公式，并编制了相应计算程序，在振动单剪仪上，进行了小浪底原状泥化夹层的动力特性试验研究，取得了泥化夹层动特性比较可靠的直接资料。
徐卫亚博士在其博士学位论文中采用振型迭加法对链子崖的动力时程响应也曾经进行过研究。
另外，孙钧（l987 ）、孙进忠（2001 )、胡津贤（1989 ）等的著述中涉及到岩质边坡的动力响应的问题。
1.3 本文主要内容研究针对岩土工程中的岩质边坡楔形破坏问题，并对边坡动力特性进行研究分析。
主要内容有：（1）对岩质边坡楔形破坏理论学习，并对边坡楔体稳定性进行分析，并做出评述。
（2）对特征岩质边坡楔体稳定性分析基本方法、影响岩质边坡楔体破坏稳定性的因素等方面进行理论学习及分析；在总结前人研究成果的基础上，对如何计算分析楔体的稳定性进行研究。
（3）通过对边坡岩体特征的分析和评价，建立边坡岩体整体模型，并结合国内外相关岩石（体）动力特性研究成果，研究边坡岩体的本构关系，进行岩质边坡的动力分析计算。
（4）结合工程实例对边坡楔形破坏及边坡动力分析。
第二章研究区域边坡工程地质条件2.1自然地理概况研究区域位于贵州省黔东南州从江县，与广西壮族自治区接壤，东接广西三江侗族自治县，南邻广西融水苗族自治县和环江毛南族自治县，西连荔波、榕江两县，北靠黎平县，是重要的交通枢纽通道。
图2.1 贵州从江县地图2.2区域地质环境概况2.2.1气候、水文贵州省从江县属亚热带季风温润湿热气候区，夏长冬短，冬温夏热，最高气温39.0℃，最低气温-6.0℃，多年平均气温18.4℃，多年平均降雨量1200～1500mm 之间，雨量丰富，全年湿润，无霜期300天以上。
地下水的赋存形式以上层滞水存在，其中以吸着水、毛细管水、孔隙水、裂隙水为主，水的补给源以稻田内的地表水和大气降水为主。
边坡前缘约45m处发育一条四季常流河，该河为都柳江，系珠江水系，流量及水位受季节性影响较大，丰水期时流量变大，最大洪水水位标高:160.30m；枯水期时流量变小，水位标高：152.30m；常年水位标高：154.80m。
2.2.2地形、地貌研究区位于缓陡剥蚀的中低山地貌区，场区高程在173.00～283.00m，相对高差约110m，边坡后壁较陡，坡度角呈20°～40°倾斜，边坡前部为陡坡，坡度角呈45°～53°倾斜。
实测边坡体后缘高程为283.70m，前缘高程173.30m，相对高差110.40m。
2.2.3地质构造与地震本区在区域地质构造上属扬子准台地江南台隆（即江南古陆）北缘，主要由浅变质岩系组成，边缘分布震旦系和寒武系地层。
由于地层经历多次构造运动，紧密线性褶皱及断裂构造发育，老构造经多次断裂活动的改造、复合已难以辨认，现以燕山期、加里东北区的构造最为显著。
区内无大的断裂和构造经过，地层主要为上元古宇丹洲群拱洞组变质岩分布区，岩性主要为灰、灰绿、淡黄、褐黄色粉砂质板岩，局部夹浅灰色凝灰岩，粉砂质板岩，地层产状105°∠48°，岩体内节理裂隙密集发育，共发育有“X”型共轭节理，其中以产状为355°∠68°（密度为46条/m2）、205°∠79°（密度为54条/m2）、15°∠43°（密度为51条/m2）及270°∠48°（密度为31条/m2）最为发育，节理密度23条/m2，裂隙面被粘土、铁锰质氧化膜充填，前两组裂隙具张拉性质，后两组裂隙具卸荷性质。
裂隙将岩体切割成碎裂状、散体状，使岩体强度大大降低，且裂隙面于岩层面构成水解粘土化作用中水介质运移通道。
表2.1 边坡场区节理裂隙统计表经查阅贵州历史地震资料，本区最大地震震级为Ⅴ级，场区土体无地震液化的可能。
取地震传递系数P=0.00g。
2.3边坡工程地质条件2.3.1地质特征该地区分布土体为第四系人工回填层、耕植土层和残坡积层，岩体为上元古宇丹洲群拱洞组（P t3g）粉砂质板岩，分述如下：耕植土层（Q pd）为淡黄色耕植土层，见植物根茎。
厚度0.10～0.40m。
回填土层（Q me）为杂色人工回填层，由碎块石、粘土及水泥凝结物，结构中密。
厚度1.20～1.50m。
残坡积层（Q el+dl）为淡黄色碎块石土，碎块石成分强至弱风化粉砂质板岩，粒径：0.20～35.2cm，含量38～45%，结构稍密。
控制厚度4.10～12.80m。
岩体（P t3g）场区岩体为上元古宇丹洲群拱洞组粉砂质板岩。
强风化层（P t3g），为灰绿、淡黄、褐黄色粉砂质板岩，原岩组织结构大部分被破坏，尚存残余层理结构，风化作用强烈，岩石破碎，整体性差，厚度变化大。
