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1、第三章 影响边坡稳定性的主要因素,边坡岩体的稳定性受多种因素的影响，可分为内在因素和外在因素。内在因素主要包括边坡岩体的地层、组成边坡岩体的岩性、地质构造、岩(土)体结构、地应力以及水的作用等;外部因素主要指边坡形态的改造、气象变化、振动作用、工程荷载、植被作用以及人为因素的影响等。研究分析影响边坡稳定性的因素，特别是研究影响边坡变形破坏的主要因素是稳定性分析和边坡防治的一项重要任务。,3.1 内在因素 1）地层与岩性地层与岩性是决定边坡工程地质特征的基本因素，也是研究边坡稳定性的重要依据，因此，地层岩性的差异往往是影响边坡稳定的主要因素。不同地层不同岩性各有其常见的变形破坏形式，古老的泥质变
2、质岩系，如千枚岩、片岩等地层，都属于易滑地层，在这些地层形成的边坡，其稳定性必然较差。,岩性对边坡的变形破坏也有直接影响。所谓岩性是指组成岩石的物理、化学、水理和力学性质、这些性质的变化或改变，在一定程度上影响着边坡的稳定。由于地层与岩性对边坡的形成、发展和稳定状态的控制作用，使各种变形破坏形式带有一定的区城性。在黄土地区，边坡变形破坏形式以滑坡为主;在花岗岩和厚层石灰岩风化强烈地区，往往以崩塌为主，但当岩体中节理、裂隙发育、岩体被结构面切割严重时，边坡变形破坏的形式也以滑坡为主。,2）地质构造和地应力 地质构造主要指区域构造特点、边坡地质的褶皱形态、岩层产状、断层和节理裂隙发育特征以及区域新
3、构造运动活动特点等。它对边坡岩体的稳定，特别是对岩质边坡稳定性的影响十分显著。在区域构造比较复杂的地区，边坡的稳定性较差。例如、在我国西南地区的横断山脉地段、金沙江地区的深切峡谷、边坡的崩塌体、滑动体极其发育，常出现超大型滑坡及滑坡群，滑坡、崩塌、泥石流等新老堆积物到处可见。,地应力是控制边坡岩体节理发育裂隙扩展以及边坡变形特征的重要因素。此外，地应力还可直接引起边坡岩体的变形甚至破坏。在实际公路工程建设中，由于开挖使得坑壁出现临空，引起应力释放，使基坑人工边坡内的地应力重新调整，引起基坑边坡岩休的软弱夹层产生位移，使岩体沿层面发生错位，急剧变形期达3个月之久，平均每月变形约20mm，而岩体的
4、位移错动方向和实测最大主应力方向相同，但不受岩层倾向控制，甚不沿与岩层倾向相反的方位错动。现场实测最大平应力为3Mpa，其值远大于由重力引起的水平分力，因此分析稳定性时需要对其进行分析和判断。,3）岩体结构近年来，在岩体强度及其稳定性的研究中，证实了岩体中的断层、层理、节理和片理是边坡稳定性的控制因素。所以，结构面被认为是特别重要的影响因素，结构面强度比岩石本身强度低很多，根据岩块强度计算稳定的岩体边坡可以高达数百米，然而岩体内含有不利方位的结构面时，高度不大的边坡也可能发生破坏。其根本原因就在于岩体中有结构面存在，降低了岩体的整体强度，增大了岩体的变形性和流变性，形成岩体的不均匀性和非连续性
5、。大量边坡的失事证明：一个或多个结构面组合边界的剪切滑移、张拉破坏和错动变形是造成边坡岩体失稳的主要原因。,从边坡稳定性考虑，要特别研究岩体结构面的下列主要特征，即:结构面的成因类型、结构面的组数和数量、结构面连续性及其间距、结构面的起伏度及粗糙度、结构面表面结合状态及充填物、结构面状况及其与边坡临空面的关系等。这些特征及其组合将对边坡稳定状态、可能的滑落类型、岩体强度等起着重要的影响。,结构面的成因类型 结构面按其成因可分为：,构造结构面,次生结构面,原生结构面,原生结构面：为成岩阶段形成的结构面,按成岩作用可分为沉积结构面,火成结构面和变质结构面；构造结构面：是在地质构造运动中受构造应力作
6、用所产生的破裂面和裂隙带；次生结构面：是在原生结构面的基础上,因风化、地下水和卸荷作用，使原有的结构面规模加大以及性质改变的结果。不同成因的结构面对边坡稳定性的影响程度也不同，一般来说，构造结构面是影响最大的，其次是次生结构面。,结构面的组数和数量 边坡受一组结构面和多组结构面的切割，其对边坡稳定性的影响程度是不同的。当边坡岩体受多组相互交切的结构面切割时，不仅使整个边坡岩体变形的可能性会更大，而且使切割面、滑动面、甚至临空面产生的机会更多，因而组成可能滑动的块体的条件会更多，同时也给地下水活动提供了有利的条件，对边坡稳定性显然是不利的。另外，结构面数量的多少，将直接影响到被切割岩块的形状和大
7、小，同时也影响到边坡变形破坏的形式。,结构面连续性及其间距 结构面的间距是指在结构面法线方向上，两相邻结构面间的距离。有时也用密度表示其发育程度而称为裂隙度。其定义是指在法线方向单位长度上结构面的数目。结构面间距和密度表明岩体结构面的发育程度和被结构面切割岩块的大小。结构面间距小或密度大的边坡岩体易于破坏，因此在解决工程实际问题时，认真研究结构面的连续性和间距具有十分重要的现实意义。,结构面的起伏度及粗糙度 结构面一般是粗糙不平的，这种特性对结构面的抗剪强度有重要影响，特别是当结构面之间相互镶嵌而没有明显位移的情况下更为明显。结构表面按其起伏不平的程度可用起伏度和粗糙度来表征，规模较大的起伏不
8、平称为起伏度，规模较小的起伏不平称为粗糙度它们对结构面抗剪强度的影响，一般认为是粗糙度所表征的起伏不平，在岩体滑动的剪切过程中会被剪切掉，从而增大结构面的抗剪强度。,结构面表面结合状态及充填物 结构面的结合状态，充填物的特性及其厚度对结构面抗剪强度有重要影响，一般分为几种情况。结构面是闭合的、干净无充填物;结构面是闭合的，但有泥质或矿物质薄膜等；结构面是张开的、或被大量不连续岩粉、岩屑所充填或者充水充气；结构面间被连续的充填物所充填，两相邻的结构面不直接接触。,结构面状况及其与边坡临空面的关系 结构面的产状对边坡岩体是否沿某一结构面滑动起着控制作用。结构面的产状表示结构面在空间的分布与延展的方
9、向，是用走向、倾向和倾角表示的。现就结构面的产状与边坡走向的关系对边坡稳定性的影响进行分析。a.当结构面的走向与边坡的走向近于垂直，结构面对边坡稳定性影响较小，它一般只能作为平面滑动的分离面(剥裂面)或边界面，如图所示。,b.当结构面的走向与边坡面走向近于平行时，则对边坡稳定性的影响取决于结构面的倾角和倾向。c.当结构面呈水平状态时边坡属稳定边坡。d.当结构面的倾向与边坡倾向方向相反时，边坡也属稳定边坡。,（4）边坡几何形状及表面形态a.边坡的外形边坡的外形影响边坡的稳定性，其走向的表面形状不同，可影响边坡岩体内的应力性质。对于凸形边坡，由于岩体突出，两侧水平易受拉应力，所以稳定性较差。对于凹
10、形边坡，由于边坡岩体表面处于二向受压状态，所以稳定性较好。同时凹形边坡，边坡等高线曲率半径越小，越有利于边坡稳定。同时圆形封闭圈的边坡比相同地质条件的矩形封闭圈的边坡稳定。,b.边坡的坡度与高度对于均质岩土边坡，坡度越陡，坡高越大，其稳定性越不好。当边坡的稳定性受同向倾斜滑动面控制时，边坡的稳定性与边坡坡度的大小关系不大，而主要取决于边坡的高度。另外，当边坡的坡度越陡(即边坡角越大)，使坡顶与坡面拉应力带的范围也越大，坡脚应力集中带的最大剪应力增加，不利于边坡稳定.,c.边坡的断面形状,c.边坡的断面形状（a）凸形（b）平面（c）凹形,平面边坡：(也称直线边坡)在设计中经常采用，这种边坡形式的
11、绘制和计算最简单，但平面边坡是按组成边坡岩体的平均性质考虑的。如果组成边坡岩体的强度有强有弱，且彼此悬殊较大时，即使采用较大安全系数，也难免在弱岩层发生破坏。凹形边坡：根据松散介质力学计算出来的边坡，上陡下缓。凸形边坡：适用于深露天矿边坡的断面形状。,3.2 外部因素 1）水的作用水对边坡岩体稳定性的影响不仅是多方面的，而且是非常活跃的。大量事实证明，大多数边坡岩体的破坏和滑动都与水的作用有关。在某些地区的冰霜解冻和降雨季节，滑坡事故较多，说明水是影响边坡岩体稳定性的主要因素。岩体中的水大部分来自大气降水，因此，在低纬度湿热地带，大气降水频繁，地下水补给丰富，水对稳定性的影响比干早地区更严重。
12、,a.静水压力和浮托力当地下水存在于岩体裂隙中时.水对裂隙两壁产生静水压力，它是一种促使边坡破坏的推动力。此浮托力和沿着面作用的正压力方向相反，抵消了一部分正压力，从而减少了沿该面抗滑的摩擦阻力，对边坡稳定不利。,b.动水压力(或称渗透力)当地下水在岩休中的裂隙流动时，施加于所流经的岩石颗粒上的压力称为动水压力或称渗透力(渗透压力)。这是由于地下水在土体或破碎岩体中流动时，受到土颗粒或岩石碎块的阻力，水要流动就得对土颗粒或岩石碎块施以作用力，以克服它们对水的阻力，于是形成了动水压力或渗透力。在计算土体边坡和散体结构边坡时，应考虑动水压力的作用，因为它是一种推动岩体向下滑动的力。由于渗流方向不定
13、，计算下滑力时、采用饱和容重;计算抗滑力时、采用浮容重。,c.水对边坡岩体的物理化学的破坏（1）物理化学破坏作用：在一定条件下、岩体矿物吸收或失去水分而发生水化作用和脱水作用。吸水或脱水过程中都能引起矿物体积的膨胀或收缩，从而导致岩体松散、破碎或改变其化学成分。特别是当水中含有CO2等气体时，水的化学溶解和潜蚀能力将大大增强。（2）物理作用：水对边坡岩体的物理作用是使岩体碎裂。水本身赋存于滑动面间而形成了润滑介质，使颗粒间和滑面间的摩擦系数在一定范围内随湿度的增大而急剧下降，使边坡岩体的稳定程度降低。同时，水流冲刷对河谷边坡会产生侵蚀下切等。总之水对边坡岩体物理化学的破坏作用是极为严重的。,d
14、.地下水的存在和水位的高低,e.地下水的流动与断层透水性的优劣(a)不利(b)不利(c)有利,2）振动的作用a.振动波对边坡岩体的破坏作用地震所产生的横波在地表引起周期性晃动，破坏力最大;纵波在地表引起上下颠波，破坏力较小。在地震振动的作用下，首先使边坡岩休的结构面张裂、松弛，地下水状态发生较大的变化，然后在地震力的反复振动冲击下，边坡岩体结构面发生位移变形，直至破坏。根据我国地震统计资料表明，在8级以上的地震中、每次都发生了滑坡。,2011年日本发生大地震时边坡发生失稳破坏,b.振动速度对边坡岩体稳定性的影响 经专门研究证明，振动对岩体造成的破坏，取决于岩体质点振动速度的大小，影响程度可用下
15、列临界速度估计:,c.风化作用风化作用使边坡岩体随时间的推移而不断发生破坏，最终也可能严重地威胁边坡稳定。边坡岩体的风化速度和风化程度是比较复杂的问题，一般来说，风化速度与岩石本身的成分、结构和构造有关，同时也与气候条件如温度、湿度、降雨、地下水以及爆破震动等因素有关。强度越小的岩石风化速度越快。服务年限长的深露天矿边坡岩体风化程度比服务年限短的边坡严重。在同一露大矿，同一岩性的边坡，其上部比下部的风化程度要大，稳定条件相应较差。,d.人为因素作用由于对影响边坡稳定性的因素认识不足，在工程建设或生产建设中，人为地促使边坡破坏，如破坏坡脚、挖空坡脚、坡顶欠挖以及在坡顶附近设有各种建筑物和排土场。有时为了减少基建投资和缩短基建时间，而将排土场设在境界附近，从而加大了边坡上的承载重量，增加了边坡岩体的下滑力，以致发生滑坡。一般情况下，当这些外部荷载超过可能滑动体的岩体重量的5%时，应在稳定性的定量分析中考虑它可能带来的影响。显然，考虑到边坡岩体的稳定性，这种外载荷是应该避免或加以限制的。,e.植被生长的影响植被的生长也直接影响边坡的稳定性。对于土质边坡，植物根系可有助于保持土质边坡的稳定，通过植物吸收部分地下水有助于保持边坡的干燥。但是在岩质边坡上，生长在裂隙中的树根有时也是边坡局部崩滑的起因。,
