邊坡穩定

(―)影響邊坡穩定的因素

影響邊坡穩定性的因素有內在因素與外在因素兩個方面。內在因素有組成邊坡巖土體的性質、地質構造、巖體結構、地應力等，它們常常起著主要的控制作用;外在因素有地表水和地下水的作用、地震、風化作用、人工挖掘、爆破以及工程荷載等。下面從地貌條件、地層巖性、地質構造與巖體結構、地下水四個因素來介紹具體的影響作用。

1.地貌條件

深切峽谷地區，陡峭的岸坡是容易發生邊坡變形和破壞的地形條件。'例如，我國西南山區，沿金沙江、岷江、雅礱江及其支流等河谷地區，邊坡松動破裂、蠕動、崩塌、滑坡等現象十分普遍。一般來說，坡度越陡，坡高越大，對穩定越不利。例如，崩塌現象均發生在坡度大于60°的斜坡上。

2.地層巖性

地層巖性對邊坡穩定性的影響很大，軟硬相間，并有軟化、泥化或易風化的夾層時，最易造成邊坡失穩。底層巖性的不同，所形成的邊坡變形破壞類型及能保持穩定的坡度也不同。

(1)對于深成侵人巖、厚層堅硬的沉積巖以及片麻巖、石英巖等構成的邊坡，一般穩定程度是較高的。只有在節理發育、有軟弱結構面穿插且邊坡高陡時，才易發生崩塌或滑坡現象。

(2)對于噴出巖邊坡，如玄武巖、凝灰巖、火山角礫巖、安山巖等，其原生的節理，

尤其是柱狀節理發育時，易形成直立邊坡并易發生崩塌。

(3)對于含有黏土質頁巖、泥巖、煤層、泥灰巖、石膏等夾層的沉積巖邊坡，最易發生順層滑動，或因下部蠕滑而造成上部巖體的崩塌。

(4)對于千枚巖、板巖及片巖，巖性較軟弱且易風化，在產狀陡立的地段，臨近斜坡表部容易出現蠕動變形現象。當受節理切割遭風化后，常出現順層(或片理)滑坡。

(5)對于黃土，當具有垂直節理、疏松透水，浸水后易崩解濕陷。當受水浸泡或作為水庫岸邊時，極易發生崩塌或塌滑現象。

(6)對于崩塌堆積、坡積及殘積層地區，其下伏基巖面常常是一個傾向河谷的斜坡面。當有地下水在此受阻，并有黏土質成分沿其分布時，極易形成滑動面，從而使上部松散堆積物形成滑坡。

3. 地質構造與巖體結構

地質構造因素包括褶皺、斷裂、區域新構造運動及地應力等，這些對巖質邊坡的穩定也是主要因素。褶皺、斷裂發育地區，常是巖層傾角大，甚至陡立，斷層、節理縱橫切割，構成巖體中的切割面和滑動面，形成有利于崩塌、，滑動的條件，并直接控制著邊坡破壞的形成和規模。例如，寶雞到略陽的鐵路線基本是沿一個大斷裂帶修筑的，結果邊坡破壞事故屢屢發生，接連不斷。

4. 地下水

地下水是影響邊坡穩定最重要、最活躍的外在因素，，絕大多數滑坡都與地下水的活動有關。許多滑坡、崩塌均發生在降雨之后，原因在于降水滲人巖土體后，產生不良影響所致。地下水的作用是很復雜的，主要表現在以下幾個方面：

(1) 地下水會使巖石軟化或溶蝕，導致上覆巖體塌陷，進而發生崩塌或清坡。

(2) 地下水產生靜水壓力或動水壓力，促使巖體下滑或崩倒。

(3) 地下水增加了巖體重量，可使下滑力增大。

(4) 在寒冷地區，滲入裂隙中的水結冰，產生膨脹壓力，促使巖體破壞傾倒。

(5) 此外，地下水產生浮托力，使巖體有效重量減輕，穩定性下降。

(二)不穩定邊坡的防治措施

為了確保工程的安全，針對不穩定的邊坡，必須采取一些有效的防治措施。目前國內外常用的方法有：防止地表水向巖體中滲透與排除不穩定巖體中的地下水，削緩斜坡、上部減重，修建支擋建筑，錨固等。

1. 防滲和排水

防滲和排水，是整治滑坡的一種重要手段，只要布置得當、合理，一般均能取得較好效果。為了防止大氣降水向巖體中滲透，一般是在滑坡體外圍布置截水溝槽，以截斷流至滑坡體上的水流。大的滑坡體尚應在其上布置一些排水溝，同時要整平坡面，防止有積水的坑洼，以利于降水迅速排走。針對已滲入滑坡體的水，通常是采用地下排水廊道，利用它可截住滲透的水流或將滑坡體中的積水排出滑坡體以外。另外也有采用鉆孔排水的方法，即利用若干個垂直鉆孔，打穿滑坡體下部的不透水層，將滑坡體中的水流到其下伏的另一個透水性較強的巖層中去。

2.削坡

削坡，是將陡傾的邊坡上部的巖體挖除，一部分使邊坡變緩，同時也可使滑體重量減輕，以達到穩定的目的。削減下來的土石，可填在坡腳，起反壓作用，更有利于穩定。采用這種方法時，要注意滑動面的位置，否則不僅效果不顯著，甚至更會促使巖體不穩。

3.支擋建筑

支擋建筑，主要是在不穩定巖體的下部修建擋墻或支撐墻(或墩)，也是一種應用廣泛而有效的方法。材料用混凝土、鋼筋混凝土或砌石。支擋建筑物的基礎要砌置在滑動面以下。若在擋墻后增加排水措施，效果更好。 .

4.錨固

錨固措施，有錨桿(或錨索)和混凝土錨固樁兩種類型的措施，其原理都是提高巖體抗滑(或抗傾倒)能力。預應力錨索或錨桿錨固不穩定巖體的方法,適用于加固巖體邊坡和不穩定巖塊。其作用是先在不穩定巖體上布置若干鉆孔，鉆至滑動面以下的堅固穩定的巖層中，然后在孔中放入錨索或錨桿，將下端固定，上端拉緊。上端一般用混凝土墩、混凝土梁或配合以擋墻將其固定。錨固粧(或稱抗滑樁)適用于淺層或中厚層的滑坡體。它是在滑坡體的中、下部開挖豎井或大口徑鉆孔，然后澆灌鋼筋混凝土而成。一般垂直于滑動方向布置一排或兩排，樁徑通常1?3m,深度一般要求滑動面以下樁長占全樁長的1/4?1/3。

除上述幾項較多采用的防治措施外，還可采用混凝土護面、灌漿及改善滑動帶土石的力學性質等措施。一般而言，在進行邊坡防治處理時，如果幾種措施同時采用效果更為顯著。

(三)地下工程圍巖的穩定性

地下工程是指建筑在地面以下及山體內部的各類建(構)筑物。如隧道、豎井、地鐵，以及地下廠房、儲庫、車庫，車站、商場和軍事設施等。因地下工程埋于巖體中，首先要考慮的就是地下工程圍巖的穩定性問題，如圍巖塌方、地下水滲漏等。

1.地下工程位置選擇的影響因素

地下工程位置的選擇，除取決于工程目的要求外，還需要考慮區域穩定、山體穩定及地形、巖性、地質構造、地下水及地應力等因素的影響。

(1)地形條件。在地形上要求山體完整，地下工程周圍包括洞頂及傍山側應有足夠的山體厚度。如選擇隧洞位置時，隧洞進出口地段的邊坡應下陡上緩，無滑坡、崩塌等現象.存在。洞口巖石應直接出露或坡積層薄，巖層最好傾向山里以保證洞口坡的安全。在地形陡的高邊坡開挖洞口時，應不削坡或少削坡即進洞，必要時可做人工洞口先行進洞，以保證邊坡的穩定性。隧洞進出口不應選在排水困難的低洼處，也不應選在沖溝、傍河山嘴及谷口等易受水流沖刷的地段。

(2)巖性條件。堅硬完整的巖體，圍巖一般是穩定的，能適應各種斷面形狀的地下工程。而軟弱巖體，如黏土巖類、破碎及風化巖體、吸水易膨脹的巖體等，通常力學強度低，遇水易軟化、崩解及膨脹等，不利于圍巖的穩定。因此，地下工程位置應盡量選在堅硬完整巖石中。一般在堅硬完整巖層中開挖，圍巖穩定、進度快、造價低。在軟弱、破碎、松散巖層中開挖，頂板易坍塌，邊墻及底板易產生鼓脹擠出變形等事故，且需邊開挖邊支護或超前支護，進而影響工程造價和工期。一般而言，巖漿巖、厚層堅硬的沉積巖及變質巖，圍巖的穩定性好，適于修建大型的地下工程。凝灰巖、黏土巖、頁巖、膠結不好的沙礫巖、千枚巖及某些片巖，穩定性差，不宜建大型地下工程。松散及破碎的巖石穩定性極差，選址時應盡量避開。

(3)地質構造條件。地質構造是控制巖體完整性及滲透性的重要因素。選址時應盡量避開地質構造復雜的地段，否則會給施工帶來困難。如意大利的辛普郎隧道，長20多公里，由于地層嚴重褶皺、倒裝并伴有大型的逆斷層，巖石破碎，施工中多次產生塌方，經多次停工處理才打通。下面從具體的地質構造對圍巖穩定性的影響進行分析：

1)褶皺的影響。褶皺劇烈地區，一般斷裂也很發育，特別是褶皺核部巖層完整性最差。在背斜核部，巖層呈上拱形，雖巖層破碎，然猶如石砌的拱形結構，能將上覆巖層的荷重傳遞至兩側巖體中去，所以有利于洞頂的穩定。向斜核部巖層呈倒拱形，頂部被張裂隙切割的巖塊上窄下寬，易于塌落。另外，向斜核部往往是承壓水儲存的場所，地下工程開挖時地下水會突然涌入洞室。因此，在向斜核部不宜修建地下工程。從理論而言，背斜核部較向斜優越，但實際上由于背斜核部外緣受拉伸處于張力帶，內緣受擠壓，加上風化作用，巖層往往很破碎。因此，在布置地下工程時，原則上應避開褶皺核部。若必須在褶皺巖層地段修建地下工程，可以將地下工程放在褶皺的兩側。

2)斷裂的影響。斷層破碎帶及斷層交匯區，穩定性極差。地下工程開挖如遇較大規模的斷層，基本上都會產生塌方甚至冒頂(洞頂大規模突然坍塌破壞)。一般而言，應避免地下工程軸線沿斷層帶布置。而地下工程軸線垂直或近于垂直斷裂帶，所需穿越的不穩定地段較短，但也可能產生塌方。因此，在選址時應盡量避開大斷層。

3)巖層產狀的影響。對于地下工程軸線與巖層走向垂直的情況，圍巖的穩定性較好，特別是對邊墻穩定有利。當巖層較陡時，穩定性最好。當巖層傾角較平緩且節理發育時，在洞頂易發生局部巖塊塌落現象，地下工程頂部常出現階梯形超挖;對于地下工程走向與巖層走向平行的情況，若巖層薄，彼此之間聯結性差，在開挖地下工程(特別是大跨度的洞室)時常常發生頂板的坍塌。因此，在水平巖層中布置地下工程時，應盡量使地下工程位于均質厚層的堅硬巖層中。若地下工程必須切穿軟硬不同的巖層組合時，應將堅硬巖層作為頂板，避免將軟弱巖層或軟弱夾層置于頂部，后者易于造成頂板懸垂或坍塌。軟弱巖層位于地下工程兩側或底部也不利，它容易引起邊墻或底板鼓脹變形或被擠出。在傾斜巖層中，一般也是不利的。當洞身穿過軟硬相間或破碎的傾斜巖層時，順傾向一側的圍巖易于變形或滑動，造成很大的偏壓，逆傾向一側圍巖側壓力小，有利于穩定。因此，在傾斜巖層中最好將地下工程選在均一完整堅硬的巖石中。

(4) 地下水。地下工程施工中的塌方或冒頂事故，常常和地下水的活動有關。因此，在選址時最好選在地下水位以上的干燥巖體內，或地下水量不大、無髙壓含水層的巖體內。

(5) 地應力。在地下工程的設計和施工過程中，必須了解工程所在部位初始應力場的分布和變化規律，獲得地下工程開挖后圍巖應力重分布的特征，以便選用相應的措施來維護圍巖的穩定。初始應力狀態是決定圍巖應力重分布的主要因素。

2.圍巖的工程地質分析

(1)圍巖穩定性分析。圍巖穩定，是指在一定時間內，在一定的地質力和工程力作用下，巖體不產生破壞和失穩。圍巖在壓應力、拉應力作用下能否破壞，一般可采用如下判據：一是圍巖的抗壓強度和抗拉強度是否適應圍巖應力;二是圍巖的抗剪強度是否適應圍巖的剪應力。

由于巖體在強度和結構方面的差異，隧道、豎井和地下車站、倉庫、廠房等地下工程的圍巖，變形與破壞的形式多種多樣，主要有五種：

1)脆性破裂，經常產生于高地應力地區，其形成的機理是復雜的，它是儲存有很大彈性應變能的巖體，在開挖卸荷后，能量突然釋放形成的，它與巖石性質、地應力積聚水平及地下工程斷面形狀等因素有關。

2)塊體滑移，是塊狀結構圍巖常見的破壞形式，常以結構面交匯切割組合成不同形狀的塊體滑移、塌落等形式出現。

3)巖層的彎曲折斷，是層狀圍巖變形失穩的主要形式，當巖層很薄或軟硬相間時，頂板容易下沉彎曲折斷。在傾斜層狀圍巖中，當層間結合不良時，順傾向一側拱腳以上部分巖層易彎曲折斷，逆傾向一側邊墻或頂拱易滑落掉塊。在陡傾或直立巖層中，因洞周的切向應力與邊墻巖層近于平行，所以邊墻容易凸邦彎曲。

4)碎裂結構巖體在張力和振動力作用下容易松動、解脫，在洞頂則產生崩落，在邊墻上則表現為滑塌或碎塊的坍塌。當結構面間夾泥時，往往會產生大規模的塌方，如不及時支護，將愈演愈烈，直至冒頂。

5)—般強烈風化、強烈構造破碎或新近堆積的土體，在重力、圍巖應力和地下水作用下常產生冒落及塑性變形。常見的塑性變形和破壞形式有邊墻擠入、底鼓及洞徑收縮等。

(2)圍巖的分類。主要是鑒于圍巖的穩定性對圍巖進行分類，不同建設行業對圍巖的分類尚不盡相同。例如，水利建設行業將圍巖分為五類，交通建設行業將圍巖分為六類。

3.提高圍巖穩定性的措施

為了保證地下工程施工的安全和正常運行，應該針對巖體的不同條件，采取相應的施工方法和一定的工程技術措施，提高圍巖的穩定性。目前，用以提高圍巖穩定性的工程措施主要有傳統的支撐或襯砌和噴錨支護兩大類。

(1)支撐與襯砌。支撐是在地下工程開挖過程中用以穩定圍巖用的臨時性措施。按照選用材料的不同，有木支撐、鋼支撐及混凝土支撐等。在不太穩定的巖體中開挖，需及時支撐以防止圍巖早期松動。襯砌是加固圍巖的永久性結構，其作用主要是承受圍巖壓力及內水壓力，有混凝土及鋼筋混凝土襯砌，也可以用漿砌條石襯砌。

(2)噴錨支護。噴錨支護是在地下工程開挖后，及時地向圍巖表面噴一薄層混凝土(一般厚度為5?20cm)，有時再增加一些錨桿，從而部分地阻止圍巖向洞內變形，以達到支護的目的。

噴錨支護能使混凝土噴層與圍巖緊密結合，并且噴層本身具有一定的柔性和變形特性，因而能及時有效地控制和調整圍巖應力的重分布，最大限度地保護巖體的結構和力學性質，防止圍巖的松動和坍塌。如果噴混凝土再配合錨桿加固圍巖，則會更有效地提高圍巖自身的承載力和穩定性。

噴混凝土具備以下幾方面的作用：首先，它能緊跟工作面，速度快，因而縮短了開挖與支護的間隔時間，及時地填補了圍巖表面的裂縫和缺損，阻止裂隙切割的碎塊脫落松動，使圍巖的應力狀態得到改善。其次，由于有較高的噴射速度和壓力，漿液能充填張開的裂隙，起著加固巖體的作用，提高了巖體的強度和整體性。此外，噴層與圍巖緊密結合，有較高的黏結力和抗剪強度，能在結合面上傳遞各種應力，可以起到承載拱的作用。

錨桿有楔縫式金屬錨桿、鋼絲繩砂漿錨桿、普通砂漿金屬錨桿、預應力錨桿及木錨桿等。目前在大中型工程中，常用的是楔縫式金屬錨桿和砂漿金屬錨桿兩種。為了防止錨桿之間的碎塊塌落，可采用噴層和鋼絲網來配合。

(3) 各類圍巖的具體處理方法。對于堅硬的整體圍巖，巖塊強度高，整體性好，在地下工程開挖后自身穩定性好，基本上不存在支護問題。這種情況下噴混凝土的作用主要是防止圍巖表面風化，消除開挖后表面的凹凸不平及防止個別巖塊掉落，其噴層厚度一般為3?5cm。當地下工程圍巖中出現拉應力區時，應采用錨桿穩定圍巖。

對于塊狀圍巖，這類圍巖的坍塌總是從個別石塊——“危石”掉落開始，再逐漸發展擴大，只要及時有效地防止個別“危石”掉落，就能保證圍巖整體的穩定性。一般而言，對于此類圍巖，噴混凝土支護即可，但對于邊墻部分巖塊可能沿某一結構面出現滑動時，應該用錨桿加固。

對于層狀圍巖，在開挖地下工程時，往往不易打成拱形(或圓形)，爆破后頂面經常成平板狀，如不加支護，圍巖常常先發生彎曲張開，然后逐漸坍塌。因此，對于此類圍巖，應以錨桿為主要的支護手段。通過錨桿將各層聯結在一起，提高巖層的抗彎剛度，有效阻止各層之間的層間錯動。

對于軟弱圍巖，相當于圍巖分類中的Ⅳ類和V類圍巖，一般強度低、成巖不牢固的軟巖，破碎及強烈風化的巖石。該類圍巖在地下工程開挖后一般都不能自穩，所以必須立即噴射混凝土，有時還要加錨桿和鋼筋網才能穩定圍巖。

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（責任編輯：zyc）

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