邊坡穩定性

不穩定的天然斜坡和設計坡角過大的人工邊坡，在岩、土體重力，水壓力，振動力以及其他外力作用下，常發生滑動或崩塌破壞。大規模的邊坡岩、土體破壞能引起交通中斷，建築物倒塌，江河堵塞，水庫淤填，給人民生命財產帶來巨大損失。

研究邊坡穩定性的目的，在於預測邊坡失穩的破壞時間、規模，以及危害程度，事先採取防治措施，減輕地質災害，使人工邊坡的設計達到安全、經濟的目的。

邊坡破壞的類型很多，常見的是崩塌和滑坡。陡坡前緣部分岩、土體突然與母體分離，翻滾跳動崩墜崖底或塌落而下的過程和現象，稱為崩塌。邊坡部分岩、土體沿著先前存在的地質界面，或新形成的剪切破壞面向下滑動的過程和現象，稱為滑坡。在邊坡破壞中，滑坡是最常見，危害最嚴重的一類。

所有的邊坡失穩，均涉及到邊坡岩、土體在剪切應力作用下的破壞。因此，影響剪切應力和岩、土體抗剪強度的因素，都影響邊坡的穩定性。例如，構成邊坡岩、土體的工程地質性質及其變化；邊坡中斷層、層面、不整合面等不連續面的產狀與坡面傾向、傾角之間的關係；邊坡尺寸和形態的改變；坡腳遭受水的侵蝕或人工開挖；邊坡上天然或人工載入；邊坡岩、土體中地下水位的升降，以及地震和爆破引起的瞬時振動等，均會在一定程度上改變邊坡的穩定性。。

邊坡的穩定性通常以滑動面上的抗滑力(Fs)與滑動力(Fr)的比值，即抗滑穩定性係數(η)來表示。這一比值越大，邊坡越穩定；反之，邊坡越不穩定。

評價邊坡穩定性的常用方法有下列4類：

①定性分析法。通過對邊坡的尺寸和坡形、邊坡的地質結構、所處的地質環境、形成的地質歷史、變形破壞形跡，以及影響其穩定性的各種因素的研究，判斷邊坡演變階段和穩定狀況。

②極限平衡分析法。把可能滑動的岩、土體假定為剛體，通過分析可能滑動面，並把滑動面上的應力簡化為均勻分佈，進而計算出邊坡的穩定性係數。

③數值分析法。利用有限單元分析法，先計算出邊坡位移場和應力場，然後利用岩、土體強度準則，計算出各單元與可能滑動面的穩定性係數。

④工程地質類比法。將所研究邊坡或擬設計的人工邊坡與已經研究過的或已有經驗的邊坡進行類比，以評價其穩定性，並提出合理的坡高和坡角。。

工程地質類比法

工程地質類比法，又稱工程地質比擬法，屬於定性分析，其內容有歷史分析法、因素類比法、類型比較法和邊坡評比法等。該方法主要通過工程地質勘察，首先對工程地質條件進行分析。如對有關地層岩性、地質構造、地形地貌等因素進行綜合調查、分類，對已有的邊坡破壞現象進行廣泛的調查研究，了解其成因、影響因素、發展規律等；並分析研究工程地質因素的相似性和差異性；然後結合所要研究的邊坡進行對比，得出穩定性分析和評價。其優點是綜合考慮各種影響邊坡穩定的因素，迅速地對邊坡穩定性及其發展趨勢作出估計和預測；缺點是類比條件因地而異，經驗性強，沒有數量界限。在地質條件複雜地區、勘測工作的初期、缺乏資料時，都常使用工程地質類比法，對邊坡穩定性進行分區並作出相應的定性評價，因此，需要有豐富實踐經驗的地質工作者，才能掌握好這種方法。

邊坡穩定性圖解法

在邊被穩定性分析中，常使用各種圖解法，它是屬於定性的方法，其優點是簡單、直觀、快速；缺點是帶有一定的經驗性和概念性。因此圖解法常常用於規劃階段，或初步分析邊坡穩定之用。用圖解法分析，發現有問題的邊坡應用計算驗證。圖解法分為諾模圖法和赤平投影圖法，諾模圖法利用諾模圖來表徵與邊坡有關參數之間的定量關係，從而求出邊坡穩定性係數、穩定坡角和極限坡高，主要應用於具有圓弧性破壞面的滑坡；赤平投影圖法利用赤平投影的原理，通過作圖直觀地反映出邊坡破壞的邊界，確定失穩岩土體的規模形態及其可能變形滑動方向等，從而對邊坡穩定程度作出初步分析，並為力學計算提供基礎，它主要用於岩質邊坡的穩定性分析。王俊斌等在山西省平遙—榆社高速公路勘察中，運用疊加了岩層產狀、路線走向、邊坡傾向、節理髮育程度及地形坡向的玫瑰花圖，使得路基的高邊坡穩定性分析變得簡明扼要，清晰地展現出各種結構面、坡面及路線之間的角度關係，為分析基岩邊坡的穩定性提供了有效的證據。節理玫瑰花圖解法無論是在滑坡路基、填方路基還是挖方路基邊坡穩定性分析中，均簡潔明了、簡單易行，分析結果可信度高，在邊坡路基段勘探與穩定性分析中應加以推廣應用。

塊體單元法

塊體單元法介於剛體極限平衡法和有限元法之間，兼有 2 者的優點，工作量小，特別適用於如裂隙岩體那樣的非連續介質問題，且塊體元的應力精度與位移精度一致，因此按位移和應力求出的穩定安全係數比較接近。塊體單元法以塊體形心處的剛體位移作為基本未知量，即用分片的剛體位移模式逼近實際位移場，在塊體單元之間設“縫”單元，反映結構的物理性質。根據虛功原理求出各塊體形心處的剛體位移后，由縫單元 2 側塊體的相對位移確定縫面的變形和應力。塊體單元法既保證了各塊條的力和力矩的平衡，又考慮了它們的變形。而且，塊體單元法可以反映非連續面 2 側位移和應力可能不連續的特點，還提高了應力精度，使穩定安全係數的計算更為可靠，因此，塊體單元法特別適用於具有軟弱結構面岩體的穩定分析。