工程边坡分类与灾害预警技术综述

工程边坡分类与灾害预警技术综述

周思怡

重庆交通大学河海学院 重庆市 400000

摘  要：岩石高边坡是山区工程建设的主要地质环境和工程承载体,尤其是在我国西南地区,高边坡问题几乎成了重大工程建设的首要工程地质和岩土工程问题。工程边坡的理论研究及稳定对确保基础设施的安全建设和正常运营有重要意义。结合西南地区地质环境的特点,分析和总结了该地区岩石高边坡发育的主要特征,认为边坡高陡、地应力量级高、具有复杂的变形历史构成了这一地区高边坡有别于一般的特殊性。

关  键  词：岩石高边坡、顺层边坡、反倾岩质边坡

中图分类号：TU 443（Times New Roman）     文献标识码：A

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1  概 述

西部大开发战略大力推动了西部地区交通、水利水电枢纽等建设的快速发展．西部地区多高山峡谷地貌，存在众多构造特殊、地质条件复杂的高陡边坡，其中发育的节理等不连续结构面构成了岩体软弱结构面，严重影响边坡稳定性，直接影响道路路堑和隧道洞室开挖等的施工及运营安全，一直以来备受岩土工程界关注［１］。

在顺层岩质边坡方面，刘小丽等［２］根据弹性板的稳定理论，利用能量法对缓倾角顺层岩质边坡的弯曲失稳机理进行了探讨；陈从新等［３］根据相似理论开展了地质力学模型试验，通过试验对比说明了顺层岩质边坡的主要变形方式为滑动变形；李祥龙等［４］利用离心机试验研究了顺层岩质边坡的动力稳定性和破坏机制，发现其破坏受结构面控制．在反倾岩质边坡方面，左保成等［５］通过室内物理力学模型试验研究了层厚、倾角等对反倾岩质边坡稳定性的影响，指出反倾岩质边坡的变形破坏模式为倾倒变形折断破坏；苏立海等［６］利用数值分析研究了反倾岩质边坡的破坏模式及机理．

1.1   中国西南地区岩石高边坡的主要特征

由于所处的特殊地域与地质环境条件,西南地区岩石高边坡的表现特征与这一地区的深切峡谷地貌和活跃的内外动力地质条件是紧密联系在一起的,是地壳表层内外动力地质作用在边坡这类地质体上的综合表现。具有以下特征。

1.1.1边坡高陡,坡型复杂

这是西南地区岩石高边坡最为直接的表观特征。尽管边坡的高陡只是一个几何上的表现,但也正是由于这种高陡的几何特征,构成了产生高边坡稳定性问题最为重要的原因之一。

1.1.2具有复杂的变形破裂演化历史

西南地区岩石高边坡发育的另一个重要特征就是绝大多数边坡表出较为显著的时效变形特征,并且具有复杂的变形演化历史。

岩石高边坡是一类特殊的工程地质体。从这类边坡的自然属性出发,本文分析和总结了我国西南地区岩石高边坡的发育特征和演化的动力学过程。

主要结论如下：(1)西南地区岩石高边坡具有区别于一般高边坡的特征,主要表现为：边坡高陡、超高系数大、地应力高和复杂的变形破裂演化历史。(2)可以采用超高系数来表征岩石高边坡的高度特征和工程的高边坡环境。

2岩质边坡

2.1顺层边坡

影响顺层坡向层状岩石边坡稳定的主要因素是岩层的倾角大小、层面的抗剪强度、岩体风化程度、开挖边坡的倾角大小以及边坡岩体被节理裂隙切割状况等。物理模拟研究方法应用于斜坡岩体的稳定性分析具有两个突出的意义：一是能够直接观测和记录所研究斜坡岩体的变形、破坏演变过程；二是可以通过试验应力分析获得边坡的变形演变过程中各阶段的应力分布状态以及由于变形与局部破坏导致的应力重分布情况。

2.2反倾岩质边坡

当岩质边坡中存在一组走向与边坡走向一致，倾向与边坡倾向相反的节理时，该边坡被称为反倾岩质边坡。

边坡的破坏通常是在多种因素复合作用下形成的,而目前的研究多采用单因素分析法，忽略了各因素之间的联系,这与工程实际存在一定的差距。

在影响反倾岩质边坡倾倒变形的4个因素中，边坡坡高为主要影响因素，之后依次为岩层厚度、岩层倾角和边坡坡角。方差分析结果表明，边坡坡高、岩层厚度和倾角对边坡倾倒变形的影响高度显著，边坡坡角对边坡倾倒变形有一定的影响。坡顶水平位移值与边坡坡高、坡角呈正相关关系，与岩层厚度呈负相关关系；岩层倾角小于75°时，位移大小与之呈正相关，岩层倾角超过75°后，位移大小与之呈负相关。

3工程边坡监测预警技术

边坡监测由最初的定期人工水准及全站仪坐标测量发展到现在的无线远程自动化监测，技术进展目前呈现以下特征。

3.1多源数据融合发展

为满足更高监测要求，新技术出现使监测技术逐渐向 “天-空-地”一体化方向发展，通过多源监测数据的整合及融合分析可预测边坡变形趋势并发布预警信息，并大幅提高监测效率。

3.2新技术不断涌现

边坡监测技术目前大致可分为以地表位移、地下水压力、爆破震动、锚固应力以及深部位移等为监测量的多类监测技术。随着电子信息技术的快速发展和各学科的交叉融合，不断涌现了摄影测量、三维激光扫描、合成孔径雷达干涉( InSAＲ) 、测量机器人、自动化监测网( 3S 技术) 及 GNSS 边坡监测、光纤传感和微震等监测技术。

4 结论

（1）节理形式影响边坡稳定性和破坏模式．相同条件下，顺层节理边坡较反倾节理边坡，更易产生破坏．顺层节理岩质边坡表现为共面节理发生贯通破坏，形成滑动面；反倾节理岩质边坡表现为共面节理贯通破坏将岩体分割成条形岩块，非共面节理之间发生贯通破坏，形成滑裂面．

( 2) 岩质边坡具有复杂的结构性，其稳定性分析方法及软件的发展应能充分考虑岩体结构影响，尤其是水电岩质边坡稳定性分析方法及软件还应能兼顾坡体地下水和库水位升降的不利影响。在岩质边坡工程设计过程中，应在掌握动态揭示的工程地质条件下，充分利用质量良好岩体自身强度，采用合理的治理措施开展信息化设计、施工及监测。

参  考  文  献

[1]黄润秋.中国西南岩石高边坡的主要特征及其演化[J].地球科学进展,2005(03):292-297.［２］ 刘小丽，周德培．用弹性板理论分析顺层岩质边坡的失稳

[2]刘小丽,周德培.用弹性板理论分析顺层岩质边坡的失稳[J].岩土力学,2002(02):162-165.DOI:10.16285/j.rsm.2002.02.007.

[3]陈从新,黄平路,卢增木.岩层倾角影响顺层岩石边坡稳定性的模型试验研究[J].岩土力学,2007(03):476-481+486.DOI:10.16285/j.rsm.2007.03.009.

[4]李祥龙,唐辉明,王立朝.顺层岩体边坡地震动力破坏离心机试验研究[J].岩石力学与工程学报,2014,33(04):729-736.DOI:10.13722/j.cnki.jrme.2014.04.008.

[5]左保成,陈从新,刘小巍等.反倾岩质边坡破坏机理模型试验研究[J].岩石力学与工程学报,2005(19):107-113.