1、1人工边坡特性分析【摘 要】本文围绕人工边坡的稳定机制，探讨了造成人工边坡产生破坏的原因，并从三个方面着手探讨了造成人工边坡破坏原因及保护方法，以求为更好的进行边坡设计与保护提供必要的借鉴与参考。 【关键词】人工边坡；特性；稳定机制；破坏原因；保护方法 一、人工边坡不稳定机制 造成人工边坡产生不稳定的机制涉及到多个方面，而且这些机制也都有自身的一系列特点，基本看来，这些机制可以概括为如下几点。 第一，转动型破坏面（Rotational） 。这是指土体沿一弧面滑动，正常压密与过压密黏土、页岩、人造土堤均会发生，通常以一圆弧或几个形状的组合近似。其特征为：坡顶的滑动土体会随时间崩坍；破坏面趾的重塑
2、土体；深度与总长度的比约为 0.15 到 0.33；滑动面区的厚度有限，通常只有几公分；土体滑动速率约 0.1-0.3m/min。 第二，平移式滑动（Translational slides） 。这是指沿一近乎平面的破坏面滑动。该状况下，不稳定区的几何形状无大变化，具有解理或裂纹的过压密黏土可能会发生这种破坏。实际上，破坏面可能真的接近一平面，也可能是一曲面，但重点是其上的几何形状与力的分布没变。 第三，流（Flow） 。这是指非常软弱浅层土壤的渐近滑动。许多土壤的剪力强度对应变很敏感，受到滑动时的大应变下，其强度只剩下尖峰值的几分之一。当坡趾被挖除时，渐近的滑动一般在大应变、低强度、2与高孔
3、隙水压的组合易发生。该状况下，若在坡趾有因打桩或爆破造成的振动即可能发生，而坡度可能只有 8到 10。这种流动的运动速率很快，甚至有达每天数千公尺者。 第四，潜变。Terzaghi 对潜变的描述为“边坡以无法察觉的速率向下移动” ，其能够造成树木、电线杆等自然与人为的物体的倾斜。松软的正常压密黏土或黄土不易发生很大的潜变，但过压密的风化黏土及页岩可能产生大的潜变。资料显示潜变速率与坡度无关联。另外，季节性潜变随季节变化，可能因孔隙水压的变化引起，通常深度浅。 第五，落石（Falls and Toppling） 。由于土壤或岩石可能有很发达的解理、弱面等，因此落石通常因侧向或垂直向的支承力量因冲
4、蚀丧失，导致一块块变成不稳定，发生落石。至于土壤可能会因在干季时，产生很深的干缩裂缝造成。 二、造成人工边坡破坏原因及保护方法 （一）破坏原因分析 造成人工边坡破坏原因包括：载重增加；坡趾开挖；孔隙水压增加，坡顶裂缝充水，使静水压上升；土壤因湿润强度降低，这涵盖毛细力作用被破坏，部分饱和土壤强度降低，以及高度过压密土壤含水比上升膨胀，强度降低两个方面；急速泄降，这一速度取决于土石坝材料的导水度；地震造成的土壤液化，松软砂性土壤因地震振动，短时间内水未排出，孔隙水压上升，有效应力减低；其它原因造成土壤强度降低，涉及到土壤历经湿润/干燥循环，开裂、爆震、振动，使键结被破坏（CementBonds）
5、 。 3（二）边坡稳定分析的方法 第一，有限平衡分析数值分析。一般的工程较少用数值分析。理由很简单，经济效益。在规模小而单纯、或前人经验多的区域，对状况掌握较佳，可能安全系数较大，用简单分析，手算（计算机）即可。但目前有许多简单的电脑软件可用，或用试算表程式。对较复杂的工程，若必须考虑的情况较多，或破坏的影响会很大，可能安全系数不高，则有较理论基础严密的软件。 第二，无限长边坡滑动。当边坡坡面延伸很长，且其任一剖面有相似的状况及性质时，例如许多土层均平行于坡面的边坡，或薄层风化表土覆盖于坚实土层或岩盘上，此类分析可于滑动体内任意段取自由体加以分析，但需注意无限边坡分析一般仅适用于平行于坡面的薄
6、土层，及凝聚力不大的土壤。 第三，岩石边坡稳定的分析方法。岩层与土壤的最大不同，即土壤可视为连续体处理但岩体则多否。完整的岩石强度可以很高，故岩盘工程的稳定?以节理或弱面为主要对象。不同的弱面位态及组数，使岩坡的分析模式与破坏机制有所不同，所采取的分析方法也不同，包括对顺向坡、斜交坡、楔形滑动、倾倒破坏、岩块崩落等情况的稳定分析。 第四，稳定性评价的有限元法模型处理，图 1 为模型稳定性分析图。节理单元模型清楚地显示了边坡滑动带。同时，自坡脚起大致圆弧形的一定范围内变形很大，所以节理单元模型位移等值线图在此区域很密集。不同在岩体边坡稳定性评价中，数值计算模型的稳定系数之间大小差别反映到最危险滑
7、动面搜索结果上就是滑动面位置和范围的不同。对于不4同滑动面的差异可以解释为是由两种不同数值计算模型本身方法的差异造成，节理单元模型考虑时只是对整个坡体范围内的结构面进行特殊的单元剖分处理，有限元法计算时可以看作每条结构面和周围岩体建立弹塑性力学方程进行力与位移的计算。 （三）人工边坡的保护 第一，整坡工程。一是整坡方式：坡面高度超过 5m 者，应设计为阶段式边坡，其阶段高度以不大于 5m 为原则；每垂距 5m 高度，所设置的平台宽度不得小于 l.5m；如为填方边坡应根据填方材料性质，并参酌现地的地质、地形及气象等因素来决定施作方式；挖方边坡则须视地质状况与地层构造，并依挖方的高度来决定施作方式
8、；同时应于挖、填施工阶段进行稳定分析。二是排水工程：排水工程的目的在拦截地表或地下水，并加以诱导排除，避免边坡因水的影响（如孔隙水压升高、抗剪强度降低、含水量增加）而破坏，故排水工程应依据地形、地下水或岩盘面分布状况的调查后，再选择最有效而经济的排水方法。三是挡土工程：挡土工程乃是利用构造物的施作于坡面或坡趾位置提供滑动抵抗力，一般需配合挖填工程及排水工程的进行适时适点施作，以确保其有效性。四是坡面保护工程：坡面保护工程在于防止坡面受风化及冲刷等作用，对边坡所造成的不良影响，一般以采用植生为原则。岩石边坡或不含土壤成分的岩石碎屑坡地，且植物无法生长的情况，必要时可在坡面铺置客土（坡度须缓于 1
9、：0.8） ， 。稳定坡面时也须纳入完整的排水措施（包括地表水及地下水之排除） 。 第二，边坡稳定处理注意事项。这包括：依立地条件及土壤硬度选5择适当植生方法；植生施工时期，以春秋为宜；填土坡应将原地面植被表土及杂物清除，并尽可能将填方嵌入原有坡内；填方应分层确实夯实；开挖裸露的岩层面若极易风化，应尽快处理；坡面横向截水沟与纵向排水沟的汇流处应妥善处理，避免水流外溢；纵向排水沟的坡度太陡时，应增设跌水或静水池予以消能；纵向排水沟的沟面应力求平顺，若设置消能块时，应防止水花溅溢至沟外；完工后应适时维护以维持边坡的良好状况。 第三，人工边坡的坡度必须按施工方案所确定的大小，不能任意加大，基坑开挖前，必须将边坡的上边缘线、下边缘线均用石灰线标出，采用机械挖土时，在边坡位置宜浅挖，再由人工配合修整至所需要的边坡坡度。 参考文献 1陈建峰，孙立川，石振明，张雷，沈明荣.浙江三门核电厂人工高边坡稳定性评价J.岩土力学，2005 年增刊. 2张有天.岩石高边坡的变形与稳定M.北京：中国水利水电出版社，1999. 3周亮，孙茂前.核电站人工边坡稳定性评价J.电力勘测设计，2011 年第 6 期.
