2019岩土工程师基础知识点：影响边坡稳定性的工程地质因素

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影响边坡稳定性的工程地质因素

边坡变形的发生发展是极其错综复杂的，影响因素也很多的。概括起来可以分为两个方面：

内在因素，包括地貌条件、岩石性质，岩体结构与地质构造等。这些因素的变化是十分缓慢的，它们决定边坡变形的形式和规模，对边坡的稳定性起着控制作用，是边坡变形的先决条件。

外在因素，包括水文地质条件，风化作用，水的作用、地震及人为因素等。这些因素的变化是很快的，但它只有通过内在因素，才能对边坡稳定性起着破坏作用，或者促进边坡变形的发生和发展。

边坡变形，实质上是内在和外在的各种因素综合作用的结果。因此，在分析边坡稳定时，应在研究各种单一因素的基础上，找出它们彼此间的内在联系，才能对边坡的稳定性做出比较正确的评价。

【例题21】在影响边坡变形的下列各种因素中，属于内在因素的是()。

A. 水文地质条件

B. 水的作用

C. 地震

D.地貌条件

答案:D

(一)地貌条件

地貌是由于地球内、外营力作用而形成的地表起伏形态。地貌条件决定了边坡形态，对边坡稳定性有直接影响。边坡的形态系指边坡的高度、坡角、剖面形态、平面形态以及边坡的临空条件等。对于均质岩坡，其坡度愈陡，坡高愈大则稳定性越差。对边坡的临空条件来讲，工程地质条件相类似的情况下，平面呈凹形的边坡较呈凸形的边坡稳定。此外，在边坡倾向与缓倾角结构面倾向一致的同向结构类型地段，边坡稳定性与边坡坡度关系不密切，而主要取决于边坡高度。

【例题22】在边坡倾向与缓倾角结构面倾向一致的同向结构类型地段，边坡的稳定性主要取决于()。

A.坡角

B.坡高

C.边坡走向

D.结构面倾向

答案:B

(二)岩石的性质

岩石性质的差异是影响边坡稳定的基本因素，就边坡的变形破坏特征而论，不同的地层岩组有其常见的变形破坏形式。例如，有些地层岩组中滑坡特别发育，这是与该地层岩石的矿物成分、亲水特性及抗风化能力等有关，如第三系红色页岩、泥岩、裂隙粘土;二叠系煤系岩组，以及古老的泥质变质岩系(千枚岩、片岩等)都是易滑地层岩组。其次，岩组特征对边坡的变形破坏有着直接影响，坚硬完整的块状或厚层状岩组，易形成高达数百米的陡立斜坡，而在软弱地层的岩石中形成的边坡在坡高一定时，其坡度较缓。由某些岩石组成的斜坡在于燥或天然状态下是稳定的，但一经水浸，岩石强度将大减，斜坡出现失稳，如此等等，充分说明岩石对边坡的变形破坏有直接影响。

(三)岩体结构与地质构造

岩体结构类型、结构面性状及其与坡面的关系是岩质边坡稳定的控制因素。

结构面的倾角和倾向：同向缓倾边坡的稳定性较反向坡要差;同向缓倾坡中，结构面的倾角愈陡，稳定性愈好;水平岩层组成的边坡稳定性亦较好。

结构面的走向：结构面走向与坡面走向之间的关系，决定了失稳边坡岩体运动的临空程度，当倾向不利的结构面走向和坡面平行时，整个坡面都具有临空自由滑动的条件，因此，对边坡的稳定性最为不利。

结构面的组数和数量：边坡受多组结构面切割时，切割面、临空面和滑动面就多些，整个边坡变形破坏的自由度就大些，组成滑动块体的机会也大些;结构面较多时，为地下水活动提供了较多的通道，显然地下水的出现，降低了结构面的抗剪强度，对边坡稳定不利。另外，结构面的数量影响到被切割岩块的大小和岩体的破碎程度，它不仅影响边坡的稳定性，而且影响到边坡的变形破坏的形式。

对边坡稳定性有影响的岩体结构还包括：结构面的连续性、粗糙程度及结构面胶结情况、充填物性质和厚度等方面。

地质构造是影响岩质边坡稳定性影响的重要因素，它包括：区域构造特点、斜坡地段的褶皱形态、岩层产状、断层与节理裂隙的发育程度及分布规律、区域新构造运动等。在区域构造较复杂、褶皱较强烈、新构造运动较活跃区域，斜坡的稳定性较差。斜坡地段的褶皱形态、岩层产状、断层及节理等本身就是软弱结构面，经常构成滑动面或滑坡周界，直接控制斜坡变形破坏的形式和规模。对地质构造进行分析研究，是定性和定量分析评价边坡稳定性的基础。

【例题23】在下列哪种条件下，斜坡的整个坡面都具有临空自由滑动的条件，对边坡的稳定性最为不利()。

A. 当倾向不利的结构面走向和坡面平行时

B. 当倾向不利的结构面走向和坡面相交时

C. 当倾向不利的结构面走向和坡面垂直时

答案:A

【例题24】在同向缓倾坡当中存在着三组结构面，斜坡的倾角为35°，已知结构面M的倾角为20°;结构面N的倾角为35°;结构面F的倾角为60°;在三组结构面中，对斜坡稳定最不利的结构面为()。

A. M

B. N

C. F

答案:A

(四)风化作用

风化作用，是各类岩石长期暴露地表，受到水文，气象变化的影响，发生物理和化学作用，出现各种不良现象，如产生次生矿物，节理张开或裂隙扩大，并出现新的风化裂隙，岩体结构破坏，物理力学性质降低等。显然，岩石遭受风化作用之后，边坡的稳定性大大降低，并对边坡变形的发生和发展起着促进作用。实际资料说明，岩石风化愈深，边坡的稳定性愈差，稳定坡角愈小。

岩石的风化速度，风化的深度和厚度应取决于一系列的因素，如岩石的性质，断裂的发育程度，水文地质动态，水文、气象，地形地貌及现代物理地质作用等。在同一地区由于岩石性质不同，风化程度也不同。如粘土质页岩比硬砂岩易风化，风化较深，风化层的厚度也较大，边坡角较小，根据某些地区自然边坡实际调查资料，粘土质岩组成的边坡坡角均缓于36°，而砂岩边坡则较陡。

断裂发育的破碎岩石带比裂隙少的岩石风化较深，风化厚度也较大，在几组断裂面交会处常形成袋状深化风化带，有些面成为边坡变形的控制面。

具有周期性干湿变化地区(如水库水位变动区，地下水位季节变动带)的岩石易于风化，风化速度较快，边坡稳定性较差，而无干湿变化影响地区的岩石，风化速度较慢，边坡稳定性高，位于冲沟、河谷的岸坡，由于剥蚀冲刷作用强烈，风化层较薄，边坡坡角较陡，有的可达45°～50°以上边坡仍然稳定，而愈接近山顶，风化层的厚度愈大，边坡坡度也较缓，常见为15°～20°之间。以上说明风化作用对边坡稳定是不利的。

表中简要地阐述了风化带与边坡稳定性的关系。在这里必须指出，由于岩石性质、组织结构和完整性不一，及各处风化因素不同，因此，风化带的厚度和分布状况都有极大的差别。同时，风化作用的强度随着岩石的埋深增大逐渐减弱的。所以，每一带之间并不见明显的分界线，而具有过渡性的渐变特征。

此外，自然界的风化作用，总是不停止继续进行着，岩石性质和边坡的稳定性也不断在恶化，在研究风化作用对边坡稳定性的影响时，必须考虑这些特点和它们的发展趋势。

(五)水的作用

水对斜坡稳定性有显著影响。它的影响是多方面的，包括软化作用、冲刷作用、静水压力和动水压力作用，还有浮托力作用等。

1.水的软化作用

水的软化作用系指由于水的活动使岩土体强度降低的作用。对岩质斜坡来说，当岩体或其中的软弱夹层亲水性较强，有易溶于水的矿物存在时，浸水后岩石和岩体结构遭到破坏，发生崩解泥化现象，使抗剪强度降低，影响斜坡的稳定。对于土质斜坡来说，遇水后软化现象更加明显，尤其是粘性土和黄土斜坡。

2.水的冲刷作用

河谷岸坡因水流冲刷而使斜坡变高、变陡，不利于斜坡的稳定。冲刷还可使坡脚和滑动面临空，易导致滑动。水流冲刷也常是岸坡崩塌的原因。此外，大坝下游在高速水流冲刷下形成冲刷坑，其发展的结果会使冲坑边坡不断崩落，以致危及大坝的安全。

3.静水压力

作用于斜坡上的静水压力主要有三种不同的情况：其一是当斜坡被水淹没时作用在坡面上的静水压力;其二是岩质斜坡张裂隙充水时的静水压力;其三是作用于滑体底部滑动而(或软弱结构面)上的静水压力。

当斜坡被水淹没，而斜坡的表部相对不透水时，坡面上就承受一定的静水压力。由于该静水压力指向坡面且与其正交，所以对斜坡稳定有利。在水库蓄水的条件下对库岸稳定性计算时应计入此静水压力。

岩质斜坡中的张裂隙(或陡倾节理)，如果因降雨或地下水活动使裂隙充水，则裂隙将承受静水压力的作用(图17-1-11)。该裂隙静水压力Pw为(取单宽坡体)

式中H为裂隙水的水头高;L为充水裂隙的长度;Pw为水的密度;g为重力加速度。

这一静水压力对斜坡稳定是不利的，由于它的作用使斜坡受到一个向着临空面的侧向推力。易发生失稳。雨季时一些斜坡产生崩塌或滑坡，往往与裂隙静水压力的作用有关。

如果斜坡上部为相对不透水的岩土体，则当河水位上涨或水库蓄水时，地下水位上升，斜坡内不透水岩土底面将受到静水压力作用，削减该结构面上的有效应力，从而降低了抗滑力，不利于斜坡的稳定(17-1-12)。显然，地下水位愈高，则对斜坡稳定愈不利。

当河水位或库水位迅速消落时，由于地下水的滞后效应，结构面上存在较大的静水压力，岸坡破坏就比较普遍。

4.动水压力

如果斜坡岩土体是透水的，地下水在其中渗流时由于水力梯度作用，就会对斜坡产生动水压力。其方向与渗流方向一致，指向临空面，因而对斜坡稳定是不利的。在河谷地带当洪水过后河水位迅速下降时，岸坡内可产生较大的动水压力，往往使之失稳。同样，当水库水位急剧下降时，库岸也会由于很大的动水压力而致失稳。

此外，地下水的潜蚀作用，会削弱甚至破坏土体的结构联结，对斜坡稳定性也是有影响的。

5.浮托力

处于水下的透水斜坡，将承受浮托力的作用，使坡体的有效重量减轻，对斜坡稳定不利。一些由松散堆积物组成库岸的水库，当蓄水时岸坡发生变形破坏，原因之一就是浮托力的作用。

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