第三十二章：岩质边坡—平面剪切破坏

　　本章介绍了位于路号 II/102  Strnady-Stechovice 旁的一个挖方边坡的稳定性分析，其位于伏尔塔瓦河河谷底部。自 1931年以来，虽然对该边坡经常进行加固，但是边坡的稳定性一直受崩塌的落石、滑动的岩层面、地下水的浸润和不利岩体结构面的影响。最大的一次边坡滑动破坏发生在 1924 年，滑动岩体体积为8000m³。在 2011 年，一块两吨重的岩块曾滚落到道路上。在下文中，我们将对所选剖面进行分析。

图 32.1 最危险剖面的照片

图 32.2 3D 地图

图 32.3 1931 年以来受滑坡影响的地质剖面，滑坡发生时附近的道路正在建设

32.1  设置

　　所选道路段可以沿着伏尔塔瓦河河谷的左岸找到。该段道路一部分通过开挖 坡脚修建，一部分修建在倾向河边的挡土墙上。开挖高度超过 10m，在开挖部分上方有一个陡坡。所要分析的岩坡由层状粉砂岩和页岩构成，其节理裂隙垂直于层面。坡面倾向由沉积岩的层理方向决定。

　　该案例中所选剖面顶部存在较大的岩块滑动可能性。考虑到边坡需要长期稳 定，这里我们选择设计安全系数为 1.5。当计算得到的安全系数小于 1.5 时，则 需要对边坡进行加固设计。

图 32.4  岩体可能产生的平面滑动方向（照片 Vaníček 2009）

　　根据地质调查结果和相关文件资料，可以得到岩体（页岩）参数如下：重度 γ=26kN/m3，剪切破坏面摩擦角φ'=38°，剪切破坏面粘聚力 0.8MPa（根据钻孔岩石样品试验测得），变形模量E₀ =10MPa。  

32.2  解决方案

　　所选剖面的稳定性将采用安全系数法来评估。接下来将详细说明如何对该案例进行分析。

32.3  任务设置

　　1）在「分析设置」界面中根据采用的验算方法（这里采用安全系数法）和岩质边坡的破坏模式来进行相应的设置。

　　在「分析设置」界面中点击“选择设置”，选择“标准 -  安全系数”，点 击“确定”按钮。

图 32.5 设置框架“设置列表”

　　选择好相应的“分析设置”后，我们在「分析设置」界面中还需要选择对应的分析类型。GEO5「岩质边坡稳定分析」模块可以分析岩质边坡的直线滑动、 折线滑动和楔形滑动。通常情况下，确定岩质边坡的危险滑面位置和破坏模式是比较困难的，往往需要和构造地质工程师合作。我们通过地质调查报告和野外照片来判断破坏模式（另外，设计师也有必要进行现场调查）。由得到的资料可以看到层理面较陡，倾角为40~50 度，页岩岩块可能沿着层理面滑落到位于山脚的道路上。因此，选择“直线滑动”作为分析类型。

2）输入地形和岩坡的几何形状 

　　在「坡面」界面中输入地形和岩坡的几何形状。在定义岩质边坡剖面之前，可以修改起点的坐标。输入岩质边坡剖面最好的方法是从岩坡坡脚开始输入，或者从坡脚前不远处的某一个点开始输入。在本案例中，边坡起点取距离坡脚前方 10m 处的水平地面上的一点，起点坐标采用默认值（x=0，y=0）。

　　在「坡面」界面中点击“添加”按钮，弹出“添加坡段”对话框，用于添加从起点开始的第一个坡段。可以通过多种参数来定义各个坡段：坡段倾角，坡段长度，水平投影和竖向投影。输入任意两个参数，软件会自动计算其余两个参数的值。

根据需要计算的岩坡坡面，得到各坡面段的参数如下表所示：

　　输入的坡段会即时显示在绘图窗口中。「坡面」界面中还给出了输入的各个 坡段的参数表格。

图 32.6「坡面」界面中输入的各坡面段

3）输入岩石（结构面）参数

　　在「岩石」界面中可以定义组成岩质边坡的岩体参数。根据地质调查结果， 得到岩石的重度和岩体层面的抗剪强度参数（基于 Mohr-Coulomb 破坏准则）：

　　岩石重度　　　　　  γ = 26 kN/m³

　　残余摩擦角　　　　 φ' = 38°　

　　残余黏聚力 　　　　c' = 10 kPa

注：软件也允许采用 Barton-Bandis 或 Hoek-Brown 破坏准则定义岩体强度。

4）输入滑面（结构面）位置及其类型 

　　在「滑动面」界面中定义剪切面的位置及其类型。剪切面最低点（剪出口）的坐标为 x = 27m, y = -20.26m。根据地质调查结果，剪切面的倾角为 50 度。

图 32.7  在「滑动面」界面中输入滑面（结构面）

5）地下水的影响 地下水

　　在「地下水」界面中输入。在边坡坡脚处有几处地下水溢出，特别是平行层面的不连续节理处。在冬季冻时，地下水冻结成的冰将撑开节理。同时， 冻结的冰形成了对地下水的天然屏障，屏障上方的积水将增加静水压力。

　　依据当地的地质调查结果，需要分析的滑块位于地下水位以上，因此其稳定性不受地下水的影响。基于此，这里我们不输入地下水位。

6）输入超载

　　在「超载」界面中可以输入作用在岩质边坡坡面和坡顶地表上的超载。在本 案例中，需要分析的滑块上没有外部荷载。

7）设计状况设置

　　在「工矿阶段设置」界面中可以选择合适的“设计工况“。在本案例中，我们考虑永久性边坡，因此选择“持久设计状况”。

8）分析

　　点击右侧模式栏的「分析」按钮，进入「分析」界面，软件自动完成稳定性计算。「分析」界面右侧是基本计算结果，左侧是一些功能选项。本例中，计算得到的安全系数为 1.24，小于设计安全系数 1.5。点击「详细结果」按钮或打印计算书可以得到更详细的计算结果。

图 32.8「分析」界面

图 32.9「分析」界面中的详细结果列表

32.4  结论

　　本案例的计算结果显示边坡稳定性安全系数为 F = 1.24，其值小于设计安全系数 1.5。这意味着所分析的岩坡剖面的稳定性不满去设计要求，需要对边坡进行进一步的设计，以提高其安全系数。考虑到现场锚索施工的困难和必要的专业锚索支护，并配合防护网，以防止落石掉落到道路上。