边坡工程地质问题
一、边坡变形破坏的基本类型
(一)边坡的变形类型
1、卸荷回弹
卸荷回弹是斜坡岩体积存的弹性应变能释放而产生的。
斜坡中经卸荷回弹而松弛，并含有与之有关的表生结构面的那部
分岩体，通常称为卸荷带。
(1)河谷下切，在陡峻的河谷岸坡上形成的卸荷裂
隙；路堑边坡的开挖，使新的卸荷裂隙产生。
(2)上覆岩石被剥蚀去，深部的岩石形成平行于地面
的卸荷裂隙，常见于花岗岩出露地区，尤其是采石场里。
2、蠕动：
斜坡的蠕变是在坡体应力(以自重应力为主)长期作用下发生的
一种，缓慢而持续的变形，这种变形包含某些局部破裂，并产生一些
新的表生破裂面。
(1)表层蠕动
疏松的土质边坡
破碎的岩质边坡
疏松的土质边坡 破碎的岩质边坡
层状结构的岩质边坡
(2)深层蠕动
软弱基底蠕动
坡体蠕动
软弱基底蠕动
坡体蠕动
(二)边坡的破坏类型
1、表层破坏
(1)剥落：
(2)冲沟：
(3)滑塌：
2、深层破坏
(1)滑坡
(2)崩塌、落石
二、影响边坡稳定性的因素
1.岩土性质和类型
岩性对边坡的稳定及其边坡的坡高和坡角起重要的控制作用。坚
硬完整的块状或厚层状岩石如花岗岩、石灰岩、砾岩等可以形成数百
米的陡坡。而在淤泥或淤泥质软土地段，由于淤泥的塑性流动，几乎
难以成形边坡。黄土边坡在干旱时，可以直立陡峻，但一经水浸土的
强度大减，变形急剧，滑动速度快，规模和动能巨大，破坏力强且有
崩塌性。松散地层边坡的坡度较缓。
2.地质构造和岩体结构的影响
在区域构造比较复杂，褶皱比较强烈，新构造运动比较活动的地
区，边坡稳定性差。断层带岩石破碎，风化严重，又是地下水最丰富
和活动的地区极易发生滑坡。岩层或结构的产状对边坡稳定也有很大
影响，水平岩层的边坡稳定性较好，但存在陡倾的节理裂隙，则易形
成崩塌和剥落。同向缓倾的岩质边坡(结构面倾向和边坡坡面倾向一
致，倾角小于坡角)的稳定性比反向倾斜的差，这种情况最易产生顺
层滑坡。结构面或岩层倾角愈陡，稳定性愈差。如岩层倾角小于10°～
15°的边坡，除沿软弱夹层可能产生塑性流动外，一般是稳定的；大
于25°的边坡，通常是不稳定的；倾角在15°～25°的边坡，则根据
层面的抗剪强度等因素而定。同向陡倾层状结构的边坡，一般稳定性
较好，但由薄层或软硬岩互层的岩石组成，则可能因蠕变而产生挠曲
弯折或倾倒。反向倾斜层状结构的边坡通常较稳定，但垂直层面或片
理面的走向节理发育且顺山坡倾斜，则亦易产生切层滑坡。
3.水的作用
地表水和地下水是影响边坡稳定性的重要因素。不少滑坡的典型
实例都与水的作用有关或者水是滑坡的触发因素；充水的开裂隙将承
受裂隙水静水压力的作用；地下水的渗流，将对边坡岩土体产生动水
压力。水对边坡岩体还产生软化或泥化作用，使岩土体的抗剪强度大
为降低；地表水的冲刷，地下水的溶蚀和潜蚀也直接对边坡产生破坏
作用。
裂隙静水压力 裂隙静水压力分布的不同情况
4.工程荷载
工程荷载的作用影响边坡的稳定性。
5.地震作用
地震对边坡稳定性的影响表现为累积和触发(诱发)等两方面效
应。
(1)累积效应
边坡中由地震引起的附加力S的大小，通常以边坡变形体的重量
W与地震振动系数k之积表示(S=kW
)。在一般边坡稳定性计算中，
将地震附加力考虑为水平指向坡外的力。但实际上应以垂直与水平地
震力的合力的最不利方向为计算依据。总位移量的大小不仅与震动强
度有关，也与经历的震动次数有关，频繁的小震对斜坡的累进性破坏
起着十分重要的作用，其累积效果使影响围岩体结构松动，结构面强
度降低。
(2)触发(诱发)效应
触发效应可有多种表现形式。在强震区，地震触发的崩塌、滑坡
往往与断裂活动相联系。高陡的陡倾层状边坡，震动可促进陡倾结构
面(裂缝)的扩展，并引起陡立岩层的晃动。它不仅可引发裂缝中的空
隙水压力(尤其是在暴雨期)激增而导致破坏，也可因晃动造成岩层根
部岩体破碎而失稳。
碎裂状或碎块状边坡，强烈的震动(包括人工爆破)甚至可使之整
体溃散，发展为滑塌式滑坡。结构疏松的饱和砂土受震液化或敏感粘
土受震变形，也可导致上覆土体产生滑坡。海底斜坡失稳，不少也与
地震造成饱水固结土体的液化有关，这也是为什么在十分平缓的海底
斜坡中会产生滑坡的重要原因之一。
我国岩质边坡工程实践中，为量化评价爆破的影响，根据经验采
取降低计算结构面的抗剪强度的方法实施，f值降低15%～30%，
c
值降低20%～40%。理论计算，降低的低值和高值分别相当于地震
烈度Ⅷ度和Ⅸ度时造成的影响。
三、边坡应力分布特征
(一)边坡的坡形
1、直线坡；2、折线坡；3、台阶坡。
边坡的坡形
(二)边坡应力分布的特殊点
1、直线坡的应力集中区在坡脚附近：剪应力集中；
2、折线坡的应力集中区在变坡点、坡顶附近：应力集中。
3、台阶坡的应力状态表现为台阶上、下坡脚的集中应力和平台
坡顶的拉。
(三)人工边坡的坡形确定
1、根据岩体结构；2、根据岩性变化
四、边坡稳定分析方法
(一)工程地质分析法——比拟法
此法要求比对的边坡具有“相似性”，即一是边坡岩性、边坡所
处的构造部位和岩体结构的相似性，二是边坡类型的相似性。
(二)力学计算法——定量分析
以岩土力学理论为基础，运用静力学、弹塑性理论或刚体力学等
进行分析，通常是建立在静力平衡的基础上，按不同边界条件考虑力
的组合，进行边坡稳定性计算。
(三)模型模拟试验
主要是采用物理模型试验和数值模拟相结合的方法。模拟试验
按照研究要求不同有物理模型试验和运动学模型试验。物理模型试验
要遵守相似性原理，原型和模型必须满足几何相似和强度相似。
四、边坡稳定性计算
(一)一个滑移平面的滑动体
单一平直滑动面稳定性分析
１.坡体稳定系数：
式中：--坡体稳定系数；
--坡体重量，，--岩体容重，--坡体高度；
--粘聚力；
--坡段长度；
--滑面倾角；
--摩擦角。
>1坡体稳定，＜１坡体不稳定，＝１时，坡体处于极限平衡状
态。
２.考虑地下水的影响
有地下水时滑坡稳定性分析
地下水对滑坡稳定的影响，主要是静水压力和动水压力:
式中：--水的密度；
--裂隙中的水柱高；
--滑坡体中含水高度；
则滑坡的稳定系数：
式中：--ＡＤ的长度。
例题 设有一岩石边坡，高30.5米，坡角，坡有一层面穿过，
层面的倾角为。在边坡坡顶面线8.8米处有一条裂缝，其深度为Z=
15.2米。岩石块体密度为千牛顿/米。层面的凝聚力千帕，摩擦角，
求水深对边坡安全系数的影响。
（二）圆弧形坡稳定分析
在用圆弧法进行分析时，首先假定滑动面为一圆弧，把滑动岩体
看作为刚体，求滑动面上的滑动力及抗滑力，再求这两个力对滑动圆
心的力矩。滑动力矩和抗滑力矩之比，即为该岩坡的稳定安全系数：
圆弧形滑坡稳定性分析
由于假定计算滑动面上的各点覆盖岩石重量各不相同，因此，由
岩石重量引起在滑动面上各点的法向压力也不同。抗滑力中的摩擦力
与法向应力的大小有关，所以应当计算出假定滑动面上各点的法向应
力。为此可以把滑弧的岩石分条，用所谓条分法进行分析。
(三)折线形滑坡稳定分析
折线形滑坡稳定性分析
1.第一段滑体abb´的静力平衡计算
根据静力平衡条件
则：
式中 --第一段滑体的推力
其余如前
2.第二段滑体bcc´b´的静力平衡计算
滑体受力分析
式中 --第一段剩余下滑力，与大小相等，方向相反。
3.第n段滑体的静力平衡计算
令
则
式中 --第n段滑体的推力；
--推力传递系数。
4.根据以上步骤计算至最后一段(m段)滑体的静力。
若0，则斜坡是稳定的，若＞0，则斜坡是不稳定的，需要一个大
于的抗力斜坡才能保持稳定。
另外需要注意：
（1）计算所得的0时，则不再有推力向下传递，因此计算下一块
时无上一块推力计算；
（2）计算断面中有逆坡时，由于滑面倾角为负值，因而也为负值，
即它已不是下滑力，而是抗滑力；
（3）计算断面有逆坡时，除按实有滑面计算推力外，尚应考虑沿
可能的次生滑面滑动的可能性，若按可能滑面计算出来的推力大于实
有滑面计算出来的推力，则会产生次生滑面。
例题 某一堆积层下卧基岩，断面如图所示，线路从上部通过。计
算推力并判断稳定性。各分块重量及计算参数为已知，K取1.25。
包括列车、轨道的重量。
各计算参数如下表
块号 (kN) (º) (kPa) (m) (º)
1 1500 40 0 15 15
2 2600 20 5.0 15 15
3 1600 -5 5.0 10 15
4 2000 10 5.0 17 15
1-3 3600 15 5.0 24 23