２０１１年第９期 黑龙江交通科技 Ｎｏ．９，２０１１ （总第２１１期） ＨＥ ＬＬＯＮＧＪＩＡＮＧ ＪＩＡＯＴＯＮＧ ＫＥＪＩ （Ｓｕｍ Ｎｏ．２１１） 地震作用下软岩路堑边坡稳定性分析 林烈琼 （海南路桥工程公司） 摘要：根据经验对坡体形体与稳定性关系进行了初步判定，重点从地质背景、岩体结构类型、岩性组合、地 形地貌等方面分析了地震力作用下软弱岩体路堑边坡稳定性影响因素，并对地震力作用下滑坡破坏机理与 运动形态进行了初步探讨。 关键词：地震；软弱岩体；路堑边坡；稳定性 中图分类号：Ｕ４１８．９ 文献标识码：Ｃ 文章编号：１００８—３３８３（２０１１）０９－０１５２—０２ １坡体形体与稳定性关系初步判定 边坡破坏模式，判断边坡在动力作用下的失稳机制，对边坡 软弱岩层通常具有材料和结构不均匀性，泥化的软弱夹 的动力稳定性分析作出初步判断具有很重要的意义。 层较发育，抗剪强度低，构造节理发育以及风化作用强烈等 对于地质条件复杂的岩质高边坡的研究，需要重点关注的 特征。路堑边坡稳定性问题是边坡研究的核心问题，由于地 是软弱泥化夹层、构造结构面以及差异风化可能造成的滑动带。 质条件的复杂性和人们认识事物的局限性，工程地质稳定性 考虑路线、设计边坡、自然斜坡、岩层产状等几何关系及岩性等 评价在边坡稳定性评价中具有重要位置，特别对于地质条件 进行坡体地质结构稳定性初判，公路路堑边坡坡体稳定性一般 复杂的岩质高边坡，工程地质定性评价更有其特殊规律。在 有以下３种类型：稳定型；基本稳定型；不稳定型。该３种路堑 边坡动力稳定性分析前期，根据边坡的工程地质条件，确定 边坡稳定类型与坡体地质几何关系总结如表１所示。 表１ 路堑坡体稳定性与坡体几何关系 ２地震力对边坡失稳作用机理 此，在地震边坡稳定性分析时应充分考虑竖向地震力的影 ２．１ 水平地震力对边坡的破坏理论分析 响。 水平地震力对土体应力条件的影响是比较复杂的。当 ３地震作用下路堑边坡稳定性影响因素分析 地震强烈时，有可能在坡顶部位出现拉力。这便是地震时 根据丁彦慧的研究，强烈地震导致的边坡失稳不仅取决 土坡首先在坡面和坡顶处开始出现破坏的原因。王存玉的 于地震本身，而且与边坡所处的地震背景、岩体结构类型、地 振动模型实验表明：边坡顶部对水平地震力的反应幅值较之 层岩性组合、地形地貌条件以及水文条件密切相关，是一个 边坡底部存在明显的放大现象（垂直向放大），边坡的边缘 多因素的耦合问题。 部位对振动的反应幅值较之内部（处于同一高度上的两点 ３．１地质背景的影响 比较）也存在放大现象（水平向放大）。从中可看出，水平地 路堑边坡所处的地质背景主要指边坡所处的大地构造 震力作用造成土体内部第三主应力降低，使得应力莫尔圆 单元以及区域性大断裂的发育情况。大地构造单元不仅决 更接近破坏状态。水平地震力的作用使得地震时边坡失稳 定了边坡地质发育史的不同，从而控制了边坡岩体的地层结 首先发生在坡顶和坡面。 构及强度，而且特别决定了边坡地质演化过程中新构造运动 ２．２竖向地震力对边坡的破坏理论分析 的活跃程度，边坡可能遭遇地震的频率及强度。 竖向地震力多是由海啸地震产生的，有时其破坏力比水 区域性大断裂对边坡稳定性的影响表现为有利和不利 平地震力要大很多。但由于纯粹的竖向地震力地震多发生 两个方面。有利方面是断裂带对地震波能量有屏蔽作用，从 在海洋上，以前对其破坏性未能引起足够的重视。竖向地震 而降低了地震作用加速度。不利方面是区域性大断裂往往 力实际上是由地震波中的纵波引起，其破坏力是惊人的。 是强震之源所在，同时断裂带岩体破碎，降低了边坡的自稳 钱培风早在１９７９年便开始对竖向地震力的破坏性展开调 能力。边坡是受有利还是不利影响主要取决于边坡的位置， 查，通过多年的研究指出：地震时既有水平方向的地面运动 由于断裂带对地震波动能量的屏蔽作用，那些与震源分居断 加速度，也有竖直方向的地面运动加速度；竖向加速度一般 裂带两侧的边坡所受地震作用将降低，其失稳的可能性较 可达水平加速度的３０％一６０％，有时甚至会超过水平方向 小；而那些与震源位于断裂带同一侧的边坡，特别是位于断 的运动加速度。陈念英、曾敦弟对水平地震力的破坏性进行 裂带上的边坡，其失稳可能性会大大提高。区域性大断裂往 了大量的调查和分析，并建议成立竖向地震力研究专题， 往控制滑坡的密集发育并呈带状分布就是这个原因。１９７６ 将竖向地震力写入规范。根据前述水平地震力对土体单元 年８月的四川松潘、平武Ｍ＝７．２的强烈大地震，震后调查 受力状态影响的分析，竖向地震力也存在相同的作用。因 研究，断层破碎带及其附近斜坡破坏比较严重，规模较大的 收稿日期：２０１１－０５—１９ 作者简介：林烈琼（１９８１一），男，海南省海口市人，助理工程师，主要从事道路施工管理工作。 ・１５２・ 第９期 林烈琼：地震作用下软岩路堑边坡稳定性分析 总第２１１期 白崖、响水湾、虎牙关崩塌和祥述加、草源小学滑坡都发生在 断裂带上及其附近。 此外，区域性大断裂等地质构造面作为地震波的反射界 面，会使与震源位于同侧的边坡受到更复杂的地震作用过 程，从而大大增加边坡失稳的概率。 ３．２岩体结构类型的影响 对于岩质路堑来说，边坡并不是整体一块，而是由各种 各样的结构面和结构体组合而成，形成不同的边坡岩体构 造。常见的岩体结构类型可分为：块状结构、镶嵌结构、破碎 结构、层状结构、层状碎裂结构、散体结构等。 不同的结构类型的岩体，对地震反应是不同的。块状结 构岩体，整体强度较高，在动力作用下的变形接近于均质弹 性体，地震期间一般不会发生失稳破坏。对于镶嵌结构岩 体，地震可能会造成局部的崩塌和落石，但不会造成大规模 的失稳。碎裂结构岩体的地震反应比较强烈，强烈的地震会 导致破碎结构岩体松动，造成大量的崩塌、落石以及小规模 的滑动。层状结构的岩体受层面的控制，在地震作用下可能 沿层面滑动。而对于散体结构的边坡，在地震作用下，不仅 产生大量的崩塌和滑塌，而且有可能导致大规模的滑坡和流 滑。 对于由薄～厚层状的泥岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩粉 砂岩、砂岩等组成的坡体而言，多呈不等厚互层状产出，层与 层之间的层面结合力差，而层内力学性质也不好，可归类为 层状碎裂结构，在地震作用下，其岩体稳定性破坏较大，整体 强度低，软弱结构面发育，亲水性强，易受地下水的不良作 用，稳定性很差。 ３．３岩性组合的影响 发生滑坡，绝大多数滑坡都发生在２０。一５０。的斜坡上，地震 崩塌多发生于大于５０。的斜坡上，其中以５０。一７０。的斜坡居 多，在８Ｏ。～９０。的斜坡上崩塌的数量较少。这与１９７９年李 天池的结论基本一致。 边坡的坡形对边坡的动力稳定性有很大的影响。挖方 边坡坡形分为直线坡，凸型坡和凹型坡３种，震后调查资料 发现，凸型挖方边坡、直线形的斜坡很少发生崩塌和滑坡，凹 型挖方边坡则容易产生崩塌。 ４滑坡破坏机理与运动形态分析 根据有关研究，可以将滑坡体划分为下滑段（牵引段）、 主滑段及抗滑段３个不同的应力状态分区，滑坡的失稳滑动 是滑坡体沿着滑动面的一种块体运动。依据滑动块体间的 受力特征，可将滑坡体的块体运动力学机制划分为平移式滑 动、推移式滑动、牵引式滑动与混合式滑动４种基本类型。 根据软岩滑坡的空间形态，可以将滑坡运移的几何形态特征 划分为整体滑动、错裂滑动和塑流性滑动３种基本类型。滑 坡体后缘拉张裂缝、两侧的剪切裂缝与前缘鼓胀裂缝贯通时 标志着滑坡开始进人整体运动状态。 根据渐进破坏理论，一定气候和环境地质条件下的稳定 自然斜坡，在重力、外动力地质作用、滑坡基本特征表水人渗 和人为活动等因素的长期影响下，斜坡体的变形加剧，最终 导致斜坡失稳滑动，形成山体滑坡，这一过程是斜坡体中抗 滑力与下滑力两大力系相互作用、此消彼长、应力状态不断 演化的最终结果。滑动面是滑坡体运动的物质介质，滑动面 （带）抗剪强度的大小，决定滑坡的稳定性，滑动面（带）抗剪 强度的降低是滑坡滑动的直接原因。研究结果表明，滑动面 （带）上不同部位的抗剪强度值与滑坡体不同部位的下滑力 不是恒定的，滑坡体的破坏首先发生在下滑力较大，应力相 对集中，滑动面（带）抗剪强度相对较低的部位一自然斜坡 的破坏是自斜坡体内的某一部位开始。当斜坡的某一部位 破坏后，该处岩土体的抗剪强度迅速下降至残余抗剪强度， 造成局部下滑力远大于抗滑力，产生剩余下滑力增量，形成 塑性破坏区。塑性破坏区岩土体的抗剪强度较低，无法抵挡 坡体的滑动变形，致使塑性变形不断发展，破坏区沿滑动面 向两侧扩展，并引起相邻部位岩土体的连续破坏。当塑性破 坏区扩展到一定范围后，滑动面上的总抗滑力下降至一定值 （小于滑坡体的总下滑力），滑动面抗剪强度无法阻挡滑坡 体的滑动，斜坡失稳，形成滑坡。 ５结语 岩性对地震滑坡的影响主要反映为不同岩性的边坡产 生滑坡程度的不同。有黏土、泥岩、页岩、泥灰岩以及它们的 变质岩（如片岩、板岩、千枚岩）组成的岩体，或由上述软岩 与一些硬质互层组成的岩体，或由某些岩性软弱、易风化的 岩浆岩组成的岩体，具有如下特点： （１）抗风化性差、风化产物中含有较多的黏性土质、泥 钙质颗粒，具有很高的亲水性、膨胀性、崩解性等特征。 （２）这些地层的软岩及风化产物一般抗剪性能差，遇水 润湿后即产生表层软化和泥化。 （３）由于岩性、颗粒成分和矿物成物的差异，导致水文 地质条件的差异。细颗粒的泥质、黏土质软层既是吸水层， 又是相对的隔水层。 （４）在干湿交替的情况下黏土的高收缩性，使岩土体中 裂隙迅速发生并扩大，各种地表水很容易渗人坡体。 ３．４地形地貌的影响 边坡的地形地貌条件对动力稳定性的影响表现在两个 方面：边坡的高度和坡度的影响；边坡坡形的影响。前者的 影响较后者大。已有的强震观测结果表明，地震动幅值和频 谱随地形高度而变化。根据国外卡格尔山山上和山脚两点 的强余震速度观测记录，发现山顶上地震动持续时间显著增 长，放大效应显著，并且位移、速度、加速度３个量的放大效 应不同。１９７３年高野秀夫对斜坡地震效应的观察结果表 明：斜坡上的地震烈度相对于谷底大约增加Ｉ度左右；在角 度超过１５。的圆锥状山体上部点的位移幅值比下部点的位 移幅值相比，其局部谱段值增加７倍；黄土阶地上（边缘）的 幅值比底部的约大４倍左右，比离开坡阶边缘２５ ｍ的水平 挖方边坡（路堑）是路基的一种常见形式，其破坏与当 地地质条件息息相关。在对边坡进行抗震设计时，在边坡动 力稳定性分析前期，根据边坡的工程地质条件，确定边坡破 坏模式，判断边坡在动力作用下的失稳机制，对边坡的动力 稳定性分析作出初步判断具有很重要的意义，以便对潜在滑 动面作出相应的抗震设计。地震作用下，一般路堑边坡的稳 定受到岩体地质背景、岩体结构类型、岩性组合、地形地貌的 影响。滑坡治理的主要措施为排除地下水。 参考文献： ［１］辛鸿博，王余庆．岩土边坡地震崩滑及其初判准则［Ｊ］．岩土工 程学报，１９９９，２１（５）． ［２］钱培风．竖向地震力和砌块抗震研究［Ｍ］．北京：大地出版社， １９９７． 面大２倍左右。王存玉的振动模型实验表明：边坡顶部对振 动的反应幅值较之边坡底部存在明显的放大现象（垂直向 放大），边坡的边缘部位对振动的反应幅值较之内部（处于 同一高度上的两点比较）也存在放大现象（水平向放大）。 关于坡角对边坡产生的影响，１９９７年丁彦慧根据对云 南炉霍、昭通两个地点的地震资料统计分析，绘制了地震滑 坡与坡脚间关系图。她发现坡脚在２０。以下５０。以上时很少 ［３］ 王存玉，王思敬．地震条件下二滩水库岸坡稳定性研究一岩体工程 地质力学问题（七）［Ｍ］．北京：科学出版社．１９８７．６５—７４． ［４］ 丁彦慧．中国西部地区地震滑坡预测方法研究［Ｍ］．北京：中 国地质大学出版社，２００７． ［５］祁生文，伍法权，等．岩质边坡动力反应分析［Ｍ］．北京：科学 出版社，２００７． ［６］孙崇绍．我国历史地震时滑坡崩塌的发育及分布特征［Ｊ］．自 然灾害学报，１９９７，６（１）：２５—３０． ［７］ 王志容．红层软岩滑坡基本特征［Ｊ］．洁净煤技术，２００５，１１ （２）：７５—７８， ・１５３・
