冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响本科论

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gether,reinforcingthemanagementofdriversonwhichstronglysyntheticwarfareandinformationwarfare.3strictlyimplemented.FromMay1up,aisimplementedcomplexroadandbadweatherdrivingexam,currentlyDMVisurgedcontractorspartyintreasuresdrivingschoolincreasedsimulationHighway,andcontinuousurgentdetours,andsnowdays,andwetslidingroad,andburstsituationdisposal,subjectsIIfieldtodrivingexamproject,isexpected 摘要随着振兴东北老工业基地和西部大开发战略的实施，季冻区的基础设施建设已经得到很大的发展，但是，季节冻土区边坡的冻融灾害是工程建设中不得不面对的困难之一。到目前为止，季节冻土的理论研究不多且资料很不集中，使得理论研究远远跟不上工程实践的应用要求。因此，季冻区边坡冻融稳定性研究是我们目前面临的主要问题。本文根据季冻区边坡所处的特殊环境，讨论了季冻区边坡的稳定性影响因素，对季冻区边坡的各种失稳类型有了一个分类。探讨了冻结过程边坡的稳定性，融化过程中边坡的稳定性变化规律和冻融循环对边坡稳定性的影响原因，找到了边坡在冻结过程中最危险的滑动面，然后用该滑动面处的可靠度来进行优化评价。关键词冻融作用；季冻边坡；稳定性；可靠度I AbstractWiththerevitalizationoftheoldindustrialbasesinthenortheastandthewesterndevelopmentstrategy,infrastructureseasonalfrozenareahasbeenagreatdevelopment,butdisasterseasonalfreezingandthawingpermafrostzoneintheslopeoftheconstructionhadtofaceoneofthedifficulties.Sofar,thetheoreticalstudyofseasonalfrozenandthedataisverymuchfocusedsofarbehindthetheoreticalstudyofengineeringpracticeapplications.Therefore,seasonalfrozenareathawstabilityoftheslopeisthemainproblemwearefacing.Basedontheslopeinseasonalfrozenareainwhichspecialenvironment,thestabilityofthefactorsdiscussedinseasonalfrozenareaoftheslope,thevarioustypesofunstableslopeinseasonalfrozenareahaveaclassification.Toinvestigatethestabilityoftheslopeofthefreezingprocess,themeltingprocessstabilityandfreeze-thawcyclevariationoftheslopeoftheimpactonslopestabilityreasons,findtheslopeinthefreezingprocess,themostdangerousslidingsurface,andthenusethereliabilityattheslidingsurfacetooptimizetheevaluation.KeywordsFreezingandthawing;seasonalfrozenslope;stability;reliabilityI 目录摘要IAbstractII前言1第一章绪论21.1选题的背景和意义21.2本文研究领域国内外的研究动态及发展趋势31.2.1可靠度研究领域国内外研究现状及发展趋势31.2.2冻土边坡稳定性可靠度研究现状41.3本文研究的主要内容6第二章冻土区边坡稳定性影响因素及失稳类型72.1冻土区边坡稳定性主要影响因素72.2冻融循环对冻土区边坡的影响。82.2.1冻融循环对岩质边坡的影响82.2.2冻融循环对土质边坡的影响92.3冻土区边坡失稳类型92.3.1正冻滑坡102.3.2正融滑坡102.3.3冻融滑坡112.4小结123.边坡可靠度分析基本原理和方法143.1边坡稳定的风险分析143.1.1边坡稳定分析中的不确定因素143.1.2风险分析的基本原理153.1.3定性风险分析方法153.2可靠度分析基本原理163.2.1可靠度概念16 3.2.2可靠度的基本原理173.2.3设计可靠度的确定174.边坡地质灾害防治与治理工程勘察实例194.1工程说明194.1.1勘察工程概况194.1.2工程地貌地形194.1.3区域地质254.1.4地质特性264.2工程地质评价274.3工程勘察结论27结论29参考文献31致谢33 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响前言边坡的失稳方式表现出来的通常是滑坡。滑坡是一种重要的地质灾害，对人类的生命财产带来重大威胁。例如滑坡可导致交通中断，河道堵塞，厂矿城镇被掩埋，工程建设受阻。我国目前正处于经济建设高速发展时期。各种边坡的失稳造成的地质灾害给水利、铁路、公路、矿山建设带来巨大损失。1989年1月10日在中国云南漫湾水电站大坝坝肩开挖的过程中发生滑坡，不仅耗资近亿元进行了治理，而且使这个150万千瓦的水电站推迟发电近一年，给云南省经济建设安排带来了困难。1981年雨季宝成铁路共发生滑坡289处，中断行车2个多月，抢建费用达2.56亿元。抚顺西露天矿自从1914年投产以来，为保持边坡稳定，共剥离岩石1亿m³[[]陈祖煜.土质边坡稳定分析[M].北京:中国水利水电出版社,2003:1-2.]。滑坡可以发生在土质边坡，也可能发生在岩质边坡。发生于土质边坡的形态通常比较单一，基本上以剪切破坏为主，滑裂面为圆弧形或圆弧与夹泥层的组合型。岩质边坡发生的滑坡则因受岩体结构、地应力等影响，呈现出崩塌、滑动、倾倒、溃屈等多种破坏类型。触发滑坡的因素是多种多样的。降雨和地震是最常见的滑坡灾害的外因。人类的工程活动也是导致滑坡的重要原因。常见的工程活动是边坡开挖，地下开挖也会触发地面沉降和滑坡。湖北盐池河磷矿由于地下开挖导致边坡突然滑坡，埋没了村庄，287人丧生。土方填筑也是导致的一个重要因素，在饱和软弱地基上修建堤坝，经常导致堤坝和地基一起滑动。人类与滑坡灾害作斗争的努力始终没有中断过。这一努力表现在认识滑坡机理、完善边坡稳定分析理论和方法、开发滑坡治理技术和滑坡预报等方面。对滑坡灾害认识的不断深化是建立在地理、地质和岩石力学、土力学等一系列的科学分支的形成，发展和完善的基础上的。而滑坡的预报和治理又是围绕着确保人身安全和经济建设顺利开展这一中心进行的。只有在诸多领域内共同开展深入的研究，人类才有可能在防治滑坡方面取得重大进展。59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响第一章绪论1.1选题的背景和意义我国国土面积辽阔，西部的青藏高原和北方各省属于寒冷或季节性冻土的范围。据有关资料记载，我国多年冻土区域面积达2．15×106km2，占国土面积比例的22.3％，如果包含季节冻土在内，我国冻土的总面积约占国土总面积比例的70％，从中可以看出，寒区的工程建设和各种资源的开发利用在我国的经济中占有相当重要的位置[[]徐学祖.王家澄.中国冻土分布及其地带性规律的初步探讨.第二届全国冻土学术会议论文选集.科学出版社,1982:3-12.]。随着西部大开发战略的实施和国家经济建设重心向西部转移，这给我们去研究寒区的岩土工程和工程地质问题提供了非常好的机会。西气东输工程，青藏铁路建设工程和南水北调工程是西部大开发战略里面的大型工程建设项目与岩土工程和工程地质问题密切联系的21世纪大型工程．这些工程首先要面临的问题是西部特殊地带的岩土工程和工程地质问题，而西部寒区的岩土工程和工程地质问题是特别要注意的。岩土工程中边坡是常见的构筑物方式，因而在寒区的工程建设中也一定会有其特殊的工程背景和不可替代的工程意义。准确分析和处理各类边坡中的问题，确保边坡的稳定性和工程设计中的可靠性，是西部基础工程建设过程中面临的一个重要论题。寒区土坡是否稳定在很大一部分程度上取决于我们对冻土的了解和冻土相关力学参数的选择。冻土是一种变异性非常大的工程材料，在它漫长形成的过程中，经历了相当多的自然和人为干扰的作用，因而性质相当的复杂。严格来说，自然界的岩土体都是各向异性和非匀质的，而这就导致了岩土体的每种性质都具有空间变异性。冻土作为一种不常规的土体材料，因为冰结体的存在和温度场的影响，它物理力学性质就更是相当的复杂，空间变异性很是突出。而另一方面，冻土在形成和后期改造过程作用中局部不确定性和不规则等多种复杂的因子影响下，使得冻土参数表现出不均一随机分布的特点，于此同时又受到冻土体形成和后期变化过程中各种宏观规律的影响，让空间不同点的冻土参数之间有着某种程度的相连性，就是结构性。因为冻土参数的变异性既有结构性又有随机性，这是产生冻土参数不确定的根本原因[[]冷伍明.基础工程可靠度分析与设计理论[M].长沙:中南大学出版社,2000.]。对待冻土参数的空间随机性我们应该用随机场来描述，但是对于其随时间的变化应该用随机过程来表现。对于岩土参数的变异性和可变性的规律及参数的可靠性研究是确保正确进行寒区边坡工程可靠度研究的基本工作和前提。59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响1.2本文研究领域国内外的研究动态及发展趋势1.2.1可靠度研究领域国内外研究现状及发展趋势可靠度的研究早在20世纪30年代就开始了，当时研究的主要是围绕飞机失效问题。第二次世界大战过程中，德国曾经用可靠度分析的方法分析过火箭。从50年代开始，美国国防部就专门成立了可靠度研究的机构，对各种可靠度问题进行了大量的研究，从而促使了空间研究计划。在近三十年，可靠度理论发展的相当快，差不多在每个工业领域中都得到了普遍的应用。在结构工程应用方面，自从1946年弗兰登塔尔在国际上发表“结构的安全度”以来，人们已经充分意识到现实工程的随机因素，将概率分析和概率设计的思想引进到实际工程。1997年在日本京都举行了结构安全性和可靠性的国际会议。这个会议所涉及的内容十分丰富，其中奥地利的茵斯布鲁克大学的Schueller进行了题为“结构可靠度的研究进展”特邀报告。1997年底，“结构安全性”(structuresafety)国际期刊的编委们一起编写了题为“计算随机力学的研究动态”这篇文章，从多个方面综合讨论了计算随机力学的最新研究进展情况。1998年在上海举行的中美日三国土木与基础工程系统交流会议上，又有不少国际知名专家学者如美国南加州大学的Shinozuka教授、日本武藏工业大学的星谷胜和香港科技大学的邓汉忠等专家学者作了内容全面的报告。1999年在澳大利亚举行了第八届统计概率应用国际大会，该会的一个主题就是探讨将工程可靠性理论及概率分析方法带进设计规范的修改和基于全概率理论进行结构设计的探索。可以看到，在最近几年，工程可靠性理论和方法又有了很大的进发展。在我国，结构可靠度理论的研究开始相对其他国家来说比较晚，曾在20世纪60年代广泛进行结构安全度的讨论与研究，到了70年代的时候开始把一半经验一半概率方法(水准I法)应用到6种结构设计的规范，结构可靠度的钻研和应用的风潮80年代在我国已经掀起了，出现了很多结构可靠度理论的著作，很多大型的工程把这些研究成果进行实例中的应用。另外，铁路、公路、建筑、水利和水运五个部门还一起编订了“工程结构可靠度设计的统一标准”。结构的可靠度在我国的研究被1992年在河海大学举行的“工程结构可靠性全国第3届学术讨论大会”又一次推向高潮。随之，1994年国家建设部和技术监督局一起发布了GB5O199一94《水利水电工程结构可靠度设计统一标准》。之后1995年西安又顺利地举行了“工程结构的可靠性全国第4届学术探讨大会”59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响，这表明可靠度的研究仍旧保持着向前发展很好的趋势。2002年11月份在长江科学院顺利举行的“工程结构可靠性全国第5届学术讨论大会”很好的总结了近几年的研究，其不同于以往之处在于开始看重可靠度里面的实例适用性的探讨和应用。神经网络被黄靓，康海贵，易伟建，汪优[[]黄靓,易伟建,汪优.基于RBF神经网络的结构可靠度分析方法[J].湘潭大学自然科学学报,2006,(04):12-20.]，桂劲松等人引进到了机构的可靠性分析里面，而且取得了一些的成果。现在，结构点可靠度的计算慢慢变得更加全面，而且已经到了实用阶段。在这二十年之中，一方面工程可靠性理论在很多工程领域中得到了验证；而在另一方面，通过不断认识和数量庞大的实践，工程可靠性理论已经在理论上持续的深入，而在实践上正慢慢转向更为高效的为工程服务。而在冻土工程的可靠度研究方面，相对而言，起步比较晚，所做的工作也对应少些。冻土学家叶尔绍夫（俄罗斯）在《工程冻土学》中把可靠性理论引进到多年冻土建筑物修建的土木工程体系之中，并把工程设计原则和可靠性设计分析很好的结合在一起。程国栋、吴青柏[[]吴青柏,程国栋等.青藏铁路路基工程可靠性分析思路浅析[J].科技导报,2005,(4):5-16.]等人分析了青藏铁路冻土的空间变异性和多年冻土工程性质的变异性，讨论了工程可靠性的分析在青藏铁路冻土路基工程稳定性的分析中应用的重要性，组合了冻土路基工程稳定性的特点并且给出了冻土路基工程有可能的失效方式；综合多年冻土区的设计准则，从而对冻土路基工程给了可靠性分析和评价。张鲁新，赵世运，吴志坚[[]赵世运,张鲁新,吴志坚.影响青藏铁路冻土区主要工程措施可靠性的气温变化指标分析,冰川冻土,2005,(12):12-30.]等人从全球气温变化背景和青藏高原气候改变的实际情况作为起点，分析和讨论了气候改变对青藏铁路沿线多年冻土地温特点和冻土区域的工程建筑物可靠性产生持续而缓慢影响的气温改变指标。通过对冻土区工程的设计原则和工程结构、工程措施的可靠性产生很大影响的气温变化特点的分析，得出对目前冻土工程可靠性的看法，而且提出应对的工程措施。1.2.2冻土边坡稳定性可靠度研究现状现在国内有关融土区边坡稳定性可靠度计算的方法和变形监测资料十分多，并且对于冻土力学的冻胀及融沉、特性、变形研究也是比较多的。但是结合边坡工程理论和冻土力学来进行冻土边坡稳定的可靠度研究却没有多少，对寒区边坡冻融灾害研究也较不多。59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响虽然地理学研究在冻土边坡失稳现象中给出了划分和描述，但是其具体原因和机制，以及影响因子、稳定性预测和计算的方法等方面还没有进入更深的研究，因为多年冻土退化，地下冰慢慢融化会造成喀斯特地貌普遍发育，滑塌和冰椎、泥石流等现象的频繁出现，使得边坡上的工程建筑物和生态系统遭到很大破坏。著名工程地质学家E.II.叶米里杨若娃（前苏联）在《滑坡作用基本规律》一书中指出了，冻融泥流，也就是融解的过饱和砂、粘土、沿冻土层转移的现象，在多年冻土地区和季节冻结很深的部分地方都可见到，其出现发展条件有特殊性，认为是一种复杂的重力表现[[]E.II.叶米里扬诺娃著.滑坡作用的基本规律.西安:铁道部科学研究院西北所滑坡室译,重庆:重庆出版社,1986.]。周幼吾[[]周幼吾,郭东信等.中国冻土[M].北京:科学出版社,2000.]指出，在我国所有冰椎地貌类型之中，最值得提出的是热融滑塌。1973年McRobertsheMorgensten[[]McRobertsBC,&Morgenstern.N.R.Thestabilityofthawingslopes.CanGeoteh,1974(11):447-469.]将冻土边坡失稳的现象一般划分为：崩塌、泥流、滑坡三种类型，以泥流为主要的失稳又能进一步划分为：双重逆向泥流、双态泥流、表皮泥流、泥流。1998年Clark[[]Clark.MJ.AdvanceinPeriglacialGepmorphology.NewYork:johnwiley&Smnslid,1988,325-359]对冰缝地貌的条件下滑坡的命名进行了总结。牛富俊[[]NiuPujunChengGuodongXieQun,StudyonInstabilityofslopesinpermafrostRegionsofQinghai-TiibetHighPlateau:Proceedingsofthe5thInternationalSymposiumonPermafrostEngineering,Yakutsk:PermafrostInst.SBRasPress.2002:192-197.]对于青藏高原斜坡变形特征、失稳的类型进行了概括性描述。C.Haris李（英国）[[]殷坤龙等.国际滑坡研究新进展[J].水文地质工程地质,2000,27(5):1-5.]用离心模型试验研究了冻土层融化的过程中斜坡的运动原理，其目的在于研究冻土层在常年缓慢的冰冻层土流向快速融化泥流转化的原理问题。朱诚等[[]ZhuCheng,ZhangJianxin,ChengPengRockGlaciersinthecentralTianshanMoutain,ChinaPermafrostandPERIGLACIALProcesses.1996(7):69-78.]人曾对中天山地区的边坡岩块覆盖层变形进行了分析计算。郭东新等[[]郭东信等.青藏公路风火山垭口盆地融冻泥流阶地的初步研究,冰川冻土,1993,15(1):58-62.]人对青藏公路的风火山垭口盆地融冻泥流阶段进行了初步研究，他们在不同的方向安放了溶冻泥流阶地的变形观测点，观测到了不同方向的泥流推进速度，并且对泥流阶地地貌形态进行了完整的描述。王保来[[]WangB,FrenchHM,InSituCreepofFrozenSoil.ThePleateauChinaCanGeotechJ,1995,2(3):545-552.]对冻土斜坡在原始状态下的蠕变现象进行了用时三年的原蠕变监测，并且初步描述了冻土斜坡原位蠕变的规律。王绍令[[]王绍令.青藏公路风火山地区的热融滑塌,冰川冻土,1990,12(1):63-70.]觉得斜坡热融滑塌的破坏作用是缓慢的，所以对工程建筑的危害是可以提前预报并且防治，因此，建筑场地尽量避开热融滑塌和有可能出现热融滑塌的危险地域，实在无法避绕时要必须采取一定的措施，严禁在地下冰发育的坡脚取土，以便控制热融滑塌的趋势。孙颖娜[[]孙颖娜.北部引嫩干渠渠道滑坡机理研究[D].哈尔滨:东北农业大学学位论文,2002.]对于北部引嫩干渠的渠道滑坡机理进行了研究。靳德武[[]靳德武.青藏高原多年冻土区斜坡稳定性研究[D].西安:长安大学学位论文,2004.]在实验室内模型试验和数值模拟基础上，根据相似理论的第一定律，对冻土边坡的模型试验进行了类似分析，利用积分类比法建立了冻土边坡模型试验相似判据和相似指标，并且绘制出了完全饱水和干土壤土坡稳定性分析的图表。武鹤[[]武鹤等.寒区路堑人工图纸边皮滑塌原因与稳定技术研究[J].黑龙江工程学院学报,2005,19(2):1-4.]等人对寒区路堑人工土质边坡滑塌的原因和稳定性也进行了研究。59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响目前，我国的科研工作者对于常温下边坡的稳定性问题进行了深层地研究，取得了较为丰富的成果，但是对于寒区冻融环境下的边坡稳定性问题却涉及很少，因为冻土的不确定性、变异性很大，要得到它的概率统计特性必须要做大量的测试和分析工作，以积累大量的数据和经验，和传统的设计方法比较起来需要花费多得多的时间以及成本，这在实际工程中往往是没有条件的，而寒区边坡的稳定性受到冻土参数变异性的影响。因此，一方面尽可能地去积累冻土的变异性经验，另一方面研究冻融环境下的边坡稳定性问题对于提高寒区的工程可靠性和效益是极为有利的，并且对寒区工程建设也是具有重要的意义。1.3本文研究的主要内容本文主要在以下几个方面进行研究：（1）边坡稳定性的研究方法本论文主要运用可靠度分析的方法对边坡的稳定性进行研究，故首先需要对可靠度的基本原理和方法要有详细的了解，另一方面要结合边坡稳定性这个特定的研究方向和可靠度分析的方法从而进行具体的研究。（2）季冻区边坡稳定性分析及失稳类型讨论从边坡的内外部因素分别讨论其对边坡稳定性的影响，并且从搜集到的的边坡失稳实例中具体分析讨论季冻区边坡失稳的类型。从而深层的探讨在冻融作用下季冻区边坡的稳定性的影响因素并且进行分类，从而得出更加全面的季冻区边坡支护的方案。（3）季冻区边坡可靠度的评价讨论冻结过程中边坡的稳定性，在融化过程中边坡稳定性变化的规律和冻融循环对边坡稳定性的影响。确定边坡在冻结过程中最危险的滑动面，然后用该滑动面处的可靠度来进行边坡稳定性的评价。59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响第二章冻土区边坡稳定性影响因素及失稳类型2.1冻土区边坡稳定性主要影响因素任何事物的发生和发展都是有一定诱因的，边坡的失稳问题也不例外。边坡的失稳通常都是在一定的动力诱发下发生的。诱发动力有的是天然的，有的是人为的。边坡失稳发生的地点、规模和频度，受自然条件控制，是不以人类的意志为转移的。另一方面，随着经济的发展，人类越来越多的工程活动破坏了自然地质结构，打破了原有岩土体中力的平衡，导致边坡失稳的现象发生越来越频繁。人类工程活动主要包括房屋工程建设、高速公路建设、铁路工程建设、水利电力工程建设、矿产资源开采等。各种工程建设严重破坏原始地质结构，切削山体坡角，成为边坡失稳问题的主要诱因。一、自然因素（1）气候因素。气候因素是边坡稳定问题的重要因素之一，如大气降水、气温变化等，其中降水与边坡稳定的关系最为密切，降水量大小、强度、时间长短等都影响边坡稳定问题。（2）地形地貌因素。边坡的稳定问题与地形地貌具有密切的关系。（3）地质因素。地质因素是形成地质灾害的最主要内因，地壳运动、地质构造变动、火山喷发、地震等因素都可以引发地质灾害。地质构造运动不仅控制着地质灾害的分布，而且还是地质灾害发生的主要原因。二、人为因素（1）开挖边坡。如在修建公路、铁路，或依山建房等建设中，开挖边坡坡脚，形成人工高陡边坡，造成滑坡及崩塌；在沟道中随意堆放弃土或废渣，形成泥石流的物源，在强降雨情况下造成泥石流灾害。（2）山区水库与渠道渗漏，增加了土壤的浸润和软化作用，降低了岩土体的抗剪强度，导致滑坡及泥石流发生。（3）采掘矿产资源不规范，预留矿柱少，造成采空区坍塌，山体开裂，继而发生滑坡。或在沟道中随意堆放矿渣，不采取任何工程措施，造成泥石流隐患。（4）其它破坏地质环境的活动。如采石放炮、堆填加载、乱砍滥伐等，也是导致地质灾害的因素。59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响2.2冻融循环对冻土区边坡的影响。我国冻土分布面积广，其中多年冻土面积约占国土面积的五分之一，主要分布在青藏高原和东北大小兴安岭地区；中深度季节冻土（＞1m）面积约占国土面积的三分之一，集中分布在东北、华北和西北这三北地区。各类结构物的冻害一直是困扰这些地区工程建设的一个重要问题，特别是随着冻土区工程建设数量规模不断增大和全球气候变暖，深入开展冻害及其防治研究的重要性就愈加突出。2.2.1冻融循环对岩质边坡的影响冻融的反复作用，将影响寒区边坡的稳定性，表层崩塌的破坏模式是岩石边坡长期冻融作用的主要表现形式。岩石边坡破坏主要是因为地形、地址等内在因素和降雨、热变形以及冻融作用等外在因素相互作用的结果。文[[]徐光苗,刘泉声.岩石冻融破坏机理分析及冻融力学实验研究[J].岩石力学与工程学报,2005.24(17):3076-3082.]研究了岩石冻融破坏机理，认为岩石基本冻融破坏模式为：片落模式和裂纹模式。此外，含水量的多少对岩石的冻融损伤有重要作用，岩石的冷生风化在很大程度上应归功于水分迁移导致的冰分凝增长。文[[]杨更社.寒区冻融环境条件下岩石损伤扩展研究探讨[J]实验力学,2002,17(2):220-226.]借助于岩石材料冻融循环CT扫描试验，探讨了冻融循环次数对岩石材料损伤扩展特性的影响，并对冻融循环条件下岩石损伤扩展本构关系进行了探讨。文[[]张淑娟.风火山隧道冻融循环条件下岩石损伤扩展室内模拟研究[J].岩石理学与工程学报,2004,23(24):4105-4111.]借助CT技术，研究了青藏高原风火山随着拱顶处的砂质泥岩石冻融循环条件下的损伤扩展特性。文[[]刘成禹,何满潮.花岗岩低温冻融损伤特性的实验研究[J].湖南科技大学学报,2005,20(1):37-40.]选取花岗岩作为试样，试验结果表明，经历多次冻融后岩石的抗压强度和弹性模量有不同程度的下降，岩样中的裂缝明显变宽并产生新的裂隙。在严寒的冬天岩石崩塌事故是比较少的，原因是在低温下岩石强度比常温情况要高。同时低温情况下地下水及地表水的活动都受到限制。进入融化期，积雪和冻结岩石发生融化，岩石崩塌容易发生。这些地区岩石边坡主要表现为表层破坏，对于高含水量，含大量软弱结构面的岩体，这种作用表现很明显。当然，也有较大规模的滑坡，这主要是由于岩石边坡表层冻结造成地下水位上升，裂隙面上水压力增加，从而诱发边坡破坏。岩石边坡暴露于空气中，当气温低于零度时，边坡表层开始冻结，形成冻结面，随着气温的进一步降低及持续时间的延长，冻结面逐渐向内部延伸，由于水分有向冻结面移动的趋势，边坡内部水分通过裂隙或空隙向冻结面移动，造成冻结面上含水量的饱和度增加，当饱和度增加到一定程度时，由水转化成冰产生的膨胀力超过岩石强度，裂缝就产生，造成岩石强度降低。59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响总之，长期反复的冻融作用使得边坡稳定性降低，产生崩塌，如果结合地形和地下水等条件，也可能诱发大规模的边坡破坏。2.2.2冻融循环对土质边坡的影响冻融循环下土的物理性质和力学性质的变化主要表现在以下四个方面（1）渗透性冻融岩土渗透性影响的研究较多，因为它是岩土工程、土壤学和水力学领域需要考虑的因素。文[[]罗小刚,陈湘生等.冻融对土工参数影响的实验研究[J].建井技术,2000,21(2):24-26.]通过研究发现，冻土通过改变土的结构性从而使其垂直方向的渗透性增大。目前的大致认识是经过冻融循环，土的渗透系数大约会增大1-2个数量级。（2）密度对于密实土，冻融会使空隙比增大从而减小其密实度。（3）含水量由于在冻结和融化过程中，水分将向相变界面附近迁移，多年冻土上限附近地下水的形成主要与冻土在夏季的季节融化过程有关。文[[]李述训,程国栋等.兰州黄土在冻融过程中水热输运实验研究[J].冰川冻土,1996,18(4):319-324.]对兰州黄土在冻融过程中水热输运进行了研究。实验表明，冻结均匀的兰州黄土融化后，相变界面附近的含水量明显增大，这与天然情况下多年冻土上限附近出现的水分富积现象相类似。（4）力学性质许多研究者都发现，经过很少几个冻融循环，土的变形模量都会有大幅度的降低，细粒越多降低幅度约大。可见，冻融循环会导致变形模量的减小。文[[]齐吉琳,程国栋等.冻融作用对土工程性质影响的研究现状[J].地球科学进展,2005,20(8):887-894.]对兰州黄土和天津粉质粘土冻融实验表明，经过冻融损坏后，土的粘聚力降低。文[[]马巍,徐学祖等.冻融循环对石灰粉土剪切强度特性的影响[J].岩土工程学报,1999,21(2):158-160.]讨论了冻融循环对石灰粉土剪切强度特征的影响。实验发现，随冻融循环次数的增加，石灰粉土剪切强度逐渐衰减，经历10次冻融循环的饱水石灰粉土剪切强度最低。强度的增大或减小常被归因于冻结过程土体密度的变化和冻融对土体结构性的改变。如果冻融导致含水量增大，则强度就会降低。边坡在融化的过程中，土体的含水量增大，强度降低，在夏季，降雨量的集中同样增大了坡体含水量；多年的冻融循环，对边坡，尤其是新形成的人工边坡，上部土体由于水分迁移而含水量增大。而土体在冻融的过程中渗透性增大，将使得更多的水分渗入边坡，上部土体达到饱和甚至过饱和状态。多种因素的综合利用，降低了寒区土质边坡的稳定性。2.3冻土区边坡失稳类型59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响对冻土区边坡的失稳类型的划分和描述是冻土区边坡稳定性研究的重要内容，其中边坡失稳类型按照其成因可以归纳为以下三种类型。2.3.1正冻滑坡冻土中冰的存在以及冰土胶结构造的特殊性，使得蠕变成为冻土的一大变形特性，在很低的应力水平下，边坡岩土体即可表现出蠕变行为，因此边坡的坡度变化范围较大，无论陡、缓边坡均可产生蠕变变形。青藏高原风火山冻土研究表明，蠕变主要发生在冬夏两季，蠕变量随深度的增加而减小，但在相同的深度上随冻土的地温升高而增加。高含冰量的冻土将发生非衰减蠕变，长期的蠕变作用，将导致边坡的失稳。此外，在寒区一些边坡中，含土冰层、饱冰和富冰冻土发育，有的地区在粗碎屑堆积内充填地下冰，这是由于水汽在孔隙中凝结造成的粒状冰，融水下渗并冻结形成冰透镜体。随着含冰量的增多，边坡的蠕变性也就越强。边坡的变形包括两个过程。其一，边坡土体冻结时沿坡面法线方向隆升，融沉时沿垂直方向回落而产生向坡下移动；其二，由于季节融化层融化期间受重力作用影响而随坡面向下的蠕流过程以及冻土边坡的蠕变变形。鉴于季节性冻融期内滑坡灾害多发的特点，在季节性冻融作用强烈的地区加强冻融期内危险边坡的监测预报工作，对减轻滑坡灾害具有重大的实际意义。此类滑坡防治工程中的排水措施，也应保证在冻结期内能够畅通地排除坡体的地下水。2.3.2正融滑坡（1）融冻泥流融冻泥流是寒区冷生地貌过程之一，冻土层的发展，寒冻风化，冻胀、冻裂、冰锥得以发展；在暖期冻土层内退化，上述作用及其堆积物受到抑制，但热融、融冻泥流、热侵蚀等作用相应发展。融化季节，即为多年冻土季节融化层的发育形成时期。而此时，也正是我国西部地区的年降雨量丰富的时期。降雨大部分由坡地浅沟汇集于坡沟排走，一部分渗入季节融化层，增大了融化层天然湿度，使其接近或达到流塑状态，为融冻泥流的孕育和发展提供了有利的条件。同时，地表堆积物在很长时间内暴露于地表，经过外引力作用和改造，使颗粒变得更细，为以后的融冻泥流的产生提供了更为有利的条件。如青藏公路风火山垭口盆地的融冻泥流阶地，该地区年降水量的90%左右都集中在59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响6-9月份。每年融化季节，当融化层发展到一定的厚度，因季节融化层中的冰融化使其成流塑状态，在重力作用下，沿冻融界面向下坡方向蠕动。由于冻融作用，冻土的结构遭到破坏，上部融化土与下部的冻土界面成为滑动面，饱和融土在自重作用下顺坡向下滑动成为泥流。其组合物多为饱和状态的草皮苔藓、泥炭和土、砂类混合物，蠕动后的滑动面成为无地表植被的滑动面，多发生在暖坡地段的富冰冻土内。（2）热融滑塌热融滑塌的产生是由于冻土中的地下冰融化而引起的，其分布往往与厚度及透镜状地下冰的埋藏密切相关，因此他们多见于山间盆地、谷底地及山地缓坡地带。热融滑塌主要分布在青藏高原内部低山丘陵具有后层地下冰的缓坡地带，其中风火山、可可西里山地区是代表性地段。热融滑塌，是由于边坡后层地下冰因人为活动或自然因素、破坏其热量平衡状态，导致地下冰融化，而在重力作用下土体沿地下冰顶面而发生位移过程。虽然厚度有限，但其发育范围较大，发展速度快，极易造成滑坡后缘的不断侵蚀、植被破坏和水土流失，破坏后的地质环境不易恢复，具有较大的破坏性。2.3.3冻融滑坡除此之外，周期性的冻融循环，将导致岩体的损伤不断扩展，岩体强度降低，最终发生崩塌。因此这里的冻融滑坡是针对岩质边坡而言的。坚硬且节理裂缝较多的岩石，如花岗岩、石灰岩、玄武岩及粗粒火成岩等，对寒冻风化作用较为敏感，容易形成岩块崩解而产生粗大的岩块。岩体本身就是一种天然损伤材料，当含水量较多且强度低时，周期性的冻融作用，将导致岩质边坡的崩塌和失稳。文[[]王治华.青藏公路和铁路沿线的滑坡研究[J].现代地质,2003,17,(4):355-362.]讨论了在青藏高原西大滩以北的昆仑北坡滑坡，坡体主要有花岗岩和深变质岩类组成，岩性坚硬，断裂发育。这些滑坡的整体性较差，大部分以碎屑流的方式活动。该文同时讨论了风化花岗岩和变质岩区的滑坡和砂岩、砾岩、页岩及泥岩互层中的碎屑岩区的滑坡。文[[]王慧.长白山天池地区泥石流形成条件及危险度研究[D].长春:吉林大学学位论文,2004.]从区域地质构造、地形地貌、地层岩性、水文地质条件和气象条件出发，全面系统的分析了长白山天池地区泥石流的形成条件、特点，认为该地区的泥石流是由于冰雪消融，特大暴雨等因素引起的。节理将岩体切削成十分破碎的碎裂结构，在长期的冻融作用下，使岩体的完整性、稳定性遭到了破坏。因此，岩体崩塌，落石现象频繁发生，它们所形成的大量岩堆是泥石流的主要固体物质来源。59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响文[[]AHBOKAHCKNII刘铁良译,斜坡大快石流堆积层稳定性评价.路基工程,1998,(4):69-74.致谢]覆盖在寒区边坡刚性坡面上的石流堆积层的滑动特性，这种由碎石和岩块组成的数米厚的石流覆盖层，其下伏刚性坡面，滑动面可以是地下冰层的光滑的上表面，也可能是富冰冻土层的上表面或是坚硬岩层的上表面。石流堆积层常因存在着丰富的含水层而处于极潮湿状态，这是其处于不稳定状态的一个重要原因，含水层能起“润滑剂”的作用。以上部分对寒区边坡失稳类型的分类进行了讨论，边坡同样可以划分为工程开挖边坡和自然边坡。对于自然边坡，由于长时间受到冻融作用，极易在人类工程扰动的情况下发生滑坡，特别对于高含冰量的冻土边坡应本着“少开挖，多填方”的原则，一定要减少人工扰动。对于工程开挖边坡，由于边坡的开挖使得原较少受到冻融作用影响的岩土体暴露出来，这部分岩土体受到的冻融影响很明显，尤其是抗风化性差的岩体，在工程设计时要考虑长期的冻融作用对边坡的稳定性的影响。考虑到寒区边坡的特殊性，在边坡设计时，应充分注意寒冷地区的特点，综合考虑土质和水文地质条件来源确定边坡的稳定措施，并采用动态设计法来保证设计的科学性和合理性，对于已滑塌的边坡应分析其产生原因，采取相应的治理措施。2.4小结（1）目前，大部分文献都局限于讨论冻融滑坡作用对岩土体的影响，而对于寒区边坡的稳定性影响因素的讨论还很少，本章在常温下边坡稳定性影响因素基础上，根据寒区边坡所处的特殊环境，探讨了寒区边坡的稳定性影响因素，可将其影响因素和常温下边坡的稳定性影响因素进行比较。见表2-159 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响表2-1冻土边坡与常温边坡的稳定性影响因素影响因素常温边坡特点寒区边坡特点土体组成各种岩土体、部分土体有流变特性融化土体抗剪强度低，冻土具有很强流变特性，高含冰量冻土发生非衰减蠕变边坡形态坡度陡，容易发生滑坡很缓的坡体可发生冻融滑坡塌，融冻泥流地下水大气降水和潜水大气降水、融化水和潜水地质作用不同地区不同的地质等级青藏高原，地震高发区气候条件降雨，降低边坡稳定性降雨、气温变化和气候变暖坡体植被有利排水，减小冲刷，加固土体抵挡太阳辐射，缓解融化速度，保护下伏冻土人类工程活动开挖削坡，工程爆破开挖导致地下冰融化，产生热融滑塌，新形成边坡容易风化（2）根据失稳原因将边坡失稳类型归纳为以下三种类型：正冻滑坡、正融滑坡和冻融滑坡。见表2-2表2-2边坡失稳类型边坡失稳类型具体类型发生时间正冻滑坡蠕变滑坡，冻结滞水性滑坡冻结滞水型滑坡主要发生在冻结期，蠕变滑坡为长期地质过程正融滑坡融冻泥流，热融滑塌熔化期冻融滑坡表层崩塌，石屑滑动冻结期，融化期都可发生崩塌，融化期主要为石屑滑动在正冻滑坡中，冻结滞水型是寒区边坡滑坡的独特的类型，将正融滑坡同样分为两种类型：融冻泥流和热融滑塌，这也是寒区边坡中特有的冻融灾害，而对于冻融滑坡，则主要是岩质边坡的崩塌及石屑的滑动造成的，这是由于岩体长期的冻融损伤，强度劣化的结果，影响交通和采矿工程的安全。表层崩塌的破坏模式是岩质边坡长期冻融作用的主要表现形式，而对于土质边坡，在融化的过程中，土体的含水量增大，强度降低；夏季的降雨量集中，冻融作用使得上部土体由于水分迁移而含水量增大，渗透性增大，多种因素的综合作用，降低了寒区土质边坡的稳定性。59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响3.边坡可靠度分析基本原理和方法3.1边坡稳定的风险分析3.1.1边坡稳定分析中的不确定因素随着对结构应力、变形和稳定分析手段的逐步完善，这些分析中包含的不确定因素也暴露的更加明显。工程师们逐步意识到，在进行工程设计和安全评价时，不仅要很好的了解各种分析、判断手段，而且要把握在进行这些分析过程中包含的各项不确定因素。工程建设中的重大决策实际上就是对各项不确定因素造成的风险的评价。岩土工程分析中包含的不确定因素分为管理因素、模型因素和参数因素三大类。1、管理的不确定因素管理的不确定因素指由于人们的行为不当导致的岩土工程失事。最常见例子是施工质量方面的问题。这种由管理导致的施工质量问题在风险分析中难以直接定量评估，但是，所有从事风险分析的技术人员对这类不确定因素都需要有一个清醒的认识，否则，再好的风险分析也是脱离实际的。2、模型不确定因素模型的不确定因素反映了我们在设计过程中的采用分析方法在模拟实际情况方面的局限。任何一个数学模型在模拟岩土材料的特性时都存在近似性。在边坡稳定分析领域，还有一些更大的模型不确定性因素。例如对降雨导致的土的饱和或非饱和孔隙水压力特征的模拟；对在地震动力条件下边坡稳定性的模拟等。模型所包含的误差不一定总是不利因素。例如在边坡稳定分析领域，通常采用二维分析方法，所得安全系数通常较实际值偏低。3、参数不确定因素参数不确定因素是因为岩土材料的极不均匀性决定的。在已经确定了数学模型的基础上，分析由于参数的变异特征，导致边坡工程结构失效的概率，我们称这一分析过程为可靠度分析。这一领域包括两个步骤：（1）59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响研究影响结构稳定性岩土材料各项参数的变异特征。这一工作必须建立在对岩土材料基本特性，如干密度、颗粒级配、渗透系数及强度等大量实验的基础上。需要研究这些实验本身包括的各种误差。（1）计算可靠度指标和边坡工程失效概率。该工作是在确定了各影响因子的变异特征的基础上进行的。3.1.2风险分析的基本原理风险作为一种用来考虑和评估工程实践中诸多不确定和无法预测因素而导致工程失事的一种手段时，是所有岩土工程中先天固有的。在当今的工程技术还没有发展到能准确确定这些因素时，工程技术人员应清醒地意识到风险在工程实践中的先天存在性，并运用安全与经济相平衡的原则对工程失事的风险进行分析计算。边坡稳定风险分析的范围和严格程度取决于风险分析本身的目的和用途，它通常是风险本身的自然特性、灾害后果、不确定因素的类型和它们对决策过程的影响以及风险分析实用性的一个函数。岩土工程师在开始进行边坡稳定风险分析前，应该和与工程有关的工程技术人员和要求对边坡稳定进行风险分析的主管部门共同讨论，以期达到双方都可以理解和接受的风险分析成果。另外，风险分析方法通常分定性和定量两种。下面我们将主要就定性分析进行讨论。3.1.3定性风险分析方法定性风险分析主要用于土地规划和政策制定阶段滑坡管理分析。分析的结论通常用危险性极高、高、中等词句表达。表3.1是定性风险分析的主要描述方法。进行定性风险分析的主要手段有以下三个方面：（1）按发生概率予以量化。（2）使用失效树的推理方法。（3）专家系统。专家评估可以和上述几种定性分析工作相结合。进一步提高定性风险分析的可靠度。在定性风险分析阶段，不可能做很多详细的工程地质和岩土力学特性参数的勘探和试验工作，也不可能进行定量的可靠度分析与计算。这一阶段使用的主要手段有以下几种。1、对历史滑坡资料进行调查59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响滑坡危险性较高的地区，通常可以在历史记载中找到先例。例如，三峡库区是滑坡灾害高发区，有关的滑坡书面记载可以追溯到宋朝。收集了历史资料后，可以按滑坡的规模、触发因素和发生频率来进行滑坡风险分析，这样的分析由于是建立在实际资料基础上的，其成果十分可信。2、建立在地形、地貌分析基础上的经验方法分析将边坡的高度、坡度和主要构成物质以及地下水条件、降雨、地震等因素进行逐项量化评估，然后通过综合分析，给出本地区的滑坡风险评估。这一工作和滑坡历史调查结合，同样可能成为有效的手段。香港土木工程署详细记载了大小滑坡3000余个。3、对主要触发因素的风险评估这一评估同样也是建立在对以往滑坡资料的分析基础上的。例如香港土木工程署在分析了大量暴雨导致的滑坡的资料基础上，给出了根据降雨评估滑坡风险的方法。这一方法根据1小时和24小时降雨强度结合所评估滑坡以往发生频繁程度进行风险性分析。类似的工作可以用于地震滑坡危险性分析。3.2可靠度分析基本原理3.2.1可靠度概念边坡可靠性，指在规定的条件和规定的时间内，完成预定功能的能力，为了把可靠性作为边坡工程量化指标，引入可靠度概念，即在规定的条件下和时间内，完成预定功能的概率。可靠度的特点是将抽象的可靠性以明确的、定量的概率形式做出评价。这一点正是边坡可靠性设计的最大特点，它不用“绝对安全”和“必然破坏”这样的表述，而用“可能性”概率来表示。对于任何工程问题，“绝对”和“绝对不”是主观和不符合客观情况的，恰恰是“可能的”概率估计反映了客观事实，为工程设计人员提供有用信息，有利于做出判断和决定。评价边坡可靠度是把安全系数作为随机变量，从定量化的意义上讲，即在规定的条件下和时间内，安全系数大于某一规定值（1.0）的稳定概率，取值范围是在闭区间[0,1]。59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响3.2.2可靠度的基本原理边坡状态受到许多因素的影响，如岩土体物理力学性质、附加荷载、压力分布、地震力、边坡的结构和破坏机理等等，假设这些影响因素为随机构造功能函数，反映边坡的状态：（3-1）式中：为向量；为影响边坡系度的个变量。反映了边坡的状态和运行性能。当>0时，边坡处于安全状态；<0时，边坡处于破坏状态；=0时，边坡处于极限状态，通常把=0称为边坡的极限状态方程。假设功能函数中随机变量：的联合概率密度函数为则边坡处于安全状态的稳定概率为：（3-2）边坡处于失效状态的破坏概率为：（3-3）边坡的稳定概率和破坏概率关系为：式中：为稳定概率，即可靠度或可靠概率，是边坡能够完成预定功能的概率。（3-4）为破坏概率，是边坡不能够完成预定功能的概率，即边坡安全系数不能达到某一阀值的概率，它与稳定概率互补相加为1。3.2.3设计可靠度的确定59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响设计可靠度是指设计所预期达到的工程可靠度，表示设计所允许或可接受的风险水平。当边坡的破坏概率很小，即可靠度较高时，工程的成本将随之提高，如果破坏概率很大，投资成本就会降低。总之，边坡设计可靠度的选择，不仅涉及生命财产安全，还会产生严重的社会影响。关于如何选择合适的破坏概率，一般采用类比法确定设计可靠度，类比法是参照人们日常活动中所经历的各种风险，确定一个可以接受的破坏概率或可靠指标，鉴于边坡工程还没有形成可靠度设计的规范，表3-1是澳大利亚岩土力学学会对滑坡灾害的可靠度设计建议，供借鉴参考。表3-1澳大利亚岩土力学学会建议允许破坏概率（单位：/年）情况人群属性允许破坏概率已建边坡处于高危地区的人群一般人群新建边坡处于高危地区的人群一般人群59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响4.边坡地质灾害防治与治理工程勘察实例吉黑高速公路北安至黑河段K176+600—K176+750;K177+175—K177+230;K177+550—K177+750;K178+500—K178+550;K178+800—K179+1504.1工程说明4.1.1勘察工程概况为确保吉黑高速公路北安至黑河段扩建工程，科学合理的设计及施工，此次（K176+600—K176+750;K177+175—K177+230;K177+550—K177+750;K178+500—K178+550;K178+800—K179+150）勘察主要采取钻探、原位测试、土工试验等方法对上述路段进行了详细的工程地质勘察，基本查明了地层结构、构造及不良地质现象，并且有针对性的为上述五段滑坡、边坡等地质灾害防治与治理施工图设计，提供准确可靠的岩土工程地质资料。本次勘察根据相关要求，以及《岩土工程勘察规范》（GB50021—2001），《公路工程地质勘察规范》（JTT064—98），《公路路基设计规范》（JTGD30—2004），《公路工程抗震设计规范》（JTJ004—89），《公路土工试验规程》（JTGE40—2007）等，在上述路段共布置36个钻孔，总进尺为1080.00米。原位测试共做了198次，土工试验共做了109件。4.1.2工程地貌地形本次勘察的五段地形起伏较大，为古滑坡形成的台阶式的地貌，多半为古滑坡后缘地貌，由高处向低处排列，马刀树、醉汉树时有可见。整个区域多处有地表裂缝存在，其表现在滑坡体后缘处为圆弧线状裂缝，而在山体的中下部则以龟裂出现，尤其是山脚部分，裂缝几乎以每棵树为单体、发育强烈。59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响图4-1马刀树、醉汉树（一）图4—2马刀树、醉汉树（二）59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响图4—3冲沟、坍塌图4-4强降雨水汇集冲沟、坍塌59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响图4-5滑坡后缘圆弧线状地裂图4-6地裂59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响图4-7地面龟裂图4—8滑坡后缘台阶式地貌59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响图4-9已建成路面不均匀沉降裂缝图4-10已建成旧路路肩侵蚀坍塌59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响4.1.3区域地质本次勘察路段主要是第三系孙吴组大面积覆盖，区内未见古老基底及岩浆岩出露，地表仅发育中生代晚期白垩世以来的地层。黑龙江断裂，影响区内构造运动，尤其是燕山运动以来构造活动的发生、发展与演化，使得区内构造形式复杂化，构造样式也多变。本次勘察路段属天山—兴安岭地层区小兴安岭分区沐河小区。钻孔所揭示所见的古老地层为上白垩系嫩江组，其上被第三系孙吴组和第四系不整合覆盖。1、上白垩系嫩江组出露与调查区山坡的中部和较低处，局部也在山脊出露，呈北东—北东向展布，倾角10°到25°，其岩性主要为深灰色、黑灰色泥岩，灰色粉砂岩与含砾粗砂岩，灰绿色泥岩，黄褐色含砾的砂岩等。其岩性特征分述如下：（1）黑灰色泥岩：层状构造，强风化，呈小碎片状、碎块状。（2）黄白色砂质泥岩：上部有粉砂质泥岩夹层，下部发育岛状，透镜状粉砂岩，强风化，呈土状、散砂状（3）黄白色细砂岩：层状构造，强风化，成碎块状、散砂状（4）浅灰色、灰色泥岩：局部夹透镜状，岛状粉砂岩，层状构造，强风化，呈土状、散砂状（5）浅绿灰色含砾砂质泥岩：强风化，较坚硬，局部呈土状（6）黄灰色细砂岩夹粗砂岩：层状构造、稍具胶结，含铁质结核，强风化，呈密实砂状（7）含砾粗砂岩：具球状强风化，层状构造，稍具胶结，呈密实砂状上述地层主要以内陆河湖泊为主的细屑岩缓慢沉积建造。岩石均属软质岩类，风化程度普遍较强。2、第三系中—上更新统孙吴组主要分布于山脊及山脚等较高处，呈盖帽状不整合覆盖在上白垩统嫩江组之上。据已有的资料，该组岩性主要为半胶结的砾岩，砂砾岩、砂岩、含铁质砂砾岩。多呈北北东—北东向展布，倾角多小余10°。发育较简单，且极为松散，地层分述如下：（1）砂岩为主夹薄层砾岩：黄白色，具铁质胶结，强风化、呈较松散砂状。（2）砾岩：褐、褐红色，强风化、呈稍密砂砾状，成分复杂，见少量植物碎片，不整合接触。59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响1、第四系全新统现代河床低河漫滩相冲积层主要分布于山前堆积扇、山前洼地内。其物质组成主要为松散砂、砾（卵石）、粘土等。砾（卵）石磨圆较好，分选差，砂为中粗砂。4.1.4地质特性1、工程地质特性根据工程地质钻探结果，可以总结出本次勘察段的工程地质特性：不论是第三系，还是白垩系的砂岩，泥岩，均为软质岩类，且风化严重，钻孔所揭示的深度内基本都是强风化状态，呈破碎、松散状态，构造发育，透水作用强烈，加剧本区地质灾害产生的重要因素，对本次勘察的五段而言，工程地质稳定性普遍较差。2、水文地质本次勘察路段所见水按其赋存形式可分为：大气降水、地表水、地下水三种类型。大气降水主要以降雨、雪的形式补给地表水和地下水，水量受季节影响。地表水主要受大气降水和较高处地下水的补给，其水量大小主要受大气降水控制。起到冲刷、侵蚀、搬运及沼泽化的作用。尤其强降雨时，顺坡急流水冲刷出多处很深、很宽的冲沟，也是该路段产生的一种地质灾害的表现。地下水又可分为孔隙水和空隙水。孔隙水主要以自由重力水的形式赋存与河谷及沼泽洼地的第四系松散层中（如滑坡后缘洼地）水量丰富，主要是大气降水，较高处的空隙水和地表水补给，与地表水和空隙水呈互补关系，局部与地表相连，其连通性受松散层的透水性控制，起渗蚀与侵蚀作用。本次勘察路段工程地质作用其表现主要为侵蚀作用，浸泡填方路基坡脚，增加滑体荷载，使其失稳，产生滑塌，参与并加快地质灾害的发生。空隙水主要以自由重力水的、毛细水的形式赋存于第三系砂砾岩及白垩系砂质泥岩的裂隙中，受大气降水及较高处孔隙水、地表水的补给，与空隙水成互补，在岩石风化层中稍富，未风化岩中较少，其连通性取决于岩石裂隙发育程度。其侵蚀、溶蚀、软化、风化作用。在本次勘察路段工程地质作用表现主要为风化、软化岩石，增加岩层块体重量，侵蚀开挖段路基斜坡坡脚，在季节冻融作用下，使地表浅部产生蠕动，并参与加快地质灾害的形成。59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响4.2工程地质评价本次勘察路段边坡上树木茂盛，出现马刀树、地裂缝、龟裂、大冲沟等边坡变形的迹象。表明边坡稳定性较差的，存在滑坡、滑塌等地质灾害的可能性。地层岩性是影响边坡稳定的主要因素，边坡的稳定受岩层产状与岩体结构的控制。地质构造在本次勘察路段并不复杂，存在断层构造，但褶皱构造不发育，伴随断层的各种裂隙不发育，因此，地质构造对边坡稳定性的影响不大。根据钻探资料分析，本次勘察路段各地层工程地质条件如下：（1）粉质黏土：硬塑状态为主，承载力基本容许值为220千帕，侧桩摩阻力标准值为55千帕。（2）全风化泥岩：呈黏土状，硬塑—坚硬状态，承载力基本容许值为240千帕，侧桩摩阻力标准值为80千帕。（3）全风化砂岩：原岩结构构造已全部破坏，风化呈砂状，密实状态，承载力基本容许值为260千帕，侧桩摩阻力标准值为70千帕。（4）全风化砾岩：局部存在，原岩结构构造已全部破坏，呈圆粒状，密实状态，承载力基本容许值为300千帕，侧桩摩阻力标准值为90千帕。（5）泥岩：为白垩系泥岩，风化也较严重，呈黏土状，硬塑—坚硬状态，局部夹有透镜体状薄层全风化砾岩，承载力基本容许值为350千帕，侧桩摩阻力标准值为90千帕。4.3工程勘察结论1、本次勘察路段砂岩、泥岩均为全风化状态，无论是填方还是挖方所形成的斜坡，稳定性较差，只有山顶处较好。2、该区域地表冻季最大冻深为2.6米，地震烈度小于IV度。3、由水文地质角度分析，本次勘察路段可能产生的滑坡、边坡等地质灾害的主要原因是水的作用。不论是大气降水、地表水，还是地下水（空隙水、孔隙水），都是参与并加剧滑坡、边坡等地质灾害的重要原因。由此，防治、治理该路段的地质灾害，水的防渗、排水是重中之重。4、本次勘察路段中K176+600—K176+750;K177+175—K177+230;K178+500—59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响K178+550段，区域地质稳定性相对较好，建议采用基底换填夯实、分台阶开挖、加筋回填、护坡、防渗、排水等综合治理方案。5、K178+500—K178+550段，是雨季强降雨汇水急流地段，已出现很深很宽的冲沟，建议首先采取疏导汇水急流、防渗、排水畅通，设置抗滑桩等治理方案。6、K178+800—K179+150段线段较长，坡度相对高差较大，建议采取路基底换填砂砾、分层压实、排水畅通，设置抗滑桩并相连的地质灾害综合治理方案。7、施工时挖掉部分的弃土应远弃，不应该堆在两侧。因山顶两侧多有滑坡体分布，加载后易产生再次滑坡，影响路基的稳定性。8、对开挖后所出现的斜坡或平岗必须做好护坡、排水畅通。由于本次勘察路段砂岩、砂砾岩风化严重，松散状态、透水性强，当地表水渗到泥岩面时就会从斜坡接触面处渗出，侵蚀坡脚，使岩体软化、润化，易产生滑坡、滑塌等地质灾害。59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响结论1、结论本文在边坡的稳定性影响因素、稳定性评价方法方面讨论了冻融环境下边坡的稳定性，取得了如下结论：（1）寒区边坡的稳定性影响因素分析了寒区边坡的稳定性影响因素，其中气候问题是影响寒区边坡稳定性的最重要因素。（2）冻融循环对边坡的稳定性影响冻融循环使得岩质边坡上部岩体损伤扩展，强度降低，可发生崩塌等灾害；对于土质边坡则表现为：水分迁移导致上部土体含水量增大；渗透性增加；部分较密实土体抗剪强度降低。（3）寒区边坡失稳类型根据寒区边坡的失稳原因，可将其分为正冻滑坡、正融滑坡和冻融滑坡。（4）寒区边坡的稳定性评价研究融化过程边坡的稳定性变化规律：边坡的安全系数随着融化深度、坡度和饱水深度的增加不断降低。冻结过程边坡的稳定性分析时要采用冻土的长期强度来进行计算。由于温度、水分是影响冻土长期强度的积极因素，因此安全系数可表示成时间、温度和含水量的函数。对于较密实的土体，冻融循环使得边坡上部土体的抗剪强度降低，可能导致边坡的失稳。因此，在边坡的设计中，考虑土体在冻融后的工程性质变化是必要的。（5）融化过程边坡的融化深度通过水热祸合理论可计算出边坡在融化期内各月份对应的融化深度，从而可对边坡的稳定性进行评价。（6）冻结对寒区岩质边坡的影响冻结对边坡上部岩体的应力场分布有较大的影响。随着冻结时间的增长，冻结深度增加，冻胀变形不断增大。而这种变形在进入融化期后却不能够完全消失，这是由于冻融损伤的缘故，长时间的冻融循环将最终导致边坡发生崩塌等灾害。2、展望59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响目前，我国科研工作者对常温下边坡的稳定性问题进行了深入地研究，取得了丰富的成果，但对于寒区冻融环境下边坡的稳定性问题却很少涉及，由于冻土的变异性、不确定性相当大，而寒区的边坡稳定性受到冻土参数的变异性影响。所以，以后要尽可能地积累冻土变异性的经验，研究冻融环境下边坡的稳定性问题对提高寒区工程效益和可靠性是极为有益的，对寒区工程建设也具有重要的意义。另外，本文在模拟冻融边坡的温度场和应力场方面进行了探讨，随着科学技术的发展将会逐渐向影响边坡冻融的盐分场和动力特性等诸多方面进行深入地研究，一定会有更加快捷、适用的计算软件和模拟算法产生。59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响边坡稳定性分析复习资料9.1边坡的变形与破坏类型9.1.1概述随着社会进步及经济发展，越来越多地在工程活动中涉及边坡工程问题，通过长期的工程实践，工程地质工作者已对边坡工程形成了比较完善的理论体系，并通过理论对人类工程活动，进行有效地指导。近年来，随着环境保护意识的增加及国际减轻自然灾害十年来的开展，人类已认识到：边坡诞生不仅仅是其本身的历史发展，而是与人类活动密切相关；人类在进行生产建设的同时，必须顾及到边坡的环境效应，并且把人类的发展置于环境之中，因而相继开展了工程活动与地质环境相互作用研究领域，在这些领域中，边坡作为地质工程的分支之一，一直是人们研究的重点课题之一。在水电、交通、采矿等诸多的领域，边坡工程都是整体工程不可分割的部分，为保证工程运行安全及节约经费，广大学者对边坡的演化规律、边坡稳定性及滑坡预测预报等进行了广泛研究。然而，随着人类工程活动的规模扩大及经济建设的急剧发展，边坡工程中普遍出现了高陡边坡稳定性及大型灾害性滑坡预测问题。在我国，目前的露天采矿的人工边坡已高达300—500m，而水电工程中遇到的天然边坡高度已达500—59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响1000米，其中涉及的工程地质问题极为复杂，特别是在西南山区，边坡的变形、破坏极为普遍，滑坡灾害已成为一种常见的危害人民生命财产安全及工程正常运营的地质灾害。因此，广大工程地质和岩石力学工作者对此问题进行了长期不懈的探索研究，取得了很大的进展；从初期的工程地质类比法、历史成因分析法等定性研究发展到极限平衡法、数值分析法等定量分析法，进而发展到系统分析法、可靠度方法灰色系统方法等不确定性方法，同时辅以物理模拟方法，并且诞生了工程地质力学理论、岩(土)体结构控制论等，这些无疑为边坡工程及滑坡预报研究奠定了坚实的基础，为人类工程建设做出了重大贡献。在工程中常要遇到岩坡稳定的问题，例如在大坝施工过程中，坝肩开挖破坏了自然坡脚，使得岩体内部应力重新分布，常常发生岩坡的不稳定现象。又如在引水隧洞的进出口部位的边坡、溢洪道开挖的边坡、渠道的边坡以及公路、铁路、采矿工程等等都会遇到岩坡稳定的问题。如果岩坡由于力过大和强度过低，则它可以处于不稳定的状态，一部分岩体向下或向外坍滑，这一种现象叫做滑坡。滑坡造成危害很大，为此在施工前，必须做好稳定分析工作。岩坡不同于一般土质边坡，其特点是岩体结构复杂、断层、节理、裂隙互相切割，块体极不规则，因此岩坡稳定有其独特的性质。它同岩体的结构、块体密度和强度、边坡坡度、高度、岩坡表面和顶部所受荷载，边坡的渗水性能，地下水位的高低等有关。岩体内的结构面，尤其是软弱结构面的的存在，常常是岩坡不稳定的主要因素。大部分岩坡在丧失稳定性时的滑动面可能有三种。一种是沿着岩体软弱岩层滑动；另一种是沿着岩体中的结构面滑动；此外，当这两种软弱面不存在时，也可能在岩体中滑动，但主要的是前面两种情况较多。在进行岩坡分析时，应当特别注意结构面和软弱层的影响。59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响软弱岩层主要是粘土页岩、凝灰岩、泥灰岩、云母片岩、滑石片岩以及含有岩盐或石膏成分的岩层。这类岩层遇水浸泡后易软化，强度大大地降低，形成软弱层。在坚硬的岩层中(如石英岩、砂岩等等)应当查明有无这类软弱夹层存在。结构面包括沉积作用的层面、假整合面、不整合面；火成岩侵入结构面以及冷缩结构面；变质作用的片理，构造作用的断裂结构面等等。岩质边坡稳定分析时，应当研究岩体中应力场和各种结构面的组合关系。岩坡的滑动就是在应力作用下岩体破坏了平衡而沿着某种面(很可能是结构面)产生的。岩体的应力是由岩体重量、渗透压力、地质构造应力以及外界因素，如地震惯性力、风力、温度应力等所形成的边坡剪应力，这种剪应力超过结构面的抗剪强度就促使岩体沿着结构面滑动。有时沿某一结构面滑动，有时沿着多种结构面所组合的滑动面滑动。通常以后者为多数。结构面中如夹有粘土或其它泥质充填物，则就成为软弱结构面。地质构造作用形成的断裂和节理在地壳表层是最多的，这种结构面往往都夹有粘土或泥质充填物，遇水浸泡后，结构面中的软弱充填物就容易软化，强度大大地降低，促使岩坡沿着它发生滑动。因此，岩坡分析中，对结构面，特别是软弱结构面的类型、性质、组合形式、分布特征以有及由各种软弱面切割后的块体形等进行仔细分析是十分重要的。9.1.2岩坡的破坏类型岩坡的破坏类型从形态上来看可分为岩崩和岩滑两种。岩崩一般发生在边坡过陡的岩坡中，这时大块的岩体与岩坡分离而向前倾倒，如图9-1(a)所示，或者坡顶岩体因某种原因脱落而在坡脚下堆积，见图9-1(b)、(c59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响)，它经常产生于坡顶裂隙发育的地方。其起因或由于风化等原因减弱了节理面的凝聚力，或由于雨水进入裂隙产生水压力所致；或者也可能由于气温变化、冻融松动岩石的结果；其它如植物根造成膨胀压力、地震、雷击等都可造成岩崩现象。岩滑是指一部分岩体沿着岩体较深处某种面的滑动。岩滑可分为平面滑动、楔形滑动以及旋转滑动。平面滑动是一部分岩体在重力作用下沿着某一软面(层面、断层、裂隙)的滑动，见图9-2(a)，滑动面的倾角必大于该平面的内摩擦角。平面滑动不仅滑体克服了底部的阻力，而且也克服了两侧的阻力。在软岩中(例如页岩)，如底部倾角远陡于内摩擦角，则岩石本身的破坏即可解除侧边约束，从而产生平面滑动。而在硬岩中，如果不连续面横切坡顶，边坡上岩石两侧分离，则也能发生平面滑动。楔形滑动是岩体沿两组(或两组以上)的软弱面滑动的现象，见图9-2(b)。在挖方工程中，如果两个不连续面的交线出露，则楔形岩体失去下部支撑作用而滑动。法国马尔帕塞坝的崩溃(1959年)就是岩基楔形滑动的结果。旋转滑动的滑动面通常呈弧形状，见图9-2(c)，这种滑动一般产生于非成层的均质岩体中。岩坡的滑动过程一般可分为三个阶段。初期是蠕动变形阶段，这一阶段中坡面和坡顶出现拉张裂缝并逐渐加长和加宽，滑坡前缘有时出现挤出现象，地下水位发生变化，有时会发出响声。第二阶段是滑动破坏阶段，此时滑坡后缘迅速下陷，岩体以极大的速度向下滑动，此一阶段往往造成极大的危害。最后是逐渐稳定阶段，这一阶段中，疏松的滑体逐渐压密，滑体上的草木逐渐生长，地下水渗出由浑变清等。在进行岩坡稳定性分析时，首先应当查明岩坡可能的滑动类型，然后对不同类型采用相应的分析方法。严格而言，岩坡滑动大多属空间滑动类型，然后对只有一个平面构成的滑裂面或者滑裂面由多个平面组成而这些面的走向又大致平行者，且沿着走向长度大于坡高时，则也可按平面滑动进行分析，其结果偏于安全方面，在平面分析中，常常把滑动面进行稳定验算。本章从第四节起将分别阐述各种分析方法。59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响经验证明，许多滑坡的发生都与岩体内的渗水作用有关，这是由于岩体内渗水后岩石强度恶化和应力增加的缘故。因此，做好岩坡的排水工作是防止滑坡的手段之一。意大利瓦依昂(Vajont)水库岩坡滑动而造成的事故是闻名于全世界的。水库的岸坡由分层的石灰岩组成，水库蓄水后在1960年10月就发现上坡附近有主要裂隙，同时直接在沿河的陡坡上曾经发生过一次较小的滑坡，从该时起，这整个区域都处于运动中，这运动的速度为每天若干个十分之一毫米到十毫米以上。在1963年10月9日夜晚，岸坡发生骤然的崩坍，在一分多钟时间内大约有2.5亿立方米的岩石崩入水库，顿时造成高达150米到250米的水浪，洪水漫过270米高的拱坝，致使下游的郎加朗市镇遭到了毁灭性的破坏，2400多人死亡。图9-3瓦依昂滑坡断面图1-滑前地面;2-滑后地面;3-滑面;4-断层;5-洼地在图9-3上示有瓦依昂山坡崩坍的二个断面图。由此看来，岩坡崩坍所造成的事故是危害极大的，必须严加防止。因此设计之前应当加强工程地质的勘测工作，以及在设计时做好岩坡稳定分析工作。59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响图9-4康德斯特格隧洞1-山崩;2-压力隧洞;3-渗水;4-泉水;5-透水岩石;6-不透水岩石图9-4表示康德斯特格(Kandersteg)隧洞由于渗水作用岩坡山崩而失事的例子。隧洞原来设计为无压隧洞，但后来却成为有压隧洞。中等程度的水压力使衬砌造成裂缝。隧洞中的水从裂缝中渗出，流过透水层最后聚集在不透水岩层的顶部(图9-4)。在山坡底部流出一股泉水，渗水使岩石性质恶化，山坡变为不稳定而造成山体崩滑，使附近居民的生命财产受到很大的损失。这次失事，主要是衬砌部分受力过高而地质条件又不好而引起的。岩石中的渗水是这次事故中的外因，岩石强度不够是内因，外因通过内因而起作用，渗水使岩石强度降低，造成了这次事故。这是一个典型的例子，可以说明许多类似失事的原因。9.2影响边坡稳定性的因素59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响影响边坡稳定性的因素主要有内在因素和外部因素两方面，内在因素包括组成边坡的地貌特征、岩土体的性质、地质构造、岩土体结构、岩体初始应力等。外部因素包括水的作用、地震、岩体风化程度、工程荷载条件及人为因素。内在因素对边坡的稳定性起控制作用，外部因素起诱发破坏作用。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，如长江三峡峡谷。而在淤泥或淤泥质软土地段，由于淤泥的塑性流动，几乎难以开挖渠道，边坡随挖随塌，难以成形。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。不同的岩层组成的边坡，其变形破坏也有所不同，在黄土地区，边坡的变形破坏形式以滑坡为主；在花岗岩、厚层石灰岩、沙岩地区则以崩塌为主；在片岩、板岩、千枚岩地区则往往产生表层挠曲和倾倒等蠕动变形。在碎屑岩及松散土层地区，则产生碎屑流或泥石流等。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°59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响的边坡，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，处于水下的透水边坡将承受水的浮托力的作用，而不透水的边坡，将承受静水压力；充水的张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。不同结构类型的边坡，有其自身特有的水动力模型。(1)静水压力作用于边坡的静水压力主要包括两种情况：其一是当边坡被水库淹没时，库水对边坡面所产生的静水压力；其二是当裂隙岩石边坡的张裂隙充水时，裂隙中的水压力。①边坡坡面上的静水压力：当边坡被水淹没，而边坡的表部相对不透水时，坡面上将受一定的静水压力，静水压力的方向与坡面正交。当边坡的滑动面(软弱结构面)的倾角小于坡角时，则坡面静水压力传到滑动面上的切向分量为抗滑力，对边坡稳定有利。当时，则切向分量为下滑力，则不利于边坡的稳定。②59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响边坡裂隙静水压力：有张裂隙发育的岩石边坡以及长期干旱的裂隙粘土边坡，如果因降雨或地下水活动使裂隙充水，则裂隙面将承受静水压力(图9-5)。静水压力的作用方向与裂隙面相垂直，其大小与裂隙水水头有关。对部分充水的高角度裂隙，裂隙静水压力w(取单宽坡体)为：(9-1)式中：H裂隙水的水头；L裂隙充水的长度；水的块体密度。图9-5裂隙静水压力图9-6裂隙静水压力分布的不同情况1—出口节理敞开；2—出口节理闭合由于裂隙水活动的不规律性，岩体中的地下水位通常不是圆滑的曲线。在相邻裂隙的地下水位不同时，地下水位高的裂隙较地下水位低的裂隙承受较大的静水压力，这种静水压力的差别，有时是使边坡失稳的原因之一。由于地下水出口节理裂隙敞开情况不同，也影响裂隙水压力的大小，因而影响边坡的稳定。如图9-6所示，出口节理张开，地下水位低，裂隙水压力小；出口节理闭合，透水性差，则地下水位高，裂隙水压力大。如作用在岩块底部滑面上的静水压力，有时可使覆岩块隆胀(静水压力等于上覆岩块重)，而使边坡稳定严重恶化。59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响(2)浮托力处于水下的透水边坡，承受浮托力的作用，使坡体的有效重量减轻，这对边坡的稳定不利。不少水库周围松散堆积层边坡，在水库蓄水时发生变形，浮托力的影响是原因之一。对处于极限稳定状态，依靠坡脚岩体重量保持暂时稳定的边坡，坡脚被水淹没后，浮托力对边坡稳定的影响就更加显著。(3)动水压力动水压力是地下水在流动过程中所施加于岩土体颗粒上的力。它是一种体积力，其数值为：(9-2)其中：流动水体体积；水的块体密度；I水力梯度。动水压力的方向和水流方向平行，在近似计算中，多假定与地下水面或滑面平行，如果动水压力方向和滑体滑动方向不一致，则应分解为垂直和平行于滑面的两个分量参与稳定计算。在边坡稳定的实际计算中，由于渗流方向不是定值，且水力梯度不易精确确定，一般则作简化假定，以采用不同的滑体块体密度将动水压力的影响计入。即在地下水位以下静水位以上有渗流活动的滑体，计算下滑力时，采用饱和块体密度；计算抗滑力时，采用浮块体密度。4)工程荷载59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响在水利水电工程中，工程荷载的作用影响边坡的稳定性。例如，拱坝坝肩承受的拱端推力、边坡坡顶附近修建大型水工建筑物引起的坡顶超载、压力隧洞内水压力传递给边坡的裂隙水压力、库水对库岸的浪击淘涮力、为加固边坡所施加的力，如预应力锚杆时所加的预应力等都影响边坡的稳定性。由于工程的运行也可能间接地影响边坡的稳定，例如由引水隧洞运行中的水锤作用，使隧洞围岩承受超静水荷载，引起出口边坡开裂变形等。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，其累积效果使影响范围内岩体结构松动，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。59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响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。9.3边坡稳定分析与评价随着人类工程活动向更深层次发展，在经济建设过程中，遇到了大量的边坡工程，且规模越来越大，其重要程度也越高，有时会影响人类工程活动；并且人们更注重由于边坡失稳造成的地质灾害，故边坡稳定性研究一直是重中之重。边坡稳定性分析与评价的目的，一是对与工程有关的天然边坡稳定性作出定性和定量评价；二是要为合理地设计人工边坡和边坡变形破坏的防治措施提供依据。边坡稳定性分析评价的方法主要有：地质分析法(历史成因分析法)、力学计算法、工程地质类比法、过程机制分析法、理论体边坡已有的变形迹象，阐明其形成演变机制。分析中要特别注意变形模式的转化标志，它往往是失稳的前兆。边坡稳定性分析方法很多，简要归纳如下。9.3.1边坡稳定性分析方法简介1）定性分析方法59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响主要是分析影响边坡稳定性的主要因素、失稳的力学机制、变形破坏的可能方式及工程的综合功能等，对边坡的成因及演化历史进行分析，以此评价边坡稳定状况及其可能发展趋势。该方法的优点是综合考虑影响边坡稳定性的因素，快速地对边坡的稳定性做出评价和预测。常用的方法有：（1）地质分析法（历史成因分析法）根据边坡的地形地貌形态、地质条件和边坡变形破坏的基本规律，追溯边坡演变的全过程，预测边坡稳定性发展的总趋势及其破坏方式，从而对边坡的稳定性做出评价，对已发生过滑坡的边坡，则判断其能否复活或转化。（2）工程地质类比法其实质是把已有的自然边坡或人工边坡的研究设计经验应用到条件相似的新边坡的研究和人工边坡的研究设计中去。需要对已有边坡进行详细的调查研究，全面分析工程地质因素的相似性和差异性，分析影响边坡变形发展的主导因素的相似性和差异性，同时，还应考虑工程的类别、等级及其对边坡的特定要求等。它虽然是一种经验方法，但在边坡设计中，特别是在中小型工程的设计中是很通用的方法。（3）图解法图解法可以分为两类：①用一定的曲线和偌谟图来表征边坡有关参数之间的定量关系，由此求出边坡稳定性系数，或已知稳定系数及其它参数（、c、r、结构面倾角、坡角、坡高）仅一个未知的情况下，求出稳定坡角或极限坡高。这是力学计算的简化。59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响②利用图解求边坡变形破坏的边界条件，分析软弱结构面的组合关系，分析滑体的形态、滑动方向，评价边坡的稳定程度，为力学计算创造条件。常用的为赤平极射投影分析法及实体比例投影法。（4）边坡稳定专家系统工程地质领域最早研制出的专家系统是用于地质勘察的专家系统Propecter，由斯坦福大学于70年代中期完成的。另外，MIT在80年代中期研制的测井资料咨询的专家系统也得到成功地应用。在国内，许多单位正在进行研制，并取得了很多的成果。专家系统使得一般工程技术人员在解决工程地质问题时能象有经验的专家给出比较正确的判断并做出结论，因此，专家系统的应用为工程地质的发展提供了一条新思路。2）定量评价方法实质是一种半定量的方法，虽然评价结果表现为确定的数值，但最终判定仍依赖人为的判断。目前，所有定量的计算方法都是基于定性方向之上。（1）极限平衡法极限平衡法在工程中应用最为广泛，这个方法以摩尔—59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响库仑抗剪强度理论为基础，将滑坡体划分为若干条块，建立作用在这些条块上的力的平衡方程式，求解安全系数。这个方法，没有象传统的弹、塑性力学那样引入应力－应变关系来求解本质上为静不定的问题，而是直接对某些多余未知量作假定，使得方程式的数量和未知数的数量相等，因而使问题变得静定可解。根据边坡破坏的边界条件，应用力学分析的方法，对可能发生的滑动面，在各种荷载作用下进行理论计算和抗滑强度的力学分析。通过反复计算和分析比较，对可能的滑动面给出稳定性系数。刚体极限平衡分析方法很多，在处理上，各种条分法还在以下几个方面引入简化条件：（1）对滑裂面的形状作出假定，如假定滑裂面形状为折线、圆弧、对数螺旋线等；（2）放松静力平衡要求，求解过程中仅满足部分力和力矩的平衡要求；（3）对多余未知数的数值和分布形状做假定。该方法比较直观、简单，对大多数边坡的评价结果比较令人满意。该方法的关键在于对滑体的范围和滑面的形态进行分析，正确选用的滑面计算参数，正确地分析滑体的各种荷载。基于该原理的方法很多，如条分法、圆弧法、Bishop法、Janbu法、不平衡传递系数法等。目前，刚体极限平衡方法已经从二维发展到目前的三维。有关边坡稳定三维极限平衡方法，已有众多文献介绍研究成果。下面就几种常用的方法做介绍。（2）数值分析方法主要是利用某种方法求出边坡的应力分布和变形情况，研究岩体中应力和应变的变化过程，求得各点上的局部稳定系数，由此判断边坡的稳定性。主要有以下几种：①有限单元法（FEM）59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响该方法是目前应用最广泛的数值分析方法。其解题步骤已经系统化，并形成了很多通用的计算机程序。其优点是部分地考虑了边坡岩体的非均质、不连续介质特征，考虑了岩体的应力应变特征，因而可以避免将坡体视为刚体、过于简化边界条件的缺点，能够接近实际地从应力应变分析边坡的变形破坏机制，对了解边坡的应力分布及应变位移变化很有利。其不足之处是：数据准备工作量大，原始数据易出错，不能保证整个区域内某些物理量的连续性；对解决无限性问题、应力集中问题等其精度比较差。②边界单元法（BEM）该方法只需对已知区的边界极限离散化，因此具有输入数据少的特点。由于对边界极限离散，离散化的误差仅来源于边界，区域内的有关物理量是用精确的解析公式计算的，故边界元法的计算精度较高，在处理无限域方面有明显的优势。其不足之处为：一般边界元法得到的线性方程组的关系矩阵是不对称矩阵，不便应用有限元中成熟的对稀疏对称矩阵的系列解法。另外，边界元法在处理材料的非线性和严重不均匀的边坡问题方面，远不如有限元法。③离散元法（DEM）是由Cundall（1971）首先提出的。该方法利用中心差分法解析动态松弛求解，为一种显式解法，不需要求解大型矩阵，计算比较简便，其基本特征在于允许各个离散块体发生平动、转动、甚至分离，弥补了有限元法或边界元法的介质连续和小变形的限制。因此，该方法特别适合块裂介质的大变形及破坏问题的分析。其缺点是计算时步需要很小，阻尼系数难以确定等。离散单元法可以直观地反映岩体变化的应力场、位移场及速度场等各个参量的变化，可以模拟边坡失稳的全过程。④块体理论（BT）59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响是由Goodman和Shi（1985）提出的，该方法利用拓扑学和群论评价三维不连续岩体稳定性。其建立在构造地质和简单的力学平衡计算的基础上。利用块体理论能够分析节理系统和其它岩体不连续系统，找出沿规定临空面岩体的临界块体。块体理论为三维分析方法，随着关键块体类型的确定，能找出具有潜在危险的关键块体在临空面的位置及其分布。块体理论不提供大变形下的解答，能较好地应用于选择边坡开挖的方向和形状。9.3.2圆弧法岩坡稳定分析对于均质的以有及没有断裂面的岩坡，在一定条件下可看作平面问题，用圆弧法进行稳定分析。圆弧法是最简单的分析方法之一。在用圆弧法进行分析时，首先假定滑动面为一圆弧(图9-7)，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：如果，则沿着这个计算滑动面是稳定的；如果≤1，则是不稳定的；如果，则说明这个计算滑动面处于极限平衡状态。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。为此可以把滑弧内的岩石分条，用所谓条分法进行分析。如图9-7，把滑体分为n条，其中第i条传给滑动面上的重量为，它可以分解为二个力：一是垂直于圆弧的法向力，另一是切于圆弧的切向力。由图可见：(9-3)力通过圆心，其本身对岩坡滑动不起作用。但是可使岩条滑动面上产生摩擦力(59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响为该弧所在的岩体的内摩擦角)，其作用方向与岩体滑动方向相反，故对岩坡起着抗滑作用。此外，滑动面上的凝聚力c也是起抗滑作用的，所以第i条岩条滑弧上的抗滑力为：因此第i条产生的抗滑力矩为：式中第i条滑弧所在岩层的凝聚力；第i条滑弧所在岩层的内摩擦角第i条岩条的滑弧长度。同样，对每一岩条进行类似分析，可以得到总的抗滑力矩为：式中n分条数目，图9-6中等于6。而滑动面上总的滑动力矩为：(9-4)将式(9-4)及式(9-5)代入安全系数公式，得到假定滑动面上的安全系数为(9-5)由于圆心和滑动面是任意假定的，因此要假定多个圆心和相应的滑动面作类似的分析，进行试算，从中找到最小的安全系数，即为真正的安全系数，其对应的圆心和滑动面即为最危险的圆心和滑动面。根据用圆弧法的大量计算结果，有人已经绘制了如图9-8所示的曲线，该曲线表示当一定的任何物理力学性质时坡高与坡角的关系。在图上，横轴表示坡角，纵轴表示坡高系数，表示均质垂直岩坡的极限高度，亦即坡顶张裂缝的最大深度，用下式计算：59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响(9-6)利用这些曲线可以很快地决定坡高或坡角，其计算步骤如下：1)根据岩体的性质指标(、、)按(9-6)式确定；2)如果已知坡角，需要求坡高，则在横轴上找到已知坡角值的那点，自该点向上作一垂直线，相交于对应已知内摩擦角的曲线，得一交点，然后从这一点作一水平线交于纵轴，求得，将乘以，即得所要求的坡高H(9-7)3)如果已知坡高H需要确定坡角，则首先用下式确定根据这个，从纵轴上找到相应点，通过该点作一水平线相交于对应已知的曲线，得一交点，然后从该交点作向下的垂直线交于横轴，求得坡角。例题9-1已知均质岩坡的=26°，c=400千帕，=25千米/米3，问当岩坡高度为300米时，坡角应当采用多少度？1)根据已知的岩石指标计算米2)计算3)按照图9-7的曲线，根据=26°以及=5.9，求得为：59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响9.3.3平面滑动稳定分析方法1）平面滑动的一般条件岩坡沿着单一的平面发生滑动，一般必须满足下列几何条件(见图9-9)；（1）滑动面的走向必须与坡面平行或接近平行(约在的范围内)；（2）滑动面必须在边坡面露出，即滑动面的倾角必小于坡面的倾角，即；（3）滑动面的倾角必大于该平面的摩擦角，即；（4）岩体中必须存在对于滑动阻力很小的分离面，以定出滑动的侧面边界。2）平面滑动分析大多数岩坡在滑动之前坡顶上或在坡面上出现张裂缝，如图9-9所示。张裂缝中不可避免地还充有水，从而产生侧向水压力，使岩坡的稳定性降低。在分析中往往作下列假定：①滑动面及张裂缝的走向平行于坡面；②张裂缝垂直，其中充水深度为；③水沿张裂缝底进入滑动面渗漏，张裂缝底与坡趾间的长度内水压力按线性变至零(如图9-9所示的三角形分布)：④滑动块体重量W、滑动面上水压力U和张裂缝中水压力V三均通过滑体的重心。换言之，假定没有使岩块转动的力矩，破坏只是由于滑动。一般而言，忽视力矩造成的误差可以忽略不计，但对于具有陡倾斜不连续面的陡边坡要考虑可能产生倾倒破坏。潜在滑动面上的安全系数，要按极限平衡条件求得。这时，安全系数等于总抗滑力与总滑动力之比，即59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响(9-8)式中L滑动面长度(每单位宽度内的面积)，它等于：(9-9)(9-10)(9-11)W按下列公式计算，当张裂缝位于坡顶面时：(9-12)当张裂缝位于坡面上时：(9-13)当边坡的几何要素和张裂缝内的水深为已知时，用上列这些公式计算安全系数很简单。但有时需要对不同的边坡几何要素、水深、不同抗剪强度的影响进行比较，这时用上述方程式计算就相当麻烦。为了简化起见，可以将方程式(9-8)重新整理为下列的无量纲的形式：(9-14)式中(9-15)当张裂缝在坡顶面上时：(9-16)当张裂缝在坡面上时：(9-17)(9-18)59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响(9-19)P、Q、R、S均为无量纲的，即它们只取决于边坡的几何要素，而不取决于边坡尺寸。因此，当凝聚力c=0时，安全系数不取决于边坡的具体尺寸。图9-10、图9-11、图9-12分别表示各种几何要素的边坡的P、S、Q的值，可供计算使用，两种张裂缝的位置都包括在Q比值的图解曲线中，所以不论边坡外形如何，都不需检查张裂缝的位置，就能求得Q值。但应注意，张裂缝的深度一律从坡顶面算起。例题9-2设有一岩石边坡，高30.5米，坡角，坡内有一层面穿过，层面的倾角为。在边坡坡顶面线8.8米处有一条张裂缝，其深度为Z=15.2米。岩石块体密度为千牛顿/米3。层面的凝聚力千帕，内摩擦角，求水深对边坡安全系数的影响。解当Z/H=0.5时，由图9-10和图9-12查得P=1.0和Q=0.36。对于不同的，R(从式(9-17))和S(从图9-10)的值为：1.00.50R0.1950.0980S0.260.130又知。所以，当张裂缝中水深不同时，根据式(9-14)式计算的安全系数变化如下：1.00.500.771.101.3459 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响将这些值绘成图9-13的曲线，可见张裂缝中的水深对岩坡安全系数的影响很大。因此，采取措施防止水从顶部进入张裂缝，是提高安全系数的有效办法。9.3.4双平面滑动岩坡稳定分析岩坡内有两条相交的结构面，形成潜在的滑动面（图9-14）。上面的滑动面的倾角大于结构面内摩擦角，即，设，则其上岩块体有下滑的趋势，从而通过接触面将力传递给下面的块体，今称上面的岩块体为主动滑块体。下面的潜在滑动面的倾角小于结构面的内摩擦角，即，按原理下面的块体是不致滑动的，但是它受到了上面滑动块体传来的力，使之也可能滑动，今称下面的岩块体为被动滑块体。为了使岩体保持平衡，必须对岩体施加支撑力，该力与水平线成角。假设主动块体与被动块体之间的边界面为垂直，对上、下两滑动体分别进行图9-14所示力系的分析，可以得到为极限平衡而所需施加的支撑力：(9-20)式中、、以及分别为上面滑动面、下滑动面以及垂直滑动面上所用的摩擦角；和分别为单位宽度主动和被动滑块体的重量。为了简单起见，假定所有摩擦角是相同的，即。如果已知、、、和之值，则可以用下列方法确定岩坡的安全系数：首先用公式(9-19)确定保持极限平衡而所需要的摩擦角值(或)，然后将岩体结构面上的设计彩的内摩擦角值(或)与之比较，用下列公式确定安全系数：59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响(9-21)在开始滑动的实际情况中，通过岩坡的位移测量可以确定出坡坝、坡趾以及其它各处的总位移的大小和方向。如果总位移量在整个岩坡中到处一样，并且位移的方向是向外的和向下的，则可能是刚性滑动的运动型式。于是，总位移矢量的方向可以用来定出和的值，并且张裂缝的位置可确定和的值。假设安全系数为1，可以计算出(或)的值，比值即为方程(9-20)的根。今后如果在主动区开挖或在被动区填方或在被动区进行锚固，这些新条件下的所需的内摩擦角(或)也可从式(9-20)得出。在新条件下的安全系数的增加也就不难求得。9.3.5力多边形法岩坡稳定分析如图9-15(a)所示，两个或两个以上多平面的滑动或者其它形式的折线和不规则曲线的滑动，都可以按照极限平衡条件，用力多边形(分条图解)法来进行分析。假定根据工程地质分析，ABC是一个可能的滑动面，将这个滑动区域(简称为滑楔)用垂直线划分为若干岩条，对于每一岩条都考虑到相邻岩条的反作用力，并绘制每一岩条的力多边形。以第i条为例，岩条上作用着下列各力(图9-15，b)：所考虑的第i条岩条的重量；相邻的上面的岩条对i条岩条的反作用力；相邻的上面的岩条与i条岩条垂直界面之间的凝聚力(这里c为单位面积凝聚力，为相邻交界线的长度)；与组成合力；相邻的下面的岩条对i条岩条的反作用力；相邻的下面的岩条对i条岩条之间的凝聚力(为相邻交界线的长度)；与组成合力；59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响第i条岩条底部的反作用力；第i条岩条底部的凝聚力(为i条底部的长度)。根据这些力，绘制力的多边形如图9-15(c)所示。在计算时，应当从上各下(在本例中也就是从右向左)自第一块岩条一个一个地循序进行图解计算(在图中分为6条)，一直计算到最下面的一块岩条。力的多边形可以绘在同一图上，如图9-15(d)所示。如果绘制到最后一个力多边形是闭合的，则就说明岩坡刚好是处于平衡状态，也就是稳定安全系数等于1(图9-15(d)的实线)。如果绘出的力多边形不闭合，如图9-15(d)左边的虚线箭头所示，则说明该岩坡是不稳定的，因为为了图形的闭合还缺少一部分凝聚力。如果最后的力多边形如右边的虚线箭头所示，则说明岩坡是稳定的，因为为了多边形的闭合还少用一些凝聚力，亦即凝聚力还有多余。用岩体的凝聚力c和内摩擦角进行上述的这种分析，只能看到岩坡是稳定的还是不稳定的，但不能求出岩坡的稳定安全系数来。为了求得安全系数必须进行多次的试算。这时一般可以先假定一个安全系数，例如，把岩体的凝聚力c和内摩擦系数都除以，亦即得到(9-22)然后，用、进行上述图解验算。如果图解结果，力多边形刚好是闭合的，则所假定的安全系数就是在这一滑动面下的岩坡安全系数；如果不闭合，则重新假定安全系数，……，用，……，59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响进行计算，直至闭合为止，求出真正的安全系数。如果岩坡有水压力、地震力以及其它的力也可在图解中把它们包括进去。9.3.6近代理论计算法近代理论计算分析是将土力学、岩石(岩体)力学、弹塑性力学、断裂力学、损伤力学等多种力学和数学计算方法应用于边坡稳定性的定量评价和预测。量化分析涉及到稳定性计算、失稳时间预报、稳定空间预测等。目前采用的主要计算方法见表9-1。实践证明，任何计算方法的成功都必须建立在深入查明原型特征和作出符合实际情况的演化机制分析的基础之上，机制分析至少从以下几个方面为理论计算提供了必不可少的信息。(1)力学模型和数学模型必须根据地质和演化机制模式建模。潜在破坏面的位置和形态特征、坡体中的变形破裂迹象，以及水动力学模式等，均要通过变形破坏机制分析加以确定。(2)主导因素和敏感因素根据边坡形成演化全过程与各环境动力因素的相关分析加以确定的主导因素和敏感因素，不仅是单体斜坡稳定性计算中建立动力作用模型的依据，而且也是群体边坡稳定性评价时确定权值和隶属度等有关参数的重要信息。59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响(3)计算参数的选取坡体各种强度参数和物理、水理性质等参数，都是随边坡演化而变化的变量，因而只有判明边坡的演化机制和发展阶段，才能正确选定。例如进入滑移面贯通阶段的变形体，滑移面强度已接近残余值；缓慢变形的蠕变体，可采用流变试验确定有关参数。此外在采用反演分析推定参数时，也必须对变形破坏机制和(或)破坏后运动学特征作出正确判断。(4)计算方法的选择如表9-1所示，方法的选择也要建立在机制分析的基础上。变形破坏判据计算法，可以更充分地反映边坡演变的实际情况，是值得进一步探索完善的量化分析方法。9.4边坡的处理措施9.4.1边坡的防治措施1)防治原则边坡的治理应根据工程措施的技术可能性和必要性、工程措施的经济合理性、工程措施的社会环境特征与效应，并考虑工程的重要性及社会效应来制定具体的整治方案。防治原则应以防为主，及时治理。2)防治措施常用的防治措施可归纳如下：(1)消除和减轻地表水和地下水的危害①防止地表水入浸滑坡体。可采取填塞裂缝和消除地表积水洼地、用排水天沟截水或在滑坡体上设置不透水的排水明沟或暗沟，以及种植蒸腾量大的树木等措施。②对地下水丰富的滑坡体可在滑体周界5m以外设截水沟和排水隧洞，或在滑体内设支撑盲沟和排水孔、排水廊道等。59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响(2)改变边坡岩土体的力学强度提高边坡的抗滑力、减小滑动力以改善边坡岩土体的力学强度，常用措施有：①削坡及减重反压：对滑坡主滑段可采取开挖卸荷、降低坡高或在坡脚抗滑地段加荷反压等措施，这样有利于增加边坡的稳定性，但削坡一定要注意有利于降低边坡有效高度并保护抗力体。②边坡加固：边坡加固的方法主要有修建支挡建筑物(如抗滑片石垛、抗滑桩、抗滑挡墙等)、护面、锚固及灌浆处理等。支护结构由于对山体的破坏较小，而且能有效地改善滑体的力学平衡条件，故为目前用来加固滑坡的有效措施之一。上述边坡变形破坏的防治措施，应根据边坡变形破坏的类型、程度及其主要影响因素等，有针对性地选择使用。实践证明，多种方法联合使用，处理效果更好。如常用的锚固与支挡联合，喷混凝土护面与锚固联合使用等。9.4.2边坡处理的一般方法对于潜在的大规模岩石滑坡，应当加强观察，确定它们的特性和估计它们的危险性。潜在的岩石滑坡，一方面可用仪器来监视；另一方面可通过边坡的表面现象来判断分析，例如，树木斜生，弧立的岩石开始滚动或滑动，坡脚局部失稳等等都是可能发生滑坡的预兆。(1)用混凝土填塞岩石断裂部分59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响岩体内的断裂面往往就是潜在的滑动面。用混凝土填塞断裂部分就消除了滑动的可能。在填塞混凝土以前，应当将断裂部分的泥质冲洗干净，这样，混凝土与岩石可以良好地结合。有时还应当将断裂部分加宽，再进行填塞。这样既清除了断裂面表面部分的风化岩石或软弱岩石，又使灌注工作容易进行。(2)锚栓或预应力锚索加固在不安全岩石边坡的工程地质测绘中，经常发现岩体的深部岩石较坚固，不受风化的影响，足以支持不稳定的和某种危险状况的表层岩石。在这种情况下采用锚栓或预应力锚索进行岩石锚固，很为有利。一般采用抗拉强度很高的钢杆来锚固岩石，其道理是很明显的。钢质构件既可以是剪切螺栓的形式，垂直用于潜在剪切面，也可以用作预拉锚栓加固不稳定岩石。过去锚栓的防锈存在严重的问题，但是目前已经取得了重大的进展。(3)用混凝土挡墙或支墩加固在山区修建大坝、水电站、铁路和公路而进行开挖时，天然或人工的边坡，经常需要防护，以免岩石坍滑。在很多情况下，不能用额外的开挖放缓边坡来防止岩石的滑动，而应当采用混凝土挡墙或支墩，这样可能比较经济。如图9-16(a)所示。岩坡内有潜在滑动面ab，采用混凝土挡墙加固。ab面以上的岩体重W，潜在滑动方向有分力(剪切力)，垂直于潜在滑动面的分力，抵抗滑动的摩擦力。显然(图9-16，b)这里的摩擦力F比剪切力T小，不能抵抗滑动，如果没有挡墙的反作用力P，岩体就不能稳定。由于P在滑动方向造成分力，岩体才能静力平衡，即。应当指出，从挡墙来的反作用力只有当岩体开始滑动时才成为一个有效的力。(4)挡墙与锚栓相结合的加固59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响在大多数情况下采用挡墙与锚栓相结合的办法来加固岩坡。锚杆可以是预应力的，也可以不是预应力的。利用锚固挡墙，特别是在建筑物较长时，由于减少开挖量和减小墙的断面，所节约的石方量和混凝土量是相当可观的。如果使用预制混凝土构件，则可能更加经济。59 冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响63