1、人工巖質高邊坡穩定性分析評價某房地產開發項目開發建設工程中，建筑場地爆破施工整平期間形成大面積的人工巖質陡坡，且部分邊坡因爆破影響，巖體松動，直接影響擬建建筑物的安全，必須對新形成的巖質邊坡穩定性進行分析評價并提出整治措施。1 邊坡范圍及安全等級邊坡范圍按擬建建筑物位置劃分為三個區： A 區距離擬建建筑物15.0m,邊坡高度38.1051.00m；B區距離擬建建筑物 5.1m,邊坡高度 6.208.80m； C區距離擬建建筑物 5.612.0m,邊坡 高度6.8018.50m,分區示意圖見圖1。根據擬建建筑物特點及場區的巖土工程條件，該邊坡穩定性及安全等級見表 1。2 邊坡工程地質條件地形地貌

2、場地是原山脊之上采石形成的斜坡狀采石場，西南高，東北低，高低起伏，坡度為1015,地面標高介于149194m之間，最大高差約為45m 。由于現在工程需要，場區經爆破開挖，邊坡呈階梯狀分布。場地地層巖性根據場地勘察及工程地質測繪成果資料，場地內分布的主要地層為：1）豹斑狀白云質灰巖淺棕褐色、灰白色，隱晶結構，中厚層構造，質地較純，豎向節理局部較發育，節理多為鈣質充填，局部為未充填，巖體較完整，層面間為泥鈣質充填，巖層傾向5373,傾角38 。2）灰質白云巖：灰白色，隱晶結構，中厚層構造，泥質含量較高，豎向節理局部較發育，節理多由粘性土及鈣質充填，巖體較完整，層面間為泥鈣質充填，巖層傾向3650,

3、傾角312。場地地質構造斷層場地工作區內未見斷層及斷裂帶，場地受東側距離工作區 1.7Km 處非全新活動斷裂港溝斷裂及其東側距離工作區 0.8Km 東塢斷裂次生斷裂 的影響，節理裂隙發育明顯。節理、裂隙A 場區節理裂隙特征：由該場區的節理玫瑰圖和等密圖（圖1）可以看出，該場區節理走向主要有4580, 300350兩組分布，其中又以4580此組節理居多，更密集，傾向主要集中在 NW和SE方 向，傾角絕大多數75 ，部分節理近直立，以張性節理為主，部分較大裂隙寬度有15cm不等。圖 4 A 場區節理玫瑰圖和等密圖（2） B場區節理裂隙特征：該場區節理走向主要有3580,300340兩組分布，其中又

4、以 300340此組居多，節理更密集，該場 區節理傾向主要集中在 SW和NW方向，傾角絕大多數 80,部分節理近 直立，以張性節理為主，近邊坡位置部分較大裂隙寬度有510cm不等，部分甚至達到 15cm ，部分節理裂隙填充有泥鈣質充填物和方解石細脈。C 場區節理裂隙特征：該場區節理走向分布較雜亂，主要有集中在340360, 1020, 7585,幾組分布，其中又以 340360此組節理最多，最密集，該場區節理傾向主要集中在SW和SE方向，傾角絕大多數80 ，部分節理近直立。從節理性質來看，以壓性節理為主，巖石大部分呈巨厚層狀構造產出，裂隙 220cm不等，垂直節理較發育，部分節理裂隙填充有泥鈣

5、質充填物，部分裂隙是由于人工爆破而成，貫通較大，部分巖體呈碎裂狀結構，邊坡較陡峭，易發生崩落，同時基巖下發現有少量巖溶。工程物探為了了解邊坡體內部的工程地質條件，以便在數值模擬計算和分析中給予考慮，采用地質雷達對邊坡區域的地質構造進行探測。地質雷達探測的主要對象是邊坡坡體。探測的測線布置是根據現場情況進行的，共布置測線 16 條。場區不良地質作用巖溶場區小型巖溶較發育，巖溶型式在地表主要表現為溶洞、溶溝、溶槽等；溶溝、溶槽分布具有一定的方向性，主要沿豎向構造節理發育，部分地段連匯貫通。危巖及崩塌整個場區人工開挖后形成的邊坡，巖坡面均較陡峭，尤其是 A 、 B 區經人工爆破后的邊坡巖體較破碎，產

6、生較大裂隙，危巖較多，邊坡面較直立，被較多交錯節理裂隙貫通。灰巖在原有結構面、豎向節理和溶蝕作用 下，巖石被切割成大小不等的塊體，在坡面處形成危巖。現狀危巖、崩塌等不良地質作用對未來開挖邊坡安全影響大。未來開挖邊坡時，由于結構面或者開挖不當會形成危巖及崩塌，開挖邊坡時應采取防護和支護措施，防止對原結構層面的破壞或震動形成新的結構面，盡可能保證基巖的完整性。邊坡穩定性分析及評價對邊坡穩定性進行分析及評價，邊坡穩定性計算是邊坡穩定性研究和評價的主要依據。邊坡穩定性分析的主要方法滑移線法滑移線法同時考慮屈服條件（ Coulomb 準則）和平衡方程，導出基本的微分方程-塑性平衡方程，進而在屈服區內確定

7、滑移線網，結合應力邊界條件，得出各種問題的解。極限平衡法極限平衡法是目前工程上主要采用的分析方法。其基本出發點是把巖土體作為一個剛體，為方便計算做一些假定，采用極限平衡分析方法可以將邊坡的下滑力和抗下滑力進行單獨分析，從而獲得明確的安全系數。極限分析法極限分析法的下限定理是構造一個靜力場，使之滿足平衡方程、應力邊界，處處不違背屈服條件的應力分布（靜力許可應力場） ，這時所確定的荷載不會大于實際破壞荷載。下限方法不考慮巖土體運動學條件，只考慮平衡方程和屈服條件。極限分析法的上限定理是滿足速度邊界、應變與速度相容條件的變形模式（運動許可速度場）中，由外功率等于消耗的內功率得到的荷載，不小于實際破壞

8、荷載。上限只考慮速度模式和能量消耗，不要求滿足平衡條件，而且只要在變形區域內定義。數值方法以有限元法為代表的數值方法，可以對不同的單元根據具體情況指定不同的力學性質；可以對節理裂隙等軟弱層設置適當的軟弱面單元；可以方便地處理層狀巖土體和有規則的節理巖體所表現出的正交各向異性；可以精確地估算地下滲流或爆破震動等對巖土體應力場、位移場以及穩定性的影響；還可以方便地處理各種不規則的幾何邊界以及各種復雜的邊界條件。用數值方法分析邊坡的穩定性，不僅能較方便地考察構造應力場的影響和模擬各種開挖高度的影響，獲得坡體內的應力場、位移和塑性區的分布狀態，而且還能求出可能的滑動面和安全系數。邊坡巖體力學參數巖體力

9、學參數（包括強度特性和變形特性）對于分析工程的穩定性至關重要。從工程角度看，獲取恰當的巖體力學參數比改進一個數學模型更有實際意義。影響力學參數合理取值的主要因素有：1）地質介質復雜性：巖土介質是一種自然產物，在漫長的地質過程中，由于各種巖石組成礦物不同，成巖過程不同，經受的地質構造運動和地質應力作用不同，形成的巖體千差萬別，力學性質非常復雜，力學參數測試數據的離散性，有其必然的內在因素。2）試驗方法：采用不同的試驗方法、不同試驗儀器獲得的結果不同。經過長期的努力形成了多種多樣的巖土力學特性測試方法，但每種方法也是一定的理論確定基礎上推算出來的，采用不同的試驗方法，得到結果也不相同。3）風化程度

10、不同、采樣擾動不同測試結果各異：隨著風化程度的加深，其力學參數值也逐漸降低，特別是內聚力和彈性模量降低幅度最大。試驗取樣的代表性問題是十分重要的，同類巖性風化程度不同力學特性迥異。從絕對意義講，自然界不存在工程性質完全相同的巖土體。其次，試驗條件原則上應與現場條件相一致，但是鑒于現場條件的復雜性，根據現有的測試儀器要做到完全模擬現場條件仍存在技術上的困難。另外，試驗的不均一、試驗誤差、甚至整理資料的方法都將影響試驗的結果。4）尺度效應的影響：隨著試件尺寸的增加，反映巖體客觀特性的力學參數值迅速降低，從標準試件（6 50X 100到現場試驗（1000mm尺度）參數測試結果相差可達一個量級。邊坡穩

11、定性計算與分析方法基于極限平衡分析方法的邊坡穩定性分析（ 1）邊坡穩定性分析的極限平衡分析方法原理 邊坡穩定性安全系數的定義邊坡穩定性定量分析的核心問題是邊坡安全系數的計算。邊坡穩定性分析的方法很多，目前工程界普遍采用的計算方法仍為極限平衡法，因其計算方法簡便，并能定量的給出邊坡穩定系數大小。基于安全系數可以建立多種分析方法：如瑞典分條法，畢肖普法，Morgenstern-Price 法，Sencer法，Janbu法及余推力法等。本次穩定性 分析計算采用瑞典條分法、畢肖普法和 Janbu 法。（ 2）穩定性分析計算中幾個問題的處理滑動面尋找方法：計算中采取了最優化尋優與現場實測滑面位置相結合辦

12、法尋找最大范圍可能的破壞區。裂縫面的處理：為了真實的反映其穩定狀況，在計算中需編制計算機軟件，它與滑動面搜索相配套，其特點是：）計算巖土條重量對分層計算，然后疊加；）凝聚力 c 和內摩擦角 按滑動面所在的巖土層位置而采用不同的數值。如圖 5 所示，計算條塊的寬度是以計算機軟件按地形狀況進行插值劃分，但條塊的寬度不大于滑弧半徑的 1/10 ，而且相鄰兩條塊的滑動面傾角之差不大于 8o 。圖 5 邊坡穩定計算圖式張裂縫的深度根據費森科方法確定：根據現場勘察結果，張裂深度很小，計算中垂直張裂取值為2m15m 。.3.2 基于 ANSYS 的有限元數值模擬分析Drucker-Prager 模型與強度折

13、減法Drucker-Prager 屈服條件又稱廣義的 Mises 屈服準則，它在Mises 屈服準則的基礎上考慮了靜水壓力的影響， 事實上， Drucker-Prager 屈服 條件是修正的 Coulumb 屈服條件，在主應力空間中 Drucker-Prager 屈服條件為一個圓錐體，而Coulumb 屈服條件為六面錐體。有限元強度折減法 （強度貯備安全系數法）基本原理是通過不斷降低巖土強度使有限元計算最終達到破壞狀態為止，強度降低的倍數就是強度折減安全系數。即將坡體抗剪強度指標粘聚力 c 和內摩擦角 值同時除以一個折減系數3,得到一組折減后的抗剪強度指標C、 值，取代了原抗剪強度指標c、 值

14、，然后作為新的材料參數輸入進行試算，直至計算不收斂或關鍵部位發生位移突變時坡體達到極限狀態發生剪切破壞。2）有限元數值模擬分析主要功能分析采用ANSYS, ANSYS有限元軟件包是一個多用途的有限元計算機設計程序，它包含了前處理、解題程序以及后處理。3）有限元用于邊坡穩定性分析的優點有限元考慮了介質的變形特征，真實的反映了邊坡的受力狀態。它可以模擬連續介質，也可以模擬不連續介質；能考慮邊坡沿軟弱結構面的破壞，也能分析邊坡的整體穩定破壞。邊坡穩定性綜合評價.5.1 允許安全系數的確定允許安全系數是我們在評價邊坡穩定性時的一項重要指標，它的確定取決于對各種影響因素的綜合考慮。允許安全系數在取值時主

15、要考慮了下列因素：1）勘探工作的控制程度、邊坡的實際暴露情況、基礎資料是否翔實、試驗方法的合理性、試驗所獲得參數的可靠性；（ 2）參數取值對安全儲備的考慮；3）穩定性計算對工程模型的簡化、處理及其計算方法所造成的可能誤差的估計；4）工程的服務年限、規模、邊坡的幾何形狀及其所處空間位置重要性，考慮失事后的危害及損失；5）邊坡周圍環境地質的影響；6）對影響安全系數的一些不確定因素的估計。充分考慮了上述各項因素之后，結合該邊坡的具體情況，確定該邊坡穩定性允許安全系數為：一級邊坡FS=1.50 ；二級邊坡FS=1.30。.5.2 該邊坡穩定性分級根據該邊坡穩定性現狀、場地工程地質條件及對邊坡穩定性要求

16、，并參考相關規范，將該邊坡穩定性分為五級。該邊坡穩定性分級見表2。.5.3 邊坡穩定性綜合評價經過邊坡穩定性分析計算，可對各區域邊坡穩定性做出綜合評價。例如 A 區綜合評價見表3 。邊坡穩定性評價結論及整治措施（1）安全等級為一級，邊坡穩定性狀態為整體穩定（ I級和n級）的區域，由于邊坡坡體受爆破震動影響嚴重，爆破松動區范圍大，建議對該區域的爆破松動區采用預應力錨索進行加固。（2）邊坡安全等級為一級，邊坡穩定性狀態為亞穩定（ 田級）。建議對建筑物基礎位置采用光面爆破技術爆破并下挖至公建基礎標高位置，采用架空層方式將標高恢復至原設計標高。（3）安全等級為二級，邊坡穩定性狀態為整體穩定（I級），目前坡 面存在著范圍較小局部松動塌落區，應及早地進行清理和加固處理，建議對該區域邊坡進行整形，并對爆破松動區采用預