5.6　邊坡穩(wěn)定性評價

邊坡穩(wěn)定性研究是一項(xiàng)難度較大、綜合性較強(qiáng)和涉及面較廣的研究工作。因此，對邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性評價是邊坡穩(wěn)定性研究的核心問題，也是邊坡設(shè)計的中心環(huán)節(jié)。

5.6.1　綜合評價

由于影響邊坡穩(wěn)定性的因素十分復(fù)雜，有些因素難于確切查清。因此，邊坡穩(wěn)定性計算的結(jié)果，只能近似地或定性地說明邊坡的穩(wěn)定狀況。為了使穩(wěn)定性評價盡可能接近實(shí)際情況，在評價時要注意以下幾個問題。

1）綜合評價邊坡的穩(wěn)定性

無論是邊坡穩(wěn)定性的定性評價還是定量計算，都有其使用上的局限性。定性評價不能給出量的概念，而定量評價又將邊坡邊界條件過多地簡化。為了全面評價邊坡的穩(wěn)定性，應(yīng)當(dāng)使定性和定量評價相配合、彼此驗(yàn)證。特別要充分研究邊坡的自然地質(zhì)因素，在此基礎(chǔ)上結(jié)合必要的穩(wěn)定性計算，然后再做出綜合評價。

2）詳細(xì)查明邊坡可能失穩(wěn)巖體的邊界條件和荷載條件

所有邊坡穩(wěn)定性評價方法（不論巖石或土）都是以明確的邊界條件和荷載條件為基礎(chǔ)的。詳細(xì)查明可能失穩(wěn)巖體的邊界條件和荷載條件是穩(wěn)定性評價前必不可少的工作，應(yīng)認(rèn)真仔細(xì)進(jìn)行。對邊界條件應(yīng)該注意查明邊坡可能失穩(wěn)巖體的范圍、幾何形態(tài)，可能滑面或組合滑面的形態(tài)、側(cè)限條件，邊坡巖體的物理力學(xué)特征和地下水活動特性等。對荷載條件，除巖體自重外，還應(yīng)特別注意工程荷載的作用。

3）計算單元劃分與地質(zhì)單元劃分的一致性及二向計算的缺點(diǎn)

常規(guī)的邊坡穩(wěn)定性計算都是在邊坡有代表性的地段切取計算剖面按平面問題進(jìn)行計算。許多事例表明：這種計算方法并不是完全合理的，往往不能反映邊坡的真實(shí)情況。例如：在計算剖面上不穩(wěn)定的巖體，由于側(cè)限條件的限制或邊坡地形的影響，實(shí)際上是穩(wěn)定的。因此，在進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性計算以前，應(yīng)當(dāng)首先分析研究邊坡的綜合自然條件，劃分出地質(zhì)單元體。一個地質(zhì)單元體，系指代表了一定邊界條件的一部分巖體。然后再考慮在該地質(zhì)單元體上作用的荷載，以地質(zhì)單元體為計算單元進(jìn)行三向穩(wěn)定性計算，或加以簡化后對該計算單元進(jìn)行二向計算。既注意首先劃分地質(zhì)單元體，又要注意地質(zhì)單元體和計算單元的一致性，并注意盡可能進(jìn)行三向計算，這是符合實(shí)際成果的基礎(chǔ)。

4）采用經(jīng)驗(yàn)類比法評價邊坡的穩(wěn)定性

由于自然條件復(fù)雜多變，不論怎樣精確的邊坡穩(wěn)定性計算，也很難完全反映實(shí)際情況。當(dāng)影響邊坡穩(wěn)定性的因素較難全面掌握，滑動帶（面）抗剪指標(biāo)不易確定時，盡量采用工程地質(zhì)類比法進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性評價。因此，應(yīng)對所研究邊坡自然條件的其他類似自然邊坡和工程邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行廣泛調(diào)查，分析其影響穩(wěn)定性的因素和失穩(wěn)巖體的邊界條件，從而類推研究邊坡的穩(wěn)定狀況。如果選取與類比的邊坡條件基本相似，則有一定的可比性，其穩(wěn)定程度可以借鑒。

5）除滑動外，其他變形破壞形式邊坡穩(wěn)定性的研究

對于邊坡滑動破壞的穩(wěn)定性驗(yàn)算方法，已有不少文獻(xiàn)可供參考。但邊坡的變形破壞除滑動外，還有其他形式，如崩塌、傾倒和蠕動等，對這些類型的邊坡破壞機(jī)制和穩(wěn)定性評價方法，目前研究的還不夠。如由蠕變產(chǎn)生的松動變形邊坡，松動巖石和完整巖石呈漸變過渡狀態(tài)，沒有明顯的界面和滑面，在外力作用下其破壞特點(diǎn)不是整體移動，而是由表及里的逐漸破壞。如何評價其穩(wěn)定性，目前尚缺乏完善可信的方法。

此外，對邊坡的幾何形狀、邊坡表面形態(tài)以及巖體的應(yīng)力狀態(tài)對邊坡穩(wěn)定性的影響，在綜合評價時也應(yīng)予以注意。

5.6.2　敏感性分析

在穩(wěn)定性計算中，安全系數(shù)是許多參數(shù)的函數(shù)。其中有一些參數(shù)是固有的，例如地震荷載系數(shù)、巖石的各種性質(zhì)的指標(biāo)等；另一些參數(shù)是可以控制的，稱為可變因素，例如水壓力、錨固力等。邊坡走向或坡度的改變對安全系數(shù)值也會引起很大影響。

敏感性分析是指在穩(wěn)定性計算中，輪流改變一個參數(shù)，而保持其他參數(shù)不變，研究安全系數(shù)對每個參數(shù)改變的變化率，安全系數(shù)的變化率反映出各個參數(shù)的重要性。敏感性分析目的之一就是確定一些最主要的可變因素，研究當(dāng)改變這些因素時，邊坡的安全狀況會發(fā)生什么改變，經(jīng)濟(jì)上會有什么結(jié)果?，F(xiàn)以平面型破壞為例，介紹敏感性分析的方法，即：

上式是已介紹過的平面型破壞安全系數(shù)計算式。當(dāng)研究某一可變因素的敏感性分析時，可在上式中改變該因素，而將其他參數(shù)固定，求出安全系數(shù)n與總坡角β的關(guān)系曲線。例如要研究地下水壓的敏感性時，設(shè)想3種條件：不疏干、部分疏干和完全疏干，進(jìn)行一系列計算，分別求出在每種情況下安全系數(shù)與總邊坡角的關(guān)系曲線，如圖5.43所示。

圖5.43　地下水位對邊坡穩(wěn)定性的影響

根據(jù)這些曲線可以看出：在安全系數(shù)采取某一數(shù)值時，各種疏干方案可能給出的邊坡角。對于露天礦邊坡，邊坡角的數(shù)值與剝離量有關(guān)，這樣可以從經(jīng)濟(jì)上比較疏干投資及維護(hù)管理費(fèi)用和因采取疏干措施而使邊坡角提高所能節(jié)省的費(fèi)用。經(jīng)過綜合的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較之后，即可采取最佳的疏干方案。

礦坑邊坡的走向是由礦體埋藏條件決定的，不可能有很大改變，但有時在個別區(qū)段，為了避開斷層面等不利影響，對采坑邊坡的幾何形狀做局部修改，把邊坡放在斷層的外側(cè)也是可能的。這種改變在經(jīng)濟(jì)上是否合理，也要通過敏感性分析確定。

如果對各種可變因素進(jìn)行逐一分析，并加以綜合比較，最終就能提出最佳的邊坡角和相應(yīng)的工程措施。

對某些固有因素，例如φ值，有時也需要進(jìn)行敏感性分析，其目的在于了解φ的敏感情況，以便確定適宜的試驗(yàn)計劃。如果φ不敏感，即使φ有較大變化時，也不會引起安全系數(shù)有多大的變化，則對于試樣的數(shù)量和試驗(yàn)方法不必提出過高的要求，甚至φ可以使用經(jīng)驗(yàn)數(shù)值。反之，如果φ很敏感，即φ有較小的變化也會使安全系數(shù)有較大的改變，從而取得顯著的經(jīng)濟(jì)效果，這時應(yīng)使制訂的試驗(yàn)計劃保證能取得較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)?；蛘咴跓o條件進(jìn)行更多的工作時，選用指標(biāo)應(yīng)持謹(jǐn)慎態(tài)度。

5.6.3　安全系數(shù)的選用

在邊坡穩(wěn)定性分析中，邊坡穩(wěn)定與否，常用安全系數(shù)表示。安全系數(shù)的定義為滑坡體上滑動面的抗滑力與下滑力之比。安全系數(shù)大于1，意味著邊坡是穩(wěn)定的；小于1則是不穩(wěn)定的；等于1時說明邊坡處于臨界狀態(tài)。

安全系數(shù)是穩(wěn)定性分析計算的結(jié)果，要獲得準(zhǔn)確的安全系數(shù)，首要的前提是取得有關(guān)構(gòu)造地質(zhì)、巖石力學(xué)性質(zhì)及地下水條件隨時間的變化等方面的可靠資料。但在處理工程問題時常遇到邊坡的實(shí)際狀況與安全系數(shù)的計算值不協(xié)調(diào)的情形。例如，有時按試驗(yàn)指標(biāo)計算的安全系數(shù)小于1，而邊坡尚處于穩(wěn)定狀態(tài)；設(shè)計時安全系數(shù)大于1的邊坡，隨后卻發(fā)生了破壞。而且不同的設(shè)計者按各自的經(jīng)驗(yàn)用不同的方法研究同一邊坡問題會出現(xiàn)差別。產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因涉及到許多方面，比如計算模型的采用、試驗(yàn)方法的選擇、測定數(shù)據(jù)的處理以及某些可變因素的確定等。因此，對待穩(wěn)定性計算決不能脫離上述各個因素的周密研究和合理確定，在形式上獲得某個大于1的安全系數(shù)就認(rèn)為問題已經(jīng)解決的想法，是不可靠的。因此，在穩(wěn)定性分析時，應(yīng)力圖使所用的方法和所做的判定更為合理，使安全系數(shù)的數(shù)值盡可能地反映定義所賦予的性質(zhì)。然而由于問題的復(fù)雜性和因素的多變性，很難全面和確切地掌握所需的各項(xiàng)資料和數(shù)據(jù)。為了使安全系數(shù)能真實(shí)地反映實(shí)際情況，還需要正確地估價安全系數(shù)的作用并加以有效地使用。

由于穩(wěn)定性計算中含有若干不確定性，為保證設(shè)計的邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，應(yīng)使計算的安全系數(shù)大于1，以使其具有一定的安全儲備，也就是要規(guī)定一個設(shè)計限值。各種工程中的邊坡，由于破壞后果不一，宜采用不同的限值。例如，對于大型水利水電工程和交通干線的邊坡，破壞后果比較嚴(yán)重，適宜采用較大的限值，一般定為1.5。對于露天礦邊坡來說，因?yàn)榈V山服務(wù)年限一般不會很長，且局部破壞是允許的，只要監(jiān)控工作做的好，危坡可及時發(fā)現(xiàn)和迅速得到處理或預(yù)先做好準(zhǔn)備，避免破壞發(fā)生時對人和設(shè)備的損傷。采用設(shè)計限值相對說來可以小些，一般采用1.1～1.3。在采礦場也可針對不同情況做些調(diào)整。例如，在出入口和破碎車間附近，采用的設(shè)計限值可較其他地段略為高些。對于服務(wù)年限很長和服務(wù)年限較短的邊坡也應(yīng)有所區(qū)別?？傊瑧?yīng)使設(shè)計限值的采用隨工程性質(zhì)的不同而具有相應(yīng)的差別。

由于影響邊坡穩(wěn)定性的各種因素的復(fù)雜性和多變性，以及人們對其認(rèn)識上的局限性，計算的安全系數(shù)只能從相對意義上看待其準(zhǔn)確性。因此，計算的結(jié)果有時與邊坡的實(shí)際穩(wěn)定狀況不符合是可能發(fā)生的。人們能否因此而否定邊坡穩(wěn)定性計算結(jié)果的科學(xué)涵義呢？當(dāng)然不能。因?yàn)槿魏握_的認(rèn)識就其接近客觀真實(shí)的程度來說都是相對的。穩(wěn)定性計算固然含有一些不確定性，但總是遵循科學(xué)的原理和依據(jù)實(shí)際的資料進(jìn)行的，只要人們不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，改進(jìn)工作方法，接近客觀實(shí)際的程度就會逐步提高。邊坡設(shè)計工作者的任務(wù)在于力求做好各項(xiàng)工作，通過計算結(jié)果的相對正確性來評價邊坡的穩(wěn)定性。在這里強(qiáng)調(diào)相對性是與其他領(lǐng)域較為可信的分析計算結(jié)果比較而言的，也是為了避免絕對化對待和依賴安全系數(shù)的計算結(jié)果，要求更多讀者從相對意義上來考慮和對待有關(guān)問題。