危险系数满格预测

5.6　边坡稳定性评价

边坡稳定性研究是一项难度较大、综合性较强和涉及面较广的研究工作。因此，对边坡进行稳定性评价是边坡稳定性研究的核心问题，也是边坡设计的中心环节。

5.6.1　综合评价

由于影响边坡稳定性的因素十分复杂，有些因素难于确切查清。因此，边坡稳定性计算的结果，只能近似地或定性地说明边坡的稳定状况。为了使稳定性评价尽可能接近实际情况，在评价时要注意以下几个问题。

1）综合评价边坡的稳定性

无论是边坡稳定性的定性评价还是定量计算，都有其使用上的局限性。定性评价不能给出量的概念，而定量评价又将边坡边界条件过多地简化。为了全面评价边坡的稳定性，应当使定性和定量评价相配合、彼此验证。特别要充分研究边坡的自然地质因素，在此基础上结合必要的稳定性计算，然后再做出综合评价。

2）详细查明边坡可能失稳岩体的边界条件和荷载条件

所有边坡稳定性评价方法（不论岩石或土）都是以明确的边界条件和荷载条件为基础的。详细查明可能失稳岩体的边界条件和荷载条件是稳定性评价前必不可少的工作，应认真仔细进行。对边界条件应该注意查明边坡可能失稳岩体的范围、几何形态，可能滑面或组合滑面的形态、侧限条件，边坡岩体的物理力学特征和地下水活动特性等。对荷载条件，除岩体自重外，还应特别注意工程荷载的作用。

3）计算单元划分与地质单元划分的一致性及二向计算的缺点

常规的边坡稳定性计算都是在边坡有代表性的地段切取计算剖面按平面问题进行计算。许多事例表明：这种计算方法并不是完全合理的，往往不能反映边坡的真实情况。例如：在计算剖面上不稳定的岩体，由于侧限条件的限制或边坡地形的影响，实际上是稳定的。因此，在进行边坡稳定性计算以前，应当首先分析研究边坡的综合自然条件，划分出地质单元体。一个地质单元体，系指代表了一定边界条件的一部分岩体。然后再考虑在该地质单元体上作用的荷载，以地质单元体为计算单元进行三向稳定性计算，或加以简化后对该计算单元进行二向计算。既注意首先划分地质单元体，又要注意地质单元体和计算单元的一致性，并注意尽可能进行三向计算，这是符合实际成果的基础。

4）采用经验类比法评价边坡的稳定性

由于自然条件复杂多变，不论怎样精确的边坡稳定性计算，也很难完全反映实际情况。当影响边坡稳定性的因素较难全面掌握，滑动带（面）抗剪指标不易确定时，尽量采用工程地质类比法进行边坡稳定性评价。因此，应对所研究边坡自然条件的其他类似自然边坡和工程边坡的稳定性进行广泛调查，分析其影响稳定性的因素和失稳岩体的边界条件，从而类推研究边坡的稳定状况。如果选取与类比的边坡条件基本相似，则有一定的可比性，其稳定程度可以借鉴。

5）除滑动外，其他变形破坏形式边坡稳定性的研究

对于边坡滑动破坏的稳定性验算方法，已有不少文献可供参考。但边坡的变形破坏除滑动外，还有其他形式，如崩塌、倾倒和蠕动等，对这些类型的边坡破坏机制和稳定性评价方法，目前研究的还不够。如由蠕变产生的松动变形边坡，松动岩石和完整岩石呈渐变过渡状态，没有明显的界面和滑面，在外力作用下其破坏特点不是整体移动，而是由表及里的逐渐破坏。如何评价其稳定性，目前尚缺乏完善可信的方法。

此外，对边坡的几何形状、边坡表面形态以及岩体的应力状态对边坡稳定性的影响，在综合评价时也应予以注意。

5.6.2　敏感性分析

在稳定性计算中，安全系数是许多参数的函数。其中有一些参数是固有的，例如地震荷载系数、岩石的各种性质的指标等；另一些参数是可以控制的，称为可变因素，例如水压力、锚固力等。边坡走向或坡度的改变对安全系数值也会引起很大影响。

敏感性分析是指在稳定性计算中，轮流改变一个参数，而保持其他参数不变，研究安全系数对每个参数改变的变化率，安全系数的变化率反映出各个参数的重要性。敏感性分析目的之一就是确定一些最主要的可变因素，研究当改变这些因素时，边坡的安全状况会发生什么改变，经济上会有什么结果。现以平面型破坏为例，介绍敏感性分析的方法，即：

上式是已介绍过的平面型破坏安全系数计算式。当研究某一可变因素的敏感性分析时，可在上式中改变该因素，而将其他参数固定，求出安全系数n与总坡角β的关系曲线。例如要研究地下水压的敏感性时，设想3种条件：不疏干、部分疏干和完全疏干，进行一系列计算，分别求出在每种情况下安全系数与总边坡角的关系曲线，如图5.43所示。

图5.43　地下水位对边坡稳定性的影响

根据这些曲线可以看出：在安全系数采取某一数值时，各种疏干方案可能给出的边坡角。对于露天矿边坡，边坡角的数值与剥离量有关，这样可以从经济上比较疏干投资及维护管理费用和因采取疏干措施而使边坡角提高所能节省的费用。经过综合的技术经济比较之后，即可采取最佳的疏干方案。

矿坑边坡的走向是由矿体埋藏条件决定的，不可能有很大改变，但有时在个别区段，为了避开断层面等不利影响，对采坑边坡的几何形状做局部修改，把边坡放在断层的外侧也是可能的。这种改变在经济上是否合理，也要通过敏感性分析确定。

如果对各种可变因素进行逐一分析，并加以综合比较，最终就能提出最佳的边坡角和相应的工程措施。

对某些固有因素，例如φ值，有时也需要进行敏感性分析，其目的在于了解φ的敏感情况，以便确定适宜的试验计划。如果φ不敏感，即使φ有较大变化时，也不会引起安全系数有多大的变化，则对于试样的数量和试验方法不必提出过高的要求，甚至φ可以使用经验数值。反之，如果φ很敏感，即φ有较小的变化也会使安全系数有较大的改变，从而取得显著的经济效果，这时应使制订的试验计划保证能取得较准确的数据。或者在无条件进行更多的工作时，选用指标应持谨慎态度。

5.6.3　安全系数的选用

在边坡稳定性分析中，边坡稳定与否，常用安全系数表示。安全系数的定义为滑坡体上滑动面的抗滑力与下滑力之比。安全系数大于1，意味着边坡是稳定的；小于1则是不稳定的；等于1时说明边坡处于临界状态。

安全系数是稳定性分析计算的结果，要获得准确的安全系数，首要的前提是取得有关构造地质、岩石力学性质及地下水条件随时间的变化等方面的可靠资料。但在处理工程问题时常遇到边坡的实际状况与安全系数的计算值不协调的情形。例如，有时按试验指标计算的安全系数小于1，而边坡尚处于稳定状态；设计时安全系数大于1的边坡，随后却发生了破坏。而且不同的设计者按各自的经验用不同的方法研究同一边坡问题会出现差别。产生这些现象的原因涉及到许多方面，比如计算模型的采用、试验方法的选择、测定数据的处理以及某些可变因素的确定等。因此，对待稳定性计算决不能脱离上述各个因素的周密研究和合理确定，在形式上获得某个大于1的安全系数就认为问题已经解决的想法，是不可靠的。因此，在稳定性分析时，应力图使所用的方法和所做的判定更为合理，使安全系数的数值尽可能地反映定义所赋予的性质。然而由于问题的复杂性和因素的多变性，很难全面和确切地掌握所需的各项资料和数据。为了使安全系数能真实地反映实际情况，还需要正确地估价安全系数的作用并加以有效地使用。

由于稳定性计算中含有若干不确定性，为保证设计的边坡处于稳定状态，应使计算的安全系数大于1，以使其具有一定的安全储备，也就是要规定一个设计限值。各种工程中的边坡，由于破坏后果不一，宜采用不同的限值。例如，对于大型水利水电工程和交通干线的边坡，破坏后果比较严重，适宜采用较大的限值，一般定为1.5。对于露天矿边坡来说，因为矿山服务年限一般不会很长，且局部破坏是允许的，只要监控工作做的好，危坡可及时发现和迅速得到处理或预先做好准备，避免破坏发生时对人和设备的损伤。采用设计限值相对说来可以小些，一般采用1.1～1.3。在采矿场也可针对不同情况做些调整。例如，在出入口和破碎车间附近，采用的设计限值可较其他地段略为高些。对于服务年限很长和服务年限较短的边坡也应有所区别。总之，应使设计限值的采用随工程性质的不同而具有相应的差别。

由于影响边坡稳定性的各种因素的复杂性和多变性，以及人们对其认识上的局限性，计算的安全系数只能从相对意义上看待其准确性。因此，计算的结果有时与边坡的实际稳定状况不符合是可能发生的。人们能否因此而否定边坡稳定性计算结果的科学涵义呢？当然不能。因为任何正确的认识就其接近客观真实的程度来说都是相对的。稳定性计算固然含有一些不确定性，但总是遵循科学的原理和依据实际的资料进行的，只要人们不断总结经验，改进工作方法，接近客观实际的程度就会逐步提高。边坡设计工作者的任务在于力求做好各项工作，通过计算结果的相对正确性来评价边坡的稳定性。在这里强调相对性是与其他领域较为可信的分析计算结果比较而言的，也是为了避免绝对化对待和依赖安全系数的计算结果，要求更多读者从相对意义上来考虑和对待有关问题。