边坡失稳模式的判断方法

在边坡工程中，岩体被断层、结构面纵横切割，形成看似杂乱无章的块体，如果不是富有经验的地质工程师，很难完全凭已有工程经验对边坡的失稳模式做出正确的判断，对边坡的安全性做出可靠的评估。因此，需要用数学的方法，几何的方法作为手段，对边坡的地质信息进行处理，为地质工程师提供可靠的判断依据。目前在水利水电工程中，对边坡失稳的破坏形式判断常用的有两种方法:一种是石根华的块体理论；另一种是中国水利水电科学研究院研制的YCW程序，两种方法都是以赤平投影为基础，通过几何图形分析，对边坡的失稳破坏形式做出判断，对边坡的安全性予以评估。

在岩质边坡中，岩体的失稳与破坏主要受岩体内部结构面的控制，结构面相互之间的空间分布位置、组合关系、结构面的物理力学性质、自然边坡或边坡开挖面的走向等，对边坡稳定性产生至关重要的影响。由于在地质发展历史上经历了多次不同方向的构造作用，在岩体内结构面的形成具有较明显的方向性，不同方向的结构面规模不同，结构面形态和物理特性不同。根据不同的结构面规模，地质上将结构面分为三种:一类结构面是指软弱夹层以及断层破碎带；二类结构面是地层层面；三类结构面是指岩体的节理。对岩体结构影响最大的是断层、软弱夹层等一类结构面，其次二类结构面和三类结构面。但在岩体结构中，结构面的规模并不是影响岩体结构稳定性的决定性因素，边坡工程中的坡面开挖方向，地下洞室的洞线走向布置，都会使矛盾相互转化，次要因素变为主要因素，影响岩体工程的整体或局部稳定性。

岩体结构是由结构面及其所包围的岩块共同组成的，谷振德所著的《岩体工程地质力学基础》，根据岩体结构概念，将自然界岩体划分成不同的结构类型，如表6-1所示，不同的结构类型具有不同的力学介质模型，不同的力学物理特征。

表6-1　岩体结构类型及其相应的力学介质模型

岩体结构的复杂性、多样性以及赋存环境的差异及边坡开挖的走向，决定了其失稳模式是多种多样的，不同的学者对将岩质边坡失稳模式归纳为不同的分类方法。(www.xing528.com)

尽管不同的学者对岩质边坡归纳了多种失稳模式，但在工程中常见的主要是平面滑动、楔形体破坏和倾倒破坏三种破坏模式。只有对边坡的可能破坏模式有了正确判断，才能对边坡的稳定性有整体的把握。地质工程师对边坡可能的破坏形态有了充分认知，是一个好的边坡设计前提，才能有针对性的采取工程加固措施，可以节省工程投资，确保边坡施工的安全和水电站的运行安全。

由于岩体曾经过历史上多次地质构造作用，呈现在工程地质人员面前的边坡断层、结构面显得比较零乱，岩体被结构面切割，形成看似杂乱无章的结构块体，因而需要用数学方法和几何方法作为工具，对边坡的地质信息进行计算机处理，为判断边坡失稳破坏形式提供可靠的判据。

目前在水电工程中，对边坡失稳的破坏形式判断常用的有两种方法:一种是石根华的块体理论，其最早起源于对硐室稳定性研究，后被广泛应用于边坡工程中；另一种是中国水利水电科学研究院研制的YCW程序，YCW方法最早见于香港土木工程署手工绘制赤平投影图。两种方法都是以赤平投影为基础。

赤平投影是表示几何要素点、线、面或空间矢量等角距关系的平面投影，它是利用球面作为投影工具。首先，是通过球心作赤道平面，然后将空间平面射线平移，使之通过球心，并与球面相交得球面交线或交点；其次，再以球状体的下端或上端向球面交线或交点发出射线，射线与赤道平面相交的轨迹，是该平面或射线的赤平投影。

YCW是赤平投影点法，块体理论则采用赤平投影大圆作图法，但都是通过几何图形分析，对边坡的失稳破坏形式做出判断，对边坡的安全性予以评估。块体理论具有完备的理论体系，完美的表达方式和强大的图形功能。而YCW方法简单，几何意义明确易懂、使用方便。作者编制了Windows版的边坡失稳破坏模式判断程序YCW，同时在学习和应用块体理论的过程中有所感悟，本章试图通过图形和典型实例，对两种方法的在水电工程边坡工程中边坡的应用范围、使用方便程度及优缺点进行比较。