专利名称：公路边坡稳定性分级评估方法
技术领域：
本发明属于边坡稳定性评估技术领域，更具体涉及一种公路边坡稳定性分级评估 方法，适用于山区高速公路路堑边坡的初步设计、详细设计和施工，利用公路项目的 选线阶段、初步勘察阶段和详细勘察阶段，收集常规的和必要的评估参数，基于分级 方法实现路堑边坡的稳定性评估，为公路设计和施工提供依据。
背景技术：
随着国家经济建设的快速发展，高速公路、铁路等大型基础设施建设的步伐进一 步加快，特别是我国的中西部地区。在我国的中西部山区，路堑边坡的稳定性问题是 道路建设过程中所面临的最突出问题之一。近年来，边坡失稳事故、隧道坍塌事故不 时地出现于报纸和网络媒体中。
在岩石力学与工程研究领域，国外的岩体分级方法主要有RMR分类、Q分类，其 应用的技术领域主要是为隧道支护提供技术依据。在国内，建委(1972)、东北工学院 (1984)、总参(1984)等均提出了相应的隧道岩体分级方法。在国内众多隧道围岩分级 方法的基础上，1995年，建设部发布了《工程岩体分级标准》(GB50218-94)，这部 标准是为"建立统一的评价工程岩体稳定性分级方法"而颁布的。
以上方法明显地针对隧道工程而建立的方法，虽然《工程岩体分级标准》中将其 应用对象扩展到所有的工程岩体。针对公路边坡，国内外均有一些相应的分级方法， 但大多数也来源于隧道围岩分级，是其在边坡工程中的扩展。例如，基于RMR分级的 扩展或修正分级方法多达几十种。
隧道工程与边坡工程的特点不同，在应力特征、破坏模式、影响因素等方面都存 在显著的差异。因此，由隧道围岩质量分级方法扩展而来的边坡稳定性分级方法都或 多或少地存在一些缺陷。公路边坡稳定性分级方法可以参照隧道围岩分级方法的一些 有益的参数获取手段，但应当建立独立的分级方法。
发明内容
本发明的目的是在于提供了一种公路边坡稳定性分级评估方法，参数获取方法简 捷、可行、易于操作，在公路建设的可行性阶段、初步设计阶段、详细设计阶段和施 工阶段，设计方、施工方都可以利用该发明来进行边坡稳定性评估，为边坡工程设计、 施工过程中的动态设计、边坡加固方案的变更提供技术依据。为了实现上述目的，本发明采用以下技术措施 一种公路边坡稳定性分级评估方法，依次包括下列步骤 第一步获取参数
1) .获取边坡几何特征参数
获取的边坡几何特征的七个参数，包括自然边坡面的倾向和倾角、坡顶裂缝的深 度、自然坡的高度、设计开挖坡面的倾向和倾角、开挖高度。自然边坡面的倾向和倾 角、坡顶裂缝的深度、自然坡的高度等四个参数由现场直接量测，或直接从地形图上 量取，设计开挖坡面的倾向和倾角、开挖高度等三个参数由设计文件确定。
2) .获取振动作用参数
获取的人工开挖方法与地震烈度两个振动作用参数。人工开挖方法参数在所列出 的开挖方法选项中直接选择，可勾选的选项包括自然/手工开挖、气锤开挖、预裂/ 光面爆破、传统爆破结果-好(爆破开挖面完整)、传统爆破结果-结构面张开(爆破开 挖坡面中结构面有张开现象)、传统爆破结果-块体脱落(爆破开挖坡面有块体松动脱 落)、传统爆破结果-岩块破裂(爆破开挖坡面可见较多的岩块破裂现象)、传统爆破结 果-岩块粉碎(爆破开挖坡面的岩块完全粉碎)，在设计阶段该参数根据设计要求进行 选择，在施工阶段该参数根据实现开挖方法进行选择。地震烈度参数也提供七个备选
项，包括i m 、 iv、 v、 vi 、 vn、 ix、 x，该参数可以由设计文件或相关资料直
接获取。
3) .获取岩块参数
获取岩石单轴抗压强度、岩石磨擦系数、岩石重度、风化程度等四个岩块参数。 岩石单轴抗压强度、岩石磨擦系数、岩石重度、风化程度等四个参数都属于公路勘察 阶段的必备试验资料和地质资料，通过査阅相应的公路工程勘察报告就能获取。
4) .获取结构面特征参数
获取结构面产状、结构面间距、结构面连通率、充填物磨擦角、充填物厚度、水 的软化作用等六个结构面特征参数。结构面产状包括倾向与倾角，采用地质罗盘直接 量测；结构面间距采用钢巻尺量测，测量记录单位为厘米，当边坡岩体的结构面间距 分布区域较大时，取最小结构面间距作为获取值；结构面连通率采用皮巻尺量测，在 现场任意选择一个结构面量测岩桥和开裂结构面长度，计算出开裂结构面长度在总长 度中所占的百分比作为获取值；充填物磨擦角有六个备选项，分别是无充填-表面风 化变色、非软化充填-粗糙、非软化充填-中等、非软化充填-光滑、软化充填-粗糙、 软化充填-中等、软化充填-光滑、断层泥(厚度〈起伏差)、断层泥(厚度〉起伏差)、流 体材料，根据现场调査现象，直接选择相匹配或近似的选项作为获取值；充填物厚度 有六个备选项，分别是无、极薄、薄、中厚、厚、极厚，根据现场调查现象，直接选 择相匹配或近似的选项作为获取值，可釆用钢巻尺直接量测作为获取值，测量记录单 位为毫米。水的软化作用不提供备选项，只提供参考值区域，由用户自行选定，也可 以不考虑该参数。在边坡开挖之前进行的稳定性评估，应在所评估的边坡体寻找和选择地质露头进 行参数获取，如果无法找到，也可以距所评估的边坡体的100米范围内选择地质露头; 在边坡开挖过程中进行的稳定性评估，可以在边坡开挖面直接进行参数获取。
第二步计算评价指标
计算岩体质量评价指标、结构面间距评价指标、结构面产状评价指标、开挖作用 评价指标、静水压力评价指标等六个评价指标及边坡稳定性指标SSQC值。
1) .计算岩体质量i p
将岩石单轴抗压强度K、岩石磨擦系数/、岩石重度为户、开挖坡高/ 、结构面
连通率为(l-"、充填物磨擦系数力、充填物厚度X、爆破开挖方法ME、地震作用 、 参数"=2.1等十个参数输入以下表达式
(1-幻=(1 —
计算岩体质量评价指标A ， 值无量纲。
2) .结构面产状及/5
将自然地形倾向、自然地形倾角々 、开挖地形倾向& 、开挖地形倾角A 、结 构面倾向、结构面倾角&等六个参数输入以下表达式 = arctan(cos(a" - a) tan A);
当A〈^P〈A时，及/s =—^rsin(AP —A);否则，及《=0。 计算结构面产状评价指标i^， i^值无量纲。
3) .结构面间距及^
将自然地形倾向""、结构面倾向",、结构面倾角A、结构面间距"S等四个参
数输入以下表达式
j尸=arctan(cos(a" — as)' tan A);
6当JP < —45 °时，= 0.5i p . (—0.9DS + 0.25);否则，及加=0 。
计算结构面间距评价指标i W， i ^值无量纲。
4) .开挖卸载作用^
将自然坡高、、开挖坡高/ 、自然地形倾角A、开挖地形倾角A等四个参数输 入以下表达式
i c = -0.2/z(cos々 - sin(/ ") tan(A)
计算开挖卸载作用评价指标凡，A值无量纲。
5) .静水压力作用i w
静水压力评价指标^采用权重方式取值。当坡顶无裂缝时，取0.0值；坡顶裂
缝深度小于3m时，取-0.5;坡顶裂缝深度在3m 5m之间时，取-1.0;坡顶裂缝深度 在5m 10m之间时，取-1.5;坡顶裂缝深度大于10m时，取-2. 0。 i^值无量纲。
6) .边坡稳定性指标SSQC
为了方便交流和使用，边坡稳定性指标可以采用其英文縮写形式SSQC(Sl叩e Stability Quantificational Classification index)来代替，用SSQC指标来代表
和表示本发明的边坡稳定性指标。将岩体质量评价指标i p 、结构面产状评价指标i ,,、
结构面间距评价指标及^、开挖卸载作用评价指标A、静水压力评价指标^等五个 指标输入以下表达式
计算边坡稳定性指标SSQC， SSQC值无量纲。 第三步划分边坡稳定性等级
依据SSQC值，对边坡稳定性进行稳定性等级划分。当SSQC小于0.5时，边坡稳 定性等级划分为V级，稳定性描述为很差，稳定性意义为幵挖后即可能失稳；当SSQC 在0.5 5.0之间时，边坡稳定性等级划分为IV级，稳定性描述为差，稳定性意义为 开挖后揭露一段时间可能失稳；当SSQC在5.0 10.0之间时，边坡稳定性等级划分 为m级，稳定性描述为一般，稳定性意义为边坡一般不会失稳；当SSQC在10. 0 15. 0 之间时，边坡稳定性等级划分为II级，稳定性描述为好，稳定性意义为在没有突发性 的很高的外力作用下，处于稳定性状态；当SSQC大于15时，边坡稳定性等级划分为 I级，稳定性描述为很好，稳定性意义为边坡稳定性不存在问题。
7本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果
1) .边坡稳定性的评价参数相当全面；
2) .评价参数之间的关系在简单权重分配方法的基础上，增加了一些更为合理的 量化关系，岩体质量评价指标及p 、结构面产状评价指标i^ 、结构面间距评价指标i ^ 、
开挖卸载作用评价指标^等量化指标的实现降低了分级方法对获取参数准确性的信
赖，增加了分级结果的稳定性和收敛性。单个或少量参数在获取过程中的误差在计算 过程中被不会引被放大，而是会趋于收敛；
3) .评价参数相互之间完全独立，有效地削除了由于因素重叠引起的稳定性评估 偏差；
4) .在计算方法上，本发明强调了边坡稳定性影响因素之间相互关系，影响因素 之间的不利组合才会引起边坡稳定性SSQC值的降低，单因素偏差对最终评价结果的 影响被最大限度地降低，有效地保证了本发明的可靠性和可重复性；
5) .绝大大部分参数的获取方法和手段都比较简捷，易于操作，方便于工程应用。 部分参数提供了多种可选择的获取方法和手段，在保证方法可重复性的基础上，增加 了方法应用的灵活性。
具体实施例方式
实施例1:
一种公路边坡稳定性分级评估方法，依次包括下列步骤 第一步获取参数
在公路边坡的选线勘察阶段、初步勘察阶段、详细勘察阶段及施工开挖过程中， 地质人员或相关工程技术人员通过现场地质调査、已有地质资料査阅等手段，填写边 坡稳定性分级方法输入表单(见表l)。获取的参数包括四个大项，分别为几何特征参 数、振动作用参数、岩块参数、结构面特征参数。断层泥哼度〈粗糙度)
断层泥脬度〉粗糙度)
流体材料
0.05
0.42 0.17
备注
1).获取边坡几何特征参数
岩石单轴抗压强度O",
未风化 1.00
强风化0.7
岩石磨擦系数义
微风化0.9
全风化0.5
岩石重度;k
弱风化0.8
结构面特征
结晶粒度结构/纹理岩性
结构面13=层理c二劈理J二节量1234说明
倾向C^.(度)考虑当地的降雨强 度、坡体的汇水面
倾角A.(度)积等特征，充填物 指标应下调 0.15 0.30
间距(DS)(cm )结构面连通率(l一(% )结构面基本条件
起始桩号
终止桩号
公路边坡稳定性分级输入表单(表1)
~公路边坡稳定性分级"SSQC
时间:
边坡编号:
岩性及描述-
地点:
自然边坡特征
开挖边坡特征
人工开挖(M E )
地震烈度(E I)
充填厚度&) 向选或测量)
(ra m )
充填物磨擦系
倾向"
倾角々
坡顶裂深 //fo )
自然坡高
倾角A
坡高/
岩块参数
(勾逸) 自然/手工 气锤开挖 预裂/光面爆破
传统爆破的结果: 好
结构面张开 块体脱落 岩块破裂 岩块粉碎
1.00
1.01 1.00
1.00
1.01 L02 1.04 1.07
岩块风化程度(勾选)
无充填^面风化变色 1.00
非软化和弱剪 切物，如大量 的粘土，云母 等
娱化彌剪切 物
0.95 0.90 0.85
.5 5
od
薄 厚 厚
无,薄中厚极
o o 1 3 6 1 o
o o o o o 1 2
I w V w训仅X
糙等滑i
粗中光
糙等滑
粗中光
9获取的边坡几何特征的七个参数，包括自然边坡面的倾向和倾角、坡顶裂缝的深 度、自然坡的高度、设计开挖坡面的倾向和倾角、开挖高度。自然边坡面的倾向和倾 角、坡顶裂缝的深度、自然坡的高度等四个参数由现场直接量测，或直接从设计基础 资料中的地形图上直接量取，设计开挖坡面的倾向和倾角、开挖高度等三个参数由设 计文件确定。需注意的是，自然地形几何特征参数是指边坡开挖之间的自然地形几何 特征，因此，所获取的自然地形的倾向必须与开挖面的倾向保证一致。
自然边坡几何参数的获取误差控制要求较低。角度误差在4或5或6。范围内， 高度误差在9或10或llm范围内，所引起的稳定性指标SSQC的变化幅度不会超过 0.2,对分级结果不会产生决定性的影响，因此是可重复的。设计开挖边坡的几何特征 参数是设计方设计确定的，不存在误差。
2) .获取振动作用参数
获取的人工开挖方法与地震烈度两个振动作用参数。人工开挖方法参数在所列出 的开挖方法选项中直接选择，可勾选的选项包括自然/手工开挖、气綞开挖、预裂/ 光面爆破、传统爆破结果-好、传统爆破结果-结构面张开、传统爆破结果-块体脱落、 传统爆破结果-岩块破裂、传统爆破结果-岩块粉碎，在设计阶段该参数根据设计要求 进行选择，在施工阶段该参数根据实现开挖方法进行选择。地震烈度参数也提供七个
备选项，包括i m 、 iv、 v、 vi 、 vn、仅、x，该参数可以由设计文件或相关资
料直接获取。
在设计阶段，人工开挖方法参数是设计人员确定的，不存在误差。当边坡一种开
挖方法引起稳定性指标SSQC的较大变化时，设计方人员可根据稳定性需求对开挖方
法提出更严格的设计要求。在施工阶段，当现场技术人员对传统爆破结果的直观定性 描述出现模棱两可，不易准确区别时，按边坡稳定性评估的一般原则，应选取其中的 较差的选项。因此，对于现场工程技术人员，该参数的指标获取也是可重复的。 地震烈度不存在误差。
3) .获取岩块参数
获取岩石单轴抗压强度、岩石磨擦系数、岩石重度、风化程度等四个岩块参数。 岩石单轴抗压强度、岩石磨擦系数、岩石重度、风化程度等四个参数都属于公路勘察 阶段的必备试验资料和地质资料，通过査阅相应的公路工程勘察报告就能获取。
岩块参数没有人为因素的影响，因此其参数获取是稳定性的，可重复的。
4) .获取结构面特征参数
获取结构面产状、结构面间距、结构面连通率、充填物磨擦角、充填物厚度、水 的软化作用等六个结构面特征参数。结构面产状包括倾向与倾角，采用地质罗盘直接
量测，结构面产状参数的测量点应不少于10组，当所有测量点的最大误差小于5。 时，取平均值作为获取值，当所有测量点的最大误差大于5°时，应增加测点个数， 剔除部分偏差较大的测点，剩余测点取平均值作为获取值；结构面间距采用钢巻尺量 测，测量记录单位为厘米，当边坡岩体的结构面间距分布区域较大时，取最小结构面间距作为获取值；结构面连通率采用皮巻尺量测，在现场任意抽取二至六个结构面量 测岩桥和开裂结构面长度，计算出开裂结构面长度在总长度中所占的百分比，将测量 值取平均值作为获取值；充填物磨擦角有六个备选项，分别是无充填-表面风化变色、 非软化充填-粗糙、非软化充填-中等、非软化充填-光滑、软化充填-粗糙、软化充填 -中等、软化充填-光滑、断层泥(厚度〈起伏差)、断层泥(厚度〉起伏差)、流体材料， 根据现场调查现象，直接选择相匹配或近似的选项作为获取值，如果现场无法经验性 地确定，可采样进行室内剪切试验，确定其参数值；充填物厚度有六个备选项，分别 是无、极薄、薄、中厚、厚、极厚，根据现场调査现象，直接选择相匹配或近似的选 项区间的最大值作为获取值，如果现场技术人员无法准确地进行经验定性确定取获取 值，应采用钢巻尺在多个观测直接量测作为获取值，测量记录单位为毫米， 一般情况 下，定性的获取不引起分级结果的波动，具备可重复性，但是，当充填物摩擦系数值 小于0.5时，不应采用定性方法获取，而应采用直接测量方法获取。水的软化作用不 提供备选项，只提供参考值区域，由用户自行选定，也可以不考虑该参数。
在边坡开挖之前进行的稳定性评估，应在所评估的边坡体寻找和选择地质露头进 行参数获取，如果无法找到，也可以距所评估的边坡体的100米范围内选择地质露头； 在边坡开挖过程中进行的稳定性评估，可以在边坡开挖面直接进行参数获取。
岩体结构面特征参数的专业性比较强，具备了基础和常识性的地质专业知识现场 技术人员均可实现岩体结构特征参数的准确获取，否则应进行相应的短期培训。
当边坡中存在多组结构面时，应逐次对每一组结构面进行参数获取。如果现场技 术人员有能力判定特定结构面边坡稳定性的影响很小时，可以经验地忽略此组非主要 结构面的参数获取。
第二步计算评价指标
计算的评价指标包括岩体质量评价指标、结构面间距评价指标、结构面产状评价 指标、开挖作用评价指标、静水压力评价指标和边坡稳定性指标。各指标计算方法如 下
1).计算岩体质量i^
将岩石单轴抗压强度q、岩石磨擦系数/;、岩石重度为/7、开挖坡高/2、结构面
连通率为(i-"、充填物磨擦系数y;.、充填物厚度x、爆破开挖方法7i/五、地震作用
￡/、参数"=2.1等十个参数输入以下表达式
i p = 、ax = 5"" + d i:2_/;(i — e-5") + (i - K)2[a —力),+力](i — e-5")
(l-iQ = (l-
11计算岩体质量评价指标^。
2) .结构面产状i^
将自然地形倾向a 、自然地形倾角/ 、开挖地形倾向& 、开挖地形倾角& 、结 构面倾向a,、结构面倾角A等六个参数输入以下表达式 爿P = arctan(cos(c^ _ a.、.). tan A);
当A〈^P〈A时，As =—Wp.sinG4P —A);否则，^s=0。 计算结构面产状评价指标i^
3) .结构面间距及^
将自然地形倾向a"、结构面倾向A、结构面倾角A、结构面间距DS等四个参
数输入以下表达式
JP = arctan(cos(a tan A);
当爿？<—45°时，i os =0.5i p.(-0.9DS+0.25);否则，i DS=0。 计算结构面间距评价指标i DS
4) .开挖卸载作用^
将自然坡高/2 、开挖坡高/ 、自然地形倾角A、开挖地形倾角A等四个参数输
入以下表达式
<formula>formula see original document page 12</formula>计算开挖卸载作用评价指标凡
5) .静水压力作用i^
静水压力评价指标&采用权重方式取值。当坡顶无裂缝时，取0.0值；坡顶裂
缝深度小于3m时，取-0.5;坡顶裂缝深度在3m 5m之间时，取-l. 0;坡顶裂缝深度 在5m 10m之间时，取-1.5;坡顶裂缝深度大于10m时，取-2.0。
表2静水压力评价指标权重分配表张裂缝深度0<33 55 10>10
0-0.5-l-L5-2
6).边坡稳定性指标SSQC
将岩体质量评价指标& 、结构面产状评价指标及/5 、结构面间距评价指标及w 、 开挖卸载作用评价指标& 、静水压力评价指标i w等五个指标输入以下表达式
计算边坡稳定性指标SSQC。
将上述评价指标和分级指标SSQC的计算表达式在EXEL程序进行编制，实现程序 化自动计算功能。编制内容包括计算表达式的实现、表达式判别的实现。然而，将输 入表单中所获取的参数逐项输入EXEL电子表格中，计算出评价指标和分级指标SSQC值。
第三步划分边坡稳定性等级
将第二步计算所得的SSQC值对照边坡稳定性分级表(表3)，确定SSQC值在边坡 稳定性分级表中所处的划分区间，划分与确定边坡的稳定性等级。当SSQC小于0.5 时，边坡稳定性等级划分为V级，稳定性描述为很差，稳定性意义为开挖后即可能失 稳；当SSQC在0.5 5.0之间时，边坡稳定性等级划分为IV级，稳定性描述为差，稳 定性意义为开挖后揭露一段时间可能失稳；当SSQC在5.0 10.0之间时，边坡稳定 性等级划分为in级，稳定性描述为一般，稳定性意义为边坡一般不会失稳；当SSQC
在io.o i5.o之间时，边坡稳定性等级划分为n级，稳定性描述为好，稳定性意义
为在没有突发性的很高的外力作用下，处于稳定性状态；当SSQC大于15时，边坡稳
定性等级划分为I级，稳定性描述为很好，稳定性意义为边坡稳定性不存在问题。
表3边坡稳定性分级表
SSQC<0.50.5 55 1010 15>15
等级号VIVIIIIII
稳定性描述很差差一般好很好
稳定性意义开挖后即可 能失稳开挖后揭露 一段时间可 能失稳边坡一般不 会失稳在没有突发性 的很高的外力 作用下，处于稳 定状态，边坡稳定性不 存在问题
另外，本方法的分级过程是对单组结构面的，如果边坡体中存在多组结构面，其 稳定分级应分别计算。边坡的最终稳定性级别为多组结构面计算值的最低值。
实施例2:
本发明在某高速公路边坡中已进行了成功的应用。该公路全线长度为220公里，路堑高边坡共计295个。采用本发明进行评估的边坡为295个，评估工作于2004年 进行。边坡稳定性分级评估结果显示，在295个高边坡中，I级边坡为3个，占总数 量的1%; n级边坡为73个，占总数量的25%; m级边坡为104个，占总数量的35%; IV级边坡为100个，占总数量的34%; V级边坡为15个，占总数量的5%。
工程边坡施工于2007年底结束。施工过程中，由于各种原因，失稳的边坡的总 数共计77处，其中，有2处滑坡属于II级边坡，占该类边坡总数量的3%;有14处 滑坡属于m级边坡，占该类边坡总数量的13%;有46处滑坡属于IV级边坡，占该类 边坡总数量的46%;有15处滑坡属于V级边坡，占该类边坡总数量的100%。该结果 显示，本发明在工程应用于具有很高的可靠性。以下列举其中的四个实例边坡。
K16+745 K16+890是指距所设计公路起始点16. 745公里和距所设计公路起始点 16.890公里的区间段。该段边坡的岩性为白垩系泥质粉砂岩，坡面风化严重，可见 弱风化岩块，层理化，用手锤轻击可裂。坡面多见砾岩崩积块石，块径多在1. 2 2. 0m 之间。结构面产状S227WZ72。自然坡面产状为230Z25,坡顶无裂缝。开挖坡面产 状为230Z62，坡高24m。开挖方法为传统爆破法，岩块破裂。地震烈度为IV。结构 面间距为35cm。结构面贯通率为100%。结构面为泥质充填，遇水易软化，充填厚度 为2mm。 SSQC分级的表单输入项如表4。
表4 SSQC分级的输入参数表
参数值参数值参数值参数值
岩块参数200y;0.7p (KN/m3)28
边坡几何特征230Z25H0230 Z62h24
振动作用ME1.04EI1
结构面特征227 Z 72DS35l一K100%X2
0.4
由于岩性为泥质粉砂岩，且冈L化严重，岩创s的强度较低。对表4参数进行输入计算得出岩体质量评价指标i p =0.19，表明该边坡结构面提供的最大剪切力很低，
抗剪强度也很差。评价指标A的取值与实际情况是相符合的。
该段边坡为倾层顺层边坡，且岩层厚度很大，不会产生倾倒破坏。由于开挖未切 断岩层，也不会产生顺层滑移。通过计算可知，As=0, i DS=0。计算结果表明，
结构面产状评价指标和结构面间评价指标与实际情况是相符合的。
在边坡岩体为软岩，且风化严重的情况下，将自然坡面为25°的边坡开挖成高 24m、坡度为62度的边坡，边坡开挖的卸荷作用将非常显著，边坡稳定性的下降也应
是很大的。通过计算可知，& =-1.6。对于工程开挖边坡而言，被开挖掉的岩体提
14供一定的支撑力来抵抗工程开挖边坡的下滑力，岩体的开挖意味着支撑力的消失。支 撑力的消失意味着工程开挖边坡的下滑力的增大。计算结果表明，下滑力的增加远大 于结构面所能承担的最大剪切力，边坡开挖可直接引起此边坡的失稳。
计算最终得出SSQC二一1.4，边坡稳定性等级为V级。在实际施工中，边坡在开
挖后降雨条件下产生失稳。分级结果与实际情况是相吻合的。
该段边坡的失稳是层面与另一组不太发育的节理面的组合滑移。结果表明，虽然
SSQC仅考虑一组最为发育的结构面作为岩体强度的评价指标，而未考虑相对不发育 的结构面，但是，分级结果仍然相当准确。这说明，SSQC分级体系仅考虑最发育结 构面为岩体强度的评价指标是可行的。实际上，岩体的剪切变形首先发生在抗剪强度 最差的结构面上，其对岩体强度的控制性和代表性也是最强的。 [K29+072 K29+192段边坡]
K29+072 K29+192是指距所设计公路起始点29. 072公里和距所设计公路起始点 29.192公里的区间段。该段边坡岩性为震旦系中厚层状白云质灰岩。岩层产状为 22Z88。自然坡体较陡，坡度为35度。边坡为反倾岩体，变形破坏模式为倾倒破坏。 岩层张开度较小，贯通性较弱。结构面无充填或少量硅质充填。SSQC分级的表单输 入项如表5。
表5 SSQC分级的输入参数表
参数值参数值参数值参数值
岩块参数250/1.19/ (KN/m3)28
边坡几何特征244 Z35H0230 Z60h34
振动作用ME1.04EI1
结构面特征22Z88DS151_K15%X0.1
力0.9
计算结果显示，岩体质量评价指标^。=16.0，结构面产状评价指标7^=0，结
构面间距评价指标i w = -0.35 ，开挖卸荷作用评价指标& = -1.7 ，静水压力作用评 价指标&=0。分级指标SSPC二14，边坡稳定性等级为II级。
^值大表明岩体的强度很高，及w值表明在ZW-15cm情况下陡反倾结构面的剪
切错位滑移对岩体的强度的影响较小。^值表明边坡岩体因开挖而消失的支撑力完
全可以由岩体的强度来承担，对边坡稳定性的影响不大。该段边坡在边坡开挖后稳定 性良好，与SSQC分级结果是相吻合的。
K55+249 K55+581是指距所设计公路起始点55. 249公里和距所设计公路起始点 55.581公里的区间段。该段边坡为奥陶系中厚层瘤状灰岩夹页岩。岩层产状为
1510Z22。自然坡体较平缓，坡度为22度。边坡类型为顺层岩质边坡，变形破坏模式 为顺层滑移。岩层张开度中等，贯通性较强。结构面无充填或少量泥质充填。SSQC 分级的表单输入项如表6。
表6 SSQC分级的输入参数表
参数值参数值参数值参数值
岩块参数1500.57p (固m3)28
边坡几何特征0Z20H00Z51h32
振动作用ME1.04EI1
结构面特征10Z22DS201一K60%X0.1
0.53
计算结果显示，结构面贯通性评价指标及p-4.6 ，结构面产状评价指标
7^=-0.14，结构面间距评价指标及^=0，开挖卸荷作用评价指标&=-2.1，静水
压力作用评价指标i^ =0 。分级指标SSPC=2. 3，边坡稳定性等级为IV级。
该段边坡在开挖后的一段时间内是稳定的。但由于未进行及时支护，边坡顶部产 生了一系列的张裂缝，裂缝最深处可达6m。在降雨条件下，页岩结构面和充填物进 一步软化。最后，边坡产生滑移。如果SSQC分级应用于边坡施工过程中的边坡稳定 性评估，考虑结构面软化和静水压力时，计算得出SSQC二0.4,边坡稳定性等级为V级。
K129+850 K129+902是指距所设计公路起始点129. 850公里和距所设计公路起 始点129.902公里的区间段。该段边坡为三叠系嘉陵江组灰岩、泥灰岩。岩层产状为 323Z40。自然坡体较平缓，坡度为30度。边坡类型为硬岩正交岩质边坡。岩层张开 度很小，贯通性很差。结构面无充填或少量泥质充填。SSQC分级的表单输入项如表7。
表7 SSQC分级的输入参数表
参数值参数值参数值参数值
岩块参数250/1.08(KN/m3)28
边坡几何特征236 Z30H0236Z61h24
振动作用ME1.04EI1
结构面特征323 Z40DS401—K5%1
《0.55 ，
计算结果显示，岩体质量评价指标及。=17.7，结构面产状评价指标及/5=0，结
构面间距评价指标及。，=0 ，开挖卸荷作用评价指标及￡ = -1.4 ，静水压力作用评价指 标i^ =0 。分级指标SSPC=16. 3,边坡稳定性等级为I级。
16在结构面不发育的情况下，A值大表明该边坡的岩体强度很高。结构面产状和
间距对边坡稳定性均不产生不利影响。开挖卸荷作用^对边坡稳定性的影响相对很 小。因此，边坡稳定性很好。SSQC分级结果与实际情况是相吻合的。
按照本发明的实施例1的获取参数、计算指标和划分等级等三个具体的实施步 骤，参照实施例2的操作实施过程，公路设计和施工领域的工程技术人员均可独立地、
无障碍地对公路边坡进行边坡稳定性分级评估，而且对于不同区域，对于不同工程技 术人员，本发明提供的分级方法是可以重复实现的。
权利要求
1、一种公路边坡稳定性分级评估方法，其步骤是第一步、获取参数首先获取边坡几何特征参数，包括自然边坡面的倾向和倾角、坡顶裂缝的深度、自然坡的高度、设计开挖坡面的倾向和倾角、开挖高度，自然边坡面的倾向和倾角、坡顶裂缝的深度、自然坡的高度四个参数由现场直接量测，或直接从地形图上量取，设计开挖坡面的倾向和倾角、开挖高度三个参数由设计文件确定；其次是获取振动作用参数，获取的人工开挖方法与地震烈度两个振动作用参数，人工开挖方法参数在所列出的开挖方法选项中直接选择，选项包括自然/手工开挖、气锤开挖、预裂/光面爆破、传统爆破结果-好、传统爆破结果-结构面张开、传统爆破结果-块体脱落、传统爆破结果-岩块破裂、传统爆破结果-岩块粉碎，在设计阶段该参数根据设计进行选择，在施工阶段该参数实现开挖方法进行选择，地震烈度参数提供七个选项，包括I～III、IV、V、VI、VII、IX、X，该参数由设计文件或直接获取；第三是获取岩块参数，获取岩石单轴抗压强度、岩石磨擦系数、岩石重度、风化程度四个岩块参数，岩石单轴抗压强度、岩石磨擦系数、岩石重度、风化程度四个参数都属于公路勘察阶段的必备试验资料和地质资料，通过查阅公路工程勘察报告就能获取；第四是获取结构面特征参数，获取结构面产状、结构面间距、结构面连通率、充填物磨擦角、充填物厚度、水的软化六个结构面特征参数，结构面产状包括倾向与倾角，采用地质罗盘直接量测；结构面间距采用钢卷尺量测，测量记录单位为厘米，边坡岩体的结构面间距分布区域时，取最小结构面间距作为获取值；结构面连通率采用皮卷尺量测，在现场选择一个结构面量测岩桥和开裂结构面长度，计算出开裂结构面长度在总长度中所占的百分比作为获取值；充填物磨擦角有六个选项，分别是无充填-表面风化变色、非软化充填-粗糙、非软化充填-中等、非软化充填-光滑、软化充填-粗糙、软化充填-中等、软化充填-光滑、断层泥、流体材料，现场调查，直接选择相匹配或选项为获取值；充填物厚度有六个选项，分别是无、极薄、薄、中厚、厚、极厚，现场调查，直接选择相匹配或选项为获取值，采用钢卷尺直接量测为获取值，测量记录单位为毫米，水的软化不提供选项，只提供参考值区域，由用户自行选定；第二步、计算评价指标，计算岩体质量评价指标、结构面间距评价指标、结构面产状评价指标、开挖作用评价指标、静水压力评价指标六个评价指标及边坡稳定性指标SSQC值，首先是计算岩体质量Rp，将岩石单轴抗压强度σt、岩石磨擦系数fi、岩石重度为ρ、开挖坡高h、结构面连通率为(1-k)、充填物磨擦系数fj、充填物厚度x、爆破开挖方法ME、地震作用EI、参数u＝2.1十个参数输入以下表达式Rp＝τmax＝σtKe-5uu+σnK2fi(1-e-5u)+σn(1-K)2[(fi-fj)e-x+fj](1-e-5u)，(1-K)＝(1-k)·ME·EI，σn＝ρ·h；其次是结构面产状RIS，将自然地形倾向αn、自然地形倾角βn、开挖地形倾向αc、开挖地形倾角βc、结构面倾向αs、结构面倾角βs六个参数输入以下表达式AP＝arctan(cos(αn-αs)·tanβs)；当βn＜AP＜βc时，RIS＝-Rp·sin(AP-βn)；否则，RIS＝0；第三是结构面间距RDS，将自然地形倾向αn、结构面倾向αs、结构面倾角βs、结构面间距DS四个参数输入以下表达式AP＝arctan(cos(αn-αs)·tanβs)；当AP＜-45°时，RDS＝0.5Rp·(-0.9DS+0.25)；否则，RDS＝0；第四是开挖卸载作用Rc，将自然坡高hn、开挖坡高h、自然地形倾角βn、开挖地形倾角βc四个参数输入以下表达式<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>R</mi> <mi>c</mi></msub><mo>=</mo><mo>-</mo><mn>0.2</mn><mi>h</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>cos</mi> <msub><mi>β</mi><mi>n</mi> </msub> <mo>-</mo> <mfrac><mrow> <mi>sin</mi> <mrow><mo>(</mo><msub> <mi>β</mi> <mi>n</mi></msub><mo>)</mo> </mrow></mrow><mrow> <mi>tan</mi> <mrow><mo>(</mo><msub> <mi>β</mi> <mi>c</mi></msub><mo>)</mo> </mrow></mrow> </mfrac> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mi>ρ</mi><mo>·</mo><msub> <mi>h</mi> <mi>n</mi></msub><mi>sin</mi><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>β</mi><mi>n</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>;</mo> </mrow>]]></math> id="icf0001" file="A2009100617140003C1.tif" wi="77" he="11" top= "146" left = "25" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>第五是静水压力作用Rw，静水压力评价指标Rw采用权重方式取值，坡顶无裂缝时，取0.0值；坡顶裂缝深度小于3m时，取-0.5；坡顶裂缝深度在3m～5m之间，取-1.0；坡顶裂缝深度在5m～10m之间时，取-1.5；坡顶裂缝深度大于10m，取-2.0；第六是边坡稳定性指标SSQC，将岩体质量评价指标Rp、结构面产状评价指标RIS、结构面间距评价指标RDS、开挖卸载作用评价指标Rc、静水压力评价指标Rw五个指标输入以下表达式SSQC＝Rp+RDS+RIS+Rc+Rw；第三步、划分边坡稳定性等级，依据SSQC值，对边坡稳定性进行稳定性等级划分，SSQC小于0.5时，边坡稳定性等级划分为V级，SSQC在0.5～5.0之间，边坡稳定性等级划分为IV级，SSQC在5.0～10.0之间，边坡稳定性等级划分为III级，SSQC在10.0～15.0之间，边坡稳定性等级划分为II级，SSQC大于15时，边坡稳定性等级划分为I。
全文摘要
本发明公开了一种公路边坡稳定性分级评估方法，其步骤是第一步获取参数，首先获取边坡几何特征参数；其次是获取振动作用参数，获取的人工开挖方法与地震烈度两个振动作用参数；第三是获取岩块参数；第四是获取结构面特征参数，获取结构面产状、结构面间距、结构面连通率、充填物磨擦角等；第二步评价、岩体质量、结构面间距、结构面产状、开挖作用、静水压力评价指标；第三步划分边坡稳定性等级，依据SSQC值，对边坡稳定性进行稳定性等级划分，SSQC大于15时，边坡稳定性等级划分为I。边坡稳定性的评价全面，方法简捷、可行、易于操作，评价参数相互之间完全独立，有效地削除了由于因素重叠引起的稳定性评估偏差。
文档编号E02D17/20GK101538861SQ20091006171
公开日2009年9月23日 申请日期2009年4月21日 优先权日2009年4月21日
发明者欢 刘, 刘才华, 张家铭, 张高潮, 李宗长, 强 沈, 肖国峰, 为 路, 陈从新 申请人:中国科学院武汉岩土力学研究所;湖北沪蓉西高速公路建设指挥部