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1、中国岩石石高边坡坡工程及及其研究究黄润秋1 概述述岩石高边边坡稳定定性问题题是我国国20世世纪700年代以以后出现现的最具具特色的的工程地地质问题题之一。这一问问题的出出现并呈呈现为强强烈的中中国特色色，完全全是由我我国独特特的地形形地质条条件和作作为一个个发展中中国家所所面临的的大规模模工程建建设所决决定的。尤其是是20世世纪800年代以以来，我我国经济济的高速速增长，极极大地刺刺激了资资源能源的的开发，交交通体系系的完善善和城镇镇的都市市化进程程，大型型工程活活动数量量之多、规模之之大、速速度之快快、波及及面之广广，举世世瞩目；毫无疑疑问，随随之在不不同领域域也带来来了众多多的高边边坡工程
2、程问题（表表1）。以西南南地区为为例，地地处青藏藏高原的的东侧，受受青藏高高原近百百万年来来持续隆隆升的影影响，在在青藏高高原与云云贵高原原和四川川盆地之之间形成成了总体体呈南北北走向的的巨大的的大陆地地形坡降降带，构构成我国国大陆地地形从西西向东急急剧骤降降的特点点；在此此过程中中，发育育于青藏藏高原的的长江（金金沙江）及及其主要要支流（雅雅聋江、大渡河河、岷江江）以及及雅鲁藏藏布江、澜沧江江、怒江江、大渡渡河等深深切成谷谷，从而而在这个个巨大的的大陆地地形坡降降带上形形成高山山峡谷的的地貌特特征，不不仅蕴藏藏了丰富富的水能能资源，同同时，也也构成高高陡边坡坡的基本本地貌景景观。而而这个地地
3、区修建建或拟建建的巨型型大型水水利水电电工程，边边坡高度度小则百百余米，大大则达330010000米, 加之之现代构构造活动动强烈,自然动动力地质质作用发发育, 因此此,岩石高高边坡通通常处于于复杂的的地质环环境并具具有复杂杂的地质质结构，构构成我国国大型水水电工程程建设中中的一个个关键工工程技术术难题无无疑, 对工程程修建的的可行性性决策起起到重要要的控制制作用, 并在在很大程程度上影影响着工工程建设设的投资资及运营营效益。因此，220世纪纪80年代代以来,人们清清醒的认认识到必必须加强强复杂岩岩体中高高陡边坡坡稳定性性的理论论研究，必必须加强强重大工工程边坡坡稳定性性的应用用研究。可以说说
4、，这一一问题的的复杂程程度和其其所具有有的挑战战性在全全世界范范围内也也是少见见的。在大规模模工程建建设中，岩岩石高边边坡，一一方面作作为工程程建（构构）筑物物的基本本环境，工工程建设设会在很很大程度度上打破破原有自自然边坡坡的平衡衡状态，使使边坡偏偏离甚至至远离平平衡状态态，控制制与管理理不当会会带来边边坡变形形与失稳稳，形成成边坡地地质灾害害；另一一方面，它它又构成成工程设设施的承承载体，工工程的荷荷载效应应可能会会影响和和改变它它的承载载条件和和承载环环境，从从而反过过来影响响岩石边边坡的稳稳定性。因此，岩岩石高边边坡的稳稳定问题题不仅涉涉及到工工程本身身的安全全，同时时也涉及及到整体体
5、环境的的安全；岩石高高边坡的的失稳破破坏不仅仅会直接接摧毁工工程建设设本身，而而且也会会通过环环境灾难难对工程程和人居居环境带带来间接接的影响响和灾害害。因此此，对岩岩石高边边坡稳定定性的研研究一直直是我国国20世世纪工程程地质学学领域的的热点和和难点科科学与工工程技术术问题。 表1 不同部部门岩石石工程高高边坡类类型及特特点建议高边边坡定义义一般高边边坡高度范围围边坡及边边坡工程程特点水电系统统1000m人工：1100-700mm自然：1100-10000m边坡高度度大，地地质结构构及环境境条件复复杂，工工程对边边坡质量量要求高高，常需需要保证证永久稳稳定。矿山系统统1000m 1100-5
6、000m边坡高度度大，地地质结构构较复杂杂,工程对对边坡质质量有一一定要求求, 但通通常考虑虑极限设设计.铁道系统统50人工：550-1150mm自然：1100-3000m边坡高度度一般较较大，地地质结构构及环境境条件复复杂，对对边坡质质量要求求高，但但通常要要求线路路快速通通过。公路系统统30mm人工：330-880m自然：330-1150mm边坡高度度一般较较小,地质结结构及环环境条件件相对简简单,对边坡坡质量要要求较高高。城建系统统15mm人工：115-550m自然：115-1100边坡高度度小,地质结结构及环环境条件件相对简简单,对边坡坡质量要要求高。2 认识识与回顾顾20世纪纪，我国
7、国岩石高高边坡理理论与实实践主要要是伴随随60-70年年代以来来西南地地区水电电开发、铁路建建设和金金川、抚抚顺等大大型露天天矿山开开采的需需求而发发展起来来的。其其中尤以以水电开开发所遇遇到的高高边坡问问题最为为突出、最为典典型，对对这一时时期我国国岩石高高边坡理理论和实实践发展展的推动动作用也也最大。表2列列出了220世纪纪我国大大型水电电工程勘勘测设计计与施工工中所遇遇到的典典型高边边坡实例例。表33 则简简单回顾顾总结了了20世世纪600年代以以来我国国岩石高高边坡工工程理论论与实践践发展的的总体历历程。表2 中中国水电电站建设设高边坡坡工程名称称边坡位置置坡高(米米)岩 性性存在的主
8、主问题龙羊峡泄水消能能区2000变质砂岩岩及花岗岗岩贯穿拉裂裂缝和缓缓倾角裂裂隙、虎虎丘山稳稳定、虎虎山坡雾雾化等天生桥二二级厂房后高高边坡180-3000砂页岩夹夹泥岩层状和裂裂隙岩体体高边坡坡天生桥一一级溢洪道120灰岩顺向、逆逆向构造造坡向家坝左岸马步步坎600砂、泥岩岩互层坡顶和深深部拉裂裂带溪洛渡左、右岸岸300玄武岩层间、层层内错动动带锦屏左岸350-6000大理岩、砂板岩岩深部拉裂裂漫湾左岸坝肩肩180微风化流流纹岩滑面加固固后继续续下挖大柳树左、右岸岸200砂板岩松动岩体体、深部拉拉裂隔河岩厂房190页岩上层页岩岩硬，下下层软苗家坝左、右岸岸220楔体变形形、深部拉拉裂五强溪大
9、坝左岸岸170砂岩、石石英岩层状结构构，蠕变变及顺岩岩层滑移移李家峡左,右岸岸坝肩厂厂房及泄泄水建筑筑220片岩、变变质岩混混合层间挤压压断层、NE的的裂隙发发育小浪底引水系统统进出口口120砂岩泥岩岩互层岩体软弱弱、断裂裂发育三峡左岸船闸闸170闪云斜长长花岗岩岩边坡高陡陡，断层层和节理理裂隙发发育小湾左、右岸岸700片麻岩,少量片片岩强卸荷，倾倾倒，楔楔形体，蠕蠕滑龙滩左岸进水水口260页岩,砂砂岩,板板岩蠕变体中中的开挖挖边坡拉西瓦坝区左岸岸700花岗岩深部拉裂裂和缓倾倾角裂隙隙60770年代代，伴随随我国西西南地区区水能资资源开发发序幕的的揭开，在在一些水水电工程程的前期期勘探过过程中
10、，开开始遇到到岩石高高边坡的的问题，如如四川的的龚嘴、二滩、贵州乌乌江渡、。除除了与一一般边坡坡类似的的特征和和问题外外，最为为引起工工程地质质学家注注意的是是这些边边坡所表表现出的的复杂变变形破坏坏现象，它它们都难难以用通通常静力力学观点点去认识识，尤其其是如何何解释滑滑动面的的形成过过程，这这些现象象从某种种程度上上蕴涵了了边坡的的变形破破坏机理理及其演演化过程程，而阐阐明这一一过程是是认识复复杂高边边坡稳定定性现状状并预测测其未来来变化的的重要基基础与前前提。这这个时期期，岩石石力学的的发展为为这个问问题的解解决提供供了理论论的源泉泉，它帮帮助工程程地质学学家认识识到了边边坡岩体体的“可
11、变形形性”、 变变形的“时效性性”和岩体体结构对对这种变变形乃至至最终破破坏可能能起到的的控制作作用，从从而开始始了对地地质灾害害的形成成演变进进行“地质过过程机制制分析”的时代代12。700年代中中后期的的金川露露天矿、抚顺西西露天采采的开采采引发的的高边坡坡变形与与失稳问问题更加加引起了了人们对对这一问问题的关关注334455。这这一阶段段主要的的研究的的是在大大量实际际工程研研究的基基础上，对对边坡变变形破坏坏机理进进行系统统深入的的机理分分析和模模式总结结。最为为突出的的理论贡贡献是地地应力对对边坡变变形破坏坏的引入入和变形形破坏基基本地质质力学模模式的提提出。但但受这一一时期理理论和
12、研研究手段段的限制制，人们们还无从从对这一一复杂过过程进行行力学量量化的描描述，更更多的还还是建立立在“概念模模型”基础上上的定性性分析。80年代代，工程程地质学学的发展展进入了了定性向向定量发发展的新新阶段，工工程地质质学及边边坡科学学研表3 岩石高高边坡工工程实践践与研究究发展历历程时期工程实践践主导学术术思想理论基础础及基本观观点分析技术典型高边边坡工程程及灾害滑滑坡事件件1965519800199001995520000 西西南西北地地区水电电工程建建设三线铁铁路建设设，露天天矿的开开发揭示示了一系系列具有有典型时时效过程程的大型型滑坡。地质过程程机制分析方法法，工程地质质力学工程地质
13、质学+弹塑性力力学+流变学概概念(可变形形性结构控控制非连连续流变介介质)解析分析析方法为为主瓦依昂滑滑坡(119633)龚嘴电站站边坡大渡河李李子坪滑滑坡雅砻江霸霸王山滑滑坡雅砻江金金龙山滑滑坡乌江黄崖崖边坡变变形金川露天天矿边坡坡 三三峡工程程库区库库岸稳定定性评价价黄河上上游一系系列大型型水电工工程(龙羊峡峡拉西瓦瓦李家峡峡等)坝区库库区高边边坡稳定定性评价价地质过程程机制分分析定量评评价工程地质质学+岩石力学学+ 现代数数理统计计和数值值模拟理理论(确定性性的分析析方法为为主)数值+物物理模拟拟盐池河岩岩崩(119800.6.3)鸡趴子滑滑坡(119822.7.17)撒勒山滑滑坡(11
14、9833.3.7)新滩滑坡坡(19985.6.112)中阳村滑滑坡(119888.1.10)溪口滑坡坡(19989.7.110)漫湾坝肩肩滑坡(19889.11.8)龙羊峡近近坝库岸岸高边坡坡拉西瓦坝坝区高边边坡李家峡库库坝区高高边坡 金沙沙江向家家坝溪洛渡渡，雅砻砻江锦屏屏官地，澜澜沧江小小湾，白白龙江苗苗家坝等等大型水水电工程程高边坡坡.系统工程程地质学学工程地质质系统集集成法现代工程程地质学学+系统科科学(强调系系统性强调过过程的模模拟再现现)过程模拟拟天生桥二二级水电电站高边边坡链子崖危危岩体治治理黄蜡石滑滑坡治理理黄土坡滑滑坡(119955.6.10)鸡冠岭滑滑坡(119944.4.
15、30)甘肃黄茨茨滑坡(19995.33) 三峡工工程船闸闸高边坡坡，链子子崖危岩岩体治理理，小湾湾、锦屏屏高边坡坡。系统工程程地质或或工程地地质系统统集成法法，基于于变形理理论的设设计系统工程程地质学学（含非非线性科科学）变变形过程程控制理理论(强调系系统的非非线性过过程演化化及过程程控制)过程模拟拟与过程程控制 三峡船船闸高边边坡链子崖危危岩体治治理，李家峡水水电站高高边坡 小湾高高边坡 锦屏水水电站高高边坡究进入了了蓬勃发发展的新新时期。一方面面，随着着计算机机技术的的迅速发发展和现现代力学学、现代代数值分分析理论论的进步步，模拟拟技术开开始广泛泛地应用用于地质质灾害分分析，尤尤其是机机制
16、分析析；针对对介质的的特点，先先后出现现了线弹弹性模拟拟、弹塑塑性模拟拟和考虑虑时间效效应的粘粘-弹-塑性模模拟66，后后期还出出现了准准大变形形和运动动过程的的离散单单元模拟拟，乃至至全过程程模拟等等。基于于相似理理论的物物理模拟拟技术也也得到了了相应的的发展。借助于于方法的的更新和和手段的的进步，人人们对地地质灾害害的认识识不再仅仅仅停留留于“概念模模型”阶段，而而是通过过模拟，把把“概念模模型”上升为为“理论模模型”，进一一步从内内部作用用过程(机制)上揭示示边坡地地质灾害害的发育育及滑动动面的形形成过程程，以及及这一过过程所反反映的边边坡稳定定性状况况和蕴涵涵的今后后的变化化信息，从从
17、而为复复杂边坡坡的稳定定性评价价及预测测提供了了重要的的理论方方法和工工具。这这一阶段段的发展展促使“地质过过程机制制分析”的学术术思想体体系上升升到了 “地质过过程机制制分析-定量评评价”的新阶阶段77。另一方面面，学科科之间的的相互渗渗透使许许多与现现代科学学有关的的一系列列理论方方法,如系统统论方法法、信息息论方法法、模糊糊数学、灰色理理论、数数量化理理论及现现代概率率统计等等被引入入边坡科科学研究究,从而大大大促进进了理论论的更新新和应用用研究及及决策水水平的提提高。但但所有这这些方法法，在描描述方法法上仍未未脱离传传统的线线性领域域范畴。90年代代，尤其其是三峡峡工程建建设和西西部开
18、发发的实施施，工程程建设的的需求极极大地推推动了我我国200世纪岩岩石高边边坡工程程理论与与实践的的发展。这一阶阶段有以以下三个个方面标标志性的的成就。一是从从80年年代末期期开始，系系统科学学的思想想被引入入复杂地地质过程程和高边边坡稳定定性研究究，人们们从系统统与系统统之间、系统内内部各子子系统之之间的信信息传递递上认识识到了复复杂高边边坡地质质体的稳稳定性及及其控制制机制和和可能的的控制途途径，从从而开始始了从认认识地质质体向适适应乃至至改造地地质体、从认识识边坡变变形破坏坏行为向向控制灾灾害发生生的过渡渡，诞生生了“系统工工程地质质学”和“工程地地质系统统集成”和“互馈作作用”等学术术
19、思想8910。另一一标志是是90年年代初，非非线性科科学被引引入到了了边坡灾灾害的研研究。人人们不仅仅通过一一般系统统科学认认识到了了复杂灾灾害系统统的物理理构成，而而且借助助于非线线性科学学，认识识到了系系统形成成与演变变的非线线形特性性，从而而跨越了了从线性性系统到到非线形形系统的的历史性性转变。它认为为地质灾灾害是由由一系列列非平衡衡不稳定定事件产产生空间间、时间间、功能能和结构构上的自自组织行行为，从从而导致致开放系系统远离离平衡态态的结果果，籍此此相继建建立了一一些初步步描述边边坡行为为的动力力学方程程，提出出了一些些基于突突变理论论、分形形理论及及非线性性动力学学理论的的预测模模型
20、111112。与此同时时，伴随随长江三三峡工程程船闸高高边坡、链子崖崖岩体高高边坡等等相继进进入治理理施工阶阶段，从从而在很很大程度度上推动动了我国国岩石高高边坡的的稳定性性控制和和监测技技术的方方法和技技术进步步，其标标志性成成果是大大吨位岩岩石锚固固工程的的开展13，114，我我国先后后在天生生桥水电电站二级级厂房后后高边坡坡、黄河河小浪底底进水口口高边坡坡、长江江三峡船船闸高边边坡、链链子崖危危岩体高高边坡等等应用大大吨位岩岩石锚固固对边坡坡实施了了成功的的加固处处理。3 岩石石高边坡坡变破坏坏机理研研究 岩岩石高边边坡变形形破坏机机理，是是岩石高高边坡稳稳定性评评价的重重要理论论基础，
21、同同时，也也是高边边坡变形形与稳定定性控制制的重要要依据。因此，变变形破坏坏机理研研究在岩岩石高边边坡工程程中一开开始就受受到高度度重视。20世世纪600700年代以以来，通通过西南南地区水水电建设设的前期期勘测工工作和诸诸如金川川露天矿矿等大型型露天矿矿工程实实践，这这一方面面最为重重要的理理论贡献献就是岩岩石边坡坡变形破破坏基本本地质力力学模型型的建立立和以此此为依据据的边坡坡机制分分类体系系的建立立1239155。除除了以上上文献所所描述的的这方面面的成果果外，还还有以下下一些特特殊的岩岩石高边边坡变形形破坏机机理被揭揭露。（1） 滑移-拉拉裂-剪剪断三段段式机理理所谓边坡坡变形-破坏的
22、的滑移-拉裂-剪断三三段式模模式是指指边坡的的变形破破坏具有有分三段段发育图1 滑移-拉裂-剪断三段式模式 的特征，即即下部沿沿近水平平或缓倾倾坡外（内内）结构构面蠕滑滑、后缘缘拉裂、中部锁锁段剪断断。这种种模式最最早揭露露于黄河河龙峡水水电站近近坝库岸岸河段，以以其中的的查纳、龙西等等大型滑滑坡为代代表116，后后来，在在黄河拉拉西瓦水水电站、湖北盐盐池河磷磷矿等地地又有发发现99，177，是是一种受受坡脚近近水平结结构面控控制边坡坡的经典典变形-破坏模模式，也也是我国国大型高高速滑坡坡发生的的一类主主要机理理模式。 可能产产生这类类变形破破坏模式式的边坡坡往往具具有以下下的地质质结构：（1
23、）坡坡体主体体由相对对均质的的脆性岩岩体或半半成岩体体构成，但但坡脚发发育近水水平或缓缓倾坡外外的结构构面；（22）以坚坚硬岩体体为主体体，但夹夹有相对对较薄的的软弱夹夹层构成成的互层层状边坡坡。这类边坡坡的变形形破坏机机制主要要表现在在以下的的阶段性性过程：（1）边边坡形成成过程中中，由于于坡体整整体的卸卸荷回弹弹变形，从从而驱动动边坡沿沿坡脚的的缓倾结结构面发发生回弹弹错动性性质的表表生改造造，并在在坡顶形形成拉张张应力区区，出现现后缘拉拉裂（图图1，处处于高地地应力区区的这类类边坡更更具发生生此种变变形的条条件）。（2）表表生改造造完成后后，坡体体在自重重应力的的长期持持续作用用和驱动动
24、下，沿沿缓倾角角结构面面发生持持续的蠕蠕滑变形形，并导导致坡体体后缘拉拉裂的向向下扩展展，从而而形成前前缘的蠕蠕滑段和和后缘的的拉裂段段。显然然，随着着蠕滑段段和拉裂裂段的发发展，它它们之间间的完整整岩体就就构成了了边坡变变形的“锁固段段”，坡体体的稳定定性将主主要由锁锁固段来来维系，锁锁固段的的应力也也将随着着蠕滑段段和拉裂裂段的发发展而逐逐渐的积积累。（33）当后后缘拉裂裂加深到到某一深深度时，“锁固段”的应力积累将使这部分岩体进入累进性破坏阶段，并最终剪断锁固段岩体，发生突发的脆性破坏。由于这种突发的脆性破坏伴有很大的峰、残强度差，因此，边坡岩体的位能将得以突发的释放，从而形成高速滑坡。
25、文献16提出根根据后缘缘拉裂的的发育深深度对该该类边坡坡的失稳稳破坏进进行预报报，并在在现场调调查统计计资料基基础上建建立了边边坡失稳稳的临界界拉裂深深度判据据： Hcrr=0.57663H 277.09992 （2） 阶梯状状蠕滑-拉裂机机理阶梯状蠕蠕滑-拉拉裂通常常见于受受平行边边坡陡、缓两组组结构面面控制的的高边坡坡中，是是一种与与平面滑滑动相近近的变形形破坏模模式。在在这种情情形下，缓缓裂通常常构成蠕蠕滑段，陡陡裂构成成拉裂段段，蠕滑滑面整体体呈陡-缓相接接的阶梯梯形或台台阶状。工程实实践表明明，这种种变形破破坏模式式通常出出现在坚坚硬块状状岩体或或厚层岩岩体构成成的边坡坡中，其其变形
26、的的发生往往往具有有从上至至下的特特点（也也可见到到从下至至上的），沿沿倾向坡坡外的中中-缓倾倾角结构构面蠕滑滑，并通通过陡裂裂逐级向向下传递递变形，形形成阶梯梯状蠕滑滑-拉裂裂形式，当当阶梯状状蠕滑面面的平均均倾角与与结构面面的残余余摩擦角角接近时时，特别别有利于于这种变变形的发发生。这种变形形破坏模模式在澜澜沧江小小湾水电电站、岷岷江紫坪坪铺水电电站和黄黄河拉西西瓦水电电站等高高边坡中中均可见见到99，155，其其中以澜澜沧江小小湾水电电站左岸岸山梁高高边坡最最为典型型。该高边边坡蠕滑滑-拉裂裂变形体体沿山梁梁呈近EEW向展展布，其其前缘高高程10010mm，后缘缘高程约约12880m，相
27、相对高差差约2770m，总体积积约9.2105 m3（图22）。图2 小小湾水电电站阶梯梯状蠕滑滑-拉裂裂变形模模式勘探所揭揭示的典典型变形形破裂现现象如图图2所示示：边坡坡蠕滑面面是多级级台阶式式的，根根据各平平硐揭露露的情况况，确定定边坡蠕蠕滑面为为一由多多条中-缓倾角角结构面面通过陡陡倾角结结构面连连通的折折线状面面(平均倾倾角约为为35)，其中中，缓倾倾角结构构面为蠕蠕滑段，陡陡倾角结结构面为为拉张段段。总体体上，蠕蠕滑面的的下段较较为平直直，局部部出现波波折，但但拉裂坎坎高度较较小。蠕蠕滑面的的上段由由三段缓缓倾角蠕蠕滑面和和两段拉拉裂坎构构成，第第一道拉拉裂坎即即PD666号平平硐
28、上游游支硐所所揭露的的拉裂带带，其高高度较小小，约为为5.00m；第第二道拉拉裂坎位位于4，5槽线之之间，由由PD882号平平硐所揭揭露，该该拉裂坎坎高度较较大，约约20.0m。变形体体的后缘缘边界是是PD882号平平硐的张张裂缝，该该裂缝与与地表的的张裂带带（约110m宽宽）对应应。边坡变形形破坏机机理可概概括为：沿缓倾倾角结构构面的剪剪切蠕滑滑变形通通过陡倾倾段的拉拉张变形形逐级向向下传递递，从而而形成一一具有阶阶梯状蠕蠕滑面形形态的高高边坡蠕蠕滑-拉裂变变形体。（3）倾倾倒变形形倾倒变形形（tooppllingg）通常常是指走走向与坡坡面近于于平行的的陡倾层层状岩体体发生的的向坡外外的弯
29、曲曲变形（也也称弯曲曲-拉裂裂、弯曲曲-倾倒倒等）1，33，4，55，文文献99,177等曾曾给出了了这种变变形机理理的演化化模式和和发生条条件。而而这里的的压缩-倾倒则则主要指指的是：具有下下伏软弱弱基座的的高陡边边坡，下下部软层层在上覆覆岩体的的长期压压缩作用用下，产产生非均均匀的压压缩变形形（坡面面最大，向向坡内逐逐渐减小小），从从而致使使坡体遭遭受倾覆覆力矩的的作用，导导致坡体体整体向向外倾倒倒，并在在坡体后后缘形成成具有很很大贯穿穿深度的的后缘拉拉裂或沿沿坡体内内倾向坡坡外的结结构面发发生剪胀胀错动-拉裂。这种变变形现象象最早揭揭露于乌乌江渡的的黄崖（张张倬元等等称之为为塑流-拉裂，
30、119811），后后来在岷岷江紫坪坪铺、澜澜沧江小小湾、乌乌江索风风营、金金沙江虎虎跳峡以以及西南南地区具具有此类类地质结结构条件件的边坡坡工程中中都有发发现和揭揭露。图3 索风营水电站2号危岩体进一步，这这种变形形模式根根据边坡坡内部结结构的不不同，相相应的变变形表现现形式不不同可分分为两种种类型，即即压缩-倾倒-拉裂型型和压缩缩-倾倒倒-剪胀胀错动型型。（1） 压缩-倾倾倒-拉拉裂型这种变形形模式以以乌江渡渡水电站站黄崖高高边坡、乌江索索风营水水电站右右岸2号号危岩体体为代表表（图33）。其其典型的的特征是是边坡岩岩体整体体性较好好，压缩缩-倾倒倒变形发发生后，边边坡整体体倾倒，从从而在后
31、后缘沿平平行边坡坡的结构构面拉裂裂，形成成统一的的后缘深深部拉裂裂缝。当当软层缓缓倾向坡坡外时，后后缘拉裂裂与软层层之间可可能形成成“锁固段段”，这时时边坡变变形破坏坏的进一一步发展展可能转转为前述述的三段段式模式式，其破破坏的结结果形成成高速滑滑坡；当当软弱基基座近水水平或倾倾向坡内内时，后后缘拉裂裂的扩展展可能直直达软层层，形成成高边坡坡危岩体体，边坡坡具有整整体倾倒倒破坏的的可能。（2） 压缩-倾倾倒-错错动剪胀胀型图4 小湾水电站8号梁左砂系统高边坡这种变形形模式以以岷江紫紫坪铺、澜沧江江小湾、金沙江江虎跳峡峡等水电电站工程程的高边边坡为代代表。其其典型的的特征是是反倾坡坡内的层层状岩
32、体体边坡发发育有一一组走向向与坡面面平行、倾向坡坡外的结结构面，压压缩-倾倾倒变形形发生后后，边坡坡整体倾倾倒的同同时，带带动坡体体内的这这组结构构面产生生剪胀变变形，表表现为向向坡外的的拉张和和顺结构构面的错错动，形形成一种种特殊的的变形结结构。由由于这组组结构面面在边坡坡内通常常表现为为有限长长度或被被层间的的软层所所夹持或或限制，因因此，这这种变形形结构在在边坡内内通常不不形成贯贯通的面面或显著著的后缘缘拉裂面面，而是是表现为为分散的的“卸荷裂裂隙”形式，其其发育深深度取决决于边坡坡的倾倒倒变形程程度。一般情况况下，边边坡的开开挖会诱诱导这种种变形的的继续发发展，但但通常具具有继承承性，
33、即即沿原有有的“卸荷裂裂隙”产生进进一步的的错动变变形调整整（图44）。在在边坡开开挖过程程中，这这种变形形机理反反映在边边坡的表表观位移移或内观观位移上上一般都都有一个个随时间间（开挖挖）的持持续增长长过程，变变形量和和速率都都可能较较大（地地表最大大变形可可达100余厘米米）；但但由于这这组变形形结构的的非贯通通性，因因此，通通常在开开挖结束束后，变变形也就就随之很很快减缓缓或停止止了，岷岷江紫坪坪铺、澜澜沧江小小湾都是是这种情情形。除除非坡体体内具有有较为显显著的、连通率率较高的的倾向坡坡外结构构面，否否则，这这种变围围，向坡坡内逐渐渐减小；从范围围上看，一一般在220-330m的的范围
34、之之内。（4）高高应力-强卸荷荷深部破破裂机理理近十年来来，在西西南地区区大型水水电工程程高边坡坡的地质质勘探过过程中，常常常揭露露边坡具具有深部部卸荷，并并伴随深深部张裂裂的现象象，即除除了边坡坡浅表部部发育的的正常卸卸荷带（一一般060mm）外，在在坡体的的深部（一一般水平平距岸坡坡1200-2000m深深度）还还发育有有深部的的卸荷带带，表现现为典型型的深部部张裂。这种现现象最早早在雅砻砻江锦屏屏水电站站普斯罗罗沟坝址址和金沙沙江向家家坝水电电站马布布坎高边边坡被揭揭露）155，188，199，并并引起重重视和研研究。类类似的深深部张裂裂现象后后来在白白龙江苗苗家坝水水电站、澜沧江江小湾
35、水水电站、糯扎渡渡水电站站等又有有揭露。大量的勘勘探实践践和研究究资料表表明，深深部张裂裂带的发发育具有有多种复复杂的机机理，包包括本文文中所提提到的几几种模式式中实际际上也包包含了深深部张裂裂带的成成分。但但作为强强裂卸荷荷原因而而引发的的这种深深部卸荷荷及其所所伴随的的深部张张裂现象象有以下下三个强强烈的背背景：一一是高地地应力（现现实边坡坡内部的的水平或或近水平平应力通通常在115Mppa以上上，河谷谷下切释释放前应应该更高高），这这种高地地应力是是驱动边边坡发生生强烈回回弹变形形的内在在动力；二是边边坡深部部存在有有利于应应力释放放的结构构面（平平行或与与边坡小小角度斜斜交的近近直立或
36、或倾坡外外的断层层或长大大裂隙）， 这是深部卸荷和张裂带形成的边坡结构基础；三是河流的快速下切，这是导致边坡内在应力快速释放的外部条件20。典型的高高应力-强卸荷荷深部张张裂以雅雅砻江锦锦屏水电电站普斯斯罗沟坝坝址左岸岸反倾边边坡最为为典型。主要表表现为除除浅表部部的正常常卸荷裂裂隙外，还还发育有有一系列列深部裂裂缝,这这些深部部裂缝的的分布特特征、成成因机制制对高边边坡和坝坝肩岩体体稳定性性有重大大影响. 近十年年的研究究表明：锦屏水水电站普普斯罗沟沟左岸高高边坡所所发育的的一套深深部裂缝缝体系，实实际上是是在坝区区特定高高地应力力环境条条件下，伴伴随河谷谷快速下下切过程程中，坡坡体应力力强
37、烈释释放，而而沿坡体体内原有有的构造造结构面面（小断断层和长长大裂隙隙）卸荷荷拉裂的的产物。4 高边边坡稳定定性评价价在高边坡坡稳定性性评价方方面，比比较一般般的边坡坡稳稳定定性而言言，首先先是在认认识上所所取得的的进步：（1）首首先，人人们认识识到了高高边坡作作为一类类特殊的的地质体体，正确确认识其其变形破破坏机理理对稳定定性评价价的重要要意义。岩石高高边坡的的稳定性性不是静静止的，而而是一个个动态演演化的地地质历史史过程，这这个过程程就是伴伴随时效效变形的的发生，边边坡潜在在滑动面面不断的的孕育、发展演演化，最最终进入入累进性性破坏而而贯穿的的过程。查明这这一过程程和所发发生的内内部作用用
38、机理，是是岩石高高边坡稳稳定性和和适宜性性评价的的基础21。（2）岩岩石高边边坡稳定定性受复复杂岩体体结构的的控制，基基于均匀匀介质的的传统土土力学稳稳定性评评价方法法用于这这类边坡坡的稳定定性评价价与控制制分析是是不妥当当的。因因此，在在高边坡坡稳定性性研究过过程中，要要特别重重视对岩岩体结构构特征的的研究，重重视岩体体结构对对变形破破坏机理理模型的的控制，重重视岩体体结构与与潜在滑滑动面关关系的分分析。（3）岩岩石高边边坡稳定定性的评评价不仅仅是一个个强度稳稳定性问问题，也也是一个个变形稳稳定性问问题，不不同的发发展演化化发展阶阶段，对对应了岩岩石高边边坡所处处的不同同稳定性性状态。在岩石
39、石高边坡坡的稳定定性评价价中要贯贯彻变形形稳定性性评价的的思想。 对对于特定定的边坡坡地质体体，其总总存在一一个临界界破坏的的最大变变形量，这这个变形形量代表表了边坡坡最大的的承担变变形的能能力，因因此，也也是高边边坡的安安全控制制与预警警标准制制定的基基础。随随着二维维和三维维数值模模拟技术术的发展展，人们们可以在在边坡监监测数据据的帮助助下，通通过较为为准确的的模拟建建立边坡坡变形的的数值模模型，从从而对这这个最大大变形量量做出估估计。而而监测技技术的发发展已经经可以对对边坡的的表面和和内部变变形做出出全方位位的监测测，从而而给出不不同阶段段边坡变变形安全全度。（4）岩岩石高边边坡稳定定性
40、的控控制，关关键在于于控制变变形。从从变形破破坏演化化的历史史分析，边边坡是通通过变形形的发展展逐渐累累计内部部的“损伤”，并向向潜在滑滑动面转转移，随随着“损伤”在潜在在滑动面面的积累累，潜在在滑动面面逐渐孕孕育、发发展并最最终形成成边坡的的控制性性破坏面面。因此此，在特特定阶段段，边坡坡的变形形控制住住了，不不具备进进一步发发展的条条件了，潜潜在滑动动面的演演化就会会在“孕育”或者“发展”阶段结结束，而而进入不不了最终终的累进进性破坏坏阶段。 在具体体分析评评价方法法方面，主主要有以以下及方方面突出出的成果果：（1）数数值模拟拟技术在在高边坡坡稳定性性评价中中得到了了广泛深深入的应应用22
41、1，222，223。一方面面数值模模拟技术术本身的的发展为为高边坡坡变形与与强度稳稳定性分分析提供供了强有有力的工工具，三三维数值值模拟技技术得到到了广泛泛的应用用。随着着计算机机技术的的发展，以以有限单单元法为为基础的的数值模模拟技术术在900年代中中期突破破了计算算机内存存和算法法上的限限制，使使得开展展适用于于高边坡坡稳定性性分析的的大规模模科学计计算 成成为可能能。到上上个世纪纪末，在在高挡微微机上已已经可以以解决十十万个节节点以内内的大型型数值计计算和数数值模拟拟问题。目前，随随着并行行计算技技术的发发展，正正在向数数十百百万个节节点的计计算问题题迈进。另一方面面，各种种更适合合于岩
42、体体计算的的数值模模拟方法法自200世纪880年代代以来得得到极大大的发展展244，首首先是刚刚性离散散单元法法（DEEM, Disstinnct Eleemennt MMethhod）的的提出，使使得节理理岩体模模拟这种种更接近近于块体体运动的的过程模模拟成为为可能，实实现了岩岩体数值值模拟技技术一次次质的飞飞跃。紧紧接着， DDAA(Diiscoontiinouus ddefoormaatioon AAnallysiis, 石根华华,Gooodmman ,19989)，NMMM (Nuumerricaal Mannifoold Metthodd, 石石根华, 19995年年)相继继提出，它
43、它适用于于不连续续介质的的大变形形问题分分析，从而实实现了岩岩石块体体的移动动、转动动、张开开、闭合合等全过过程的模模拟，据据此可判判断出岩岩体的破破坏程度度、破坏坏范围，从从而对岩岩体的整整体和局局部的稳稳定性作作出正确确的评价价。在数数值模拟拟技术方方面另一一标志性性成就是是FLAAC(FFastt Laagraangiion Anaalyssis of Conntinnue，PPACunndall1，119966)方法法的提出出。这种种方法可可以考虑虑材料的的非线性性和几何何学上的的非线性性，采用用混和离离散化法法使塑性性破坏和和塑性流流动得到到体现；并采用用显式时时间差分分解析法法，大
44、大大提高了了运算速速度；适适用于求求解非线线性大变变形，但但节点的的位移连连续，本本质上仍仍属于求求解连续续介质范范畴的方方法225。对应用数数值模拟拟技术的的另一方方面的促促进是人人们在认认识岩体体变形破破坏本质质和本构构关系描描述方面面取得了了长足的的进展。自700800年代弹弹塑性、断裂、流变问问题提出出以来，990年年年代关于于损伤分分析、流流变损损伤耦合合分析、渗流损伤耦耦合分析析得到了了岩石力力学和工工程地质质学家的的重视26，227，228，并并开始应应用于诸诸如三峡峡船闸高高边坡等等工程的的分析。总之，人人们对地地质体力力学行为为的描述述与刻画画正越来来越接近近于客观观实际，尽
45、尽管这方方面还有有很长的的路要走走。（2）边边坡系统统非线性性动力学学分析。20世世纪900年代，随随着非线线性科学学的兴起起，这一一研究复复杂系统统的理论论在许多多领域迅迅速得到到应用，这这也促使使人们思思考边坡坡系统的的非线性性行为，并并开始了了这一新新理论在在工程地地质学领领域的应应用。这这一期间间，许多多作者在在这一方方面做了了很好的的开创性性工作11，112，229，330，331，建建立了诸诸多从描描述边坡坡变形、滑动面面发展直直到突变变失稳的的非线性性模型。典型的的成果包包括岩石石边坡滑滑动面累累进性破破坏过程程的自组组织临界界过程描描述，从从而从理理论上很很好的刻刻画了岩岩石边
46、坡坡滑动面面的形成成和破坏坏机理，也也依此建建立了基基于自组组织临界界的滑动动面扩展展损伤判判据和失失稳前兆兆识别判判据。依依据非线线性科学学的协同同理论、突变理理论，建建立了边边坡失稳稳预报的的协同预预测模型型和针对对不同类类型边坡坡的多种种突变理理论预报报模型。但总的的来看，虽虽然我们们在应用用非线性性科学理理论理解解边坡的的失稳过过程和建建立预报报判据方方面取得得了显著著的进展展，但由由于客观观地质体体的复杂杂性和理理论模型型的局限限性，非非线性理理论的应应用还是是一个值值得进一一步探索索的领域域。（3）岩岩石高边边坡的动动力响应应分析。高边坡坡的动力力响应是是高地震震烈度区区一个必必须引起起重视的的问题。关于这这方面最最早的研研究见于于文献32，他们们的后续续成果建建立了边边坡块体体运动的的动力微微分方程程，讨论论了动力力稳定的的评价原原则333，334。文献35通过动动力有限限元发现现岩石边边坡的地地震动力力系数并并不随坡坡高增高高而单调调增大，当当坡高约约1000m时，坡坡顶动力力放大系系数达到到最大值值；坡高高超过1100mm动力系系数反而而有所降降低。119911年长江江科学院院采用有有限单元元法研究究了三峡峡船闸高高边坡的的地震动动力稳定