岩质边坡失稳模式识别与治理技术研究

随着山区交通、水利、能源等基础设施建设的快速推进，岩质边坡工程数量大幅增加，随之而来的边坡失稳与地质灾害问题也日益突出。统计表明，滑坡、崩塌、岩体剥落等边坡失稳灾害已成为威胁山区工程安全与人民生命财产的重要因素。岩质边坡稳定性受地质结构、地形地貌、岩体结构面发育特征以及外界环境影响的共同作用，其失稳模式具有多样性与复杂性，常呈现出不同类型或复合型破坏特征。面对复杂多变的失稳机制，传统的经验判别方法和单一治理手段往往难以应对，迫切需要依托现代技术手段，深入开展失稳模式识别与针对性治理技术研究。推动理论与工程实践结合，是提升岩质边坡安全水平和降低灾害发生率的有效途径。

一、岩质边坡失稳模式分类与特征分析

（一）岩质边坡失稳基本机制

岩质边坡失稳主要源于地质结构、岩体物理力学特性、地形条件与外界因素的共同作用。节理裂隙、断层破碎带等地质构造削弱了岩体的整体强度，形成潜在的滑移面。坡度、坡高与坡面形态决定了重力分布和剪切应力水平，尤其当坡度大于45°、边坡高度超过20 米时，重力与外界扰动共同作用下，极易发生滑移、崩塌等失稳现象[1]。此外，强降雨、地震、开挖卸荷及爆破作业均是重要诱发因素，能够降低岩体强度或改变原有的应力平衡，导致不同类型的边坡失稳灾害发生。

（二）常见失稳模式分类

岩质边坡失稳模式具有多样性和复杂性，常见类型包括：一是块体滑移模式，典型于节理裂隙发育的岩体边坡，沿单一结构面或软弱带发生剥落或滑移，滑移判别需考虑结构面倾角、岩体摩擦角及黏聚力参数；二是楔形体滑移模式，由两组或多组结构面交汇形成楔形块体，在剪切力作用下整体滑移，几何条件决定滑动方向与临界状态；三是弯曲剥落模式，多出现在层理面走向与坡面平行的软弱岩体，岩层前缘因张裂缝发展，最终沿层面剥落，破坏隐蔽性强、范围大；四是塌落与崩塌模式，立陡或超陡边坡因顶部松散岩体、结构面劣化或风化作用，形成不稳定块体，重力作用下迅速塌落，易产生次生灾害；五是复合型失稳模式，多种失稳类型叠加联动，尤其在地质条件复杂的大型边坡中表现突出，破坏过程具有不可预测性，治理难度大。

（三）典型案例分析

例如，某山区公路岩质边坡，灰岩层状结构明显，节理裂隙发育，结合三维地质建模与现场调查，发现局部存在楔形滑移与顶部崩塌联合失稳模式，结构面组合角度接近滑移极限，需采取综合治理措施。贵州某矿区采空区边坡，高度超过 50 米，因采空区影响形成复合结构面，现场监测显示存在弯曲剥落与块体滑移共存现象，治理过程中采用加密锚索、分级卸荷与面层加固，有效提升稳定性。云贵高原铁路边坡，层理面与坡面倾向一致，强降雨后大面积弯曲剥落，剥落带宽度达 8 米，通过布设柔性防护网与排水减压系统，显著改善了边坡稳定状况。

二、岩质边坡失稳模式识别方法研究

（一）传统识别方法概述

岩质边坡失稳模式的传统识别方法，主要依赖于基础地质调查、结构面测绘与现场经验分析。常用手段包括使用罗盘仪对坡体节理面、层理面及断层的产状（走向与倾角）进行系统性测定，通过极射投影图分析各组结构面空间组合关系，判断可能存在的滑移面、楔形体或不稳定块体的分布与方向。这种方法操作简便，仪器设备投入少，适用于普通公路、铁路沿线以及矿区小型边坡的初步稳定性分析。然而在实际工程中，尤其面对高陡边坡、结构面隐蔽性强、软弱带发育或岩体结构复杂的地段，仅依靠传统调查手段往往难以全面掌握潜在失稳模式。例如，在云南某山区铁路边坡项目中，传统调查仅识别出表层节理滑移模式，但后续降雨诱发的深部剥落与崩塌证明该方法存在局限，需结合现代技术进行补充验证。

（二）现代多源信息融合技术

随着信息技术的发展，多源信息融合已成为岩质边坡失稳模式识别的有效手段，极大提高了复杂边坡分析的效率与准确性[2]。激光雷达（LiDAR）能够快速获取高密度三维点云数据，数据分辨率一般为每平方米 200～500 点，精准反映坡面形态、裂缝发展及结构面空间分布特征。无人机倾斜摄影结合数字表面模型（DSM），可高效重建复杂地貌，尤其适用于高陡、难以接近的边坡区域，避免人工勘测风险。地质雷达（GPR）利用高频电磁波探测地下结构，探测深度可达 5～10 米，适合识别软弱夹层、隐伏断裂及风化破碎带。遥感监测依托卫星或无人机影像，结合时间序列分析，掌握坡体变形趋势与裂缝扩展速率。以贵州某高速公路边坡为例，通过 LiDAR 点云数据与地质雷达探测相结合，准确识别出深部软弱带与楔形结构，配合遥感变形监测，全面掌握了潜在失稳区的位置与范围，避免了传统调查遗漏隐患，为后续治理设计提供了可靠依据。

（三）数值模拟在模式识别中的作用

数值模拟技术是现代岩质边坡失稳模式识别的重要补充手段，能够直观再现坡体在不同荷载、地下水渗流及结构面组合影响下的变形与破坏过程。常用软件如 FLAC3D、UDEC、3DEC，分别基于有限差分法或离散元法，适用于不同规模与类型的边坡稳定性分析。通过现场调查与试验获取岩体弹性模量、泊松比、密度、摩擦角及黏聚力等参数，结合结构面几何信息，建立真实三维模型，分析潜在失稳模式与变形机制。模拟过程中，还可考虑地下水渗流、降雨入渗、卸荷效应等因素，提高分析的全面性与动态预测能力。四川某矿区边坡治理项目中，利用FLAC3D 模拟结果显示坡体内部沿层理面存在潜在弯曲剥落区，变形集中区与实际监测数据吻合，验证了模拟的可靠性。基于模拟分析成果，项目制定了锚索加固、坡面喷混与坡脚排水联合措施，有效提升了边坡整体稳定性与灾害防控水平。

（四）失稳模式综合识别流程构建

针对岩质边坡结构复杂、失稳机制多样的特点，需构建系统、科学、动态高效的失稳模式综合识别流程。首先，采用激光扫描与无人机航测，获取坡面高精度三维地形、裂隙分布及结构面参数，全面掌握地质结构特征与潜在变形部位。其次，结合传统地质调查，布设地质雷达探测线路，精准识别软弱夹层、隐伏破碎带、断层破碎带等深部不稳定结构，补充地下信息盲区[3]。随后，基于上述多源信息，应用数值模拟技术模拟边坡变形破坏全过程，动态分析潜在滑移面位置、变形模式与破坏机制，准确识别主控结构与高风险区域，预测变形发展趋势。最后，布设 GNSS、光纤传感器与变形监测系统，实时获取边坡变形、裂缝扩展与应力变化数据，结合智能分析平台，动态修正失稳模式识别结果，形成集信息获取、数据分析、模拟预测与实时监测反馈为一体的闭环智能识别体系，确保风险预警及时可靠。以重庆某山区公路边坡为例，项目采用多源信息融合与数值模拟技术，准确识别出复合型楔形滑移与顶部崩塌联动模式，结合高频动态监测及时发现异常变形趋势，成功避免了潜在失稳事故的发生，保障了交通安全与工程稳定。

三、岩质边坡失稳治理技术与应用研究

（一）治理技术分类及适用性分析

针对不同类型的岩质边坡失稳模式，需因地制宜，科学选择合理的治理措施，确保治理效果与经济性相统一。挡护结构如重力式挡墙、框架梁、抗滑桩，主要用于控制滑移类失稳，特别适用于坡脚稳定性差、存在滑带或滑移面清晰的边坡。设计时需根据边坡坡高、地基条件及岩体力学参数，合理确定结构尺寸与埋深，其中抗滑桩常用直径为 1. 0～2.5 米，桩长一般深入稳定层 5～10 米，布置间距根据滑移面深度与分布情况确定。加固锚固技术广泛应用于改善岩体整体性，提升抗剪强度，常见钢绞线锚索规格为 φ15.24 毫米，长度 10～25 米，设计拉力 150～300 千牛，配合喷射混凝土施工，喷层厚度控制在 8～12 厘米，有效抑制表层剥落与岩体松动。排水减压措施通过水平孔、盲沟、渗沟系统，降低孔隙水压力与软弱带含水量，常规排水孔径为 Φ50～100 毫米，布置间距一般为 2～4 米。地表防护与植被恢复适用于缓坡、风化层发育区，防止浅层侵蚀、雨水入渗与剥落破坏。柔性防护系统如 SNS 主动网、拦石带等，具备良好的变形适应性与能量吸收能力，广泛应用于高陡、危岩发育的边坡，有效控制滚石、崩塌等灾害。

（二）针对不同失稳模式的治理对策

不同类型的失稳模式需采取针对性的综合治理措施，避免盲目施工带来的资源浪费或治理失效。块体滑移模式边坡常通过锚杆加固、喷射混凝土与局部挡护结构相结合，有效提升岩体整体性，抑制节理裂缝扩展与不稳定岩块剥落风险，适用于节理发育、裂隙明显的中小型边坡 [4]。楔形体滑移边坡宜优先布置抗滑桩联合深层锚索系统，通过深入稳定层的支护结构增强坡体整体抗滑能力，控制滑移面沿结构面发展，广泛应用于大型岩质边坡、交通沿线与库区高陡边坡治理。弯曲剥落模式边坡治理以坡面整体加固为主，结合喷射混凝土面层、张拉锚索及局部加密锚杆，抑制层理面剥落变形及前缘张裂缝扩展，避免大面积岩层剥落。崩塌模式治理主要采用主动柔性防护系统、拦石带与钢筋混凝土防护廊道等措施，拦截滚石、碎块与崩塌物，降低二次灾害发生概率。复合型失稳模式治理需综合分析主控结构、失稳机制与地质条件，灵活组合加固、挡护、防护与排水技术，分区分类治理，动态调整方案，确保坡体整体稳定性与治理效果。

（三）智能监测预警技术辅助治理

在边坡治理全过程中，智能监测与预警技术是保障施工安全与动态调整治理措施的关键。通过部署 GNSS 卫星定位系统、光纤应变传感设备、地表裂缝计与高清视频监控系统，实时获取边坡水平位移、垂直沉降、裂缝发展及内部应力变化数据，形成多维度监测网络[5]。监测系统通过智能分析平台，实现数据自动采集、趋势判别、变形速率分析与分级预警，及时识别潜在失稳征兆，有效提升边坡变形监测效率与灾害防控水平。一旦监测数据超出预警阈值或出现异常趋势，系统可自动发出警报，管理人员可第一时间启动应急响应与治理措施优化，防止灾害扩展，保障人员安全、交通畅通与重要基础设施的稳定运行。

（四）典型工程应用案例

例如，某高速公路岩质边坡治理工程中，坡体结构复杂，节理裂缝发育明显，存在楔形滑移与危岩崩塌双重隐患。治理方案采用直径 1.5 米抗滑桩、20 米预应力锚索、坡面喷射混凝土与SNS 主动防护网联合防护体系，形成多层次加固结构。治理完成后，坡体最大水平变形量控制在5 毫米以内，边坡整体稳定性大幅提升，确保公路正常安全运行。云南水电站库区大型岩质边坡治理中，针对高陡坡面、软弱夹层发育及地下水渗流影响，布设多级抗滑桩、锚索群、坡面排水系统与截水沟，治理完成后，边坡稳定性系数由不足 1.1 提升至 1.35，连续多年监测数据显示坡体整体变形微小，结构稳定，未发现异常位移或裂缝扩展。西南山区铁路岩质边坡治理过程中，结合激光扫描、无人机航测与 GNSS 实时监测系统，全面掌握坡体三维变形动态，辅以柔性防护网、加固锚索、排水措施等，形成智能化、动态化综合治理体系，确保铁路沿线边坡长期稳定、运行安全，减少地质灾害风险。

总结：岩质边坡结构复杂、失稳机制多样，准确识别失稳模式并采取针对性治理措施是保障山区交通、水利、能源等工程安全的关键。本文结合多源信息技术、数值模拟分析与智能监测手段，系统总结了常见的边坡失稳模式及识别方法，提出了适用于不同失稳类型的综合治理技术。研究表明，融合激光扫描、无人机航测、地质雷达与实时监测，能有效提高复杂边坡失稳模式的识别效率与准确性。通过因地制宜的加固、防护与排水治理措施，结合智能监测预警系统，能显著提升边坡整体稳定性，降低地质灾害风险，具有重要的工程应用价值与推广意义。

参考文献

[1] 马磊 . 陡 - 缓倾组合节理岩质边坡稳定性分析 [J]. 山西交通科技 ,2024,(06):53- 56.

[2] 赵培清 , 刘昌松 . 多台阶岩质边坡破坏机理及加固技术 [J]. 城市建设理论研究 ( 电子版 ),2024,(15):130- 132.

[3] 韩杰 , 吴炜骏 . 城市道路岩质高边坡失稳机理分析及加固措施研究 [J]. 交通科技与管理 ,2024,5(02):72- 74.

[4] 王润清 , 陈从新 , 郑允 , 等 . 考虑变形协调的地震作用下反倾岩质边坡弯曲倾倒稳定性分析方法 [J]. 岩石力学与工程学报 ,2024,43(01):146- 156.

[5] 张锁柱 . 基于多点位移监测数据融合的高陡岩质边坡失稳预警研究 [J]. 矿产与地质 ,2023,37(06):1291- 1295.