顺层岩质边坡结构面确定机理研究

一、顺层岩质边坡结构面形成的地质背景

（一）沉积环境与岩层结构的协同演化

顺层岩质边坡多形成于层状沉积岩地区，其结构面与沉积面基本平行。在岩层形成初期，地质环境的沉积特征决定了岩层的分层结构，结构面在这一过程中与层理面共同演化，表现为连续性好、产状一致性强的特征。沉积物质的粒径、成分和水动力条件影响岩层的节理发育方向及密度，而不同岩性之间的接触面往往构成天然弱面。沉积作用稳定的地质时期更有利于形成规则的层状结构，进而为后期的结构面形成奠定基础。结构面作为层间弱面，易成为滑移面的潜在位置，因此其生成机制与沉积作用密切相关。岩层间夹层和泥质互层等变化因素又进一步增强了结构面的不连续性与复杂性。

（二）构造应力对结构面的影响机制

区域地质构造运动对顺层岩质边坡结构面的位置和取向具有重要影响。在构造应力作用下，原本水平或倾斜的岩层可能发生褶皱、断裂，从而导致结构面的变形与再分布。尤其是在褶皱构造显著的地区，层理面受到挤压或张拉作用形成次级节理或断层结构，这些新生面有时也会沿层理展布，继承性地构成滑动面。构造变形过程中的差异应力导致部分结构面张开或闭合，其空间位置因此发生调整。岩层中的脆性破裂特征增强了结构面的可识别性，但同时也增加了勘察难度。构造应力与岩性、层间关系共同作用下，使结构面形成了多级、多向组合的复杂状态。

（三）风化作用与结构面显现特征

地表风化是影响结构面显现的重要因素，尤其是在浅层岩体中表现显著。物理风化通过温差作用使岩层表面产生剥离和膨胀裂缝，这些裂缝往往沿结构面扩展，加速结构面的暴露。化学风化则通过矿物反应使结构面处的胶结物质溶蚀，形成松散结构，从而使结构面更加明显。风化深度与结构面延续性存在显著相关性，在强风化带内结构面多呈张开状态，便于识别，但其实际承载力与原始状态存在较大差异。结构面受风化作用的影响往往呈非均质化分布，增加了确定其连续性和稳定性的复杂度。风化与地形、降水和温度等自然因素共同决定了结构面在实际边坡中的显现程度和识别难度。

二、结构面识别与确定的关键技术路径

（一）现场工程勘察与结构面观测技术

现场工程勘察作为结构面确定的基础环节，其关键在于通过高精度实地测绘获取结构面的几何特征与空间展布。采用规范化布设测线方法，使结构面信息具备代表性和系统性，特别是在顺层岩体中，沿岩层走向与倾向设置断面能更清晰地揭示结构面的产状一致性。利用罗盘仪测量结构面走向、倾角等参数时，应重视数据重复性与平均值精度，通过多点测量拟合出连续面走向。边坡裸露墙面往往提供了天然可视剖面，采用局部放大拍照、剖面图实测绘图等方式，记录岩体节理分布图式，同时分析节理开口程度与充填物特性，从而初步判断其工程稳定性。对隐伏结构面，钻孔岩芯的连贯性与破碎程度是判断依据，通过岩芯描述、倾角校正与层面拼接技术可进一步还原结构面空间态势。

（二）遥感与三维激光扫描辅助识别方法

三维激光扫描技术是当前结构面识别精度提升的重要手段，特别是在地形起伏较大或岩体高陡的顺层边坡工程中，其非接触式、高密度数据采集能力具备显著优势。结构面点云提取依赖于坡面法向变化的连续性分析，通过坡向分区聚类技术，可实现对结构面斜率与产状的自动化分组识别。配合遥感数据进行结构面走向宏观验证，在遥感图像中提取的岩层线性特征与激光扫描结果叠加分析，有助于消除局部遮挡所带来的识别盲区。在大比例尺边坡工程中，通过无人机搭载激光雷达获取低空多角度扫描数据，结合摄影测量建模，可快速重建完整三维边坡模型。模型中结构面信息可用于后期模拟及支护设计。尤其在施工前期阶段，遥感与激光扫描数据为地质风险判断提供快速初筛手段，是传统人工勘察的重要补充。

（三）结构面物理指标参数的实验分析

结构面物理参数的精确获取是保障边坡工程稳定性计算准确性的关键。结构面剪切强度试验是其中核心内容，通过设定不同法向应力进行直剪试验，可获得摩擦系数和粘聚力两个核心指标，真实反映结构面在受力状态下的抗剪能力。在结构面存在泥质夹层或风化弱面时，其强度参数受湿度和加载速率影响显著，需进行多组变量控制试验获取极限参数变化范围。实验还包括岩块单轴压缩试验，评估结构面承载力与破裂特征。为更深入理解结构面的变形机制，采用 X 射线衍射技术识别矿物种类与排列结构，揭示其弱化潜能，尤其在含膨胀性矿物（如伊利石、蒙脱石）时需重点关注。通过微观扫描电镜观测界面结构，可识别胶结状态与颗粒接触类型，为解释结构面剪切破坏机制提供微观支撑。这些实验参数最终服务于数值模型建模的参数输入，为后期边坡稳定分析提供科学依据。

（四）结构面空间建模与数值模拟验证

结构面空间建模是将实地测量与遥感数据数字化的核心步骤，其目标是建立结构面在三维空间中的真实展布模型，为后续数值计算提供基础。基于激光点云提取出的结构面数据导入建模软件（如 Surpac、GeoSlope）后，通过边界拟合算法还原结构面的空间形态，同时结合地质测量点的结构面参数进行模型约束，提高结构的地质合理性。在完成空间建模后，输入模型至有限元平台中，建立应力边界条件、岩体单元划分与材料属性赋值，模拟滑动发生的应力路径与破坏模式，评估结构面对边坡稳定性的主控作用。特别是在复合结构面与主滑面交汇区域，通过模拟剪切滑移发展过程，识别最不利剪切面的位置，是设计锚固加固方案的关键。结构面模拟验证结果还可反演其在不同地质应力场下的演变趋势，提升风险预测精度。

结束语

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参考文献

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