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通过岩体分类系统评估岩体边坡稳定性

摘要

在过去几十年中，已经提出了岩体分类系统以确定高风险的断层，并优先采取有效预防措施。本文试图对有关系统进行审查，说明其中的主要差异和相似之处，其重点是所考虑的故障类型和所涉及的因素。还讨论了这些系统的可靠性。相对而言，这些系统包含了对其适用性或归因于它们的方式提出疑问的因素。此外，尽管岩石破坏事件预示着触发因素（例如地震，降水）的作用，但是通过省略岩体分级系统，不会根据其对于失效的实际危害（潜力）来对切屑进行分类。当地下水不被错误地忽略时，被认为是不稳定因素，对系统的影响有限（o15％），而不是失败的触发因素。此外，还提出了关于岩体分类系统的若干建议。相对地，考虑到它们的状况和触发因素对稳定性的影响，推荐根据其破坏危险进行分类。此外，每种类型的失败都应该独立审查，因为它们中的每一种都受到特定的不稳定因素的约束。最后，提出了一些关于因素合并的建议，水可能引发失败的可能方式和最常见的触发因素（地震和降水）的量化。

关键词：岩石质量评级（RMR）；SMR；GSI；岩体分类系统；岩石边坡

1. 简介

岩石边坡不稳定是人类活动的主要危害，经常造成经济损失，财产损失和维护费用，以及伤亡事故。 Hoek[1]提到，而岩石沿着山区的高速公路和铁路落下并不会造成与大规模故障相同程度的经济风险，因此可以一次又一次关闭主要的交通路线，遇难者遇难的人数往往与所有其他形式的岩石边坡不稳定所造成的死亡人数相同。

本文试图对岩体分类系统进行审查，以了解其在识别潜在危险的岩石坡度中的可靠性，并提出相关建议。岩石质量分类系统仅使用与切割条件相关的因素，进一步比较任何岩石危险评估系统[2-21]或风险评估系统[22-24]是不合适的，因为第一个包括危险和后果因素，第二个估计是失败风险，而不是失败的危险。

风险被定义为“通过概率后果的乘积估计的健康，财产或环境的不利影响的可能性和严重性的度量”[25]，而本文中使用的术语危害是指 “任何可能造成不良后果的条件”[25]。或者，危险被定义为“在给定时间内发生特定滑坡的可能性”[25]。 此外，瓦尔内斯[26]提出并由克鲁登和瓦尔内斯[27]修改的滑坡分类已被采纳。

Bieniawski于1979年引入了通过岩体分级系统对切屑进行稳定性评估的第一次尝试[28]。 在这项工作中，对基本岩体质量评估（RMR）系统[5]的五个预先存在的参数中加入了不连续取向的“粗略”调整因子，使其适用于边坡稳定性问题。 此后，已经提出了许多岩体分类系统。

1. 现有岩体分类体系

岩石质量分类是基于最重要的固有和结构参数来评估岩石坡度性能的手段。 世界范围内提出的大多数分类系统提供了定量描述岩体状况的一致平均值。 全球发展的经验岩体分类方法的详细列表见表1

表1 现有岩体分类体系

根据Singh [62]，在使用FRHI之前，有必要使用以前提出的VRFSR系统进行岩石边坡稳定性的评估

岩体质量分类已成功应用于隧道掘进和地下采矿（Q，RMR和MRMR系统）。 最初开发用于地下挖掘的分类系统已被用于斜坡（例如，Q和RMR系统），或已被修改用于斜坡（例如，RMS，SMR，SRMR和CSMR系统包括RMR系统的修改）。 虽然分类方案适用于其原始应用（隧道），特别是在其开发的案例历史的范围内使用时，在将岩石分类应用于其他岩石工程问题时必须非常小心[1]。

1. 涉及岩石现有岩体分类系统的因素

现有的岩石斜坡经验分类系统的因素分为表2列出。对这些系统特征的粗略评估得出以下主要发现：

（a）与岩体总体状况，不连续状况及几何特征有关的因素构成了现有分类体系的基础。

（b）最常用的因素是（i）完整的岩石强度，（ii）岩石质量指标（RQD）指数，（iii）不连续状态，（iv）间断间距和（v）地下水流出量。 值得一提的是，这些因素构成了最初为地下结构开发的基本RMR系统[29,36]的五个等级要素。

（c）与开挖方法，坡高，陡坡，岩体的风化等级和不连续性的倾角和方位有关的因素与前文提到的不一样; 然而，它们在大约一半的现有分类系统中使用。

列出的其他因素似乎不太重要，因为它们中的每一个都包含在一个或两个分类系统中。 这些因素是指稳定和保护措施，失败史，作用于斜坡的压力，直接干扰（例如人类活动）和斜坡状况（斜坡上的悬垂，面部不规则，植被覆盖）。

列出的11个分类系统中有7个提出了与地下水相关的因素。 地下水因子是描述性因素，通过观察从边坡渗出的水或通过观察坡面上的永久性水渍污染来推断。

所有的分类系统都不存在地表水对边坡稳定性的影响（例如，通过暴露在斜面上的不连续性的水渗透，由于水流引起的松散的岩石或块的运输）。 此外，11个系统中有4个系统不包括与水有关的因素。

表3 最初开发或修改的岩石切割的现有分类系统涉及的故障类型

处理风化造成的故障。要注意的是，故障类型未指定为RMR，RMS，SRMR，GSI1995和FRHI系统

1. 现有的岩石分类系统考虑的失效类型

岩石破裂的类型与不均匀连接，其中包括主要构造或较小尺度不连续性的存在。 相对于切割斜面的不连续取向主要是控制不稳定状态或过度变形的可能性[64]，因此，这是对结构控制不稳定性具有重要意义的参数。

然而，虽然RMR（1989）和RMS系统包括不连续取向参数，但是对于故障类型（平面，楔形或倾倒）没有参考。 SRMR，GSI（1995）和FHRI系统的故障类型也未明确，此外，不连续取向参数也不存在。

另一方面，SMR，CSMR和VRFSR系统使用与不连续几何特征相关的因素，以适用于结构受控类型的故障（平面，楔形或倾倒）。 此外，SSPC系统考虑三种类型的故障; 一个非结构控制与岩体强度过剩有关，两个结构受控，这些是滑动和倒塌。

GSI（2000）与非结构控制故障完全相关，而RDA系统与浅层风化相关的挖掘岩石破裂相关。

最后，任何系统都不包括坡面不均匀侵蚀引起的故障。 上述说明也列于表3。

5.现有岩体分类系统对开挖斜坡稳定性评估的适用性

5.1.岩石破坏的触发因素

岩石破坏失败的危险（潜力）是其条件和触发因素或触发因素的组合对其造成的影响的函数。 失效的触发机制包括触发因素的存在（例如，冲积水的渗透，地震）以及稳定性的不利条件的发展或存在（例如阻塞的排水路径，距离震中的距离很小）。

岩石边坡不稳定性通常由引起作用在岩石上的力的变化的某些事件引发。 这些事件可能包括由于降雨渗透导致的孔隙水压力增加，暴雨期间周围物质的侵蚀，寒冷地区的冻融过程，岩石的化学降解或风化，根系在高风中的根系生长或杠杆作用[1]。 因此讨论了触发因素对岩石斜坡稳定性的相对重要性。

加州交通运输局对沿线高速公路发生的308次失事事件的研究表明，在可能的触发因素中，与水位相关的因素主要是造成大部分失效（降雨量为30％ ;冻融周期21％;融雪8％;渠道径流7％，泉水渗漏0.6％;总66.6％）。 其他触发因素涉及风（12％），野生动物或洞穴动物（2.3％），树木路线（0.6％）和卡车振动（0.3％）。 失效原因称为触发因素，剩余18.3％（断裂岩，12％;不利平面断裂，5％;差异侵蚀，1％和土壤分解，0.3％）。 地震引起的故障被排除在有关研究之外。

在约塞米蒂国家公园（加利福尼亚州内华达州中部）进行的类似研究[66,67]得出了类似的结论，即确定和报告的岩石边坡（主要是切割）的80％是由于存在水 （雨风58.4％;快速融雪17.7％，冻融3.9％）。 地震和人为活动只占失事事故总数的11.6％和8.4％。 这个结论基于1850年至1992年之间报告的395次失败事件。岩石滑坡（62％）和岩石（22％）是在约塞米蒂国家公园记录的最常见的坡度运动。 而泥石流（9％），碎片滑坡（6％）和地球，碎片和岩石坍落度（1％）都不太常见。

根据最近关于优胜美地国家公园的研究[68]，研究了已知的触发机制的153个滑坡事件，78个是降雨（51.0％），15个是降雨和积雪（9.8％），18个是由冻结和解冻（11.8％），21次地震（13.7％），12次人为活动（爆破施工）（7.8％），其余9个由减轻，风暴和春季径流（

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