摘要
本文以深圳市塘朗山某采石场土岩混合高边坡为研究对象，综合运用现场调查、室内试验、数值模拟等手段，分析边坡潜在破坏模式，开展边坡稳定性分区研究并提出边坡支护方案。结果表明：塘朗山地块呈典型土岩混合高陡边坡形态，花岗岩基岩大面积出露，风化特征显著；边坡西、北区岩体主要发育一组 X型剪节理，易发生楔形体破坏；东区岩体发育一组陡倾节理和一组缓倾节理，易形成台阶状贯通滑移面；暴雨工况下，边坡抗滑稳定性不满足规范要求，变形集中在强—中风化层。结合边坡变形模式和工程经验，提出了“有限放坡+格构梁+锚杆（索）支护”的治理方案。数值分析结果显示，该方案有效提高边坡稳定性，边坡整体变形得到有效控制。研究成果对类似采石场边坡的治理及变形破坏机制分析具有参考意义。
Abstract
Taking a high soil-rock composite slope at a quarry in Tanglang Mountain, Shenzhen, as a subject investigated, the potential failure mode of the slope is analyzed utilizing field investigation, laboratory tests, and numerical simulation. According to the deformation mode, slope stability zoning research and treatment are carried out.The results show that the Tanglang Mountain slope exhibits typical characteristics of typical rock-soil mixed high-steep slop, with extensive exposures of granite bedrock displaying pronounced weathering features. A group of X-type shear joints is mainly developed in the rock mass of the west and north areas of the slope, which is prone to wedge failure. A group of steeply inclined joints and a group of gently inclined joints are developed in the rock mass of the east area, which is easy to form a step-like penetrating slip surface. The anti-sliding stability of the slope does not meet the requirements of the code under rainstorm conditions, with deformation primarily concentrated in the strongly to moderately weathered layers. Combined with the slope deformation mode and engineering experience, the treatment scheme of "limited slope cutting + lattice beams + anchor rods (cables) support" is proposed. Numerical analyses show that this approach significantly enhances slope stability and effectively mitigates overall deformation. The research results can provide reference significance for slope stability analysis of similar projects.
0 引言
近年来，随着国内城镇化进程的推进，城市建设与土地利用矛盾激化，土地资源日益紧张。不少城市建设不得不采用大挖大填的方式，致使出现大量的高陡边坡，特别是在重庆、深圳、贵阳等山地/丘陵城市，高陡边坡坡脚周边高楼林立、人口密集，其稳定性及加固治理对城镇人居环境安全至关重要 （冯昊，2018；杨亚丽，2020；王玉松，2021；林毅斌， 2024）。岩质边坡的变形失稳主要受控于内部结构面的发育程度，边坡岩体普遍发育有复杂、几何交错的结构面，加之边坡开挖后，坡面陡立，在强震、暴雨等不利工况下极易发生大型岩质滑坡或崩塌等地质灾害。因此，深入研究高陡边坡工程地质条件，细致分析边坡开挖稳定性，精选经济实用的支护设计方案，确保高陡边坡长期稳定并有效控制变形，具有重大工程意义与社会价值（刘刚等，2022； Wang et al.，2024）。
边坡岩体是长期复杂地质作用产物，含有大量节理、裂隙、断层等结构面，结构面在空间内随机不连续分布组合，将岩体切割为各种形态的结构体，由于结构面本身力学效应较差，在外荷载作用下，岩体破坏面的形成与发展往往沿结构面优势的方位，即存在明显的“结构控制”现象，从而影响边坡稳定性，目前国内外在岩质边坡失稳破坏机制及稳定性分析方面研究日趋完善（Zhao et al.，2018；Bowa and Kasanda，2020；白耀楠等，2025），Wang et al. （2024）以西藏昌都地区色曲特大桥北岸高陡岩质边坡，建立了高效、准确地识别结构面和获取结构面几何参数的自动化流程；穆成林等（2022）以黔西地区现场开挖高边坡为研究对象，基于室内物理试验模型，分析不同工况开挖变形破坏过程，研究其变形破坏模式及形成机理，确定失稳破坏范围；艾子涵等（2024）对怒江流域典型调查点岩质边坡节理裂隙进行统计，探讨典型岩质边坡破坏机理，归纳了3种破坏模式（倾倒破坏、平面滑动破坏及楔形体滑动破坏）；Li et al.（2021）以湖北省齐岳山双层软弱夹层岩质边坡为例，采用数值模拟方法研究双层软弱夹层对边坡变形特征及安全系数影响，揭示了双层软弱夹层对边坡稳定性控制作用及其破坏模式；而高陡裂隙岩质边坡内部往往发育更为庞杂的非贯通性结构面系统，其变形破坏位置难以确定，高陡边坡稳定性定量分析尚无可依循方案，因此，含节理裂隙高陡岩质边坡的失稳变形破坏机理与稳定性分析研究是尚需深入探索的领域（石玉玲等，2024）。
高陡边坡开挖方法及支护措施对其稳定性变化具有重大影响，高陡边坡一般采用多级开挖支护方式，其稳定性通常受其地层岩性、坡高、坡角、坡比及开挖级数等因素影响（张宝龙和范文，2018）。张宝龙和范文（2018）围绕坡高、坡度、断面形状对边坡稳定性影响开展数值分析；黄俊辉等（2022）采用UDEC与现场监测手段，探讨坡高、坡角及开挖级数对高陡边坡开挖过程中坡体应力场、位移场及稳定性安全系数影响规律，为多级高陡边坡工程施工稳定性分析及其防控策略提供有益参考。开挖卸荷过程中，岩体内部应力重分布，岩体向卸荷方向扩容，原有结构面产生扩展并伴生新裂隙，致使一定范围内边坡岩体破裂，力学强度降低，边坡稳定性下降，危害场地及工程施工安全。杜威等（2023） 从岩体开挖卸荷观点出发，结合室内试验，建立边坡有限元算例模型，探究考虑边坡受开挖影响的强弱卸荷区岩体动态刚度折减；石玉玲等（2024）以陕南地区某断层斜交岩质高边坡为例，综合采用现场调查、数值模拟以及多点位移监测等方法分析断层斜交岩质高边坡破坏机制，归纳了其主要致灾因子，分析了开挖过程边坡变形特性，并探讨了边坡治理时效性。边坡在风化条件下开挖后，由于其自身结构的特点极易产生失稳破坏，针对其边坡防治与支护措施研究具有重大意义，围绕刚性支护、柔性支护、及植被护坡与支护结合等是目前支护结构优化设计研究的重点方向。安彩龙等（2020）以岩质边坡中常见楔形体滑动为研究对象，研究其最优锚固方向角计算方法，可进一步提高锚索锚固效益，减少锚索总用量，降低边坡支护费用；Lin et al. （2020）对索风营水电站右岸边坡的地质条件及潜在破坏模式进行研究，并采用包括抗滑桩、锚索、混凝土支护等结构的一种创新加固方案，并采用有限元强度折减法研究采用不同加固技术的边坡稳定性及加固效果。
在土-岩二元结构边坡中，由于土体常表现为弹性或塑性，而岩体则表现为弹性或脆性，二者变形和破坏机制不同；在结构上，边坡通常具明显分层，各层物理力学性质差异较大；在水文地质条件上，地下水对二者的影响也不同，如土体软化、岩体裂隙水压力增大等；在变形和破坏模式上也复杂多样，如土体内部的滑动、土-岩交界处的滑动变形，岩体内部的滑动变形等等；这些因素使得工程实验和理论分析面临较大困难，故土-岩二元结构边坡岩需要综合运用多种手段和方法进行全面分析和处理。可以发现，当前边坡稳定性研究主要方法有现场调查、室内试验、定性判别和数值模拟等（王鹏等，2019；李冰川等，2024）。与采用单一研究方法相比，将现场调查、室内试验和数值验证等手段有机结合，能够更为全面、深入且系统地剖析边坡稳定性，避免了单一手段的局限性。这种综合性研究模式不仅更具科学性，也已成为当下边坡稳定性研究的主流范式。鉴于此，本文以深圳塘朗山地块紧邻建筑高陡边坡为例，综合现场调查、室内试验、赤平投影分析、数值模拟等手段，定性分析塘朗山高边坡工程地质、结构面发育特征及边坡潜在破坏模式，运用精细化有限差分数值模拟方法，分区开展了塘朗山高边坡工程支护开挖稳定性及变形破坏特征研究，评价了支护结构对边坡治理的安全性，以对类似复杂工程地质条件下，城市高陡岩质边坡防治加固处理及变形破坏研究提供参考。
1 研究区概况
1.1 工程概况
深圳市塘朗山某高陡边坡位于深圳市南山区，场地原为一圈椅状填埋场，现拟将该填埋场开挖作为建设场地，拟建建筑群为一重要建筑，安全等级为一级，若边坡失稳造成直接经济损失可超过5000 万元，故边坡防治工程等级为一级。根据设计资料，塘朗山最大开挖高度达140 m，整体开挖坡度接近 70°，坡脚与建筑物最近距离小于 20 m（图1），在城市边坡中较为罕见。
图1塘朗山高边坡场地及拟建建筑效果图
图2为场地工程地质平面，地层岩性自上而下为人工填土层（Qml）、残坡积层（Qdl+el），最大堆积层厚度近90 mm，下伏基岩为燕山期花岗岩、蓟县系— 青白口系银湖群微风化变砂岩，花岗岩与变砂岩间为侵入接触关系。受区域构造应力影响，边坡区内褶皱不发育，主要构造形迹以小型断层、伴生节理裂隙为主。场地内主要分布花岗岩，其岩质较硬，强度较高，主要矿物成分为石英、长石、黑云母，粗粒或中粗粒花岗结构。边坡基岩大面积出露，整体表现显著风化特征，风化程度不均，可划分为全风化、强风化、中风化、微风化4个风化带，表层风化带中岩体呈碎屑状，卸荷裂隙发育，节裂隙多为钙质、铁质、绿泥石胶结，裂面较平直，贯通性好，张开度多为 1～3 mm，该类断层及节理裂隙主要引起边坡岩性相对较破碎，在风化、卸荷影响下断层胶结差可成为岩质边坡滑动或崩塌时后缘拉裂面。
图2塘朗山高边坡场地工程地质平面图
1.2 边坡分区
根据现场调查及勘察报告分析边坡形态、结构面发育组合特征等，考虑边坡场地岩土层现状及危害程度，结合周边环境条件，将其划分为西、北、东侧3个区域（图3），各区域边坡概况如下：
a—边坡鸟瞰图；b—北区边坡；c—西区边坡；d—东区边坡
（1）西区边坡：上部为全、强、中风化花岗岩；中下部为微风化花岗岩，北段下部有微风化变质砂岩，均为裸露状态（图4）。开挖后顶部为少量强、中风化花岗岩，下部为微风化花岗岩，西侧北段接触带区域为微风化变砂岩，开挖后坡面倾向 146°，放坡倾角为73°。
（2）北区边坡：上部为全、强、中风化花岗岩及变质砂岩；中下部为微风化花岗岩及变砂岩，基本为裸露状态（图5）。开挖后以中、微风化花岗岩和变质砂岩为主，开挖后坡面倾向 173°，放坡倾角为 73°。
（3）东区边坡：上部为全、强风化花岗岩；中下部为微风化花岗岩，北段接触带存在微风化变砂岩，基本为裸露状态（图6）。开挖后以全、强、中、微风化花岗岩为主，开挖后坡面倾向 287°，放坡倾角为73°。
图4西区边坡典型断面示意图
图5北区边坡典型断面示意图
图6东区边坡典型断面示意图
2 边坡结构面发育特征
本工程中，边坡岩体裂隙发育特征主要通过地质测绘调查和钻孔等手段获得。测绘统计结果显示，塘朗山地块边坡岩体主要发育3组优势裂隙，但裂隙产状与坡面组合关系在不同区位是不同的。西区边坡岩体发育一组X型节理（分别用J1和J2表示），倾角在45°~65°，其中J1倾向为100°，J2倾向约为 320°，倾向接近相反，另发育一组较陡的裂隙 J3。北区边坡岩体与坡面的三维空间组合情况与西区边坡接近，岩体也发育一组共轭剪节理，并与另一组节理 J3 将岩体切割成块体。与西区和北区边坡不同，东区边坡岩体发育一组横向节理，这组结构面走向接近北东走向，基本上与坡面大角度相交，即可视为垂直坡面向里。另发育两组与坡面走向近乎平行的节理（J1 和 J2），其中 J1 较缓，倾角小于坡角，J2陡立。各区边坡与结构面产状关系见图7。
赤平投影可直观反映边坡岩体优势结构面间空间组合关系、组合切割体及与坡面相对关系，对不同结构面组合边坡岩体稳定性做出定性分析，初步评价边坡稳定性及潜在破坏模式。根据边坡分区，考虑各边坡坡体结构，结合边坡工程地质条件，采用赤平投影方法对西、北、东三侧边坡岩体稳定性及潜在破坏模式开展定性分析，以开挖前后坡面及各侧边坡优势结构面为控制条件，综合反映于赤平投影图上。根据赤平投影结果，对各区边坡结构面组合与边坡坡面关系分析（表1）。对于西区边坡，J1⋀J2结构面交线位于坡面外侧，倾角小于坡角，组合切割体易发生楔形体滑移；北区边坡类似，J1⋀J2交线与坡向夹角小，切割形成楔形体最易发生滑动破坏；对于东区边坡，J3结构面近直立，与临空面大角度相交，倾角>坡角，利于边坡稳定，J1、J2两组结构面倾向近垂直坡面结构面，交叉组合形成台阶状滑动面，控制局部岩体稳定性。
3 基于 DFN 裂隙网络建模的潜在破坏模式分析
采用块体离散元 3DEC 数值软件，对上述破坏模式定性分析结果进行验证，在本工程中，岩体裂隙对边坡破坏模式具有重要影响，为保证模型中的裂隙产状尽可能与实际相符，采用DFN离散裂隙网络方法，建立三维模型。岩石饱和抗压强度成果统计见表2，模拟中场地各岩土层的物理力学性质指标统计详见表4。
（1）因受节理裂隙切割，风化程度不均匀，矿物成分差异等影响，导致岩体强度差异较大，局部岩石硅化，硬度特别大。
图7西、北、东三区边坡坡面与裂隙组合关系赤平投影图
a、b—西区边坡；c、d—北区边坡；e、f—东区边坡
表1结构面组合与边坡坡面关系稳定性定性评价
表2岩石饱和抗压强度成果统计
（2）根据钻探揭露，总进尺为 5357.46 m，中风化 （花岗岩、变质砂岩）进尺为 620.37 m，揭露占比约 11.57％；微风化（花岗岩、变质砂岩）进尺为3246.5 m，揭露占比约60.59％。中、微风化岩总进尺3866.87 m，中风化（花岗岩、变砂岩）进尺为620.37 m，揭露进尺占比约16.06％；微风化花岗岩进尺为2549.42 m，揭露进尺占比约65.92％，微风化变质砂岩进尺为697.1 m，揭露占比约18.02％。
（3）根据取样试验，参考《建设用卵石、碎石》 （GB/T14685-2022）规范 6.6.1 章节，微风化花岗岩单轴抗压强度＞80 MPa 占比 16.13％，微风化变质砂岩单轴抗压强度＞60 MPa占比73.91％。
具体建模步骤如下：（1）结构面 DFN 网络模型的建立。采用离散裂隙网格方法，建立DFN裂隙网格三维模型（图8a）。该方法的优势在于可以建立与实际裂隙产状匹配的裂隙网络模型。在本研究中，基于现场勘查所得的裂隙数据，并将其作为基本数据库，在其基础上，依据每组结构面的符合的统计学信息，对每组结构面的数量进行扩充，最终建立三维DFN结构面网格模型。统计发现，所建立的模型中，裂隙极点密度图与现场测绘结果基本吻合。
（2）建立三维离散元模型。采用DFN裂隙网络切割边坡模型，得到与实际结构面发育接近的三维离散元模型。图8c~d为各分区边坡潜在破坏模式分析结果。西区边坡破坏模式为 J1⋀J2切割形成的岩石块体沿着结构面J2发生滑移，发生楔形体破坏； 北区边坡与此类似，裂隙交割形成的楔形块体发生局部滑移破坏；东区边坡破坏模式受与坡面倾向一致的缓倾裂隙 J1和陡倾裂隙 J2控制，两组裂隙贯通形成台阶状滑移面，岩体沿这一台阶状滑移面朝临空面滑动，发生局部滑移破坏。
基于上述赤平投影分析与块体离散元模拟，得出塘朗山岩质高边坡存在两类潜在破坏模式。西区及北区边坡为楔形体破坏模式（图9a），其边坡岩体主要受两组共轭剪节理控制，在共轭节理的交叉切割作用下，边坡岩体被切割成楔形块体。在外部不利因素作用下，这些块体易沿着外倾面发生局部滑移破坏。塘朗山东区边坡则为台阶状滑移破坏，该区边坡岩体发育有一组陡倾结构面和一组缓倾结构面，且两组结构面倾向于坡向基本一致。在暴雨、地震等不利工况作用下，岩体抗滑力减小，下滑力增大，易沿外倾结构面发生滑移、陡倾结构面拉裂，岩桥贯通，在卸荷带范围内形成台阶状连续滑动面，发生台阶状滑移—拉裂破坏（图9b）。考虑到塘朗山边坡开挖高度高、坡度大，潜在破坏方量较大，对下部拟建建筑物存在重大安全隐患。
图8西、北、东三区边坡坡面破坏模式离散元分析
a—DFN裂隙网络模型；b—西区边坡破坏模式；c—北区边坡破坏模式；d—东区边坡破坏模式
图9塘朗山高边坡潜在破坏模式
a—楔形体破坏（西区、北区边坡）；b—台阶状滑移破坏（东区边坡）
4 精细化有限差分三维模型的建立
4.1 建模步骤
本文基于有限差分软件 FLAC3D的强度折减法及静力分析求解法分析塘朗山高边坡的稳定性。考虑变形模式、计算效率等因素，本文对塘朗山边坡采取分区（西区、北区和东区）建模。在数值稳定性分析中，建立能够真实反映边坡真实岩层分界的三维模型至关重要。本研究为实现这一目标，根据边坡钻孔揭示的边坡岩土体风化分层情况，建立与实际工程较为贴近的三维有限差分模型。具体建模操作步骤如下：
（1）建立三维模型。根据勘察数据及现场调查确定模型尺度，建立塘朗山边坡整体及分区三维数值模型（图10），各分区模型三维尺寸见表3。
表3各分区数值模型特征概况
（2）边坡岩体风化分带。对钻孔数据处理分析，将边坡岩层划分为强风化层、中分化层、微风化层及填土层。主要依据离散钻孔，确定岩土分层界面，其方法为先确定钻孔位置，获取强风化面、弱风化面离散坐标数据点，然后采用曲面拟合的方法，获取得到岩土分层的三维空间曲面，并用这一曲面去切割上一步得到的初步三维模型，从而得到较为真实的含岩土分层的三维数值模型。
（3）设置边界条件。建立考虑岩体分带的各区域边坡模型，根据边坡工程地质特征及变形失稳特征，对数值模型除坡表为自由边界外的侧边界施加法向速度固定约束。
4.2 参数选取与计算工况
塘朗山地块边坡岩体主要以加里东期花岗岩为主，原岩结构受不同程度的风化作用，内部矿物质及黏土矿物质分解，导致结构疏松，呈现风化分带，将边坡岩性划分为强风化层、中风化层、微风化层及素填土层，根据现场调查、室内试验、勘察报告建议值及地区经验取值，确定边坡各类岩土体物理力学参数取值，并通过模型参数校核（表4）。针对本研究的工程边坡，主要关注的是自然边坡以及支护后边坡的稳定性，结合工程需求，本文的数值模拟研究主要包括自然边坡和支护后边坡在天然工况和暴雨工况下的稳定性计算。其中，边坡稳定性评价采用强度折减方法，对岩土体力学参数同时按不同系数折减，直至边坡发生较大范围失稳破坏，对应折减系数也视为边坡稳定系数。本文中，对塘朗山边坡采取分区模拟，边坡岩体采用莫尔-库伦准则，对c、ϕ同时等系数折减。
图10边坡三维建模过程（以西区为例）
表4岩土体参数取值
5 计算结果分析
5.1 自然边坡稳定性分析结果
图11为天然工况下自然边坡分区数值模拟位移云图，西区边坡表面强风化层变形明显，较大范围整体变形集中在陡坡中下部，最终稳定系数 Ks为 1.03，据《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330-2013），塘朗山边坡属一级边坡，天然工况下，西区边坡属欠稳定状态，易发生较大范围整体破坏；北区边坡底部地形凸起部位易发生较大变形破坏，集中在强风化层，变形范围较小，Ks为 1.36，属稳定状态；东区边坡北侧陡峭位置变形明显，变形破坏仍集中在强风化层，Ks为1.26，属基本稳定状态。暴雨工况下，各分区边坡变形破坏与天然工况类似，其中西区边坡 Ks为 0.93（小于 1），为不稳定状态，将发生失稳破坏，东区及北区边坡处于基本稳定状态，塘朗山边坡整体上需采取必要的边坡加固处理，且应重点关注西区边坡。
图11天然工况下自然边坡分区数值模拟位移云图
a—西区边坡（Ks =1.03）；b—北区边坡（Ks =1.36）；c—东区边坡（Ks =1.26）
5.2 无支护开挖边坡稳定性分析结果
结合勘察报告及工程需求，塘朗山边坡开挖方式为分步开挖，各区边坡数值模型中分步开挖如下：西侧边坡分 9 步开挖，北侧及东侧边坡分 12 步开挖。首先计算未开挖时的坡体初始平衡，得到初始应力后清除初始位移，再模拟分步开挖过程，基于强度折减进行边坡稳定性计算分析。
表5汇总了天然及暴雨工况下自然边坡及无支护开挖边坡稳定性数值模拟结果，工程开挖致塘朗山岩质高边坡处于基本稳定状态，天然工况下边坡无支护开挖（5 级与最终状态）对应边坡位移变化 （图12），开挖 5 级后，各区边坡变形量为 mm 级，变形量较小，变形破坏主要集中在西区边坡与北区边坡连接处、东区边坡 2 级平台，最终状态下，各区变形破坏主要发生在坡顶未开挖强风化层，西区边坡变形破坏主要集中在坡体上部强风化层，北区边坡东侧坡顶强风化层变形破坏较大，东区边坡变形破坏主要发生于北侧坡顶强风化层，。极端降雨条件下，开挖无支护边坡后，三区边坡稳定系数有所减小，介于区间1.05~1.35，均属基本稳定状态。
图12天然工况下边坡无支护开挖对应边坡位移变化云图
a—西区边坡开挖5级；b—西区边坡开挖9级（Ks =1.40）；c—北区边坡开挖5级；d—北区边坡开挖12级（Ks =1.34）；e—东区边坡开挖5级；f—东区边坡开挖12级（Ks =1.34）
表5自然边坡及无支护开挖边坡稳定性结果
5.3 边坡开挖支护效果评价
5.3.1 支护方案
塘朗山高边坡支护方案设计采用“坡体刷方+ 坡面支护+锚固支护+截排水系统”措施，其中西区边坡顶部放坡比为 1∶1，北区边坡顶部放坡比为 1∶ 0.75，东区边坡顶部放坡比为 1∶0.5，放坡比自上而下增加，三区边坡均采用“格构梁+挂网+喷射混凝土+植生绿化”等护坡措施，喷混植生主要采用挂网、种植基材、喷播植物种子及覆盖无纺布等，锚固支护选用钢筋锚杆+预应力锚索，钢筋锚杆采用 HRB400级钢筋，锚杆长度规格为6 m、9 m、12 m、15 m，锚杆入射角为 20°，锚杆成孔直径不小于 130 mm，沿坡面按井字型布置，水平间距为 2.5 m，竖向间距为 2.5 m（表6），成孔方式为机械干成孔。预应力锚索长 22 m，锚固端 15 m，预应力锚索采用分步张拉及二次注浆工艺，锚索入射角为 35°，成孔方式为专用锚杆机成孔，孔径150 mm，预应力为395 kN。在本次模拟的边坡中，西区和北区皆采用钢筋锚杆支护（图13），东区边坡第一、二阶边坡以及六阶边坡南侧采用预应力锚索支护，其余为钢筋锚杆。
根据 FLAC 内置结构单元类型，塘朗山边坡支护加固措施可分为两类，数值模拟采用不同结构单元，边坡支护组合结构具体阐述如下：
（1）对三区边坡均采用挂网+喷射混凝土+格构梁护坡措施，以避免边坡岩体表面剥蚀及块体塌落，数值模拟中采用 Shell 结构单元实现，具体强度取值如下：密度为 2500 kg/m3，泊松比 0.25，杨氏模量10.5 GPa，厚度0.1 m；
（2）对边坡岩体采用系统支护及锚固处理，加强边坡岩体整体强度，限制岩体较大变形，提升边坡整体稳定性，本项目选用钢筋锚杆+预应力锚索，采取间隔布设方法，其中锚索长度穿透强风化岩体，锚固于中—微风化岩体内，预应力锚索预应力为395 kN，数值模拟中采用Cable结构单元实现。
表6数值模拟锚固结构单元参数设计
图13模拟钢筋锚杆支护（以西区为例）
5.3.2 支护结构安全性评价
（1）天然工况
图14为天然工况下边坡在有支护条件下分步开挖（5 级与最终状态）对应的位移云图，较无支护开挖工况，开挖 5 级后各区边坡变形破坏情况基本一致。最终状态下，西区及北区边坡支护后开挖变形破坏范围基本一致，东区边坡变形破坏转变至南侧。采用组合支护结构进行治理后，边坡变形量明显降低，表明支护措施具有一定加固效果。边坡在无支护条件下开挖后，西区边坡最终稳定系数 Ks为 1.40，处于稳定状态，北区、东区边坡处于基本稳定状态，支护加固处理后，三区边坡稳定系数均>1.35，属稳定状态，满足规范要求，表明采取边坡支护方案有效。
（2）暴雨工况
本节采用相同方法，设置岩体强度折减系数为 0.9近似模拟暴雨工况以简化计算。暴雨工况下，边坡在有无支护条件下开挖后变形破坏范围与天然工况基本一致，表7汇总了边坡在有支护条件下分步开挖稳定性评价结果，较无支护开挖工况，三区边坡稳定系数降低程度更高，其中北区边坡开挖支护后处于基本稳定状态，西区、东区边坡处于稳定状态。塘朗山高边坡岩体以花岗岩为主，风化程度较高，节理裂隙大量发育，边坡岩体开挖，受开挖卸荷效应，节理裂隙扩展加速，降雨入渗及坡面径流作用下，形成地表径流、雨水入渗与岩土体变形三者形成动态耦合效应，进而影响边坡整体稳定性，坡面护坡及坡体加固措施则显得尤为关键，数值分析表明，在本工程边坡支护方案设计下，极端降雨条件下，加固处理后三区边坡处于稳定或基本稳定状态，边坡加固措施效果较好。
表7边坡开挖支护稳定性结果
图14天然工况下边坡支护开挖对应位移变化云图
a—西区边坡开挖5级；b—西区边坡开挖9级（Ks =1.69）；c—北区边坡开挖5级；d—北区边坡开挖12级（Ks =1.46）；e—东区边坡开挖5级；f—东区边坡开挖12级（Ks =1.64）
6 结论
本文综合现场调查、室内试验、赤平投影分析、数值模拟等手段，定性分析塘朗山高边坡工程地质、结构面发育特征及边坡潜在破坏模式，结合精细化有限差分数值模拟方法，分区开展了塘朗山高边坡工程支护开挖稳定性及变形破坏特征研究，评价了支护结构对边坡治理的安全性。主要结论如下：
（1）场地工程地质条件复杂，多风化花岗岩。塘朗山东南地块地形复杂，呈典型岩土混合高陡边坡形态，地层岩性由人工填土层、残坡积层、花岗岩、微风化变质砂岩组成，边坡花岗岩基岩大面积出露，表现显著风化特征，可划分为全-强-中-微 4 个风化带，区内主要构造形迹以小型断层及伴生节理裂隙为主。
（2）边坡分区不同，岩体结构不同导致边坡潜在破坏模式不同。根据塘朗山地块边坡形态，可划分为西、北、东侧 3 个区域，采用了赤平投影及离散元模拟方法定性分析各区边坡潜在破坏模式，西、北区边坡结构面相互切割关系易形成楔形体，局部可发生楔形体破坏，东区边坡坡顶临空面局部岩体易形成台阶状贯通滑移面。
（3）边坡变形破坏集中且西区边坡暴雨下易失稳，整体需加固处理。采用强度折减法分区研究塘朗山自然边坡在天然、暴雨工况下稳定性及变形破坏范围，边坡变形破坏主要集中在强风化层，得到各区域边坡稳定系数，其中西区边坡应重点关注，暴雨工况下，Ks为 0.93，为不稳定状态，易发生失稳破坏，北、东区边坡处于基本稳定状态，塘朗山边坡整体应采取必要加固处理方案。
（4）支护效果显著，东区边坡支护前后变形破坏范围变化明显。采用强度折减法分区研究天然、暴雨工况下，塘朗山边坡在有无支护条件下分步开挖稳定性及变形破坏范围，西区、北区边坡无论有无支护，变形破坏范围基本一致，较无支护开挖工况，东区边坡支护后开挖变形破坏范围由北侧转变至南侧，得到各区域边坡支护加固处理后稳定系数，表明采取支护方案有效。
