淺談公路邊坡安全評(píng)價(jià)與安全預(yù)測(cè)

婁濤　萬(wàn)青峰

【摘 要】邊坡工程的安全不僅取決于合理的設(shè)計(jì)與施工，而且取決于貫穿在工程設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行始終的原型試驗(yàn)與監(jiān)測(cè)。根據(jù)監(jiān)測(cè)資料，及時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)與施工的變更優(yōu)化，確保邊坡的長(zhǎng)期穩(wěn)定。

【關(guān)鍵詞】公路邊坡；安全評(píng)價(jià)；安全預(yù)測(cè)

0.前言

針對(duì)邊坡工程的監(jiān)測(cè)，許多巖土工作者在這方面做了大量的工作，并普遍認(rèn)識(shí)到，監(jiān)測(cè)工作越來(lái)越成為邊坡工程承前啟后的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。根據(jù)邊坡監(jiān)測(cè)的目的是分析監(jiān)測(cè)資料所反映的邊坡安全狀態(tài)，根據(jù)監(jiān)測(cè)資料，及時(shí)修改和調(diào)整邊坡巖土體物理力學(xué)參數(shù)和巖土介質(zhì)物理力學(xué)模型，使之更加符合巖土工程實(shí)際，從而有效克服巖土工程中物理力學(xué)參數(shù)取值意義不清、理論分析成果與工程實(shí)際不符的技術(shù)困難，并及時(shí)將監(jiān)測(cè)分析結(jié)果反饋，以便及時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)與施工的變更優(yōu)化，確保邊坡的長(zhǎng)期穩(wěn)定。

邊坡工程的安全不僅取決于合理的設(shè)計(jì)與施工，而且取決于貫穿在工程設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行始終的原型試驗(yàn)與監(jiān)測(cè)。邊坡巖土體由于其巖土體材料及力學(xué)特性的不均勻性，在各種力的作用和自然因素的影響下，其工作性態(tài)和安全狀況隨時(shí)都在發(fā)生變化。如果出現(xiàn)異常而我們又不及時(shí)掌握這種變化的情況和性質(zhì)，任其險(xiǎn)情發(fā)展，后果不堪設(shè)想。但如果事先運(yùn)用必要且有效的監(jiān)測(cè)手段對(duì)邊坡工程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，采取有效的措施，則可避免災(zāi)難的發(fā)生。

1.公路邊坡安全評(píng)價(jià)

進(jìn)行邊坡工程的監(jiān)測(cè)，主要目的是為了隨時(shí)了解目標(biāo)邊坡的安全狀況，這也是邊坡監(jiān)測(cè)工程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，有了監(jiān)測(cè)結(jié)果，就有了邊坡安全評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。那么，如何應(yīng)用監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)邊坡的安全狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)，卻是一項(xiàng)較為系統(tǒng)而復(fù)雜的工作。

首先，應(yīng)根據(jù)所監(jiān)測(cè)邊坡的具體情況建立不同監(jiān)測(cè)項(xiàng)目（如坡面及深部位移變化、錨索應(yīng)力變化等）的預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)。有了預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)，才能根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果并結(jié)合所建立的預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)對(duì)邊坡安全現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)價(jià)。

值得重視的是，這種邊坡預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)并非是統(tǒng)一的，針對(duì)每個(gè)邊坡個(gè)體，由于其內(nèi)部巖土結(jié)構(gòu)千差萬(wàn)別，各不相同，因而其邊坡破壞的變形機(jī)制和規(guī)律也不同。下圖所示的是最為常見(jiàn)的幾中邊坡破壞過(guò)程的“位移─時(shí)間”曲線，根據(jù)該曲線可知，如果對(duì)不同邊坡使用同一預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)，則會(huì)出現(xiàn)根據(jù)同一監(jiān)測(cè)物理量（如位移）而得到不同判斷結(jié)果的情況。如下表2為國(guó)內(nèi)外一些著名邊坡在最終失穩(wěn)前的變形速率，很明顯，不同邊坡在其最終失穩(wěn)破壞前變形速率存在很大差別，顯然，要確定統(tǒng)一的滑坡變形速率是不太現(xiàn)實(shí)的。

因此，在建立邊坡預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)根據(jù)目標(biāo)邊坡的具體巖土體結(jié)構(gòu)特征建立。至少應(yīng)對(duì)各種邊坡進(jìn)行詳細(xì)的類(lèi)型劃分，并且應(yīng)劃分得足夠細(xì)，同時(shí)，在類(lèi)型劃分時(shí)還應(yīng)參照巖土體的具體強(qiáng)度參數(shù)及水文地質(zhì)、可能破壞方式等情況進(jìn)行綜合考慮。只有這樣，才有可能對(duì)每類(lèi)邊坡建立相對(duì)統(tǒng)一的預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)于一個(gè)具體邊坡，包含多個(gè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目（物理量），每個(gè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目均會(huì)反映目標(biāo)邊坡安全狀況的一個(gè)方面。因此，在進(jìn)行邊坡安全評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)首先針對(duì)每一監(jiān)測(cè)物理量進(jìn)行分別評(píng)價(jià)，然后再將各監(jiān)測(cè)物理量綜合，進(jìn)行總體評(píng)價(jià)。在根據(jù)所建立的邊坡預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行安全評(píng)價(jià)的實(shí)際工作過(guò)程中，常常會(huì)遇到根據(jù)不同監(jiān)測(cè)物理量得到不同判斷結(jié)果的情況。對(duì)這種情況，目前主要下列兩種處理方法：

其一是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，賦于各監(jiān)測(cè)物理量不同的權(quán)重，再依據(jù)模糊綜合評(píng)判的方法綜合計(jì)算而獲得邊坡相應(yīng)的安全級(jí)別。

其二，是在建立目標(biāo)邊坡的預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，就針對(duì)每一監(jiān)測(cè)物理量分別建立其相應(yīng)的預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)。在邊坡的實(shí)際監(jiān)測(cè)過(guò)程中，當(dāng)任一監(jiān)測(cè)物理量達(dá)到某一危險(xiǎn)級(jí)別時(shí)，即使其他監(jiān)測(cè)物理量依然處于安全級(jí)，也應(yīng)引起足夠注意，對(duì)該達(dá)到危險(xiǎn)級(jí)別的監(jiān)測(cè)物理量進(jìn)行仔細(xì)甄別，以判斷該監(jiān)測(cè)物理量的近期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確可靠，當(dāng)確認(rèn)該監(jiān)測(cè)物理量準(zhǔn)確無(wú)誤時(shí)，則可根據(jù)該監(jiān)測(cè)物理量判定邊坡處于該物理量所預(yù)示的安全級(jí)別。

對(duì)各類(lèi)邊坡建立相應(yīng)的預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)的方法，首先應(yīng)是在總結(jié)歸納前人經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行，但僅僅根據(jù)經(jīng)驗(yàn)是不夠的，還應(yīng)針對(duì)每類(lèi)邊坡建立相應(yīng)的分析模型，通過(guò)理論計(jì)算和數(shù)值模擬的方法來(lái)進(jìn)行綜合確定。

預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)的建立是評(píng)價(jià)分析邊坡安全性的前提和依據(jù)。該預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)是否合理、準(zhǔn)確，將直接關(guān)系邊坡安全的評(píng)價(jià)效果。因此，邊坡安全預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)的建立就成為一項(xiàng)系統(tǒng)、復(fù)雜而精確的龐大工程，這就對(duì)預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)的建立提出了較高的要求，首先，相關(guān)人員必須具備豐富的地質(zhì)知識(shí)，同時(shí)還應(yīng)具備扎實(shí)的力學(xué)知識(shí)等理論功底。對(duì)此，一些部門(mén)或?qū)W者正在進(jìn)行這方面的研究工作，相信這將對(duì)我國(guó)工程界產(chǎn)生較大的影響。

決定邊坡安全評(píng)價(jià)的另一個(gè)重要因素即是具體的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)工作，主要包括：

1.1監(jiān)測(cè)范圍及監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的確定

首先根據(jù)目標(biāo)邊坡的具體情況，依據(jù)地質(zhì)條件分析、理論模擬分析及專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)判斷等方法來(lái)綜合確定合理的監(jiān)測(cè)范圍，并且應(yīng)對(duì)所確定的監(jiān)測(cè)范圍進(jìn)行二次細(xì)化，確定出變形敏感區(qū)、應(yīng)力集中區(qū)及可能破壞區(qū)等，在此基礎(chǔ)上確定相應(yīng)的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目（如坡面位移、坡體深部位移、錨索預(yù)應(yīng)力變化等等），設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。另外，為了進(jìn)行對(duì)比分析，某些地質(zhì)條件或工程上十分典型的有代表性的地段雖然不屬于變形敏感區(qū)、應(yīng)力集中區(qū)和可能破壞區(qū)，但也應(yīng)埋設(shè)必要的測(cè)點(diǎn)。在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)中應(yīng)合理確定監(jiān)測(cè)范圍及監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置，埋設(shè)必要的量測(cè)儀器，獲得數(shù)據(jù)以了解地層和地下結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)的實(shí)際變化規(guī)律，作為采取工程措施的依據(jù)。

1.2監(jiān)測(cè)資料的可靠性

對(duì)此，通常應(yīng)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)：① 儀器設(shè)備工作正常，精度符合要求；② 儀器設(shè)備安裝埋設(shè)方法及位置合理；③ 監(jiān)測(cè)記錄符合要求，計(jì)（換）算準(zhǔn)確。

1.3監(jiān)測(cè)工作按規(guī)范、規(guī)定要求執(zhí)行

如，儀器設(shè)施安裝埋設(shè)情況，監(jiān)測(cè)方法及要求和監(jiān)測(cè)頻率等。

2.邊坡安全預(yù)測(cè)

在邊坡工程監(jiān)測(cè)的過(guò)程中，除應(yīng)對(duì)目標(biāo)邊坡的安全狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)之外，還應(yīng)對(duì)目標(biāo)邊坡在未來(lái)一定時(shí)期的安全趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。由于邊坡失穩(wěn)破壞的成因機(jī)理、形成條件、誘發(fā)因素等復(fù)雜性、多樣性以及變化的隨機(jī)性、非線性，從而導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)破壞災(zāi)害所表現(xiàn)的動(dòng)態(tài)信息極難捕捉，因而完全從定量的角度或完全從定性的角度準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)邊坡失穩(wěn)破壞發(fā)生的時(shí)間都是非常困難的。邊坡安全狀況預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)必須是建立在深入研究邊坡類(lèi)型、邊坡特征、變形特點(diǎn)和形成機(jī)制的基礎(chǔ)上，以監(jiān)測(cè)資料為依據(jù)，遵循科學(xué)性、綜合性、易操作的原則，運(yùn)用綜合信息預(yù)報(bào)方法對(duì)邊坡失穩(wěn)破壞進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。

邊坡安全趨勢(shì)的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，是建立在對(duì)各監(jiān)測(cè)物理量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)之上的，即是通過(guò)一定的預(yù)測(cè)方法，對(duì)各物理量現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，再結(jié)合所建立的邊坡預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)對(duì)目標(biāo)邊坡的安全狀況進(jìn)行預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)。

對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)的最早方法是統(tǒng)計(jì)回歸分析法，但統(tǒng)計(jì)回歸分析方法與邊坡的變形、應(yīng)力變化等現(xiàn)象產(chǎn)生和發(fā)展的機(jī)理相脫離，因而，并不能依此來(lái)對(duì)邊坡的監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)。后來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，多種方法被綜合應(yīng)用。如將理論計(jì)算與實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)合分析、不同內(nèi)容的反演分析和反饋分析、將不同監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)結(jié)果綜合考慮等，并將監(jiān)測(cè)結(jié)果加以成因解釋。

3.結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)邊坡的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)信息和宏觀信息等各單項(xiàng)信息的研究，建立邊坡的長(zhǎng)期、中短期、臨滑和宏觀預(yù)報(bào)模型及相應(yīng)的預(yù)報(bào)判據(jù)，將理論預(yù)報(bào)與現(xiàn)象預(yù)報(bào)、定量預(yù)報(bào)與定性預(yù)報(bào)、單項(xiàng)預(yù)報(bào)與綜合預(yù)報(bào)結(jié)果有機(jī)結(jié)合起來(lái)，形成邊坡的綜合信息預(yù)報(bào)。運(yùn)用綜合信息預(yù)報(bào)方法不僅可以正確判定邊坡所處的危險(xiǎn)狀態(tài)或變形階段，避免只用數(shù)學(xué)模型或只用預(yù)報(bào)判據(jù)預(yù)報(bào)可能出現(xiàn)的失誤，還可直接用于臨滑預(yù)報(bào)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]南京水利科學(xué)研究院土工研究所.土工試驗(yàn)技術(shù)手冊(cè).北京：人民交通出版社，2003.

[2]張志英，何昆.邊坡監(jiān)測(cè)方法研究.土工基礎(chǔ)，2006，20（3）.