道路軟巖邊坡設(shè)計(jì)淺析

鄒健

摘 要：近些年來(lái)，我國(guó)道路施工工程逐漸增多，但是目前我國(guó)在進(jìn)行道路軟巖邊坡設(shè)計(jì)的時(shí)候，通常情況下是依靠以往的施工經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)不同地質(zhì)條件下邊坡情況，結(jié)合自身施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)時(shí)候，沒(méi)有一個(gè)合理的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)可以對(duì)設(shè)計(jì)方案是否合理進(jìn)行評(píng)價(jià)，導(dǎo)致部分設(shè)計(jì)中存在較多的問(wèn)題。本文主要從室內(nèi)數(shù)值的角度對(duì)野外施工軟巖邊坡的設(shè)計(jì)情況進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：道路設(shè)計(jì)；軟巖邊坡；邊坡設(shè)計(jì)

隨著我國(guó)巖體力學(xué)的發(fā)展，巖質(zhì)邊坡自身的特性比較復(fù)雜，會(huì)收到構(gòu)造、發(fā)育程度以及抗風(fēng)化能力等諸多方面的影響，而巖質(zhì)邊坡自身穩(wěn)定性會(huì)受到許多單方面原因或者是組合原因的控制。與土層的物理學(xué)性質(zhì)相比，巖石介質(zhì)物流學(xué)的性質(zhì)要更加復(fù)雜，難以理解。軟巖屬于一種比較特殊的介質(zhì)，具有可塑性、流動(dòng)性等諸多方面的特性，所以值得相關(guān)研究人員投入更多的精力對(duì)其進(jìn)行研究。

1 軟巖邊坡的幾何影響

本文在材料破壞模式上主要采取變軟化模型，將邊坡巖體切割成具有結(jié)構(gòu)面的單元結(jié)合體，巖性比較單一。為了保證軟巖邊坡設(shè)計(jì)的參數(shù)當(dāng)中巖體自身參數(shù)以及巖體力學(xué)對(duì)邊坡設(shè)計(jì)過(guò)程中的影響的權(quán)重，在對(duì)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候也要選擇對(duì)邊角進(jìn)行移動(dòng)分析，建立起坡巖體自身彈性模量和坡角位移之間的關(guān)系[1]。從相關(guān)研究中我們可以發(fā)現(xiàn)，坡的主高大致分布于10～50m之間，而塊度方面則大致分布于10～100cm之間。軟巖邊坡的巖體巖性模量大致上會(huì)分布于1～11GPa上，軟巖邊坡自身的泊松比主要分布于0.33～0.41之內(nèi)。我們通過(guò)分析順坡、反坡以及水平層理這三種情況下的模擬結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，我們便可以計(jì)算出巖體力學(xué)和巖體坡腳位移之間的關(guān)系，三種情況下的變化規(guī)律從本質(zhì)上講具有高度的一致性，所以我們可以選取順坡、反坡以及水平位置這三種情況下的坡角位移平均值進(jìn)行計(jì)算，對(duì)其進(jìn)行集中處理。經(jīng)過(guò)實(shí)際研究發(fā)現(xiàn)，坡高和坡腳位移之間屬于正向函數(shù)[2]。

2 道路邊坡上破壞的主要類型

通過(guò)實(shí)際調(diào)查發(fā)現(xiàn)，巖石邊坡主要破壞類型主要可以分為輕微破壞、重型破壞以及局部破壞這三方面。其中輕微破壞的主要特點(diǎn)是半坡的表面產(chǎn)生局部的剝落或者是存在少量碎落的情況，在坡腳的位置會(huì)堆積比較多而且比較松散的巖石，將植被覆蓋。坡體方面主要呈現(xiàn)出干燥的情況，但是不會(huì)對(duì)邊坡的形態(tài)以及平整性產(chǎn)生影響，所以通常情況下不會(huì)進(jìn)行防護(hù)。巖石風(fēng)化、軟弱夾層崩解等諸多因素都會(huì)造成輕微破壞。局部破壞的情況略微嚴(yán)重一些，在邊坡表層內(nèi)部產(chǎn)出一些碎塊，或者出現(xiàn)表層碎落或者是局部地區(qū)出現(xiàn)傾倒崩塌，可以在固定深度或者的固定的局域內(nèi)改變所在邊坡最原始的形態(tài)，所以要對(duì)其進(jìn)行保護(hù)、噴錨，保證防護(hù)措施的穩(wěn)定性。重型破壞主要是指原始的邊坡形態(tài)方面不能保持自然，被破壞的塊體有可能遍及全部邊坡。面對(duì)這種情況，要在設(shè)計(jì)以及施工的所有階段使用繞避、重型支當(dāng)?shù)确绞絹?lái)修筑明洞[3]。

3 軟巖邊坡的坡度設(shè)計(jì)

常見(jiàn)的坡形設(shè)計(jì)主要分為直線型設(shè)計(jì)、折線形設(shè)計(jì)以及臺(tái)階行設(shè)計(jì)三種，選用何種設(shè)計(jì)坡形要根據(jù)實(shí)際施工環(huán)境進(jìn)行確定。從設(shè)計(jì)以及施工兩個(gè)角度進(jìn)行分析，直線坡是最簡(jiǎn)單的，如果坡巖體中存在不均一情況的時(shí)候，需要根據(jù)實(shí)際的變化特性來(lái)決定坡形。巖石邊坡坡度設(shè)計(jì)主要會(huì)受到回彈值、回彈比以及邊坡長(zhǎng)等情況的影響。巖體當(dāng)中的塊度將會(huì)直接反應(yīng)出巖體自身的破碎程度[4]，同時(shí)也會(huì)從側(cè)面反映出巖體自身力學(xué)方面的性質(zhì)以及強(qiáng)度。若邊坡屬于均質(zhì)邊坡，塊度大小會(huì)直接決定邊坡坡度大小。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，彈性木梁以及泊松比屬于不會(huì)發(fā)生改變的兩個(gè)相對(duì)較為獨(dú)立的變量，在實(shí)際的邊坡設(shè)計(jì)過(guò)程中只需要選取其中一個(gè)既可以滿足設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過(guò)詳細(xì)的研究調(diào)查我們可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)軟巖邊坡設(shè)計(jì)工作產(chǎn)生影響的因素就是彈性模量以及邊坡的坡高，因?yàn)檫@兩個(gè)因素和設(shè)計(jì)坡度之間的關(guān)系最為重要[5]，可以全面反映軟巖坡度對(duì)設(shè)計(jì)的影響。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，隨著坡度增加，設(shè)計(jì)中基本穩(wěn)定邊坡的數(shù)量將會(huì)遠(yuǎn)大于穩(wěn)定邊坡的總數(shù)量，實(shí)際施工過(guò)程中，穩(wěn)定邊坡通常情況下都會(huì)部分在55度之內(nèi)的范圍，動(dòng)彈性模量如果發(fā)生增加，那么坡度的值也會(huì)增加，二者之間的服從對(duì)數(shù)以及擬合關(guān)系為：

α=12.15ln（Ed）-62.45R2=0.73

坡度如果發(fā)生增加，那么基本穩(wěn)定的邊坡數(shù)量將會(huì)明顯的超過(guò)穩(wěn)定邊坡的數(shù)量。常規(guī)施工條件下，穩(wěn)定邊坡大致分布在55度之內(nèi)，而且隨著坡高的不斷增加，坡度會(huì)直接下降，最終導(dǎo)致基本穩(wěn)定邊坡的實(shí)際數(shù)量不斷增加。二者之間的服從以及擬定關(guān)系為：

α=-12.01ln（H）+90.69 R2=0.65

在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要對(duì)坡度和彈性模量之間的關(guān)系進(jìn)行計(jì)算，為保證數(shù)據(jù)在實(shí)際的定義區(qū)域內(nèi)的值比較均勻，方便后續(xù)計(jì)算分析以及相應(yīng)的回歸分析，就必須要對(duì)彈性模量進(jìn)行多元化的回歸分析，并且根據(jù)實(shí)際分析情況建立起一個(gè)爭(zhēng)取的經(jīng)驗(yàn)公式，該公式為：

α=17.39log（Ed）-14.58log（H）

通過(guò)分析上述數(shù)據(jù)我們可以發(fā)現(xiàn)，在坡高度一定的情況下，彈性模量發(fā)生增加就會(huì)增加設(shè)計(jì)坡度，當(dāng)彈性模量的實(shí)際數(shù)值超過(guò)了范圍內(nèi)制定的數(shù)值時(shí)，邊坡坡度方面的增加趨勢(shì)便會(huì)不斷的取向平緩。坡高的增加，將會(huì)直接導(dǎo)致設(shè)計(jì)坡度方面變低，在坡高的數(shù)值超過(guò)了一個(gè)額定范圍內(nèi)的數(shù)值時(shí)，坡度便會(huì)再一次的向平緩方向發(fā)展。通過(guò)實(shí)際檢驗(yàn)的方式我們可以發(fā)現(xiàn)，使用動(dòng)彈性模量以及坡高這兩個(gè)元素對(duì)軟巖邊坡進(jìn)行設(shè)計(jì)是完全可行的一種設(shè)計(jì)方式。從上述分析中我們已經(jīng)可以得出在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要使用到的所有變量與公式，但是通過(guò)這些年來(lái)不斷的總結(jié)自身工作經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，理想化的設(shè)計(jì)總是不能理想化的達(dá)到，其中主要影響因素就是地下水。地下水可以通過(guò)軟化巖體的方式來(lái)影響到邊坡實(shí)際的坡度，所以在進(jìn)行邊坡設(shè)計(jì)的時(shí)候一定要考慮到地下水對(duì)邊坡產(chǎn)生的影響。目前我國(guó)對(duì)于地下水對(duì)邊坡產(chǎn)生影響這一情況雖然有所了解，但是還沒(méi)有一個(gè)妥善的解決方式。

4 SMR設(shè)計(jì)法

目前我國(guó)在進(jìn)行軟巖邊坡設(shè)計(jì)的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)使用到SMR法進(jìn)行設(shè)計(jì)。在實(shí)際邊坡評(píng)價(jià)過(guò)程中，工作人員不可能會(huì)對(duì)每一個(gè)邊坡巖石都進(jìn)行詳細(xì)的點(diǎn)荷載測(cè)量實(shí)驗(yàn)或者是單軸抗壓方面的實(shí)驗(yàn)，所以可以考慮使用回彈值的方式進(jìn)行測(cè)驗(yàn)?；貜椀膹?qiáng)度從某種程度上直接反映出巖石表面或者是巖石結(jié)構(gòu)方面的抗壓程度，并且可以通過(guò)使用回彈儀的方式對(duì)巖石強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量。通過(guò)實(shí)際使用我們可以發(fā)現(xiàn)，使用RMR進(jìn)行測(cè)量之后，不穩(wěn)定邊坡主要分布在等級(jí)較低的巖體中，從整體上進(jìn)行分析，不穩(wěn)定邊坡自身的坡度遠(yuǎn)大于基本穩(wěn)定邊坡的自身坡度，而且這兩項(xiàng)坡度都要明顯的大于穩(wěn)定邊坡坡度。將RMR的數(shù)值當(dāng)作基礎(chǔ)，在結(jié)合了不連續(xù)結(jié)構(gòu)調(diào)整值之后，我們可以對(duì)每一個(gè)邊坡自身的SMR數(shù)值進(jìn)行求解，并且可以將對(duì)應(yīng)的數(shù)值繪制成一個(gè)分布圖的形式。從圖中我們可以發(fā)現(xiàn)，分布情況和RMR的分布情況，從大體上分析的是基本一致的，但是依然有大量不穩(wěn)定的邊坡在其中出現(xiàn)，這一情況就說(shuō)明設(shè)計(jì)過(guò)程中將邊坡設(shè)置的過(guò)于陡峭，穩(wěn)定性還有待進(jìn)一步思考。在這一基礎(chǔ)之上，我們可以將不穩(wěn)定的邊坡樣本進(jìn)行剔除，之后再對(duì)圖形進(jìn)行進(jìn)一步的繪制，繪制之后我們可以發(fā)現(xiàn)，只有少量的不穩(wěn)定邊坡存在，而且基本穩(wěn)定邊坡總數(shù)量要明顯大于穩(wěn)定邊坡的數(shù)量[6]。通過(guò)上述分析我們可以發(fā)現(xiàn)，在巖體的質(zhì)量一定情況下，SMR以及MSMR二者在對(duì)應(yīng)邊坡的坡度比較上一定會(huì)大于RMR數(shù)值，隨著巖體自身質(zhì)量的不斷增加，這三點(diǎn)數(shù)值之間將不會(huì)存在顯著的差異性，三者將不斷的趨于同一水平線，發(fā)生這種情況的實(shí)際原因是因?yàn)檫@三種坡度方面的公式在建立基礎(chǔ)上存在一定的差異性。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文主要從SMR設(shè)計(jì)法、軟巖邊坡的坡度設(shè)計(jì)、道路邊坡上破壞的主要類型、軟巖邊坡的幾何影響四方面對(duì)道路軟巖邊坡設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，結(jié)合當(dāng)前我國(guó)先進(jìn)文獻(xiàn)以及筆者自身對(duì)道路軟巖邊坡設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)，提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)方式與設(shè)計(jì)要點(diǎn)，希望可以為我國(guó)未來(lái)道路軟巖邊坡設(shè)計(jì)工作提供一份實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]何述東，瞿坦，黃心漢等.前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)預(yù)測(cè)方法及其在滑坡穩(wěn)定性預(yù)測(cè)中的應(yīng)用.巖土工程學(xué)報(bào)，2011，（3）：61～63.

[2]康志強(qiáng)，馮夏庭，周輝.基于層次分析法的可拓學(xué)理論在地下洞室?guī)r體質(zhì)量評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)voL25SuPp.2.

[3]李邵軍，馮夏庭，楊成祥，黃河，基于三維地理信息的滑坡監(jiān)測(cè)及變形預(yù)測(cè)智能分析.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2004（24）：111～113.

[4]米海珍，牛軍賢，.李如夢(mèng).紅層軟巖破碎軟弱夾層邊坡穩(wěn)定性影響因素探討[J].中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，2012（3）：112～114.

[5]陳昌富，秦海軍等.考慮強(qiáng)度參數(shù)沿深度漸變軟巖邊坡穩(wěn)定性分析方法.湖南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012（11）：155～156.

[6]于少春.多因素綜合判別系數(shù)法在呼一集高速公路深路塹軟巖邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2011（18）：85～87.