寒冷地區(qū)路塹邊坡穩(wěn)定性研究

王海坡

摘 要：文章對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)公路工程施工中邊坡穩(wěn)定性問題進(jìn)行了研究，介紹了邊坡穩(wěn)定性的分析方法，分析了寒冷地區(qū)路塹邊坡不穩(wěn)定的主要成因，并且提出了相應(yīng)的處置措施。

關(guān)鍵詞：邊坡；穩(wěn)定性

在冰凍地區(qū)挖方路段， 由于路塹邊坡絕大多數(shù)沒有施工壓實(shí)過程， 其密實(shí)程度較低， 在春融期路塹邊坡溜方現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生， 溜下的土體輕則堵塞邊溝， 重則阻礙交通， 影響公路的正常運(yùn)營(yíng)。冰凍地區(qū)路塹邊坡溜方問題在路基設(shè)計(jì)中并沒有受到足夠的重視，以致嚴(yán)重時(shí)在公路竣工通車后每年春融期都有路塹邊坡溜方現(xiàn)象出現(xiàn)， 給公路養(yǎng)護(hù)帶來困難， 造成大量不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

一、邊坡穩(wěn)定性分析方法研究

1、定性分析方法

是一種通過工程地質(zhì)勘察，對(duì)影響邊坡穩(wěn)定性的主要因素、可能的變形破壞方式及失穩(wěn)的力學(xué)機(jī)制等分析，對(duì)已變形地質(zhì)體的成因及其演化史進(jìn)行分析，從而給出被評(píng)價(jià)邊坡的一個(gè)穩(wěn)定性狀況及其可能發(fā)展趨勢(shì)的定性說明和解釋的方法。

2、極限平衡法

該方法是當(dāng)前公路施工工程中最常用的方法。工程上假定滑動(dòng)面為圓弧，該方法在沒有計(jì)算機(jī)的年代能大大簡(jiǎn)化計(jì)算，是一種實(shí)用的方法。到上世紀(jì)五十年代國(guó)外工程技術(shù)人員對(duì)該法作了重要改進(jìn)，提出了安全系數(shù)的定義，通過力矩平衡來確定安全系數(shù)。該方法目前在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用中存在一些實(shí)際的工程問題，主要是當(dāng)遇到軟弱夾層時(shí)安全系數(shù)偏大。

3、極限分析法

該種方法主要是考慮了巖土體的應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系，將塑性力學(xué)的上限、下限定理引入公路工程邊坡穩(wěn)定性的問題分析。這一方法避免了公路工程施工中模糊的本構(gòu)關(guān)系公式，概念非常的明確，計(jì)算簡(jiǎn)單，適用范圍廣。

4、數(shù)值分析法

改種方法首先假定公路工程施工中的巖土具有非均質(zhì)的、不連續(xù)的、變形量很大的特點(diǎn)，在計(jì)算過程中該法不需要事先假定破壞面的形狀和具體位置，也沒有必要引入其他的假設(shè)條件，理論方法體系嚴(yán)密。但是該法在應(yīng)用中需要解決巖土體本構(gòu)關(guān)系和輸入數(shù)據(jù)的精度問題。

5、不確定分析法

隨著科技的進(jìn)步和計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的高速發(fā)展，人們逐漸將現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)應(yīng)用到公路工程施工中邊坡穩(wěn)定性問題的研究，而且人們也逐漸認(rèn)識(shí)到以往的邊坡穩(wěn)定性問題的研究存在很多不足之處，在邊坡穩(wěn)定性的影響因素中存在很多不確定的因素。目前該方法主要以概率分析法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析法和模糊綜合評(píng)判法等為代表。

二、寒冷地區(qū)路塹邊坡不穩(wěn)定的主要成因分析

路塹邊坡是否會(huì)產(chǎn)生溜方主要與下列因素有關(guān)： 邊坡坡度、土質(zhì)、土體的密實(shí)程度和滲透性、邊坡土體中的“水線”形狀、上層土體凍結(jié)前的飽和程度、冬季降雪和春融期的降水量、融化速度等等。值得注意的是， 邊坡高度很低的路塹邊坡也會(huì)產(chǎn)生溜方。眾所周知， 路基邊坡的穩(wěn)定性與邊坡的坡度密切相關(guān)， 坡度過陡容易產(chǎn)生滑坡。

這里所說的水線，是指在邊坡一定深度內(nèi)，秋季富含水分，冬季變成集冰層，春融季節(jié)融化成泥水沿邊坡流出的一種寒區(qū)地質(zhì)現(xiàn)象。其形成的原因主要是早期形成的黃土層，經(jīng)過自然界的風(fēng)化剝蝕，形成一個(gè)起伏不平的古剝蝕面，后期沉積形成的黃土將此剝蝕面覆蓋，兩種不同時(shí)期形成的黃土所夾的界面，便形成了現(xiàn)在的水線。其形狀特征表現(xiàn)為局部凹形曲線，或大范圍內(nèi)傾斜線，或局部水平線。

由于初冬期冰雪的作用， 加之氣溫反復(fù)變化產(chǎn)生的凍融影響， 路塹邊坡土體上層基本是處于飽和或過渡飽和狀態(tài)下被凍結(jié)的， 冬季路塹邊坡又被冰雪所覆蓋， 春融期冰雪迅速融化， 邊坡上層土體中的水分來不及蒸發(fā)， 又由于下部是凍結(jié)層， 水分無法繼續(xù)下滲， 上面融化的土層由于粘聚力及內(nèi)摩擦力的減小， 融化層的土體便沿著下面凍結(jié)土層的表面向下滑動(dòng)， 造成路塹邊坡溜方。冰凍地區(qū)路塹邊坡產(chǎn)生溜方的臨界坡度與產(chǎn)生滑坡的臨界坡度有時(shí)并不完全相同。邊坡土體的密實(shí)程度和滲透性對(duì)邊坡是否出現(xiàn)溜方起著關(guān)鍵的作用， 水分的滲入使土體趨于飽和， 土的抗剪強(qiáng)度下降， 容易產(chǎn)生溜方。對(duì)于粘聚力較大的土來說， 在同樣的邊坡坡度和水文條件下不容易產(chǎn)生溜方； 內(nèi)摩阻角亦然。溜方前土體的飽和程度和飽和層的厚度對(duì)溜方的產(chǎn)生也起著不同的作用。

三、加強(qiáng)邊坡穩(wěn)定性的技術(shù)措施

對(duì)水線發(fā)育的飽和土路塹邊坡必須采取排水的措施來保證邊坡穩(wěn)定。在確定需要處治的邊坡上挖設(shè)樹型排滲水溝槽，在排滲水溝槽內(nèi)布設(shè)排水土工材料。用透水材料將排滲水溝槽填平，然后在其上鋪設(shè)網(wǎng)狀土工格室。在土工格室內(nèi)填土種植喜水根深植物馬蓮草。土工格柵作為一種新型的復(fù)合材料，被廣泛的運(yùn)用到土體邊坡工程中。土工格柵被埋在土體中，由于填料土體自重及上部外加荷載的作用，土工格柵表面及格柵的四邊形（有的土工格柵為六邊形或其它形狀）網(wǎng)眼就會(huì)與土體發(fā)生摩擦、機(jī)械咬合、嵌固等相互作用，來約束或減小土體發(fā)生側(cè)向變形，從而提高邊坡的穩(wěn)定性，也可以是在邊坡安全系數(shù)一定的情況下提高邊坡的高度或是增大邊坡的坡率。還可以利用道路邊坡保溫技術(shù)對(duì)公路工程邊坡進(jìn)行保溫以提高邊坡的穩(wěn)定性。