試論邊坡巖土工程不確定性及對策分析探討

馬驍

摘 要：邊坡巖土工程施工中會遇到土工結(jié)構(gòu)、土體、周圍環(huán)境三個(gè)問題，這三個(gè)因素始終貫穿于整個(gè)施工過程，且都處于互相影響的關(guān)系，在邊坡巖土工程的工作中存在許多可以預(yù)期但不可控的因素，我們將其稱為不確定性因素，而這些不確定性因素帶來的缺陷是明顯的。為此，本文就邊坡巖土工程不確定性作了相關(guān)的探討，并提出了具體的解決對策，以供參考。

關(guān)鍵詞：巖土工程；不確定性；影響因素；對策

引 言：在邊坡巖土工程中，會存在很多不確定因素，對施工造成影響，還會存在安全隱患。加強(qiáng)對不確定因素的研究，并采取針對性措施進(jìn)行防治，能夠有效保證施工順利進(jìn)行。

1 巖土工程不確定性的主要因素

1.1巖土物理學(xué)指標(biāo)

巖土物理學(xué)指標(biāo)也就是我們常說的巖土參數(shù)，由于這些參數(shù)會隨著時(shí)空的變化而發(fā)生較大幅度的變化，具有顯著的時(shí)間和空間變異性，因而其不確定性也就非常容易被理解。雖然在實(shí)際工作中，工作人員會通過嚴(yán)格密封、縮短土樣存放時(shí)間等措施降低外界因素所帶來的不良影響，但是巖土體的空間變異性卻無法避免或控制，只有通過統(tǒng)計(jì)方法對這種空間離散和變異性進(jìn)行處理。在巖土工程中，空間變異性是一種特有現(xiàn)象，雖然可以對其進(jìn)行描述，但是卻無法對其實(shí)質(zhì)性地減少，因此，最終形成的參數(shù)也只能是理論計(jì)算的結(jié)果，而非其真值。

1.2 巖土模型

模型是原型的理想化替代物，它反映原型的主要特征。對于邊坡巖土分析，模型并不是唯一的，模型的不確定性由此而來。在巖土工程實(shí)踐中發(fā)展起來的分析模型，就其實(shí)用性和復(fù)雜程度來說，是與人的認(rèn)識水平和分析能力直接相關(guān)的。邊坡巖土工程設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢是越來越多的考慮實(shí)際坡體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和性能，這就必然要求巖土工程使用越來越復(fù)雜的模型，在確定了模型后，關(guān)鍵還在于選取合理的數(shù)值計(jì)算方法，如：有限單元法、有限差分法、極限分析法、通用條分法、滑移線法、邊界元法、離散元法、拉格朗日元法、流形元法、非連續(xù)變形分析法、半解析法等，各種方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件，可以單獨(dú)使用，也可以聯(lián)合使用。

1.3 人為因素

設(shè)計(jì)人員在施工前通常會設(shè)計(jì)多個(gè)巖土工程施工備選方案，并最終從中挑選一個(gè)合適的方案進(jìn)行實(shí)施。不同的方案所需的經(jīng)費(fèi)自然不同，當(dāng)然不同的方案間的可靠性與穩(wěn)定性也各不相同，從施工方案的設(shè)計(jì)與決定的整個(gè)過程均是由人為因素完成的，因個(gè)人的思維方式與價(jià)值觀念不同，不同決策者對實(shí)施方案的選擇也會不同，其決策依據(jù)既可以是依賴充分的科學(xué)依據(jù)也可以是直覺與經(jīng)驗(yàn)判斷。

2 邊坡穩(wěn)定性影響因素原因分析

根據(jù)邊坡坡體結(jié)構(gòu)特征及巖土層工程性質(zhì)等地質(zhì)環(huán)境條件，對區(qū)內(nèi)邊坡穩(wěn)定性影響因素分析如下：

2.1 巖土層的工程性質(zhì)

勘察區(qū)內(nèi)的邊坡淺部主要由可塑狀～硬塑狀坡、殘積土及全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化混合巖等構(gòu)成，這些巖土層的力學(xué)性能一般，抗剪強(qiáng)度不高，對邊坡的穩(wěn)定性不利，是邊坡失穩(wěn)的主要內(nèi)在因素。

2.2 氣象因素

勘察區(qū)雨季長，雨量充沛，降雨集中，多年平均降水量1477mm～1941mm，年降水量主要集中在4月～9月，該期間降雨為邊坡失穩(wěn)提供外部條件，連續(xù)暴雨是邊坡失穩(wěn)的主要外部因素。

2.3 巖土體的水理性能

坡體構(gòu)成為坡殘積土以及全、強(qiáng)風(fēng)化巖，均具有遇水易軟化、崩解的特點(diǎn)，其水理性能較差，因此在旱季期間，邊坡的穩(wěn)定性通常較好，而雨季期，坡體長時(shí)間受水浸潤將導(dǎo)致重度增大、抗剪強(qiáng)度等力學(xué)性質(zhì)明顯降低，從而導(dǎo)致邊坡穩(wěn)定性減弱。水理性質(zhì)較差是本區(qū)邊坡失穩(wěn)的重要因素。

2.4 人類活動

人類因工程切坡而使坡腳減載，從而破壞邊坡自然的穩(wěn)定狀態(tài)而引起滑坡或崩塌，是邊坡失穩(wěn)的誘發(fā)因素。綜上所述表明，在本區(qū)特定的地質(zhì)環(huán)境中，邊坡穩(wěn)定性的影響因素較多，其中控制邊坡穩(wěn)定性的內(nèi)因是坡體巖土層工程性質(zhì)和水理力學(xué)性質(zhì)差，人類在邊坡頂部工程活動強(qiáng)烈且沒有及時(shí)進(jìn)行必要支護(hù)則是邊坡失穩(wěn)的主要外因，大氣強(qiáng)降雨是誘發(fā)邊坡失穩(wěn)的不利因素。

3 邊坡巖土工程不確定性的對策

3.1 常用的對策

（1） 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)

巖土工程以前經(jīng)歷過完全依靠經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的階段，而且直到現(xiàn)在，工程經(jīng)驗(yàn)特別是地方經(jīng)驗(yàn)仍然在巖土工程設(shè)計(jì)中占有十分重要的地位。巖土工程問題中，有很多因素是不確定的，因此很難進(jìn)行準(zhǔn)確的分析，我們只能通過經(jīng)驗(yàn)再加上工程的具體獨(dú)有的特點(diǎn)，從而設(shè)計(jì)出一套解決方案。巖土工程師多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可以在一定程度上減少巖土參數(shù)和巖土計(jì)算模型不確定性因素的影響。

（2） 安全系數(shù)

在巖土工程設(shè)計(jì)中，很早就采用了安全系數(shù)這樣一個(gè)非常重要的概念，它可以有效地部分解決巖土參數(shù)、巖土計(jì)算模型不確定性因素的影響。但采用多大的安全系數(shù)往往成為問題的關(guān)鍵，特別是就2種不同的巖土計(jì)算模型來說，如果取相同的安全系數(shù)，其安全程度并不一定相同，這也增加了設(shè)計(jì)者把握的難度。

（3） 不足之處

以上是常用的2種減少巖土不確定性影響的方法，但也可以看出，經(jīng)驗(yàn)性的、保守的、感性直觀的因素是目前邊坡工程設(shè)計(jì)中普遍存在的一種現(xiàn)象，它可以表現(xiàn)為過分保守地確定巖土體力學(xué)參數(shù)、構(gòu)建相對保守的巖土計(jì)算模型，采用相對保守的安全系數(shù)，較多地考慮其它危險(xiǎn)因素等等。當(dāng)設(shè)計(jì)者對巖土有關(guān)的不確定性了解很少時(shí)，這樣考慮問題是合理的。但是，隨著我國現(xiàn)代化建設(shè)事業(yè)的不斷發(fā)展，工程建設(shè)逐步由低標(biāo)準(zhǔn)向高標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展，這種方法目前已不適應(yīng)現(xiàn)代化大型工程建設(shè)的需要，現(xiàn)在的巖土工程需要考慮本項(xiàng)目工程建設(shè)以外的自然環(huán)境、社會意義等因素的影響，所以要進(jìn)行更加科學(xué)的分析與決策。

2.2推薦對策

經(jīng)過業(yè)內(nèi)人士的不斷探究，一種新型具有可行性的方法—?jiǎng)討B(tài)設(shè)計(jì)與施工已引起了廣泛的重視與運(yùn)用。

由于邊坡巖土工程在巖土系數(shù)與巖土模型選擇的特殊性，再加上復(fù)雜的地質(zhì)條件使分析的難度系數(shù)加大，在工程正式施工后，設(shè)計(jì)方案中對勘測工作的遺漏與失準(zhǔn)現(xiàn)象均會得到顯現(xiàn)，此時(shí)若仍沿用原先的設(shè)計(jì)方案則會造成嚴(yán)重的后果。動態(tài)設(shè)計(jì)與施工改變了傳統(tǒng)的靜態(tài)的設(shè)計(jì)施工流程，其使設(shè)計(jì)方案更具彈性，若在實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn)實(shí)際檢測結(jié)果與方案出入較大則可以對現(xiàn)行設(shè)計(jì)進(jìn)行修改，該方案可對施工過程中出現(xiàn)的問題及時(shí)作出處理對策。但是，這就要求施工人員做好對施工現(xiàn)場的監(jiān)測工作。

在動態(tài)設(shè)計(jì)與施工的方法中，設(shè)計(jì)人員要及時(shí)采集施工現(xiàn)場的新信息并與設(shè)計(jì)方案中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，比較兩組數(shù)據(jù)間的誤差，另外，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)做好施工現(xiàn)場的監(jiān)測工作，隨時(shí)將采集的檢測信息進(jìn)行分析，以判斷設(shè)計(jì)方案是否合理，若設(shè)計(jì)方案中的信息與監(jiān)測信息存有較大差異則可立即對方案進(jìn)行修改，以便在下一級施工中使用新方案，若兩組數(shù)據(jù)無明顯差異則可沿用原先的方案繼續(xù)施工，以此方法貫穿于整個(gè)施工過程中，直至工程順利結(jié)束，而動態(tài)實(shí)際與施工中的連續(xù)監(jiān)測方法仍可以作為對施工效果的評價(jià)方法。

3 結(jié)束語

總之，在施工過程中，設(shè)計(jì)人員要密切監(jiān)測施工情況，及時(shí)采集監(jiān)測數(shù)據(jù)并與原定方案中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，根據(jù)施工現(xiàn)場所暴露的實(shí)際地質(zhì)條件、巖土模型、巖土力學(xué)與參數(shù)等資料及時(shí)對方案中的漏洞進(jìn)行修復(fù)與修改，對于有出入或遺漏性的方案要及時(shí)給予更新，保證下一階的施工進(jìn)行有新方案的支持，充分將施工與動態(tài)設(shè)計(jì)相結(jié)合，這樣才能保證施工工作高效、安全、順利地開展，最大程度消除不確定因素帶來的安全隱患。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳穎奕.試論巖土工程基坑支護(hù)的重要性[J].施工技術(shù)，2013（06）.

[2]莫廷滿.基礎(chǔ)地質(zhì)在巖土工程勘察中的應(yīng)用[J].技術(shù)與市場.，2010（09）.

[3]孔振光.關(guān)于巖土工程幾個(gè)問題的思考[J].中國高新技術(shù)企業(yè).， 2008（10）.