山區(qū)道路邊坡安全控制技術(shù)發(fā)展綜述

毛瑋蕓

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和基礎(chǔ)建設(shè)的完善，將面臨著越來越多的山區(qū)道路邊坡問題。基于平原道路邊坡的相關(guān)研究已經(jīng)比較深入，該文從道路改擴(kuò)建工程、邊坡穩(wěn)定性、邊坡檢測技術(shù)等方面的研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析，探討了山區(qū)道路邊坡安全控制技術(shù)的發(fā)展。研究山區(qū)道路邊坡安全控制技術(shù)對于工程建設(shè)具有重要的意義。最后，對于未來的道路邊坡研究提出了幾點(diǎn)建議。

關(guān)鍵詞：山區(qū)道路 邊坡 安全控制

中圖分類號：U41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）02（b）-0038-03

我國山地面積占整個國土面積的70%，大量的自然邊坡存在我國的山地之中。中國正處于快速的發(fā)展時期，大量基礎(chǔ)工程設(shè)施的建設(shè)，如鐵路公路、水電樞紐及礦山等，會給工程技術(shù)帶來大量的高邊坡工程。如何在道路的改擴(kuò)建過程中對邊坡進(jìn)行監(jiān)測，減小對既有邊坡的不利影響，是決定山區(qū)道路工程安全及工期的主要因素，也是道路改擴(kuò)建工程中的技術(shù)難題之一。目前，科研工作者對于平原地區(qū)道路邊坡安全控制的問題進(jìn)行了深入的研究，取得了一定的成果。但是對于山區(qū)道路邊坡安全控制的問題，相關(guān)研究很少。山區(qū)道路邊坡穩(wěn)定性與平原道路相比，受到更多因素的限制。

1 道路改擴(kuò)建工程研究進(jìn)展

因國外道路在修建時在規(guī)劃設(shè)計過程中考慮較為全面，不存在后期運(yùn)營中交通量過多、擁堵等問題，故對道路改擴(kuò)建問題的相關(guān)研究較少，但總結(jié)個別案例，仍然可以從中吸取少許寶貴的經(jīng)驗(yàn)及成果。

美國的Deschamps[1]等人在1999年通過對拓寬的道路路基進(jìn)行探究，分析了由于新老路基沉降不均勻產(chǎn)生的變形和路基邊坡失穩(wěn)的原因，總結(jié)了路基拓寬失敗的主要原因：降雨、對新路基的壓實(shí)不足和開挖不合理等造成了路基軟化。日本、美國、德國等制定了關(guān)于道路改擴(kuò)建的設(shè)計施工規(guī)范[2-4]，有效地解決了新老路基差異沉降、邊坡穩(wěn)定性等問題。

對于道路的改擴(kuò)建，國內(nèi)學(xué)者也做了諸多研究：白玉鳳[5]研究了不同施工時間段、不同施工方式和不同施工條件下的道路安全狀況，找到了進(jìn)行高速公路改擴(kuò)建工程時施工難度相對較大的時間和位置，并闡述了不同條件下施工安全注意事項(xiàng)。周志剛等[6]在施工現(xiàn)場進(jìn)行試驗(yàn)，通過監(jiān)測路基沉降、路面彎沉等相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行有限元模擬分析，得出結(jié)論：將土工格柵鋪設(shè)在新老路基交界處可以有效改善填土的各項(xiàng)性能指標(biāo)。

2 邊坡的穩(wěn)定性評價研究進(jìn)展

邊坡的穩(wěn)定性是公路改擴(kuò)建施工的基礎(chǔ)，其失穩(wěn)破壞的根本原因在于巖土體的剪應(yīng)力大于抗剪強(qiáng)度。當(dāng)前對邊坡穩(wěn)定評價主要為定性分析和定量分析兩種方法，但兩種分析方法都有一定的局限性。定性分析不能給出量化的結(jié)果，而定量分析又將一些邊界條件進(jìn)行了簡化。國內(nèi)外關(guān)于邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行了大量的研究，探究邊坡穩(wěn)定性和相關(guān)經(jīng)濟(jì)合理性。

國內(nèi)研究中，何忠明等[7]使用FLAC軟件對開挖軟巖邊坡的過程中塑性區(qū)分布、變形、安全系數(shù)的改變以及不同處理措施下的支護(hù)效果分別進(jìn)行計算分析，探究不同條件下的邊坡穩(wěn)定性。結(jié)果表明：開挖過程中，邊坡的剪切和張拉塑性區(qū)分布主要集中在邊坡表層2～4 m范圍內(nèi)，且隨著深度的增加邊坡安全系數(shù)降低；通過采用全長注漿錨桿進(jìn)行邊坡支護(hù)措施，可以有效地控制邊坡變形。楊潔[8]提出了一種新的邊坡穩(wěn)定性評價方法。將可靠度理論應(yīng)用于動力邊坡穩(wěn)定性分析，探究不同工況下土石壩的可靠度變化規(guī)律。國外研究中，Zienkiewicz[9]等首次將強(qiáng)度折減系數(shù)概念引入到彈塑性有限元數(shù)值方法中，提出了關(guān)于土質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析的折減彈塑性有限元方法。Ugai[10]使用強(qiáng)度折減有限元法對傾斜邊坡、直立邊坡、非均質(zhì)邊坡及存在孔隙水壓力的復(fù)雜邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。Matsui和San[11]以剪應(yīng)變作為邊坡破壞評判指標(biāo)，基于Duncan-chang雙曲線非線性模型，利用強(qiáng)度折減理論和有限元法，研究開挖邊坡的穩(wěn)定性。

在邊坡的穩(wěn)定性分析方面，國內(nèi)外人員已做了許多的深入研究，但關(guān)于山區(qū)交通道路可能存在高邊坡問題特別是因路基路塹的擴(kuò)寬引起的失穩(wěn)相關(guān)研究較少，缺乏相應(yīng)的理論研究。

3 道路的沉降對邊坡穩(wěn)定性影響規(guī)律研究進(jìn)展

在道路的改擴(kuò)建過程中，可能會出現(xiàn)新老路基存在差異沉降的現(xiàn)象，差異的沉降使得新老路基結(jié)合處產(chǎn)生縱向裂縫，不僅可能會導(dǎo)致更多路基和路面病害，而且影響了行車的舒適性和安全性，嚴(yán)重影響公路的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

基于以上問題，Wu.T.H[12]通過室內(nèi)人工方式設(shè)置新老路基間的工后差異沉降，進(jìn)而模擬路基拓寬所造成的新老路基變形情況，探究拓寬改建工程中新老路基差異沉降的影響規(guī)律。黃琴龍[13]認(rèn)為路基拓寬工程中新老路基間施工后差異變形會導(dǎo)致病害的產(chǎn)生，通過進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)和相應(yīng)的有限元數(shù)分析，探究瀝青路面在路基差異條件下的結(jié)構(gòu)改變規(guī)律。錢勁松[14]通過研究老路拓寬差異沉降的研究現(xiàn)狀，指出了當(dāng)前計算方法的不足之處，通過對老路拓寬工程進(jìn)行非線性的有限元分析，總結(jié)了施工后差異沉降的規(guī)律，并且根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對老路拓寬相關(guān)的設(shè)計提出改進(jìn)方法。章定文[15]提出原有路堤及地基的應(yīng)力場和應(yīng)變場會由于道路擴(kuò)建過程中使用加寬路堤填筑而變化，進(jìn)而導(dǎo)致了老路的附加差異變形。他使用彈塑性有限元參數(shù)分析方法探討了不同軟土層厚度、不同加寬路堤寬度、不同的新老路堤剛度比時加寬路堤的填筑對老路變形規(guī)律的影響。在設(shè)計公路改擴(kuò)建所產(chǎn)生沉降的相關(guān)研究中，大多數(shù)研究人員將研究重點(diǎn)放在了公路的路面開裂上，進(jìn)而探究沉降原理和影響因素，而忽視了道路可能存在的環(huán)境條件，關(guān)于山區(qū)道路這一特定條件下的公路擴(kuò)建所引發(fā)的道路沉降，以及沉降所引發(fā)的邊坡失穩(wěn)研究不足。

4 邊坡監(jiān)測技術(shù)及裝備研究進(jìn)展

長期以來人們對邊坡的監(jiān)測給予了高度的重視，邊坡監(jiān)測己成為掌握邊坡動態(tài)、確保工程安全、了解失穩(wěn)機(jī)理和開展邊坡穩(wěn)定性預(yù)警預(yù)報的重要手段。

目前，國內(nèi)外邊坡變形主要采用的監(jiān)測方法是：坡表測量（測距儀、全站儀、水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀等）、光纖位移測量（OTDR，BOTDR-Brillouin Optical Time Domain Reflect ometry）、坡體內(nèi)部測量（水壓監(jiān)測儀、鉆孔傾斜儀和錨索測力計等）、位移計、GPS測量技術(shù)、紅外遙感監(jiān)測方法（SAR），激光微小位移監(jiān)測技術(shù)、聲發(fā)射技術(shù)、合成孔徑雷達(dá)干涉測量（SAR interferometry）、時間域反射測試（TDR）技術(shù)和閉合法等。邊坡安全監(jiān)測已被規(guī)定為重要工程邊坡設(shè)計和施工的主要環(huán)節(jié)，邊坡安全監(jiān)測開始全面快速的發(fā)展，主要體現(xiàn)在：對安全監(jiān)測的內(nèi)涵及其對工程意義的理解和認(rèn)識更加全面、深入；監(jiān)測設(shè)備功能豐富，監(jiān)測范圍大，數(shù)字?jǐn)z影、GIS、GPS等現(xiàn)代化技術(shù)手段在邊坡監(jiān)測中不斷推廣應(yīng)用；數(shù)據(jù)處理智能化并且通過數(shù)據(jù)動態(tài)管理實(shí)時監(jiān)測、安全預(yù)警，甚至實(shí)現(xiàn)可信度較高的預(yù)測功能。但這些方法不同程度地受一些因素的制約：GPS監(jiān)測需要設(shè)置信號，可能會由于大氣層和電離層等電波的干擾而產(chǎn)生信號延遲，同時周圍環(huán)境的電磁波可能會干擾接收信號精度，不適合應(yīng)用在早期預(yù)警或者小形變量的測量；紅外遙感監(jiān)測則受電波、電磁波的影響，不能進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，受外界地形地貌的影響比較嚴(yán)重，同時還受外界電波的干擾；光纖位移監(jiān)測只是進(jìn)行表面測量、對邊坡進(jìn)行測量，受邊坡外部結(jié)構(gòu)的影響，將產(chǎn)生變形。

5 結(jié)語

為了保證山區(qū)道路的暢通與安全，對山區(qū)道路邊坡安全控制技術(shù)的研究十分必要。山區(qū)道路改擴(kuò)建過程中邊坡力學(xué)響應(yīng)特性及智能監(jiān)測與災(zāi)害控制技術(shù)是面臨且需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題，對于這些基礎(chǔ)理論和應(yīng)用技術(shù)的研究，尚存在一下具體的問題有待進(jìn)一步的探討和研究，主要包括以下幾個方面。

（1）山區(qū)道路的改擴(kuò)建研究處于較為空白的階段，道路的改擴(kuò)建工程對周邊環(huán)境邊坡的研究存在不足，而邊坡的穩(wěn)定性與施工安全息息相關(guān)，有待進(jìn)一步研究。

（2）對于山區(qū)道路高邊坡的穩(wěn)定性分析方法已有較為充分的研究，但是對其道路的沉降與邊坡支護(hù)的影響涉及情況較少，對道路高邊坡在改擴(kuò)建過程中所受的影響需要進(jìn)一步分析論證，邊坡對于路基沉降與支護(hù)的撤離的響應(yīng)特性有待研究。

（3）針對山區(qū)道路邊坡這種復(fù)雜的巖土工程，需要根據(jù)作業(yè)性質(zhì)進(jìn)行合理的監(jiān)測方案選取，目前缺少對道路邊坡穩(wěn)定性提供一種安全有效的監(jiān)測方案和設(shè)備。

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