巖質(zhì)高邊坡穩(wěn)定性分析及防護(hù)研究

席永慧 江波

（同濟(jì)大學(xué) 上海 200433）

國(guó)家的基礎(chǔ)工程建設(shè)極大地改善了人們的生產(chǎn)、生活環(huán)境，同時(shí)也促進(jìn)了城市及區(qū)域間的協(xié)同發(fā)展。通過(guò)道路交通工程建設(shè)，又極大程度地滿(mǎn)足了人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的物質(zhì)及精神需求。隨著國(guó)家建設(shè)項(xiàng)目的巨大投入，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)面臨的高邊坡穩(wěn)定性問(wèn)題也日益突出?；谖覈?guó)多山的復(fù)雜地貌特征，特別是我國(guó)的西部及南部，高邊坡分布廣泛，在面臨這些高邊坡的問(wèn)題時(shí)，通過(guò)對(duì)高邊坡進(jìn)行原因分析，能夠快速防護(hù)結(jié)構(gòu)的發(fā)展。

1 邊坡概述

1.1 邊坡的概念

邊坡屬于巖土或地質(zhì)工程研究的領(lǐng)域。其自然狀態(tài)一般是指形成的斜坡、河流沖擊形成的岸坡、苔塬的塬邊等。人工邊坡則主要是指交通道路建設(shè)、露天采礦、建（構(gòu)）筑物場(chǎng)地及基礎(chǔ)工程建設(shè)等形成的坡體形態(tài)。

1.2 邊坡的分類(lèi)

邊坡的種類(lèi)多樣，目前分類(lèi)并沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。不過(guò)，目前普遍按照邊坡高度及成因進(jìn)行分類(lèi)。按照坡高可分為低、高及特高邊坡；按照成因可分為人工、自然邊坡；按照物質(zhì)組成部分可分為土質(zhì)、巖質(zhì)及二元結(jié)構(gòu)邊坡等。

1.3 高邊坡的含義

高邊坡是按照邊坡的高度進(jìn)行分類(lèi)。對(duì)于土質(zhì)邊坡來(lái)講，它主要是指邊坡高度在20～100m；對(duì)于巖質(zhì)邊坡來(lái)講，主要是指高度在30～100m的邊坡。不論是土質(zhì)邊坡還是巖質(zhì)邊坡來(lái)講，其邊坡的高度因素都會(huì)對(duì)邊坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生重要的影響[1]。在進(jìn)行邊坡的穩(wěn)定性分析及防護(hù)加固上，都需要通過(guò)計(jì)算的方式進(jìn)行。本文的著重點(diǎn)分析及研究也正在于此。

2 巖質(zhì)的高邊坡穩(wěn)定性分析

在工程的實(shí)際建設(shè)中，有些工程如道路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、房屋建筑等，對(duì)于邊坡變形都具有較為嚴(yán)格的要求，其變形值需要在允許的變形量范圍內(nèi)。如針對(duì)于建筑而言，往往需要依據(jù)設(shè)計(jì)要求，以建筑物的允許變形量作為邊坡穩(wěn)定性的參考標(biāo)準(zhǔn)。另外一些工程，雖然對(duì)于邊坡變形量及破壞并沒(méi)有較高的要求，但是要密切關(guān)注并防止邊坡在受到破壞后發(fā)生的快速滑落。這樣就涉及到以功能定理及邊坡滑落為基礎(chǔ)的計(jì)算。

2.1 高邊坡穩(wěn)定性的影響因素

邊坡穩(wěn)定性是多方面因素共同作用的結(jié)果。實(shí)際的狀況下，巖質(zhì)的巖性、巖質(zhì)的節(jié)理發(fā)育狀況及程度、邊坡的高度、巖質(zhì)的特征及人為方面的因素對(duì)于邊坡穩(wěn)定性來(lái)講都具有重要影響。但總的來(lái)說(shuō)，這些影響主要包含內(nèi)、外兩個(gè)因素：內(nèi)在因素即地應(yīng)力，它是邊坡巖質(zhì)層間裂隙發(fā)育高邊坡變形的重要控制因素。同時(shí)，在內(nèi)應(yīng)力的作用下，巖質(zhì)邊坡應(yīng)力的大小及分布范圍也受到影響；影響邊坡穩(wěn)定性的外在因素主要在于風(fēng)化作用、振動(dòng)作用、地下水的作用及人為因素等。其中振動(dòng)作用主要是地質(zhì)中的地震，其對(duì)于邊坡穩(wěn)定性有巨大的影響作用，而人為因素主要是指實(shí)際的工程建設(shè)中，建設(shè)過(guò)程改變了邊坡的結(jié)構(gòu)及周邊的實(shí)際環(huán)境而導(dǎo)致的邊坡失穩(wěn)[2]。

2.2 巖質(zhì)高邊坡的變形破壞

邊坡在其自身的發(fā)展中主要有兩個(gè)階段，一是變形，另一個(gè)是破壞。這兩個(gè)因素在內(nèi)外因素的影響下不可避免。而由變形至最終的破壞，往往是從量變到質(zhì)變的過(guò)程。邊坡變形主要是指在內(nèi)、外因素影響下出現(xiàn)的變形或者邊坡局部性的破壞，而破壞則是邊坡巖質(zhì)內(nèi)部發(fā)生的根本性的、貫通性的破壞，最終不可改變。而根據(jù)邊坡變形的形式來(lái)看，其主要有邊坡巖體本身的彈性應(yīng)變能量釋放產(chǎn)生的卸荷回彈及邊坡隨時(shí)間推移發(fā)生的蠕變變形兩種形式。

2.3 巖質(zhì)高邊坡穩(wěn)定性的分析方法

對(duì)于邊坡穩(wěn)定性的分析具有多種分析方法。如定性分析法、定量分析法等。需要指出的是，定性分析及定量分析兩者互為關(guān)系，聯(lián)系緊密。定量分析以定性分析為基礎(chǔ)，定量分析在極大程度上又是對(duì)于定性分析的補(bǔ)充及完善。通俗來(lái)說(shuō)，其都是以巖體結(jié)構(gòu)為基本，應(yīng)用巖體力學(xué)中的理論及計(jì)算方法，分析判斷巖體變形破壞的形式，最終為邊坡工程的設(shè)計(jì)及防護(hù)提供科學(xué)準(zhǔn)確的依據(jù)。具體的操作中，往往是先以巖質(zhì)結(jié)構(gòu)分析方法判斷出巖質(zhì)的結(jié)構(gòu)類(lèi)型，根據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型判斷其破壞的形式。在這些基礎(chǔ)分析數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)力學(xué)分析計(jì)算，最終給出關(guān)于邊坡穩(wěn)定性的定量分析。

通過(guò)定性及定量分析，結(jié)合力學(xué)計(jì)算，最終著重進(jìn)行巖石狀態(tài)、性質(zhì)、地下水等因素隨時(shí)間變化對(duì)于邊坡的影響程度，最終判斷邊坡穩(wěn)定性的變化方向及趨勢(shì)，為邊坡加固及防護(hù)做出重要依據(jù)。

3 巖質(zhì)高邊坡防護(hù)研究

在實(shí)際的邊坡防護(hù)工作中，針對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響因素，可以采取相應(yīng)的措施，以保證邊坡的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。具體來(lái)說(shuō)，可以有以下幾種方法：

3.1 采用合理的加固措施

加固措施防護(hù)主要是為了防止邊坡發(fā)生變形破壞及提高巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定坡腳。具體來(lái)說(shuō)，又分為直接加固、間接加固及特殊加固。直接加固主要是利用圍擋墻、人造護(hù)坡、抗滑動(dòng)性樁、鋼錨桿及錨索對(duì)巖質(zhì)高邊坡進(jìn)行有效防護(hù)。間接加固主要是利用邊坡中的巷道、邊坡鉆孔等措施為邊坡的地面排水，此外通過(guò)在邊坡地面鋪蓋防滲卷氈、消減邊坡高度來(lái)達(dá)到卸荷的目的。針對(duì)于特殊巖質(zhì)的邊坡，通過(guò)采用特殊加固的方式，如麻面爆破、壓力灌漿的形式，可大大提高邊坡的穩(wěn)定性[3]。需要指出的是，邊坡的加固并不是漫無(wú)目的的，也不是隨意進(jìn)行的，具體的加固處理須滿(mǎn)足既定的條件。一是在保證邊坡完整性的同時(shí)，能夠?qū)τ谶吰碌姆€(wěn)定性產(chǎn)生較為長(zhǎng)遠(yuǎn)的影響，否則這種防護(hù)就形同虛設(shè)。另一方面，邊坡防護(hù)中應(yīng)保證不會(huì)對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生破壞。最后，邊坡防護(hù)應(yīng)在降低成本的同時(shí)使得效用最大化。例如，邊坡防護(hù)可以采用預(yù)應(yīng)力錨桿及錨索相結(jié)合的錨固技術(shù)，改善巖體應(yīng)力狀態(tài)的同時(shí)，又能有效提高巖體的穩(wěn)定性，可謂經(jīng)濟(jì)又有效。

3.2 落石防護(hù)措施

巖質(zhì)高邊坡高度一般較高。在重力及慣性的作用下，任何一塊小石塊在巖質(zhì)高邊坡上滑落下來(lái)，勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，都有可能對(duì)底部物體產(chǎn)生較大破壞。而在其它因素影響下，巖塊受外力作用發(fā)生脫落、人為因素如邊坡維護(hù)施工等都有可能導(dǎo)致落石的下滑。如果在邊坡的底部有鐵路、公路及房屋等建（構(gòu)）筑物，甚至是行人，都有可能帶來(lái)巨大的災(zāi)害。在這樣的不可預(yù)見(jiàn)因素下，采取落石防護(hù)存在必要性?？梢酝ㄟ^(guò)設(shè)置鋼絲繩防護(hù)網(wǎng)，將邊坡進(jìn)行維護(hù)，防止落石滾落至公路、鐵路及房屋等建（構(gòu)）筑物附近。除此以外，還可以在坡腳處修筑圍墻，防止坡面巖石風(fēng)化、侵蝕后的落石滾落至鐵路、公路或者房屋等建（構(gòu)）筑物的安全范圍內(nèi)。

3.3 綠化護(hù)坡

通過(guò)綠化護(hù)坡，可以有效改善巖質(zhì)高邊坡的土層地質(zhì)狀況，減少水土的流失，改善地表狀況，最終提高邊坡的穩(wěn)定性。綠化護(hù)坡作為一種生態(tài)型的護(hù)坡方式，具有在保護(hù)生態(tài)的同時(shí)又能提高邊坡的穩(wěn)定性的雙重功能。特別是對(duì)于巖質(zhì)邊坡來(lái)講，采用植物綠化的方式，能夠有效降低巖石在風(fēng)化作用下的變形破壞，降低雨水的沖刷及侵蝕。而其本身所具有的綠化邊坡、改善生態(tài)環(huán)境的意義遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出于改善邊坡的穩(wěn)定性狀況。

4 結(jié)語(yǔ)

影響邊坡穩(wěn)定性的因素是多種多樣的，通過(guò)采用有效的分析方法分析巖質(zhì)高邊坡的變形破壞，進(jìn)而采取合理的防護(hù)措施，才能達(dá)到長(zhǎng)治久安的目的。同時(shí)，我們也相信，隨著未來(lái)巖質(zhì)邊坡防護(hù)的深入研究，將出現(xiàn)更多的科學(xué)的高邊坡防護(hù)方法。