邊坡坡面破壞的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

李 磊 吳禮浩 邢 鵬 鄧榕呈

(1.江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)局第三地質(zhì)大隊(duì)，江蘇 鎮(zhèn)江 212001； 2.江蘇地質(zhì)基樁工程公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212001)

1 邊坡破壞模式

邊坡是土體、巖體或者土石混合體在自然條件作用下，以某一傾角自然堆積形成的地質(zhì)體，在我國有大量的分布。原始自然堆積形成的邊坡是安全的，但在經(jīng)歷自然風(fēng)化、雨水沖刷和人類活動(dòng)等影響后，可能會(huì)出現(xiàn)邊坡整體破壞或者局部失穩(wěn)等情況。目前，諸多學(xué)者通過大量的室外勘察、室內(nèi)試驗(yàn)、數(shù)值模擬等方法對邊坡的整體或者穩(wěn)定性進(jìn)行了深入的研究。

1.1 坡面剝落

坡面剝落是一種常見的邊坡破壞形式，坡面剝落雖然不能定義為坡體的整體破壞，但同樣是一種較嚴(yán)重的邊坡變形或破壞現(xiàn)象，且這種破壞的修復(fù)工作在實(shí)際工程中往往面臨各種困難。

1.2 坡面沖刷

坡面沖刷會(huì)引起大量的水土流失，使坡面成溝狀或洞穴狀，一般形成坡肩沖刷坍塌、坡面沖刷串溝、坡面沖刷跌水、坡腳沖刷淘空、坡面沖刷溝穴、巖石接觸的沖刷溝穴等。

1.3 沖溝

小規(guī)模的水流沖刷會(huì)形成坡面沖刷，但當(dāng)水體的流量較大，坡面土體強(qiáng)度分布不均勻時(shí)，水流會(huì)由原先均勻水流合并成流量較大的水流，并夾雜著一些土體。隨著土體被大流量的水體帶出，邊坡會(huì)形成一條條明顯的沖溝。

1.4 坡面崩塌

邊坡塌方是一種最危險(xiǎn)的破壞形式，整塊的邊坡土體一次性傾瀉而下或者滑動(dòng)，具有強(qiáng)大的破壞力，也會(huì)改變邊坡原有的結(jié)構(gòu)形式。

2 邊坡穩(wěn)定性問題研究現(xiàn)狀

2.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

近年來，國內(nèi)外學(xué)者針對邊坡開挖誘發(fā)地質(zhì)滑坡的機(jī)理方面做了廣泛的研究。目前主要通過數(shù)值軟件的模擬和現(xiàn)場勘查對邊坡穩(wěn)定性問題進(jìn)行研究。

2006年，馮剛[1]以西堠門大橋?yàn)橐劳泄こ?，研究了GPS2型主動(dòng)防護(hù)新技術(shù)在邊坡防治中的應(yīng)用。西堠門大橋基巖裸露，上部坡度比較陡峭，并且風(fēng)化程度嚴(yán)重，植被發(fā)育。在此種情況下，處置時(shí)，還要遵循保證構(gòu)造物安全；避免崩塌落石情況發(fā)生；環(huán)保美觀的原則。在此基礎(chǔ)上，選用了GPS2型防護(hù)系統(tǒng)施工。分析了GPS2型防護(hù)系統(tǒng)的工作原理以及其優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)檫@種系統(tǒng)安裝便捷，后期維護(hù)方便；并且能縮短工期，利于地下水和滲透水的排除，減少植被破壞從而達(dá)到環(huán)保美觀的效果。馮剛依托西堠門大橋?qū)PS2型邊坡防護(hù)系統(tǒng)的研究為類似工程提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

2008年，劉平平從巖石風(fēng)化角度出發(fā)，研究了針對以風(fēng)化巖石的邊坡防護(hù)措施，并闡述各種防護(hù)措施的適用情況。其中護(hù)面墻適用于易風(fēng)化的片巖、頁巖等地質(zhì)條件，采用護(hù)面墻能夠有效防止巖石繼續(xù)風(fēng)化而引起的邊坡破壞，包括實(shí)體護(hù)面墻、孔窗式護(hù)面墻、拱式護(hù)面墻和肋式護(hù)面墻等形式；噴混防護(hù)適用于堅(jiān)硬巖石風(fēng)化破壞后節(jié)理發(fā)育的巖質(zhì)邊坡或者適用于上部和下部風(fēng)化不均的邊坡。錨桿鐵絲網(wǎng)噴混防護(hù)措施適用于風(fēng)化破壞層較厚或者風(fēng)化嚴(yán)重的邊坡，此時(shí)，必須采用錨桿鐵絲網(wǎng)這種既有防護(hù)又有加固作用的防護(hù)措施。

2009年，莫開燕[2]以什運(yùn)至邦溪公路為依托工程，研究了SNS柔性防護(hù)系統(tǒng)在石質(zhì)邊坡的應(yīng)用。SNS系統(tǒng)主要由鋼絲繩網(wǎng)、環(huán)形網(wǎng)、鋼絲格柵組成。研究表明SNS系統(tǒng)主要有主動(dòng)防護(hù)和被動(dòng)防護(hù)兩大防護(hù)類型，具有高強(qiáng)度的同時(shí)又有一定的柔性，對于防護(hù)崩塌落石、風(fēng)化等地質(zhì)災(zāi)害具有顯著作用。此外，SNS系統(tǒng)具有優(yōu)良的開放性，利于地下水的排出，防止因?yàn)樗畨毫Χ鸬倪吰率Х€(wěn)。莫開燕總結(jié)了SNS系統(tǒng)安全、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、美觀的優(yōu)點(diǎn)，對類似石質(zhì)邊坡防護(hù)問題起到了借鑒作用。

2014年，郭麗霞[3]依托某高速公路工程，闡述了幾種邊坡防護(hù)的措施。包括種草植樹、平鋪草坪等植被防護(hù)，并說明各種植被防護(hù)措施的適用條件以及優(yōu)缺點(diǎn)，如種草防護(hù)適應(yīng)于草類容易生長的邊坡，平鋪草坪適應(yīng)于陡峭邊坡，植樹防護(hù)適用于風(fēng)化嚴(yán)重的土質(zhì)邊坡，如存在不適于樹木或者灌木生長的砂類土，可進(jìn)行局部換填成粘質(zhì)土。除植被防護(hù)之外，還可以進(jìn)行錨桿框架梁防護(hù)施工，主要工序包括測量放線、錨桿施工、框架梁基槽開挖、模板安裝和鋼筋綁扎、混凝土澆筑以及混凝土養(yǎng)護(hù)。除此之外，還可以用漿砌片石骨架等方式進(jìn)行邊坡防護(hù)。郭麗霞的分析闡述較為詳細(xì)，為邊坡防護(hù)提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

2015年，王闊然，房國龍[4]以湄公河大橋?yàn)橐劳泄こ?，重點(diǎn)分析了邊坡滑塌的主要原因在于砌筑砂漿用量不足，未做防滑平臺(tái)和泄水孔反濾層，護(hù)坡基礎(chǔ)承載力不足，導(dǎo)致邊坡裂縫出現(xiàn)進(jìn)而引發(fā)滑塌，且破壞已不能進(jìn)行再次施工，因此，王闊然、房國龍主張對設(shè)計(jì)階段進(jìn)行優(yōu)化，控制施工質(zhì)量，從根源上達(dá)到邊坡防護(hù)的目的。

2017年，張巧紅[5]以福建省某公路為依托工程，詳細(xì)介紹了植被防護(hù)和工程防護(hù)兩種措施。其中植被防護(hù)方式主要包括陡坡水平階栽植護(hù)坡、柴草網(wǎng)格障蔽、三維植被網(wǎng)、液噴綠化護(hù)坡等方式，并指出柴草網(wǎng)格因?yàn)槠浣?jīng)濟(jì)適用性較高，在公路路基邊坡或類似工程中是最佳的防護(hù)措施。當(dāng)不適合植被防護(hù)時(shí)，便可以采用噴漿錨固等措施進(jìn)行工程防護(hù)。張巧紅從植被防護(hù)以及工程防護(hù)的闡述對類似工程具有一定參考作用。2017年，周友闡述了路基邊坡防護(hù)的重要意義，指出邊坡破壞的幾種原因，并且給出了進(jìn)行邊坡防護(hù)的措施。

2018年，劉麗[6]基于重慶某山區(qū)公路研究了強(qiáng)暴雨地區(qū)邊坡穩(wěn)定性問題。研究指出：出現(xiàn)強(qiáng)暴雨時(shí)，滲流場分布和滲水壓力是影響邊坡穩(wěn)定的重要因素。并采用數(shù)值模擬的方法得出重要結(jié)論：雨水容易造成邊坡土體的軟化，抗剪強(qiáng)度隨之降低，尤其當(dāng)降雨量達(dá)到205 mm/d時(shí)，邊坡安全儲(chǔ)備較?。欢?，邊坡穩(wěn)定性會(huì)隨著降雨強(qiáng)度的增大而減小。

綜合以上分析可以看出，目前關(guān)于軟弱土在凍融循環(huán)作用下的力學(xué)特性研究尚不完善。且由于試驗(yàn)條件、試驗(yàn)方案、試驗(yàn)方法的差異，得出的結(jié)論具有明顯的特異性。

2.2 國外研究現(xiàn)狀

隨著時(shí)間增長，邊坡坡面土體將承受多次凍融循環(huán)。P.Viklander采用X射線對經(jīng)歷凍融循環(huán)土體顆粒結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對比分析，發(fā)現(xiàn)：重塑土體在1次,2次,4次和10次循環(huán)后，部分顆粒出現(xiàn)了上下運(yùn)動(dòng)的情況，使得土樣的孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，表現(xiàn)在滲透系數(shù)的增加；Van Bochove，Eric等通過室內(nèi)試驗(yàn)和分析，得出了凍融循環(huán)會(huì)對土樣的微細(xì)觀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大影響的結(jié)論；Maria Hohmann Porebska凍融循環(huán)后土樣的強(qiáng)度特性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)：凍融循環(huán)對土樣的粘聚力影響大于對內(nèi)摩擦角的影響；

Meiye 和 Mier Weisiqie等人結(jié)合有限元分析模型和室內(nèi)試驗(yàn)，研究了土的物理特性、降雨特性差異對不同坡長、傾角的邊坡穩(wěn)定性和破壞模式的影響；約奧契斯蒼、托利亞斯基等人通過對已滑坡邊坡的分析，研究了人類活動(dòng)對邊坡穩(wěn)定性的影響；美國農(nóng)業(yè)部于1960年建立了最早的通用土壤流失方程，該方程綜合考慮了降雨大小、邊坡傾角、坡長和土壤腐蝕因子對邊坡坡面破壞的影響；Willams于1975年獲得了修正的土壤流失方程，獲得了較好的匹配效果。

3 結(jié)語

邊坡坡面的破壞形式有多種，主要包括剝落，沖刷，沖溝，崩塌四種。

坡面防護(hù)主要分為工程防護(hù)和植被防護(hù)兩種類型，工程防護(hù)主要有護(hù)面墻，噴漿錨固等措施，植被防護(hù)主要有種草植樹，平鋪草坪等措施。要根據(jù)邊坡的特性，選擇合適的防護(hù)措施。同時(shí)，也可以采用工程防護(hù)與植被防護(hù)相結(jié)合的措施，如土工(網(wǎng))格柵植草綠化技術(shù)、土工格室植草綠化、掛三維網(wǎng)噴播植草技術(shù)等。

針對邊坡坡面容易發(fā)生的破壞形式，采用合適的防護(hù)方式，以提高支護(hù)效果。