高填方邊坡的不穩(wěn)定性因素及治理措施研究

何興熠

摘要：高填方邊坡穩(wěn)定性問題一直以來是巖土工程領(lǐng)域研究關(guān)注的焦點(diǎn)，本文詳細(xì)闡述了高填方邊坡失穩(wěn)的破壞形式，引入實(shí)際工程案例，分析高填方邊坡穩(wěn)定性的影響因素，并提出高填方邊坡的防治措施。

關(guān)鍵詞：高填方邊坡；失穩(wěn)；影響因素；治理措施

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步，對(duì)各類工程建設(shè)的質(zhì)量和安全提出了更高的要求。高填方邊坡高陡、填料短期固結(jié)效果不佳，容易引發(fā)滑坡、泥石流等諸多安全事故。對(duì)于高填方邊坡穩(wěn)定性影響因素的研究目前學(xué)術(shù)界已開展了諸多研究，本文筆者將借助實(shí)際案例來分析探討高填方邊坡穩(wěn)定性影響因素，以期能夠?yàn)閺V大巖土工程領(lǐng)域從業(yè)者帶來一絲啟發(fā)。

1.高填方邊坡失穩(wěn)的破壞形式

1.1雨水沖刷破壞

在干燥環(huán)境中，高填方邊坡的自身強(qiáng)度能夠滿足實(shí)際工程建設(shè)的要求，但是當(dāng)降雨集中，雨水沖刷會(huì)降低高填方邊坡的強(qiáng)度，尤其是雨水浸泡會(huì)降低高填方邊坡內(nèi)部粘聚力，進(jìn)而出現(xiàn)侵蝕、坡面破壞。

1.2坡面剝落掉塊

高填方邊坡施工完畢后，受長時(shí)間風(fēng)化、侵蝕的影響，加上高填方邊坡自重作用，高填方邊坡會(huì)出現(xiàn)自上而下的滑動(dòng)趨勢(shì)。在這些因素的影響下，高填方邊坡巖土體會(huì)沿著坡面向下滾落。盡管這種現(xiàn)象對(duì)高填方邊坡的穩(wěn)定性影響可以忽略不計(jì)，但是常年日積月累滾落的土塊會(huì)在坡腳堆積，導(dǎo)致坡腳凹陷，此時(shí)就會(huì)對(duì)高填方邊坡的穩(wěn)定性造成影響。

1.3滑坡

在高填方土質(zhì)邊坡或泥質(zhì)邊坡中，滑坡是常見的地質(zhì)災(zāi)害。高填方邊坡的斜坡面巖體受到自重作用，會(huì)沿著一定的軟弱結(jié)構(gòu)面緩緩向下移動(dòng)，發(fā)生剪切破壞。在這個(gè)破壞的過程中，首先是發(fā)生蠕動(dòng)形變，慢慢發(fā)展成滑動(dòng)破壞，隨著時(shí)間的推移會(huì)逐步穩(wěn)定。

1.4滑塌

高填方邊坡中，會(huì)偶然突發(fā)性的出現(xiàn)滑塌現(xiàn)象，高填方邊坡在開挖和填筑的過程中，由于堆載導(dǎo)致斜坡出現(xiàn)滑移和塌落現(xiàn)象。

1.5泥石流

高填方邊坡發(fā)生泥石流所造成的破壞較大，通常發(fā)生在突發(fā)性的強(qiáng)降雨、降雪天氣或者其他自然災(zāi)害所導(dǎo)致的山體滑坡。泥石流發(fā)生時(shí)會(huì)夾帶很多泥沙和石塊，會(huì)對(duì)周邊人們生命和財(cái)產(chǎn)造成巨大的危害。

2.高填方邊坡失穩(wěn)的影響因素

對(duì)于高填方邊坡而言，穩(wěn)定性的影響因素非常多，不僅僅有內(nèi)在的，還有外在的因素。內(nèi)在因素包含了邊坡的形態(tài)、填土的巖土體類型和力學(xué)特性等，而外在的因素主要是指氣候條件、植被的覆蓋率、地震作用等因素。在高填方邊坡穩(wěn)定性影響的因素中，影響最為明顯的為內(nèi)部因素，但是加上外部因素的影響，高填方邊坡的破壞形式會(huì)加速，也會(huì)更加明顯，這是因?yàn)楦咛罘竭吰聝?nèi)部發(fā)生的變形是一個(gè)長期緩慢的過程，高填方邊坡內(nèi)部不發(fā)生變形破壞，沒有外部因素的影響，邊坡變形將不需要進(jìn)行加固治理。因此，在對(duì)高填方邊坡失穩(wěn)的因素分析中，不僅僅要分析高填方邊坡失穩(wěn)破壞的內(nèi)部因素，同時(shí)還要分析外部因素，這是一個(gè)多種因素共同作用的結(jié)果。

2.1地質(zhì)因素

在分析高填方邊坡穩(wěn)定性因素上，巖土原因、巖土體的地質(zhì)構(gòu)造以及物理學(xué)性質(zhì)統(tǒng)一歸類為地質(zhì)因素，高填方邊坡穩(wěn)定性隨著條件的增加而變化。同時(shí)，巖層的結(jié)構(gòu)面與坡面呈現(xiàn)出來的關(guān)系也會(huì)對(duì)邊坡穩(wěn)定性造成影響。高填方邊坡由于是土體回填，填土體與巖層面的角度為垂直時(shí)，穩(wěn)定性最好。除此之外，還需要考慮到填土體材料的混合型和復(fù)雜性，巖土體的重量、內(nèi)摩擦角以及粘聚力等地質(zhì)因素都會(huì)影響到高填方邊坡的穩(wěn)定性。

2.2邊坡形態(tài)

高填方邊坡形態(tài)是影響邊坡穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素之一。主要通過對(duì)邊坡長寬高和平面剖面的形態(tài)以及所處的臨空條件而對(duì)穩(wěn)定性造成影響。通常來說，高填方邊坡越長，坡度越緩就越穩(wěn)定，邊坡越短且直則穩(wěn)定性差。除此之外，平面處于凹形的穩(wěn)定性要高于凸形的穩(wěn)定性，張力會(huì)在邊坡處于最不利形態(tài)時(shí)出現(xiàn)，并形成張拉裂縫，加大了坡腳處的剪應(yīng)力，高填方邊坡的穩(wěn)定性會(huì)隨之降低。

2.3動(dòng)力作用

高填方邊坡由于受到自身重力的影響，一般情況下會(huì)處于穩(wěn)定狀態(tài)，但是一旦發(fā)生諸如地震的地殼活動(dòng)，會(huì)引發(fā)震動(dòng)，導(dǎo)致邊坡的穩(wěn)定性會(huì)受到破壞，主要原因在于在震動(dòng)時(shí)，邊坡上回形成一種動(dòng)荷載，邊坡的受力形式發(fā)生了變化，進(jìn)而導(dǎo)致了內(nèi)部應(yīng)力發(fā)生了變化，出現(xiàn)失穩(wěn)的狀態(tài)。日常生活中常見的動(dòng)力荷載如地震或者大型爆破等。

2.4地下水

對(duì)高填方邊坡穩(wěn)定性造成影響的地下水因素，主要來源于動(dòng)靜水壓力、軟化作用和沖刷作用。高填方邊坡的穩(wěn)定性受到了邊坡土體的物理學(xué)性質(zhì)影響較大，地下水作用會(huì)改變土體的彈模、粘聚力以及內(nèi)摩擦角力學(xué)性質(zhì)等，容重增加，進(jìn)而導(dǎo)致了邊坡穩(wěn)定性的降低。同時(shí)，高填方邊坡的穩(wěn)定性受到巖層結(jié)構(gòu)面的影響最大，而地下水的作用容易導(dǎo)致邊坡內(nèi)部的巖層結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，容易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)軟弱面流失，長期在地下水的影響下，邊坡內(nèi)部會(huì)形成滲水通道，邊坡內(nèi)部的巖層結(jié)構(gòu)被削弱，穩(wěn)定性會(huì)降低，另外在水的作用下，在坡腳處強(qiáng)度會(huì)降低，可能一開始會(huì)發(fā)生失穩(wěn)破壞，并逐步導(dǎo)致高填方邊坡發(fā)生失穩(wěn)。

2.5氣候條件

根據(jù)以往的理論研究和實(shí)踐證明，氣候條件對(duì)于高填方邊坡的穩(wěn)定性影響也十分顯著，如溫度變化、降雨等，尤其是降雨天氣，雨水滲入到坡體內(nèi)部，高填方邊坡吸收雨水容重增加，粘聚力和內(nèi)摩擦角會(huì)降低，土體物理學(xué)性質(zhì)也會(huì)下降，導(dǎo)致了邊坡穩(wěn)定性降低。除此之外，降雨會(huì)導(dǎo)致高邊坡地下水位上升，孔隙水壓力由靜止變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)，進(jìn)而造成失穩(wěn)。降雨的特征、降雨量以及降雨時(shí)長都會(huì)對(duì)高填方邊坡的穩(wěn)定性造成影響。除此之外，邊坡自身的類型，土體的滲透性以及所在地區(qū)的地形條件、地質(zhì)地貌特征都會(huì)在一定程度上影響高填方邊坡的穩(wěn)定性。

2.6人類工程活動(dòng)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類的社會(huì)活動(dòng)越來越頻繁，也開始借助大肆地改造自然，高填方邊坡的工程項(xiàng)目越來越多。在這些高填方邊坡中，如果對(duì)坡腳進(jìn)行過度開挖，會(huì)導(dǎo)致坡腳的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)破壞，并導(dǎo)致整個(gè)高填方邊坡出現(xiàn)失穩(wěn)破壞。除此之外，邊坡的開挖方式和速度也會(huì)影響到高填方邊坡的穩(wěn)定性，如在施工過程中，將開挖的棄土堆積在邊坡頂部，堆積的土方量過大，可能會(huì)產(chǎn)生高于自身強(qiáng)度的邊坡下滑力，并引發(fā)失穩(wěn)破壞的情況。除此之外，地下建筑物施工過程中的開挖也會(huì)在一定程度上影響到高填方邊坡的穩(wěn)定性，如開挖隧道的過程中，使用爆破振動(dòng)或者大型機(jī)械的振動(dòng)都會(huì)對(duì)邊坡的內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成影響。因此，在進(jìn)行這些項(xiàng)目施工的過程中，要加強(qiáng)對(duì)高邊坡的監(jiān)測(cè)，一旦出現(xiàn)異常立即停止施工進(jìn)行邊坡加固處理。

3.高填方邊坡工程案例分析

3.1工程案例概況

A高填方邊坡項(xiàng)目處于構(gòu)造、剝蝕中-淺丘地貌，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，高填方邊坡填筑高度為90m，填方量約為330萬方。該項(xiàng)目施工所處緩傾順向坡地帶，且最高填方高度高達(dá)90m，截至目前，A高填方邊坡項(xiàng)目出現(xiàn)了多次滑坡、沉降變形的問題，對(duì)附近居民的生命和財(cái)產(chǎn)安全造成了一定的威脅。通過對(duì)A高填方邊坡項(xiàng)目坡面進(jìn)行模型分析，并進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得出如圖1所示的模型。

3.2高填方邊坡穩(wěn)定性影響因素

3.2.1降雨因素

A高填方邊坡項(xiàng)目所在地區(qū)降雨集中在5月～10月，年均降雨量為765.8mm，年最大降雨量998.8mm，降雨對(duì)高填方邊坡穩(wěn)定性影響十分顯著。通過計(jì)算，當(dāng)降雨量為20mm/d與40mm/d時(shí)，降雨對(duì)A高填方邊坡項(xiàng)目影響較小，說明降雨滲入邊坡對(duì)穩(wěn)定性的干擾較小。主要是因?yàn)榻涤炅啃?，雨水滲入邊坡深度較小，不能對(duì)已有的高填土起到軟化的作用。同時(shí)，降雨量小，高填方土體中的含水率較小，填方巖土體參數(shù)變化不大，對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響不明顯。

3.2.2地下水因素

A高填方邊坡項(xiàng)目中，降雨對(duì)高填方邊坡影響較小，但是降雨完全吸收到土壤當(dāng)中，轉(zhuǎn)化為地下水運(yùn)移，為A高填方邊坡項(xiàng)目所在地區(qū)的地下水提供了水源，隨著A高填方邊坡項(xiàng)目施工進(jìn)度的推進(jìn)，填方高度越來越高，越來越多的地下水形成了高填方邊坡的地下水特征。根據(jù)A高填方邊坡項(xiàng)目所在地區(qū)的情況，本文繪制了0.3m/d流量的地下水滲流10天的孔隙水壓力圖（如圖2所示）。可以看出，地下水滲流對(duì)于A高填方邊坡項(xiàng)目土體穩(wěn)定性影響較為明顯，在地下水的作用下，邊坡的不穩(wěn)定因素增加，并且隨著地下水作用越來越明顯，邊坡失穩(wěn)的概率越高。同時(shí)研究還發(fā)現(xiàn)，A高填方邊坡項(xiàng)目邊坡穩(wěn)定性系數(shù)的降低不完全與降雨入滲相同。降雨對(duì)A高填方邊坡項(xiàng)目邊坡的影響僅發(fā)生在表部淺層，但是地下水的作用對(duì)A高填方邊坡項(xiàng)目邊坡穩(wěn)定性的影響較為顯著，呈現(xiàn)出波浪線趨勢(shì)下降。由此說明，A高填方邊坡項(xiàng)目邊坡內(nèi)部發(fā)生變形破壞，經(jīng)歷了幾輪的蠕變-穩(wěn)定的循環(huán)變化，到最后才形成了拉裂縫，當(dāng)內(nèi)部軟弱面變形較大，出現(xiàn)貫通后，滑裂面一般表現(xiàn)較深，此時(shí)就會(huì)引發(fā)較大規(guī)模的滑坡災(zāi)害。

3.2.3填土密度因素

填土密度是填料非常重要的力學(xué)參數(shù)，不同密度的填料對(duì)A高填方邊坡項(xiàng)目邊坡穩(wěn)定性的影響有所差異。在實(shí)驗(yàn)中，A高填方邊坡項(xiàng)目填土密度為18～25kN/m3時(shí)，填土密度因素對(duì)A高填方邊坡項(xiàng)目邊坡穩(wěn)定性影響幾乎可以忽略不計(jì)，而當(dāng)填土密度提高至30kN/m3時(shí)，A高填方邊坡項(xiàng)目邊坡穩(wěn)定性系數(shù)開始發(fā)生較為顯著的變化，在此基礎(chǔ)上提高填土密度，A高填方邊坡項(xiàng)目邊坡穩(wěn)定性系數(shù)會(huì)逐步降低。由此得出，填土密度對(duì)高填方邊坡的穩(wěn)定性存在一定的影響。

3.3高填方邊坡防治建議

根據(jù)上文對(duì)A高填方邊坡項(xiàng)目邊坡穩(wěn)定性的研究，本文認(rèn)為可以采取以下防治措施。

根據(jù)雨季汛期的到來時(shí)間，對(duì)存在滑坡跡象的區(qū)域，應(yīng)及時(shí)在滑坡后緣進(jìn)行支護(hù)，避免發(fā)生大規(guī)?？逅?，如針對(duì)A高填方邊坡項(xiàng)目邊坡設(shè)計(jì)開挖出“n”字形溝，便于高邊坡的排水，當(dāng)遇到強(qiáng)降雨天氣時(shí)，雨水不會(huì)滲入到整個(gè)邊坡區(qū)域中，以防止邊坡后緣陡壁出現(xiàn)坍塌。

在對(duì)高填方邊坡進(jìn)行治理時(shí)，應(yīng)該要加強(qiáng)滑坡區(qū)和高邊坡地表及深度變形監(jiān)測(cè)，做好預(yù)警預(yù)報(bào)工作。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于高填方邊坡穩(wěn)定性的監(jiān)控要注重技術(shù)創(chuàng)新，可應(yīng)用現(xiàn)代安全報(bào)警傳感器對(duì)施工區(qū)域進(jìn)行不間斷的監(jiān)測(cè)，以便于能夠及時(shí)地掌握高填方邊坡滑坡體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。同時(shí)在進(jìn)行高填方邊坡施工的過程中，應(yīng)該要關(guān)注到填土的密度，在確保不影響高填方邊坡穩(wěn)定性的情況下，選擇合適密度的填土進(jìn)行回填。

4.結(jié)束語

高填方邊坡出現(xiàn)失穩(wěn)后，易發(fā)生滑坡、泥石流等諸多安全事故，本文在理論研究的基礎(chǔ)上，引入具體工程案例展開分析，發(fā)現(xiàn)高填方邊坡失穩(wěn)主要的破壞形式為雨水沖刷破壞、坡面剝落掉塊、滑坡、滑塌、泥石流等，而導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)破壞的因素很復(fù)雜，如地質(zhì)因素、邊坡形態(tài)、動(dòng)力作用、地下水、氣候條件、人類工程活動(dòng)，且一般出現(xiàn)失穩(wěn)破壞大多是內(nèi)外部多種因素共同作用的結(jié)果，這些因素都是需要在實(shí)際施工過程中引起高度重視，除此之外還需要加強(qiáng)高填方邊坡位移的監(jiān)測(cè)工作，一旦出現(xiàn)位移異常及時(shí)采取措施進(jìn)行防治，以確保高填方邊坡的安全和穩(wěn)定。

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