公路邊坡穩(wěn)定性分析及優(yōu)化處理研究

王曉敏 姚怡 宋蕾

【摘? 要】近年來，隨著國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)力度的加大，公路建設(shè)速度的加快，公路與邊坡防治建設(shè)工程中所遇到的巖土邊坡穩(wěn)定性問題相應(yīng)增多。在公路邊坡的施工以及完工后交付使用期間，出現(xiàn)邊坡失穩(wěn)的情況越來越多，而且邊坡一旦失穩(wěn)，就會對人們的正常生產(chǎn)生活帶來不便甚至巨大的損失。因此，對公路邊坡進行穩(wěn)定性分析及處治研究，制定出有效的防護措施，具有十分重要的理論與工程實際意義。

【關(guān)鍵詞】公路邊坡穩(wěn)定性;計算方法;優(yōu)化

【Abstract】In recent years， with the strengthening of national infrastructure construction and the acceleration of highway construction， the geotechnical slope stability problems encountered in highway and slope prevention and control construction engineering increase correspondingly. During the construction of highway slope and its delivery to use after completion， there are more and more cases of slope instability， and once the slope is unstable， it will bring inconvenience and even huge loss to people's normal production and life. Therefore， it is of great theoretical and engineering practical significance to analyze the stability and study the treatment of highway slope and to formulate effective prevention and control measures.

【Keywords】stability of highway slope; calculation method; optimization

1 引言

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國基礎(chǔ)建設(shè)事業(yè)不斷進步，其中交通運輸業(yè)的發(fā)展尤為顯著，但交通建設(shè)的發(fā)展使得人們對自然環(huán)境的改造也越來越頻繁和劇烈，公路建設(shè)中的邊坡工程也越來越多，所涉及的邊坡施工規(guī)模也越來越大，復雜化程度也越來越高。

2 影響邊坡穩(wěn)定性的因素

①巖土體的工程地質(zhì)：邊坡失穩(wěn)的方式與巖土體的力學性質(zhì)具有直接性關(guān)聯(lián)。對于堅硬巖石來說，其邊坡失穩(wěn)的方式主要是崩塌失穩(wěn)以及結(jié)構(gòu)面控制型失穩(wěn);而應(yīng)力控制型失穩(wěn)則是軟弱巖石的主要邊坡失穩(wěn)方式。

②地質(zhì)構(gòu)造：結(jié)構(gòu)面的規(guī)模、發(fā)育程序、連通性、充填物成分、充填程度等都會影響邊坡的穩(wěn)定性。

③水文地質(zhì)條件：當?shù)叵滤母患潭瘸霈F(xiàn)變化時，邊坡的穩(wěn)定性也會出現(xiàn)變化。研究發(fā)現(xiàn)，很多邊坡失穩(wěn)問題的出現(xiàn)，都與邊坡水文地質(zhì)條件發(fā)生變化密切相關(guān)，當水文地質(zhì)條件得到改善后，邊坡的治理工作的效果將顯著提升。

④新構(gòu)造運動：由于新構(gòu)造運動的出現(xiàn)，會對水文地質(zhì)條件、邊坡開態(tài)以及產(chǎn)出狀態(tài)等產(chǎn)生影響，進而引發(fā)邊坡失穩(wěn)，地震等強烈的新構(gòu)造運動會極大影響邊坡的穩(wěn)定性，通常在地震出現(xiàn)的同時，也會出現(xiàn)大量的邊坡失穩(wěn)。

⑤地貌因素：邊坡頂部存在較大的張應(yīng)力，坡頂在張應(yīng)力的作用下產(chǎn)生裂縫;坡腳位置則會有強烈的剪應(yīng)力出現(xiàn)，進而生成剪切破壞帶，在各種力的作用下，邊坡的穩(wěn)定性顯著降低。

⑥氣候因素：不同氣候的降水量的差異，使得邊坡的穩(wěn)定性差異明顯。

⑦風化作用：風化作用能夠大大減弱巖土的抗剪能力。當坡體裂縫不斷增加、擴大時，邊坡的坡度就會發(fā)生變化。透水性的提升，也會使得地下水運動影響變大。隨著風化裂隙程度的提升，巖土體將出現(xiàn)脫落、崩塌、滑移等現(xiàn)象。

⑧人為因素：邊坡的原有環(huán)境及原斜坡的結(jié)構(gòu)特征都會因為施工而發(fā)生改變，內(nèi)在因素控制邊坡的穩(wěn)定性，而外部因素則具有誘發(fā)破壞的作用。

3 邊坡穩(wěn)定性的主要分析方法

①極限平衡分析法。該方法的應(yīng)用頻率相對較高，主要用于研究邊坡的穩(wěn)定性。極限平衡分析法是在既定研究法則的指導下，把所要研究的礦山邊坡的巖體細化為多個單位塊體，利用極限平衡理論來對每一個單位塊體進行分析。

②快速拉格朗日分析法。該方法又被叫作有限差分法，比較適用于邊坡的非線性大變形的研究與分析。最早提出并應(yīng)用該方法的國家是美國，其與離散單元穩(wěn)定性分析法的原理非常相似。技術(shù)人員利用快速拉格朗日分析法可以對礦山邊坡任何時間段內(nèi)的某個流體質(zhì)點的具體流速及變化狀態(tài)進行分析，同時，也能對其具體的運動軌跡以及速度變化規(guī)律進行分析。利用快速拉格朗日分析法進行研究，能夠在短時間內(nèi)獲得結(jié)果，具有分析效率高的優(yōu)勢。

③非確定性分析方法。現(xiàn)有的分析邊坡穩(wěn)定性的方法非常多，但是都難以對影響穩(wěn)定性的不同因素之間的交互作用及時空效應(yīng)進行定量分析。而非確定性分析方法在與模糊數(shù)學原理、統(tǒng)計學原理、神經(jīng)科學理論等進行結(jié)合的基礎(chǔ)上，大大提升了分析的準確性。

④有限元分析法。該方法主要適用于針對礦山邊坡的線性或非線性幾何體特征研究，同時，也可以對邊坡結(jié)構(gòu)中存在的不連續(xù)性問題以及非均勻性問題進行研究。

4 公路邊坡穩(wěn)定性的優(yōu)化

4.1 優(yōu)化原則

①邊坡優(yōu)化治理施工中要考慮施工的安全、成本及觀賞效果，對應(yīng)用的技術(shù)要進行綜合考慮。

②邊坡優(yōu)化治理的過程中不僅要考慮邊坡的穩(wěn)定效果，還要盡量將施工程度控制到最小范圍內(nèi)，避免對其他設(shè)施產(chǎn)生影響。

③在邊坡穩(wěn)定性優(yōu)化治理中，要根據(jù)周圍的因素進行規(guī)劃設(shè)計，既要保證不會出現(xiàn)更大的危害，又要保障施工中的公路能夠正常通行。

4.2 優(yōu)化策略

①監(jiān)測預(yù)警措施。從本質(zhì)上來說，監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)就是管理、檢測、控制礦山邊坡安全的系統(tǒng)，借助科學合理的監(jiān)控措施，對邊坡的結(jié)構(gòu)狀態(tài)、邊坡的穩(wěn)定性實施監(jiān)控與掌握，工作人員要借助數(shù)據(jù)來分析不同階段礦山邊坡的穩(wěn)定狀態(tài)，同時，對可能出現(xiàn)失穩(wěn)的區(qū)域進行預(yù)測，借助預(yù)警系統(tǒng)來進行提前預(yù)報，確保邊坡加固工作的及時有效開展。

②控制爆破。爆破振動對邊坡穩(wěn)定性的影響非常大。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，工程爆破振動所產(chǎn)生的影響力和爆破的類型、炸藥的裝藥量、地質(zhì)條件等參數(shù)都具有聯(lián)系性。為了降低爆破對邊坡穩(wěn)定性的影響力，必須控制好相關(guān)的影響參數(shù)，以保證坡面的形態(tài)及坡面的平整性處于良好的狀態(tài)。

③采取凍融效應(yīng)阻隔措施。凍融效應(yīng)在很多礦山的邊坡上出現(xiàn)，負責工程巡查的人員要對該區(qū)域進行定期巡查，同時，制定相應(yīng)的阻隔凍融效應(yīng)的措施，以減少融化的積雪向縫隙中滲透。同時，這也能緩解邊坡主體的風化反應(yīng)，使邊坡結(jié)構(gòu)更加堅固、穩(wěn)定。

④抗滑樁支護加固技術(shù)。工作人員在加固具有復雜性的破碎的礦山邊坡時，可以選擇埋設(shè)抗滑樁，對邊坡進行加固。埋設(shè)抗滑樁，可以阻止邊坡土體向下運動，有效控制結(jié)構(gòu)形變。

⑤錨桿加固技術(shù)的應(yīng)用。錨桿加固技術(shù)的使用，可以使滑坡事故出現(xiàn)的概率大大降低。工作人員利用錨桿來開展加固工作，以抵抗斷裂巖石結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的向外張力，提升邊坡主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

5 案例分析

5.1 工程概況

本文以某省山區(qū)公路K7+670～K7+690段作為研究對象，這一區(qū)域形成的滑坡的滑坡面積大約為7000m2，堆積物體積約為23000m3，厚度在0.5m左右?；挛恢门c邊坡原位置形成了又寬又深的鋸齒形裂縫。

5.2 治理方案

①錨索地梁：每3m埋置地梁，地梁長12m，橫截面為0.9m2，入巖2m，采用C30混凝土，第一級坡率為1∶1.25，第二至第五級的坡率均為1∶1.5，經(jīng)計算可知邊坡穩(wěn)定性滿足要求。②抗滑樁：沿著滑坡位置的主軸垂直方向埋設(shè)抗滑樁，共埋設(shè)14跟，每隔3m埋設(shè)一根，抗滑樁橫截面4m2，長16m，入巖10m，采用C30混凝土，樁井選擇人工開挖。邊坡面砌片石，坡體之間修建平臺，平臺建排水溝，匯集坡面雨水。

5.3 方案優(yōu)選

對滑坡區(qū)邊坡穩(wěn)定性進行計算分析得到設(shè)計的兩種方案均可以實現(xiàn)防滑坡的效果，但兩種方案的施工量與成本有明顯差別。通過應(yīng)用模糊數(shù)學法對設(shè)計的兩種方案進行計算和分析，抗滑樁方案優(yōu)于錨索地梁方案，兩種方案的數(shù)據(jù)如下：

第一種方案：需要開挖土石方37217m3，混凝土地梁施工量278.9m3，鋼材32t，錨頭錨索150套，排水溝及地梁挖孔土方512.6m3，網(wǎng)格護坡983.7m3，總施工成本約722萬元。

第二種方案：需要開挖土石方27413m3，混凝土護樁及邊坡護壁工程量2247.3m3，鋼筋27t，排水溝及樁井挖孔土方743.9m3，網(wǎng)格護坡456.6m3，總造價約657萬元。抗滑樁主要利用樁體對邊坡土體的阻擋，防止下滑并發(fā)生大規(guī)模滑坡。埋設(shè)抗滑樁的方案對邊坡的主體破壞程度低，加固土體穩(wěn)定，技術(shù)成熟。但是施工的進度較慢，時間較長。缺點是工程進度慢，工期長。綜合工程量及成本進行分析，方案二優(yōu)于方案一。

6 結(jié)語

研究邊坡穩(wěn)定性具有十分重要的現(xiàn)實價值，在先進科技力量的支持下，為了考慮多方綜合因素，確保邊坡加固的施工效果，必須對現(xiàn)有的先進技術(shù)進行科學、合理的應(yīng)用，全面分析邊坡的穩(wěn)定性，對加固方案進行合理設(shè)計。在未來的工作中，還要圍繞邊坡穩(wěn)定性進行更深入的研究，為礦山邊坡具有更高的穩(wěn)定性提供保障，同時，也能為礦井的安全生產(chǎn)、礦區(qū)居民的生命安全提供保障。

【參考文獻】

【1】方鑫.山區(qū)公路滑坡邊坡穩(wěn)定性分析及治理方法研究[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2021（5）：55-57.

【2】馮德潤.石灰?guī)r礦山高陡路塹邊坡穩(wěn)定性分析及治理措施[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2021，37（2）：81-84.

【3】王瑞，許漢華，趙飛躍，等.昆明市某填方路基邊坡影響因素及穩(wěn)定性研究[J].江西建材，2021（2）：42-43.