巖土工程中邊坡穩(wěn)定性分析以及檢測方法研究

魏小濤 林堅(jiān) 羅財(cái)金

摘 要：巖土工程施工過程中，常會(huì)因?yàn)楦鞣N因素造成邊坡穩(wěn)定性改變;若未及時(shí)進(jìn)行科學(xué)分析與檢測，巖土工程的施工安全得不到保障，工作人員的生命受到威脅，給社會(huì)經(jīng)濟(jì)造成損失。就此針對邊坡穩(wěn)定性檢測內(nèi)容和技術(shù)，分析了影響邊坡穩(wěn)定性的內(nèi)在與外在因素，探究了實(shí)時(shí)監(jiān)測、雷達(dá)掃描和聲發(fā)射檢測等常用的檢測技術(shù)，提出巖土工程中邊坡穩(wěn)定性施工方案的優(yōu)化措施，促進(jìn)其設(shè)計(jì)更加專業(yè)化，以提升巖土工程施工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：巖土工程;邊坡穩(wěn)定性;分析方法;檢測技術(shù);施工方案

中圖分類號(hào)：TU43;TV223?????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1001-5922（2022）03-0109-04

Study on slope stability analysis and

detection method in geotechnical engineering

WEI Xiaotao， LIN Jian， LUO Caijin

（Fujian Institute of Geotechnical Engineering Survey and Research Co. Ltd.， Fuzhou 350108， China）

Abstract：

In the actual construction process of geotechnical engineering， slope stability is often changed because of various factors. If there is no scientific analysis and detection in time， the construction safety of geotechnical engineering cannot be guaranteed， which poses a threat to the lives and social economy of staff. Therefore， the stability analysis and detection of slope is of great significance. This paper expounds the content and the technology of slope stability test， analyzes the inner and outer factors which influence the stability of slope， explores commonly used detection techniques such as real time monitoring， radar and acoustic emission detection. Slope stability in the geotechnical engineering construction scheme optimization is put forward to promote the design more professional as well as to enhance the geotechnical engineering construction quality.

Key words：

geotechnical engineering; slope stability; analysis method; detection technology; construction plan

在巖土工程施工中，降雨量、風(fēng)力、巖性、水文地質(zhì)條件等眾多因素都會(huì)影響到邊坡的穩(wěn)定性。眾多領(lǐng)域都需要對邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行充分檢測，以降低災(zāi)害的發(fā)生概率。為確保巖土工程的安全、高質(zhì)量施工，需要采用相關(guān)方法與技術(shù)對邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析和檢測，例如，瑞典圓弧技術(shù)、極限平衡技術(shù)等分析方法，以及邊坡聲發(fā)射檢測、雷達(dá)探測等檢測技術(shù)，對工程坡體結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效監(jiān)控與精確測量，結(jié)合邊坡實(shí)際狀況，對施工方案設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，以保證工程的穩(wěn)步進(jìn)行，滿足巖土工程的施工要求。

1 邊坡穩(wěn)定性檢測內(nèi)容及技術(shù)

1.1 邊坡穩(wěn)定性檢測

很多工程領(lǐng)域都離不開邊坡的穩(wěn)定性分析環(huán)節(jié)，例如，巖土工程、水利工程以及土木工程等，在巖土工程施工前進(jìn)行充分的邊坡穩(wěn)定性分析，有利于減少地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。巖土工程中邊坡穩(wěn)定性檢測主要是對表征穩(wěn)定性的因素及其變化進(jìn)行監(jiān)控和測量，以更好掌握邊坡情況，從而提出科學(xué)、合理的邊坡工程施工方案，保證邊坡施工的安全。通常，首先要依據(jù)區(qū)域內(nèi)邊坡狀況，檢測邊坡附近水文地質(zhì)情況;然后，經(jīng)專家和相關(guān)技術(shù)人員確定檢測方案，組建專業(yè)的檢測網(wǎng)點(diǎn)。最后，結(jié)合巖土工程施工特點(diǎn)，策劃工程中突發(fā)災(zāi)害的預(yù)防和治理措施，確保邊坡巖土工程的質(zhì)量以及施工安全性、穩(wěn)定性[1]。

1.2 巖土工程中邊坡穩(wěn)定性影響因素

1.2.1 外部因素

外部自然環(huán)境是影響邊坡穩(wěn)定性的重要因素，例如，降水量、植被覆蓋率、風(fēng)力作用以及地震等。不同的地理位置和氣候條件都會(huì)造成降水量的不同。大量的雨水滲透到巖土中，會(huì)增加土體間空隙的壓力，導(dǎo)致降低邊坡自身應(yīng)力和穩(wěn)定性，對巖土工程的施工造成不小的困難和風(fēng)險(xiǎn)[2]。如果坡體上的植被遭到破壞，缺少了植物根系的固定，會(huì)降低坡體的穩(wěn)定性。另外，雖然風(fēng)蝕作用對巖土工程的影響較小，但長時(shí)間的風(fēng)蝕作用，會(huì)使得邊坡土層結(jié)構(gòu)面規(guī)模擴(kuò)大，影響邊坡穩(wěn)定性。

1.2.2 內(nèi)在因素

邊坡原本的坡度也會(huì)影響到邊坡的穩(wěn)定性，如果坡度越小，其穩(wěn)定性也就越好;相反，坡度越陡，穩(wěn)定性也就越差。巖石的孔隙度越小、抗剪強(qiáng)度越高，邊坡穩(wěn)定性也就越高，巖石的層理、片理方向等構(gòu)造也會(huì)影響其力學(xué)性質(zhì)。另外，邊坡的水文地質(zhì)情況一定程度上也會(huì)影響到其穩(wěn)定性，地表水的滲入和地下水的活動(dòng)會(huì)減小巖體結(jié)構(gòu)面間的摩擦力和內(nèi)聚力，使巖土變得松軟，邊坡的穩(wěn)定性也就會(huì)降低。

1.3 邊坡工程監(jiān)視與檢測技術(shù)

選擇合適的技術(shù)和設(shè)備，能夠更好地保證邊坡施工的質(zhì)量，提升巖土工程施工過程中邊坡的穩(wěn)定性[3]。為增強(qiáng)對邊坡穩(wěn)定性的檢測，可積極應(yīng)用高精度的監(jiān)測技術(shù)，如表1所示，介紹了具體的邊坡穩(wěn)定監(jiān)測技術(shù)。

2 巖土工程邊坡穩(wěn)定性分析方法

2.1 瑞典圓弧技術(shù)

利用瑞典圓弧法能夠很好的對邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算與分析。假設(shè)發(fā)生土坡滑動(dòng)時(shí)，其滑動(dòng)面近似為圓弧形狀，故土體內(nèi)部的相互作用力忽略不計(jì)，在圖紙平面上，將滑動(dòng)面上方的土壤劃分成n個(gè)寬度均勻、從上到下垂直的土條[4]。分析每個(gè)土層上的作用力，通過分層次的測量最終計(jì)算出坡體的穩(wěn)定系數(shù)。穩(wěn)定系數(shù)的表達(dá)方式：

K=抗滑力矩滑動(dòng)力矩

巖土工程中，瑞典圓弧技術(shù)的應(yīng)用，能夠通過對坡度、滑坡面等數(shù)據(jù)的測量與計(jì)算，得出近似的平面數(shù)據(jù)，結(jié)合坡體實(shí)際情況，優(yōu)化測量方法，分析出巖土工程中較為精確的坡體的穩(wěn)定性。

2.2 極限平衡技術(shù)

極限平衡技術(shù)是實(shí)際工程中最常使用的一種方法，采用斜坡上滑塊或滑體的力學(xué)平衡原理，分析受損斜坡的受力狀態(tài)、斜坡上的抗滑力與下滑力之間的關(guān)系，對斜坡的穩(wěn)定性進(jìn)行評價(jià)?；谀?庫侖的抗剪強(qiáng)度理論，將邊坡平面分為均勻的若干個(gè)土條，呈垂直狀態(tài)，依據(jù)這些土體，建立關(guān)于作用力的平衡方程式，從而計(jì)算出巖土工程中邊坡的安全系數(shù)[5]。實(shí)際施工過程中，極限平衡技術(shù)的應(yīng)用雖然有些破壞巖土的嚴(yán)密性，但其穩(wěn)定性的計(jì)算數(shù)值較為準(zhǔn)確。

3 巖土工程中邊坡穩(wěn)定性的檢測方法

3.1 巖土工程邊坡穩(wěn)定性監(jiān)控與檢測系統(tǒng)

邊坡穩(wěn)定性監(jiān)控與檢測系統(tǒng)的組成，包括計(jì)算機(jī)控制機(jī)房、自由全站儀等設(shè)備。檢測系統(tǒng)的應(yīng)用，首先，要能夠充分結(jié)合巖土工程邊坡的特點(diǎn)，選擇合適的邊坡監(jiān)控測量點(diǎn)，對基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行合理布設(shè);通常每個(gè)方向都不少于3個(gè)點(diǎn)位，做好水平和垂直方向點(diǎn)位的標(biāo)注，對區(qū)域內(nèi)收集的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性的分析[6]。每次檢測前，都要觀察布設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定情況，如出現(xiàn)問題，及時(shí)作出應(yīng)對方案，以確保檢測系統(tǒng)的合理性和準(zhǔn)確性。其次，在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，要積極引入計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，能夠第一時(shí)間獲取報(bào)警信息。邊坡穩(wěn)定性監(jiān)控與檢測系統(tǒng)如圖1所示。

3.2 巖土工程邊坡雷達(dá)檢測

巖土工程中雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用，能夠提高數(shù)據(jù)檢測的準(zhǔn)確性，對工程施工中邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行更好的分析。邊坡雷達(dá)檢測系統(tǒng)中，邊坡雷達(dá)檢測分辨率達(dá)到了0.5 m，因此，能夠?qū)?00 m到2 000 m的距離進(jìn)行測量[7]。合成孔徑雷達(dá)（SAR）技術(shù)的使用，使得檢測系統(tǒng)能夠全天候地對地實(shí)時(shí)觀測，增強(qiáng)檢測數(shù)據(jù)的精確性。另外，能夠運(yùn)用雷達(dá)掃描功能，例如，對邊坡某一區(qū)域進(jìn)行多次掃描，經(jīng)信息對比與處理以后，得到更加準(zhǔn)確的邊坡位移程度;邊坡雷達(dá)工作過程如圖2所示。除了獲得更加精確的檢測數(shù)據(jù)外，還能夠?qū)⑦@些數(shù)據(jù)進(jìn)行直觀呈現(xiàn)，以圖片的形式上傳到顯示器，使得專家或者檢測人員可以直觀感受到檢測畫面，提升數(shù)據(jù)分析的有效性。

3.3 巖土工程邊坡聲發(fā)射檢測

巖土工程邊坡聲發(fā)射系統(tǒng)如圖3所示。傳感器與埋于坡面下的波導(dǎo)管相連，波導(dǎo)管內(nèi)安裝有壓電換能機(jī)，組成聲發(fā)射檢測系統(tǒng)。一般情況下，波導(dǎo)管的安裝方式為鉆孔安裝，用以傳送超高頻電磁波，脈沖信號(hào)被傳達(dá)到傳感器過程中，損耗非常小。理想情況下，可將波導(dǎo)管安裝到坡面以下任何可能影響到邊坡穩(wěn)定的地層。使用粗砂或者礫石填到波導(dǎo)管和鉆孔之間的縫隙，砂礫石作為波發(fā)出的源頭，能夠使得聲發(fā)射檢測系統(tǒng)對土壤的位移更加敏感。聲發(fā)射系統(tǒng)的應(yīng)用，需要充分結(jié)合巖土工程特點(diǎn)，完善檢測方案，以確保聲發(fā)射檢測系統(tǒng)的整體質(zhì)量[8]。

4 巖土工程邊坡穩(wěn)定性施工方案

4.1 明確邊坡施工的核心標(biāo)準(zhǔn)

巖土工程施工負(fù)責(zé)單位需要按照科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測、施工，整合測量數(shù)據(jù)和實(shí)際情況之間的差別，對邊坡巖土的物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分析，提升不同巖土地層采集數(shù)據(jù)的可操作性。巖土工程施工方案的確定，需要對邊坡實(shí)地情況進(jìn)行考察，充分考慮到巖土體的性質(zhì)，分析土體樣本的結(jié)構(gòu)，試驗(yàn)之后確定出擾動(dòng)土樣，以確保坡體土地結(jié)構(gòu)分析可靠性，滿足核心標(biāo)準(zhǔn)下邊坡施工的核心需求[9]。

4.2 構(gòu)建適當(dāng)?shù)臋z測方案

為保證巖土工程施工質(zhì)量，需要構(gòu)建適當(dāng)?shù)臋z測方案，規(guī)范相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用。例如，使用位移檢測技術(shù)時(shí)，可將移動(dòng)觀測點(diǎn)設(shè)定在坡體剖面線的位置，使用80 cm長的鋼筋，其中50 cm的深度位于坡體地下供觀測使用，剩余30 cm位于坡體地上部分，還需要設(shè)計(jì)完成針對鋼筋的保護(hù)方案，以確保位移檢測技術(shù)的檢測可靠性。巖土工程邊坡檢測方案可積極引入智能化監(jiān)控系統(tǒng)，對邊坡數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，應(yīng)用傳感器獲取相關(guān)數(shù)據(jù)之后傳輸給監(jiān)控系統(tǒng)，一旦發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)超出安全范圍，立刻發(fā)出警報(bào)，以防造成地質(zhì)災(zāi)害，危及人員生命安全。在實(shí)際測量數(shù)據(jù)相對復(fù)雜的情況下，結(jié)合工程需求構(gòu)建并改進(jìn)檢測方案，提高巖土工程施工過程邊坡的穩(wěn)定性[10]。

4.3 明確動(dòng)態(tài)化的設(shè)計(jì)方案

巖土工程邊坡施工過程中，施工單位需要作出應(yīng)對復(fù)雜地質(zhì)以及突發(fā)地質(zhì)情況的動(dòng)態(tài)方案，提前對邊坡的植被、地下水以及巖石性質(zhì)等信息進(jìn)行充分研究，當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較為復(fù)雜時(shí)，應(yīng)作出穩(wěn)定性的邊坡支護(hù)方案，保證邊坡的穩(wěn)定性和施工的安全性。另外，應(yīng)增強(qiáng)技術(shù)人員的專業(yè)能力，使其能夠正確運(yùn)用穩(wěn)定性檢測技術(shù)，根據(jù)邊坡實(shí)際情況，調(diào)整檢測方案，提高對邊坡穩(wěn)定性數(shù)據(jù)的測量精確度，保證巖土工程邊坡施工的整體質(zhì)量。

5 結(jié)語

綜上所述，不可避免地存在眾多因素會(huì)影響到邊坡的穩(wěn)定性，隨著科技的發(fā)展，已有很多設(shè)備和技術(shù)可應(yīng)用到邊坡的穩(wěn)定性分析與檢測工作中，例如，雷達(dá)檢測技術(shù)、聲發(fā)射檢測技術(shù)等，應(yīng)結(jié)合巖土工程的特點(diǎn)以及邊坡的實(shí)際地質(zhì)狀況，選擇合適的檢測

方法，通過對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的引用，促進(jìn)對邊坡的實(shí)時(shí)監(jiān)控，確定并完善邊坡穩(wěn)定性監(jiān)控與檢測方案，以保證邊坡施工的穩(wěn)定性，提升巖土工程施工質(zhì)量。

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