高邊坡條件下組合支護(hù)形式的應(yīng)用與研究

黃華健

(廣州市市政工程機(jī)械施工有限公司，廣東 廣州 510000)

在土木工程領(lǐng)域中，高邊坡穩(wěn)定性和安全性一直是一個(gè)重要的研究課題。高邊坡是指具有較大坡度和高度的土質(zhì)或巖石邊坡，如山體公路、高速公路、堆石壩、露天礦山等。由于高邊坡受到自然力和人為活動(dòng)的影響，其穩(wěn)定性常受到威脅，一旦發(fā)生失穩(wěn)，將導(dǎo)致嚴(yán)重的災(zāi)害和損失，如滑坡、崩塌、巖爆等。因此，研究高邊坡條件下組合支護(hù)形式的應(yīng)用和研究具有重要的理論和實(shí)際意義。通過(guò)合理選擇和組合支護(hù)形式，可以提高高邊坡的穩(wěn)定性、抗滑能力和抗震能力，降低災(zāi)害發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。此外，對(duì)組合支護(hù)形式進(jìn)行深入研究還可以拓展土木工程設(shè)計(jì)和施工的技術(shù)手段，提高工程質(zhì)量和效益。

1 高邊坡穩(wěn)定性分析與評(píng)價(jià)

1.1 邊坡穩(wěn)定性分析方法

1.1.1 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)分析

通過(guò)對(duì)高邊坡實(shí)際工程進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，獲取相關(guān)數(shù)據(jù)并進(jìn)行綜合分析，可以準(zhǔn)確評(píng)估邊坡的變形、位移、水位、地下水壓力等參數(shù)的變化情況，為穩(wěn)定性分析提供可靠的依據(jù)。在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)過(guò)程中，可以采用各種測(cè)量技術(shù)和儀器設(shè)備，如全站儀、測(cè)斜儀、測(cè)深儀、孔隙水壓力計(jì)等，對(duì)邊坡進(jìn)行定點(diǎn)觀測(cè)和數(shù)據(jù)采集。監(jiān)測(cè)內(nèi)容涵蓋了邊坡體、支護(hù)結(jié)構(gòu)以及周邊環(huán)境的各項(xiàng)參數(shù)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析是為了從大量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中提取有用的信息，揭示邊坡變形規(guī)律和特點(diǎn)。數(shù)據(jù)分析方法包括統(tǒng)計(jì)分析、時(shí)序分析、空間分析等。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢(shì)分析、周期性分析、相關(guān)性分析等，可以了解邊坡穩(wěn)定性狀態(tài)，并探索其變形原因和機(jī)制。同時(shí)，數(shù)據(jù)分析還可以與理論模型進(jìn)行對(duì)比和驗(yàn)證，驗(yàn)證模型準(zhǔn)確性和適用性。通過(guò)將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，可以評(píng)估模型的可靠性，并對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行校正和調(diào)整，以提高模型的預(yù)測(cè)能力?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)分析結(jié)果將為邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和支護(hù)設(shè)計(jì)提供重要參考，通過(guò)對(duì)邊坡的實(shí)際變形和水文變化情況的監(jiān)測(cè)與分析，可以更準(zhǔn)確地評(píng)估邊坡的穩(wěn)定性，并針對(duì)性地選擇適當(dāng)?shù)慕M合支護(hù)形式和設(shè)計(jì)參數(shù)，以確保工程的安全可靠性[1]。

1.1.2 數(shù)值模擬與邊坡穩(wěn)定性分析軟件

數(shù)值模擬和邊坡穩(wěn)定性分析軟件，可以模擬邊坡的復(fù)雜力學(xué)行為和變形過(guò)程，評(píng)估邊坡的穩(wěn)定性，并優(yōu)化支護(hù)設(shè)計(jì)方案。常見(jiàn)的數(shù)值模擬方法包括有限元法、邊坡位移法和離散元法等。而邊坡穩(wěn)定性分析軟件如GeoStudio、Plaxis和Slide等，提供了直觀的圖形界面和豐富的分析功能，能夠快速、準(zhǔn)確地評(píng)估邊坡的穩(wěn)定性。通過(guò)數(shù)值模擬，可以模擬邊坡在不同荷載條件下的應(yīng)力分布、變形情況和破壞機(jī)制。借助邊坡穩(wěn)定性分析軟件，可以進(jìn)行不同支護(hù)方案的對(duì)比分析，評(píng)估其對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，并確定最佳的組合支護(hù)形式。

有限元法(Finite Element Method)可以模擬不同類(lèi)型的支護(hù)結(jié)構(gòu)和荷載情況、提供詳細(xì)的應(yīng)力和變形分析結(jié)果。

邊坡位移法(Limit Equilibrium Method)簡(jiǎn)化邊坡穩(wěn)定性分析、適用于快速評(píng)估、可以考慮不同的土體參數(shù)和邊坡幾何特征、提供穩(wěn)定性安全系數(shù)和滑動(dòng)面的分析結(jié)果。

離散元法(Discrete Element Method)能夠模擬邊坡的顆粒間相互作用和斷裂行為、可以研究邊坡的動(dòng)力響應(yīng)和振動(dòng)特性、適用于非均質(zhì)土體和復(fù)雜邊坡形狀[2]。

1.2 高邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)與方法

1.2.1 極限平衡法與強(qiáng)度折減法

極限平衡法和強(qiáng)度折減法是常用的高邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法，它們?cè)谶吰路€(wěn)定性分析中發(fā)揮著重要的作用，表1對(duì)這兩種方法進(jìn)行了比較和分析。從表中可以看出，極限平衡法和強(qiáng)度折減法各有其優(yōu)缺點(diǎn)。極限平衡法簡(jiǎn)單直觀，適用于初步評(píng)估和快速判斷邊坡穩(wěn)定性。然而，由于其假設(shè)的理想塑性體模型和無(wú)法考慮強(qiáng)度折減和變形特性，其結(jié)果可能存在一定的偏差。相比之下，強(qiáng)度折減法能夠更準(zhǔn)確地考慮土體的強(qiáng)度折減和變形特性，對(duì)于較為詳細(xì)和精確的邊坡穩(wěn)定性分析和設(shè)計(jì)更為適用。

表1 極限平衡法與強(qiáng)度折減法優(yōu)缺點(diǎn)

1.2.2 灰色關(guān)聯(lián)分析與模糊綜合評(píng)判法

灰色關(guān)聯(lián)分析是一種基于灰色系統(tǒng)理論的評(píng)價(jià)方法，可以應(yīng)用于邊坡穩(wěn)定性評(píng)估中，能夠在考慮不確定性和模糊性的情況下，對(duì)多個(gè)影響邊坡穩(wěn)定性的因素進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。在灰色關(guān)聯(lián)分析中，首先需要確定評(píng)價(jià)對(duì)象和評(píng)價(jià)指標(biāo)。評(píng)價(jià)對(duì)象可以是邊坡的不同部位或不同工程方案，而評(píng)價(jià)指標(biāo)可以包括地質(zhì)條件、邊坡坡度、地下水位等因素。然后，根據(jù)各評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，以消除數(shù)據(jù)之間的差異和不確定性。利用灰色關(guān)聯(lián)度的概念，計(jì)算評(píng)價(jià)對(duì)象之間的關(guān)聯(lián)度。灰色關(guān)聯(lián)度是通過(guò)比較各評(píng)價(jià)對(duì)象的發(fā)展趨勢(shì)和關(guān)聯(lián)程度，來(lái)確定它們之間的關(guān)系強(qiáng)度。通過(guò)關(guān)聯(lián)度的計(jì)算，可以找到邊坡穩(wěn)定性與各評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，進(jìn)而評(píng)估不同評(píng)價(jià)對(duì)象的邊坡穩(wěn)定性。

另一種常用的方法是模糊綜合評(píng)判法，是基于模糊數(shù)學(xué)理論的一種評(píng)價(jià)方法。該方法通過(guò)建立模糊評(píng)價(jià)矩陣，將不同評(píng)價(jià)指標(biāo)的模糊評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行綜合，得出對(duì)邊坡穩(wěn)定性的模糊評(píng)判結(jié)果。模糊綜合評(píng)判法將各評(píng)價(jià)指標(biāo)的模糊評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行加權(quán)求和，得出邊坡穩(wěn)定性的綜合評(píng)價(jià)值。權(quán)重的確定可以通過(guò)專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)或數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行，以反映各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)邊坡穩(wěn)定性的重要程度[3]。

2 組合支護(hù)形式選擇與設(shè)計(jì)

2.1 組合支護(hù)形式分類(lèi)與特點(diǎn)

2.1.1 剛性支護(hù)形式

剛性支護(hù)形式是一種常用的組合支護(hù)形式之一，主要通過(guò)剛性結(jié)構(gòu)來(lái)增加邊坡的抗滑和抗傾覆能力。常見(jiàn)的剛性支護(hù)形式包括混凝土墻、鋼筋混凝土梁、鋼筋網(wǎng)片等?；炷翂梢酝ㄟ^(guò)預(yù)制或現(xiàn)澆混凝土構(gòu)筑物來(lái)加固邊坡，具有高強(qiáng)度和剛度，能夠有效抵抗邊坡土體的滑動(dòng)和變形。此外，混凝土墻還具有耐久性和抗腐蝕性，適用于各種地質(zhì)條件。鋼筋混凝土梁通過(guò)在邊坡上設(shè)置水平或傾斜的鋼筋混凝土梁，可以增加邊坡的整體穩(wěn)定性，具有較大的抗彎剛度和承載能力，能夠有效分擔(dān)邊坡土體的荷載，減少土體的滑動(dòng)和變形。鋼筋網(wǎng)片是在邊坡表面鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)片，形成網(wǎng)片-土體復(fù)合體系，具有較高的抗拉強(qiáng)度和剛度，能夠有效抵抗邊坡土體的滑動(dòng)和破壞。此外，鋼筋網(wǎng)片還具有透水性和排水性能，有助于減小邊坡內(nèi)部的水壓力和滲流量。

2.1.2 柔性支護(hù)形式

柔性支護(hù)形式通過(guò)利用具有一定延展性和變形能力的材料或結(jié)構(gòu)，能夠適應(yīng)邊坡的變形和應(yīng)力分布，提供穩(wěn)定性和抗滑能力。柔性支護(hù)形式的典型代表包括植被覆蓋、格室梁、護(hù)坡網(wǎng)等。植被覆蓋作為一種自然的柔性支護(hù)形式，通過(guò)種植植被覆蓋邊坡表面，可以有效地減少水土流失和邊坡侵蝕，增加邊坡的抗滑能力和穩(wěn)定性。格室梁是一種由格柵和梁構(gòu)成的柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)，可以分散地震和水力荷載，減輕邊坡應(yīng)力集中，提高邊坡的穩(wěn)定性。護(hù)坡網(wǎng)則是一種用于固定邊坡土體的柔性網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，通過(guò)與土體相互作用，形成整體的抗滑結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)邊坡的穩(wěn)定性和抗滑性能。柔性支護(hù)形式的選擇與設(shè)計(jì)需要考慮邊坡的地質(zhì)條件、工程要求以及材料的性能特點(diǎn)。同時(shí)，柔性支護(hù)形式還需要與其他支護(hù)形式進(jìn)行組合應(yīng)用，形成綜合的支護(hù)體系，以達(dá)到更好的穩(wěn)定性和抗滑效果。在實(shí)際工程中，根據(jù)邊坡的具體情況和工程要求，可以靈活選擇不同的柔性支護(hù)形式，并進(jìn)行合理的布置和尺寸設(shè)計(jì)。

2.1.3 半剛性支護(hù)形式

半剛性支護(hù)形式是一種介于剛性支護(hù)和柔性支護(hù)之間的支護(hù)形式，在高邊坡工程中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。相對(duì)于剛性支護(hù)形式，如混凝土墻和鋼筋混凝土樁等，半剛性支護(hù)形式在適應(yīng)邊坡變形和地質(zhì)條件方面更具靈活性。而與柔性支護(hù)形式相比，半剛性支護(hù)形式具有較高的剛度和抗滑能力。半剛性支護(hù)形式的典型代表是錨桿網(wǎng)片支護(hù)和鋼筋網(wǎng)片支護(hù)。錨桿網(wǎng)片支護(hù)通過(guò)在邊坡內(nèi)部設(shè)置錨桿和網(wǎng)片，形成一個(gè)整體的錨固系統(tǒng)，能夠有效抵抗邊坡的滑動(dòng)和變形。鋼筋網(wǎng)片支護(hù)則采用鋼筋網(wǎng)片與錨桿結(jié)合的方式，形成一種剛性與柔性相結(jié)合的支護(hù)結(jié)構(gòu)，具有較好的整體剛度和變形能力。半剛性支護(hù)形式的選擇與設(shè)計(jì)需考慮多個(gè)因素，包括邊坡的地質(zhì)條件、變形特性、設(shè)計(jì)要求等。在選擇半剛性支護(hù)形式時(shí)，需要對(duì)邊坡的變形行為進(jìn)行詳細(xì)分析，確定支護(hù)結(jié)構(gòu)所需的剛度和變形能力。同時(shí)，還需要考慮支護(hù)結(jié)構(gòu)與周?chē)h(huán)境的協(xié)調(diào)性，確保支護(hù)系統(tǒng)與邊坡之間的良好銜接。

2.2 組合支護(hù)形式選擇原則

2.2.1 地質(zhì)條件與邊坡性質(zhì)

在選擇適當(dāng)?shù)慕M合支護(hù)形式時(shí)，地質(zhì)條件和邊坡性質(zhì)是兩個(gè)關(guān)鍵因素，表2用于對(duì)地質(zhì)條件和邊坡性質(zhì)進(jìn)行分析和比較?？梢钥闯?，綜合考慮地質(zhì)條件和邊坡性質(zhì)對(duì)組合支護(hù)形式的影響。例如，在巖石類(lèi)型邊坡中，由于巖石的較高強(qiáng)度，剛性支護(hù)形式如鋼筋混凝土護(hù)坡墻和擋土墻可能更為適用。而在存在斷裂和節(jié)理的邊坡中，可以考慮采用剛性支護(hù)形式如錨桿網(wǎng)和錨索支護(hù)來(lái)增加邊坡的穩(wěn)定性。

表2 地質(zhì)條件與邊坡性質(zhì)對(duì)支護(hù)形式影響

2.2.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)適用性與可行性

首先，地質(zhì)條件是支護(hù)結(jié)構(gòu)選擇的重要考慮因素。不同地質(zhì)條件下的高邊坡存在不同的穩(wěn)定性問(wèn)題，如土質(zhì)邊坡、巖質(zhì)邊坡或巖土混合邊坡等。對(duì)于不同類(lèi)型的邊坡，需要選擇適應(yīng)其地質(zhì)特點(diǎn)的支護(hù)結(jié)構(gòu)。例如，在土質(zhì)邊坡中，柔性支護(hù)形式如土工格柵和土工布等可以提供較好的抗滑性能；而在巖質(zhì)邊坡中，剛性支護(hù)形式如錨桿和噴錨網(wǎng)等可以提供較好的抗剪強(qiáng)度。其次，支護(hù)結(jié)構(gòu)的可行性也是一個(gè)重要考慮因素。支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工要考慮到工程的實(shí)際情況和限制條件，如工程預(yù)算、施工時(shí)間、現(xiàn)場(chǎng)操作條件等。選擇的支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)符合工程的可行性要求，能夠在實(shí)際施工中得到有效實(shí)施和控制。例如，在有限的工程預(yù)算和時(shí)間限制下，選擇簡(jiǎn)化施工工藝和易于操作的支護(hù)結(jié)構(gòu)可以提高施工效率和降低施工成本。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)高邊坡的地質(zhì)條件進(jìn)行分析、邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法的探討以及組合支護(hù)形式的選擇與設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)高邊坡工程的穩(wěn)定性是確保工程安全和減少地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵因素。傳統(tǒng)的單一支護(hù)形式難以滿(mǎn)足高邊坡的要求，因此組合支護(hù)形式的應(yīng)用具有重要意義。通過(guò)優(yōu)化支護(hù)設(shè)計(jì)方案，可以提高工程的抗滑能力和承載能力，同時(shí)降低施工成本和周期，不僅有助于提高工程的經(jīng)濟(jì)效益和可持續(xù)性，還推動(dòng)了邊坡工程領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步。