公路邊坡穩(wěn)定性分析及治理方法研究

中圖分類號 U458.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）08-0131-03

0 引言

隨著公路運(yùn)輸和交通行業(yè)的迅速發(fā)展，邊坡穩(wěn)定問題成為保證行車安全的重要前提。邊坡穩(wěn)定性問題直接關(guān)系到高速公路的正常運(yùn)營，邊坡失穩(wěn)可能引發(fā)重大的安全事故。因此，該文擬從理論和實(shí)際兩個(gè)方面開展研究，以揭示邊坡穩(wěn)定機(jī)理，并提出相應(yīng)的防治對策，減輕地質(zhì)災(zāi)害破壞程度，研究成果對于保障公路安全運(yùn)營具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1公路邊坡穩(wěn)定性分析方法

1.1 極限平衡法

公路邊坡穩(wěn)定性分析其主要內(nèi)容是確定邊坡的安全系數(shù)，此系數(shù)為危險(xiǎn)滑裂面滑動力與土體抗滑力的比值[]。瑞典條分法假設(shè)滑裂面為圓弧，忽略了土體之間的共同作用力，其簡化分析如圖1所示，瑞典條分法將滑體分割成多個(gè)豎向土條，并對第i塊土條展開受力分析，為便于計(jì)算將土條下方弧線看作直線。

o 一滑動圓弧的圓心； R 一 一半徑（m）；""（2標(biāo)注 i 塊土條的坡高 （ m） ；""—坡角（°）；"

"—土條的寬度（m）；""——標(biāo)注坡高（m）；"—坡角（°）；""———有效法向力（N）；""一下條垂直力（N）；""—抗剪力（N）；""—條塊長度""："中 忽略條間力（N）；""—土條；""—土條自重（N）；"——水平條間力（N）第 i 塊土條的垂直力（N）； —土條的寬度（m）；

Ti——有效法向力（N）； —抗剪力（N）。

簡化畢肖普法基于圓弧滑動面，以圓弧形滑移面為基礎(chǔ)，假設(shè)條邊有橫向土體的橫向受力，而沒有縱向的橫向抗剪，其簡化分析如圖2所示。采用簡化比肖普法求穩(wěn)定系數(shù)時(shí)，需要采用迭代方法，在分析過程中需要選取各種滑動面，反復(fù)試算，直到找出最不利滑動面為止，以最不利滑動面的穩(wěn)定度為其安全系數(shù)。

——標(biāo)注坡高的均數(shù)（m）； —標(biāo)注坡高（m）； —切向力（N）； —水平力（N）； —下條垂直力（N）； —孔隙壓力（N）。

簡布法基于靜力平衡原理，適用于任意形狀的滑動面，能夠較為準(zhǔn)確地預(yù)測邊坡的穩(wěn)定性，該方法求解安全系數(shù)需要利用力的多邊形閉合，如圖3所示，以及極限平衡條件還要綜合考慮滑坡體的水平與豎向力平衡。

摩根斯坦-普賴斯法假設(shè)滑動面為任何形式，同時(shí)兼顧全局的受力與矩均衡，通過對其進(jìn)行動力與扭矩的平衡微分方程，將其橫方向上的坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為數(shù)值表達(dá)式，利用迭代方法對其進(jìn)行數(shù)值求解，得到坡體的穩(wěn)定度。這種算法具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠?jì)算原理，能充分地符合各種滑動面的受力與扭矩的均衡條件。

1.2 數(shù)值分析法

數(shù)值分析法對坡體中的應(yīng)力一變形規(guī)律加以研究，可以應(yīng)用于斜坡的變形、塑性區(qū)的分布及支撐構(gòu)造的計(jì)算，從而實(shí)現(xiàn)對坡體變形的有效控制。在實(shí)際邊坡穩(wěn)定性分析與計(jì)算中，F(xiàn)LAC法的優(yōu)點(diǎn)在于利用混合離散的方法對材料塑性流動與破壞展開模擬，得到精確、合理的計(jì)算結(jié)果；該模式利用動力學(xué)方程進(jìn)行建模，避免非穩(wěn)態(tài)的數(shù)值計(jì)算難題；該方法利用顯式差分方法展開微分方程計(jì)算，具有計(jì)算量少、處理大變形邊坡現(xiàn)象較為便捷等優(yōu)點(diǎn)，適合于微型計(jì)算機(jī)。

以滑坡為代表的邊坡破壞最為突出，其本質(zhì)是由于土體風(fēng)化、吸水飽和等因素導(dǎo)致剪切強(qiáng)度下降，與強(qiáng)度折減理念相對應(yīng)，強(qiáng)度折減法不需要對邊坡滑動表面做任何假定或?qū)ふ?，坡體強(qiáng)度參數(shù)變化將會導(dǎo)致其內(nèi)部的應(yīng)力以及位移場也發(fā)生變化，因此并不需要假設(shè)初始應(yīng)力值[2]。本構(gòu)模型是對土體力學(xué)性能特征的經(jīng)驗(yàn)化表述，結(jié)合土體材料應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線以及塑性理論，最終形成數(shù)學(xué)表達(dá)式。由于土體性質(zhì)多樣，力學(xué)特性也存在差異，單一模型不能滿足所有條件，因此需要建立多個(gè)能夠反映土體受力行為特征的模型，選擇模型時(shí)要充分考慮材料性能以及模型適用條件，在邊坡工程中通?？刹捎媚?庫倫模型。該模型基于摩爾-庫倫屈服準(zhǔn)則，在主應(yīng)力空間中表現(xiàn)如圖4所示，摩爾-庫倫模型通常適用于混凝土、巖石等松散或膠結(jié)材料。

、 、 1 主應(yīng)力投影（壓應(yīng)力為負(fù)）； 、 1 -主應(yīng)力（壓應(yīng)力為正）。

2公路邊坡穩(wěn)定性分析中應(yīng)用的地質(zhì)監(jiān)測技術(shù)

2.1測量儀器與傳感器

工程師在邊坡上設(shè)置多個(gè)控制點(diǎn)，利用全站儀進(jìn)行定期測量，以監(jiān)測邊坡的變形情況，全站儀用于高精度測量邊坡的位移和變形，發(fā)射和接收電磁波，測量兩個(gè)點(diǎn)之間的距離和方位角，進(jìn)而計(jì)算出坐標(biāo)。傳感器將感知到的位移信息轉(zhuǎn)化為電信號，通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)實(shí)時(shí)傳輸至監(jiān)測中心進(jìn)行分析處理。裂縫計(jì)用于監(jiān)測邊坡表面裂縫的發(fā)展情況，能夠高精度地記錄裂縫的寬度和長度變化，為評估邊坡穩(wěn)定性提供重要數(shù)據(jù)。在邊坡適當(dāng)位置安裝測斜儀，其結(jié)構(gòu)如圖5所示，使用螺栓或支架將其固定在邊坡表面，也可將其埋設(shè)在邊坡內(nèi)部，以便更準(zhǔn)確地測量內(nèi)部土體的傾斜變化。在使用測量儀器與傳感器時(shí)必須校準(zhǔn)，按照指定位置和間隔進(jìn)行測量，記錄每次測量數(shù)據(jù)，包括測量時(shí)間、角度等信息，為后續(xù)的加固和修復(fù)工作提供準(zhǔn)確信息。

測量輪距 L 的角度（°）； L 1 輪距（m）。節(jié)點(diǎn)如圖7所示。

2.2遙感技術(shù)和衛(wèi)星監(jiān)測

遙感技術(shù)主要通過無人機(jī)、衛(wèi)星等遙感平臺，獲取邊坡區(qū)域的遙感影像，利用專業(yè)的遙感圖像處理軟件，對獲取的影像進(jìn)行校正、增強(qiáng)和分類，以提取邊坡的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、變形等關(guān)鍵信息。衛(wèi)星監(jiān)測則利用GPS、北斗等全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)大范圍、全天候的邊坡定位監(jiān)測。激光掃描技術(shù)能夠精確地形資料，可為邊坡模擬與分析研究提供重要依據(jù)，還可以結(jié)合多時(shí)相遙感影像進(jìn)行對比分析，評估邊坡的穩(wěn)定性變化趨勢。地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)是一種利用電磁波進(jìn)行深部構(gòu)造探測的新方法，可以有效地發(fā)現(xiàn)斜坡中隱蔽的孔洞、軟弱夾層，有助于評價(jià)邊坡內(nèi)在穩(wěn)定。

3公路邊坡治理方法研究

3.1地下水排出

在實(shí)際邊坡治理工程中，支撐滲溝深度通常為 1 0 m 以下，寬度為 2 ～ 5 m ，主要功能是排水、疏干巖土體中的水分，并對欠穩(wěn)定的邊坡進(jìn)行加固[3]。支撐滲溝有兩種形式，其中主滲溝應(yīng)與滑裂面相平行，其布置地點(diǎn)應(yīng)位于水淹區(qū)和水位露頭處。支滲溝布設(shè)應(yīng)根據(jù)流域條件，通常將其與坡體滑移量保持 左右，并可略超出滑體范圍，使地下水完全截流。

邊坡滲溝是指在坡面上引水或排水濕坡，以減輕水對邊坡的沖蝕，邊坡滲溝的設(shè)置要求是沿坡面豎向嵌入，并埋于巖石底層相對干燥的地方，在坡面上形成一個(gè)斜坡，坡度約為 2 % ～ 5 % ，并在結(jié)構(gòu)底部鋪設(shè)防水材料以防止?jié)B漏。邊坡滲溝設(shè)置間距應(yīng)根據(jù)地下水流量、分布和土層結(jié)構(gòu)等因素來決定，在設(shè)計(jì)時(shí)可以每 5 ～ 9 m 設(shè)置1個(gè)，寬度為 1 . 1 ～ 1 . 5 m ，并根據(jù)濕潤土層厚度來確定滲溝深度。平孔孔眼布置數(shù)目及位置應(yīng)根據(jù)地質(zhì)及地下水的分布情況，具有施工簡單、省力、材料簡單等優(yōu)勢，且孔徑可達(dá)毫米，且不受水流影響，坡度大于 1 5 % 。

集水井排水將滑坡區(qū)的基巖及其周圍的地下水進(jìn)行集中收集和處理，構(gòu)造深度一般在 2 0 ～ 3 0 m 之間，修建集水井時(shí)，需保證一定安全間距，并在一定的范圍內(nèi)施工，集水井建設(shè)應(yīng)深入基巖。

3.2土釘支護(hù)與錨固技術(shù)

土釘支護(hù)以新奧法為基本原理，用于邊坡穩(wěn)定與基坑開挖，具有快速、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于巖土工程中。土釘與周圍土體充分接觸，二者形成土釘一土體復(fù)合體，當(dāng)巖土體變形時(shí)，由于土釘與周圍土體之間的摩擦和黏結(jié)力，使土釘整體受拉，保證了土釘一土體復(fù)合體的穩(wěn)定。巖土錨固技術(shù)是指在土體中嵌入錨桿，協(xié)同巖體與土體之間的能量，實(shí)現(xiàn)邊坡自穩(wěn)與抗剪性能提高[4。應(yīng)用該技術(shù)可以降低材料用量，且與土釘支護(hù)基本一致，按有無預(yù)應(yīng)力錨索與預(yù)應(yīng)力錨桿兩類，廣泛用于邊坡支護(hù)、邊坡加固、滑坡防治等。錨桿框架。

3.3坡面防護(hù)

坡面防護(hù)主要功能是防止雨水沖刷、溫度變化和風(fēng)化等天然因素對邊坡造成破壞。植被保護(hù)的措施有植草、鋪草、綠化等，在邊坡穩(wěn)定、沖刷不大的情況下可選用這種防護(hù)方法，草種選用要充分考慮當(dāng)?shù)赝临|(zhì)、氣候等因素；鋪設(shè)草皮，可用于各類土質(zhì)斜坡，尤其是沖刷嚴(yán)重、坡度陡峭的斜坡；植樹主要用于加固路基與防護(hù)河岸，可種植在路基邊坡和漫水河灘上[5。施工防護(hù)主要有抹面防護(hù)、噴漿、漿砌石防護(hù)、護(hù)面墻等，對石料開挖邊坡采用抹面保護(hù)，可防止風(fēng)化；對于易風(fēng)化但還沒有嚴(yán)重風(fēng)化的巖質(zhì)邊坡，可采用噴漿和噴混凝土技術(shù)，預(yù)防邊坡沖刷和滑坡。

4結(jié)論

邊坡穩(wěn)定性是公路運(yùn)輸安全的重要保障，為了保證邊坡穩(wěn)定，需要結(jié)合具體工程選擇適用分析方法，并根據(jù)分析結(jié)果采取排水措施，土釘支護(hù)與錨固，以及坡面防護(hù)方法等，處置后能夠顯著提升邊坡穩(wěn)定性。未來研究應(yīng)進(jìn)一步提高邊坡穩(wěn)定性分析的準(zhǔn)確性與便捷性，建立邊坡穩(wěn)定性的長期監(jiān)測與預(yù)警機(jī)制，創(chuàng)新邊坡治理技術(shù)與材料應(yīng)用，為公路工程安全運(yùn)營提供堅(jiān)實(shí)保障。

參考文獻(xiàn)

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