試論邊坡巖土工程不確定性及對策分析探討

馬驍

摘 要：邊坡巖土工程施工中會遇到土工結(jié)構(gòu)、土體、周圍環(huán)境三個問題，這三個因素始終貫穿于整個施工過程，且都處于互相影響的關系，在邊坡巖土工程的工作中存在許多可以預期但不可控的因素，我們將其稱為不確定性因素，而這些不確定性因素帶來的缺陷是明顯的。為此，本文就邊坡巖土工程不確定性作了相關的探討，并提出了具體的解決對策，以供參考。

關鍵詞：巖土工程；不確定性；影響因素；對策

引 言：在邊坡巖土工程中，會存在很多不確定因素，對施工造成影響，還會存在安全隱患。加強對不確定因素的研究，并采取針對性措施進行防治，能夠有效保證施工順利進行。

1 巖土工程不確定性的主要因素

1.1巖土物理學指標

巖土物理學指標也就是我們常說的巖土參數(shù)，由于這些參數(shù)會隨著時空的變化而發(fā)生較大幅度的變化，具有顯著的時間和空間變異性，因而其不確定性也就非常容易被理解。雖然在實際工作中，工作人員會通過嚴格密封、縮短土樣存放時間等措施降低外界因素所帶來的不良影響，但是巖土體的空間變異性卻無法避免或控制，只有通過統(tǒng)計方法對這種空間離散和變異性進行處理。在巖土工程中，空間變異性是一種特有現(xiàn)象，雖然可以對其進行描述，但是卻無法對其實質(zhì)性地減少，因此，最終形成的參數(shù)也只能是理論計算的結(jié)果，而非其真值。

1.2 巖土模型

模型是原型的理想化替代物，它反映原型的主要特征。對于邊坡巖土分析，模型并不是唯一的，模型的不確定性由此而來。在巖土工程實踐中發(fā)展起來的分析模型，就其實用性和復雜程度來說，是與人的認識水平和分析能力直接相關的。邊坡巖土工程設計發(fā)展趨勢是越來越多的考慮實際坡體結(jié)構(gòu)的特點和性能，這就必然要求巖土工程使用越來越復雜的模型，在確定了模型后，關鍵還在于選取合理的數(shù)值計算方法，如：有限單元法、有限差分法、極限分析法、通用條分法、滑移線法、邊界元法、離散元法、拉格朗日元法、流形元法、非連續(xù)變形分析法、半解析法等，各種方法都有其優(yōu)缺點及適用條件，可以單獨使用，也可以聯(lián)合使用。

1.3 人為因素

設計人員在施工前通常會設計多個巖土工程施工備選方案，并最終從中挑選一個合適的方案進行實施。不同的方案所需的經(jīng)費自然不同，當然不同的方案間的可靠性與穩(wěn)定性也各不相同，從施工方案的設計與決定的整個過程均是由人為因素完成的，因個人的思維方式與價值觀念不同，不同決策者對實施方案的選擇也會不同，其決策依據(jù)既可以是依賴充分的科學依據(jù)也可以是直覺與經(jīng)驗判斷。

2 邊坡穩(wěn)定性影響因素原因分析

根據(jù)邊坡坡體結(jié)構(gòu)特征及巖土層工程性質(zhì)等地質(zhì)環(huán)境條件，對區(qū)內(nèi)邊坡穩(wěn)定性影響因素分析如下：

2.1 巖土層的工程性質(zhì)

勘察區(qū)內(nèi)的邊坡淺部主要由可塑狀～硬塑狀坡、殘積土及全風化、強風化混合巖等構(gòu)成，這些巖土層的力學性能一般，抗剪強度不高，對邊坡的穩(wěn)定性不利，是邊坡失穩(wěn)的主要內(nèi)在因素。

2.2 氣象因素

勘察區(qū)雨季長，雨量充沛，降雨集中，多年平均降水量1477mm～1941mm，年降水量主要集中在4月～9月，該期間降雨為邊坡失穩(wěn)提供外部條件，連續(xù)暴雨是邊坡失穩(wěn)的主要外部因素。

2.3 巖土體的水理性能

坡體構(gòu)成為坡殘積土以及全、強風化巖，均具有遇水易軟化、崩解的特點，其水理性能較差，因此在旱季期間，邊坡的穩(wěn)定性通常較好，而雨季期，坡體長時間受水浸潤將導致重度增大、抗剪強度等力學性質(zhì)明顯降低，從而導致邊坡穩(wěn)定性減弱。水理性質(zhì)較差是本區(qū)邊坡失穩(wěn)的重要因素。

2.4 人類活動

人類因工程切坡而使坡腳減載，從而破壞邊坡自然的穩(wěn)定狀態(tài)而引起滑坡或崩塌，是邊坡失穩(wěn)的誘發(fā)因素。綜上所述表明，在本區(qū)特定的地質(zhì)環(huán)境中，邊坡穩(wěn)定性的影響因素較多，其中控制邊坡穩(wěn)定性的內(nèi)因是坡體巖土層工程性質(zhì)和水理力學性質(zhì)差，人類在邊坡頂部工程活動強烈且沒有及時進行必要支護則是邊坡失穩(wěn)的主要外因，大氣強降雨是誘發(fā)邊坡失穩(wěn)的不利因素。

3 邊坡巖土工程不確定性的對策

3.1 常用的對策

（1） 經(jīng)驗設計

巖土工程以前經(jīng)歷過完全依靠經(jīng)驗設計的階段，而且直到現(xiàn)在，工程經(jīng)驗特別是地方經(jīng)驗仍然在巖土工程設計中占有十分重要的地位。巖土工程問題中，有很多因素是不確定的，因此很難進行準確的分析，我們只能通過經(jīng)驗再加上工程的具體獨有的特點，從而設計出一套解決方案。巖土工程師多年的實踐經(jīng)驗可以在一定程度上減少巖土參數(shù)和巖土計算模型不確定性因素的影響。

（2） 安全系數(shù)

在巖土工程設計中，很早就采用了安全系數(shù)這樣一個非常重要的概念，它可以有效地部分解決巖土參數(shù)、巖土計算模型不確定性因素的影響。但采用多大的安全系數(shù)往往成為問題的關鍵，特別是就2種不同的巖土計算模型來說，如果取相同的安全系數(shù)，其安全程度并不一定相同，這也增加了設計者把握的難度。

（3） 不足之處

以上是常用的2種減少巖土不確定性影響的方法，但也可以看出，經(jīng)驗性的、保守的、感性直觀的因素是目前邊坡工程設計中普遍存在的一種現(xiàn)象，它可以表現(xiàn)為過分保守地確定巖土體力學參數(shù)、構(gòu)建相對保守的巖土計算模型，采用相對保守的安全系數(shù)，較多地考慮其它危險因素等等。當設計者對巖土有關的不確定性了解很少時，這樣考慮問題是合理的。但是，隨著我國現(xiàn)代化建設事業(yè)的不斷發(fā)展，工程建設逐步由低標準向高標準發(fā)展，這種方法目前已不適應現(xiàn)代化大型工程建設的需要，現(xiàn)在的巖土工程需要考慮本項目工程建設以外的自然環(huán)境、社會意義等因素的影響，所以要進行更加科學的分析與決策。

2.2推薦對策

經(jīng)過業(yè)內(nèi)人士的不斷探究，一種新型具有可行性的方法—動態(tài)設計與施工已引起了廣泛的重視與運用。

由于邊坡巖土工程在巖土系數(shù)與巖土模型選擇的特殊性，再加上復雜的地質(zhì)條件使分析的難度系數(shù)加大，在工程正式施工后，設計方案中對勘測工作的遺漏與失準現(xiàn)象均會得到顯現(xiàn)，此時若仍沿用原先的設計方案則會造成嚴重的后果。動態(tài)設計與施工改變了傳統(tǒng)的靜態(tài)的設計施工流程，其使設計方案更具彈性，若在實際操作中發(fā)現(xiàn)實際檢測結(jié)果與方案出入較大則可以對現(xiàn)行設計進行修改，該方案可對施工過程中出現(xiàn)的問題及時作出處理對策。但是，這就要求施工人員做好對施工現(xiàn)場的監(jiān)測工作。

在動態(tài)設計與施工的方法中，設計人員要及時采集施工現(xiàn)場的新信息并與設計方案中的數(shù)據(jù)進行對比，比較兩組數(shù)據(jù)間的誤差，另外，設計人員還應做好施工現(xiàn)場的監(jiān)測工作，隨時將采集的檢測信息進行分析，以判斷設計方案是否合理，若設計方案中的信息與監(jiān)測信息存有較大差異則可立即對方案進行修改，以便在下一級施工中使用新方案，若兩組數(shù)據(jù)無明顯差異則可沿用原先的方案繼續(xù)施工，以此方法貫穿于整個施工過程中，直至工程順利結(jié)束，而動態(tài)實際與施工中的連續(xù)監(jiān)測方法仍可以作為對施工效果的評價方法。

3 結(jié)束語

總之，在施工過程中，設計人員要密切監(jiān)測施工情況，及時采集監(jiān)測數(shù)據(jù)并與原定方案中的數(shù)據(jù)進行對比，根據(jù)施工現(xiàn)場所暴露的實際地質(zhì)條件、巖土模型、巖土力學與參數(shù)等資料及時對方案中的漏洞進行修復與修改，對于有出入或遺漏性的方案要及時給予更新，保證下一階的施工進行有新方案的支持，充分將施工與動態(tài)設計相結(jié)合，這樣才能保證施工工作高效、安全、順利地開展，最大程度消除不確定因素帶來的安全隱患。

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