山區道路邊坡安全控制技術發展綜述

毛瑋蕓

摘 要：隨著經濟的快速發展和基礎建設的完善，將面臨著越來越多的山區道路邊坡問題。基于平原道路邊坡的相關研究已經比較深入，該文從道路改擴建工程、邊坡穩定性、邊坡檢測技術等方面的研究現狀進行分析，探討了山區道路邊坡安全控制技術的發展。研究山區道路邊坡安全控制技術對于工程建設具有重要的意義。最后，對于未來的道路邊坡研究提出了幾點建議。

關鍵詞：山區道路 邊坡 安全控制

中圖分類號：U41 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）02（b）-0038-03

我國山地面積占整個國土面積的70%，大量的自然邊坡存在我國的山地之中。中國正處于快速的發展時期，大量基礎工程設施的建設，如鐵路公路、水電樞紐及礦山等，會給工程技術帶來大量的高邊坡工程。如何在道路的改擴建過程中對邊坡進行監測，減小對既有邊坡的不利影響，是決定山區道路工程安全及工期的主要因素，也是道路改擴建工程中的技術難題之一。目前，科研工作者對于平原地區道路邊坡安全控制的問題進行了深入的研究，取得了一定的成果。但是對于山區道路邊坡安全控制的問題，相關研究很少。山區道路邊坡穩定性與平原道路相比，受到更多因素的限制。

1 道路改擴建工程研究進展

因國外道路在修建時在規劃設計過程中考慮較為全面，不存在后期運營中交通量過多、擁堵等問題，故對道路改擴建問題的相關研究較少，但總結個別案例，仍然可以從中吸取少許寶貴的經驗及成果。

美國的Deschamps[1]等人在1999年通過對拓寬的道路路基進行探究，分析了由于新老路基沉降不均勻產生的變形和路基邊坡失穩的原因，總結了路基拓寬失敗的主要原因：降雨、對新路基的壓實不足和開挖不合理等造成了路基軟化。日本、美國、德國等制定了關于道路改擴建的設計施工規范[2-4]，有效地解決了新老路基差異沉降、邊坡穩定性等問題。

對于道路的改擴建，國內學者也做了諸多研究：白玉鳳[5]研究了不同施工時間段、不同施工方式和不同施工條件下的道路安全狀況，找到了進行高速公路改擴建工程時施工難度相對較大的時間和位置，并闡述了不同條件下施工安全注意事項。周志剛等[6]在施工現場進行試驗，通過監測路基沉降、路面彎沉等相關數據，進行有限元模擬分析，得出結論：將土工格柵鋪設在新老路基交界處可以有效改善填土的各項性能指標。

2 邊坡的穩定性評價研究進展

邊坡的穩定性是公路改擴建施工的基礎，其失穩破壞的根本原因在于巖土體的剪應力大于抗剪強度。當前對邊坡穩定評價主要為定性分析和定量分析兩種方法，但兩種分析方法都有一定的局限性。定性分析不能給出量化的結果，而定量分析又將一些邊界條件進行了簡化。國內外關于邊坡穩定性進行了大量的研究，探究邊坡穩定性和相關經濟合理性。

國內研究中，何忠明等[7]使用FLAC軟件對開挖軟巖邊坡的過程中塑性區分布、變形、安全系數的改變以及不同處理措施下的支護效果分別進行計算分析，探究不同條件下的邊坡穩定性。結果表明：開挖過程中，邊坡的剪切和張拉塑性區分布主要集中在邊坡表層2～4 m范圍內，且隨著深度的增加邊坡安全系數降低；通過采用全長注漿錨桿進行邊坡支護措施，可以有效地控制邊坡變形。楊潔[8]提出了一種新的邊坡穩定性評價方法。將可靠度理論應用于動力邊坡穩定性分析，探究不同工況下土石壩的可靠度變化規律。國外研究中，Zienkiewicz[9]等首次將強度折減系數概念引入到彈塑性有限元數值方法中，提出了關于土質邊坡穩定分析的折減彈塑性有限元方法。Ugai[10]使用強度折減有限元法對傾斜邊坡、直立邊坡、非均質邊坡及存在孔隙水壓力的復雜邊坡的穩定性進行了較為系統的研究。Matsui和San[11]以剪應變作為邊坡破壞評判指標，基于Duncan-chang雙曲線非線性模型，利用強度折減理論和有限元法，研究開挖邊坡的穩定性。

在邊坡的穩定性分析方面，國內外人員已做了許多的深入研究，但關于山區交通道路可能存在高邊坡問題特別是因路基路塹的擴寬引起的失穩相關研究較少，缺乏相應的理論研究。

3 道路的沉降對邊坡穩定性影響規律研究進展

在道路的改擴建過程中，可能會出現新老路基存在差異沉降的現象，差異的沉降使得新老路基結合處產生縱向裂縫，不僅可能會導致更多路基和路面病害，而且影響了行車的舒適性和安全性，嚴重影響公路的經濟和社會效益。

基于以上問題，Wu.T.H[12]通過室內人工方式設置新老路基間的工后差異沉降，進而模擬路基拓寬所造成的新老路基變形情況，探究拓寬改建工程中新老路基差異沉降的影響規律。黃琴龍[13]認為路基拓寬工程中新老路基間施工后差異變形會導致病害的產生，通過進行室內試驗和相應的有限元數分析，探究瀝青路面在路基差異條件下的結構改變規律。錢勁松[14]通過研究老路拓寬差異沉降的研究現狀，指出了當前計算方法的不足之處，通過對老路拓寬工程進行非線性的有限元分析，總結了施工后差異沉降的規律，并且根據試驗結果對老路拓寬相關的設計提出改進方法。章定文[15]提出原有路堤及地基的應力場和應變場會由于道路擴建過程中使用加寬路堤填筑而變化，進而導致了老路的附加差異變形。他使用彈塑性有限元參數分析方法探討了不同軟土層厚度、不同加寬路堤寬度、不同的新老路堤剛度比時加寬路堤的填筑對老路變形規律的影響。在設計公路改擴建所產生沉降的相關研究中，大多數研究人員將研究重點放在了公路的路面開裂上，進而探究沉降原理和影響因素，而忽視了道路可能存在的環境條件，關于山區道路這一特定條件下的公路擴建所引發的道路沉降，以及沉降所引發的邊坡失穩研究不足。

4 邊坡監測技術及裝備研究進展

長期以來人們對邊坡的監測給予了高度的重視，邊坡監測己成為掌握邊坡動態、確保工程安全、了解失穩機理和開展邊坡穩定性預警預報的重要手段。

目前，國內外邊坡變形主要采用的監測方法是：坡表測量（測距儀、全站儀、水準儀、經緯儀等）、光纖位移測量（OTDR，BOTDR-Brillouin Optical Time Domain Reflect ometry）、坡體內部測量（水壓監測儀、鉆孔傾斜儀和錨索測力計等）、位移計、GPS測量技術、紅外遙感監測方法（SAR），激光微小位移監測技術、聲發射技術、合成孔徑雷達干涉測量（SAR interferometry）、時間域反射測試（TDR）技術和閉合法等。邊坡安全監測已被規定為重要工程邊坡設計和施工的主要環節，邊坡安全監測開始全面快速的發展，主要體現在：對安全監測的內涵及其對工程意義的理解和認識更加全面、深入；監測設備功能豐富，監測范圍大，數字攝影、GIS、GPS等現代化技術手段在邊坡監測中不斷推廣應用；數據處理智能化并且通過數據動態管理實時監測、安全預警，甚至實現可信度較高的預測功能。但這些方法不同程度地受一些因素的制約：GPS監測需要設置信號，可能會由于大氣層和電離層等電波的干擾而產生信號延遲，同時周圍環境的電磁波可能會干擾接收信號精度，不適合應用在早期預警或者小形變量的測量；紅外遙感監測則受電波、電磁波的影響，不能進行連續監測，受外界地形地貌的影響比較嚴重，同時還受外界電波的干擾；光纖位移監測只是進行表面測量、對邊坡進行測量，受邊坡外部結構的影響，將產生變形。

5 結語

為了保證山區道路的暢通與安全，對山區道路邊坡安全控制技術的研究十分必要。山區道路改擴建過程中邊坡力學響應特性及智能監測與災害控制技術是面臨且需要解決的關鍵技術問題，對于這些基礎理論和應用技術的研究，尚存在一下具體的問題有待進一步的探討和研究，主要包括以下幾個方面。

（1）山區道路的改擴建研究處于較為空白的階段，道路的改擴建工程對周邊環境邊坡的研究存在不足，而邊坡的穩定性與施工安全息息相關，有待進一步研究。

（2）對于山區道路高邊坡的穩定性分析方法已有較為充分的研究，但是對其道路的沉降與邊坡支護的影響涉及情況較少，對道路高邊坡在改擴建過程中所受的影響需要進一步分析論證，邊坡對于路基沉降與支護的撤離的響應特性有待研究。

（3）針對山區道路邊坡這種復雜的巖土工程，需要根據作業性質進行合理的監測方案選取，目前缺少對道路邊坡穩定性提供一種安全有效的監測方案和設備。

參考文獻

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