巖質高邊坡穩定性分析及防護研究

席永慧 江波

（同濟大學 上海 200433）

國家的基礎工程建設極大地改善了人們的生產、生活環境，同時也促進了城市及區域間的協同發展。通過道路交通工程建設，又極大程度地滿足了人們日益增長的物質及精神需求。隨著國家建設項目的巨大投入，基礎設施建設面臨的高邊坡穩定性問題也日益突出?；谖覈嗌降膹碗s地貌特征，特別是我國的西部及南部，高邊坡分布廣泛，在面臨這些高邊坡的問題時，通過對高邊坡進行原因分析，能夠快速防護結構的發展。

1 邊坡概述

1.1 邊坡的概念

邊坡屬于巖土或地質工程研究的領域。其自然狀態一般是指形成的斜坡、河流沖擊形成的岸坡、苔塬的塬邊等。人工邊坡則主要是指交通道路建設、露天采礦、建（構）筑物場地及基礎工程建設等形成的坡體形態。

1.2 邊坡的分類

邊坡的種類多樣，目前分類并沒有統一的標準。不過，目前普遍按照邊坡高度及成因進行分類。按照坡高可分為低、高及特高邊坡；按照成因可分為人工、自然邊坡；按照物質組成部分可分為土質、巖質及二元結構邊坡等。

1.3 高邊坡的含義

高邊坡是按照邊坡的高度進行分類。對于土質邊坡來講，它主要是指邊坡高度在20～100m；對于巖質邊坡來講，主要是指高度在30～100m的邊坡。不論是土質邊坡還是巖質邊坡來講，其邊坡的高度因素都會對邊坡的穩定性產生重要的影響[1]。在進行邊坡的穩定性分析及防護加固上，都需要通過計算的方式進行。本文的著重點分析及研究也正在于此。

2 巖質的高邊坡穩定性分析

在工程的實際建設中，有些工程如道路基礎設施建設、房屋建筑等，對于邊坡變形都具有較為嚴格的要求，其變形值需要在允許的變形量范圍內。如針對于建筑而言，往往需要依據設計要求，以建筑物的允許變形量作為邊坡穩定性的參考標準。另外一些工程，雖然對于邊坡變形量及破壞并沒有較高的要求，但是要密切關注并防止邊坡在受到破壞后發生的快速滑落。這樣就涉及到以功能定理及邊坡滑落為基礎的計算。

2.1 高邊坡穩定性的影響因素

邊坡穩定性是多方面因素共同作用的結果。實際的狀況下，巖質的巖性、巖質的節理發育狀況及程度、邊坡的高度、巖質的特征及人為方面的因素對于邊坡穩定性來講都具有重要影響。但總的來說，這些影響主要包含內、外兩個因素：內在因素即地應力，它是邊坡巖質層間裂隙發育高邊坡變形的重要控制因素。同時，在內應力的作用下，巖質邊坡應力的大小及分布范圍也受到影響；影響邊坡穩定性的外在因素主要在于風化作用、振動作用、地下水的作用及人為因素等。其中振動作用主要是地質中的地震，其對于邊坡穩定性有巨大的影響作用，而人為因素主要是指實際的工程建設中，建設過程改變了邊坡的結構及周邊的實際環境而導致的邊坡失穩[2]。

2.2 巖質高邊坡的變形破壞

邊坡在其自身的發展中主要有兩個階段，一是變形，另一個是破壞。這兩個因素在內外因素的影響下不可避免。而由變形至最終的破壞，往往是從量變到質變的過程。邊坡變形主要是指在內、外因素影響下出現的變形或者邊坡局部性的破壞，而破壞則是邊坡巖質內部發生的根本性的、貫通性的破壞，最終不可改變。而根據邊坡變形的形式來看，其主要有邊坡巖體本身的彈性應變能量釋放產生的卸荷回彈及邊坡隨時間推移發生的蠕變變形兩種形式。

2.3 巖質高邊坡穩定性的分析方法

對于邊坡穩定性的分析具有多種分析方法。如定性分析法、定量分析法等。需要指出的是，定性分析及定量分析兩者互為關系，聯系緊密。定量分析以定性分析為基礎，定量分析在極大程度上又是對于定性分析的補充及完善。通俗來說，其都是以巖體結構為基本，應用巖體力學中的理論及計算方法，分析判斷巖體變形破壞的形式，最終為邊坡工程的設計及防護提供科學準確的依據。具體的操作中，往往是先以巖質結構分析方法判斷出巖質的結構類型，根據結構類型判斷其破壞的形式。在這些基礎分析數據的基礎上，根據力學分析計算，最終給出關于邊坡穩定性的定量分析。

通過定性及定量分析，結合力學計算，最終著重進行巖石狀態、性質、地下水等因素隨時間變化對于邊坡的影響程度，最終判斷邊坡穩定性的變化方向及趨勢，為邊坡加固及防護做出重要依據。

3 巖質高邊坡防護研究

在實際的邊坡防護工作中，針對邊坡穩定性的影響因素，可以采取相應的措施，以保證邊坡的長期穩定性。具體來說，可以有以下幾種方法：

3.1 采用合理的加固措施

加固措施防護主要是為了防止邊坡發生變形破壞及提高巖質邊坡的穩定坡腳。具體來說，又分為直接加固、間接加固及特殊加固。直接加固主要是利用圍擋墻、人造護坡、抗滑動性樁、鋼錨桿及錨索對巖質高邊坡進行有效防護。間接加固主要是利用邊坡中的巷道、邊坡鉆孔等措施為邊坡的地面排水，此外通過在邊坡地面鋪蓋防滲卷氈、消減邊坡高度來達到卸荷的目的。針對于特殊巖質的邊坡，通過采用特殊加固的方式，如麻面爆破、壓力灌漿的形式，可大大提高邊坡的穩定性[3]。需要指出的是，邊坡的加固并不是漫無目的的，也不是隨意進行的，具體的加固處理須滿足既定的條件。一是在保證邊坡完整性的同時，能夠對于邊坡的穩定性產生較為長遠的影響，否則這種防護就形同虛設。另一方面，邊坡防護中應保證不會對周邊環境產生破壞。最后，邊坡防護應在降低成本的同時使得效用最大化。例如，邊坡防護可以采用預應力錨桿及錨索相結合的錨固技術，改善巖體應力狀態的同時，又能有效提高巖體的穩定性，可謂經濟又有效。

3.2 落石防護措施

巖質高邊坡高度一般較高。在重力及慣性的作用下，任何一塊小石塊在巖質高邊坡上滑落下來，勢能轉化為動能，都有可能對底部物體產生較大破壞。而在其它因素影響下，巖塊受外力作用發生脫落、人為因素如邊坡維護施工等都有可能導致落石的下滑。如果在邊坡的底部有鐵路、公路及房屋等建（構）筑物，甚至是行人，都有可能帶來巨大的災害。在這樣的不可預見因素下，采取落石防護存在必要性。可以通過設置鋼絲繩防護網，將邊坡進行維護，防止落石滾落至公路、鐵路及房屋等建（構）筑物附近。除此以外，還可以在坡腳處修筑圍墻，防止坡面巖石風化、侵蝕后的落石滾落至鐵路、公路或者房屋等建（構）筑物的安全范圍內。

3.3 綠化護坡

通過綠化護坡，可以有效改善巖質高邊坡的土層地質狀況，減少水土的流失，改善地表狀況，最終提高邊坡的穩定性。綠化護坡作為一種生態型的護坡方式，具有在保護生態的同時又能提高邊坡的穩定性的雙重功能。特別是對于巖質邊坡來講，采用植物綠化的方式，能夠有效降低巖石在風化作用下的變形破壞，降低雨水的沖刷及侵蝕。而其本身所具有的綠化邊坡、改善生態環境的意義遠遠超出于改善邊坡的穩定性狀況。

4 結語

影響邊坡穩定性的因素是多種多樣的，通過采用有效的分析方法分析巖質高邊坡的變形破壞，進而采取合理的防護措施，才能達到長治久安的目的。同時，我們也相信，隨著未來巖質邊坡防護的深入研究，將出現更多的科學的高邊坡防護方法。