高填方邊坡的不穩(wěn)定性因素及治理措施研究

何興熠

摘要：高填方邊坡穩(wěn)定性問題一直以來是巖土工程領(lǐng)域研究關(guān)注的焦點，本文詳細(xì)闡述了高填方邊坡失穩(wěn)的破壞形式，引入實際工程案例，分析高填方邊坡穩(wěn)定性的影響因素，并提出高填方邊坡的防治措施。

關(guān)鍵詞：高填方邊坡；失穩(wěn)；影響因素；治理措施

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會進(jìn)步，對各類工程建設(shè)的質(zhì)量和安全提出了更高的要求。高填方邊坡高陡、填料短期固結(jié)效果不佳，容易引發(fā)滑坡、泥石流等諸多安全事故。對于高填方邊坡穩(wěn)定性影響因素的研究目前學(xué)術(shù)界已開展了諸多研究，本文筆者將借助實際案例來分析探討高填方邊坡穩(wěn)定性影響因素，以期能夠為廣大巖土工程領(lǐng)域從業(yè)者帶來一絲啟發(fā)。

1.高填方邊坡失穩(wěn)的破壞形式

1.1雨水沖刷破壞

在干燥環(huán)境中，高填方邊坡的自身強(qiáng)度能夠滿足實際工程建設(shè)的要求，但是當(dāng)降雨集中，雨水沖刷會降低高填方邊坡的強(qiáng)度，尤其是雨水浸泡會降低高填方邊坡內(nèi)部粘聚力，進(jìn)而出現(xiàn)侵蝕、坡面破壞。

1.2坡面剝落掉塊

高填方邊坡施工完畢后，受長時間風(fēng)化、侵蝕的影響，加上高填方邊坡自重作用，高填方邊坡會出現(xiàn)自上而下的滑動趨勢。在這些因素的影響下，高填方邊坡巖土體會沿著坡面向下滾落。盡管這種現(xiàn)象對高填方邊坡的穩(wěn)定性影響可以忽略不計，但是常年日積月累滾落的土塊會在坡腳堆積，導(dǎo)致坡腳凹陷，此時就會對高填方邊坡的穩(wěn)定性造成影響。

1.3滑坡

在高填方土質(zhì)邊坡或泥質(zhì)邊坡中，滑坡是常見的地質(zhì)災(zāi)害。高填方邊坡的斜坡面巖體受到自重作用，會沿著一定的軟弱結(jié)構(gòu)面緩緩向下移動，發(fā)生剪切破壞。在這個破壞的過程中，首先是發(fā)生蠕動形變，慢慢發(fā)展成滑動破壞，隨著時間的推移會逐步穩(wěn)定。

1.4滑塌

高填方邊坡中，會偶然突發(fā)性的出現(xiàn)滑塌現(xiàn)象，高填方邊坡在開挖和填筑的過程中，由于堆載導(dǎo)致斜坡出現(xiàn)滑移和塌落現(xiàn)象。

1.5泥石流

高填方邊坡發(fā)生泥石流所造成的破壞較大，通常發(fā)生在突發(fā)性的強(qiáng)降雨、降雪天氣或者其他自然災(zāi)害所導(dǎo)致的山體滑坡。泥石流發(fā)生時會夾帶很多泥沙和石塊，會對周邊人們生命和財產(chǎn)造成巨大的危害。

2.高填方邊坡失穩(wěn)的影響因素

對于高填方邊坡而言，穩(wěn)定性的影響因素非常多，不僅僅有內(nèi)在的，還有外在的因素。內(nèi)在因素包含了邊坡的形態(tài)、填土的巖土體類型和力學(xué)特性等，而外在的因素主要是指氣候條件、植被的覆蓋率、地震作用等因素。在高填方邊坡穩(wěn)定性影響的因素中，影響最為明顯的為內(nèi)部因素，但是加上外部因素的影響，高填方邊坡的破壞形式會加速，也會更加明顯，這是因為高填方邊坡內(nèi)部發(fā)生的變形是一個長期緩慢的過程，高填方邊坡內(nèi)部不發(fā)生變形破壞，沒有外部因素的影響，邊坡變形將不需要進(jìn)行加固治理。因此，在對高填方邊坡失穩(wěn)的因素分析中，不僅僅要分析高填方邊坡失穩(wěn)破壞的內(nèi)部因素，同時還要分析外部因素，這是一個多種因素共同作用的結(jié)果。

2.1地質(zhì)因素

在分析高填方邊坡穩(wěn)定性因素上，巖土原因、巖土體的地質(zhì)構(gòu)造以及物理學(xué)性質(zhì)統(tǒng)一歸類為地質(zhì)因素，高填方邊坡穩(wěn)定性隨著條件的增加而變化。同時，巖層的結(jié)構(gòu)面與坡面呈現(xiàn)出來的關(guān)系也會對邊坡穩(wěn)定性造成影響。高填方邊坡由于是土體回填，填土體與巖層面的角度為垂直時，穩(wěn)定性最好。除此之外，還需要考慮到填土體材料的混合型和復(fù)雜性，巖土體的重量、內(nèi)摩擦角以及粘聚力等地質(zhì)因素都會影響到高填方邊坡的穩(wěn)定性。

2.2邊坡形態(tài)

高填方邊坡形態(tài)是影響邊坡穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素之一。主要通過對邊坡長寬高和平面剖面的形態(tài)以及所處的臨空條件而對穩(wěn)定性造成影響。通常來說，高填方邊坡越長，坡度越緩就越穩(wěn)定，邊坡越短且直則穩(wěn)定性差。除此之外，平面處于凹形的穩(wěn)定性要高于凸形的穩(wěn)定性，張力會在邊坡處于最不利形態(tài)時出現(xiàn)，并形成張拉裂縫，加大了坡腳處的剪應(yīng)力，高填方邊坡的穩(wěn)定性會隨之降低。

2.3動力作用

高填方邊坡由于受到自身重力的影響，一般情況下會處于穩(wěn)定狀態(tài)，但是一旦發(fā)生諸如地震的地殼活動，會引發(fā)震動，導(dǎo)致邊坡的穩(wěn)定性會受到破壞，主要原因在于在震動時，邊坡上回形成一種動荷載，邊坡的受力形式發(fā)生了變化，進(jìn)而導(dǎo)致了內(nèi)部應(yīng)力發(fā)生了變化，出現(xiàn)失穩(wěn)的狀態(tài)。日常生活中常見的動力荷載如地震或者大型爆破等。

2.4地下水

對高填方邊坡穩(wěn)定性造成影響的地下水因素，主要來源于動靜水壓力、軟化作用和沖刷作用。高填方邊坡的穩(wěn)定性受到了邊坡土體的物理學(xué)性質(zhì)影響較大，地下水作用會改變土體的彈模、粘聚力以及內(nèi)摩擦角力學(xué)性質(zhì)等，容重增加，進(jìn)而導(dǎo)致了邊坡穩(wěn)定性的降低。同時，高填方邊坡的穩(wěn)定性受到巖層結(jié)構(gòu)面的影響最大，而地下水的作用容易導(dǎo)致邊坡內(nèi)部的巖層結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，容易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)軟弱面流失，長期在地下水的影響下，邊坡內(nèi)部會形成滲水通道，邊坡內(nèi)部的巖層結(jié)構(gòu)被削弱，穩(wěn)定性會降低，另外在水的作用下，在坡腳處強(qiáng)度會降低，可能一開始會發(fā)生失穩(wěn)破壞，并逐步導(dǎo)致高填方邊坡發(fā)生失穩(wěn)。

2.5氣候條件

根據(jù)以往的理論研究和實踐證明，氣候條件對于高填方邊坡的穩(wěn)定性影響也十分顯著，如溫度變化、降雨等，尤其是降雨天氣，雨水滲入到坡體內(nèi)部，高填方邊坡吸收雨水容重增加，粘聚力和內(nèi)摩擦角會降低，土體物理學(xué)性質(zhì)也會下降，導(dǎo)致了邊坡穩(wěn)定性降低。除此之外，降雨會導(dǎo)致高邊坡地下水位上升，孔隙水壓力由靜止變?yōu)檫\動，進(jìn)而造成失穩(wěn)。降雨的特征、降雨量以及降雨時長都會對高填方邊坡的穩(wěn)定性造成影響。除此之外，邊坡自身的類型，土體的滲透性以及所在地區(qū)的地形條件、地質(zhì)地貌特征都會在一定程度上影響高填方邊坡的穩(wěn)定性。

2.6人類工程活動

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類的社會活動越來越頻繁，也開始借助大肆地改造自然，高填方邊坡的工程項目越來越多。在這些高填方邊坡中，如果對坡腳進(jìn)行過度開挖，會導(dǎo)致坡腳的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)破壞，并導(dǎo)致整個高填方邊坡出現(xiàn)失穩(wěn)破壞。除此之外，邊坡的開挖方式和速度也會影響到高填方邊坡的穩(wěn)定性，如在施工過程中，將開挖的棄土堆積在邊坡頂部，堆積的土方量過大，可能會產(chǎn)生高于自身強(qiáng)度的邊坡下滑力，并引發(fā)失穩(wěn)破壞的情況。除此之外，地下建筑物施工過程中的開挖也會在一定程度上影響到高填方邊坡的穩(wěn)定性，如開挖隧道的過程中，使用爆破振動或者大型機(jī)械的振動都會對邊坡的內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成影響。因此，在進(jìn)行這些項目施工的過程中，要加強(qiáng)對高邊坡的監(jiān)測，一旦出現(xiàn)異常立即停止施工進(jìn)行邊坡加固處理。

3.高填方邊坡工程案例分析

3.1工程案例概況

A高填方邊坡項目處于構(gòu)造、剝蝕中-淺丘地貌，根據(jù)設(shè)計要求，高填方邊坡填筑高度為90m，填方量約為330萬方。該項目施工所處緩傾順向坡地帶，且最高填方高度高達(dá)90m，截至目前，A高填方邊坡項目出現(xiàn)了多次滑坡、沉降變形的問題，對附近居民的生命和財產(chǎn)安全造成了一定的威脅。通過對A高填方邊坡項目坡面進(jìn)行模型分析，并進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得出如圖1所示的模型。

3.2高填方邊坡穩(wěn)定性影響因素

3.2.1降雨因素

A高填方邊坡項目所在地區(qū)降雨集中在5月～10月，年均降雨量為765.8mm，年最大降雨量998.8mm，降雨對高填方邊坡穩(wěn)定性影響十分顯著。通過計算，當(dāng)降雨量為20mm/d與40mm/d時，降雨對A高填方邊坡項目影響較小，說明降雨滲入邊坡對穩(wěn)定性的干擾較小。主要是因為降雨量小，雨水滲入邊坡深度較小，不能對已有的高填土起到軟化的作用。同時，降雨量小，高填方土體中的含水率較小，填方巖土體參數(shù)變化不大，對邊坡穩(wěn)定性的影響不明顯。

3.2.2地下水因素

A高填方邊坡項目中，降雨對高填方邊坡影響較小，但是降雨完全吸收到土壤當(dāng)中，轉(zhuǎn)化為地下水運移，為A高填方邊坡項目所在地區(qū)的地下水提供了水源，隨著A高填方邊坡項目施工進(jìn)度的推進(jìn)，填方高度越來越高，越來越多的地下水形成了高填方邊坡的地下水特征。根據(jù)A高填方邊坡項目所在地區(qū)的情況，本文繪制了0.3m/d流量的地下水滲流10天的孔隙水壓力圖（如圖2所示）。可以看出，地下水滲流對于A高填方邊坡項目土體穩(wěn)定性影響較為明顯，在地下水的作用下，邊坡的不穩(wěn)定因素增加，并且隨著地下水作用越來越明顯，邊坡失穩(wěn)的概率越高。同時研究還發(fā)現(xiàn)，A高填方邊坡項目邊坡穩(wěn)定性系數(shù)的降低不完全與降雨入滲相同。降雨對A高填方邊坡項目邊坡的影響僅發(fā)生在表部淺層，但是地下水的作用對A高填方邊坡項目邊坡穩(wěn)定性的影響較為顯著，呈現(xiàn)出波浪線趨勢下降。由此說明，A高填方邊坡項目邊坡內(nèi)部發(fā)生變形破壞，經(jīng)歷了幾輪的蠕變-穩(wěn)定的循環(huán)變化，到最后才形成了拉裂縫，當(dāng)內(nèi)部軟弱面變形較大，出現(xiàn)貫通后，滑裂面一般表現(xiàn)較深，此時就會引發(fā)較大規(guī)模的滑坡災(zāi)害。

3.2.3填土密度因素

填土密度是填料非常重要的力學(xué)參數(shù)，不同密度的填料對A高填方邊坡項目邊坡穩(wěn)定性的影響有所差異。在實驗中，A高填方邊坡項目填土密度為18～25kN/m3時，填土密度因素對A高填方邊坡項目邊坡穩(wěn)定性影響幾乎可以忽略不計，而當(dāng)填土密度提高至30kN/m3時，A高填方邊坡項目邊坡穩(wěn)定性系數(shù)開始發(fā)生較為顯著的變化，在此基礎(chǔ)上提高填土密度，A高填方邊坡項目邊坡穩(wěn)定性系數(shù)會逐步降低。由此得出，填土密度對高填方邊坡的穩(wěn)定性存在一定的影響。

3.3高填方邊坡防治建議

根據(jù)上文對A高填方邊坡項目邊坡穩(wěn)定性的研究，本文認(rèn)為可以采取以下防治措施。

根據(jù)雨季汛期的到來時間，對存在滑坡跡象的區(qū)域，應(yīng)及時在滑坡后緣進(jìn)行支護(hù)，避免發(fā)生大規(guī)模垮塌，如針對A高填方邊坡項目邊坡設(shè)計開挖出“n”字形溝，便于高邊坡的排水，當(dāng)遇到強(qiáng)降雨天氣時，雨水不會滲入到整個邊坡區(qū)域中，以防止邊坡后緣陡壁出現(xiàn)坍塌。

在對高填方邊坡進(jìn)行治理時，應(yīng)該要加強(qiáng)滑坡區(qū)和高邊坡地表及深度變形監(jiān)測，做好預(yù)警預(yù)報工作。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對于高填方邊坡穩(wěn)定性的監(jiān)控要注重技術(shù)創(chuàng)新，可應(yīng)用現(xiàn)代安全報警傳感器對施工區(qū)域進(jìn)行不間斷的監(jiān)測，以便于能夠及時地掌握高填方邊坡滑坡體的運動規(guī)律。同時在進(jìn)行高填方邊坡施工的過程中，應(yīng)該要關(guān)注到填土的密度，在確保不影響高填方邊坡穩(wěn)定性的情況下，選擇合適密度的填土進(jìn)行回填。

4.結(jié)束語

高填方邊坡出現(xiàn)失穩(wěn)后，易發(fā)生滑坡、泥石流等諸多安全事故，本文在理論研究的基礎(chǔ)上，引入具體工程案例展開分析，發(fā)現(xiàn)高填方邊坡失穩(wěn)主要的破壞形式為雨水沖刷破壞、坡面剝落掉塊、滑坡、滑塌、泥石流等，而導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)破壞的因素很復(fù)雜，如地質(zhì)因素、邊坡形態(tài)、動力作用、地下水、氣候條件、人類工程活動，且一般出現(xiàn)失穩(wěn)破壞大多是內(nèi)外部多種因素共同作用的結(jié)果，這些因素都是需要在實際施工過程中引起高度重視，除此之外還需要加強(qiáng)高填方邊坡位移的監(jiān)測工作，一旦出現(xiàn)位移異常及時采取措施進(jìn)行防治，以確保高填方邊坡的安全和穩(wěn)定。

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