巖土工程中高填方邊坡的穩定性分析與治理措施研究

張海洋

摘要：在巖土工程施工中如何對高填方邊坡的穩定性問題進行妥善解決，保證在巖土工程施工中邊坡施工的安全性，是巖土工程中邊坡應用工程的重要內容。論文對邊坡穩定性分析的相關理論進行了闡述，對影響土質高邊坡穩定性因素以及邊坡變形的原因進行了分析，結合北方地區工程施工的實際情況，選擇科學合理的措施對高填方邊坡進行加固，并對高填方邊坡治理的相應措施進行研究。

關鍵詞：巖土工程;高填方邊坡;穩定性

隨著我國基礎設施的快速增加，機場、高速鐵路、高速公路等重點交通設施以及城鎮化的建設已從平地向地質地貌條件較為復雜的丘陵和山區擴散。這不可避免地形成了大量的高填方。山區高填方工程具有填料特殊、填方量大、填方高度和邊坡高度高、順坡填筑的結構形式等特點。這些特點使得山區高填方工程極易因不均勻沉降、地震、地下水侵蝕等引起裂縫。高填方發生損害后不及時治理，在強降雨或長時間降雨的極端條件下會發生失穩滑坡等災害。因此，高填方邊坡破壞后，其滑坡時間預測是避免財產損失和人員傷亡的有效方法。

1 邊坡穩定性分析

邊坡穩定分析方法經過不斷的研究和發展，目前主要采用極限平衡法，極限平衡方法作為定量分析的一種常用方法，可以對邊坡的穩定性進行量化分析，是一種被廣泛應用的邊坡穩定分析方法。極限平衡分析方法可以針對巖土體邊坡的穩定性進行準確的分析，極限平衡分析方法中的瑞典條分法是基于圓弧滑裂面的一種邊坡穩定性分析方法。瑞典條分法的原理是先對邊坡的單位長度進行選取，然后把計算分析中的空間問題轉變為簡單的平面問題進行解決。例如，選取一段可能發生變形的圓弧滑裂面，然后對滑動的土體沿著滑裂面，以豎直向上的土條的形式進行劃分。對土條進行受力分析得出安全系數：

式中，F 為安全系數;i、j 為進行劃分的土條的編號;E_T為總體的下滑受力;T_i為巖土地基內的抗滑力;T_j為高邊坡填土內坑的抗滑力。瑞典條分法比較適合應用于對具有黏性特點的巖土邊坡土體進行分析。

在邊坡穩定性分析中極限平衡分析方法中的簡布法，主要應用于對滑動面非圓弧形的邊坡穩定性進行分析。簡布法采用迭代計算的方法進行求解，選擇很多的滑動面來計算，選取安全系數最小的滑動面作為邊坡危險滑動面，這時選取的邊坡安全系數才是和實際情況最接近的安全系數。簡布法可以滿足全部的平衡條件，這樣在計算結果上相對要準確。

2 影響邊坡穩定性的因素分析

2.1 邊坡的工況條件

邊坡的工況條件主要指邊坡所受水及外荷載的影響。邊坡坡體后方地下水位的變化、地表水的徑流量、季節性融雪洪水等情況是影響邊坡穩定的重要因素，它們在對邊坡產生作用的同時，還對邊坡的物理力學指標產生很大的影響。邊坡的外荷載指邊坡荷載及坡后傳遞荷載，主要影響下部邊坡的穩定性。根據區域水文地質條件，榆樹溝橫穿校區中部，將其一分為二，校區位于河谷階地上，與溝底高差7.0～20.0m，現狀榆樹溝為土溝，上游為私人建造的庫普水庫（榆樹溝水庫），最大庫容為40×104m3，夏季洪水時威脅校區安全，為減少洪水對校區造成的危害，對橫穿校區的榆樹溝進行防洪治理。本次治理長度為0.89km，考慮上游庫普水庫存在潰壩隱患，經計算潰壩時最大洪峰流量為Q=109.06m3/s，按校區及校區下游水磨溝區的社會經濟指標，確定防洪標準重現期為100年一遇。工程等別為Ⅲ等，工程規模為中型。主要建筑物為3級。

2.2 邊坡環境因素

本高填方邊坡位于低山之間，場地經人為建設，原始洪溝被回填整平，現狀周邊地形較為開闊。邊坡現狀坡度為30.5°～40°，邊坡頂高程939.21～943.44m，坡底高程911.27～932.28m，相對高差為10.9～29.03m。周邊建筑物與邊坡的位置關系為：運動場距離邊坡邊緣約30m，運動場主席臺距離邊坡邊緣約18m，學生宿舍樓距離邊坡邊緣約30.0m，校園道路及供熱站位于坡頂邊緣，水磨溝區高層住宅樓位于坡底，距離坡腳最近約18.0m左右。

3 高填方邊坡治理措施

3.1 邊坡治理設計選型

（1）抗滑樁支擋設計：抗滑樁主要承受水平荷載，可對其按照彈性樁理論進行計算。布設抗滑樁時，要綜合考慮邊坡的地質條件、滑動面坡度、滑動土層的厚度、樁所受到的推力的大小等因素。樁間距可按兩樁間土體與兩側被樁所阻止滑動的土體的摩阻力不少于樁所承受的滑坡推力來估算，以使樁間滑體具有足夠的穩定性。根據經驗，對于土層或軟質巖層，錨固深度取l/3～1/2樁長比較適合。（2）“坡率+格構式錨桿”支擋設計：坡率法是控制邊坡的高度和坡度、無需對邊坡整體進行支護而自身穩定的一種扔放坡設計方法。但是，單獨采用坡率法的可靠性很低。本工程采用坡率法提高邊坡的穩定性，降低邊坡的下滑力后，再采用格構式錨桿支擋結構，控制邊坡的穩定，確保達到安全可靠的效果。根據場地巖土條件，建議雜填土放坡坡率不小于1∶1.25。（3）邊坡上部“坡率+格構式錨桿”+邊坡下部“抗滑樁”復合支擋設計：對本工程邊坡上段采用“坡率+格構式錨桿”，提高邊坡的穩定性，降低邊坡的下滑力后，邊坡下段再采用“抗滑樁”支擋結構，控制邊坡的穩定，確保達到安全可靠的效果。在邊坡支擋設計階段，對上述3種支擋結構，應結合現場工程條件，進行相關經濟技術比較，擇優確定最適宜的支擋結構。

3.2 高填方邊坡治理措施研究

在北方巖土工程施工中根據邊坡地質條件的實際情況，對邊坡可能發生的變形破壞采取工程治理措施。在巖土工程中邊坡穩定性被破壞而發生變形主要原因是因為巖土體發生破壞而造成的。提高巖土體的抗剪能力，有利于增強巖土體自身的應力強度，并提高了巖土體邊坡的穩定性。邊坡地層的結構物質中含有很多特殊的風化礦物質成分，這樣在邊坡體內容易形成滑動帶，提高了邊坡滑動發生的概率，所以邊坡地層巖性對邊坡穩定性具有很大的影響。錨固工程治理措施可以對邊坡預應力損失的情況進行預防，可以適用于邊坡淺層的保護。抗滑樁工程可以對邊坡的滑動進行控制，在邊坡體內設置抗滑樁，可以加強邊坡坡體的穩定性。抗滑樁工程實施過程中，在坡腳固定抗滑樁的同時還要結合土體削坡一起使用。護坡工程可以有效地防止邊坡表面層的破壞，對邊坡進行適當的保護。護坡工程在實施的過程中可以通過削方措施對坡面進行保護。另外，水會對邊坡面產生沖刷的影響，導致巖土邊坡的整體性被破壞，邊坡失去原有的穩定性。排水工程可以防止水對邊坡穩定性的破壞，采用坡內排水等施工措施保證邊坡巖體的干燥，進而降低水對邊坡穩定性的破壞作用。

4 結語：

（1）低山、丘陵區的高填方邊坡工程是巖土工程的復雜課題，在邊坡設計、施工時，應充分考慮影響邊坡穩定性的因素包括：①邊坡巖土體強度、壓縮模量、密實度等工程特性指標;②邊坡的表面形態與幾何尺寸（邊坡的坡度、高度、斷面形狀）;③邊坡所受水及外荷載的作用的工況條件。合理進行邊坡支擋設計選型。（2）在低山、丘陵地區，根據建設場地規劃條件及社會經濟指標，確定相應的防洪標準。進行防洪治理設計，能夠消除了洪水對建設場地造成的危害，為基本工程建設、使用提供基礎條件。（3）從影響邊坡穩定性的因素分析入手，采用工程類比法、瑞典圓弧條分法、整體圓弧滑動法（穩定數法）等不同理論方法，對現狀高填方邊坡進行穩定性分析計算和評價，并估算了滑塌區范圍。為后期邊坡治理支擋設計提供了科學依據。

參考文獻：

[1]吳凱.黃土溝谷區高填方地基變形及穩定性研究[D].長安大學，2018.

[2]王昊.西南山區機場高填方邊坡穩定性影響因素研究[D].成都理工大學，2018.