公路邊坡穩定性分析及優化處理研究

王曉敏 姚怡 宋蕾

【摘? 要】近年來，隨著國家基礎設施建設力度的加大，公路建設速度的加快，公路與邊坡防治建設工程中所遇到的巖土邊坡穩定性問題相應增多。在公路邊坡的施工以及完工后交付使用期間，出現邊坡失穩的情況越來越多，而且邊坡一旦失穩，就會對人們的正常生產生活帶來不便甚至巨大的損失。因此，對公路邊坡進行穩定性分析及處治研究，制定出有效的防護措施，具有十分重要的理論與工程實際意義。

【關鍵詞】公路邊坡穩定性;計算方法;優化

【Abstract】In recent years， with the strengthening of national infrastructure construction and the acceleration of highway construction， the geotechnical slope stability problems encountered in highway and slope prevention and control construction engineering increase correspondingly. During the construction of highway slope and its delivery to use after completion， there are more and more cases of slope instability， and once the slope is unstable， it will bring inconvenience and even huge loss to people's normal production and life. Therefore， it is of great theoretical and engineering practical significance to analyze the stability and study the treatment of highway slope and to formulate effective prevention and control measures.

【Keywords】stability of highway slope; calculation method; optimization

1 引言

隨著國民經濟的快速發展，我國基礎建設事業不斷進步，其中交通運輸業的發展尤為顯著，但交通建設的發展使得人們對自然環境的改造也越來越頻繁和劇烈，公路建設中的邊坡工程也越來越多，所涉及的邊坡施工規模也越來越大，復雜化程度也越來越高。

2 影響邊坡穩定性的因素

①巖土體的工程地質：邊坡失穩的方式與巖土體的力學性質具有直接性關聯。對于堅硬巖石來說，其邊坡失穩的方式主要是崩塌失穩以及結構面控制型失穩;而應力控制型失穩則是軟弱巖石的主要邊坡失穩方式。

②地質構造：結構面的規模、發育程序、連通性、充填物成分、充填程度等都會影響邊坡的穩定性。

③水文地質條件：當地下水的富集程度出現變化時，邊坡的穩定性也會出現變化。研究發現，很多邊坡失穩問題的出現，都與邊坡水文地質條件發生變化密切相關，當水文地質條件得到改善后，邊坡的治理工作的效果將顯著提升。

④新構造運動：由于新構造運動的出現，會對水文地質條件、邊坡開態以及產出狀態等產生影響，進而引發邊坡失穩，地震等強烈的新構造運動會極大影響邊坡的穩定性，通常在地震出現的同時，也會出現大量的邊坡失穩。

⑤地貌因素：邊坡頂部存在較大的張應力，坡頂在張應力的作用下產生裂縫;坡腳位置則會有強烈的剪應力出現，進而生成剪切破壞帶，在各種力的作用下，邊坡的穩定性顯著降低。

⑥氣候因素：不同氣候的降水量的差異，使得邊坡的穩定性差異明顯。

⑦風化作用：風化作用能夠大大減弱巖土的抗剪能力。當坡體裂縫不斷增加、擴大時，邊坡的坡度就會發生變化。透水性的提升，也會使得地下水運動影響變大。隨著風化裂隙程度的提升，巖土體將出現脫落、崩塌、滑移等現象。

⑧人為因素：邊坡的原有環境及原斜坡的結構特征都會因為施工而發生改變，內在因素控制邊坡的穩定性，而外部因素則具有誘發破壞的作用。

3 邊坡穩定性的主要分析方法

①極限平衡分析法。該方法的應用頻率相對較高，主要用于研究邊坡的穩定性。極限平衡分析法是在既定研究法則的指導下，把所要研究的礦山邊坡的巖體細化為多個單位塊體，利用極限平衡理論來對每一個單位塊體進行分析。

②快速拉格朗日分析法。該方法又被叫作有限差分法，比較適用于邊坡的非線性大變形的研究與分析。最早提出并應用該方法的國家是美國，其與離散單元穩定性分析法的原理非常相似。技術人員利用快速拉格朗日分析法可以對礦山邊坡任何時間段內的某個流體質點的具體流速及變化狀態進行分析，同時，也能對其具體的運動軌跡以及速度變化規律進行分析。利用快速拉格朗日分析法進行研究，能夠在短時間內獲得結果，具有分析效率高的優勢。

③非確定性分析方法。現有的分析邊坡穩定性的方法非常多，但是都難以對影響穩定性的不同因素之間的交互作用及時空效應進行定量分析。而非確定性分析方法在與模糊數學原理、統計學原理、神經科學理論等進行結合的基礎上，大大提升了分析的準確性。

④有限元分析法。該方法主要適用于針對礦山邊坡的線性或非線性幾何體特征研究，同時，也可以對邊坡結構中存在的不連續性問題以及非均勻性問題進行研究。

4 公路邊坡穩定性的優化

4.1 優化原則

①邊坡優化治理施工中要考慮施工的安全、成本及觀賞效果，對應用的技術要進行綜合考慮。

②邊坡優化治理的過程中不僅要考慮邊坡的穩定效果，還要盡量將施工程度控制到最小范圍內，避免對其他設施產生影響。

③在邊坡穩定性優化治理中，要根據周圍的因素進行規劃設計，既要保證不會出現更大的危害，又要保障施工中的公路能夠正常通行。

4.2 優化策略

①監測預警措施。從本質上來說，監測預警系統就是管理、檢測、控制礦山邊坡安全的系統，借助科學合理的監控措施，對邊坡的結構狀態、邊坡的穩定性實施監控與掌握，工作人員要借助數據來分析不同階段礦山邊坡的穩定狀態，同時，對可能出現失穩的區域進行預測，借助預警系統來進行提前預報，確保邊坡加固工作的及時有效開展。

②控制爆破。爆破振動對邊坡穩定性的影響非常大。調查發現，工程爆破振動所產生的影響力和爆破的類型、炸藥的裝藥量、地質條件等參數都具有聯系性。為了降低爆破對邊坡穩定性的影響力，必須控制好相關的影響參數，以保證坡面的形態及坡面的平整性處于良好的狀態。

③采取凍融效應阻隔措施。凍融效應在很多礦山的邊坡上出現，負責工程巡查的人員要對該區域進行定期巡查，同時，制定相應的阻隔凍融效應的措施，以減少融化的積雪向縫隙中滲透。同時，這也能緩解邊坡主體的風化反應，使邊坡結構更加堅固、穩定。

④抗滑樁支護加固技術。工作人員在加固具有復雜性的破碎的礦山邊坡時，可以選擇埋設抗滑樁，對邊坡進行加固。埋設抗滑樁，可以阻止邊坡土體向下運動，有效控制結構形變。

⑤錨桿加固技術的應用。錨桿加固技術的使用，可以使滑坡事故出現的概率大大降低。工作人員利用錨桿來開展加固工作，以抵抗斷裂巖石結構所產生的向外張力，提升邊坡主體結構的穩定性。

5 案例分析

5.1 工程概況

本文以某省山區公路K7+670～K7+690段作為研究對象，這一區域形成的滑坡的滑坡面積大約為7000m2，堆積物體積約為23000m3，厚度在0.5m左右。滑坡位置與邊坡原位置形成了又寬又深的鋸齒形裂縫。

5.2 治理方案

①錨索地梁：每3m埋置地梁，地梁長12m，橫截面為0.9m2，入巖2m，采用C30混凝土，第一級坡率為1∶1.25，第二至第五級的坡率均為1∶1.5，經計算可知邊坡穩定性滿足要求。②抗滑樁：沿著滑坡位置的主軸垂直方向埋設抗滑樁，共埋設14跟，每隔3m埋設一根，抗滑樁橫截面4m2，長16m，入巖10m，采用C30混凝土，樁井選擇人工開挖。邊坡面砌片石，坡體之間修建平臺，平臺建排水溝，匯集坡面雨水。

5.3 方案優選

對滑坡區邊坡穩定性進行計算分析得到設計的兩種方案均可以實現防滑坡的效果，但兩種方案的施工量與成本有明顯差別。通過應用模糊數學法對設計的兩種方案進行計算和分析，抗滑樁方案優于錨索地梁方案，兩種方案的數據如下：

第一種方案：需要開挖土石方37217m3，混凝土地梁施工量278.9m3，鋼材32t，錨頭錨索150套，排水溝及地梁挖孔土方512.6m3，網格護坡983.7m3，總施工成本約722萬元。

第二種方案：需要開挖土石方27413m3，混凝土護樁及邊坡護壁工程量2247.3m3，鋼筋27t，排水溝及樁井挖孔土方743.9m3，網格護坡456.6m3，總造價約657萬元。抗滑樁主要利用樁體對邊坡土體的阻擋，防止下滑并發生大規模滑坡。埋設抗滑樁的方案對邊坡的主體破壞程度低，加固土體穩定，技術成熟。但是施工的進度較慢，時間較長。缺點是工程進度慢，工期長。綜合工程量及成本進行分析，方案二優于方案一。

6 結語

研究邊坡穩定性具有十分重要的現實價值，在先進科技力量的支持下，為了考慮多方綜合因素，確保邊坡加固的施工效果，必須對現有的先進技術進行科學、合理的應用，全面分析邊坡的穩定性，對加固方案進行合理設計。在未來的工作中，還要圍繞邊坡穩定性進行更深入的研究，為礦山邊坡具有更高的穩定性提供保障，同時，也能為礦井的安全生產、礦區居民的生命安全提供保障。

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