地災治理中巖質高邊坡的穩定性研究

王智

（江西省地質局第三地質大隊 江西九江 332000）

對于巖質高邊坡來說，因為長時間暴露于自然環境，基于一些自然外力的作用，如氧化腐蝕，讓邊坡穩定度無法處于較為穩定的水平，長時間受外力作用，極有可能出現變形乃至被破壞。很多的實踐經驗表明，采取技術手段，確定影響因素及潛在危害之后，可以當作研究與分析高邊坡穩定性的有力根據，方便制定健全的災害預防體系。

1 巖體穩定的定義及高邊坡出現破壞的表現形式

1.1 巖體穩定的定義

對于這一定義來說，它屬于相對的概念，巖石被地震與颶風等所影響，結構會出現相應的改變，結構存在改變的情況下，會造成巖體滑落、斷裂及形變，這是巖體被外界作用后，巖體穩定性發生的改變［1］。

1.2 高邊坡發生破壞的體現形式

發生滑動的情況下，結構承載各個方向的應力，在巖體坡面處，應力和坡面處于平行狀態及垂直狀態，給外界帶來的影響也會存在相應的規律。巖石的應力改變，通常來講，是伴隨坡度的改變進而出現相應的改變，伴隨坡面變大，結構應力持續提升，處于坡面臨界點，有著最高應力值，坡底及坡頂發生了一個最大應力改變。拉應力帶的改變及應力調節是造成邊坡發生事故的動力，外界環境的改變中，內部發生了應力差，在應力改變大于能夠承受的范圍時，就會出現滑坡及斷裂的現象。

2 致使巖質高邊坡問題的因素

針對基礎工程建設來看，在很大程度上優化了生產生活條件，還推動了城市和區域的協同進步。利用道路交通建設，在很大程度上實現了人們的物質和精神需要?；趪翼椖康耐度耄瑢τ诨A設施來說，其高坡穩定性是非常顯著的問題。我國為多山地貌，尤其是西部和南部地區，其高坡分布面積比較大。針對高邊坡問題進行處理過程中，需先掌握高邊坡的成因，這樣才能有效促進防護結構的順利建設。對于致使高邊坡問題的因素，本文主要從以下方面進行介紹。

（1）自然原因。巖體發生事故的主要原因即為自然原因，處于自然環境之中，長時間被風吹日曬侵蝕，同時受一些特殊因素影響，如地震，邊坡結構也會出現顯著的結構改變，導致事故的出現［2］。因為社會持續進步，再加上經濟的穩定增長，在礦石方面有了更大的需求，會在邊坡開展開采作業。然而，在開采量大于抵抗應力時，開采處結構應力已難以承載巖體結構，就可能引起坍塌事故發生。另外，由于巖石彼此抵觸移動，故而內部結構也是持續形成改變的，也就造成了應力出現改變，在內部結構發生嚴重改變時，巖體就會發生有關的事故。

（2）擾動因素。對于擾動因素來講，它一般指基于特定環境下，環境對巖體的侵蝕。通常情況下，表現為雨水及地下水的作用，因為結構存在著復雜性，再加上地下水的作用，會導致邊坡地層結構失去穩定性，出現晃動問題，與此同時，基于長時間的積累過程中，將導致巖體產生滑坡危險。就擾動因素來看，除了以上這點之外，還存在著樹木的壓迫，究其原因，是種子落在巖石縫隙內，同時伴隨風及雨水的作用，會導致樹木在巖石中生長，基于持續的生長發育，將對巖體內部產生壓迫作用，使得巖體內部結構受到不良影響，同時在極限環境下，將導致巖體產生斷裂現象，圖1所示為巖體擾動。

圖1 巖體擾動

（3）人為因素。該項因素就非常簡單，部分企業在進行施工建設時，未對施工控制工作加以重視，存在嚴重的開發現象，致使生態出現不平衡現象，從而造成巖質高坡產生各種各樣的安全問題。

3 巖質高邊坡穩定性的分析方法

就巖質高邊坡來看，其穩定性的分析常常包含下述3 點內容。第一，充分結合地質勘察資料及相關的測繪結果，對邊坡構造應力及區域穩定性等開展深入的分析，同時，在此基礎上，對邊坡巖體形式進行科學判斷。第二，根據現場勘測及室內試驗，對巖石物理學特點進行有效分析，以此對邊坡穩定性開展全方位評價以及研究。第三，根據邊坡穩定性評價（見圖2），對邊坡巖體的可靠情況還有后續變形破壞的趨勢開展全面分析，這樣才能第一時間構建科學的預防方案，運用有效的治理手段［3］。

圖2 邊坡穩定性要素

針對高邊坡穩定性，對于其分析方式，本文主要從極限平衡、有限單元分析方式、實驗研究分析方式等方面進行分析。

（1）極限平衡。對于該方法來說，它是對巖體出現災害的預測方法，一般情況下，是基于研究在發生事故的條件下具體承載能力及出現斷裂的部位，結合數據的研究，衡量這一邊坡穩定性處于何種區間。因為發生滑動的時間是難以進行明確的，同時出現事故時也難以到周圍開展勘查，所以可能會威脅到人員安全。對此，假設內部發生了滑動，與此同時，巖體能夠承載的應力已大于結構應力，處于如此環境下，巖體會形成一個滑動面，它的位置、形狀及方向不用進行假設，只需分析巖體發生滑動中形成的靜力極限條件，且結合預估算出滑動中形成的破壞能力。因為易于進行施工，用不著很多的測試及人員，所以，在工程建設領域，極限平衡得到了較大的推廣，一般指部分偏遠地區巖石改變。在邊坡穩定性測試過程中，因為這一分析方式針對實際滑動面，難以預估它的極限數值及發生災害的概率，因此在部分精細項目中運用不多［4］。

（2）數值模擬。對于數值模擬來講，它屬于相對常用的分析方式，一般是結合邊坡巖體數據，構建數據模型，且據此開展模型研究。

第一，有限單元分析方式。數值模擬分析中，針對試驗目標巖體，開展的分割區域。邊坡發生滑動中，掌握結構特點是相當關鍵的，各個分割單元形成的極限數值有所差異，發生滑動的環境之中，結構應力出現相應的改變，同時所有區域內的含水量也會出現相應的改變，針對滑動面積及應力值等開展統計，然后結合庫倫破壞定理，對于這一巖體高邊坡就能夠獲取它的穩定性。它是基于理論情況而提出的一種假設研究，換句話來講，巖體均為巖石組合而成，針對單個巖石開展運動計算方程研究，然后獲取滑動極限值，針對碎裂介質，在它的邊坡可靠性評價方面，這一方式有著較好的適用性。

第二，實驗研究分析法。大多數的自然科學均是基于試驗開展研究及理論分析的，其中也包括巖體力學、地質力學研究領域，對于模型試驗來講，它屬于相當關鍵的科研方式。例如：對地震的研究分析條件，基于試驗探究它的作用機理，就是相當合理的。

4 巖質高邊坡防護研究

具體邊坡防護作業中，基于穩定性的影響原因，可實施有關的舉措，以便能夠確保邊坡穩定性。

（1）借助合理的加固舉措。實行加固措施防護，旨在避免邊坡出現變形破壞，以及能夠穩定坡腳。進行細分的話，又可以分成多種形式，如直接加固與間接加固。對于前者而言，一般指借助圍擋墻、護坡與錨索等，對高邊坡開展合理防護。對于間接加固來說，通常是采取巷道及邊坡鉆孔等舉措，為邊坡排水。另外，基于鋪蓋防滲卷氈，適當降低邊坡高，進而來實現卸荷目標。對特殊巖質邊坡，基于實施特殊加固手段，如壓力灌漿，能夠顯著促使邊坡更加穩定。值得一提的是，對于邊坡加固，并非是隨意開展的，實際的加固處理需要符合相關的條件。具體而言，在確保邊坡完整的同時，可以對穩定性形成深遠的影響，不然的話，該防護便形同虛設。另外，具體防護過程中，需要確保不影響到附近環境。此外，對于邊坡防護，需要在節省成本的前提下，讓效用實現最大化。例如，在邊坡防護方面，可將預應力錨桿和錨桿進行彼此融合，這樣不但能夠優化應力狀態，而且能夠促使巖體更加穩定，這就是所謂的經濟又有效。

（2）落石防護措施。針對巖質高邊坡來看，其高度通常都很高，基于重力和慣性作用，不管哪一塊石頭從高邊坡上滑落，都會對底部物體造成嚴重破壞。巖塊被外力作用影響極易出現脫離，而人為因素的影響也可能造成落石下滑，如維護施工操作，若是邊坡底部存在公路等構筑物，或是有行人經過，將導致嚴重的災害?；谶@些不確定的因素，應當對落石開展全面防護，可增設鋼絲繩防護網，對邊坡開展全面維護，避免落石滑到公路等構筑物范圍內［5］。另外，還應在坡腳位置建立圍墻，避免坡面巖石出現石化等問題，從而滑落到構筑物范圍內。

（3）綠化護坡。利用綠化護坡施工，能夠對巖質高邊坡土質情況進行全面優化，降低水土流失問題，對地表情況進行改進，在此基礎上，全面增強邊坡穩定性。對于綠化護坡來看，它屬于生態型護坡方式，可以對生態起到一定的保護作用，在這一過程中，還能增強邊坡穩定性。尤其是巖質邊坡，借助植物綠化方式，可以全面減少由于巖石風化導致的變形破壞問題，減少雨水沖刷問題。針對其本身的綠化邊坡來看，其生態意義要大于維持邊坡穩定性的情況。

5 基于實例分析巖質高邊坡的穩定性

（1）項目概況。2017年5月，據群測人員反映，宏潭鄉柯紅公路在道路擴寬建設中，某危巖體有滾石掉落，對道路通行與人員安全構成威脅，引起了宏潭鄉人民政府高度重視。本公路長、寬分別為35m及52m，坡度45°～55°，根據前期勘查總結得出，這一高位危巖體，它的變形體量約1.0×104m3，變形區域呈扇形，災害危害級別是一級。就勘察區域而言，地質條件較為復雜，掩體結構松散，可見節理裂隙發育。根據這樣的背景，決定選擇數值模擬技術來研究與衡量高邊坡穩定性。

（2）不同危巖體的特點。結合結構面與變形狀況，可把危巖分成以下部位：一是W1危巖；二是W2危巖。以下為危巖體的特點：對于W1 危巖，呈現柱狀形態，它的高度、長度及寬度依次為5m、3m 及2m，體積大概是30m3，破壞形式為傾倒式；對于W2-1 危巖，呈現實體結構形態，它的高度、長度及寬度依次為3m、3m 及1.5m，體積大概是13.5m3，破壞形式為滑移式；對于W2-2危巖，呈現板狀形態，它的高度、長度依次為4m、3.5m，體積大概是28m3，厚度介于1.5～2m之間，破壞形式為滑移式。

（3）數值模擬分析法。選擇相當典型的斷面，將其當作研究的關鍵點，借助有限元軟件來建模，高度達到300m，長度482m，一共分成2.0987×104個單元，通過該軟件獲取的計算模型見圖3?；谟嬎惴治瞿軌虻弥?，伴隨折減系數的變大，邊坡發生拉伸塑性區，在此之后，朝著軟弱結構面朝上延伸，基于擠壓破壞的影響，提供軟弱結構面。通過計算分析能夠得知，在折減系數為1.38的情況下，破壞面會和劈裂帶彼此貫通，進而針對滑動破壞，產生相應的結構面。此外，對于邊坡每一處位置，為分析隨該系數的變化特點，對各個位置的點開展了跟蹤研究，在折減系數＜1.37 的情況下，水平位移波動幅度不大；在折減系數≥1.37 的情況下，位移改變狀況更加顯著，所以得出邊坡在此情況之下出現了破壞。

圖3 危巖數值模擬模型圖

（4）結果分析。選擇數值模擬方法開展穩定性研究的主要優勢在于不用提前假設滑動面位置，根據觀察具體位移，就能夠判斷形成軌跡。計算結果表明，下部頁巖出現了塑性屈服，顯著提高了滑動面失穩概率，所以，當確定治理舉措時，需要加以分析該區域位移改變狀況，保證治理策略可以得到全方位落實［6］。

（5）防護措施。鑒于致使邊坡失穩的關鍵因素，以調整受力條件及優化穩定系數為切入點，合理實施提高巖體穩定性及排水處理的舉措，例如：重新布局流水路徑；對于頂部及尾部，前者減載，后者加載等，以便能夠確保高邊坡的穩定，降低或者規避災害風險。

6 結語

總而言之，極限平衡及數值模擬等在邊坡穩定性分析方面均屬于相對常用的方式，具體操作過程中，各個方式均有著一定的適用性及約束性，可能對邊坡潛在危害的精準判斷帶來影響。所以，應該根據地質勘察與監測資料，針對各個邊坡破壞模式，加以分析相關的穩定性計算問題，選擇可行的分析方式，對邊坡穩定性開展精準研究評價，讓邊坡破壞或者變形處于適當范圍，最大限度地降低給生命財產帶來的威脅。