公路邊坡穩(wěn)定性分析與失穩(wěn)防治

黃 敏

摘要:本文從影響公路邊坡的影響因素著手,闡述公路邊坡穩(wěn)定性的分析方法,提出了公路邊坡失穩(wěn)的防治措施,為公路邊坡綜合防護(hù)設(shè)計(jì)和研究提供技術(shù)保障要求。

關(guān)鍵詞:公路邊坡;穩(wěn)定性;影響因素分析;評(píng)估方法;防治措施

1 引言

目前我國(guó)公路建設(shè)正在飛速發(fā)展,修建公路時(shí)往往會(huì)在一定程度上破壞原來(lái)較為穩(wěn)定的巖體,加上雨水的沖刷,使得公路由于邊坡穩(wěn)定性的下降衍生出許多工程災(zāi)害事故。例如邊坡侵蝕、坡面坍塌等,而這些災(zāi)害事故的產(chǎn)生不僅會(huì)造成重大的經(jīng)濟(jì)損失,對(duì)人民群眾的生命安全也是一種潛在的威脅。因此,如何選擇適當(dāng)?shù)倪吰卤Ｗo(hù)形式以提高邊坡穩(wěn)定性,已成為我國(guó)公路建設(shè)急需解決的重要研究課題之一。本文針對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響因素和分析方法展開研究,提出邊坡綜合整治的措施,為公路邊坡綜合防護(hù)設(shè)計(jì)和研究提供理論依據(jù)。

2 公路邊坡穩(wěn)定性影響因素分析

當(dāng)邊坡成型后,多會(huì)受到自然環(huán)境或人為環(huán)境的影響,導(dǎo)致邊坡穩(wěn)定性減低,造成崩塌破壞。邊坡失穩(wěn)的原因大致可以分為潛在影響因子和誘發(fā)影響因子兩類。

2.1 潛在影響因素

2.1.1 地形因素:在地形的表現(xiàn)上包括坡高、坡寬、坡度及坡向等。而這些因子將決定邊坡建成后會(huì)受到環(huán)境的影響程度。坡度對(duì)邊坡的影響最直接,坡度過(guò)大不利于植物生長(zhǎng)且邊坡組成成分如土壤及巖石就容易失去力學(xué)平衡,造成邊坡失穩(wěn),最后可能引發(fā)嚴(yán)重土壤侵蝕或山崩等邊坡破壞,因此一般坡度愈大,邊坡穩(wěn)定度愈低。

2.1.2 地質(zhì)材料因素:邊坡主要由單一或多種地質(zhì)材料所組成,地質(zhì)材料的組成成分包括礦物的種類、組織、膠結(jié)狀況、成巖時(shí)間等,其外在的表現(xiàn)則為巖性、土壤種類、力學(xué)強(qiáng)度及抗風(fēng)化能力。

2.1.3 地質(zhì)構(gòu)造因素:地質(zhì)構(gòu)造是影響邊坡穩(wěn)定性最主要的因子之一。當(dāng)巖體中存在不連續(xù)結(jié)構(gòu)面如層面、節(jié)理、劈理、片理、剪裂帶及斷層等,會(huì)使巖體成為不連續(xù)或破碎的巖石,降低巖體強(qiáng)度或提高受風(fēng)化的影響,而此不連續(xù)結(jié)構(gòu)面的存在也容易發(fā)展成破壞滑動(dòng)面,提高邊坡的不穩(wěn)定性。一般而言,不同的坡型其穩(wěn)定性由好到壞為斜交坡、逆向坡與順向坡。因此地質(zhì)構(gòu)造的方向性、分布密度、分布大小及性質(zhì)的不同,將對(duì)邊坡穩(wěn)定產(chǎn)生相當(dāng)?shù)挠绊憽?/p>

2.2 誘發(fā)影響因素

2.2.1 環(huán)境因素:由于環(huán)境因子涵蓋范圍較廣,下面主要針對(duì)降雨、地下水、風(fēng)化與侵蝕作用及地震等對(duì)邊坡穩(wěn)定性造成的影響,逐一加以介紹。降雨:水是造成邊坡破壞的主要因素之一,由于降雨后易使地表材料軟化降低強(qiáng)度,并增加孔隙水壓,降低邊坡穩(wěn)定。有學(xué)者指出對(duì)自然邊坡最不利的環(huán)境因素是持續(xù)性的暴雨,易造成坡面侵蝕與坍塌;地下水:地下水對(duì)邊坡造成的不利影響包括:水壓作用于垂直裂縫,產(chǎn)生水平推力,使得巖坡或土坡被推向下方;浮力作用于潛在滑動(dòng)面之上,使得有效正應(yīng)力減小,降低該面的摩擦力;風(fēng)化及侵蝕作用:邊坡巖石風(fēng)化后,強(qiáng)度大幅降低,易使護(hù)坡作用降低,導(dǎo)致侵蝕量增加,然后新鮮的巖層再次暴露,進(jìn)一步被風(fēng)化與侵蝕;地震:地震產(chǎn)生的地表加速度會(huì)使邊坡下滑力增加,抵抗力減小,同時(shí)地震釋放的水平震波易使缺乏抵抗橫向剪力作用的邊坡發(fā)生破壞。

2.2.2 人為因子:因人為活動(dòng)造成邊坡失穩(wěn)的影響因素稱為人為因子,如道路開挖、山坡地開發(fā)、爆破、采礦及開墾等。山坡地不當(dāng)開發(fā):目前山坡地不當(dāng)使用會(huì)造成地形和自然植被的改變,邊坡坡度因挖、填而變陡,加上自然植被亂砍亂伐,導(dǎo)致邊坡失去水土保持的功能,加速邊坡崩塌事故的發(fā)生;不當(dāng)加載:當(dāng)邊坡在坡階或坡頂上有不當(dāng)加載時(shí),將導(dǎo)致下滑力增加,當(dāng)超過(guò)自身及保護(hù)設(shè)施所能提供的抵抗力時(shí),將容易形成邊坡破壞;大量挖填方:在坡地開發(fā)中,常將邊溝回填以利開發(fā),而此填方區(qū)若未滾壓密實(shí),土體內(nèi)部會(huì)較松散,因此易產(chǎn)生不均勻沉陷或變形。當(dāng)填方區(qū)上方有建筑物時(shí),將造成龜裂、位移、歪斜或傾倒等災(zāi)害;坡腳不當(dāng)開挖:坡腳開挖可能使巖體的抗剪強(qiáng)度降低,當(dāng)受到其它因素觸發(fā),則有立即發(fā)生破壞的可能;邊坡防護(hù)不當(dāng):一般坡地開發(fā)均需符合水土保持規(guī)范,按規(guī)定進(jìn)行邊坡生態(tài)防護(hù),或增設(shè)排水系統(tǒng)和擋土設(shè)施等。當(dāng)這些邊坡防護(hù)施設(shè)不當(dāng)或維護(hù)不良時(shí),將會(huì)直接影響邊坡的穩(wěn)定性。

3 公路邊坡穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)方法

3.1 土體穩(wěn)定極限平衡法。在工程實(shí)踐中,主要根據(jù)邊坡破壞滑動(dòng)面的形態(tài)來(lái)選擇極限平衡法,常常假定滑動(dòng)面為圓弧形,由此建立土體的作用力與土體強(qiáng)度之間的平衡條件,進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。對(duì)于粘性土質(zhì)邊坡可采用剛體極限平衡理論中的圓弧法來(lái)分析;對(duì)于無(wú)粘性土邊坡可采用相應(yīng)的折線法;對(duì)于巖質(zhì)邊坡,則常采用剛性塊體穩(wěn)定分析法。極限平衡方法最顯著的優(yōu)點(diǎn)是具有較為嚴(yán)密的理論基礎(chǔ),能為使用者提供一個(gè)清晰的破壞模式物理圖形,和一個(gè)實(shí)用的穩(wěn)定性指標(biāo)。

3.2 有限元(FEM)法。 變形介質(zhì)邊坡的有限元法。該法適用于大部分土質(zhì)邊坡及軟弱巖體邊坡問(wèn)題,變形邊坡自身的彈性變形、塑性變形或流變變形較大,使變形體在后緣張開、前緣壓縮隆起,此時(shí),剛體平衡假設(shè)下的分析法不再適用;邊坡大變形的有限元法。此法適用于地震、爆破等動(dòng)荷載作用下邊坡的穩(wěn)定性分析及其滑速、涌浪分析,還應(yīng)采用有限元?jiǎng)恿Υ笪灰颇Ｐ头治觥?/p>

3.3 其它評(píng)估方法。除了上述的評(píng)估方法以外,現(xiàn)在用于邊坡穩(wěn)定性評(píng)估的方法還有可靠性方法、模糊數(shù)學(xué)方法、統(tǒng)計(jì)分析方法、灰色系統(tǒng)理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法等。這些方法是將調(diào)查所得資料借助現(xiàn)有的統(tǒng)計(jì)分析軟件和編程軟件,加以計(jì)算得出分類評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn),從而對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)估。

4 公路邊坡失穩(wěn)的防治措施

邊坡失穩(wěn)的防治應(yīng)以治本為主,即通過(guò)采取地表排水、地下排水、坡體防護(hù)、坡頂清方、坡腳加載、固化等工程措施。目的是增強(qiáng)邊坡的自身穩(wěn)定性,邊坡土體的性質(zhì)及結(jié)構(gòu)特性是引起邊坡失穩(wěn)的內(nèi)因,而水尤其是大氣強(qiáng)降水和連續(xù)降水是邊坡失穩(wěn)的誘發(fā)因素即外因。所以采取工程防治措施時(shí),應(yīng)以截、排地表和地下水以及坡體防護(hù)為主,必要時(shí)采取適當(dāng)?shù)闹醴雷o(hù)工程。

4.1 排水措施

截排水工程。截排水工程包括地面排水工程和地下排水工程。地面排水工程主要是攔截邊坡以外的地面水及排除邊坡范圍內(nèi)的地表水。地面排水溝均應(yīng)采用砂漿砌筑,以防止?jié)B漏和沖刷。地下排水工程多采用盲溝,其對(duì)防治邊坡失穩(wěn)以及其他類型的路基病害有良好的效果。邊坡滲溝能有效地排引邊坡內(nèi)部的層間水及地表滲水。

4.2 邊坡防護(hù)工程。坡面植草可以改善坡面土體固著力并防止表面沖刷。草皮應(yīng)盡早鋪種,盡量選擇在草皮極易成活的季節(jié)種植。采用滿鋪漿砌片石或骨架式漿砌片石構(gòu)筑物時(shí),一定要在骨架內(nèi)種植草皮等保護(hù)坡體的方式,也可以采用其他類型的骨架護(hù)坡,但骨架內(nèi)填土應(yīng)夯擊密實(shí),以防止邊坡被沖刷,產(chǎn)生滲漏。

4.3 支擋工程。對(duì)邊坡坡腳及邊坡內(nèi)部發(fā)生的坍塌,當(dāng)坍塌體較厚,人為清方困難且可能引起坍塌范圍擴(kuò)大的地段,可視滑體的推力大小等因素分別采用漿砌片石擋土墻、抗滑樁、錨桿、錨索地梁或錨管注漿等支擋工程類型,以恢復(fù)邊坡平衡,杜絕坍塌發(fā)生。

結(jié)語(yǔ)

要搞好公路建設(shè)和環(huán)境保護(hù),確保公路邊坡穩(wěn)定、安全,要深入了解公路邊坡失穩(wěn)的影響因素(諸如土質(zhì)、水文、氣候等),正確地評(píng)價(jià)公路邊坡穩(wěn)定性,靈活采用不同的公路邊坡防治措施,加強(qiáng)公路邊坡設(shè)計(jì)和施工管理,才能保證公路安全運(yùn)行和避免坍塌事故的發(fā)生。

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作者簡(jiǎn)介:黃敏(1980-),女,本科,助理工程師,從事市政道路工程設(shè)計(jì)。