巖土工程中高填方邊坡的穩(wěn)定性分析與治理措施

曹 淼 鑫

(鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 451100)

0 引言

由于地區(qū)存在差異性，所以在對于巖土工程進(jìn)行施工的過程中，會出現(xiàn)局部地區(qū)的高填深挖問題，從而導(dǎo)致巖土工程出現(xiàn)高邊坡。在既有的工程建設(shè)項(xiàng)目中仍舊還存在大量的高填方邊坡，在通過處理原狀土之后，可以將其應(yīng)用到填方工程中，但是因?yàn)槠湓b結(jié)構(gòu)已經(jīng)被損壞，所以會在工程特性方面出現(xiàn)一定區(qū)別，而土石顆粒之間具有孔隙，導(dǎo)致很難壓實(shí)。填筑質(zhì)量對于巖土工程中的高填方邊坡的穩(wěn)定性造成嚴(yán)重影響，如果無法實(shí)施有效的處理，將會導(dǎo)致邊坡存在較多的安全隱患。

1 邊坡穩(wěn)定性理論

有許多方面的因素都會影響到邊坡的穩(wěn)定性，而不同的地層巖性將會導(dǎo)致邊坡出現(xiàn)不同的變形破壞。而幾何形狀與表面形態(tài)等都會嚴(yán)重影響到邊坡的穩(wěn)定性。如果邊坡的坡度增加，那么坡頂與坡面的應(yīng)力范圍也會逐漸擴(kuò)大，坡腳的剪切應(yīng)力將會隨之上升[1]。所以，邊坡的穩(wěn)定性將會隨著坡度的增加而緩慢的下降，邊坡如果出現(xiàn)變形問題的話，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的邊坡將會因?yàn)閹r層褶皺的影響，導(dǎo)致自身的穩(wěn)定性較差。另外，水也會對邊坡巖土產(chǎn)生影響，水與巖體內(nèi)的礦物質(zhì)發(fā)生物理、化學(xué)方面的變化，同時還會改變巖土內(nèi)的礦物質(zhì)成分，從而導(dǎo)致巖土的土體出現(xiàn)松散或是破碎等問題。而如果巖土工程的邊坡受到地震、爆破等方面的震動作用，同樣也會導(dǎo)致邊坡的穩(wěn)定性受到影響。振動作用會在瞬時改變邊坡的應(yīng)力場，從而導(dǎo)致土顆粒之間的聯(lián)結(jié)力受到破壞，降低巖土體的抗剪能力，并致使邊坡的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)改變，從而對于邊坡自身的穩(wěn)定性造成嚴(yán)重影響[2]。如圖1所示為結(jié)構(gòu)圖。

2 基于極限平衡法的高填方邊坡穩(wěn)定性

土坡的穩(wěn)定性在出現(xiàn)改變以后，被破壞的部分可以稱之圓弧滑動面，在對于工程開始進(jìn)行設(shè)計的階段，將滑動面假設(shè)為圓弧面，對于邊坡的穩(wěn)定性開展分析。基于邊坡穩(wěn)定性分析方法中的簡布法、瑞典條分法以及簡化畢肖普法等進(jìn)行分析。通過對于高填方邊坡開展相關(guān)的研究工作，基于圓弧滑裂面假設(shè)的方法，分析高填方邊坡自設(shè)的穩(wěn)定性。如果在分析過程中，并未實(shí)際考慮水壓力的影響，可以利用瑞典條分法對于總壓力強(qiáng)度開展指標(biāo)分析工作，該方式得到的計算結(jié)果會具有更高的精確度。而使用簡化畢肖普法來進(jìn)行計算，雖然會忽略了土條之間的相互作用，但是卻并不會影響到最終的計算結(jié)果。因此，相較于實(shí)際情況之間，并無較大的差距[3]。

經(jīng)過多年來對于邊坡穩(wěn)定分析方法進(jìn)行研究，同時隨著方法的不斷發(fā)展，在當(dāng)前的計算方法主要是采用極限平衡法，該方法能夠?qū)τ谶吰碌姆€(wěn)定性開展量化分析，因此，應(yīng)用范圍十分廣泛[4]。這一計算方法能夠分析巖土體邊坡的穩(wěn)定性，而瑞典條分法則是一種基于圓弧滑裂面分析方法，該方法的分析與案例是通過選取邊坡單位長度，然后將其中的空間問題轉(zhuǎn)變成平面問題，并處理平面問題。例如，通過在巖土工程中選取一段可能會變形的圓弧滑裂面，采用豎直向上的土條對于滑動土體沿著滑裂面進(jìn)行劃分，而通過分析土條的受力情況，最終可以得到安全系數(shù)：

式中：F——安全系數(shù)；

Ti——巖土地基中的抗滑力；

Tj——填土內(nèi)坑的抗滑力；

ij——劃分的土條編號；

ET——總體的下滑受力。

在粘性巖土邊坡土體的分析中，瑞典條分法是最為適合的一種方法。

簡布法是邊坡穩(wěn)定性分析中極限平衡分析方法，主要是分析滑動面非圓弧形的邊坡穩(wěn)定性。該方法是通過迭代計算方法來進(jìn)行求解的，并且會通過滑動面計算，并在其中選擇安全系數(shù)最小的滑動面來作為邊坡危險滑動面。簡布法可以滿足所有的平衡條件，因此計算結(jié)果的準(zhǔn)確性相對較高[5]。在應(yīng)用簡布法的時候，需要對于土條之間的相互作用進(jìn)行考慮，并且在計算的過程中，需要滿足平衡條件的相關(guān)要求，并且需要使用計算機(jī)進(jìn)行計算。

3 巖土工程高填方邊坡的治理措施

在對巖土工程施工的時候，要就邊坡地質(zhì)可能會出現(xiàn)的變形采取治理措施。由于破壞邊坡的穩(wěn)定性而導(dǎo)致的變形問題，其原因主要就是因?yàn)閹r土體受到破壞，所以，提高巖土體的抗剪水平非常重要。抗剪能力的提高可以增強(qiáng)應(yīng)力強(qiáng)度，從而增強(qiáng)邊坡的穩(wěn)定性[6]。邊坡地層結(jié)構(gòu)中含有許多的特殊風(fēng)化礦物質(zhì)成分，而這些物質(zhì)的存在將會導(dǎo)致邊坡容易出現(xiàn)滑動帶，從而導(dǎo)致邊坡非常容易出現(xiàn)滑動，影響到邊坡的穩(wěn)定性。錨固工程治理措施能夠有效地預(yù)防邊坡預(yù)應(yīng)力損失，所以非常適合應(yīng)用在邊坡淺層的保護(hù)中。而抗滑樁能夠有效的控制邊坡滑動，將抗滑樁安裝在邊坡體內(nèi)，從而使邊坡的穩(wěn)定性可以得到有效的加強(qiáng)效果。另外，在進(jìn)行抗滑樁的施工環(huán)節(jié)時，不僅需要在邊坡的坡腳固定抗滑樁，還需要與土體削坡相結(jié)合[7]。護(hù)坡工程能夠避免邊坡表面層受到破壞，對于邊坡起到良好的保護(hù)效果。在巖土工程高填方邊坡實(shí)施護(hù)坡的過程中，可以采用削方措施來保護(hù)坡面。而水會不斷地沖蝕坡面，從而導(dǎo)致巖土邊坡的穩(wěn)定性受到影響，所以，對于邊坡采取坡內(nèi)排水等相關(guān)措施，可以保障邊坡巖體保持良好的干燥效果，從而有效的避免水因素對于邊坡的穩(wěn)定性所產(chǎn)生的影響[5]。如圖2所示為高邊坡計算斷面圖。

本次加固后，其計算剖面如圖3所示，也就是加固之后的高邊坡計算斷面圖。在正常工況下，所得到邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)是1.358。填筑結(jié)束后，邊坡變形的繼續(xù)增長還會受到連續(xù)降雨、地震等方面的因素影響。而暴雨和地震工況下，對于邊坡穩(wěn)定系數(shù)進(jìn)行計算，分別為1.207和1.189，可以滿足規(guī)范要求。

除此之外，由于填方體厚度存在差異，因此應(yīng)力分布呈現(xiàn)出非均勻性狀態(tài)，導(dǎo)致變形量存在差異性，而垂向位移呈現(xiàn)出從上至下減小的趨勢，填方厚度較大的土體會因?yàn)槌两刀霈F(xiàn)豎直向下位移較大的情況。在地下水位升高后，邊坡的最大水平位移、豎直位移會隨之升高，導(dǎo)致坡面的土體會容易剝落，邊坡沉降量增加。

4 治理效果監(jiān)測

在一個監(jiān)測剖面的坡頂兩側(cè)布置W1以及W2監(jiān)測點(diǎn)，將W3監(jiān)測點(diǎn)布置在邊坡?lián)鯄敚鐖D4可以得知監(jiān)測結(jié)果。邊坡頂兩側(cè)沉降位移分別是8.6 mm,8.5 mm，擋墻是12.3 mm，出現(xiàn)較大的位移，所以最大位移是擋墻墻頂，這意味著該邊坡具有滑移趨勢，而在結(jié)束治理后，邊坡逐漸趨于穩(wěn)定?？梢圆扇〖庸檀胧?、坡面防護(hù)等，設(shè)置鋼筋網(wǎng)種植植物等措施來提升邊坡的穩(wěn)定性。通過安裝預(yù)應(yīng)力錨索能夠使得土體應(yīng)力分散，從而降低變形量，提高整體穩(wěn)定。而從整體監(jiān)測效果上來看，這一方案技術(shù)可行，具有相對較高的合理性。

5 結(jié)語

隨著當(dāng)前工程施工中基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的規(guī)模不斷的增加，而因?yàn)榈貐^(qū)特征具有較大的差異性，所以在對于巖土工程進(jìn)行施工的過程中，會出現(xiàn)許多高邊坡，而邊坡自身的穩(wěn)定性，則會對于巖土工程的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)造成直接影響。巖土工程中對于邊坡實(shí)施加固方法可以有效的處理高填深坑的問題，而通過加固邊坡能夠保障邊坡自身的穩(wěn)定性，從而避免邊坡出現(xiàn)變形之后對于土體造成的破壞。本文主要分析了基于極限平衡法的高填方邊坡穩(wěn)定性，然后簡單地論述了邊坡穩(wěn)定性理論，最后基于高填方邊坡穩(wěn)定性提出巖土工程高填方邊坡的治理措施。