地災治理中巖質高邊坡的穩(wěn)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(huán)境，基于一些自然外力的作用，如氧化腐蝕，讓邊坡穩(wěn)定度無法處于較為穩(wěn)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(wěn)定性的有力根據，方便制定健全的災害預防體系。

1 巖體穩(wěn)定的定義及高邊坡出現破壞的表現形式

1.1 巖體穩(wěn)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(wěn)定性發(fā)生的改變［1］。

1.2 高邊坡發(fā)生破壞的體現形式

發(fā)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(tài)及垂直狀態(tài)，給外界帶來的影響也會存在相應的規(guī)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(xù)提升，處于坡面臨界點，有著最高應力值，坡底及坡頂發(fā)生了一個最大應力改變。拉應力帶的改變及應力調節(jié)是造成邊坡發(fā)生事故的動力，外界環(huán)境的改變中，內部發(fā)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(yōu)化了生產生活條件，還推動了城市和區(qū)域的協(xié)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。基于國家項目的投入，對于基礎設施來說，其高坡穩(wěn)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(qū)，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(fā)生事故的主要原因即為自然原因，處于自然環(huán)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(xù)進步，再加上經濟的穩(wěn)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(yè)。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(fā)生。另外，由于巖石彼此抵觸移動，故而內部結構也是持續(xù)形成改變的，也就造成了應力出現改變，在內部結構發(fā)生嚴重改變時，巖體就會發(fā)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(huán)境下，環(huán)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(wěn)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(xù)的生長發(fā)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(huán)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(yè)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(fā)現象，致使生態(tài)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(wěn)定性的分析方法

就巖質高邊坡來看，其穩(wěn)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(qū)域穩(wěn)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(wěn)定性開展全方位評價以及研究。第三，根據邊坡穩(wěn)定性評價（見圖2），對邊坡巖體的可靠情況還有后續(xù)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(wěn)定性要素

針對高邊坡穩(wěn)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(fā)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(wěn)定性處于何種區(qū)間。因為發(fā)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(fā)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(huán)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(fā)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(qū)巖石改變。在邊坡穩(wěn)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(fā)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(qū)域。邊坡發(fā)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(fā)生滑動的環(huán)境之中，結構應力出現相應的改變，同時所有區(qū)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(tǒng)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(wěn)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(yè)中，基于穩(wěn)定性的影響原因，可實施有關的舉措，以便能夠確保邊坡穩(wěn)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(wěn)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(wěn)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(wěn)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(huán)境。此外，對于邊坡防護，需要在節(jié)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(yōu)化應力狀態(tài)，而且能夠促使巖體更加穩(wěn)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。基于這些不確定的因素，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(yōu)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(wěn)定性。對于綠化護坡來看，它屬于生態(tài)型護坡方式，可以對生態(tài)起到一定的保護作用，在這一過程中，還能增強邊坡穩(wěn)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(tài)意義要大于維持邊坡穩(wěn)定性的情況。

5 基于實例分析巖質高邊坡的穩(wěn)定性

（1）項目概況。2017年5月，據群測人員反映，宏潭鄉(xiāng)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(xiāng)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(qū)域呈扇形，災害危害級別是一級。就勘察區(qū)域而言，地質條件較為復雜，掩體結構松散，可見節(jié)理裂隙發(fā)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(wěn)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(tài)，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(tài)，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(tài)，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。基于計算分析能夠得知，伴隨折減系數的變大，邊坡發(fā)生拉伸塑性區(qū)，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(wěn)定性研究的主要優(yōu)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(wěn)概率，所以，當確定治理舉措時，需要加以分析該區(qū)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(wěn)的關鍵因素，以調整受力條件及優(yōu)化穩(wěn)定系數為切入點，合理實施提高巖體穩(wěn)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(wěn)定，降低或者規(guī)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(wěn)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(jiān)測資料，針對各個邊坡破壞模式，加以分析相關的穩(wěn)定性計算問題，選擇可行的分析方式，對邊坡穩(wěn)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。