高邊坡條件下組合支護形式的應用與研究

黃華健

(廣州市市政工程機械施工有限公司，廣東 廣州 510000)

在土木工程領域中，高邊坡穩定性和安全性一直是一個重要的研究課題。高邊坡是指具有較大坡度和高度的土質或巖石邊坡，如山體公路、高速公路、堆石壩、露天礦山等。由于高邊坡受到自然力和人為活動的影響，其穩定性常受到威脅，一旦發生失穩，將導致嚴重的災害和損失，如滑坡、崩塌、巖爆等。因此，研究高邊坡條件下組合支護形式的應用和研究具有重要的理論和實際意義。通過合理選擇和組合支護形式，可以提高高邊坡的穩定性、抗滑能力和抗震能力，降低災害發生的風險。此外，對組合支護形式進行深入研究還可以拓展土木工程設計和施工的技術手段，提高工程質量和效益。

1 高邊坡穩定性分析與評價

1.1 邊坡穩定性分析方法

1.1.1 現場監測與數據分析

通過對高邊坡實際工程進行現場監測，獲取相關數據并進行綜合分析，可以準確評估邊坡的變形、位移、水位、地下水壓力等參數的變化情況，為穩定性分析提供可靠的依據。在現場監測過程中，可以采用各種測量技術和儀器設備，如全站儀、測斜儀、測深儀、孔隙水壓力計等，對邊坡進行定點觀測和數據采集。監測內容涵蓋了邊坡體、支護結構以及周邊環境的各項參數。監測數據分析是為了從大量監測數據中提取有用的信息，揭示邊坡變形規律和特點。數據分析方法包括統計分析、時序分析、空間分析等。通過對數據進行趨勢分析、周期性分析、相關性分析等，可以了解邊坡穩定性狀態，并探索其變形原因和機制。同時，數據分析還可以與理論模型進行對比和驗證，驗證模型準確性和適用性。通過將實測數據與模型計算結果進行比較，可以評估模型的可靠性，并對模型參數進行校正和調整，以提高模型的預測能力。現場監測與數據分析結果將為邊坡穩定性評價和支護設計提供重要參考，通過對邊坡的實際變形和水文變化情況的監測與分析，可以更準確地評估邊坡的穩定性，并針對性地選擇適當的組合支護形式和設計參數，以確保工程的安全可靠性[1]。

1.1.2 數值模擬與邊坡穩定性分析軟件

數值模擬和邊坡穩定性分析軟件，可以模擬邊坡的復雜力學行為和變形過程，評估邊坡的穩定性，并優化支護設計方案。常見的數值模擬方法包括有限元法、邊坡位移法和離散元法等。而邊坡穩定性分析軟件如GeoStudio、Plaxis和Slide等，提供了直觀的圖形界面和豐富的分析功能，能夠快速、準確地評估邊坡的穩定性。通過數值模擬，可以模擬邊坡在不同荷載條件下的應力分布、變形情況和破壞機制。借助邊坡穩定性分析軟件，可以進行不同支護方案的對比分析，評估其對邊坡穩定性的影響，并確定最佳的組合支護形式。

有限元法(Finite Element Method)可以模擬不同類型的支護結構和荷載情況、提供詳細的應力和變形分析結果。

邊坡位移法(Limit Equilibrium Method)簡化邊坡穩定性分析、適用于快速評估、可以考慮不同的土體參數和邊坡幾何特征、提供穩定性安全系數和滑動面的分析結果。

離散元法(Discrete Element Method)能夠模擬邊坡的顆粒間相互作用和斷裂行為、可以研究邊坡的動力響應和振動特性、適用于非均質土體和復雜邊坡形狀[2]。

1.2 高邊坡穩定性評價指標與方法

1.2.1 極限平衡法與強度折減法

極限平衡法和強度折減法是常用的高邊坡穩定性評價方法，它們在邊坡穩定性分析中發揮著重要的作用，表1對這兩種方法進行了比較和分析。從表中可以看出，極限平衡法和強度折減法各有其優缺點。極限平衡法簡單直觀，適用于初步評估和快速判斷邊坡穩定性。然而，由于其假設的理想塑性體模型和無法考慮強度折減和變形特性，其結果可能存在一定的偏差。相比之下，強度折減法能夠更準確地考慮土體的強度折減和變形特性，對于較為詳細和精確的邊坡穩定性分析和設計更為適用。

表1 極限平衡法與強度折減法優缺點

1.2.2 灰色關聯分析與模糊綜合評判法

灰色關聯分析是一種基于灰色系統理論的評價方法，可以應用于邊坡穩定性評估中，能夠在考慮不確定性和模糊性的情況下，對多個影響邊坡穩定性的因素進行綜合評價。在灰色關聯分析中，首先需要確定評價對象和評價指標。評價對象可以是邊坡的不同部位或不同工程方案，而評價指標可以包括地質條件、邊坡坡度、地下水位等因素。然后，根據各評價指標的數據，進行數據預處理，以消除數據之間的差異和不確定性。利用灰色關聯度的概念，計算評價對象之間的關聯度。灰色關聯度是通過比較各評價對象的發展趨勢和關聯程度，來確定它們之間的關系強度。通過關聯度的計算，可以找到邊坡穩定性與各評價指標之間的關聯關系，進而評估不同評價對象的邊坡穩定性。

另一種常用的方法是模糊綜合評判法，是基于模糊數學理論的一種評價方法。該方法通過建立模糊評價矩陣，將不同評價指標的模糊評價結果進行綜合，得出對邊坡穩定性的模糊評判結果。模糊綜合評判法將各評價指標的模糊評價結果進行加權求和，得出邊坡穩定性的綜合評價值。權重的確定可以通過專家經驗或數理統計方法進行，以反映各評價指標對邊坡穩定性的重要程度[3]。

2 組合支護形式選擇與設計

2.1 組合支護形式分類與特點

2.1.1 剛性支護形式

剛性支護形式是一種常用的組合支護形式之一，主要通過剛性結構來增加邊坡的抗滑和抗傾覆能力。常見的剛性支護形式包括混凝土墻、鋼筋混凝土梁、鋼筋網片等。混凝土墻可以通過預制或現澆混凝土構筑物來加固邊坡，具有高強度和剛度，能夠有效抵抗邊坡土體的滑動和變形。此外，混凝土墻還具有耐久性和抗腐蝕性，適用于各種地質條件。鋼筋混凝土梁通過在邊坡上設置水平或傾斜的鋼筋混凝土梁，可以增加邊坡的整體穩定性，具有較大的抗彎剛度和承載能力，能夠有效分擔邊坡土體的荷載，減少土體的滑動和變形。鋼筋網片是在邊坡表面鋪設鋼筋網片，形成網片-土體復合體系，具有較高的抗拉強度和剛度，能夠有效抵抗邊坡土體的滑動和破壞。此外，鋼筋網片還具有透水性和排水性能，有助于減小邊坡內部的水壓力和滲流量。

2.1.2 柔性支護形式

柔性支護形式通過利用具有一定延展性和變形能力的材料或結構，能夠適應邊坡的變形和應力分布，提供穩定性和抗滑能力。柔性支護形式的典型代表包括植被覆蓋、格室梁、護坡網等。植被覆蓋作為一種自然的柔性支護形式，通過種植植被覆蓋邊坡表面，可以有效地減少水土流失和邊坡侵蝕，增加邊坡的抗滑能力和穩定性。格室梁是一種由格柵和梁構成的柔性支護結構，可以分散地震和水力荷載，減輕邊坡應力集中，提高邊坡的穩定性。護坡網則是一種用于固定邊坡土體的柔性網狀結構，通過與土體相互作用，形成整體的抗滑結構，增強邊坡的穩定性和抗滑性能。柔性支護形式的選擇與設計需要考慮邊坡的地質條件、工程要求以及材料的性能特點。同時，柔性支護形式還需要與其他支護形式進行組合應用，形成綜合的支護體系，以達到更好的穩定性和抗滑效果。在實際工程中，根據邊坡的具體情況和工程要求，可以靈活選擇不同的柔性支護形式，并進行合理的布置和尺寸設計。

2.1.3 半剛性支護形式

半剛性支護形式是一種介于剛性支護和柔性支護之間的支護形式，在高邊坡工程中具有重要的應用價值。相對于剛性支護形式，如混凝土墻和鋼筋混凝土樁等，半剛性支護形式在適應邊坡變形和地質條件方面更具靈活性。而與柔性支護形式相比，半剛性支護形式具有較高的剛度和抗滑能力。半剛性支護形式的典型代表是錨桿網片支護和鋼筋網片支護。錨桿網片支護通過在邊坡內部設置錨桿和網片，形成一個整體的錨固系統，能夠有效抵抗邊坡的滑動和變形。鋼筋網片支護則采用鋼筋網片與錨桿結合的方式，形成一種剛性與柔性相結合的支護結構，具有較好的整體剛度和變形能力。半剛性支護形式的選擇與設計需考慮多個因素，包括邊坡的地質條件、變形特性、設計要求等。在選擇半剛性支護形式時，需要對邊坡的變形行為進行詳細分析，確定支護結構所需的剛度和變形能力。同時，還需要考慮支護結構與周圍環境的協調性，確保支護系統與邊坡之間的良好銜接。

2.2 組合支護形式選擇原則

2.2.1 地質條件與邊坡性質

在選擇適當的組合支護形式時，地質條件和邊坡性質是兩個關鍵因素，表2用于對地質條件和邊坡性質進行分析和比較。可以看出，綜合考慮地質條件和邊坡性質對組合支護形式的影響。例如，在巖石類型邊坡中，由于巖石的較高強度，剛性支護形式如鋼筋混凝土護坡墻和擋土墻可能更為適用。而在存在斷裂和節理的邊坡中，可以考慮采用剛性支護形式如錨桿網和錨索支護來增加邊坡的穩定性。

表2 地質條件與邊坡性質對支護形式影響

2.2.2 支護結構適用性與可行性

首先，地質條件是支護結構選擇的重要考慮因素。不同地質條件下的高邊坡存在不同的穩定性問題，如土質邊坡、巖質邊坡或巖土混合邊坡等。對于不同類型的邊坡，需要選擇適應其地質特點的支護結構。例如，在土質邊坡中，柔性支護形式如土工格柵和土工布等可以提供較好的抗滑性能；而在巖質邊坡中，剛性支護形式如錨桿和噴錨網等可以提供較好的抗剪強度。其次，支護結構的可行性也是一個重要考慮因素。支護結構的設計和施工要考慮到工程的實際情況和限制條件，如工程預算、施工時間、現場操作條件等。選擇的支護結構應符合工程的可行性要求，能夠在實際施工中得到有效實施和控制。例如，在有限的工程預算和時間限制下，選擇簡化施工工藝和易于操作的支護結構可以提高施工效率和降低施工成本。

3 結語

通過對高邊坡的地質條件進行分析、邊坡穩定性評價方法的探討以及組合支護形式的選擇與設計，發現高邊坡工程的穩定性是確保工程安全和減少地質災害風險的關鍵因素。傳統的單一支護形式難以滿足高邊坡的要求，因此組合支護形式的應用具有重要意義。通過優化支護設計方案，可以提高工程的抗滑能力和承載能力，同時降低施工成本和周期，不僅有助于提高工程的經濟效益和可持續性，還推動了邊坡工程領域的技術進步。