吳 帥 陳高鵬 吳月磊 玄 超(山東科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院 山東省青島市 266590)
邊坡加固及其穩(wěn)定性分析綜述
吳 帥 陳高鵬 吳月磊 玄 超
(山東科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院 山東省青島市 266590)
近年來,隨著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷深入,邊坡加固及其穩(wěn)定性分析逐漸成為巖土工程的熱點(diǎn)課題。本文基于上述背景,闡述了邊坡加固及其穩(wěn)定性分析的發(fā)展,總結(jié)了邊坡加固的方法以及邊坡穩(wěn)定性分析的方法,對(duì)邊坡的施工和分析具有指導(dǎo)作用。
邊坡;邊坡加固;穩(wěn)定性分析
隨著建筑業(yè)深入發(fā)展,錯(cuò)綜復(fù)雜的工程難題也日益突出,尤其表現(xiàn)在邊坡工程中。全世界每年都經(jīng)歷著邊坡失穩(wěn)帶來的災(zāi)難,且呈逐年上升趨勢。因此,邊坡加固及其穩(wěn)定性分析已成為巖土施工的核心課題之一。當(dāng)前,邊坡的破壞類型有多種,主要分為坡體變形、邊坡變形和坡面變形。在邊坡加固施工過程中,我們不僅要對(duì)邊坡的破壞進(jìn)行有效的預(yù)防和治理,更要較好的把握施工現(xiàn)場的地質(zhì)條件以及其變形破壞規(guī)律,對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行較為準(zhǔn)確的預(yù)測和分析。
2.1 邊坡加固理論的研究現(xiàn)狀
上世紀(jì)中葉,國內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)邊坡加固理論的研究不斷深入,并取得較大成果。有關(guān)土質(zhì)邊坡的加固,當(dāng)前被廣泛應(yīng)用的主要有以下兩種理論:朗肯土壓力理論是以土體的應(yīng)力狀態(tài)和極限平衡條件為基礎(chǔ),論述了具體的計(jì)算方法,應(yīng)用較為廣泛。庫倫土壓力理論是以擋土墻墻后滑動(dòng)土楔體的靜力平衡條件為基礎(chǔ),提出了相應(yīng)的計(jì)算方法,具有計(jì)算簡單、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
我國關(guān)于邊坡加固的研究,最初僅有邊坡災(zāi)情、災(zāi)害記錄,缺乏邊坡加固方面的相關(guān)理論研究。對(duì)邊坡作用因素、產(chǎn)生的條件、發(fā)生和運(yùn)動(dòng)機(jī)理以及它的危害性缺乏認(rèn)識(shí),常采用清方減重、填土反壓、地表排水等措施,具有較大局限性。到了上世紀(jì)70年代,隨著工程建設(shè)的不斷發(fā)展,對(duì)于邊坡加固的要求也不斷提高,逐步形成了以抗滑樁為主體的邊坡綜合治理技術(shù)。20世紀(jì)90年代以來,我國眾多專家學(xué)者充分認(rèn)識(shí)到滑坡的形成是多種因素作用的結(jié)果。在國外,邊坡加固理論方面的研究相對(duì)我國來說起步較早,比較具有代表性的加固技術(shù)是錨桿錨索的應(yīng)用。
2.2 邊坡加固所遵循的原則
邊坡加固效果的好壞,在很大程度上取決于所選取的加固理論的優(yōu)劣。依據(jù)施工現(xiàn)場工程地質(zhì)等條件,在保證滿足加固要求的前提下,提出最經(jīng)濟(jì)、合理的加固方案,與選取的加固理論密不可分。
邊坡加固一般遵循的原則主要有以下幾點(diǎn):
(1) 準(zhǔn)確掌握施工現(xiàn)場工程地質(zhì)條件,用定性及定量的方法對(duì)邊坡進(jìn)行評(píng)價(jià);(2) 較好的把握安全性。根據(jù)加固對(duì)象的特點(diǎn),合理的設(shè)計(jì)邊坡加固系數(shù);(3) 工程可能性和技術(shù)合理性。充分考慮工程可能性,采取合理的加固方法,提高邊坡加固效果。
(4) 重視社會(huì)、人文、環(huán)保綠化等因素,協(xié)調(diào)施工與社會(huì)活動(dòng)。
2.3 邊坡加固常用方法
當(dāng)前邊坡加固施工中,常有的方法主要有:擋土墻加固、抗滑樁加固、土釘支護(hù)、巖土錨固。具體介紹如下:
(1)擋土墻加固
擋土墻是為了保證填土或挖方位置穩(wěn)定而修筑的永久或臨時(shí)性的墻的一類構(gòu)造物。當(dāng)建筑物兩側(cè)土體存在高度差的時(shí)候,結(jié)構(gòu)內(nèi)部會(huì)存在側(cè)向土壓力,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)具有不穩(wěn)定性。為保持工程結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定,在土體一側(cè)設(shè)置合理的擋土墻。在公路、鐵路施工中,擋土墻對(duì)邊坡、路基、路塹等結(jié)構(gòu)起到了良好的加固作用,保證了整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。因此,擋土墻加固邊坡的方法被廣泛運(yùn)用與公路、鐵路邊坡、水利工程岸堤防護(hù)等工程中。隨著工程不斷發(fā)展,其種類不斷增加,常見的形式有:重力式、衡重式、懸臂式、扶壁式、加筋土式等。
(2)抗滑樁加固
抗滑樁利用自身結(jié)構(gòu)將其承受的推力轉(zhuǎn)移至樁體下部的巖(土)體,依靠樁下部的側(cè)向阻力來承擔(dān)邊坡的下推力,達(dá)到治理滑坡的目的。抗滑樁與普通樁基區(qū)別不大,但其主要承載方向?yàn)樗椒较颉?够瑯冻糜诜€(wěn)定滑坡外,還可用于路基邊坡加固,其分類有多種形式,如全埋式樁、方形樁、鋼筋混凝土樁等。
(3)土釘支護(hù)
土釘支護(hù)最先應(yīng)用于國外的邊坡支護(hù)實(shí)例中,利用其與土體間的界面摩擦力,使其在土體變形時(shí)承擔(dān)拉力,實(shí)現(xiàn)對(duì)邊坡的加固作用。因其通過鉆孔、插筋、注漿等步驟實(shí)現(xiàn),也被稱為砂漿錨桿或噴錨網(wǎng)支護(hù)。土釘支護(hù)施工簡單、結(jié)構(gòu)輕型,具有較好的抗震性能,但在特殊施工條件下難以實(shí)現(xiàn)。
(4)巖土錨固
巖土錨固是巖土工程發(fā)展過程中衍生出的一個(gè)重要課題,利用錨桿與周邊巖(土)體間的剪切作用力,提高結(jié)構(gòu)自身的穩(wěn)定性。在巖土工程中采用錨固技術(shù),能較充分提高巖土體的自身強(qiáng)度和自穩(wěn)能力,目前已經(jīng)成為最經(jīng)濟(jì)最有效的方法之一。
在邊坡加固施工過程中,不僅要對(duì)邊坡的破壞進(jìn)行保護(hù),更要對(duì)邊坡的失穩(wěn)及其穩(wěn)定性進(jìn)行較為準(zhǔn)確的預(yù)測和分析。
3.1 邊坡穩(wěn)定性分析的發(fā)展經(jīng)歷
邊坡穩(wěn)定性分析最初是基于邊坡破壞及加固等問題提出的一項(xiàng)新課題,對(duì)邊坡工程中的安全性問題起到關(guān)鍵作用。研究初期,學(xué)者探討不同類型的邊坡的穩(wěn)定性分析方法及相應(yīng)的變型破壞機(jī)制,多運(yùn)用土力學(xué)理論而忽略了工程地址情況,具有較大的局限性。后來,更多的專家注重對(duì)工程地質(zhì)條件的研究,定量分析、評(píng)價(jià)邊坡的穩(wěn)定狀態(tài),促進(jìn)了邊坡穩(wěn)定性分析的發(fā)展。在經(jīng)歷諸多工程實(shí)踐后,國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)總結(jié)了較為成熟的邊坡穩(wěn)定性分析體系,強(qiáng)調(diào)邊坡變形的動(dòng)態(tài)監(jiān)測在邊坡穩(wěn)定分析與評(píng)價(jià)的作用。
3.2 邊坡穩(wěn)定性分析的方法
邊坡穩(wěn)定性分析的方法多種多樣,常用方法大體上可分為確定性方法和不確定性法兩種,此外還有考慮自然歷史因素等的方法。
(1)確定性分析法
確定性分析法是邊坡穩(wěn)定性分析的基本方法,主要有極限平衡法、數(shù)值分析法等。隨著邊坡穩(wěn)定性分析理論的不斷完善,確定性分析法的為:極限平衡法不斷成熟,數(shù)值分析法應(yīng)用廣泛,圖解法等不斷改進(jìn)和提高。
①極限平衡法
極限平衡理論是比較成熟的確定性分析方法,很多邊坡穩(wěn)定分析方法都以極限平衡理論為基礎(chǔ)。瑞典圓弧滑動(dòng)面條分法是極限平衡分析的最基本方法,具有模型簡單、適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),并被廣泛應(yīng)用。在上述理論的基礎(chǔ)之上,Bishop法、Krey法、Janbu法等不斷發(fā)展,并引入了條塊間相互作用力。
②數(shù)值分析法
隨著計(jì)算機(jī)在巖土工程中的普及和應(yīng)用,數(shù)值分析方法也被應(yīng)用于邊坡穩(wěn)定分析中。有限元法是一種十分成熟的數(shù)值方法,具有將強(qiáng)的適用性,在邊坡穩(wěn)定分析中應(yīng)用較多。其它數(shù)值分析方法如邊界元法、離散元法、拉格朗日法、塊體理論等也開始大量應(yīng)用于邊坡穩(wěn)定性分析中。
(2)不確定性分析法
不確定性分析方法主要有以下幾種:灰色系統(tǒng)評(píng)價(jià)法、可靠度分析方法、模糊綜合評(píng)價(jià)法等。
① 灰色系統(tǒng)評(píng)價(jià)法考慮邊坡的各種影響因素,對(duì)邊坡的整體做出安全性的評(píng)估
② 可靠度分析法以工程實(shí)際狀況為基礎(chǔ),將巖性、荷載等因素作為不確定量,對(duì)邊坡穩(wěn)定性做概率性的預(yù)測。
③ 模糊綜合評(píng)價(jià)法以模糊變換原理為基礎(chǔ),對(duì)邊坡穩(wěn)定性做等級(jí)分類評(píng)價(jià)。
本文以邊坡加固及其穩(wěn)定性分析的重要性為背景,闡述了邊坡加固及其穩(wěn)定性分析的發(fā)展,總結(jié)了邊坡加固的方法以及邊坡穩(wěn)定性分析的方法,對(duì)邊坡施工具有指導(dǎo)作用。
[1]劉立平,姜德義等.邊坡穩(wěn)定性分析方法的最新進(jìn)展 [J]. 重慶大學(xué)學(xué)報(bào).
[2]張社榮,彭敏瑞等.巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析方法及工程應(yīng)用[J].中國農(nóng)村水利水電.
[3]高俊銘,劉文生.邊坡穩(wěn)定性分析與加固綜述[J]. 遼寧工程技術(shù)大學(xué).
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