游錦奎 楊漂漂

摘要：本文針對邊坡的穩(wěn)定性方面開展研究，內(nèi)容包括基于仿真軟件的邊坡穩(wěn)定性分析方法及不足、基于定量的邊坡穩(wěn)定性分析方法及不足等內(nèi)容，為相關(guān)行業(yè)提供理論指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：邊坡;防護;治理;措施

我國是一個地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的國家，大部分地質(zhì)災(zāi)害和路基損壞都是由邊坡產(chǎn)品的不穩(wěn)定性造成的。關(guān)于邊坡產(chǎn)品可分為崩坡產(chǎn)品、殘坡產(chǎn)品和沖積邊坡產(chǎn)品，相關(guān)研究概述了邊坡產(chǎn)品的材料組成、力學(xué)性能以及邊坡產(chǎn)品引起的常見路基病害。建立了填筑路基邊坡積的數(shù)值模型，利用Flac3D數(shù)值計算研究了邊坡穩(wěn)定性。分析了各種因素對邊坡穩(wěn)定性的影響，提出了與穩(wěn)定性關(guān)系的影響因素。本在在此基礎(chǔ)上，進一步詳細分析邊坡防護的相關(guān)內(nèi)容。

1基于仿真軟件的邊坡穩(wěn)定性分析方法及不足

基于仿真軟件Geo-Slop，邊坡穩(wěn)定性分析方法主要有這四：Morgenstern-Price 法、Janbu 法和 Bishop 法。

Morgenstern-Price 法：事先假設(shè)土體由若干子條塊土體組成，并假設(shè)相鄰兩土條的法向條間力與切向條間力存在一定的水平方向的函數(shù)關(guān)系，繼而可使用條分法對每一子條塊土體進行受力分析。針對是人為假設(shè)的土體極限平衡狀態(tài)，其不足之處為：不能提供邊坡位移信息，且需要事先假定若干個滑動面。

Janbu 法：首先對土體進行條分處理，事先確定滑裂面的位置并假設(shè)滑裂面的安全系數(shù)相同，土條上所有垂直荷載的合力作用線和滑裂面的交點與滑裂面的法向反力作用于同一點，進而用該方法求得安全系數(shù)和應(yīng)力分布曲線。其缺點為不易收斂，特別是條數(shù)超過 20 時，得到的結(jié)果幾乎沒有收斂。

Bishop 法：類似于平面應(yīng)變問題，基于圓弧滑動法和庫倫強度理論。先假定穩(wěn)定系數(shù) K，然后反算穩(wěn)定系 數(shù)計算值 F，重復(fù)計算至 K 與 F 之間的相對誤差。這種方法的缺陷為沒有考慮土條之間的作用力，并且與水平力間的夾角為 0，忽略成對條間力產(chǎn)生的力矩。

2基于定量的邊坡穩(wěn)定性分析方法及不足

極限平衡法屬于定量法，是從力學(xué)出發(fā)，通過安全系數(shù)來衡量，安全系數(shù)為土體由于內(nèi)摩擦角、含水率等因素而產(chǎn)生的抗滑力與土體自身產(chǎn)生沿斜坡向下的滑動力之比。有限元法是通過將滑動面的土體微元化，考慮其分塊的靜力平衡原理分析斜坡在各種破壞模式下的受力狀態(tài)，以及斜坡體上的抗滑力和下滑力之間的定量關(guān)系來評價斜坡的穩(wěn)定性。最終分析結(jié)果還與選取的模型有關(guān)，為選取最優(yōu)模型，該分析方法需要多個模型進行比較。不足之處為，對于有限元法，只能局限于土坡穩(wěn)定的判斷，缺少對失穩(wěn)條件的分析;該方法適用特定的斜坡，大范圍進行計算工程量大。

3確定錨固角

針對降雨引起的滑坡，提出了采用錨固系統(tǒng)設(shè)計排水機制的設(shè)想。室內(nèi)試驗證明排水-錨固組合結(jié)構(gòu)是可行的。建立了有限元數(shù)值分析模型。描述了降雨過程中邊坡土的強度和滲透系數(shù)等參數(shù)。數(shù)值分析表明，滲流場和安全系數(shù)在不同條件下會發(fā)生變化。排水-錨固復(fù)合系統(tǒng)可降低浸潤線，提高安全系數(shù)。降雨后，安全系數(shù)可以迅速恢復(fù)。因此，它具有緩沖和反彈效果。研究發(fā)現(xiàn)，錨固角對防治效果有顯著影響，并有一個最佳范圍。

4邊坡防護生態(tài)方法

從2000年起，人們開始利用生態(tài)保護來加固巖石邊坡。這些生態(tài)保護方法不僅可以減少混凝土的用量，還可以恢復(fù)退化的邊坡生態(tài)系統(tǒng)。隨著基礎(chǔ)設(shè)施的快速發(fā)展，許多生態(tài)保護材料應(yīng)運而生。但是，這些材料存在價格昂貴、早期強度弱、遇雨容易滑動或腐蝕等缺陷。也有研究試圖將水泥作為一種新型生態(tài)保護材料的粘合劑，并通過實驗室試驗和現(xiàn)場試驗來驗證這種材料的可行性和可靠性。在現(xiàn)有研究和試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，提出了這種新材料的配方，既能滿足邊坡植被的生存要求，又能降低成本，增強生態(tài)保護初期的強度[1]。

5邊坡防護光纖光柵傳感方法

建筑工程中以宜萬鐵路何家坪段五花關(guān)隧道洞口邊坡防護監(jiān)測工程為例，通過對柔性護坡系統(tǒng)部件的機械傳動機理和失效模式的分析，提出了一種基于光纖光柵傳感技術(shù)的鐵路邊坡防護預(yù)警報警系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的監(jiān)控技術(shù)相比，這種設(shè)計的監(jiān)控系統(tǒng)具有可靠性高、成本低、安裝方便、維護少等優(yōu)點。該預(yù)警報警系統(tǒng)能有效增強鐵路邊坡防護防災(zāi)減災(zāi)的防護功能[2]。

6未來研究方向

邊坡防護的設(shè)計、施工和運行經(jīng)驗以及科學(xué)調(diào)查的結(jié)果為證實水工建筑物邊坡中防護和土壤地基上波浪作用的數(shù)值和特征提供了足夠的數(shù)據(jù)。進一步科學(xué)研究和設(shè)計的主要任務(wù)應(yīng)該是開發(fā)新的、更經(jīng)濟的護岸類型，詳細闡述建造護坡的技術(shù)，并為這種耗費勞力的工作引進廣泛的機械化。

參考文獻：

[1]Chong Jiang，Zhichao Zhang，Jiali He. Nonlinear analysis of combined loaded rigid piles in cohesionless soil slope[J]. Computers and Geotechnics，2020，117.

[2]Hua Liu，F(xiàn)ujun Niu，Yonghong Niu，Jian Xu，Tiehang Wang. Effect of structures and sunny?“shady slopes on thermal characteristics of subgrade along the Harbin?”Dalian Passenger Dedicated Line in Northeast China[J]. ，2016，123.