宋紹飛

(貴州天然氣管網(wǎng)有限公司，貴州貴陽(yáng) 550000)

1 公路邊坡工程勘察技術(shù)研究

邊坡滑動(dòng)面的深度以及影響范圍是邊坡巖土工程勘察的重點(diǎn)，通過(guò)對(duì)滑動(dòng)面的詳細(xì)勘察才能夠更加有效的對(duì)邊坡的穩(wěn)定性以及破壞機(jī)理進(jìn)行分析。確定滑動(dòng)面的方法主要包括了觀察法、理論分析法以及地震勘察法，其中地質(zhì)勘察法還可以具體劃分為工程物探法和工程鉆探法[1]。

1.1 工程物探方法技術(shù)的研究

工程物探法可以通過(guò)對(duì)不同地質(zhì)體在物理性質(zhì)方面的差別來(lái)反映地下物理場(chǎng)的分布規(guī)律，然后結(jié)合相關(guān)的地質(zhì)資料來(lái)判斷相關(guān)的地質(zhì)構(gòu)造問(wèn)題。通過(guò)電阻率之間的差別來(lái)對(duì)邊坡進(jìn)行勘察，對(duì)于覆蓋層、軟弱夾層以及基巖之間的物理性質(zhì)有著較大的差別，也就導(dǎo)致其電阻率差別明顯。工程中常用聯(lián)合剖面法、電測(cè)深法以及高密度電法來(lái)對(duì)巖土體進(jìn)行勘測(cè)。地震勘探法也是邊坡工程勘察中常用的手段，主要是利用基巖層面覆蓋層內(nèi)的彈性波傳播速度之間的顯著差別，進(jìn)而判斷出斷層、軟弱滑動(dòng)的位置、厚度等。電磁法也是新興的一種工程物探法其中主要包括了探地雷達(dá)法和瞬變電磁法。常用的物探方法以及應(yīng)用范圍見(jiàn)表1[2]。

表1 常用的物探方法及應(yīng)用范圍

1.2 工程地質(zhì)鉆探技術(shù)研究

工程地質(zhì)鉆探是巖土工程勘察的一項(xiàng)重要手段，通過(guò)工程地質(zhì)鉆探能夠獲取地下巖層的厚度、類(lèi)別、巖土體的物理力學(xué)性能、地下水位等水文資料，為工程建設(shè)以及病害的防治提供決策依據(jù)。在進(jìn)行鉆探時(shí)，需要根據(jù)地層特點(diǎn)來(lái)選擇合理的鉆探方式，確保能夠精準(zhǔn)的鑒別地層，充分了解地下水的分布情況，同時(shí)還需要盡可能的避免對(duì)取樣段的擾動(dòng)。如果將公路邊坡的軟硬分界面作為主要研究對(duì)象，需要盡可能的選取能夠在軟覆蓋層以及堅(jiān)硬巖層中都具有良好的鉆探勘察效果。鉆進(jìn)方法及適用范圍見(jiàn)表2[3]。

表2 鉆進(jìn)方法的使用范圍

2 邊坡的穩(wěn)定性分析

邊坡穩(wěn)定性的分析整體上分為5大類(lèi)：定性分析、定量分析、不確定分析、模型試驗(yàn)以及原位監(jiān)測(cè)，具體還可以繼續(xù)向下細(xì)分。目前最常用邊坡穩(wěn)定性分析方法則是極限平衡法和數(shù)值模擬法。

2.1 極限平衡法

極限平衡法的基本原理是將邊坡假定為受力剛體，通過(guò)靜力平衡的原理來(lái)分析滑體上抗力與下滑力之間的關(guān)系，進(jìn)而對(duì)邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，這種方法起源最早，且理論最為完善，引用也最為廣泛[2]。該方法具體包括了兩個(gè)問(wèn)題，其一，需要先假定破壞面的位置以及形狀，之后通過(guò)力學(xué)分析以及物理的約束條件構(gòu)建出安全系數(shù)的計(jì)算公式；其二則是計(jì)算出所有潛在滑動(dòng)面的安全系數(shù)，然后確定最不穩(wěn)定的滑動(dòng)面和安全系數(shù)。關(guān)于邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)的定義大概可以分為三個(gè)階段，第一是通過(guò)力矩，第二是通過(guò)剪應(yīng)力，第三則是通過(guò)抗剪強(qiáng)度參數(shù)的折減程度來(lái)進(jìn)行定義的。

從力學(xué)角度來(lái)分析，邊坡的在修建的過(guò)程就相當(dāng)于是一個(gè)卸載的過(guò)程，坡體在開(kāi)挖之后，原有的應(yīng)力場(chǎng)就會(huì)重新分布，在靠近臨空面的位置會(huì)形成松弛區(qū)，當(dāng)松弛區(qū)不能維持自穩(wěn)時(shí)，邊坡就會(huì)失穩(wěn)破壞。極限平衡理論目前也存在著一些問(wèn)題，其中主要包括了：(1)該理論需要提前假定一系列邊坡破壞的滑裂面位置以及形狀，之后通過(guò)對(duì)安全系數(shù)的比較來(lái)反求出最不安全的滑裂面，進(jìn)而導(dǎo)致了安全系數(shù)的準(zhǔn)確性會(huì)完全依賴(lài)于假設(shè)滑裂面的準(zhǔn)確性；(2)通過(guò)極限平衡法來(lái)假定滑動(dòng)面，對(duì)于均質(zhì)土的效果較好，但是對(duì)于成層土或者是土層差異較大的非均質(zhì)土、存在節(jié)理裂隙的巖質(zhì)邊坡，其滑動(dòng)面往往并非圓弧狀，故而難以做出較為準(zhǔn)確的假定；(3)極限平衡法所求出的安全系數(shù)僅僅是滑動(dòng)面上的平均安全系數(shù)，并非能夠反映滑體內(nèi)部或者滑動(dòng)面上的真實(shí)應(yīng)力狀態(tài)；(4)極限平衡理論在條間力的位置和方向上進(jìn)行了較多的人為假定，但是這些假定與實(shí)際情況之間還是有不少的差距，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致分析結(jié)果的不準(zhǔn)確[4]。

2.2 數(shù)值模擬法

如若遇到較為復(fù)雜的地質(zhì)地貌環(huán)境、巖土層性質(zhì)較為多樣的情況，極限平衡法處理起來(lái)就會(huì)尤為麻煩，且分析的結(jié)果不夠準(zhǔn)確。此時(shí)數(shù)值模擬法則會(huì)體現(xiàn)出較大的優(yōu)勢(shì)，該方法考慮到了邊坡巖體的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系以及巖土體的各向異性，有效的解決了極限平衡法所存在的缺陷，其模擬的結(jié)果也比較符合工程的實(shí)際情況，計(jì)算的結(jié)果也更加精細(xì)準(zhǔn)確，能夠更加合理全面的分析坡體的整體受力狀況。目前，有限元分析法、離散元法以及快速拉格朗日分析法是數(shù)值模擬在邊坡穩(wěn)定性分析中應(yīng)用最為廣泛的方法。這三種方法整體上各有優(yōu)劣，有限元法考慮到了巖土材料的各向異性、不連續(xù)性、力學(xué)參數(shù)的差異性，同時(shí)還包括復(fù)雜的邊界條件問(wèn)題等方面。而拉格朗日法是對(duì)有限元分析法的一種優(yōu)化，解決了有限元小變形的假設(shè)。而離散元分析法則主要用來(lái)預(yù)測(cè)邊坡的變形趨勢(shì)以及穩(wěn)定性，能夠真實(shí)的反映邊坡在開(kāi)挖過(guò)程中位移以及應(yīng)力的變化情況。

3 邊坡工程設(shè)計(jì)基本原理與方法

3.1 邊坡治理的基本資料

公路邊坡的巖土工程勘察成果主要應(yīng)用于邊坡的工程設(shè)計(jì)之中，對(duì)邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行治理。通過(guò)勘察資料所提供的資料來(lái)采取相關(guān)的防治措施，對(duì)邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行改善。需要的工程勘察資料主要包括了工程物探資料，根據(jù)工程物探資料劃定邊坡潛在滑動(dòng)面的范圍，有效的減小了鉆孔的數(shù)量。利用工程地質(zhì)鉆探所取得成果繪制出工程地質(zhì)平面圖、縱橫剖面圖、鉆孔柱狀圖以及物性剖面解釋圖等。此外還需要水文地質(zhì)資料來(lái)了解地下水的性質(zhì)及流量，有助于排水措施的設(shè)計(jì)。除此之外在對(duì)邊坡進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)還需要查閱國(guó)際地震烈度區(qū)劃圖來(lái)考慮地震荷載的影響。

3.2 邊坡加固設(shè)計(jì)方案研究

公路邊坡的治理技術(shù)總體來(lái)說(shuō)可以劃分為五類(lèi)，分別為坡率法、排水、防護(hù)、支擋以及加固。不同的處治措施都有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)以及適用條件，在面對(duì)公路邊坡病害時(shí)需要能夠合理的選取處治措施。

(1)坡率法。坡率法是一種相對(duì)簡(jiǎn)單的治理措施，主要表現(xiàn)為坡頂削方、坡底壓重，在坡體中容易削方或者在滑動(dòng)面處進(jìn)行局部或者整體的清除，在坡腳處則采用重物固腳的做法。該方法的施工相對(duì)更為簡(jiǎn)單，治理的想過(guò)也較好，但是對(duì)周?chē)沫h(huán)境破壞較大，需要較長(zhǎng)的時(shí)間才能恢復(fù)。且該方法僅適用于低矮平坦的邊坡。對(duì)于高陡的大型邊坡，該方法只是作為一種輔助的治理措施。

(2)排水。水是導(dǎo)致邊坡發(fā)生病害的重要原因，需要控制地表水以及地下水來(lái)防止巖土體抗剪強(qiáng)度的降低。通常對(duì)坡面上的水采取截流措施，同時(shí)疏干流向坡體的地下水，進(jìn)而提高坡體的強(qiáng)度，確保邊坡的穩(wěn)定性。目前常用的邊坡排水措施主要包括了設(shè)置仰斜式排水孔來(lái)排出深層次的地下水，設(shè)置邊坡滲溝來(lái)排出邊坡淺層的地表水和泉水，設(shè)置支撐盲溝來(lái)排出土體的淺層滯水以及地下水，此外排水設(shè)施還包括排水溝、截水盲溝等。

(3)防護(hù)。對(duì)坡面進(jìn)行防護(hù)是為了能夠防止坡面遭受風(fēng)化，進(jìn)而引起坡體內(nèi)部的破壞，通過(guò)對(duì)坡面的防護(hù)能顧確保邊坡的穩(wěn)定，改善巖土體的強(qiáng)度參數(shù)，避免坡體表面以及內(nèi)部遭受雨水的破壞。目前常用的坡面防護(hù)技術(shù)主要包括了植被防護(hù)、圬工防護(hù)以及骨架防護(hù)等。

(4)支擋。對(duì)于不穩(wěn)定的公路邊坡需要采取支擋措施，一般情況就是在邊坡的下部設(shè)置擋土墻或者抗滑樁，來(lái)控制斜坡體的運(yùn)動(dòng)。目前常用的支擋技術(shù)主要包括了抗滑樁、擋土墻、錨索等，這種支擋措施屬于是被動(dòng)防護(hù)技術(shù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上，山區(qū)公路的修建過(guò)程中邊坡問(wèn)題是其中最為嚴(yán)重的問(wèn)題。對(duì)邊坡工程勘察的不徹底，穩(wěn)定性分析不準(zhǔn)確、設(shè)計(jì)方法選擇不合理是導(dǎo)致工程在施工或在運(yùn)營(yíng)后不久發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的重要原因。為此本文首先闡述了邊坡工程的勘察方法，并著重介紹了物探和鉆探法的分類(lèi)及其適用范圍。并對(duì)邊坡穩(wěn)定性分析方法進(jìn)行了系統(tǒng)的闡述，重點(diǎn)分析了極限平衡法和數(shù)值模擬法。最后從坡率法、排水、防護(hù)、支擋以及加固幾個(gè)方面提出了邊坡的設(shè)計(jì)方法。