王智

（江西省地質(zhì)局第三地質(zhì)大隊(duì) 江西九江 332000）

對于巖質(zhì)高邊坡來說，因?yàn)殚L時(shí)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(shí)間受外力作用，極有可能出現(xiàn)變形乃至被破壞。很多的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，采取技術(shù)手段，確定影響因素及潛在危害之后，可以當(dāng)作研究與分析高邊坡穩(wěn)定性的有力根據(jù)，方便制定健全的災(zāi)害預(yù)防體系。

1 巖體穩(wěn)定的定義及高邊坡出現(xiàn)破壞的表現(xiàn)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(fēng)等所影響，結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的改變，結(jié)構(gòu)存在改變的情況下，會(huì)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(xiàn)形式

發(fā)生滑動(dòng)的情況下，結(jié)構(gòu)承載各個(gè)方向的應(yīng)力，在巖體坡面處，應(yīng)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(huì)存在相應(yīng)的規(guī)律。巖石的應(yīng)力改變，通常來講，是伴隨坡度的改變進(jìn)而出現(xiàn)相應(yīng)的改變，伴隨坡面變大，結(jié)構(gòu)應(yīng)力持續(xù)提升，處于坡面臨界點(diǎn)，有著最高應(yīng)力值，坡底及坡頂發(fā)生了一個(gè)最大應(yīng)力改變。拉應(yīng)力帶的改變及應(yīng)力調(diào)節(jié)是造成邊坡發(fā)生事故的動(dòng)力，外界環(huán)境的改變中，內(nèi)部發(fā)生了應(yīng)力差，在應(yīng)力改變大于能夠承受的范圍時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)滑坡及斷裂的現(xiàn)象。

2 致使巖質(zhì)高邊坡問題的因素

針對基礎(chǔ)工程建設(shè)來看，在很大程度上優(yōu)化了生產(chǎn)生活條件，還推動(dòng)了城市和區(qū)域的協(xié)同進(jìn)步。利用道路交通建設(shè)，在很大程度上實(shí)現(xiàn)了人們的物質(zhì)和精神需要?；趪翼?xiàng)目的投入，對于基礎(chǔ)設(shè)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(jìn)行處理過程中，需先掌握高邊坡的成因，這樣才能有效促進(jìn)防護(hù)結(jié)構(gòu)的順利建設(shè)。對于致使高邊坡問題的因素，本文主要從以下方面進(jìn)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(shí)間被風(fēng)吹日曬侵蝕，同時(shí)受一些特殊因素影響，如地震，邊坡結(jié)構(gòu)也會(huì)出現(xiàn)顯著的結(jié)構(gòu)改變，導(dǎo)致事故的出現(xiàn)［2］。因?yàn)樯鐣?huì)持續(xù)進(jìn)步，再加上經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定增長，在礦石方面有了更大的需求，會(huì)在邊坡開展開采作業(yè)。然而，在開采量大于抵抗應(yīng)力時(shí)，開采處結(jié)構(gòu)應(yīng)力已難以承載巖體結(jié)構(gòu)，就可能引起坍塌事故發(fā)生。另外，由于巖石彼此抵觸移動(dòng)，故而內(nèi)部結(jié)構(gòu)也是持續(xù)形成改變的，也就造成了應(yīng)力出現(xiàn)改變，在內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴(yán)重改變時(shí)，巖體就會(huì)發(fā)生有關(guān)的事故。

（2）擾動(dòng)因素。對于擾動(dòng)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(xiàn)為雨水及地下水的作用，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)存在著復(fù)雜性，再加上地下水的作用，會(huì)導(dǎo)致邊坡地層結(jié)構(gòu)失去穩(wěn)定性，出現(xiàn)晃動(dòng)問題，與此同時(shí)，基于長時(shí)間的積累過程中，將導(dǎo)致巖體產(chǎn)生滑坡危險(xiǎn)。就擾動(dòng)因素來看，除了以上這點(diǎn)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(nèi)，同時(shí)伴隨風(fēng)及雨水的作用，會(huì)導(dǎo)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(nèi)部產(chǎn)生壓迫作用，使得巖體內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到不良影響，同時(shí)在極限環(huán)境下，將導(dǎo)致巖體產(chǎn)生斷裂現(xiàn)象，圖1所示為巖體擾動(dòng)。

圖1 巖體擾動(dòng)

（3）人為因素。該項(xiàng)因素就非常簡單，部分企業(yè)在進(jìn)行施工建設(shè)時(shí)，未對施工控制工作加以重視，存在嚴(yán)重的開發(fā)現(xiàn)象，致使生態(tài)出現(xiàn)不平衡現(xiàn)象，從而造成巖質(zhì)高坡產(chǎn)生各種各樣的安全問題。

3 巖質(zhì)高邊坡穩(wěn)定性的分析方法

就巖質(zhì)高邊坡來看，其穩(wěn)定性的分析常常包含下述3 點(diǎn)內(nèi)容。第一，充分結(jié)合地質(zhì)勘察資料及相關(guān)的測繪結(jié)果，對邊坡構(gòu)造應(yīng)力及區(qū)域穩(wěn)定性等開展深入的分析，同時(shí)，在此基礎(chǔ)上，對邊坡巖體形式進(jìn)行科學(xué)判斷。第二，根據(jù)現(xiàn)場勘測及室內(nèi)試驗(yàn)，對巖石物理學(xué)特點(diǎn)進(jìn)行有效分析，以此對邊坡穩(wěn)定性開展全方位評價(jià)以及研究。第三，根據(jù)邊坡穩(wěn)定性評價(jià)（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(shí)間構(gòu)建科學(xué)的預(yù)防方案，運(yùn)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(shí)驗(yàn)研究分析方式等方面進(jìn)行分析。

（1）極限平衡。對于該方法來說，它是對巖體出現(xiàn)災(zāi)害的預(yù)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(xiàn)斷裂的部位，結(jié)合數(shù)據(jù)的研究，衡量這一邊坡穩(wěn)定性處于何種區(qū)間。因?yàn)榘l(fā)生滑動(dòng)的時(shí)間是難以進(jìn)行明確的，同時(shí)出現(xiàn)事故時(shí)也難以到周圍開展勘查，所以可能會(huì)威脅到人員安全。對此，假設(shè)內(nèi)部發(fā)生了滑動(dòng)，與此同時(shí)，巖體能夠承載的應(yīng)力已大于結(jié)構(gòu)應(yīng)力，處于如此環(huán)境下，巖體會(huì)形成一個(gè)滑動(dòng)面，它的位置、形狀及方向不用進(jìn)行假設(shè)，只需分析巖體發(fā)生滑動(dòng)中形成的靜力極限條件，且結(jié)合預(yù)估算出滑動(dòng)中形成的破壞能力。因?yàn)橐子谶M(jìn)行施工，用不著很多的測試及人員，所以，在工程建設(shè)領(lǐng)域，極限平衡得到了較大的推廣，一般指部分偏遠(yuǎn)地區(qū)巖石改變。在邊坡穩(wěn)定性測試過程中，因?yàn)檫@一分析方式針對實(shí)際滑動(dòng)面，難以預(yù)估它的極限數(shù)值及發(fā)生災(zāi)害的概率，因此在部分精細(xì)項(xiàng)目中運(yùn)用不多［4］。

（2）數(shù)值模擬。對于數(shù)值模擬來講，它屬于相對常用的分析方式，一般是結(jié)合邊坡巖體數(shù)據(jù)，構(gòu)建數(shù)據(jù)模型，且據(jù)此開展模型研究。

第一，有限單元分析方式。數(shù)值模擬分析中，針對試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)巖體，開展的分割區(qū)域。邊坡發(fā)生滑動(dòng)中，掌握結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是相當(dāng)關(guān)鍵的，各個(gè)分割單元形成的極限數(shù)值有所差異，發(fā)生滑動(dòng)的環(huán)境之中，結(jié)構(gòu)應(yīng)力出現(xiàn)相應(yīng)的改變，同時(shí)所有區(qū)域內(nèi)的含水量也會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的改變，針對滑動(dòng)面積及應(yīng)力值等開展統(tǒng)計(jì)，然后結(jié)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(shè)研究，換句話來講，巖體均為巖石組合而成，針對單個(gè)巖石開展運(yùn)動(dòng)計(jì)算方程研究，然后獲取滑動(dòng)極限值，針對碎裂介質(zhì)，在它的邊坡可靠性評價(jià)方面，這一方式有著較好的適用性。

第二，實(shí)驗(yàn)研究分析法。大多數(shù)的自然科學(xué)均是基于試驗(yàn)開展研究及理論分析的，其中也包括巖體力學(xué)、地質(zhì)力學(xué)研究領(lǐng)域，對于模型試驗(yàn)來講，它屬于相當(dāng)關(guān)鍵的科研方式。例如：對地震的研究分析條件，基于試驗(yàn)探究它的作用機(jī)理，就是相當(dāng)合理的。

4 巖質(zhì)高邊坡防護(hù)研究

具體邊坡防護(hù)作業(yè)中，基于穩(wěn)定性的影響原因，可實(shí)施有關(guān)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(shí)行加固措施防護(hù)，旨在避免邊坡出現(xiàn)變形破壞，以及能夠穩(wěn)定坡腳。進(jìn)行細(xì)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(hù)坡與錨索等，對高邊坡開展合理防護(hù)。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(dāng)降低邊坡高，進(jìn)而來實(shí)現(xiàn)卸荷目標(biāo)。對特殊巖質(zhì)邊坡，基于實(shí)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(shí)際的加固處理需要符合相關(guān)的條件。具體而言，在確保邊坡完整的同時(shí)，可以對穩(wěn)定性形成深遠(yuǎn)的影響，不然的話，該防護(hù)便形同虛設(shè)。另外，具體防護(hù)過程中，需要確保不影響到附近環(huán)境。此外，對于邊坡防護(hù)，需要在節(jié)省成本的前提下，讓效用實(shí)現(xiàn)最大化。例如，在邊坡防護(hù)方面，可將預(yù)應(yīng)力錨桿和錨桿進(jìn)行彼此融合，這樣不但能夠優(yōu)化應(yīng)力狀態(tài)，而且能夠促使巖體更加穩(wěn)定，這就是所謂的經(jīng)濟(jì)又有效。

（2）落石防護(hù)措施。針對巖質(zhì)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(huì)對底部物體造成嚴(yán)重破壞。巖塊被外力作用影響極易出現(xiàn)脫離，而人為因素的影響也可能造成落石下滑，如維護(hù)施工操作，若是邊坡底部存在公路等構(gòu)筑物，或是有行人經(jīng)過，將導(dǎo)致嚴(yán)重的災(zāi)害?；谶@些不確定的因素，應(yīng)當(dāng)對落石開展全面防護(hù)，可增設(shè)鋼絲繩防護(hù)網(wǎng)，對邊坡開展全面維護(hù)，避免落石滑到公路等構(gòu)筑物范圍內(nèi)［5］。另外，還應(yīng)在坡腳位置建立圍墻，避免坡面巖石出現(xiàn)石化等問題，從而滑落到構(gòu)筑物范圍內(nèi)。

（3）綠化護(hù)坡。利用綠化護(hù)坡施工，能夠?qū)r質(zhì)高邊坡土質(zhì)情況進(jìn)行全面優(yōu)化，降低水土流失問題，對地表情況進(jìn)行改進(jìn)，在此基礎(chǔ)上，全面增強(qiáng)邊坡穩(wěn)定性。對于綠化護(hù)坡來看，它屬于生態(tài)型護(hù)坡方式，可以對生態(tài)起到一定的保護(hù)作用，在這一過程中，還能增強(qiáng)邊坡穩(wěn)定性。尤其是巖質(zhì)邊坡，借助植物綠化方式，可以全面減少由于巖石風(fēng)化導(dǎo)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(shí)例分析巖質(zhì)高邊坡的穩(wěn)定性

（1）項(xiàng)目概況。2017年5月，據(jù)群測人員反映，宏潭鄉(xiāng)柯紅公路在道路擴(kuò)寬建設(shè)中，某危巖體有滾石掉落，對道路通行與人員安全構(gòu)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(jù)前期勘查總結(jié)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(zāi)害危害級(jí)別是一級(jí)。就勘察區(qū)域而言，地質(zhì)條件較為復(fù)雜，掩體結(jié)構(gòu)松散，可見節(jié)理裂隙發(fā)育。根據(jù)這樣的背景，決定選擇數(shù)值模擬技術(shù)來研究與衡量高邊坡穩(wěn)定性。

（2）不同危巖體的特點(diǎn)。結(jié)合結(jié)構(gòu)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(diǎn)：對于W1 危巖，呈現(xiàn)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(xiàn)實(shí)體結(jié)構(gòu)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(xiàn)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(shù)值模擬分析法。選擇相當(dāng)?shù)湫偷臄嗝?，將其?dāng)作研究的關(guān)鍵點(diǎn)，借助有限元軟件來建模，高度達(dá)到300m，長度482m，一共分成2.0987×104個(gè)單元，通過該軟件獲取的計(jì)算模型見圖3?；谟?jì)算分析能夠得知，伴隨折減系數(shù)的變大，邊坡發(fā)生拉伸塑性區(qū)，在此之后，朝著軟弱結(jié)構(gòu)面朝上延伸，基于擠壓破壞的影響，提供軟弱結(jié)構(gòu)面。通過計(jì)算分析能夠得知，在折減系數(shù)為1.38的情況下，破壞面會(huì)和劈裂帶彼此貫通，進(jìn)而針對滑動(dòng)破壞，產(chǎn)生相應(yīng)的結(jié)構(gòu)面。此外，對于邊坡每一處位置，為分析隨該系數(shù)的變化特點(diǎn)，對各個(gè)位置的點(diǎn)開展了跟蹤研究，在折減系數(shù)＜1.37 的情況下，水平位移波動(dòng)幅度不大；在折減系數(shù)≥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(xiàn)了破壞。

圖3 危巖數(shù)值模擬模型圖

（4）結(jié)果分析。選擇數(shù)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(shè)滑動(dòng)面位置，根據(jù)觀察具體位移，就能夠判斷形成軌跡。計(jì)算結(jié)果表明，下部頁巖出現(xiàn)了塑性屈服，顯著提高了滑動(dòng)面失穩(wěn)概率，所以，當(dāng)確定治理舉措時(shí)，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(shí)［6］。

（5）防護(hù)措施。鑒于致使邊坡失穩(wěn)的關(guān)鍵因素，以調(diào)整受力條件及優(yōu)化穩(wěn)定系數(shù)為切入點(diǎn)，合理實(shí)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(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。

6 結(jié)語

總而言之，極限平衡及數(shù)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(gè)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(zhǔn)判斷帶來影響。所以，應(yīng)該根據(jù)地質(zhì)勘察與監(jiān)測資料，針對各個(gè)邊坡破壞模式，加以分析相關(guān)的穩(wěn)定性計(jì)算問題，選擇可行的分析方式，對邊坡穩(wěn)定性開展精準(zhǔn)研究評價(jià)，讓邊坡破壞或者變形處于適當(dāng)范圍，最大限度地降低給生命財(cái)產(chǎn)帶來的威脅。