溫志勇

（金寨縣重點(diǎn)工程建設(shè)管理處，安徽 金寨 230051)

0 引言

道路高邊坡穩(wěn)定性分析是邊坡工程中的重要研究課題，邊坡防護(hù)技術(shù)在道路工程中發(fā)揮著重要作用。隨著交通行業(yè)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，高等級(jí)道路的修建越來(lái)越多，對(duì)高等級(jí)道路工程而言，邊坡穩(wěn)定性更為重要，邊坡防護(hù)技術(shù)一方面要保證高邊坡具有足夠的穩(wěn)定性，另一方面也要追求綠色環(huán)保與美觀，和道路主體的協(xié)調(diào)[1-2]。在高等級(jí)道路修建過(guò)程中，大多通過(guò)機(jī)械開挖的方式對(duì)原有坡體進(jìn)行開挖卸荷，大機(jī)械的擾動(dòng)是影響邊坡穩(wěn)定性的重要因素，隨著支護(hù)手段的進(jìn)步與發(fā)展，逐漸形成了多支護(hù)手段配合應(yīng)用的高邊坡支護(hù)方式，相較于傳統(tǒng)支護(hù)方式，多手段配合支護(hù)在保證邊坡穩(wěn)定性的同時(shí)，能夠兼顧美觀，減少造價(jià)，避免大挖大填，已經(jīng)逐步成為道路工程中重要的手段。邊坡穩(wěn)定性分析的理論方法隨著理論的進(jìn)步也在不斷地發(fā)展與完善，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值模擬計(jì)算方法應(yīng)用越來(lái)越廣泛。本文就道路高邊坡的防護(hù)形式進(jìn)行分類討論，并結(jié)合穩(wěn)定性分析的理論計(jì)算方法和數(shù)值模擬方法進(jìn)行研究，該研究結(jié)果對(duì)道路工程中的高邊坡防護(hù)有一定的工程實(shí)踐意義。

1 高邊坡穩(wěn)定性分析

高邊坡在重力作用下通常處于靜力平衡狀態(tài)，外力的作用可能會(huì)改變邊坡土體微元的力學(xué)平衡狀態(tài)，外力作用包括地震作用、降雨下滲、開挖卸荷等各個(gè)方面的外力改變，邊坡穩(wěn)定性的分析方法是通過(guò)不同手段獲取土體微元的受力模式，進(jìn)而求得邊坡穩(wěn)定性系數(shù)。目前對(duì)于邊坡穩(wěn)定性分析的理論方法有極限平衡法和強(qiáng)度折減法，極限平衡法常用于理論計(jì)算，強(qiáng)度折減法計(jì)算過(guò)程復(fù)雜，計(jì)算量較大，通常應(yīng)用于數(shù)值模擬計(jì)算中，本文結(jié)合兩種計(jì)算方法，對(duì)某邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析。

1.1 極限平衡法

極限平衡法的核心思想是邊坡巖土體的力學(xué)平衡，該方法以摩爾-庫(kù)倫強(qiáng)度準(zhǔn)則為基礎(chǔ)，邊坡體在自重條件下，土顆粒之間通過(guò)粘聚力平衡自身重力，工程上將邊坡體人為劃分成若干土條，對(duì)每個(gè)土條進(jìn)行受力分析，并在土條上建立力學(xué)平衡關(guān)系式，進(jìn)而求解邊坡穩(wěn)定性系數(shù)[3]。該方法存在一定的局限性，主要在于滑動(dòng)面的確認(rèn)上，極限平衡法計(jì)算邊坡穩(wěn)定性分析時(shí)需先假定某一滑動(dòng)面，滑動(dòng)面的確定具有一定的主觀性，假定的滑面可以是折線，也可以是圓弧線或者對(duì)數(shù)螺旋線[4]。在此基礎(chǔ)上學(xué)者對(duì)危險(xiǎn)滑面的確定進(jìn)行了修改和補(bǔ)充，其中，畢肖普將抗剪強(qiáng)度和實(shí)際剪應(yīng)力的比值定義為安全系數(shù)，通過(guò)安全系數(shù)這一有明確物理意義的參數(shù)來(lái)確定邊坡穩(wěn)定性的方法是條分法的重要應(yīng)用，這種方法力學(xué)模型簡(jiǎn)單，計(jì)算方便，在邊坡穩(wěn)定性計(jì)算中得到了廣泛的應(yīng)用。條分法邊坡穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算模型如圖1所示。

圖1 條分法示意圖

以重慶市沙坪壩區(qū)G319公路邊坡為基本算例，該邊坡后沿高43m，長(zhǎng)46m，前沿高18.86m。邊坡出露地表土體為紫褐色第四季素填土，土體含水率較低，邊坡表面呈顆粒散狀，鉆孔獲取邊坡內(nèi)部土體，內(nèi)部土體較為濕潤(rùn)，粘聚力較大。重慶地區(qū)夏季室外溫度較高，長(zhǎng)期的日照使邊坡表面土體有沙化的趨勢(shì)。邊坡深處由于地下水的存在，土體通過(guò)毛細(xì)作用吸收地下水，孔隙負(fù)水壓減小，粘聚力增大，土石交界面受地下水長(zhǎng)期浸泡作用，巖體逐漸分解軟化，因此在巖土交界面處，兩種介質(zhì)的力學(xué)性質(zhì)差異很大。在重力作用下，邊坡在該界面處易發(fā)生失穩(wěn)破壞，通過(guò)鉆孔取芯獲取原狀土及交界面處巖土體，并結(jié)合室內(nèi)物理剪切試驗(yàn)最終確定基本算例邊坡土力學(xué)參數(shù)，如表1所示。

表1 高邊坡穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)指標(biāo)表

以上結(jié)果為邊坡堆積體原狀土室內(nèi)剪切試驗(yàn)力學(xué)參數(shù)結(jié)果，結(jié)果顯示：土石交界面處粘聚力和內(nèi)摩擦角均較小，飽和狀態(tài)下更小，地下水位上升時(shí)，土石交界面力學(xué)參數(shù)較小，易發(fā)生剪切破壞，因此選取此力學(xué)參數(shù)進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。

（1）符合西醫(yī)FAP診斷標(biāo)準(zhǔn)；（2）符合中醫(yī)腹痛·脾胃虛寒證診斷；（3）年齡4～13歲；（4）腹痛程度根據(jù)疼痛數(shù)字評(píng)價(jià)量表（numerical rating scale，NRS）［8］判定，NRS評(píng)分≥4；（5）知情同意過(guò)程符合規(guī)定，法定代理人或與受試兒童（≥10歲）共同簽署知情同意書。

式中：

K——邊坡穩(wěn)定系數(shù)；

φF為土力學(xué)變量，即折減之后的土力學(xué)參數(shù)；F S為折減系數(shù)，隨著折減系數(shù)的變化，土力學(xué)參數(shù)值會(huì)呈現(xiàn)彈性變化過(guò)程，當(dāng)強(qiáng)度折減至某一值時(shí)，土坡發(fā)生整體失穩(wěn)，在此之前的折減系數(shù)即為邊坡穩(wěn)定性系數(shù)。

R i——第i塊土體上的抗滑力，kN/m。

αi——第i條塊滑面傾角，°；

ψi——第i塊段的剩余下滑力傳遞至第i+1塊時(shí)的傳遞系數(shù)；

Li——條分法同一傾斜角度的土條長(zhǎng)度，m；

式中：

Ci——第i條塊滑體的粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa；

有多少人當(dāng)初把武俠書放進(jìn)桌下偷看，一抬頭竟忘了今夕是何夕；有多少人披個(gè)床單，拿根木棍就幻想自己是大俠；還有每年暑假不斷檔的電視劇。

強(qiáng)度折減法是邊坡穩(wěn)定性分析中的另一種重要的方法，一般用于數(shù)值模擬中的有限元計(jì)算和有限差分計(jì)算。強(qiáng)度折減法的基本原理是在數(shù)值模擬中，改變邊坡內(nèi)摩擦角和粘聚力，使邊坡安全系數(shù)不斷減低，降低之后的力學(xué)參數(shù)重新帶入模型中進(jìn)行計(jì)算，直到模型達(dá)到極限強(qiáng)度進(jìn)而發(fā)生剪切破壞[5]，發(fā)生破壞前的安全系數(shù)就是邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)，強(qiáng)度折減法的基本計(jì)算公式為：

通常情況下邊坡屬于永久性結(jié)構(gòu)物，在公路相關(guān)規(guī)范中，邊坡安全系數(shù)根據(jù)其重要性劃分為四個(gè)等級(jí)：穩(wěn)定、基本穩(wěn)定、欠穩(wěn)定、不穩(wěn)定。在不同工況下，邊坡安全性的劃分標(biāo)準(zhǔn)不同，但均以穩(wěn)定性系數(shù)來(lái)衡量，選取表1中暴雨工況下邊坡土力學(xué)參數(shù)計(jì)算獲得邊坡穩(wěn)定性系數(shù)。根據(jù)工程的重要性及《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30-2015）將安全系數(shù)定為：正常工況F s1=1.25；暴雨工況F s2=1.15，并依安全系數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)，將穩(wěn)定系數(shù)劃分為四個(gè)區(qū)間：當(dāng)穩(wěn)定系數(shù)K≥F s為穩(wěn)定，F(xiàn) s＞K≥1.05基本穩(wěn)定，1.05＞K≥1.0為欠穩(wěn)定，K＜1.0為不穩(wěn)定。堆積體穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果見表2。

Ci、φi數(shù)據(jù)結(jié)果由室內(nèi)剪切試驗(yàn)獲取。

表2 天然工況下邊坡穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算表

計(jì)算得知該公路邊坡安全系數(shù)為1.141，根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定，暴雨工況下安全系數(shù)在1.05～1.25之間（含1.05）時(shí)，邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

1.2 強(qiáng)度折減法

φi——第i條塊滑體的內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值，°。

? Paul M．Schwartz，“Property，Privacy，and Personal Data”，Harvard Law Review，117，2004，pp．2056 ～2128．

T i——第i塊土體上的向下的分力，kN/m，當(dāng)滑動(dòng)分力向上時(shí)，該值為負(fù)數(shù)；

FLAC3D數(shù)值模擬軟件的計(jì)算方法即是采用以上的強(qiáng)度折減法，結(jié)合上述邊坡情況，建立數(shù)值模擬模型，通過(guò)強(qiáng)度折減法計(jì)算得到該邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)如圖2所示。

圖2 強(qiáng)度折減法邊坡穩(wěn)定性系數(shù)求解結(jié)果

1.3 兩種方法計(jì)算所得穩(wěn)定性系數(shù)的比較

極限平衡法和強(qiáng)度折減法計(jì)算獲得該邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)差別不大，暴雨工況下邊坡均處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。從結(jié)構(gòu)安全性出發(fā)，雖然該邊坡在暴雨工況下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，但仍然具有失穩(wěn)破壞的風(fēng)險(xiǎn)。極限平衡法對(duì)滑面的選取具有一定的主觀因素，強(qiáng)度折減法是通過(guò)計(jì)算機(jī)設(shè)定邊界條件控制邊坡狀態(tài)，與實(shí)際工程二者均有一定的差異性，不能完全保證工程案例分析的準(zhǔn)確性。邊坡在實(shí)際道路工程中極為重要，對(duì)于理論計(jì)算處于基本穩(wěn)定的高邊坡，必須采取必要的防護(hù)措施。

在垃圾焚燒發(fā)電廠中，煙氣成分復(fù)雜，為延長(zhǎng)催化劑使用壽命，SCR系統(tǒng)通常布置在袋式除塵器后端；為增強(qiáng)SCR系統(tǒng)穩(wěn)定性，通常將袋式除塵器出口150℃的煙氣經(jīng)過(guò)煙氣再熱系統(tǒng)加熱至170℃以上，再進(jìn)入SCR系統(tǒng)脫硝。SCR系統(tǒng)常用的煙氣再熱系統(tǒng)是蒸汽-煙氣加熱器（SGH）與煙氣-煙氣加熱器（GGH）+蒸汽-煙氣加熱器（SGH） 2種方式，通常采用SGH加熱煙氣，SCR催化劑運(yùn)行溫度為170～200℃；采用GGH+SGH加熱煙氣，SCR催化劑運(yùn)行溫度為220～240℃。

所謂問(wèn)題引領(lǐng)教學(xué)，是指在教學(xué)中要將“有層次、結(jié)構(gòu)化、可擴(kuò)展、能持續(xù)”的核心問(wèn)題貫穿整個(gè)教學(xué)過(guò)程，把學(xué)生的思維引向深入，從而最大限度地激發(fā)其探究數(shù)學(xué)知識(shí)本源，理解數(shù)學(xué)內(nèi)容本質(zhì)，感悟和運(yùn)用數(shù)學(xué)思想與方法，培育其良好的數(shù)學(xué)素養(yǎng)。[1]

2 錨索框架梁組合防護(hù)方式

高邊坡常見的防護(hù)和加固的方法有很多，比如擋土墻、預(yù)應(yīng)力錨索、錨桿、抗滑樁、抗滑擋墻和支撐滲溝等。本文僅簡(jiǎn)單介紹預(yù)應(yīng)力錨索中錨索框架梁組合防護(hù)方式。

反映測(cè)量誤差Zk的噪聲模型不再遵循高斯噪聲,因此不能使用卡爾曼濾波器.兩個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)i和j之間距離測(cè)量可表示為

錨索框架梁結(jié)構(gòu)是由錨索結(jié)構(gòu)和框架梁結(jié)構(gòu)組合起來(lái)的防護(hù)方式，錨索框架梁中的預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)將邊坡表面的框架梁結(jié)構(gòu)深入錨定至巖層深部[6-7]。錨桿作為一種長(zhǎng)細(xì)結(jié)構(gòu)的受力體系，能夠深入巖層，提供強(qiáng)大的錨固力，通常情況下以精軋螺紋鋼作為錨桿的錨固筋，長(zhǎng)度上由錨固段長(zhǎng)度、自由端長(zhǎng)度以及外錨段長(zhǎng)度共同組成，在施工前，需要檢測(cè)錨桿物理力學(xué)性能，確定錨桿的極限承載能力，并且對(duì)錨桿的長(zhǎng)度及錨固角度進(jìn)行相應(yīng)的受力分析及設(shè)計(jì)[8-9]。

框架梁結(jié)構(gòu)布置于邊坡表面，用于對(duì)邊坡結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行防護(hù)，邊坡坡表經(jīng)過(guò)削坡處理，會(huì)存在一定的不穩(wěn)定塊體，框架格構(gòu)梁的作用一方面作為錨桿結(jié)構(gòu)的錨固點(diǎn)，另一方面可將邊坡表面的不穩(wěn)定塊體進(jìn)行加固，框架格構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式有多種，常見的結(jié)構(gòu)以“田”字格為主，同時(shí)兼顧美觀性，錨索框架梁組合結(jié)構(gòu)支護(hù)形式如圖2所示。

二是開展博士后技術(shù)服務(wù)行活動(dòng)。選擇在油田生產(chǎn)、科研單位，建立相對(duì)固定的博士后服務(wù)基地，定期組織活動(dòng)，并保持日常工作聯(lián)系，隨時(shí)提供服務(wù)?，F(xiàn)場(chǎng)幫助基層解決生產(chǎn)、科研工作中的技術(shù)難題，博士后高端人才資源被充分利用；實(shí)現(xiàn)博士后與基層技術(shù)人員、科研項(xiàng)目與生產(chǎn)一線的完美銜接，解決科研與實(shí)際生產(chǎn)相互脫節(jié)問(wèn)題。

圖2 錨索框架梁組合結(jié)構(gòu)支護(hù)形式

錨索框架梁的防護(hù)和加固工藝流程主要包含以下步驟：測(cè)量放樣-坡面修整-鉆孔-錨桿安裝-注漿-框架梁施工-錨桿張拉-封錨。測(cè)量放樣是通過(guò)測(cè)量手段獲取坡面參數(shù)信息，測(cè)量放樣過(guò)程中對(duì)特殊土質(zhì)及巖質(zhì)邊坡可采用室內(nèi)物理模型實(shí)驗(yàn)獲取物理力學(xué)參數(shù)，進(jìn)而為錨桿張拉提供數(shù)據(jù)；坡面修整過(guò)程主要是破除開挖過(guò)程中的不穩(wěn)定塊體，防止施工過(guò)程中，邊坡表面發(fā)生局部垮塌現(xiàn)象，同時(shí)，坡面整修可將坡體表面部分巖土體破除，降低邊坡自重，提高邊坡穩(wěn)定性；錨桿一般采用鉆孔安裝，鉆孔深入巖層內(nèi)部，為錨桿提供足夠錨固長(zhǎng)度，錨桿安裝到位后通過(guò)注漿密實(shí)填充，達(dá)到錨固性能，錨桿安裝到位后，框架梁同步施工，錨桿通過(guò)框架梁錨固在其節(jié)點(diǎn)處，錨固之前，框架梁必須達(dá)到足夠的強(qiáng)度以提供錨固所需的受力要求[10]。

3 結(jié)束語(yǔ)

邊坡穩(wěn)定性分析在道路工程中具有重要的意義，大機(jī)械的使用在道路工程中產(chǎn)生了較多的高邊坡，道路高邊坡的穩(wěn)定性關(guān)系到道路安全及國(guó)民經(jīng)濟(jì)。本文從傳統(tǒng)邊坡穩(wěn)定性分析方法入手，對(duì)比分析極限平衡法和強(qiáng)度折減法兩種邊坡穩(wěn)定性計(jì)算方法，并結(jié)合某高邊坡算例，用兩種方式計(jì)算該邊坡的穩(wěn)定性，計(jì)算結(jié)果相近，最后介紹高邊坡最常見的防護(hù)及加固措施——錨索框架梁結(jié)構(gòu)。本文關(guān)于高邊坡的穩(wěn)定性分析及防護(hù)措施的研究，對(duì)道路工程中的高邊坡防護(hù)工程具有一定的工程實(shí)踐意義。