摘要 公路工程體系建設(shè)日益完善，山區(qū)公路工程建設(shè)也發(fā)展迅速，邊坡穩(wěn)定性對山區(qū)公路的正常運營有著重要影響，邊坡失穩(wěn)嚴重時會造成交通中斷，增強其穩(wěn)定性至關(guān)重要。因此，該文對山區(qū)公路邊坡穩(wěn)定性及支護設(shè)計進行研究，對邊坡穩(wěn)定性進行分析，提出采用錨桿成孔支護、格構(gòu)加固技術(shù)和植被柔性支護的設(shè)計方式，其中采用錨桿加固后的抗剪強度值約為加固前抗剪強度值的2.5倍，可以有效提高山區(qū)公路邊坡的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞 山區(qū)公路；邊坡穩(wěn)定性；支護設(shè)計

中圖分類號 U416 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）19-0127-03

0 引言

近年來隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，公路工程體系建設(shè)日益完善，山區(qū)公路工程建設(shè)也發(fā)展迅速，由于山區(qū)地理環(huán)境相對較為特殊，地形較為復(fù)雜，進行山區(qū)公路建設(shè)需要考慮地形因素，山區(qū)公路邊坡容易發(fā)生山體滑坡，山區(qū)公路建設(shè)對施工的技術(shù)要求較高，對山區(qū)公路邊坡穩(wěn)定性及支護問題進行研究成為人們的關(guān)注的焦點。林國進等[1]對通過抗滑樁加固的某三級邊坡工程進行研究，結(jié)果表明樁身彎矩對于邊坡穩(wěn)定性影響較大，其彎矩峰值的位置也會與樁身的開挖深度有關(guān)。楊麗君等[2]對公路邊坡穩(wěn)定性進行分析，發(fā)現(xiàn)大部分山區(qū)的公路自然邊坡穩(wěn)定性不滿足設(shè)計要求，需要經(jīng)過支護措施以提高其穩(wěn)固性。邊坡穩(wěn)定性對山區(qū)公路的正常運營有著重要影響，增強其穩(wěn)定性至關(guān)重要[3]。蒙朝忠[4]針對多發(fā)生山體滑坡現(xiàn)象的公路邊坡進行研究，提出采用網(wǎng)噴混凝土的支護方法對邊坡進行加固，并且提出采用重力擋土墻方式也是對山區(qū)公路邊坡支護采用較為廣泛的一種措施。山區(qū)公路邊坡穩(wěn)定可以減少災(zāi)害事故的發(fā)生，保障了行車的安全性。因此，該文對山區(qū)公路邊坡穩(wěn)定性及支護設(shè)計進行研究，旨為山區(qū)公路的建設(shè)和發(fā)展提供一定的參考依據(jù)。

1 山區(qū)公路邊坡穩(wěn)定性分析

1.1 公路邊坡穩(wěn)定性影響因素

邊坡穩(wěn)定性首先會受到自然地質(zhì)條件的影響，大部分邊坡不穩(wěn)地帶多處于風(fēng)化巖層地帶、堆積層地帶，或者在一些斷崖層地帶，尤其是對于具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)組成形式的多條斷裂帶，其構(gòu)造類型較為特殊，屬于壓扭型，巖體內(nèi)部的裂隙不斷變大，會導(dǎo)致巖體內(nèi)部發(fā)生裂隙，造成巖體內(nèi)部的破碎，從而巖體整體的力學(xué)強度減弱，進而使得巖層和土層不夠穩(wěn)固。尤其是當此部分巖層處于傾斜狀態(tài)時，長時間受到來自巖層土體本身的荷載，在受到其他作用力的情況下，其力學(xué)性能也會逐漸下降，導(dǎo)致邊坡坍塌，進而引起山體滑坡，其主要原因是巖層力學(xué)強度較低、穩(wěn)固性不強。

公路邊坡穩(wěn)定性同時也會受到施工因素的影響，由于施工過程中機械設(shè)備施工所產(chǎn)生的震動會造成巖層和堆積土體內(nèi)部受到震動力的作用，導(dǎo)致內(nèi)部孔隙率增大，與原有山體的附著力減弱，脫離原有山體表面[5]，同時大面積的施工也會造成大面積的臨空面，臨空面受到自身荷載作用較大，更容易造成邊坡失穩(wěn)。

1.2 公路邊坡穩(wěn)定性分析方法

對邊坡穩(wěn)定性進行分析的方法包括定性分析、確定性分析和不確定性分析，如圖1所示。對工程進行定性分析可以采用對該地區(qū)的自然條件進行分析，分析其地貌特征、巖層情況及自然歷史條件，也可以采用數(shù)據(jù)庫進行邊坡穩(wěn)定性分析，參考已有數(shù)據(jù)庫，結(jié)合工程實際情況進行定性分析。定性分析同時可以通過類似工程進行對比分析，進行邊坡穩(wěn)定性研究。而確定性分析方法種類較多，理論方法主要有極限平衡方法和強度折減法，強度折減法主要是用于計算邊坡在事故點或失穩(wěn)點的安全系數(shù)。數(shù)值模擬分析方法包括有限元法、離散元法和邊界元法。Bishop、Janbu和Spencer法是進行邊坡穩(wěn)定性分析所采用的極限平衡法[6]，此外不確定分析方法是灰色系統(tǒng)法，其包括的方法為可靠度分析方法、綜合評價法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法。數(shù)值模擬計算方法應(yīng)用得越來越廣泛，采用該種方法可以較為直觀地觀察邊坡失穩(wěn)的全過程動態(tài)模擬效果，并且模擬數(shù)據(jù)也更加準確直觀，因此該文采用數(shù)值模擬方法分析邊坡穩(wěn)定性。

1.3 邊坡穩(wěn)定性計算分析

該文采用ABAQUS進行建模，分析邊坡穩(wěn)定性，巖石層類型為強風(fēng)化安山巖、強風(fēng)化泥質(zhì)巖和強風(fēng)化花崗巖，表層為粉質(zhì)黏土、堆積土和一些沙土，設(shè)置參數(shù)如表1所示，其中邊坡比例為1，巖體力學(xué)參數(shù)如表2所示。

在邊坡破壞過程中，平面剪切滑動發(fā)生在有軟弱夾層或裂隙的坡面，而旋轉(zhuǎn)剪切滑動則通常發(fā)生在均質(zhì)泥巖或頁巖等巖層中?；l(fā)生在邊坡松散巖土的坡角大于其內(nèi)摩擦角時，導(dǎo)致表層蠕動進一步發(fā)展，使巖土體沿著剪切變形帶順坡滑移、轉(zhuǎn)動與坐塌。巖塊流動則常發(fā)生在均質(zhì)硬巖中，當巖石達到其峰值強度時，巖體發(fā)生破壞，導(dǎo)致巖體全面崩塌，考慮表層土壤的含水率對邊坡穩(wěn)定性的影響，觀察其不同軸向的位移，如圖2所示。X軸為橫向位移方向，Z代表縱向位移方向?？梢钥闯?，隨著含水率的增加，其X軸向和Z向軸向的位移值均逐漸增加，當含水率值高于12%時，其Z軸向位移增加值要明顯大于X軸向的增加值，表明隨著含水率的增加邊坡各個方向的位移增量發(fā)展并不均衡，邊坡的穩(wěn)定性遭到破壞。

對A、B、C、D 四個位置點的邊坡穩(wěn)定性進行分析，如圖3所示。從圖4可以看出在A、B、C、D四個位置點的邊坡穩(wěn)定性系數(shù)存在較大差別，其中D點處的穩(wěn)定性最強，其穩(wěn)定性系數(shù)值約為2.548，在其他三個位置點的穩(wěn)定性系數(shù)值偏低，穩(wěn)定性系數(shù)值均低于1.5，可見不同位置的邊坡穩(wěn)定性系數(shù)存在較大差異，從邊坡剩余下滑力可以看出，邊坡剩余下滑力與邊坡穩(wěn)定性系數(shù)關(guān)系呈負相關(guān)，邊坡穩(wěn)定系數(shù)與剩余滑力未表現(xiàn)出明顯的相關(guān)性。

2 山區(qū)公路邊坡支護設(shè)計

2.1 預(yù)應(yīng)力錨桿成孔支護

錨桿成孔支護是加強邊坡穩(wěn)定性的重要手段，被廣泛應(yīng)用于山區(qū)邊坡支護的工程建設(shè)中。該支護方式主要是采用預(yù)應(yīng)力錨桿去改變邊坡巖土層的穩(wěn)定性，通過增加預(yù)應(yīng)力錨桿以提高邊坡滑移面應(yīng)力值，預(yù)應(yīng)力錨桿可以有效抵消邊坡長時間在自身荷載作用下所產(chǎn)生的拉力，增強錨桿的使用壽命。采用錨桿與混凝土共同作用可以增強錨桿與巖層之間的作用力，有效抑制滑坡現(xiàn)象的發(fā)生，為進一步分析預(yù)應(yīng)力錨桿對邊坡的支護效果，該文分析了采用預(yù)應(yīng)力錨桿加固前后的巖體力學(xué)性能指標的變化情況，如圖4所示。

混凝土強度C值和抗折強度值Rb的改變會影響到巖體的抗剪強度值Ro，加固前后的混凝土強度C值和抗折強度值Rb均逐漸增加，而巖體的抗剪強度值Ro增加較大，加固后的抗剪強度值約為加固前抗剪強度值的2.5倍，由此可以看出采用預(yù)應(yīng)力錨桿支護可以有效提高巖體的抗剪強度值，可以有效減弱邊坡下滑的趨勢，從而提高邊坡的穩(wěn)定性。

2.2 格構(gòu)加固技術(shù)

格構(gòu)加固技術(shù)是在采用預(yù)應(yīng)力錨桿技術(shù)層面上的一種升級的邊坡支護技術(shù)，采用該技術(shù)可以更有效地提高邊坡的穩(wěn)定性。格構(gòu)加固技術(shù)除了應(yīng)用預(yù)應(yīng)力錨桿技術(shù)以外，同時還需要利用現(xiàn)澆混凝土和預(yù)拌混凝土，采用砌塊石構(gòu)成鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以承受來自錨桿構(gòu)件壓力，作為一種受彎壓構(gòu)件，在維護邊坡穩(wěn)定性的過程中起到傳遞力的作用，屬于支撐結(jié)構(gòu)。對邊坡起到固定作用的是錨桿，錨桿將力傳遞給格構(gòu)框架，框架將其所受到的力傳遞給周圍土體，進行均勻分配，此框架結(jié)構(gòu)多為十字形狀，除可以對邊坡起到加固作用外，還可以在格構(gòu)框架內(nèi)種植植物，進行邊坡美化，更好地提高邊坡加固效果。

2.3 植被及柔性支護

采用植被支護是支護方式中較為有效的一種支護方式，植被支護通常可以采用種植草類的方式進行支護設(shè)計，對于采用該種方式的邊坡對坡面的坡度和水的流速具有一定的要求，邊坡的坡度比不能超過1∶1，水的流速要低于0.65 m/s[7]。種植草的方式主要通過散播、噴播和客土噴播的方式，其中第一種方式適用于邊坡土層較為松軟的地帶，并且邊坡坡度較為緩和的地帶，邊坡土層為沙土、粉質(zhì)黏土和堆積土?xí)r多采用該種播種方式。對于土層黏土層較薄、多為砂礫土層時多采用噴播的方法，客土噴播是將固體的肥料先填入提前挖好的洞穴，然后再播種上種子，該種方法可以改善原有土壤的特性，增強種子的成活率，有利于提高邊坡支護的效果。柔性支護主要采用邊坡防護網(wǎng)，其材質(zhì)為塑料材質(zhì)，是一種多層的塑料防護網(wǎng)，抗拉強度較高，屬于一種立體結(jié)構(gòu)網(wǎng)，利用該種柔性結(jié)構(gòu)網(wǎng)將邊坡進行覆蓋，可以降低雨水及大風(fēng)等惡劣天氣對公路邊坡帶來的不良影響，增強邊坡的穩(wěn)定性。

3 結(jié)論

公路工程體系建設(shè)的發(fā)展持續(xù)加快，山區(qū)公路工程建設(shè)也進展迅速，由于山區(qū)地理環(huán)境相對特殊，地形較為復(fù)雜，多山地，且地勢較高，起伏較大，進行山區(qū)公路建設(shè)需要考慮地形因素，山區(qū)公路邊坡穩(wěn)定可以減少災(zāi)害事故的發(fā)生，保障了行車的安全性?；诖?，該文對山區(qū)公路邊坡穩(wěn)定性及支護設(shè)計進行研究，得到以下結(jié)論：

（1）在邊坡破壞過程中，其塑性應(yīng)變逐漸延伸到邊坡頂部，在某一方向上的邊坡移動的位移較大，邊坡的穩(wěn)定系數(shù)下降。對邊坡的剪力進行分析，邊坡在被破壞的過程中其剪力的分布也逐漸重新分布，同時剪力分布范圍也會逐漸增大，表明邊坡穩(wěn)定性在被破壞的過程中，其剪力也進行了重新分布。

（2）邊坡剩余下滑力與邊坡穩(wěn)定性系數(shù)關(guān)系呈負相關(guān)，邊坡穩(wěn)定系數(shù)加大時，其剩余下滑力較小，說明此處的邊坡穩(wěn)定性相對較高?？梢圆捎妙A(yù)應(yīng)力錨桿、格構(gòu)加固、植被及柔性支護方式進行邊坡加固，其中采用預(yù)應(yīng)力錨桿支護加固后的抗剪強度值約為加固前抗剪強度值的2.5倍，可以有效減弱邊坡下滑的趨勢，從而提高邊坡的穩(wěn)定性。

參考文獻

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[2]楊麗君，趙葉江.基于FLAC3D的邊坡支護方案優(yōu)化研究[J].黑龍江科學(xué)，2024（2）：51-55.

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[7]李春意.排水固結(jié)加固軟土堤防穩(wěn)定性分析[D].杭州：浙江大學(xué)，2023.

收稿日期：2024-05-22

作者簡介：張瀟（1991—），女，本科，工程師，從事交通勘察與設(shè)計工作。