边坡加固及其稳定性分析综述

2016-04-09陈高鹏吴月磊山东科技大学土木工程与建筑学院山东省青岛市266590

四川水泥 2016年6期

关键词：抗滑桩挡土墙分析法

吴帅陈高鹏吴月磊玄超（山东科技大学土木工程与建筑学院山东省青岛市 266590）

边坡加固及其稳定性分析综述

吴帅陈高鹏吴月磊玄超
（山东科技大学土木工程与建筑学院山东省青岛市 266590）

近年来，随着基础设施建设的不断深入，边坡加固及其稳定性分析逐渐成为岩土工程的热点课题。本文基于上述背景，阐述了边坡加固及其稳定性分析的发展，总结了边坡加固的方法以及边坡稳定性分析的方法，对边坡的施工和分析具有指导作用。

边坡；边坡加固；稳定性分析

1 引言

随着建筑业深入发展，错综复杂的工程难题也日益突出，尤其表现在边坡工程中。全世界每年都经历着边坡失稳带来的灾难，且呈逐年上升趋势。因此，边坡加固及其稳定性分析已成为岩土施工的核心课题之一。当前，边坡的破坏类型有多种,主要分为坡体变形、边坡变形和坡面变形。在边坡加固施工过程中，我们不仅要对边坡的破坏进行有效的预防和治理，更要较好的把握施工现场的地质条件以及其变形破坏规律，对其稳定性进行较为准确的预测和分析。

2 边坡加固研究现状及其方法

2.1 边坡加固理论的研究现状

上世纪中叶，国内外众多学者对边坡加固理论的研究不断深入，并取得较大成果。有关土质边坡的加固，当前被广泛应用的主要有以下两种理论：朗肯土压力理论是以土体的应力状态和极限平衡条件为基础，论述了具体的计算方法，应用较为广泛。库伦土压力理论是以挡土墙墙后滑动土楔体的静力平衡条件为基础，提出了相应的计算方法，具有计算简单、适应性强等优点。

我国关于边坡加固的研究，最初仅有边坡灾情、灾害记录，缺乏边坡加固方面的相关理论研究。对边坡作用因素、产生的条件、发生和运动机理以及它的危害性缺乏认识，常采用清方减重、填土反压、地表排水等措施，具有较大局限性。到了上世纪70年代，随着工程建设的不断发展，对于边坡加固的要求也不断提高，逐步形成了以抗滑桩为主体的边坡综合治理技术。20世纪90年代以来，我国众多专家学者充分认识到滑坡的形成是多种因素作用的结果。在国外，边坡加固理论方面的研究相对我国来说起步较早，比较具有代表性的加固技术是锚杆锚索的应用。

2.2 边坡加固所遵循的原则

边坡加固效果的好坏，在很大程度上取决于所选取的加固理论的优劣。依据施工现场工程地质等条件，在保证满足加固要求的前提下，提出最经济、合理的加固方案，与选取的加固理论密不可分。

边坡加固一般遵循的原则主要有以下几点：

(1) 准确掌握施工现场工程地质条件，用定性及定量的方法对边坡进行评价；(2) 较好的把握安全性。根据加固对象的特点，合理的设计边坡加固系数；(3) 工程可能性和技术合理性。充分考虑工程可能性，采取合理的加固方法，提高边坡加固效果。

(4) 重视社会、人文、环保绿化等因素，协调施工与社会活动。

2.3 边坡加固常用方法

当前边坡加固施工中，常有的方法主要有：挡土墙加固、抗滑桩加固、土钉支护、岩土锚固。具体介绍如下：

(1)挡土墙加固

挡土墙是为了保证填土或挖方位置稳定而修筑的永久或临时性的墙的一类构造物。当建筑物两侧土体存在高度差的时候，结构内部会存在侧向土压力，导致结构具有不稳定性。为保持工程结构趋于稳定，在土体一侧设置合理的挡土墙。在公路、铁路施工中，挡土墙对边坡、路基、路堑等结构起到了良好的加固作用，保证了整体结构的稳定性。因此，挡土墙加固边坡的方法被广泛运用与公路、铁路边坡、水利工程岸堤防护等工程中。随着工程不断发展，其种类不断增加，常见的形式有：重力式、衡重式、悬臂式、扶壁式、加筋土式等。

(2)抗滑桩加固

抗滑桩利用自身结构将其承受的推力转移至桩体下部的岩（土）体，依靠桩下部的侧向阻力来承担边坡的下推力，达到治理滑坡的目的。抗滑桩与普通桩基区别不大，但其主要承载方向为水平方向。抗滑桩除用于稳定滑坡外，还可用于路基边坡加固，其分类有多种形式，如全埋式桩、方形桩、钢筋混凝土桩等。

(3)土钉支护

土钉支护最先应用于国外的边坡支护实例中，利用其与土体间的界面摩擦力，使其在土体变形时承担拉力，实现对边坡的加固作用。因其通过钻孔、插筋、注浆等步骤实现，也被称为砂浆锚杆或喷锚网支护。土钉支护施工简单、结构轻型，具有较好的抗震性能，但在特殊施工条件下难以实现。

(4)岩土锚固

岩土锚固是岩土工程发展过程中衍生出的一个重要课题，利用锚杆与周边岩（土）体间的剪切作用力，提高结构自身的稳定性。在岩土工程中采用锚固技术，能较充分提高岩土体的自身强度和自稳能力，目前已经成为最经济最有效的方法之一。

3 边坡稳定性分析

在边坡加固施工过程中，不仅要对边坡的破坏进行保护，更要对边坡的失稳及其稳定性进行较为准确的预测和分析。

3.1 边坡稳定性分析的发展经历

边坡稳定性分析最初是基于边坡破坏及加固等问题提出的一项新课题，对边坡工程中的安全性问题起到关键作用。研究初期，学者探讨不同类型的边坡的稳定性分析方法及相应的变型破坏机制，多运用土力学理论而忽略了工程地址情况，具有较大的局限性。后来，更多的专家注重对工程地质条件的研究，定量分析、评价边坡的稳定状态，促进了边坡稳定性分析的发展。在经历诸多工程实践后，国内外学者已经总结了较为成熟的边坡稳定性分析体系，强调边坡变形的动态监测在边坡稳定分析与评价的作用。

3.2 边坡稳定性分析的方法

边坡稳定性分析的方法多种多样，常用方法大体上可分为确定性方法和不确定性法两种，此外还有考虑自然历史因素等的方法。

（1）确定性分析法

确定性分析法是边坡稳定性分析的基本方法，主要有极限平衡法、数值分析法等。随着边坡稳定性分析理论的不断完善，确定性分析法的为：极限平衡法不断成熟，数值分析法应用广泛，图解法等不断改进和提高。

①极限平衡法

极限平衡理论是比较成熟的确定性分析方法，很多边坡稳定分析方法都以极限平衡理论为基础。瑞典圆弧滑动面条分法是极限平衡分析的最基本方法，具有模型简单、适用性强等优点，并被广泛应用。在上述理论的基础之上，Bishop法、Krey法、Janbu法等不断发展，并引入了条块间相互作用力。

②数值分析法

随着计算机在岩土工程中的普及和应用，数值分析方法也被应用于边坡稳定分析中。有限元法是一种十分成熟的数值方法，具有将强的适用性，在边坡稳定分析中应用较多。其它数值分析方法如边界元法、离散元法、拉格朗日法、块体理论等也开始大量应用于边坡稳定性分析中。

（2）不确定性分析法

不确定性分析方法主要有以下几种：灰色系统评价法、可靠度分析方法、模糊综合评价法等。

① 灰色系统评价法考虑边坡的各种影响因素，对边坡的整体做出安全性的评估

② 可靠度分析法以工程实际状况为基础，将岩性、荷载等因素作为不确定量，对边坡稳定性做概率性的预测。