岩质高边坡稳定性分析及防护研究

2018-02-15席永慧江波

建材与装饰 2018年46期

席永慧江波

（同济大学上海 200433）

国家的基础工程建设极大地改善了人们的生产、生活环境，同时也促进了城市及区域间的协同发展。通过道路交通工程建设，又极大程度地满足了人们日益增长的物质及精神需求。随着国家建设项目的巨大投入，基础设施建设面临的高边坡稳定性问题也日益突出。基于我国多山的复杂地貌特征，特别是我国的西部及南部，高边坡分布广泛，在面临这些高边坡的问题时，通过对高边坡进行原因分析，能够快速防护结构的发展。

1 边坡概述

1.1 边坡的概念

边坡属于岩土或地质工程研究的领域。其自然状态一般是指形成的斜坡、河流冲击形成的岸坡、苔塬的塬边等。人工边坡则主要是指交通道路建设、露天采矿、建（构）筑物场地及基础工程建设等形成的坡体形态。

1.2 边坡的分类

边坡的种类多样，目前分类并没有统一的标准。不过，目前普遍按照边坡高度及成因进行分类。按照坡高可分为低、高及特高边坡；按照成因可分为人工、自然边坡；按照物质组成部分可分为土质、岩质及二元结构边坡等。

1.3 高边坡的含义

高边坡是按照边坡的高度进行分类。对于土质边坡来讲，它主要是指边坡高度在20～100m；对于岩质边坡来讲，主要是指高度在30～100m的边坡。不论是土质边坡还是岩质边坡来讲，其边坡的高度因素都会对边坡的稳定性产生重要的影响[1]。在进行边坡的稳定性分析及防护加固上，都需要通过计算的方式进行。本文的着重点分析及研究也正在于此。

2 岩质的高边坡稳定性分析

在工程的实际建设中，有些工程如道路基础设施建设、房屋建筑等，对于边坡变形都具有较为严格的要求，其变形值需要在允许的变形量范围内。如针对于建筑而言，往往需要依据设计要求，以建筑物的允许变形量作为边坡稳定性的参考标准。另外一些工程，虽然对于边坡变形量及破坏并没有较高的要求，但是要密切关注并防止边坡在受到破坏后发生的快速滑落。这样就涉及到以功能定理及边坡滑落为基础的计算。

2.1 高边坡稳定性的影响因素

边坡稳定性是多方面因素共同作用的结果。实际的状况下，岩质的岩性、岩质的节理发育状况及程度、边坡的高度、岩质的特征及人为方面的因素对于边坡稳定性来讲都具有重要影响。但总的来说，这些影响主要包含内、外两个因素：内在因素即地应力，它是边坡岩质层间裂隙发育高边坡变形的重要控制因素。同时，在内应力的作用下，岩质边坡应力的大小及分布范围也受到影响；影响边坡稳定性的外在因素主要在于风化作用、振动作用、地下水的作用及人为因素等。其中振动作用主要是地质中的地震，其对于边坡稳定性有巨大的影响作用，而人为因素主要是指实际的工程建设中，建设过程改变了边坡的结构及周边的实际环境而导致的边坡失稳[2]。

2.2 岩质高边坡的变形破坏

边坡在其自身的发展中主要有两个阶段，一是变形，另一个是破坏。这两个因素在内外因素的影响下不可避免。而由变形至最终的破坏，往往是从量变到质变的过程。边坡变形主要是指在内、外因素影响下出现的变形或者边坡局部性的破坏，而破坏则是边坡岩质内部发生的根本性的、贯通性的破坏，最终不可改变。而根据边坡变形的形式来看，其主要有边坡岩体本身的弹性应变能量释放产生的卸荷回弹及边坡随时间推移发生的蠕变变形两种形式。

2.3 岩质高边坡稳定性的分析方法

对于边坡稳定性的分析具有多种分析方法。如定性分析法、定量分析法等。需要指出的是，定性分析及定量分析两者互为关系，联系紧密。定量分析以定性分析为基础，定量分析在极大程度上又是对于定性分析的补充及完善。通俗来说，其都是以岩体结构为基本，应用岩体力学中的理论及计算方法，分析判断岩体变形破坏的形式，最终为边坡工程的设计及防护提供科学准确的依据。具体的操作中，往往是先以岩质结构分析方法判断出岩质的结构类型，根据结构类型判断其破坏的形式。在这些基础分析数据的基础上，根据力学分析计算，最终给出关于边坡稳定性的定量分析。

通过定性及定量分析，结合力学计算，最终着重进行岩石状态、性质、地下水等因素随时间变化对于边坡的影响程度，最终判断边坡稳定性的变化方向及趋势，为边坡加固及防护做出重要依据。

3 岩质高边坡防护研究

在实际的边坡防护工作中，针对边坡稳定性的影响因素，可以采取相应的措施，以保证边坡的长期稳定性。具体来说，可以有以下几种方法：

3.1 采用合理的加固措施

加固措施防护主要是为了防止边坡发生变形破坏及提高岩质边坡的稳定坡脚。具体来说，又分为直接加固、间接加固及特殊加固。直接加固主要是利用围挡墙、人造护坡、抗滑动性桩、钢锚杆及锚索对岩质高边坡进行有效防护。间接加固主要是利用边坡中的巷道、边坡钻孔等措施为边坡的地面排水，此外通过在边坡地面铺盖防渗卷毡、消减边坡高度来达到卸荷的目的。针对于特殊岩质的边坡，通过采用特殊加固的方式，如麻面爆破、压力灌浆的形式，可大大提高边坡的稳定性[3]。需要指出的是，边坡的加固并不是漫无目的的，也不是随意进行的，具体的加固处理须满足既定的条件。一是在保证边坡完整性的同时，能够对于边坡的稳定性产生较为长远的影响，否则这种防护就形同虚设。另一方面，边坡防护中应保证不会对周边环境产生破坏。最后，边坡防护应在降低成本的同时使得效用最大化。例如，边坡防护可以采用预应力锚杆及锚索相结合的锚固技术，改善岩体应力状态的同时，又能有效提高岩体的稳定性，可谓经济又有效。

3.2 落石防护措施

岩质高边坡高度一般较高。在重力及惯性的作用下，任何一块小石块在岩质高边坡上滑落下来，势能转化为动能，都有可能对底部物体产生较大破坏。而在其它因素影响下，岩块受外力作用发生脱落、人为因素如边坡维护施工等都有可能导致落石的下滑。如果在边坡的底部有铁路、公路及房屋等建（构）筑物，甚至是行人，都有可能带来巨大的灾害。在这样的不可预见因素下，采取落石防护存在必要性。可以通过设置钢丝绳防护网，将边坡进行维护，防止落石滚落至公路、铁路及房屋等建（构）筑物附近。除此以外，还可以在坡脚处修筑围墙，防止坡面岩石风化、侵蚀后的落石滚落至铁路、公路或者房屋等建（构）筑物的安全范围内。

3.3 绿化护坡

通过绿化护坡，可以有效改善岩质高边坡的土层地质状况，减少水土的流失，改善地表状况，最终提高边坡的稳定性。绿化护坡作为一种生态型的护坡方式，具有在保护生态的同时又能提高边坡的稳定性的双重功能。特别是对于岩质边坡来讲，采用植物绿化的方式，能够有效降低岩石在风化作用下的变形破坏，降低雨水的冲刷及侵蚀。而其本身所具有的绿化边坡、改善生态环境的意义远远超出于改善边坡的稳定性状况。