岩土工程中高填方边坡的稳定性分析与治理措施研究

张海洋

摘要：在岩土工程施工中如何对高填方边坡的稳定性问题进行妥善解决，保证在岩土工程施工中边坡施工的安全性，是岩土工程中边坡应用工程的重要内容。论文对边坡稳定性分析的相关理论进行了阐述，对影响土质高边坡稳定性因素以及边坡变形的原因进行了分析，结合北方地区工程施工的实际情况，选择科学合理的措施对高填方边坡进行加固，并对高填方边坡治理的相应措施进行研究。

关键词：岩土工程;高填方边坡;稳定性

随着我国基础设施的快速增加，机场、高速铁路、高速公路等重点交通设施以及城镇化的建设已从平地向地质地貌条件较为复杂的丘陵和山区扩散。这不可避免地形成了大量的高填方。山区高填方工程具有填料特殊、填方量大、填方高度和边坡高度高、顺坡填筑的结构形式等特点。这些特点使得山区高填方工程极易因不均匀沉降、地震、地下水侵蚀等引起裂缝。高填方发生损害后不及时治理，在强降雨或长时间降雨的极端条件下会发生失稳滑坡等灾害。因此，高填方边坡破坏后，其滑坡时间预测是避免财产损失和人员伤亡的有效方法。

1 边坡稳定性分析

边坡稳定分析方法经过不断的研究和发展，目前主要采用极限平衡法，极限平衡方法作为定量分析的一种常用方法，可以对边坡的稳定性进行量化分析，是一种被广泛应用的边坡稳定分析方法。极限平衡分析方法可以针对岩土体边坡的稳定性进行准确的分析，极限平衡分析方法中的瑞典条分法是基于圆弧滑裂面的一种边坡稳定性分析方法。瑞典条分法的原理是先对边坡的单位长度进行选取，然后把计算分析中的空间问题转变为简单的平面问题进行解决。例如，选取一段可能发生变形的圆弧滑裂面，然后对滑动的土体沿着滑裂面，以竖直向上的土条的形式进行划分。对土条进行受力分析得出安全系数：

式中，F 为安全系数;i、j 为进行划分的土条的编号;E_T为总体的下滑受力;T_i为岩土地基内的抗滑力;T_j为高边坡填土内坑的抗滑力。瑞典条分法比较适合应用于对具有黏性特点的岩土边坡土体进行分析。

在边坡稳定性分析中极限平衡分析方法中的简布法，主要应用于对滑动面非圆弧形的边坡稳定性进行分析。简布法采用迭代计算的方法进行求解，选择很多的滑动面来计算，选取安全系数最小的滑动面作为边坡危险滑动面，这时选取的边坡安全系数才是和实际情况最接近的安全系数。简布法可以满足全部的平衡条件，这样在计算结果上相对要准确。

2 影响边坡稳定性的因素分析

2.1 边坡的工况条件

边坡的工况条件主要指边坡所受水及外荷载的影响。边坡坡体后方地下水位的变化、地表水的径流量、季节性融雪洪水等情况是影响边坡稳定的重要因素，它们在对边坡产生作用的同时，还对边坡的物理力学指标产生很大的影响。边坡的外荷载指边坡荷载及坡后传递荷载，主要影响下部边坡的稳定性。根据区域水文地质条件，榆树沟横穿校区中部，将其一分为二，校区位于河谷阶地上，与沟底高差7.0～20.0m，现状榆树沟为土沟，上游为私人建造的库普水库（榆树沟水库），最大库容为40×104m3，夏季洪水时威胁校区安全，为减少洪水对校区造成的危害，对横穿校区的榆树沟进行防洪治理。本次治理长度为0.89km，考虑上游库普水库存在溃坝隐患，经计算溃坝时最大洪峰流量为Q=109.06m3/s，按校区及校区下游水磨沟区的社会经济指标，确定防洪标准重现期为100年一遇。工程等别为Ⅲ等，工程规模为中型。主要建筑物为3级。

2.2 边坡环境因素

本高填方边坡位于低山之间，场地经人为建设，原始洪沟被回填整平，现状周边地形较为开阔。边坡现状坡度为30.5°～40°，边坡顶高程939.21～943.44m，坡底高程911.27～932.28m，相对高差为10.9～29.03m。周边建筑物与边坡的位置关系为：运动场距离边坡边缘约30m，运动场主席台距离边坡边缘约18m，学生宿舍楼距离边坡边缘约30.0m，校园道路及供热站位于坡顶边缘，水磨沟区高层住宅楼位于坡底，距离坡脚最近约18.0m左右。

3 高填方边坡治理措施

3.1 边坡治理设计选型

（1）抗滑桩支挡设计：抗滑桩主要承受水平荷载，可对其按照弹性桩理论进行计算。布设抗滑桩时，要综合考虑边坡的地质条件、滑动面坡度、滑动土层的厚度、桩所受到的推力的大小等因素。桩间距可按两桩间土体与两侧被桩所阻止滑动的土体的摩阻力不少于桩所承受的滑坡推力来估算，以使桩间滑体具有足够的稳定性。根据经验，对于土层或软质岩层，锚固深度取l/3～1/2桩长比较适合。（2）“坡率+格构式锚杆”支挡设计：坡率法是控制边坡的高度和坡度、无需对边坡整体进行支护而自身稳定的一种扔放坡设计方法。但是，单独采用坡率法的可靠性很低。本工程采用坡率法提高边坡的稳定性，降低边坡的下滑力后，再采用格构式锚杆支挡结构，控制边坡的稳定，确保达到安全可靠的效果。根据场地岩土条件，建议杂填土放坡坡率不小于1∶1.25。（3）边坡上部“坡率+格构式锚杆”+边坡下部“抗滑桩”复合支挡设计：对本工程边坡上段采用“坡率+格构式锚杆”，提高边坡的稳定性，降低边坡的下滑力后，边坡下段再采用“抗滑桩”支挡结构，控制边坡的稳定，确保达到安全可靠的效果。在边坡支挡设计阶段，对上述3种支挡结构，应结合现场工程条件，进行相关经济技术比较，择优确定最适宜的支挡结构。

3.2 高填方边坡治理措施研究

在北方岩土工程施工中根据边坡地质条件的实际情况，对边坡可能发生的变形破坏采取工程治理措施。在岩土工程中边坡稳定性被破坏而发生变形主要原因是因为岩土体发生破坏而造成的。提高岩土体的抗剪能力，有利于增强岩土体自身的应力强度，并提高了岩土体边坡的稳定性。边坡地层的结构物质中含有很多特殊的风化矿物质成分，这样在边坡体内容易形成滑动带，提高了边坡滑动发生的概率，所以边坡地层岩性对边坡稳定性具有很大的影响。锚固工程治理措施可以对边坡预应力损失的情况进行预防，可以适用于边坡浅层的保护。抗滑桩工程可以对边坡的滑动进行控制，在边坡体内设置抗滑桩，可以加强边坡坡体的稳定性。抗滑桩工程实施过程中，在坡脚固定抗滑桩的同时还要结合土体削坡一起使用。护坡工程可以有效地防止边坡表面层的破坏，对边坡进行适当的保护。护坡工程在实施的过程中可以通过削方措施对坡面进行保护。另外，水会对边坡面产生冲刷的影响，导致岩土边坡的整体性被破坏，边坡失去原有的稳定性。排水工程可以防止水对边坡稳定性的破坏，采用坡内排水等施工措施保证边坡岩体的干燥，进而降低水对边坡稳定性的破坏作用。

4 结语：

（1）低山、丘陵区的高填方边坡工程是岩土工程的复杂课题，在边坡设计、施工时，应充分考虑影响边坡稳定性的因素包括：①边坡岩土体强度、压缩模量、密实度等工程特性指标;②边坡的表面形态与几何尺寸（边坡的坡度、高度、断面形状）;③边坡所受水及外荷载的作用的工况条件。合理进行边坡支挡设计选型。（2）在低山、丘陵地区，根据建设场地规划条件及社会经济指标，确定相应的防洪标准。进行防洪治理设计，能够消除了洪水对建设场地造成的危害，为基本工程建设、使用提供基础条件。（3）从影响边坡稳定性的因素分析入手，采用工程類比法、瑞典圆弧条分法、整体圆弧滑动法（稳定数法）等不同理论方法，对现状高填方边坡进行稳定性分析计算和评价，并估算了滑塌区范围。为后期边坡治理支挡设计提供了科学依据。

参考文献：

[1]吴凯.黄土沟谷区高填方地基变形及稳定性研究[D].长安大学，2018.

[2]王昊.西南山区机场高填方边坡稳定性影响因素研究[D].成都理工大学，2018.