岩土工程中高填方边坡的稳定性及治理措施分析

2022-04-16胡军

科技创新导报 2022年25期

胡军

（江西省地质建设投资集团有限公司江西南昌 333000）

由于区域的不同，在岩土工程建设中，存在着高填深开挖的问题，从而造成了岩土工程中的高边坡。在现有的工程建设项目中，仍然存在大量的高填方边坡。原状土经处理后，可用于填筑工程。但是，由于其原有结构已被破坏，工程特性会有一定差异，土与岩石颗粒之间存在孔隙，难以压实。在岩土工程中，填土质量对高填方边坡的稳定性有着严重的影响。如果不能进行有效的处理，在斜坡上存在着许多的安全问题。因此，边坡的稳定性直接影响到工程施工和基础设施的正常运行。在岩土工程中，对边坡加固的工程措施进行了优选，并对其力学性能进行了数值仿真和分析。

1 岩土工程中高填方边坡的稳定性的概述

1.1 高边坡

高边坡是指在土质边坡高度超过20m 或100m 以下的边坡，或在30m 以下的岩质边坡。边坡高程系数是边坡稳定的主要因素。边坡的稳定分析和防护加固工程的设计，必须分别进行或专门设计。

1.2 边坡

在岩土工程或工程地质（地质工程）的研究领域中，所谓“坡度”通常是指天然斜坡，平台边坡、堆积流堆积体、人工边坡（由交通道路、露天开采、工地和地基等构成）的边坡形态统称［1］。它也可以广义地定义为地球表面上一个倾向于面向天空的地质体，主要由坡顶、坡面、坡脚和下部一定范围内的坡体组成。边坡分类有很多种，按坡高可分为低坡、高坡和超高坡；根据边坡产生的原因，可分为人工边坡和自然边坡；按物质组成可分为土质边坡、岩质边坡、二元结构边坡等。边坡常见的危险类型有：风化剥落、流石流泥、落石、崩塌、倾倒、崩塌、屈曲、滑动、滑动、滑坡、错列等11类。

1.3 边坡稳定性的理论分析

影响边坡稳定的因素很多。由于地层岩性的差异，边坡工程边坡的变形破坏形态也不尽相同。坡体的几何形态和地表形态对其稳定性有很大的影响。斜坡越高，边坡与崩塌顶板间的应力区间越大，边坡的剪应力越大。由此可以推断，斜坡的稳定性会随斜坡的增大而变差。岩层的褶皱形态对坡体的变形有很大的影响。在地质条件复杂的情况下，边坡的稳定性一般很低。在岩土工程中，岩土体受水的作用是引起边坡失稳与变形的主要原因。水和岩石、土壤中的矿物质会产生物理或化学作用，从而使岩石和土壤中的矿物质元素改变，从而使岩石和泥土断裂或松动。边坡的稳定也受地震和爆炸等因素的影响。爆炸引起的震动会使边坡的应力分布发生变化，爆炸会使土壤中的微粒相互结合，这将极大地降低岩土的抗剪承载能力，使其发生几何形变，从而对其稳定性产生直接的影响［2］。

1.4 高填方边坡在岩土工程中的应用

我国2/3的土地都是山区和丘陵地带，山区和丘陵地带地势起伏，形成了复杂的地形。近几年，随着城市化进程的加快和人口的增多，各种类型的建筑物都在扩建，部分区域的高填土边坡也逐渐变成了土地承重的建筑物。道路、住宅楼、机场和其他建筑物经常位于高填土边坡的顶端。高填土边坡一旦发生失稳，必然会给居民的生产、生活带来极大的危害。因此，在进行岩土工程时，应结合具体情况，采取相应的措施，以进一步改善边坡的稳定性，促进社会稳定发展。

2 影响斜坡稳定性的几个因素

边坡的稳定性受多种因素的影响，其中包括：岩土结构、地质构造、风化、水、人为因素、地应力。

（1）岩土构造：岩土的构造形式和构造表面是其强度最薄弱的方面。岩土力学性能的非连续、非均匀性是其重要原因。同时，边坡与岩土结构面之间的关系对边坡的稳定起着重要作用。岩体的构造特征、产状、成因等因素对岩体的稳定性有较大的影响。

（2）岩土特性：岩土特性是边坡稳定的主要因素。不同类型的土体具有不同的物理机械特性，从而影响边坡的稳定。比如，滑坡的稳定性通常是在土坡上出现的，而崩塌主要是由于岩石的不稳定。若斜坡硬度较低，易风化、易腐蚀、稳定性差、强度低的岩土体构成的边坡稳定性差。反之，若采用具有较好物理机械性能的土体，则因其岩石特性的差异，其稳定性较好［3］。

（3）水的作用：水对岩石的物理机械性能有一定的影响，因此，对边坡的稳定性也有一定的影响，包括降雨、地表水、地下水三大类，其中，降雨为主要影响因素。

（4）风化：在坡面上，由于长期与外部环境的接触，使其产生了缓慢的物理化学作用，从而形成了疏松的沉积物。风化作用是一种缓慢的作用，它会导致斜坡上的坚硬岩石失去其原有的强度，进而导致滑坡的稳定性下降。

（5）地质结构：边坡的地质结构也会影响边坡的稳定。总体上，在构造复杂、褶皱多的区域，边坡处于不稳定状态，新构造频繁发生。

（6）人为：人类不断地进行工程建设，以发展生产。边坡开挖或回填均会对边坡产生一定的外力，从而影响边坡的稳定。在土石方开挖时，由于人工破坏了土体本身的应力平衡，导致边坡原有的稳定性下降。但是，人们还是会通过土钉、抗滑桩、锚索等方法来有效地改善边坡的稳定性。

（7）地应力：是指在没有受到外界干扰的情况下，岩石内部的初始应力，地心引力、地热以及其他因素对地球造成的压力。剧烈的地应力作用会使岩石的物理性能发生变化，从而使其物理和机械性能发生变化。在土方开挖过程中，地应力是影响边坡稳定性的最主要因素。

3 高填方边坡在岩土工程中的稳定性改进

在岩土工程建设中，由于地形、地貌等因素的影响，存在着高填深开挖的问题。尽管在工程实践中，可以在原状土处理后进行填方工程，但由于其原有的结构状况已被破坏，导致后期工程中易发生压实，从而对高填方边坡的稳定产生不利影响。为了防止高填方边坡的安全隐患，必须采用科学的治理措施［4］。

做好岩土工程，边坡稳定是关键。当然，要提高边坡防护效果，采用边坡防护、螺栓加固防护、立柱防护等物理技术可以提升整体边坡防护效果。此外，还可以通过植保技术和多种边坡绿化方法进行防护、稳定边坡，使边坡稳定性得以提高。

3.1 岩土工程中的护坡技术

3.1.1 边坡稳定技术

主要的边坡防护技术如下。第一，先喷砂浆，再喷混凝土。主要用于易风化开裂的边坡，对岩石进行深度风化，保持边坡稳定，保护边坡不倒塌。当然，单独喷洒混凝土会对公路环境造成严重的不良影响，消耗大量原材料，因此在施工时应注意。第二，勾缝和灌浆。主要用于较硬且不易风化的岩质边坡，是多节理裂缝边坡的尖头技术和节理裂缝大而深的边坡的注入技术。第三，修筑防护墙。适用于严重风化的软岩斜坡，防护墙应建在比较稳定的斜坡段上，以保护斜坡免受侵蚀。

3.1.2 螺栓加固与防护技术

锚杆加固保护技术可以保证破碎结构的硬岩和分层结构的不连续土层处于稳定状态，其是利用锚杆的强度来克服破碎岩层的外力，使边坡具有更稳定、更紧凑的效果。

3.1.3 立柱防护技术

柱护技术可以防止滑坡的发生，它包括以下种类。（1）防滑挡土墙。其是放置在滑坡的前缘并且必须深埋在滑坡面以下的承重层中，以免被推离滑坡体。该技术采用重力法，利用墙体的重量来抵消滑块向外的力，以保持坡度稳定。（2）防滑柱。防滑桩深埋在稳定滑体中，滑坡的推力通过桩与围岩的夹挤作用传递到稳定土层，然后稳定土层的锚固作用于稳定土层，使斜坡处于稳定保持状态。

3.2 边坡维护中的生物防护技术

采用生物技术和生物工程技术，可以有效改善边坡的岩土结构，保持水土环境组成稳定，从生态层面保证边坡不受破坏，更好地治理边坡环境，为各岩土工程的发展提供了极大的便利。其包括以下方面。

3.2.1 草坪保护

此方法必须在相对稳定的山坡环境中进行，同时针对不同种类边坡，草坪的养殖技术也不同。例如：在松散的表面斜坡，就可以通过人工播种特定的草籽，利于生长；而遇到岩土结构较硬的边坡，则必须是进行移栽，利于存活；而对于工作环境恶劣的斜坡，则是要进行无人机喷洒草籽；对于容易受到暴风雨侵袭的斜坡，在斜坡上铺设植草胶带，则可以更好地防止雨水撞击斜坡。草坪防护技术简单易行、经济实用，既能保证坡面处于稳定状态，又能保持良好的环境，可以推广大力利用。

3.2.2 植树保护

在缓坡上植树，可使坡面更加稳定，防止坡面被水流侵蚀严重。当然，种植的树木也必须是低矮的灌木，根系发达，枝叶茂盛，才能在山坡上稳定生长。另外，防止严重的边坡侵蚀，保持良好的水土环境，还可以采用新型防护材料的三维网格加固边坡，使地面环境更有利于草种在网格中快速生长，既保护环境，同时也可以维护边坡稳定，一举多得。