山区高等级公路高填深挖路基边坡稳定性研究

马超

（承德市物华商贸有限公司，河北 承德 067000）

1 高填深挖路基边坡稳定性影响因素及分析方法

1.1 边坡破坏形式及机理

1.1.1 边坡破坏形式

常见的公路边坡破坏形式有滑坡、崩塌以及坍塌，如图1所示。滑坡作为公路边坡最常见的破坏形式，其破坏力非常强，根本原因在于边坡部分岩土体沿着软弱滑动面出现的滑动现象，根据形成机理的不同可将滑坡分为牵引式和滑移式两种；崩塌是一种突发的边坡破坏形式，是边坡部分岩土体突然从坡面崩落的现象；崩塌多见于坡率较大的挖方边坡，表现为边坡上部岩土体出现突然的失稳，其主要的诱发因素是自重影响。

图1 公路路基边坡崩塌

1.1.2 路堤边坡破坏机理

路堤边坡的破坏多表现为坡脚或坡面的冲刷破坏[2]。对于靠近河流的路堤，不仅会受到雨水的冲刷，而且一旦出现强降雨，很容易在山区引发山洪，路堤的坡脚就会持续地受到洪水的冲刷而引发边坡的破坏失稳，如图2所示。而坡面的破坏则主要是受到大气降水所形成的地表径流冲刷，在坡面上形成沿水流方向的冲沟，随着冲沟的不断发展，最终导致路基的破坏。

图2 路基水毁

1.1.3 路堑边坡破坏机理

地质条件与地形地貌是路堑边坡发生破坏的直接因素，主要体现在以下几方面：（1）路堑边坡岩土体节理发育，由于风化作用降低了岩土体的力学指标，导致边坡的稳定性降低而发生破坏；（2）在施工期间路堑边坡在开挖之后未及时进行坡面防护，裸露在外的路堑边坡会因外界环境因素的影响而出现失稳；（3）发生降水时，坡面水渗入坡体内部在导致岩土体自重变大的同时还会对其造成软化，随着下滑力的增加与抗滑力的减小，边坡就会出现失稳破坏现象。

1.2 边坡稳定性影响因素

1.2.1 结构面

结构面对岩质边坡的稳定性有显著的影响，由于结构面的形状、填充物及空间分布决定了岩体的力学性质，对岩质边坡的稳定性起着决定性作用。因此，对岩质边坡进行稳定性分析并不能完全以岩石的强度为计算依据，而需要考虑结构面对岩土强度的影响。

1.2.2 水

水对边坡稳定性造成影响的根本原因是会导致边坡岩土体自重的增加与强度的降低，随着含水率的逐渐增加，自重变大、强度降低，表现为边坡下滑力的增加与抗滑力的减少，当下滑力大于抗滑力时就会导致边坡出现破坏。

1.2.3 施工因素

在施工过程中，随着边坡的开挖，会导致坡体内原有的应力平衡被打破，出现应力重分布；施工期间对坡面的防护不到位，导致坡面因自然环境的影响导致稳定性减小；对于需要进行爆破施工的岩质边坡，在爆破时所产生的冲击力也会对边坡的稳定性带来直接影响。

2 高填深挖路基边坡稳定性分析及防治措施

2.1 定性分析法

常用的定性分析法有工程类比法与图解法两种。工程类比法是以路基边坡的岩土体性质、地质构造以及有无滑坡历史等特征为基础，在以往的路基边坡工程中寻找与当前边坡类似的工程实例，分析两者之间的异同点，判断边坡的稳定性。图解法是利用赤平极射投影原理，通过将边坡产状与岩土体结构面在同一平面上进行投影，并根据两者的水平投影关系来寻找边坡的潜在滑动面，从而对边坡稳定性进行分析。

2.2 定量分析法

2.2.1 极限平衡法

极限平衡法是建立在一系列假设之上的，将计算过程进行简化为简单的力学计算，常用的有瑞典条分法、简化Bishop法以及Janbu法等。

（1）瑞典条分法

瑞典条分法是以瑞典圆弧法发展而来的计算理论，建立在相邻的土条之间不进行力的传递，且不受孔隙水压力影响的假设之上。将滑带土分为若干刚性土条，计算每根土条在极限平衡状态下的受力情况[3]。

（2）简化Bishop法

与瑞典条分法不同，简化Bishop法考虑了土条之间力的传递，但是只考虑了水平向力，并未考虑切向力。简化Bish⁃op法假设滑动面为圆弧形，且单个土条的安全系数与全部滑动面的平均安全系数相同。简化Bishop法只适用于对均质的土质边坡稳定性进行计算，不适用于存在夹层的边坡。

（3）Janbu法

Janbu法假设滑动面为非圆弧形，每个土条的安全系数等于整个边坡的安全系数，且推力线位置确定。与其他两种方法不同，Janbu法进行稳定性计算不仅要满足弯矩平衡方程，而且还需要满足静力平衡。通过迭代计算搜索最危险滑动面，该滑动面的稳定系数即边坡的稳定系数。Janbu法相比于其他两种方法计算过程复杂，但是计算结果的精确度则大幅度提高。

2.2.2 有限元法

有限元法能够对不规则形状以及非均匀岩土体边坡稳定性进行计算，而且还可以使边坡土体的应力应变关系与其吻合，可以严格按照平衡方程对边坡的受力情况进行分析计算，常用的有非线性有限元法、强度折减法以及滑裂面应力分析法。

2.3 防治措施

2.3.1 坡面防护

（1）护坡

干砌护坡适用于等级较低的道路边坡防护工作，能够最大限度降低边坡坡面受到水流的冲刷，不仅施工方便，而且还能很好地适应边坡的变形，常见的有干砌片石与干砌块石两种。浆砌护坡能够弥补干砌护坡的不足之处，可有效地封闭各种软岩与散碎挖方，防止其受到水流冲刷以及其他因素的影响而发生破坏。在路基边坡上种植草皮与植被可以起到一定的保护作用，尤其是应对雨水的冲刷，是一项常见且极为有效的措施，通常与框架格构梁等圬工结构配合使用，主要是通过植被埋藏在地下的根系来稳固坡面的表层土。对于石质边坡可采用喷射混凝土护坡，主要作用是对坡面破碎的硬质岩石进行处理，避免其在裸露状态下进一步破碎而坠落。喷射混凝土护坡的封闭性好，能够有效隔绝坡面水，加强坡面的抗风化能力。对于坡面较为破碎的边坡，可以与锚杆与锚索等配合使用。

（2）防护网

防护网有主动防护网与被动防护网两种。主动防护网适用于边坡坡面严重渗水，且有较高泄水需求的岩质边坡，通过锚杆将钢丝格栅固定在坡面，不会破坏坡面植被。被动防护网是将对整个区域进行面防护，当发生崩塌时可有效地对岩土体进行拦截，不仅工期短，而且投资相对较低。

2.3.2 坡体稳定

（1）边坡支挡

边坡支挡旨在增大抗滑力，进而达到提高边坡稳定性的目的，是公路路基边坡处治最有效最直接的方法。在实际应用中可以将各种支挡方法进行组合使用，以达到防止雨水冲刷、加固坡体与防护坡面的综合效果。

（2）边坡排水

水是影响公路路基边坡稳定性的直接因素，坡面水与坡体内部的水都会对其稳定性带来直接的影响，边坡排水包括坡表排水与坡体排水两种。其中坡表排水是对坡面水进行拦截与引导，使其快速排出，避免对坡面造成冲刷。坡体排水是对地下水进行排出，主要措施有渗沟、盲沟以及渗井等。

3 结语

随着公路建设步伐的加快，建设在山区的高等级公路也越来越多，不可避免地会遇到高填深挖路基边坡稳定性问题。作为一项常见但极为重要的问题，经过长期的研究及工程实践，已经积累了丰富的工程经验及研究方法。本文通过对高填深挖路基边坡的破坏形式、机理及其稳定性影响因素进行分析，研究了其稳定性分析方法及防治措施，旨在对山区高等级公路的建设工作提供参考。