边坡稳定性分析及加固措施

边坡稳定性分析及加固措施

郭哲

三峡大学湖北宜昌443000

摘要：边坡是自然或人工形成的向一个方向倾斜的陡坡,是人类工程活动的基本地质环境之一，稳定的边坡可以为我们的生活带来许多便利，但是边坡一旦失稳，造成的后果也是难以估量的。因此,分析边坡的稳定性并借此来避免边坡的破坏具有重大意义。

关键词：边坡稳定性；分析；措施

1、边坡的稳定性影响因素

一直以来,工程界一直采用安全系数,即结构产生抗滑力/导致结构破坏的下滑力来表征边坡的稳定性,当边坡自身的实际安全系数大于规范规定的安全系数时的,边坡就是稳定的,相反的话边坡就会丧失其稳定性。边坡的稳定性受许多因素影响,但总体而言能划分为两种类型:即自然因素和人为因素,它们都能够影响边坡的抗滑力或者下滑力,继而改变边坡的实际安全系数来产生作用的。

(1)自然因素。自然因素主要包括:岩土体性质、地质构造、以及地表水和地下水。岩土体性质主要是指岩土体的坚硬程度、完整程度、抗风化能力、水理性质、强度、硬度等,这些因素都会影响边坡自身的稳定性。地质构造主要指边坡构造特点、褶皱形态、岩层产状、断层和节理裂隙是否完全发育。通常来说,一个边坡所处环境内的地质条件越复杂其自稳能力就越弱。地表水会对坡体表面进行冲刷,不断带走岩土体并增加坡表的风化作用,或者通过自身重力作用,致使边坡的下滑力增加;而地下水的渗透会改变岩土体的应力状态,进而减小颗粒的有效应力,使得滑坡更容易发生。

(2)人工因素。人工因素主要包括:开挖和堆载。开挖会打破坡体内部的力学平衡,进而导致应力的二次分布,而原本稳定的边坡在发生应力改变后往往有失稳的危险。另外,由于工程中地形条件的限制,往往不能及时的运输开挖的岩土渣，这时,为了加快工程进展,通常会采取堆载的方式,而一旦堆载的岩土体过多,就会对坡体产生较大的侧向土压力,边坡就会因此发生失稳破坏。

2、边坡稳定性分析方法

目前研究边坡稳定性的方法主要有瑞典圆弧法、简布法和毕肖普法等方法,他们依据不同的假定来计算边坡的安全系数,但是由于实际边坡的受力复杂、假定方法多样、应力应变呈非线性关系等问题,采用人工计算的方法往往较难得出准确结果,故而数值分析的方法在研究边坡稳定性时得到了广泛的应用。下面介绍种常用的数值分析方法:

(1)有限元法。有限元法是指假定边坡由若干个小单元构成,然后通过各个基本单元的受力状态和位移特征来推求整体的力学特征与几何形状,其具体步骤如下:a.根据实际条件建立边坡模型b.将模型划分为若干个单元并根据结构力学方法建立单元刚度方程c.确定各个节点的等效节点荷载d.建立总纲方程e.计算力学参数。

(2)有限差分法。有限差分法开始是用于数学中推求常微分或偏微分方程(组)的数值解的一种方法,之后随着边坡工程的不断发展,有限差分法在边坡稳定系分析特别是边界条件的处理时体现出了较大的优越性并得到广泛应用,其具体步骤如下:a.根据实际条件建立边坡模型并划分网格b.采用常用的差分代数式得到节点方程c.优化边界条件并推导边界格式。

3、边坡加固措施

实际工程中,为了满足相应规范的设计要求并预防边坡破坏,往往需要对现有边坡进行加固改造,主要措施如下:

(1)设置挡土墙。挡土墙是指支承边坡土体并防止其变形失稳的构造物,主要有以下几种类型:

a.重力式挡土墙。重力式挡土墙主要是指依靠墙体本身重力来维持稳定的挡土墙,一般由一下几个部分组成：墙身、基础、排水管、伸缩缝与沉降缝。墙身是挡土墙的主要结构,会受到来自边坡岩土体的侧向土压力,为了满足强度要求,一般需采用C15及以上等级的混凝土。另外,采用重力式挡土墙作为支护时,需要对墙顶宽度、墙面坡度、上下墙的高度以及基础形式进行合理选择。

b.锚杆式挡土墙。锚杆式挡土墙主要是依靠预制的钢筋混凝土本身的强度及锚杆抗拉性能确保平衡。

c.薄壁式挡土墙。薄壁式挡土墙指用钢筋混凝土做成悬臂式或加设中间支撑的扶壁式整体的轻型挡土墙,其所需费用也相对较高。

(2)排水设施。地表水和地下水对坡体有着较大的影响,为了让边坡土体能够充分发挥其自身承载能力,往往需要对边坡进行排水处理。对于地表水而言,为了防止其下渗到墙体内部影响内部岩土体之间的摩擦性,往往采用直接修建排水沟的方法将水从坡表直接排出到。而对于地下水来说,为了保持内部颗粒之间的有效应力,一般采用盲沟或者水平排水廊道将水从坡体中引出。

(3)坡率法。对于一般黏性岩土质边坡来说,坡内岩土体会因为粘聚力而保持相对稳定,但是因为不同岩土体的粘聚力不同,形成的边坡的坡率(即边坡高度与边坡宽度的比值)不同,故不同边坡的稳定性也不一样。坡率法是指通过削坡减载来改变边坡的坡率,进而让边坡在内部岩土体的相互作用下保持稳定,并且不用额外施加支护设施,因而坡率法是处理滑坡最有效、最经济的措施,但是削坡会引起边坡应力的重分布,所以在不良地质条件下坡率法不应作为首要选择。

(4)生态护坡。近年来,由于工业化建设的日趋发展,环境破坏也愈发严重,而边坡作为基本地质现象之一,在我们生活中随便可见,因此,采用环境友好型的护坡措施就显得十分重要,故而生态护坡应运而生。生态护坡是指结合生态学与力学知识对边坡进行支护,使得护坡工程能够满足环保的要求。边坡开挖以后,种植的植物会利用其根系在土体中不断扩展并形成牢固的根系网，使得土体的涵养能力和粘聚力提升,并达到稳定性的要求。而为了加速植物的生长,达到更好的护坡效果，往往会在混凝土中添加一些营养剂。生态护坡可根据施工方法的不同分为点植类绿化技术、铺挂类绿化技术、喷播类绿化技术三大类,并满足相应的设计要求:a.开挖前应对当地的植被类型与气象条件进行调查并据此选用相应的护坡植物,并满足经济型与适用性的要求。b.采取的护坡植物应该具有多样性,因为单一物种的稳定性较差。c.生态护坡后的景观应与当地的景观相融合,不能突兀。

4、结论

边坡的稳定性影响因素主要有自然因素和人工因素两大类,这些因素的波动会改变结构的下滑力或抗滑力,继而影响边坡的安全系数,而一旦安全系数低于某一阈值,边坡就会失稳并可能造成较大的灾害。为此,边坡开挖前必须对边坡的稳定性进行评估,一般采用数值分析的方法计算出边坡的安全系数,并将计算出的结果作为施工的依据。在发现边坡的安全系数不满足要求时,要对边坡进行加固处理,并根据实际地质状况选用不同的加固措施,使之达到相应的工程要求。