坝坡的边坡稳定性分析与防护加固

坝坡的边坡稳定性分析与防护加固

杨相前    

身份证号：320722197707260053  东海县青湖镇水务站

摘要：坝坡稳定是水利工程中很受关注问题，坝坡失稳造成的滑坡运动不仅引起局部环境破坏，还危害和威胁人民生命财产的安全及经济建设的发展。本文主要从边坡稳定性及防护加固两方面分析，希望为水利事业添砖加瓦。

关键词：坝坡；稳定；加固

1边坡稳定性分析

1.1确定性分析方法

（1）极限平衡理论

极限平衡理论的主要思想是将滑动土体进行条分，根据极限状态下土条受力和力矩的平衡来分析边坡的稳定性。根据对平衡方程组增设的边界条件不同，又分为如下几种方法。

瑞典条分法：该法假定滑裂面为圆弧面，不考虑条间力，其安全系数为滑裂面上的抗滑力矩与滑裂面以上土体的滑动力矩之比，用总应力法求得给定滑裂面的安全系数，再经反复试算比较确定出边坡的最小安全系数。

简化毕肖普(Bishop)法：该方法假定条间力水平，即只考虑水平推力而不考虑竖向剪力，故安全系数为整个滑裂面的抗剪强度与实际剪应力之比，然后用试算-迭代法求得边坡的最小安全系数。

简布普遍条分法：简布法假定滑体中推力线已知，利用力矩平衡条件把条间竖向剪力表示成水平推力的函数，适用于最一般的情况。利用该法不仅可求出滑裂面平均安全系数及应力分布，还可求出各分界面上的抗剪安全系数作为校核。

（2）塑性极限分析和模糊极值理论

1952年，杜拉克(Drucker)和普拉格(Prager)提出塑性极限分析法[2]，其最大优点是考虑了材料应力)应变关系，并利用极限状态时自重和外荷载所做的功等于滑裂面上阻力所消耗的功为条件，结合塑性极限分析的上、下限定理求得边坡极限荷载与安全系数。由于塑性极限分析所得的解为浮动于某一范围的模糊极值解，所以孙君实提出了滑动机构的概念，并证明了给定滑动机构的耗散功能定理，即滑坡极限分析的极大值定理。将该定理/模糊化得到给定滑裂面安全系数的模糊极大值定理，再把极大的概念模糊化为滑体内力状态的模糊状态条件，并构造模糊函数和模糊约束条件，提出安全系数的模糊解集和最小模糊解集的概念，从而建立土坡稳定分析/极大中极小0问题的模糊极值理论。这一理论使长期以来条分法研究在假定多余未知函数方面存在的随意性问题得到了较好的解决。

（3）有限单元法

塑性极限分析法和模糊极值理论考虑的是土体完全塑性时的应力)应变关系，故无法考虑土体的实际非线性应力)应变关系，更无法分析稳定性随变形而发展的实际情况。D.v.格里菲恩等人对有限元法和极限平衡法在二维条件下计算获得的边坡安全系数作了各种数值比较，并得出结论：在估算边坡安全系数方面，采用弹塑本构模型的有限元法是一种值得信赖的方法。用该方法可对二维或三维范围内的边坡安全系数进行预测，即利用有限单元法，考虑土的非线性本构关系，求出各单元的应力及变形后，便可以根据不同强度指标确定破坏区的位置及破坏范围的扩展情况，并设法将局部破坏与整体破坏联系起来，求得合适的临界滑面位置，再根据力的平衡关系推得整体稳定的安全系数。

1.2不确定性分析方法

边坡稳定性工程地质评价是一项复杂的综合评价过程，其复杂性主要表现在：系统规模较大;评价指标的类型以及度量标准不同;指标的描述方式不同(有定性、半定量、定量多种形式);评价信息往往不完整。由于边坡本身物质组成的复杂性、多样性以及众多的影响因素，人们难以用确定性分析方法对它进行精确的描述，因而其研究方法从确定性分析方法发展到不确定性分析方法，并且为了克服边坡稳定性工程地质评价的随意性和不确定性，人们尝试应用数学方法对整个评价过程进行定量或半定量描述，并获得了较大进展，如：模糊综合评价、灰色分析理论、信息量模型法、数量化理论方法以及定量表格法等等。

（1）模糊综合评判方法

不同的边坡有不同的内部构造和不同的地质作用，处于不同的应力、变形状态;同时不同类型的边坡其稳定性影响因素也各不相同，如土质边坡，其稳定性主要取决于土体性质与地下水活动情况。这些不同的影响因素对边坡稳定性的影响程度是不同的，分属不同的层次和类别。为了便于区分各因素在总的评判中的地位和作用，对每一个因素赋予不同的权值。为了更全面地考虑所有因素的影响，可以采用二级综合评判模型。模糊综合评判的主要思路是，首先建立评判因素集，如对土质边坡可建立评判集为：(土的粘聚力，土的天然容重，地下水影响系统，坡高，总坡度和内摩擦角)：建立权重值，根据评判因素的重要程度，赋予每类因素以相应的权值。

（2）灰色分析理论

灰色系统理论提出了一种新的系统分析方法。该方法可在不完全的信息中，对所要分析研究的各因素，通过一定的数据处理，在随机的因素序列间，找出它们的关联性，发现主要矛盾，找到主要特性和主要影响因素。用于边坡稳定性评价的参数，其实测值或者统计值均存在着主观和客观的不确定性，各指标值所反映的岩土性质，只有部分是清楚的，而另一部分是非确知的，都是一些灰数。

2边坡加固技术分析

2.1边坡种草防扩

种草防护适用于边坡稳定，坡面冲刷轻微，且宜于草类生长的土质路提与路堑边坡，用以防止表面水土流失，固结表土，增强路基的稳定性。经常浸水或长期浸水的路堤边坡，种草不宜生长，不宜采用种防护。边坡上已扎根的种草防护，可容许缓流水短时冲刷。选用草籽应注意当地的土壤和气候条件，通常应以容易生长、根部发达、叶茎低矮、枝叶茂密或有匍匐茎的多年生草种为宜。常用的月白茅草、毛鸭嘴、鱼肩草、果圆、雀稗、鼠尾草和小冠。最好采用几种草籽混合播种，使之生成一个良好的覆盖层。种植时草籽宜掺砂或与土粒拌和，使之播种均匀，播种时间以气候温暖、温度较大的季节为宜。

2.2混凝土抗滑桩

抗滑桩是穿过滑坡体深入稳定土层或岩层的柱形构件，用以支挡滑体的滑动力，一般设置于滑坡的前缘附近，起稳定边坡的作用，用于正在活动的浅层和中层滑坡效果较好。为了能使抗滑桩更有效的防止滑坡，在设置时应将桩身全长的1/3~1/4埋置于滑坡面以下的完整基岩或稳定土层中，并灌浆使桩和周围岩土体构成整体，并设置于滑体前缘部分，使其能承受相当大的压力。

2.3混凝土挡墙

混凝土挡墙是借助自身的重量以支挡滑体的下滑力的一种有效防止滑坡的常用方法，并可与排水等措施联合使用。它能有效地从局部改变滑坡体的受力平衡，阻止滑坡体变形的延展，具有结构简单，能快速起到稳定滑坡作用等优点。

在设计混凝土挡墙时。应根据最低滑动面的形状和位置来设计挡墙基础的砌置深度，并在墙后设置泄水孔，使其不仅能削弱作用于挡墙上的静水压力，还能防止墙后积水浸泡基础而造成的挡墙滑移。

3结语

总之,我们应当认识到人类对地质体的认识还很肤浅,要达到用精确的数学模型来模拟边坡稳定性问题,其路还很长。在目前的研究阶段,解决实际问题在很大程度上是靠各种经验或与事实的类比。因此,我们认为在此需要特别一提的是对长期以来边坡研究积累的大量现场实录资料(成功或失败的)和实践经验进行系统研究,建立基于“满意解”的有效专家系统将是一项非常有理论价值与实际意义的研究工作,它应是边坡稳定性研究的一个不容忽视的重要发展方向。

参考文献

[1]罗海东,袁翠平.双向水泥土搅拌桩加固软土边坡的应用研究[J].东北水利水电,2023,41(11):56-57+70.

[2]唐先习,李昊杰,李明泽等.地聚物固化黄土力学性能及边坡稳定性研究[J/OL].湖南大学学报(自然科学版),1-12[2023-11-20]

[3]赵地,郝枫楠.黄土高陡边坡水毁生态修复综合治理技术研究与应用[J].水利技术监督,2023,(10):123-128.

[4]任毕云.消落区复合地基上路堤边坡抗滑稳定性研究[J].中国水运(下半月),2023,23(11):115-117.

[5]贾起超,郝喆,孙杰等.不同修复工况下破损山体公路边坡稳定性评价[J].环境科学导刊,2023,42(05):68-73.