边坡工程

边坡工程稳定性分析及治理措施摘要：随着一系列工程地质灾害的发生，边坡失稳问题已经逐渐引发大家的普遍关注。边坡失稳的防治是一项非常艰巨的任务，对边坡的稳定性分析及处治措施进行深入研究具有重要的意义。本为首先对边坡工程进行概述，然后对边坡稳定性进行分析，最后提出了边坡工程的常用治理措施。关键词：边坡工程；稳定性分析；影响因素；治理措施1引言在当前工程建设中，因场地的开挖和平整，不可避免地会涉及到边坡问题。由于受到地质条件、自然条件、人为因素的影响，边坡的失稳和破坏已成为一种常见的工程灾害。这些工程灾害不仅影响工程的工期，造成人力和财力的浪费，甚至会产生灾难性的事故，并造成重大的人员伤亡和经济上的重大损失。因此，如何进行边坡的工程设计及防护和治理，是岩土工程必须解决的重要课题之一。2边坡工程概述建筑边坡是指在建(构)筑物场地或其周边，由于建(构)筑物和市政工程开挖或填筑施工所形成的人工边坡和对建(构)筑物安全或稳定有影响的自然边坡。边坡变形破坏通常是从岩体内软弱面局部剪应力集中的区域开始，然后逐步扩展达到整体破坏，是一个缓慢的渐变过程。而破坏面的几何形状主要受边坡岩体内的软弱面组合形式控制。为了有针对性地进行边坡工程设计和治理，需对边坡的类型、边坡工程的重要性分级、影响边坡稳定性的因素以及边坡的破坏形式等进行分析。2.1边坡的类型分类2.1.1根据成因(1)自然边坡：剥蚀边坡、堆积边坡、侵蚀边坡、滑塌边坡。(2)人工边坡：挖方边坡、填方边坡。2.1.2根据组成(1)土质类边坡：粘土类边坡、碎石类边坡、黄土类边坡。(2)岩质边坡。2.1.3根据使用条件临时边坡、永久边坡。2.1.4根据高度(1)一般边坡(2)高边坡：H8m的土质边坡；H15m的岩质边坡。2.1.5根据环境条件浸水边坡、非浸水边坡。2.1.6岩质边坡(1)根据岩层结构：单层结构边坡、双层结构边坡、多层结构边坡、块状结构边坡、网状结构边坡。(2)根据岩层倾向与坡向的关系：顺坡向边坡、切向边坡、直立边坡。(3)根据岩体结构类型、结构面发育特征、主要结构面与坡向的关系以及岩体的完整性：均质边坡、类均质边坡、内倾层状边坡、外倾层状边坡。2.2边坡工程的重要性及分级边坡工程应按其损坏后可能造成的破坏后果（危及人的生命、造成经济损失、产生社会不良影响）的严重性、边坡类型和坡高等因素，根据边坡工程安全等级分类表确定安全等级。表1.边坡工程安全等级分类表边坡类型边坡高度破坏后果安全等级岩质边坡岩体类型为Ⅰ或Ⅱ类H≤30很严重一级严重二级不严重三级岩体类型为Ⅲ或Ⅳ类15＜H≤30很严重一级严重二级H≤15很严重一级严重二级不严重三级土质边坡10＜H≤15很严重一级严重二级H≤10很严重一级严重二级不严重三级破坏后果很严重、严重的下列建筑边坡工程，其安全等级应定为一级：(1)由外倾软弱结构面控制的边坡工程；(2)危岩、滑坡地段的边坡工程；(3)边坡滑塌区内或边坡影响区内有重要建(构)筑物的边坡工程。破坏后果不严重的上述边坡工程的安全等级可定为二级。2.3当前边坡工程研究的特点(1)充分利用边坡自身的承载能力组成边坡的岩土体本身就是可以利用和依靠的资源，是天然建筑材料。但是，组成边坡的土体一般自身强度不高，即使岩体也由于结构面的切割而呈现不均质和各向异性，客观条件十分复杂。因此，要在这类岩土体上建成边坡工程，必须适应当地的岩土体条件，充分利用岩土体自身的承载能力，通过各种有效的手段，使这些不均质的岩体或土体成为完整的结构。(2)先进设备、仪器、工具的广泛应用由于现代施工技术的发展，电子计算的广泛应用以及先进施工机具和试验测试仪器的不断完善，使人们有条件对极其复杂的岩土工程问题进行研究、分析和具体工程处理。为了完成这些工程任务，必须善于充分利用这些先进的手段。(3)全面研究即系统工程研究边坡工程研究涉及较多专业，如地质学、力学、工程学等，需要深入研究它们之间的内在联系。单学科的研究是必要的基础条件，但是还需要将众多单学科结合起来这个充分条件。只有在这样的必要条件和充分条件均具备的情况下边坡工程问题研究才能落到实处。由于边坡工程涉及的专业覆盖面非常宽，应尽量避免孤立地研究问题，因此，边坡工程研究强调建立研究系统即针对不同的岩土体条件建立相应的研究系统。⑷全面研究并掌握工作重点由于边坡工程涉及专业面非常宽，研究工作又不可能面面俱到，因而，必须掌握工作的重点，否则，工作量将十分巨大，工作也可能杂乱无章、事倍功半。因此，研究边坡工程，既要将它们有机地结合起来，又要掌握重点，这是岩土工程的灵魂。⑸多学科知识和广泛的工程实践经验由于岩土条件各异，各岩土体工程性质差异较大，因此，掌握多学科知识以及广泛的工程经验，是从事岩土工程研究的科技人员所必需的基础条件。2.4边坡工程研究内容及意义边坡稳定问题是工程建设中经常遇到的问题，例如建筑的切坡、水库的岸坡、渠道边坡、隧洞进出口边坡、拱坝坝肩边坡以及公路或铁路的路堑边坡等，都涉及到稳定性问题。边坡的失稳，轻则影响工程质量与施工进度，重则造成人员伤亡与国民经济的重大损失。因此，不论土木工程还是水利水电工程，边坡的稳定问题经常成为需要重点考虑的问题。国际上将滑坡(崩塌)、泥石流和火山、地震并列为全球性地质灾害。随着物质文明的提高和科技的进步，对边坡的应用和研究也就越发充分和完善。但总的来说，目前对边坡工程稳定性分析和处治技术的研究还是较为薄弱的，存在实践超前理论的现象，因而研究各种不同类型边坡的稳定性及其有效防治技术具有广泛的理论意义和应用价值。3边坡工程稳定性分析3.1边坡稳定性的分析方法⑴工程地质分析法：该方法是早期研究边坡稳定性的一种主要方法，是工程技术人员在从事大量生产实践活动和资料调查基础上积累的经验方法。针对某种边坡，拟定边坡稳定的坡脚值，将影响边坡稳定性的因素作一些对比分析，采用类比地质条件的稳定边坡值。如砾石路堑边坡可以采用工程地质分析法确定边坡坡度，参考当地自然山坡或人工边坡，以及边坡的相关地质构造、水文地质条件等情况，选择合适的稳定边坡值，也可以采用岩石力学的方法进行分析验算。⑵边坡极限平衡法。极限平衡法是根据边坡上的滑体或滑体分块的力学平衡原理(即静力平衡原理)分析边坡各种破坏模式下的受力状态，以及利用边坡滑体上的抗滑力和下滑力之间的关系来评价边坡的稳定性。极限平衡法是边坡稳定分析计算的主要方法，也是工程实践中应用最多的一种方法。⑶边坡可靠性分析法。边坡工程是以岩土体为工程材料，以岩土体天然结构为工程结构，或以堆置物为工程材料，以人工控制结构为工程结构的特殊构筑物。这些构筑物都程度不同地存在组成和结构上的不均匀性，天然边坡尤为突出，因为构成边坡的地质体经受长期的多循环的地质作用，而且作用强度不一，且又错综复杂，致使它们的工程地质性质差异很大。现阶段边坡可靠度分析的常用方法有蒙特卡洛模拟法，可靠指标法，统计矩法以及随机有限元法。3.2边坡稳定性的影响因素：⑴地质构造。地质构造因素主要是指边坡地段的褶皱形态、岩层产状、断层和节理裂隙的发育程度以及新构造运动的特点等。通常在区域构造复杂、褶皱强烈、断层众多、岩体裂隙发育、新构造运动比较活跃的地区，往往岩体破碎、沟谷深切，较大规模的崩塌、滑坡极易发生。⑵岩体结构。不同结构的岩体，物理力学性质差别很大，边坡变形破坏的性质也不同。⑶风化作用。边坡岩体，长期暴露在地表，受到水文、气象变化的影响，逐渐产生物理和化学风化作用，出现各种不良现象。当边坡岩体遭受风化作用后，边坡的稳定性大大降低。⑷地下水。处于水下的透水边坡将承受水的浮托力的作用，使坡体的有效重力减轻；水流冲刷岩坡，可使坡脚出现临空面，上部岩体失去支撑，导致边坡失稳。⑸边坡形态。边坡形态通常指边坡的高度、坡度、平面形状及周边的临空条件等。一般来说，坡高越大，坡度越陡，对稳定性越不利。⑹其他作用。此外，人类的工程作用、气象条件、植被生长状况等因素也会影响边坡的稳定性。3.3边坡失稳的原因：边坡失稳的原因归结为内因和外因两类，内因是变化的根据，外因是变化的条件，内因通过外因起作用。(1)影响边坡稳定的内因，主要表现为地质条件对边坡工程的影响。由于地质构造的作用，促使岩土体的完整性和强度劣化，结构面的切割，岩土成碎块而降低了岩体的完整性；由于地下水的作用，使岩土体的强度降低；岩土体的不同组成成分，造成了相对薄弱环节等。(2)影响边坡的外因、气候条件和人为的施工因素的影响①外界气候等自然条件的变化，土体时干时湿、收缩膨胀、冻结、融化等使土质变松，强度降低；②降雨，雨水渗入岩土体中，使其强度降低；③人工开挖破坏了岩土体原有的应力平衡状态，如人工开挖边坡引起应力释放形成的滑坡，以及开挖切割坡脚形成的滑坡；不同的边坡开挖程序对边坡的稳定影响也不同，这是因为开挖不断引起地应力的释放，随时间和空间而引起地应力场的变化。其次，开挖引起的岩体自重变化，使边坡结构及其相互间的力学关系包括不连续面或层理的受力情况发生变化。④坡顶上附加荷载的作用；⑤附近施工引起的震动对边坡的影响。临近边坡爆破时，破坏岩体的完整性，造成台阶边坡的不稳定；⑥施工时大爆破引起岩体的松动等。爆破震动效应主要表现为：距震源带一定距离的范围内由于受冲击波和爆炸气浪产生的高温、高压的影响，岩体出现挤碎和开裂等非弹性效应，形成破碎带；对整体边坡，由于爆破地震波的作用，使边坡岩体产生剪应力和拉应力，扩大岩体的节理裂隙，出现新的裂隙，降低了岩体强度，有可能造成边坡失稳；开挖爆破将不可避免地改变岩体地下水情况，包括裂隙对水量的分布以及渗透压力的影响，含水量对软弱层面的影响等。此外，爆破还有加快滑移速度的作用。爆破挖除减少了覆盖层的约束力，而靠近坡脚的爆破开挖又对整个岩坡的约束力再次降低。这样，已经不稳定的岩体滑动所释放的能量向外传播，使其周围再移动，因而进一步扩大了滑坡范围和速度。总之，岩质边坡的爆破破坏是在爆炸力作用下岩体原有的节理和破碎带运动以及完整岩石中隐节理运动的结果。3.4边坡的破坏形式岩质边坡破坏形式通常有崩塌、滑坡和泥石流。对软岩来说，大多数边坡破坏是滑动，即滑坡。滑坡的发育程度与类型特征主要取决于岩石特性、软弱结构面的存在及其坡面之间的空间组合关系。边坡在自然及人为因素作用下的破坏形式主要有滑坡、塌陷、崩塌、剥落等形式。4边坡工程治理措施建筑边坡支护技术，涉及工程地质、水文地质、岩土力学、支护结构、锚固技术、建筑材料工程、施工及监测等多门学科，边坡支护理论及技术发展也较快，部分工程实践存在超前现象；但因勘察、设计、施工、监理、监测、管理和维护不当，部分已修的支护结构工程质量低劣，已建的边坡工程中时有垮塌事故和浪费现象发生，造成国家和人民生命财产严重损失，滋生了社会不安定因素，同时遗留了一些安全度、耐久性及抗震性能低的边坡支护结构物带来了严重的安全隐患。正确、合理、经济地设计边坡工程，确保建筑物工程的安全是每一个工程技术人员都关注的问题。对边坡进行稳定分析以后，若边坡不稳定或有潜在失稳的可能，而边坡的破坏将导致建筑物破坏、道路阻塞或其他重大损失时，一方面要加强监测，同时应根据边坡岩体的工程性质、环境因素、地质条件、植被完整性、地表水汇集等因素进行综合治理，采用防治措施来改善边坡的稳定性。4.1边坡防治常用措施的分类边坡防治措施分类方法很多，一般有按支挡结构的材料、结构形式、设置位置、设置地区等进行划分的多种方法，常见的有：(1)按结构形式划分：重力式挡土墙(包括衡重式挡土墙)、悬臂式挡土墙、扶壁式挡土墙、加筋土挡土墙、锚定板挡土墙、抗滑桩加桩板式挡土墙、锚杆挡土墙、土钉墙、预应力锚索加固技术和由此发展而来的锚索桩等桩索复合结构、桩基托梁挡土墙。(2)按设置支挡结构的地区条件划分：边坡防治措施可分为一般地区、地震地区、浸水地区、以及不良地质地区和特殊岩土地区等。(3)按支挡结构的材料划分：边坡防治措施可分为浆砌片石支挡结构(如浆砌片石挡土墙)和混凝土支挡结构(如混凝土挡土墙、桩板墙、抗滑桩等)、土工合成材料支挡结构(如包裹式加筋土挡土墙)以及复合型支挡结构(如卸荷板式或托盘式挡土墙、土