公路路基边坡稳定性分析及防治措施

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　　摘要：本文阐述了公路边坡问题的研究现状及公路边坡设计特点和要求，并对边坡岩体的变形现象、边坡的变形与破坏、失稳边坡的判断等方面进行了分析，同时提出公路边坡防护从设计到施工，应紧紧抓住设计对象的地质，水文，气候等自然条件特点，搞好公路建设，以保证公路路基边坡的稳定性。
　　关键词：路基、防治破坏；边坡稳定；稳定性分析；滑面
　　引言：路基是路面结构的基础，近些年道路工程技术人员在路基研究方面取得了许多突破性的进展。路基强度及稳定性：确定以回弹模量作为评价路基强度与稳定性的力学指标，并形成了成套的室内外试验标准方法和仪器。文中就路基的边坡稳定性分析及防治工程设计和治理措施提出一些建议。
　　一、公路边坡现状及防治工程
　　1、公路边坡问题研究现状
　　研究分析阶段：人们已逐渐认识到岩体结构对边坡稳定的控制作用。边坡稳定性的可视化建模和非线性理论评价阶段：大量基础资料的积累和边坡工程实例的增加，使得可视化建模在边坡稳定性评价和治理中的应用将表现出较强的实用性和光明的应用前景。
　　2、公路边坡工程设计的特点和要求
　　（1）边坡工程设计的特点
　　非标准设计：不同类型的边坡有不同的特点，同类边坡和灾害也会因形成条件、成因机制、稳定状态等的差异而具有各不相同的特点，边坡治理工程设计对每个边坡的治理部位和范围、采取的方案和措施也是互不相同的。所以，边坡治理工程设计属非标准设计，必须对每个边坡进行具体的针对性设计。风险性设计：a.不稳定边坡都是不良的复杂地质体；b.治理工程承受来自边坡体和外界的各种荷载，不仅自身应具有足够的抗变形和破坏的能力，而且还要求下伏的地质体也具有优良的性质；c.边坡治理工程技术迄今还是一门不严谨、不完善、不成熟的科学技术。因此，边坡治理工程设计必然存在着相当大的风险性。应急设计：边坡形成虽然都有一个较长的孕育过程，但其发生灾害却往往具有突发性。为了防止边坡地质灾害的发生或减轻其危害程度，在边坡灾害发生前后开展的防治工程设计，不少情况下具有应急设计的特点。此种情况下，通常是边勘察、边设计、边监测、边施工。综合防治设计：单一的治理工程措施有时难以承受来自边坡体和外界的荷载，从而导致工程失效。因此，针对每个边坡的特点，在不同部位采取不同的措施，进行综合防治是非常重要的。即使工程投资不能一次到位，也应在治理方案的基础上，进行分解，采取分期、分步实施的办法进行综合防治。
　　（2）边坡工程设计的基本要求
　　1）在特殊荷载组合条件下，防治工程仍能保证灾害体的整体稳定性，不致造成危及人员生命等重大的地质灾害。2）在正常荷载组合条件下，防治工程应保证灾害体无明显的破坏，不会造成危及建筑物安全的地质灾害。3）应注意与公路、当地环境发展相适应，与市政规划、环境保护、土地管理和开发相结合，并在安全、经济、适用的前提下尽量做到美观。
　　（3）防治工程设计的依据和基础资料
　　1）地形资料：地形图及平面、高程控制。2）气象水文资料：气温、降雨、冻结深度、暴雨；水文、流量、淹没、冲淤等。3）防治工程勘察资料：地质体的类型、年代、成因、产状、分布；岩土的工程性质及变异性；地质构造的性质、展布及对工程的影响；自然或人为不良地质现象及对工程的影响；地下水类型、水位及埋深、动态、补给排泄条件及地层渗透系数；水与土对建筑材料的腐蚀性；地震基本烈度，地震动参数；特殊岩土的测试与评价。
　　二、路基边坡稳定性分析方法
　　路基边坡稳定性分析按破坏类型大致可以分为以下两大类：力学分析法和工程地质法。
　　1力学分析法
　　1.1数解法。该方法是假定几个不同的滑动面，按力学平衡原理对每个滑动面进行边坡稳定性分析，从而找出极限滑动面，按此极限滑动面的稳定程度来判断边坡的稳定性。按滑动面的形状可以分成平面破坏（直线破裂面）和非平面平破坏（圆弧破裂面）。1.1.1平面破坏边坡稳定性分析。平面破坏的边坡稳定性分析方法：分为无张拉裂隙坡体的稳定性分析及有张拉裂隙坡体的稳定性分析。所谓无张拉裂隙平面破坏：是坡体土沿一近似直线的破裂面滑动，从而发生滑移破坏。有张拉裂隙坡体破坏是由于收缩及张拉应力的作用，在边坡坡顶附近或坡面，可能发生裂隙，从而产生的滑移破坏。平面破坏的边坡稳定性分析方法适用于砂土和砂性土（两者合成砂类土），土的抗力以内摩擦力为主，粘聚力甚小，边坡破坏时，破裂面近似为一直线。
　　1.1.2非平面破坏的边坡稳定性分析。
　　所谓非平面平破坏：是指边坡在外力和自身重力的作用下，坡体沿不规则的破裂面发生滑动，从而产生滑移破坏。其分析方法分为圆弧滑面分析法和非圆弧面分析法。最典型的圆弧滑面的稳定性分析法有：瑞典条分法（W.Fellenius）和毕肖普法（A.W.BshopMethod）。瑞典条分法假定土坡稳定分析是一个平面应变问题，因此其滑面是圆弧形。将圆弧滑动面上的土体划分为若干竖向土条，依次计算每一土条沿滑动面的下滑力和抗滑力，而后叠加计算出整个滑动体的稳定性。由于瑞典条分法略去了土条间的作用，即其对每一土条的力的平衡条件是不满足的，对于土条本身本身的力矩平衡也是不满足，只是满足整个滑动土体的力矩平衡条件。而毕肖普法的则是考虑了条间力的作用，其假设每个分割的土条都与土坡具有相同的安全系数，当土坡的安全系数Fs>1时处于稳定状态，Fs=1时为极限平衡状态，Fs<1时为失稳状态。安全系数的求解可以采用试算法和迭代法。非圆弧滑动面的稳定分析方法主要有詹布法
　　1.2图解或表解法。该方法是在计算机和图解分析的基础上，制定成图或表，用查图或查表法进行边坡稳定性分析。此法简单，但不如数解法精确，主要的图解法有以下2种：1.2.1诺模图法：该法就是利用一定的诺模图或关系曲线来表征与边坡稳定有关参数间的关系，并由此求出边坡稳定安全系数，或根据要求的安全系数及一些参数来反分析其它参数（φ、C、结构面倾角，坡角，坡高等）的方法。1.2.2投影图法：该法就是利用赤平极射投影的原理，通过作图来直观地表示出边坡变形破坏的边界条件，分析不连续面的组合关系，可能失稳岩土体形态及其滑动方向等，进而评价边坡的稳定性，并为力学计算提供信息。常用的有赤平极射投影图法、实体比例投影图法、Markland J J投影图法等。
　　2工程地质法
　　该方法是根据不同土类及其所处的状态，经过长期的的生产实践和大量的质料调查，拟定边坡稳定参考数据，在设计和施工过程中，将影响边坡稳定的因素做比拟，采用类似条件或周边地区的稳定边坡值。主要工程地质法有以下两种：
　　2.1自然（成因）历史分析法。该方法主要根据边坡发育的地质环境、边坡发育历史中的各种变形破坏迹象及其基本规律和稳定性影响因素等的分析，追溯边坡演变的全过程，对边坡稳定性的总体状况、趋势和区域性特征作出评价和预测，对已发生滑坡的边坡，判断其能否复活或转化。它主要用于天然斜坡的稳定性评价。
　　2.2工程类比法。该方法实质上是利用已有的自然边坡或人工边坡的稳定性状况及其影
　　响因素、有关设计等方面的经验，并把这些经验应用到类似的所要研究边坡的稳定性分析和设计中去的一种方法。通过这些分析，来类比分析和判断研究对象的稳定性状况、发展趋势、加固处理设计等。在工程实践中，既可以进行自然边坡间的类比，也可以进行人工边坡之间的类比，还可以在自然边坡和人工边坡之间进行类比，是目前应用较广泛的一种边坡稳定性分析方法。

　　三、边坡的变形与破坏分析及治理措施
　　1、边坡岩体变形现象
　　（1）跟趾压碎、压裂与跟踵的拉裂相互促进，其最后结果导致整体碎裂崩溃。（2）下部有软弱基座，上部为硬脆性坡体的二元结构边坡类型。下部软弱基座的力学强度低，流变性强，抗风化能力差，且又处于受力最大之处，是整个坡体内的最薄弱部位。（3）在坡体应力、卸荷、风化和水的长期作用下，坡面附近的软弱基座岩体将首先产生伴有侧向粘性流动变形的压缩流变。
　　2、边坡的变形与破坏分析
　　（1）内在原因：边坡在形成过程中，其内部原有的应力状太将发生变化，引起应力重分布和应力集中等效应。为适应这种应力状态的变化，边坡将发生不同形式和不同规模的变形与破坏。
　　（2）外部因素：各种自然应力和人类工程活动也可造成边坡外形、内部结构及应力状态的变化，这些应力则是推动边坡演变的外部因素，如降雨，地震，人工加卸载等。
　　（3）坡变形破坏单元的简单划分：a.拉裂，为拉断破坏；b.蠕滑，为剪切变形破坏.c.弯曲，系指弯曲变形；d.塑流，系指岩土体中软弱层（带）的压缩和向临空或减压方向的塑性流动。
　　3、可能失稳边坡的判断
　　（1）边坡本身并无失稳迹象，但边坡附近与边坡土质相同的山体，有坍塌、滑动等地质灾害发生，由此认为边坡存在着失稳的可能性。
　　（2）边坡上曾有小范围的开裂、少量的坍塌，经过放缓边坡坡度、改善防排水设施等措施后，虽未根治但已经消除了失稳迹象，在边坡加固防护前，坡面上已无严重开裂、坍塌、滑动等边坡失稳情况。
　　（3）边坡虽无失稳迹象，但地质不良，经工程勘察和稳定性分析，天然边坡处于极限平衡状态或在地下水和降雨影响下处于不稳定状态。
　　（4）满足上述条件的边坡，当地下水条件改变、岩土体风化情况加剧或其他降低边坡稳定性的条件出现时，边坡上的岩土体就可能发生坍塌、滑动、碎落等地质灾害，造成边坡失稳。
　　4、治理措施
　　（1）排出边坡下部岩层交界面处的地下水，防止其进一步软化和掏蚀。
　　（2）设置地面排水系统和封堵地表裂缝，防止雨水继续入渗。
　　（3）对表层强卸荷岩体适当削坡减载，采用锚固方法对整个边坡进行加固处理。
　　（4）边坡加固机理。a.改变边坡几何形态：削减推动滑坡区的物质，对于岩质边坡大多在边坡的中上部放缓边坡，而滑坡体多是消减滑面陡倾区的边坡岩土体；采用反压的方式增强滑坡稳定区的物质；减缓边坡的总体坡度；b.边坡排水：有效的排出边坡的地表水以防止降雨入渗增加坡体的重量和使边坡岩土体弱化，采用的方式是在坡体中和坡体外围修建排水沟；排出坡体内部的地下水，一般采取水平或垂直的排水钻孔、盲沟等.c.支挡结构：采用的支挡结构物有重力式挡土墙、抗滑桩、现浇混凝土连续墙、加筋土挡墙、岩石坡面防护网；d.边坡内部加强：采用内部加强的主要措施有岩石锚固、土锚钉、预应力锚索、灌浆等.e.边坡的稳定与治理工程。
　　总之，搞好公路建设，确保路基边坡稳定，安全，搞好环境保护，要深入了解现场，针对不同的工程土质，水文，气候等特点设计灵活的防护形式，并加强施工管理，这样，才能建设―条安全之路，生态之路，人文之路。

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