山区高速公路施工中的边坡稳定性分析与控制

引言

随着国家对高速公路基础设施的大力建设,高速公路已经覆盖全国大部分地区,经济基础相对落后的山区高速公路建设将是建设重点。山区高速公路建设中线路经过会对山体削切产生高边坡,由于公路路线设计中勘察资料不完全以及施工过程中不确定因素的存在,需在施工中对高边坡支护进行动态设计,保证高边坡稳定。边坡失稳会带来严重经济损失，并且引发重大安全事故，所以深入探究边坡稳定性的各种因素，剖析手段以及控制策略有着重要的理论及实际价值，本文希望全面整理边坡稳定性研究的最新成果，为山区高速公路修建提供科学依据和技术支持。

1.边坡稳定性影响因素

1.1 地质条件

地质条件是影响边坡稳定性的基础性要素，岩土体的物理力学属性直接决定了边坡的稳定性状况，不同岩性的抗剪强度，变形模量以及渗透系数等参数存在明显差别，这些参数的变动会直接影响边坡的安全系数，地质构造特征比如断层，节理，裂隙的发育情况及其产状，都会塑造潜在的滑动面或者弱化带，从而大幅度削减边坡的稳定性，而且，岩层的产状和倾角也会对边坡的崩坏形式产生影响，如果岩层的倾向和坡向一致，就比较容易产生顺层滑动现象。风化作用对边坡稳定性的影响不可小觑，长时间的风化作用会改变岩土体的结构和性质，使其强度和完整性下降，尤其是在温差大，降水多的山区，物理风化和化学风化作用更强，造成表层岩土体松散破碎，形成不稳定层。边坡的形态特征，比如高度，坡角，坡形等都会影响到边坡的稳定性，一般而言，坡越高，坡角越陡，边坡的稳定性就越差，复合坡形比单一坡形要复杂得多，它的稳定性分析就要考虑更多的因素。

1.2 水文条件

水文条件属于边坡稳定性受到的动态影响要素，地下水的存在及其变动会在诸多方面对边坡稳定状况产生影响，地下水出现时会减小岩土体的有效应力，进而削减抗剪强度，孔隙水压力增大之后，有效应力减小，也许造成边坡失稳，水具有软化效果，某些岩土体碰到水之后强度会大幅下降，泥岩，页岩等遇到水以后强度下降很厉害，地下水渗流会产生渗透力，直接关联到边坡的受力情形。降水属于影响边坡稳定的关键外部因素，强降雨会使边坡含水量迅速增多，提升孔隙水压力，而且加重坡体自重，地表径流冲刷坡脚，削减支撑，季节性冻融作用在寒冷地带同样会影响边坡稳定性，冻胀造成岩土体结构破坏，融化之后强度下降，容易诱发滑坡，水文地质情况长期变动，地下水位升降，泉水出露点变动等状况，也许预示着边坡稳定性发生改变，要予以重视。

2.边坡稳定性分析方法

2.1 极限平衡法

极限平衡法是边坡稳定性分析中最经典的也是最常用的一种，极限平衡法主要根据静力平衡条件来进行分析，主要是通过对潜在滑动面上的力和力矩的平衡来进行分析从而来确定边坡的稳定。极限平衡法的核心就是计算出滑动面滑力和抗滑力之比也就是安全系数。极限平衡法主要有瑞典圆弧法，Bishop 简化法，Janbu 法，Morgenstern-Price 法等等，这些极限平衡法中每一个都有各自假定的条间力，所以适用的工况也是不一样的。极限平衡法的优点是计算简单、概念明确，而且已经过长期工程实践的检验。它能够迅速判断边坡整体稳定性，给初步设计给予参考，但是极限平衡法也有不足之处，比如不能考量应力-应变关系，不能体现边坡变形过程，对复杂地质状况的适应能力比较差，在实际运用时，要按照边坡具体情形来选取合适分析手段，还要考虑到多种可能滑动面的情况，从而全方位评价边坡稳定性。

2.2 数值模拟法

数值模拟法是伴随计算机技术成长起来的重要边坡稳定性分析办法,常用的数值法有有限元法、有限差分法、离散元法等等,这些数值方法可以考虑岩土体自身的本构关系,地下水渗流,还有施工过程等多种因素来模拟边坡的应力场,位移场,塑性区的发展,这样就比较全面地判断边坡的稳定性状况,尤其针对复杂地质条件和非均匀的边坡来说,数值模拟法更是具有自己的优势。数值模拟法能模拟边坡的渐进破坏过程，预测潜在滑动面的位置和形状，给支护设计给予细致的依据，而且数值模拟会考虑到施工工序的影响，做动态稳定性分析，不过数值模拟对参数输入的要求比较高，计算模型和参数的精确性直接影响到分析结果的可靠性，所以，在实际工程当中，常常把数值模拟同极限平衡法结合起来用，相互印证，以此来提升分析的精确度。

3.边坡稳定性控制措施

3.1 支护结构设计

支护结构是保障边坡稳定的工程手段，挡土墙、抗滑桩、锚杆（索）、土钉墙等是常见的支护结构，挡土墙依靠自身的重量和基础的抗力来抵御土压力，适合高度不太高的边坡，抗滑桩靠桩身穿入滑动面进入稳定地层给予抗滑力，适合中深层滑坡治理，锚杆（索）凭借预应力的施加，主动加固岩土体，提升岩土体的整体性和强度。支护结构的设计要按照“ 因地制宜” 的原则来，依照边坡的地质状况，破坏模式以及工程需求来挑选合适的支护形式，在设计的时候还要考虑到支护结构和岩土体的协同工作，保证力能够有效传递，而且支护结构要有足够的强度和耐久性，可以承受长时间的荷载和环境影响，针对重要的工程，常常会采用多种支护形式组合起来的方案，从而创建起一个综合防护体系，以此来提升可靠性以及安全性。

3.2 排水系统优化

排水系统的改善是提升边坡稳定性的经济有效手段，恰当规划的排水系统能够掌控地下水位，削减孔隙水压力，明显改善边坡稳定性，地表排水系统包含截水沟，排水沟，急流槽等，用来拦截并排除地表径流，免除水流冲刷坡面，渗透进坡体，地下排水系统包含水平排水孔，排水隧洞，竖井等，用来疏排地下水。排水系统的设计应该依据详尽的水文地质调查，知晓地下水的补给，径流和排泄情况，排水设施的设置需顾及地形地貌以及水流走向，保证排水顺畅，而且排水系统要有足够的排水能力以及耐久性，杜绝被堵住或者失效，在特殊地质状况下，比如存在承压水或者多层含水层的时候，就要规划专门的排水计划，排水系统常常和其他支护手段一起应用，从而创建起整体的边坡稳定维持体系。

结语

山区高速公路边坡稳定性属于复杂的系统工程问题，要全面考虑地质、水文等诸多因素，采用恰当的分析手段与控制办法，本文细致梳理了边坡稳定性的影响要素、剖析途径及控制技术，给相关工程实际操作赋予了理论参照，科技发展促使边坡稳定性的剖析越发精准，控制手段愈发高效，日后探究应更多地着眼于多场耦合作用、新式支护材料以及智能监测技术，从而优化边坡工程的可靠度和经济性，山区高速公路建造期间的边坡稳定性问题还需工程界不断给予重视并加以研究。

参考文献

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