山区公路路基边坡稳定性分析与防护技术优化研究

引言

山区公路建设是我国交通基础设施建设的重要组成部分，对于改善山区交通条件、促进区域经济协调发展、推动乡村振兴战略实施具有不可替代的作用。然而，山区地形复杂、地势起伏大，地质构造多样，且常受暴雨、地震、冻融等自然因素影响，使得公路路基边坡面临着严峻的稳定性问题。路基边坡一旦失稳，不仅会造成公路损毁、交通中断，还可能引发泥石流、滑坡等次生灾害，对沿线生态环境和人民生命财产安全构成严重威胁。随着山区公路建设向更深山区和更高海拔地区推进，面临的工程地质条件愈发复杂，对路基边坡稳定性的要求也越来越高。因此，深入研究山区公路路基边坡稳定性分析方法，优化防护技术，成为保障山区公路建设与运营安全的迫切需求，也是推动山区交通事业高质量发展的关键所在。

1 山区公路路基边坡稳定性影响因素分析

1.1 地形地貌因素

山区地形地貌呈现出显著的复杂性与多样性，对路基边坡稳定性产生多维度影响。高山峡谷、陡坡峭壁等地貌形态使得边坡土体在重力作用下极易产生下滑趋势，坡度越大、高差越显著，这种下滑力就越强，边坡失稳风险也随之升高。同时，沟谷、冲沟等地貌单元改变了地表水和地下水的径流路径，加剧了对边坡土体的冲刷侵蚀作用。例如，在暴雨天气下，地表水沿冲沟快速汇聚并形成强大水流，直接冲刷边坡坡脚，削弱土体的支撑能力，进而引发边坡坍塌。此外，山区特殊的地形地貌还容易形成错落、阶地等不良地质现象，这些区域岩土体结构破碎，应力分布不均，为边坡失稳提供了潜在的滑动面和变形空间，极大地增加了边坡稳定性分析与防护的难度。

1.2 地质条件因素

地质条件是决定山区公路路基边坡稳定性的内在核心要素。岩土体类型及其物理力学性质对边坡稳定性起着关键作用。软弱的土体如淤泥质土、粉质黏土等，具有孔隙比大、含水量高、抗剪强度低等特点，在外部荷载和自然因素作用下极易发生压缩变形和剪切破坏；而岩石的风化程度、裂隙发育状况同样影响显著，强风化岩石结构松散，完整性差，裂隙密集发育的岩石边坡容易沿着裂隙面发生崩塌、滑落。此外，地质构造如断层、褶皱、节理等的存在，改变了岩土体的原始应力状态，在断层破碎带、褶皱核部等区域，岩土体破碎、强度降低，应力集中现象明显，成为边坡失稳的潜在隐患点。地质条件的复杂性使得不同区域的边坡稳定性差异显著，增加了稳定性分析和防护设计的难度。

1.3 气候环境因素

山区气候环境复杂多变，是影响路基边坡稳定性的重要外部因素。降雨作为最主要的气候影响因子，对边坡稳定性的影响尤为突出。长时间持续降雨或暴雨天气会使大量雨水渗入边坡土体，导致土体重度增加，孔隙水压力上升，有效应力降低，土体抗剪强度大幅下降，从而引发边坡失稳。此外，山区昼夜温差和季节性温差较大，岩土体在温度变化作用下不断发生热胀冷缩，致使岩土体内部产生拉应力和压应力，反复的温度循环作用会加速岩土体的风化和裂隙发育，降低其力学性能。在高海拔或寒冷地区，冻融作用频繁发生，岩土体中的水分冻结时体积膨胀，对周围土体产生冻胀力，融化时体积收缩形成空隙，经过多次冻融循环，岩土体结构变得松散破碎，边坡稳定性受到严重影响。

1.4 工程活动因素

在山区公路建设与运营过程中，各类工程活动对路基边坡稳定性有着不容忽视的影响。施工阶段，不合理的开挖和填方方式是导致边坡失稳的重要原因。例如，在边坡开挖过程中，若切坡过陡、一次性开挖深度过大，会破坏边坡原有的应力平衡状态，增加边坡下滑力；填方工程中，填方材料选择不当、填筑工艺不合理或填方速度过快，会使边坡土体承受过大荷载，引发土体不均匀沉降和变形，进而导致边坡失稳。在公路运营阶段，频繁的车辆荷载作用会使边坡土体产生疲劳损伤，尤其是重载车辆的振动荷载，会降低土体强度，加速边坡变形。

2 山区公路路基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领域应用历史悠久且广泛的经典方法。该方法基于边坡土体处于极限平衡状态这一基本假设，通过分析滑动面上抗滑力与下滑力之间的平衡关系，来评价边坡的稳定性。其核心思路是将边坡土体划分为若干土条，对每个土条进行受力分析，计算土条所受的重力、抗滑力、下滑力等，进而求解整个滑动面的抗滑安全系数。常见的极限平衡法包括瑞典圆弧法、毕肖普法、简布法等。瑞典圆弧法假定滑动面为圆弧形，不考虑土条间的相互作用力，计算过程相对简单，但结果精度有限；毕肖普法在瑞典圆弧法基础上，考虑了土条间的切向力和法向力，提高了计算结果的准确性；简布法进一步考虑了土条间力的作用方向和大小，适用于更为复杂的边坡形状和地质条件。

2.2 数值分析法

随着计算机技术的飞速发展，数值分析法在山区公路路基边坡稳定性分析中发挥着越来越重要的作用。数值分析法主要包括有限元法、离散元法和有限差分法等。有限元法是将边坡土体离散为有限个单元，通过建立单元的力学平衡方程，求解整个边坡在荷载作用下的应力、应变和位移分布，从而分析边坡的稳定性。该方法能够考虑土体的非线性本构关系、复杂的边界条件以及地质构造的影响，对复杂边坡问题具有较强的适应性，可直观呈现边坡的应力应变状态和潜在破坏模式。离散元法则基于颗粒力学理论，将土体视为由大量离散颗粒组成，通过模拟颗粒间的相互作用和运动，研究边坡土体的变形和破坏过程，尤其适用于分析土体颗粒间的接触、分离、滑动等大变形问题。有限差分法通过将求解区域划分为网格，对控制方程进行差分离散求解，在处理边坡渗流、应力变形等问题上具有一定优势。

2.3 监测分析法

监测分析法是通过对边坡的位移、应力、地下水水位等参数进行实时或定期监测，获取边坡实际运行状态信息，进而分析边坡稳定性的一种方法。常用的监测技术包括全站仪监测、GPS 监测、测斜仪监测、应力计监测和渗压计监测等。全站仪监测和 GPS 监测主要用于测量边坡的表面位移，通过在边坡上布置监测点，定期观测监测点的坐标变化，可及时发现边坡的表面变形趋势；测斜仪监测能够获取边坡内部不同深度处土体的位移情况，将测斜管埋设在边坡土体中，可实时监测土体的水平位移变化，对判断边坡内部潜在滑动面位置具有重要意义；应力计和渗压计则分别用于监测边坡土体的应力变化和地下水压力变化。

3 山区公路路基边坡防护技术优化策略

3.1 植被防护技术优化

植被防护作为一种生态友好型的边坡防护技术，通过植物根系的固土作用和植被的覆盖作用，能够有效提高边坡稳定性，同时改善生态环境。优化植被防护技术，先需根据山区的气候类型、土壤条件、边坡坡度等因素，科学选择适宜的植物种类。例如，在干旱少雨的山区，可选择耐旱性强的草本植物和灌木；在湿润多雨地区，可搭配种植乔木、灌木和草本植物，形成多层次的植被防护体系。采用先进的种植技术，如客土喷播技术，将含有植物种子、肥料、保水剂和粘结剂的客土混合物喷射到边坡表面，为植物生长创造良好条件；三维植被网技术则可增强坡面的抗冲刷能力，同时为植物根系提供附着和生长空间。

3.2 工程防护技术优化

工程防护技术是保障山区公路路基边坡稳定性的重要手段，主要包括挡土墙、抗滑桩、锚杆（索）、预应力锚索等。优化工程防护技术，需根据边坡的地质条件、受力特点和稳定性要求，合理选择防护结构类型并优化其设计参数。对于挡土墙，应综合考虑墙后填土性质、边坡高度、地下水情况等因素，选择重力式挡土墙、悬臂式挡土墙或扶壁式挡土墙等合适类型，并优化墙体尺寸、材料强度和基础形式，提高挡土墙的抗滑、抗倾覆和抗基底隆起能力。抗滑桩的优化设计关键在于合理确定桩位、桩径、桩长和间距，通过稳定性分析和力学计算，确保抗滑桩能够有效抵抗边坡下滑力。锚杆（索）和预应力锚索防护技术的优化重点在于锚杆（索）的长度、直径、锚固力设计以及张拉工艺控制，同时要加强锚杆（索）的防腐处理，提高其耐久性。

3.3 排水防护技术优化

排水防护是提高山区公路路基边坡稳定性的重要措施，通过有效排除地表水和地下水，可降低土体含水量，提高土体强度，减少水对边坡的侵蚀和软化作用。在地表水排水方面，应合理规划和设置截水沟、排水沟、急流槽等排水设施，确保地表水能够迅速排离边坡区域。截水沟应设置在边坡上方一定距离处，拦截山坡上方的地表水，防止其流入边坡；排水沟应与截水沟和路基排水系统相连通，形成完整的地表排水网络，并根据地形和水流情况合理确定排水沟的断面尺寸和坡度，保证排水顺畅。对于地下水排水，可采用仰斜排水孔、盲沟、渗井等排水措施。仰斜排水孔能够将边坡内部的地下水引出，降低地下水位；盲沟可在土体中收集和排除地下水，适用于浅层地下水排水。

3.4 综合防护技术体系构建

单一的防护技术往往难以满足山区公路路基边坡复杂的防护需求，因此构建综合防护技术体系成为必然选择。综合防护技术体系的构建需以边坡稳定性分析结果为依据，结合边坡的地质条件、地形地貌、气候环境、工程要求等因素，将植被防护、工程防护和排水防护等技术进行有机整合，形成优势互补的防护方案。在体系构建过程中，首先要对边坡进行详细勘察和稳定性评价，明确边坡的主要破坏模式和稳定性薄弱环节，确定防护目标和重点防护区域。然后，根据防护目标选择合适的防护技术，并合理确定各种防护技术的实施顺序和施工工艺。例如，对于土质边坡，可先采用挡土墙、抗滑桩等工程防护技术进行边坡加固，然后进行植被防护和完善排水系统；对于岩石边坡，可采用锚杆（索）、喷混凝土等工程防护技术与植被混凝土喷播等植被防护技术相结合，并加强排水措施。

4 结语

山区公路路基边坡稳定性分析与防护技术优化研究是一项综合性、系统性的工作，对于保障山区公路建设与运营安全、促进区域经济发展具有重要意义。未来，还需进一步加强对复杂地质条件下边坡稳定性分析理论和方法的研究，开发更加先进、有效的防护技术和材料，完善综合防护技术体系，以更好地应对山区公路建设面临的挑战，为山区交通事业的可持续发展提供坚实保障。

参考文献

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