摘要：传统的边坡监测手段主要是监测局部区域的水平位移，然而应力和应变指标则可更为直观地体现边坡的实时状态。根据光纤传感分布式监测技术的原理，建立了边坡-地基数值模型，采用水平应变的评价指标，对其变形失稳过程开展了研究。结果表明：在加载过程中，相对于水平位移指标，边坡内部的水平应变指标可以更好地体现边坡的变形失稳过程并能够预测实际破坏的滑动面。坡体内部设置的6条水平测线中最大水平应变与稳定性系数呈较好的对数拟合关系，通过比较，建议主要对坡中区域进行布线监控。
关键词：边坡-地基；应变；有限元法；稳定性系数；变形
1 引言
边坡的失稳破坏，一般都有从渐变到突变的发展过程和破坏前的某种前兆，因此，现场监测是防治边坡失稳破坏的一个主要手段，实时监测数据能够给边坡的安全稳定评价提供数据支持，是工程预警的重要支撑[1]。由于影响边坡安全的因素较为复杂，边坡岩土体的力学参数和安全状态不仅难以确定，而且也是不断变化的[2]，应依靠设置各种监测仪器对边坡的岩土体进行精细的监测，实现对边坡安全状态发展变化的监测。安全监测工作的主要目的在于掌握和预测被监测边坡的状态，及时发现可能存在的问题，指导运行调度和维护抢修等，避免危险事故的发生。
传统的边坡安全监测手段大致有两类，主要就是大地测量和物理传感器测量方法[3]。常规的大地测量方法具有测量精度高、适用范围广、数据可靠、技术成熟等优点，但同时也存在着效率低、易受环境和天气影响、作业辛苦及对监测网布设要求较高等缺点。物理学传感器方法是根据形变的物理特征，深入变形体内部获得相对变形信息，该方法具有能够长期埋设在变形体内部进行自动化观测，缺点是只能观测有限的局部变形。由于高效率及自动化的优点，后者在边坡工程运用更为广泛，目前常见的主要是借助测量或传感器等手段，主要是通过监测边坡的位移数据，通过一定的方法和模型描述边坡的变形趋势，进而对边坡进行变形预测预报。
随着光纤传感技术的高速发展，该新型监测手段逐步得到关注，运用于各种边坡、滑坡工程的监测中，主要是通过监测坡体内部的应变指标来对边坡进行实时监测。相对位移而言，应力、应变的累积更能够表征边坡劣化过程，根据应变监测结果，就有可能重构边坡内部应变场，就有望对坡体内部滑动面的进行预测并实现边坡失稳过程的评价。本文根据光线传感监测原理，基于应变评价指标，针对西南山区常见的堆载边坡，对其失稳破坏过程进行探讨分析。
2 模型与计算
建立一边坡-地基简化模型。坡顶处设一条形基础，基础紧邻坡肩且认为基础埋深为0，不考虑土体的抗拉强度，采用摩尔库伦模型进行分析计算。为达到边坡-地基灾变失稳过程的实时监测目的，于竖直方向每隔2m设一水平监测线，于坡肩处设一条垂直监测线。
采用有限元增量加载法对基础逐级加荷，每级加荷10 kPa，加荷至80 kPa时发现计算不收敛，说明此时边坡-基础已经达到破坏状态。同时，采用简化Bishop法对每级加荷时的边坡-地基进行边坡稳定计算，当基础荷载为80 kPa时，稳定性系数为1.044，可认为边坡基本处于极限失稳状态，80 kPa也是该边坡-地基结构的极限荷载值，此时地基也达到极限状态。
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在坡顶加荷过程中，边坡-地基失稳变形破坏有一个渐进性发展过程。首先在坡脚附近发生应变集中区，并随着荷载的增加，坡体的应变集中现象也越来越明显，但其并不是沿着简化毕肖普计算滑面进行滑动。实际计算的塑性区从坡脚开始发展，将逐步延伸至坡顶基础中部位置。通过计算得到有限元计算的实际滑面与测线的交点的水平坐标，发现测线上的水平应变最大值所处位置明显与有限元计算的实际的滑面相对应。此外，在基础加荷过程中，基础下方出现了明显的楔形体状塑性区，即经典极限承载力分析理论中的朗肯主动区，说明在基础加荷过程中其破坏为“边坡-地基”共同破坏机制。在荷载加至80 kPa时，边坡剪切塑性应变区并未贯通至坡顶，而是先出现了地基破坏的塑性区.
综上可说明，由于极限平衡法引入了一些关于滑动面形状、条间作用力等的简化假定，其计算的滑面较为单一，不能考虑变形协调条件及渐进破坏过程，而有限元法考虑了土体应力应变关系及变形协调问题，可以重现边坡-地基的破坏过程，且易观察破坏过程中危险滑弧的位置及演化过程。
通过水平应变的监测数据，可发现，随着水平应变峰值不断增大，边坡-地基的稳定性逐渐劣化，说明水平应变数据能够较好地反映坡体的破坏过程。
通过数据进行拟合，发现对数函数能够很好地描述两者的关系，相关系数R2均在0.9以上。根据R2的相关程度，坡体内部的相关程度较坡顶的更好。其中坡顶测线H6的相关系数R2为0.903，因为边坡潜在滑动面并未扩展至坡顶，而是条形基础先发生破坏，导致在荷载加至80 kPa时，条形基础左端水平应变响应更为剧烈。因此，在对边坡-地基监测过程中，在综合监测精度及经济性的情况下，可以主要对坡中区域布线进行监测。
综上，通过应变与稳定性的相关关系，说明采用水平应变监测数据反映边坡在不同过程中稳定状态是合理并可行的。
4 结论
采用基于应变指标的评价方式，开展了边坡-地基变形失稳的过程控制研究。得到以下结论：
（1）在基础荷载较小时，边坡-地基的塑性区是先从坡脚开始，然后朝坡顶方向向内部进行发展，随着荷载增加到一定程度时，地基下部产生楔形体状塑性区，呈边坡-地基共同破坏机制。
（2）采用水平应变指标可以较好体现边坡-地基的变形过程，坡体内部不同高程处的水平应变与稳定性系数具有较好的相关性，呈对数关系，相关系数R2均能达到0.9以上。
参考文献
[1]郑颖人,陈祖煜,王恭先,等.边坡与滑坡工程治理.北京:人民交通出版社,2007,1–28.
[2]钱家欢,殷宗泽.土工原理与计算（第二版）.北京:中国水利水电出版社,1996.
[3]贺可强,陈为公,张朋.蠕滑型边坡动态稳定性系数实时监测及其位移预警判据研究.岩石力学与工程学报,2016,
[4]孟永东,徐卫亚,刘造保,等.复杂岩质高边坡工程安全监测三维可视化分析.岩石力学与工程学报,2010,(12):2500-2509
论文作者:马河图
论文发表刊物:《基层建设》2018年第10期
论文发表时间:2018/6/5
标签：应变论文; 地基论文; 水平论文; 荷载论文; 基础论文; 过程论文; 塑性论文; 《基层建设》2018年第10期论文;