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摘要：随着国民经济的蓬勃发展，我国的基础建设工程也不断在增多。而在工程建设过程中，由于工程进行填筑、开挖，往往会形成一些岩质高边坡，这些高边坡的稳定性一旦出现问题，会对整个工程建设带来巨大的安全威胁。因此，必须加强对岩质高边坡稳定性的研究分析，并采取有效的措施对其进行加固防护，保障工程的顺利开展。
关键词：岩质高边坡；稳定性分析；支护设计
引言
岩质高边坡在长时间暴露在自然环境下，受到自然外力如：氧化腐蚀、昼夜的影响下，使得岩质边坡的稳定度难以持久保持在一个稳定的水平，长期受到这些自然外力的影响边坡易发生变形甚至破坏。国内外大量的实践经验证实，在利用技术手段将影响岩质高边坡稳定性的因素及潜在的危害程度进行明确后，能够作为评估和预测高边坡稳定性的重要依据，便于构建完善的地质灾害预防体系。
1岩质高边坡稳定性分析
1.1关于传统有限元稳定性分析法
数值分析方法主要研究岩体中应力和应变的变化规律，通过某种方法求得边坡的变形规律和应力分布，求解边坡的稳定系数。岩土材料的本构关系模型发展较为完善；计算机的迅猛发展为数值计算提供了良好的条件；勘察、试验的手段和大型有限元软件程序发展已经相当成熟，这些有利条件为数值分析方法的发展提供了优越性。有限元法是数值分析中常用的一种方法，它也是发展最为完善，它可以处理岩体的各向异性、不均匀性、不连续性等造成的复杂边坡工程问题；可以确定边坡的拉裂、压碎区和塑性区；可以得出不同边坡的位移场、应变场和应力场；可以明确边坡初始破坏位置和展现边坡渐进破坏过程；可以模拟不同工况、施工加固措施以及非线性力学本构模型等问题。
1.2关于刚体极限平衡方法
当前边坡稳定性的刚体极限平衡分析方法中仍然有很多不足之处有待改善。主要有：①岩质边坡破坏并非是各点同时破坏，而是局部到整体，拉剪应力逐渐释放与转移的过程，但刚体极限平衡分析方法破坏的标准是按照滑动面同时破坏而制定的，无法考虑边坡的渐进破坏过程；②刚体极限平衡方法分析时，在选取岩土体强度参数时，强度参数仅能使用一个值，要么是峰值强度，要么均采用残余强度，没有考虑峰值强度向残余强度的变化；但实际上，随着边坡的渐进破坏，其相应的强度从峰值强度逐渐转化为残余强度；③由于边坡地质条件复杂，受开挖过程以及开挖引起的岩土坡体应力变化、加固措施和时机、强降雨和地震等外界条件的影响，其坡体应力随其荷载、含水率、变形等不断变化。而极限平衡方法对此是一种粗糙的近似模拟。刚体极限平衡方法的使用范围和评价方法有很大的局限性，只能模拟均质性较强的岩土质边坡，而真实岩质边坡的各向异性、非均质的性态及其连续变形与非连续变形的破坏模式却无法模拟。岩质高边坡的失稳模式往往是变形和破坏相结合的一个渐进过程，其破坏机制非常复杂，仅通过一个安全系数评价岩质高边坡的失稳破坏会导致岩质高边坡的稳定性评价的盲目性。由此，数值分析方法得到了长足的发展与推进。
1.3数值模拟分析法
（1）有限单元分析法：有限单元分析法是指在岩质高边坡稳定性分析过程中，将被分析的边坡区域划分为有限的单元区域。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆通过分析各个单元区域内滑动面的有关参数来确定滑面单元区域的正应力，包括滑动面的长度、黏聚力、边坡饱和条件及各单元区域的具体水位值等，同时还可利用摩尔-库伦破坏理论对滑动面的稳定系数进行计算。（2）离散单元分析法：离散单元分析法的运用流程为：列出刚性块体各自的运动方程-描述整个岩体运动的状态-计算出块体各自的运动参量。这种分析方法的基本原理是基于一种假设，较适用于破碎介质的边坡稳定性分析中。
1.4超载法
超载法是在假定边坡岩体强度参数不变的基础上，逐级加大引起边坡失稳的荷载，通过量测边坡达到临界失稳状态的荷载与边坡正常工作荷载之比来计算稳定系数。寻求边坡整体滑移时相应的超载倍数F，以此作为边坡整体抗滑稳定超载安全系数。超载法的求解，有时仅在增大下滑力的工况下求解边坡安全系数，如式；有的考虑了同时增大下滑力和抗滑力的工况，如式，但无论采用何种增大力的方式，滑动面上的下滑力和抗滑力均同时增大相同F倍，这与工程实际并不相符。式中：nσ为任一点处的正应力；τ为任一点处的剪应力；S为滑动面曲线。有限元超载法中最主要的缺陷是成倍增大工程荷载，造成边坡内的应力、应变场失真，致使塑性破坏区并非局限于边坡的潜在滑移面处。在分析边坡稳定性时，安全系数计算结果受所增加的荷载方向的影响较大，边坡处于复杂的工程环境中，不仅受竖向自重荷载，有时会遭遇暴雨水荷载和地震等工况，受力方向不明确。然而，超载法定义中并没有明确的计算方向性，多种工况同时作用时，超载法很难同时兼顾多方向的荷载施加，因此，超载法的概念和力学含义与工程实际不太相符。这些缺点使得有限元超载法无法精准得出边坡的整体安全系数，该方法更适用于均质边坡或坡体受力均匀的黏性土质边坡。
2边坡防护
以某一边坡为例：边坡支护高度最高达72.2m，且一侧为油罐区，安全等级为一级。本着“固脚强腰”，加强截、排水的原则，考虑到地形、地质条件及设计红线的要求，边坡支护设计如下：第一、二、三级边坡坡率采用1：0.75，第四级边坡坡率采用1：1，第五级（最上一级）边坡坡率采用1：1.5。第二、三级边坡之间设置4m宽碎落台，其余为2m宽碎落台，每一级边坡高度为15m，每一级碎落台上均设置平台排水沟。综合考虑本边坡的地质、地形特点，第一级边坡为锚杆框架支护，采用长度为9m的Φ25全粘结型锚杆；第二级边坡为锚索框架支护，锚索采用长度为20m的4φs15.2（1×7φ5）预应力锚索；第三级为锚索框架支护，锚索采用长度为22m的4φs15.2（1×7φ5）预应力锚索。框架梁横向间距为3m，竖向间距为4.69m，在节点处设置锚杆或锚索。框架采用C25混凝土现浇。锚杆框架截面尺寸为30×40cm，锚索框架截面尺寸为60×60cm。在横梁与竖肋交界处采用20×20cm倒角。井字形框格中间采用培土加三维网喷播植草坡面防护，防止雨水冲刷坡体。第四级为短锚杆框架支护，采用长度为6m的Φ25全粘结型锚杆。第五级（最高一级）边坡采用培土挂三维网喷播植草绿化，防止雨水冲刷坡面。坡顶外5m设置截水沟，平台上设置排水沟。截水沟采用C25钢筋混凝土浇筑，坡顶截面小，往坡底流水方向截面逐渐变大。截水沟分段长度超过200m且无出水口的位置设消力池。边坡坡面采用跌水沟，将坡面水及截水沟中的水引至油罐区四周截洪沟中排出。排水沟采用C15混凝土浇筑。采用GEO-SLPOPE/W软件计算，边坡按上述方案支护后，滑面位置向破内移动，边坡安全系数有所提高，安全系数为：1.426（大于规范规定的1.35），满足规范的要求。上述支护方案有效提高了边坡稳定性。
结语
随着社会经济的高速发展，各种工程项目日渐增多。在工程建设过程中，受到工程建设或者自然因素的影响，岩石高边坡出现滑坡、垮塌等自然灾害的情况越来越多，给工程的建设带来巨大的安全威胁。因此，加强对岩质高边坡稳定性分析，并采取有效的措施对其进行加固防护具有重要的现实意义。
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论文作者:孙海露
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第8期
论文发表时间:2018/10/30
标签：稳定性论文; 荷载论文; 应力论文; 方法论文; 安全系数论文; 强度论文; 刚体论文; 《建筑细部》2018年第8期论文;