王余慶 （合肥工大工程試驗(yàn)檢測(cè)有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230009）

0 前言

隨著時(shí)代進(jìn)步，社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平提高，巖土工程也有了進(jìn)一步發(fā)展。尤其近年來，為了滿足社會(huì)發(fā)展需求，巖土工程數(shù)量不斷增多，但同時(shí)工程的施工難度不斷加大，而且還在一定程度上對(duì)巖石邊坡造成破壞，影響邊坡的穩(wěn)定性，提高危險(xiǎn)指數(shù)。為了解決這一問題，不僅要對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行分析，而且還要有效監(jiān)測(cè)。

1 巖土工程中邊坡穩(wěn)定性分析

1.1 巖土工程中邊坡穩(wěn)定性影響因素

1.1.1 外部因素

在巖土工程中，外部環(huán)境對(duì)邊坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生了一定影響。其中，影響最大的是自然降水。不同地區(qū)具有不同的氣候類型，因此其降水量也是存在一定差異的。不同的降水量對(duì)邊坡的影響也不一樣。

例如，當(dāng)雨水滲透到土體中，會(huì)促使土體空隙壓力逐漸呈上升趨勢(shì)。在這種狀況下，其自身應(yīng)力是比較低的，很難確保邊坡的穩(wěn)定性，進(jìn)而加大巖土工程施工難度。

同時(shí)，坡體植被對(duì)其穩(wěn)定性也具有重要影響。另外，雖然風(fēng)蝕作用對(duì)邊坡的影響不大，但它會(huì)不斷促使邊坡土層結(jié)構(gòu)面規(guī)模擴(kuò)大，在這種情況下，對(duì)邊坡也會(huì)造成一定程度上的破壞。

1.1.2 內(nèi)在因素

邊坡的形態(tài)與邊坡的穩(wěn)定性是息息相關(guān)的，邊坡的坡度與其穩(wěn)定性成正比。也就是說，邊坡的坡度越陡，其穩(wěn)定性越差。另外，影響巖土工程邊坡穩(wěn)定性的因素還包括水文地質(zhì)條件，例如，徑流、水的補(bǔ)給等。主要是當(dāng)水文地質(zhì)條件發(fā)生變化時(shí)，其地下水的富集度也會(huì)發(fā)生一定的改變[1]。因此，不僅會(huì)使結(jié)構(gòu)面與軟弱夾層的抗剪強(qiáng)度降低，也會(huì)提高邊坡失穩(wěn)的可能性。

1.2 邊坡穩(wěn)定性分析方法

本文主要以黃土邊坡為例，對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行分析和計(jì)算。

1.2.1 黃土邊坡狀況

黃土及黃土狀土的分布面積大概在64×104km2左右，具有垂直節(jié)理、大空隙特點(diǎn)。并且有很大一部分都屬于濕陷性黃土，已經(jīng)達(dá)到了總面積的3/4。并且其邊坡是比較陡的，受地下水因素影響比較大，邊坡的穩(wěn)定性較差，甚至已經(jīng)遭到了嚴(yán)重的破壞。

1.2.2 瑞典圓弧法

瑞典圓弧法是分析邊坡穩(wěn)定性的主要方法之一。在實(shí)際應(yīng)用中，首先根據(jù)巖土工程的實(shí)際情況，假定滑動(dòng)面上方土壤劃分成n個(gè)土棒，而且該土棒是垂直狀態(tài)的。其次，在對(duì)土條間作用力忽略不計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)每個(gè)土層上的作用力進(jìn)行探究，進(jìn)而可以了解土體穩(wěn)定的安全系數(shù)。最后對(duì)其安全系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，因此還要借助計(jì)算公式K=抗滑力矩/滑動(dòng)力矩，進(jìn)而可明確邊坡的狀況。相對(duì)而言，該方法是比較簡(jiǎn)單的，是比較常用的。因此在對(duì)黃土邊坡分析中，也可以運(yùn)用該方法對(duì)其邊坡的穩(wěn)定性開展分析和計(jì)算。同時(shí)也可以結(jié)合簡(jiǎn)化Bishop法進(jìn)行計(jì)算，借助Flac3D對(duì)個(gè)別斷面進(jìn)行驗(yàn)證。例如，針對(duì)以下2組數(shù)據(jù)的邊坡穩(wěn)定性計(jì)算，第一組：斷面其平臺(tái)寬度為3-3-3-8-3-3，單級(jí)坡高為8-8-8-8-8-7.5,穩(wěn)定系數(shù)Flac3為1.45、Bishop為1.43。第二組：斷面平臺(tái)寬度為3-3-3-8-6-3，單級(jí)坡高為8-8-8-8-8-5穩(wěn)定系數(shù)Flac3為1.49、Bishop為1.53。通過對(duì)這一計(jì)算結(jié)果分析可知，其穩(wěn)定系數(shù)是比較低的，因此可以推斷黃土邊坡的穩(wěn)定性是很差的。

1.2.3 極限平衡法

極限平衡法的應(yīng)用主要是在靜態(tài)平衡原理基礎(chǔ)上進(jìn)行。在邊坡穩(wěn)定分析中，不僅要了解邊坡的應(yīng)力，并且還要明確其抗滑力。在此基礎(chǔ)上，確定二者的關(guān)系，借助滑動(dòng)體分塊的力學(xué)平原理進(jìn)行計(jì)算。在計(jì)算過程中，十分可能遇到非靜態(tài)問題，這時(shí)就需要借助邊坡的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系進(jìn)行解決。雖然會(huì)在一定程度上對(duì)其分析和計(jì)算的嚴(yán)密性造成破壞，但是對(duì)邊坡穩(wěn)定性計(jì)算精度的影響并不大。

2 巖土工程邊坡監(jiān)測(cè)方法

在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的今天，邊坡監(jiān)測(cè)新技術(shù)也層出不窮，其監(jiān)測(cè)方法也呈現(xiàn)了多樣性特點(diǎn)。例如，聲發(fā)射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、邊坡穩(wěn)定監(jiān)測(cè)系統(tǒng)都在邊坡監(jiān)測(cè)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[2]。

2.1 邊坡穩(wěn)定監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

邊坡穩(wěn)定監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有較強(qiáng)的監(jiān)測(cè)功能，因此可以將其應(yīng)用到巖土工程邊坡監(jiān)測(cè)中?，F(xiàn)階段，邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)形式具有多種，每種形式都發(fā)揮著一定的監(jiān)測(cè)作用。本文所論述了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由自動(dòng)全站儀、計(jì)算機(jī)控制機(jī)房、通訊及供電系統(tǒng)組成的，為了充分發(fā)揮該系統(tǒng)的作用。在邊坡穩(wěn)定性變形移動(dòng)區(qū)外還需要設(shè)置相應(yīng)的基準(zhǔn)點(diǎn)，該基準(zhǔn)點(diǎn)一般有2個(gè)。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)巖土工程狀況，對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)的方向進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)置，為了提高監(jiān)測(cè)質(zhì)量，需要最大限度使其覆蓋整個(gè)邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)區(qū)域。與此同時(shí)，在這一過程中，還需要配上反射單棱鏡，確保其是對(duì)準(zhǔn)監(jiān)測(cè)站的。在對(duì)邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)過程中，充分發(fā)揮了計(jì)算機(jī)的作用，也就是運(yùn)用計(jì)算機(jī)相關(guān)程序?qū)ψ詣?dòng)全站儀進(jìn)行有效控制，在此基礎(chǔ)上，及時(shí)采集所有基準(zhǔn)點(diǎn)，通常情況下需要每隔10min的時(shí)間進(jìn)行采集，獲取相關(guān)儀器狀態(tài)信息，并借助計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)相應(yīng)的數(shù)據(jù)，例如基準(zhǔn)點(diǎn)的斜距、水平角，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算，以便快速推算出邊坡各個(gè)變形移動(dòng)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，進(jìn)而可對(duì)邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行更好的了解。

2.2 邊坡雷達(dá)監(jiān)測(cè)

在科技時(shí)代背景下，雷達(dá)技術(shù)得到進(jìn)一步發(fā)展和完善，在邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)過程中，發(fā)揮著越來越重要的作用。之所以能夠?qū)崿F(xiàn)良好的監(jiān)測(cè)效果，主要是因?yàn)樗诤狭薙AR技術(shù)，大大提高的監(jiān)測(cè)的精度，而且當(dāng)前的邊坡雷達(dá)系統(tǒng)是比較完善的，其距離分辨率已經(jīng)達(dá)到了0.5m，作用距離在300m～2000m之間，形變測(cè)量精度為0.5mm。在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，可以通過相位變化信息反演形變信息，有利于實(shí)現(xiàn)邊坡高精度測(cè)量。在實(shí)際應(yīng)用中，需要借助邊坡穩(wěn)定雷達(dá)裝置進(jìn)行檢測(cè)。在進(jìn)行邊坡監(jiān)測(cè)過程中，首先發(fā)揮了邊坡雷達(dá)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的掃描功能，主要是掃描近毫米精度的不同邊坡，為了確保掃描數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、真實(shí)性，一般是需要進(jìn)行多次掃描的。其次，運(yùn)用計(jì)算機(jī)等技術(shù)對(duì)掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行搜集與整合，在此基礎(chǔ)上運(yùn)用相關(guān)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理工作，進(jìn)而對(duì)掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，以便確定邊坡位移的程度，為其穩(wěn)定性分析提供可靠的參考依據(jù)。最后，將邊坡位移變化量傳輸?shù)较鄳?yīng)的顯示器上，為了使其呈現(xiàn)直觀的畫面，最好以圖形的形式上傳，有利于從根本上提高監(jiān)測(cè)的有效性。

2.3 聲發(fā)射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

聲發(fā)射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也是巖土工程邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)的重要手段之一，該系統(tǒng)主要是由傳感器與波導(dǎo)管連接的，之所以可以進(jìn)行聲發(fā)射監(jiān)測(cè)，主要是因?yàn)樵谠摬▽?dǎo)管內(nèi)部安裝著一個(gè)功能齊全的壓電能機(jī)[3]。并且它還具有實(shí)時(shí)提供信息、監(jiān)測(cè)范圍大等獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。將其應(yīng)用到邊坡監(jiān)測(cè)中，不僅能夠?qū)吰路€(wěn)定造成破壞的地層進(jìn)行相應(yīng)的監(jiān)測(cè)，而且還能監(jiān)測(cè)邊坡面。如，在監(jiān)測(cè)過程中，該系統(tǒng)會(huì)向四周介質(zhì)傳播開去，進(jìn)而對(duì)破壞源點(diǎn)進(jìn)行定位，對(duì)其破壞程度進(jìn)行深入的了解。另外，巖體聲發(fā)射現(xiàn)象與巖體受力有很大的關(guān)系，能夠有效實(shí)現(xiàn)巖體的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，因此在該系統(tǒng)下監(jiān)測(cè)的結(jié)果是比較直觀的，大大提升了監(jiān)測(cè)的有效性。

3 結(jié)論

總而言之，邊坡的穩(wěn)定性對(duì)巖土工程施工具有重要的影響。因此需要采用極限平衡法、瑞典圓弧法等有效的分析方法對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行深入分析，以便最大限度減少工程施工的危害，為其施工奠定良好基礎(chǔ)。同時(shí)，為了從根本上提高施工效率與質(zhì)量，減少不必要的問題出現(xiàn)，還需要運(yùn)用聲發(fā)射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、邊坡雷達(dá)監(jiān)測(cè)裝置、邊坡穩(wěn)定監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)其邊坡進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以便對(duì)其穩(wěn)定程度進(jìn)行更好的了解，為巖土施工提供重要依據(jù)，促使施工順利開展。