龍文武

貴州省銅仁公路勘察設(shè)計(jì)院有限公司 貴州 銅仁 554300

目前我國(guó)巖土工程邊坡支擋措施存在著一定的不足，特別是在巖土邊坡穩(wěn)定性控制方法上，需要進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)[1]。巖土邊坡穩(wěn)定性的控制效果達(dá)不到設(shè)計(jì)的預(yù)期要求，可能導(dǎo)致巖土工程的整體穩(wěn)定性安全儲(chǔ)備不足，從而導(dǎo)致巖土邊坡工程存在一定的安全隱患[2]?？辈煸O(shè)計(jì)單位應(yīng)該強(qiáng)化巖土邊坡勘察作業(yè)，收集真實(shí)的一手資料，選用合理的巖土邊坡穩(wěn)定性分析方法，有效掌握巖土邊坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化特點(diǎn)和規(guī)律，設(shè)計(jì)合理的邊坡支擋方案，全面保障巖土邊坡的安全性，同時(shí)使工程建設(shè)的安全性、耐久性得到了保障。

1 巖土工程邊坡穩(wěn)定性分析

分析和研究巖土邊坡穩(wěn)定性能夠?yàn)楣こ探ㄔO(shè)提供可靠的地質(zhì)條件參考數(shù)據(jù)，幫助工程設(shè)計(jì)人員提供合理的勘察設(shè)計(jì)方法，保障設(shè)計(jì)與實(shí)際情況相符合。目前我國(guó)巖土邊坡穩(wěn)定性分析主要使用定性分析法、定量分析法和隨機(jī)分析法，不同的分析方法針對(duì)的內(nèi)容存在差異，因此需要根據(jù)巖土邊坡的具體特點(diǎn)和實(shí)施的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行詳細(xì)分析[3]。本章將對(duì)這些方法的具體應(yīng)用方式進(jìn)行分析和研究。

1.1 定性分析法

定性分析法明確了分析的對(duì)象和內(nèi)容，有著嚴(yán)格的分析程序，分析結(jié)構(gòu)可靠性較高。定性分析法主要研究了巖土邊坡的歷史形成因素和條件等，通過(guò)特定的分析方法獲得巖土邊坡的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，結(jié)合這些數(shù)據(jù)總結(jié)巖土邊坡的特點(diǎn)和變化規(guī)律。定性分析法主要包括歷史成因分析法、地質(zhì)對(duì)比分析法、赤平極射投影法以及專家系統(tǒng)分析法。歷史成因分析法的研究?jī)?nèi)容主要包括兩項(xiàng)，一是研究邊坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征和邊坡構(gòu)造，二是研究邊坡坡形、坡高、坡體變形情況[4]。從研究?jī)?nèi)容來(lái)看，歷史成因分析法更適合自然斜坡，由于這類斜坡形成過(guò)程很少受到人為干擾，所以能夠通過(guò)巖土邊坡的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等掌握巖土邊坡的變化規(guī)律，為工程建設(shè)提供可靠的巖土設(shè)計(jì)參數(shù)；地質(zhì)對(duì)比分析法的重點(diǎn)是對(duì)各類巖土邊坡結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)研究巖土邊坡的相似性掌握各類巖土的特征。例如，兩個(gè)工程建設(shè)區(qū)域的巖土邊坡在結(jié)構(gòu)方面存在著很強(qiáng)的相似性，說(shuō)明巖土邊坡的性質(zhì)可能存在相似性，設(shè)計(jì)時(shí)可以提前制定預(yù)防措施，避免巖土邊坡出現(xiàn)塌方的問(wèn)題。這種研究方法的優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)總結(jié)巖土的結(jié)構(gòu)和組成特點(diǎn)對(duì)具有相似結(jié)構(gòu)和組成的巖土穩(wěn)定性進(jìn)行研究，從而為工程設(shè)計(jì)提供更多可靠的參考；赤平極射投影法的主要研究對(duì)象是巖土邊坡的不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，一些巖土結(jié)構(gòu)內(nèi)部可能存在應(yīng)力作用，在應(yīng)力作用下巖土內(nèi)部發(fā)生形變，邊坡開(kāi)挖時(shí)巖土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性被打破，巖土內(nèi)部應(yīng)力釋放，導(dǎo)致巖土邊坡發(fā)生崩塌，從而帶來(lái)安全威脅，通過(guò)這種方法分析巖土結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，將巖土受力結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，結(jié)合受力特點(diǎn)制定邊坡支擋方案，可以有效防止邊坡出現(xiàn)塌方與滑坡；專家系統(tǒng)分析法是一種基于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分析方法，這種方法的優(yōu)勢(shì)是通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)巖土邊坡結(jié)構(gòu)和受力特點(diǎn)等進(jìn)行建模，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠?qū)r土邊坡的三維應(yīng)力模型展示，巖土工程設(shè)計(jì)人員結(jié)合三維模型設(shè)計(jì)施工方法，并在計(jì)算機(jī)中模擬施工方法，并不斷改變施工方法，做到動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，這種分析方法的優(yōu)勢(shì)在于能夠通過(guò)計(jì)算機(jī)發(fā)現(xiàn)巖土結(jié)構(gòu)中存在的不穩(wěn)定性因素，采取措施對(duì)巖土邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行控制。

1.2 定量分析法

定量分析法更適合對(duì)巖土邊坡的具體條件進(jìn)行研究，進(jìn)一步分析和獲得巖土的性質(zhì)。這種方法的特點(diǎn)通過(guò)各類計(jì)算方法對(duì)巖土條件數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，分析計(jì)算結(jié)果后總結(jié)巖土的性質(zhì)。定量分析法主要包括極限分析法、平衡分析法、數(shù)值分析法。極限分析法研究的重點(diǎn)內(nèi)容是巖土在極限狀態(tài)下的剛塑性特點(diǎn)，例如在外界應(yīng)力不斷提升的條件下巖土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性達(dá)到極限平衡，在降水天氣下受到水流影響后巖土能夠承受的最大應(yīng)力等。研究時(shí)經(jīng)常將巖土放置于極限狀態(tài)下，收集不同條件下巖土的穩(wěn)定性參數(shù)。極限分析包括下限和上限，這是確定巖土穩(wěn)定性范圍的重要指標(biāo)，掌握巖土邊坡承受荷載達(dá)到極限后，巖土工程設(shè)計(jì)人員可以對(duì)巖土邊坡形態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，使巖土邊坡能夠保持在穩(wěn)定的狀態(tài)下，避免其發(fā)生形變并帶來(lái)安全問(wèn)題；極限平衡分析法的研究重點(diǎn)是巖土在各類工況環(huán)境下的穩(wěn)定性，如強(qiáng)降雨天氣、高寒氣候或大風(fēng)天氣等，這些研究是長(zhǎng)期性的，需要收集的數(shù)據(jù)也很多，研究時(shí)常用的方法有瑞典條分法、簡(jiǎn)布法、簡(jiǎn)化畢曉普法和斯賓塞法等，這些分析方法適用的條件不同，研究的對(duì)象也不同。但是總體來(lái)看，這些分析方法對(duì)于工程建設(shè)人員掌握巖土的具體性質(zhì)發(fā)揮了關(guān)鍵的作用；數(shù)值分析法是一種傳統(tǒng)的分析方法，但是在現(xiàn)代技術(shù)支撐下得到了優(yōu)化。計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展推動(dòng)了數(shù)值計(jì)算理論的發(fā)展，數(shù)值分析法的重點(diǎn)是通過(guò)研究巖土各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)總結(jié)巖土邊坡穩(wěn)定性，這種分析方法的優(yōu)勢(shì)是分析結(jié)果準(zhǔn)確性高、分析效果好，能夠避免人為計(jì)算錯(cuò)誤。商散元法、拉格朗日法、有限單元法和不連續(xù)變形分析法是分析數(shù)值過(guò)程中常用的方法，這些方法的組合應(yīng)用可以獲得良好的分析結(jié)果，通過(guò)這些分析結(jié)果調(diào)整巖土邊坡的設(shè)計(jì)方案，從而更好為工程施工服務(wù)。

1.3 隨機(jī)分析法

隨機(jī)分析法是研究巖土邊坡的不確定性質(zhì)的一種方法，這種方法需要借助于計(jì)算機(jī)設(shè)備進(jìn)行操作，在計(jì)算機(jī)分析模型中輸入相關(guān)數(shù)值，系統(tǒng)能夠模擬巖土邊坡可能出現(xiàn)的隨機(jī)性的問(wèn)題，從而為工程設(shè)計(jì)提供穩(wěn)定的巖土性質(zhì)參數(shù)。隨機(jī)分析法主要包括可靠性分析法、模糊分析法、建模分析法和灰色預(yù)測(cè)分析法?？煽啃苑治龇ㄊ菍?duì)巖土結(jié)構(gòu)可靠性進(jìn)行研究的一種方法，這種方法的核心是隨機(jī)取樣，持續(xù)研究巖土的穩(wěn)定性，分析和預(yù)測(cè)巖土結(jié)構(gòu)可能發(fā)生的問(wèn)題。該方法可以預(yù)測(cè)巖土邊坡形變規(guī)律，將巖土形變帶來(lái)的影響降低，進(jìn)一步確保巖土工程的安全性。巖土結(jié)構(gòu)安全系數(shù)研究是可靠性分析的關(guān)鍵，通過(guò)對(duì)大量的巖土數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，能夠發(fā)現(xiàn)巖土結(jié)構(gòu)可能存在的安全隱患問(wèn)題，結(jié)合相關(guān)問(wèn)題形成原因制定解決措施，這樣能夠有效地預(yù)防巖土安全事故發(fā)生。模糊分析法也是一種用于預(yù)測(cè)巖土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的方法，上世紀(jì)80年代模糊分析法出現(xiàn)西方國(guó)家，研究人員將這種方法應(yīng)用在巖土性質(zhì)研究方面，該方法的優(yōu)勢(shì)在于計(jì)算機(jī)能夠?qū)Υ罅繑?shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)理，通過(guò)對(duì)比數(shù)據(jù)找出同類巖土結(jié)構(gòu)變化的差異，進(jìn)而掌握巖土的主要變化規(guī)律。模糊分析法主要通過(guò)概率假設(shè)、雙狀態(tài)假設(shè)和猜想的方法預(yù)測(cè)巖土變化規(guī)律，這種方法是基于大量巖土變化規(guī)律數(shù)據(jù)的分析方法，通過(guò)比對(duì)大量數(shù)據(jù)分析這些數(shù)據(jù)的差異性，然后進(jìn)行建模分析，獲得可靠的猜想數(shù)據(jù)；建模分析法也是一種智能化的分析方法，這種方法主要用于巖土內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化分析，例如巖土內(nèi)部結(jié)構(gòu)空洞分析，計(jì)算機(jī)能夠?qū)r土性質(zhì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為巖土結(jié)構(gòu)模型，并將巖土內(nèi)部結(jié)構(gòu)通過(guò)三維的模型展示，人們通過(guò)觀察巖土三維結(jié)構(gòu)模型能夠?qū)r土產(chǎn)生進(jìn)一步的了解，如果發(fā)現(xiàn)巖土存在空洞，可以采取預(yù)防措施，避免巖土出現(xiàn)塌方，這種方法的優(yōu)勢(shì)是工程設(shè)計(jì)人員能夠在立體的模型中對(duì)巖土的特點(diǎn)和變化規(guī)律進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)合理的實(shí)施方案，將巖土結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定帶來(lái)的影響降低；灰色預(yù)測(cè)分析法是一種通過(guò)灰色預(yù)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行分析的方法，這種方法能夠經(jīng)巖土結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)系找出，通過(guò)巖土結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)性獲得巖土變化的具體情況，然后將各個(gè)影響因素放在一起進(jìn)行綜合考慮，總結(jié)巖土的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并對(duì)各項(xiàng)影響因素可能帶來(lái)的后果進(jìn)行預(yù)測(cè)，幫助巖土設(shè)計(jì)人員更好地對(duì)巖土邊坡設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化。

2 巖土工程邊坡穩(wěn)定性設(shè)計(jì)

巖土工程邊坡穩(wěn)定性分析、計(jì)算關(guān)系到工程實(shí)施的安全和質(zhì)量，因此必須合理地對(duì)巖土邊坡進(jìn)行控制。目前巖土工程中主要采取加固和防護(hù)兩種方法對(duì)巖土邊坡結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制，提升巖土邊坡的穩(wěn)定性。防護(hù)方法主要應(yīng)用于穩(wěn)定邊坡中，這類邊坡的地質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，應(yīng)力分布均勻，很少發(fā)生形變。而加固方法則用于邊坡缺乏穩(wěn)定性的巖土中，加固的方法不同，加固的效果也不同。除了這些防護(hù)措施之外，目前研究人員也在研究生物控制方法，旨在通過(guò)更為有效的方法對(duì)巖土邊坡進(jìn)行設(shè)計(jì)，提升巖土邊坡的穩(wěn)定性。本章將對(duì)加固和防護(hù)這兩種控制方法的應(yīng)用進(jìn)行分析和研究。

2.1 加固設(shè)計(jì)方法

加固方法在一些巖土地質(zhì)結(jié)構(gòu)缺乏穩(wěn)定性的環(huán)境下應(yīng)用，這類巖土一般非自然形成或自然形成過(guò)程中受到外界因素影響較多，內(nèi)部無(wú)法形成牢固的整體，或巖土顆粒自身不具有穩(wěn)定性，因此需要采取加固的處理方式進(jìn)行處理。加固處理主要包括抗滑樁設(shè)計(jì)、預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)、加固錨設(shè)計(jì)等?？够瑯对O(shè)計(jì)方法主要針對(duì)容易發(fā)生滑坡的松散巖土，將抗滑樁放置在穩(wěn)定的巖土內(nèi)部，能夠防止邊坡下滑，起到良好的加固效果?？够瑯吨饕射摻詈突炷两M成，使用不同數(shù)量的鋼筋和不同等級(jí)的混凝土能夠起到不同的抗滑作用，在不同坡度和面積的巖土邊坡使用的抗滑樁尺寸也不同。抗滑樁設(shè)計(jì)方法的優(yōu)勢(shì)是能夠起到良好的抗滑作用，但是造價(jià)高投資較大。在邊坡滑坡治理工程中，錨索抗滑樁應(yīng)用相對(duì)較為廣泛，這種方法是通過(guò)錨索和抗滑樁組合的方式進(jìn)行加固，可以防止巖土發(fā)生大規(guī)模的塌方，比抗滑樁承載能力更強(qiáng)，缺點(diǎn)也是需要投入大量的資金。除了以上的設(shè)計(jì)方法外，還可以使用抗滑樁和貼板組合，這種方法可以起到良好的抗滑效果，而且能夠阻擋小型的碎石等滑落。預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)方法是一種處理單斜構(gòu)造巖石邊坡的加固設(shè)計(jì)方法，可以對(duì)巖石邊坡起到良好的防護(hù)效果，提升巖石邊坡的穩(wěn)定性，降低巖石滑落帶來(lái)的威脅。預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)方法的缺點(diǎn)是無(wú)法計(jì)算出落石下落后對(duì)錨固體張拉力的大小，如果落石產(chǎn)生的應(yīng)力作用過(guò)大，可能導(dǎo)致錨索結(jié)果受到損壞，因此設(shè)計(jì)前需要對(duì)巖土邊坡進(jìn)行勘察，掌握巖土的主要特點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)按照最大應(yīng)力條件進(jìn)行設(shè)計(jì)。錨索錨固段一般都是與巖體連接，在穩(wěn)定的巖體中進(jìn)行加固，利用錨索和巖體之間的應(yīng)力作用實(shí)現(xiàn)加固。施工時(shí)需要在巖體中進(jìn)行鉆孔，然后將錨索插入孔位中，使用水泥砂漿進(jìn)行注漿加固處理，使錨固體和地層能夠形成良好的連接。這種方法利用了巖體的自然優(yōu)勢(shì)，如果巖土發(fā)生大規(guī)模的塌方，錨索也能減緩塌方速度，從而降低塌方帶來(lái)的損失。錨索加固方式有多種，其中一種是通過(guò)錨桿和鋼索進(jìn)行加固的方法，這種方法主要應(yīng)用于一些存在落石的巖土中，在巖土邊坡的下方安裝加固錨網(wǎng)，錨桿使用高強(qiáng)度的剛性材料，鋼索使用韌性較強(qiáng)的材料，將鋼索安裝在錨桿上，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，如果出現(xiàn)落石錨網(wǎng)能夠?qū)⒙涫钄r或減緩落石的速度，防止落石帶來(lái)安全事故。

2.2 防護(hù)設(shè)計(jì)方法

防護(hù)設(shè)計(jì)方法的作用是防止巖土邊坡出現(xiàn)塌陷，在一些巖土性質(zhì)穩(wěn)定的環(huán)境下應(yīng)用廣泛。防護(hù)需要借助于各類高強(qiáng)度的防護(hù)材料，這些防護(hù)結(jié)果通常被用在巖土的表面或下部區(qū)域，不同設(shè)計(jì)方法起到的防護(hù)效果也不同。網(wǎng)格護(hù)坡防護(hù)、混凝土護(hù)坡防護(hù)和生物防護(hù)方法非常常見(jiàn)，選擇具體的防護(hù)方法時(shí)應(yīng)該根據(jù)巖土邊坡的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。網(wǎng)格護(hù)坡是在巖土邊坡上設(shè)置網(wǎng)格防護(hù)裝置，網(wǎng)格材料有繩索、鋼索等，繩索等主要在一些土質(zhì)環(huán)境下應(yīng)用廣泛，能夠防止巖土表面的土層掉落，鋼索防護(hù)裝置主要用于一些存在巖石較多的邊坡中。此外，也可以在巖土邊坡中安裝網(wǎng)格體，將巖土邊坡分割成多個(gè)分布，在其中種植一些綠色植物，通過(guò)植物的方法進(jìn)行防護(hù)，也能起到很好的綠化防護(hù)效果；混凝土護(hù)坡設(shè)計(jì)方法在風(fēng)化嚴(yán)重的巖土邊坡防護(hù)中應(yīng)用廣泛，一些護(hù)坡長(zhǎng)期受到風(fēng)蝕、水浸和日曬，結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，受到外力作用后發(fā)生塌陷，針對(duì)這種地質(zhì)結(jié)構(gòu)，一般使用混凝土噴射方法處理，將攪拌好的混凝土噴射到巖土邊坡表面，凝固后形成堅(jiān)硬的外殼，能夠避免巖土邊坡繼續(xù)受到風(fēng)化，從而形成良好的防護(hù)。這種處理方法適合巖石結(jié)構(gòu)比重較大的護(hù)坡，不適合用于一些土質(zhì)的巖土邊坡，處理時(shí)應(yīng)該格外地注意這一事項(xiàng)。生物防護(hù)法方法應(yīng)用廣泛，這種處理方法的核心是利用植物加固巖土邊坡，在巖土邊坡周邊種植一些環(huán)境適應(yīng)力強(qiáng)的植物，從而形成防護(hù)。防護(hù)植物一般以根系發(fā)達(dá)的植物為主，這些植物的根系能夠深入到巖土內(nèi)部，在巖土邊坡內(nèi)部形成網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)，從而提升巖土邊坡的穩(wěn)定性。此外，有時(shí)也會(huì)使用一些灌木植株，這些植物的特點(diǎn)是低矮，但是分布較為密集，能夠?qū)r土邊坡的表面覆蓋，出現(xiàn)降水天氣后能夠?qū)⑺宙i住，避免巖土邊坡在雨水的沖刷下發(fā)生滑坡問(wèn)題，提升巖土邊坡的穩(wěn)定性。

3 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，巖土工程對(duì)于我國(guó)工程建設(shè)行業(yè)的發(fā)展有著重要的意義，研究巖土邊坡的結(jié)構(gòu)和變化特征能夠?yàn)楣こ探ㄔO(shè)領(lǐng)域提供可靠的巖土邊坡數(shù)據(jù)，從而結(jié)合巖土邊坡的特點(diǎn)制定防護(hù)或加固措施，提升巖土邊坡的穩(wěn)定性和安全性，保障工程建設(shè)質(zhì)量。對(duì)巖土穩(wěn)定性進(jìn)行分析需要掌握巖土的基本結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，并通過(guò)各種分析模型進(jìn)行分析，預(yù)測(cè)出巖土可能發(fā)生的結(jié)構(gòu)問(wèn)題，結(jié)合相關(guān)問(wèn)題制定解決方案。因此巖土工程技術(shù)人員應(yīng)不斷強(qiáng)化對(duì)巖土邊坡特點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究，通過(guò)研究其特點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律為工程建設(shè)提供可靠的巖土數(shù)據(jù)。