公路高边坡稳定分析方法及支挡优化设计

公路高边坡稳定分析方法及支挡优化设计

裴生棠

兰州铁路技师学院，甘肃兰州 730050

摘要：山区道路建设施工和设计过程中需要重点关注山体开挖形成的高边坡，边坡的防护是保证开挖后山体稳定的主要措施，边坡的稳定性直接关系到建设工程的运营安全，如道路发生坍塌，交通发生堵塞等。本文主要基于现有的高边坡稳定性技术基础上进行以下三方面研究：影响高边坡稳定性的主要因素、设计高边坡稳定性的计算和分析方法、高边坡的防护设施优化设计。通过对高边坡稳定性影响因素的分析，主要研究高边坡特点：现阶段高边坡稳定性分析已经趋于成熟，所采用的方法较多，根据极限理论来计算设计是最常用的方法，也是最有效的方法；支护优化设计时应考虑水的影响，同时应进行稳定性监测。本文可以为高边坡的加固防护提供建设参考意见。

关键词：边坡稳定性；优化设计；极限平衡法；

0引言

边坡坡面根据不同类型分成较多的种类，在工程建设中对于高边坡的定义主要是通过坡体土质和高度来界定的，岩质边坡高度大于30米，土质坡体的边坡高度大于20米被称作高边坡。道路进行选线过程中不可避免会经过地形起伏较大、地势较为险峻的地段，因此在进行道路设计时，保证边坡稳定性防止出现滑坡等灾害是相关技术人员最关注的问题。通过建立边坡模型，对边坡开挖和施工步骤进行模拟分析，论证边坡发生破坏时的内在变化规律^[1]。还可以根据建立的模型对边坡进行相关试验分析，以得到既定的目标要求，可以分析边坡失稳的机理^[2]。通过对不同种类边坡进行破坏机理分析，得出了边坡破坏的内在联系^[3]。大量关于边坡稳定性分析理论的存在，表明该类问题的重要性，所以文章具有一定的工程意义。

1影响边坡稳定性的主要因素

对边坡稳定性造成影响的因素有很多，根据边坡滑塌的作用机理以及影响因素的不同，可分为外在影响因素和内在影响因素。内部因素有：岩石性质和岩体的结构面等因素影响^[4]。外因主要包括：振动、水的影响等。

①岩体性质的影响

坡体的开挖斜面受岩石的结构强度和岩体的构造倾斜面角度有很大关系，边坡的倾角和坡面方向一致称为顺坡，对坡体稳定性影响较大，反之，则为反坡，对于边坡的稳定性具有积极作用。如具有层状结构的软岩被水侵蚀后，岩石的强度会出现大幅降低，从而形成软弱夹层，最终形成滑坡等危害。

②地形影响

边坡所在地的地形特点对稳定性的影响不可忽视，如果边坡位于地质构造复杂，地质活动频率较大的地带，会造成边坡失稳，从而产生滑塌或崩塌破坏。边坡在开挖过程中破坏了原有的坡体平衡状态，就会出现坡体应力不均衡的情况，导致边坡的坡顶和坡面都产生裂缝。

③岩层倾角的影响

在对顺层岩质边坡的稳定性进行分析计算时，岩层倾角是坡体稳定性的重要控制因素之一。当道路开挖形成路堑时，临近道路一面就会形成临空面，当边坡坡率和岩层走向一致或相近时，随着岩层倾角的增大，下滑力逐渐增大。在岩层中存在夹层滑动软弱层时，此处就判断为可能存在的最危险滑动面。该类边坡对水的作用相当敏感，在水的作用下会增加坡面的变形和滑动速率。

④爆破影响

边坡的地质结构形式存在不同，所出现的几何状态也不相同，边坡的结构主要包括：坡高、坡长、倾角、坡脚等。较硬的岩质边坡开挖时常采用爆破方式，该方法会对不同的岩体产生不同程度的扰动。在进行爆破作业时，会产生强大的冲击力，这种冲击力会导致岩体震动产生变形。爆破时产生的波也会对坡体产生影响，余波会导致岩体的拉应力增大，最终导致边坡的稳定性降低。

⑤水的影响

地下水或降雨侵入到边坡的软弱结构层后，导致坡体的下滑力增加，导致结构内部的应力分布和结构参数发生改变。水是坡体破坏的主要诱因，水会破坏坡体滑动面的稳定性，从而加速坡体的变形。

2边坡稳定性分析方法

目前对于边坡分析理论较多，不同的边坡采用合适的分析方法能够增加边坡的分析准确性。以下是对常见的定性和定量的边坡分析方法进行了简单的介绍，如表1所示。

表1边坡稳定性分析方法

①地质力学法

利用地质力学法分析边坡稳定性的理论称为地质学边坡分析法。主要步骤如下：

第一步：对边坡体材料和坡面构造进行综合分析确定坡体的表层构造形式，确定坡体的主要组成类型。第二步：对高边坡的地形构造进行分析，确定地质构造的应力集中和分布特点，然后对地质结构的形成过程进行相关推测。第三步：判定坡体的稳定性。最主要的方法是采用合适的分析方法对坡体进行计算，确定坡体的变形和稳定性能否满足设计加固的要求。

②经验类比法

经验类比法主要是通过以往的项目经验进行对比分析，主要对比分析内容有：工程地质组成情况、边坡结构产状、边坡倾角及边坡高度等。根据对边坡上述内容进行资料的收集和分析来确定边坡稳定性状态。地质参数分析方法主要是通过稳定岩体与失稳岩体的地质条件对比，得到相应的地质参数。这种通过类似边坡经验总结判断现状边坡稳定性的方法称为经验类比法。

③极限平衡法

通过假定边坡的极限受力滑动状态，根据这种状态模拟计算边坡的稳定状态及滑动面位置，这种判断边坡稳定性的方法称极限平衡法。该方法的滑动面主要采用平面、弧面、不规则面滑动。当滑坡体结构达到静力平衡时，对该状态下的边坡进行稳定性分析。

④有限元法是一种常用的数值分析方法，在各个领域被广泛应用。该方法的原理是对求解空间进行分割，使其形成较多的小空间。根据需要让单元满足控制方程。有限元法的优点是对任何形状的物体都可以进行数值模拟分析并计算，因此该方法被广泛应用于工程实际。

3高边坡的支挡防护设计

3.1边坡防护设计方法

坡面防护设计的核心思想：首先对路线经过的地区的高边坡山体情况进行调查，以利于对开挖后高边坡坡体的安全性进行分析，对地质薄弱点或安全影响重要的坡面进行重点防护。通过对边坡全面综合分析，确定存在安全隐患的因素，并对该隐患进行支护设计，以排除隐患的不安定因素，保证边坡的安全。边坡治理前应对道路的沿线情况进行充分的调查，找到影响边坡稳定性的最主要原因。对于地质条件较差，边坡较危险的地段应进行重点关注，并进行实施监测坡体位移和变形。

坡面防护设计目的：高边坡支护优化设计的主要目的是保证边坡的稳定性不受自然灾害的影响，在地质作用力下避免出现滑坡、坍塌等失稳现象。

3.2坡面支护的优化设计

①对高边坡进行支护优化设计时应根据工点的自身特征选择对应的支护加固手段。高边坡支护设计中最常用的有：锚杆锚索框架梁加固、人字形骨架防护、抗滑桩、SNS主动防护网等形式。锚杆格梁坡面防护设计如图1所示。

图1锚杆格梁坡面防护设计图

②通过在岩层中打入锚杆提高坡面的整体性，平衡坡体滑动层产生的下滑力。通常情况下通过锚杆或锚索的锚固力对边坡坡面骨架进行锚固，使得框架格梁对坡体形成整体的稳固作用。如：锚固方格的组成结构是锚杆和预应力锚索，锚杆的主要作用是增加坡体的整体稳定性，锚索主要作用是增加坡体的韧性。

③排水设计：水是影响边坡的稳定性重要因素，通过设置截水沟、排水沟、坡体泄水孔以较小坡体内水对坡体稳定性的影响。在水的作用下，增加坡体内部应力和下滑作用力，使层间出现松动，导致坡面坍塌或滑动。因此高边坡优化设计过程中应重点考虑排水问题。

④边坡失稳是地质条件不良的表现形式，具有一定的变化规律，通过沉降观测可以发现安全隐患并尽早采取治理措施，保证项目的安全稳定性。

4结语

本文通过对公路高边坡稳定分析方法及支挡优化设计的分析研究，得出以下结论：

①影响边坡稳定性的原因有很多，主要原因是受水的作用和边坡不良地质情况，导致边坡稳定性不足从而产生滑塌，其中，内因主要有岩体性质、岩层倾角、以及地形等；外因主要有水和爆破振动的影响。

②高边坡支护优化设计的主要方法有锚杆锚索框架梁加固、SNS主动防护网等防护形式，在进行优化设计时还应考虑排水设计。在施工阶段应进行监测，保证边坡的安全稳定性。

参考文献

[1]吕文兵.公路高边坡设计方案比选研究[J].城市道桥与防洪，2021（01）:58-60+9-10.

[2]刘顺锋,雷向阳.降水入渗对山区公路边坡稳定状态的影响分析[J].西部交通科技，2020（09）:84-87+98.

[3]贾宏伟.公路高边坡稳定分析方法及支护优化设计[J].交通世界，2020（22）:60-61.

[4]王燕君,刘辉.路堑高边坡施工技术与安全控制分析[J].华东公路，2019（03）:84-87.