公路边坡稳定性分析及优化处理研究
王晓敏 姚怡 宋蕾
【摘? 要】近年来，随着国家基础设施建设力度的加大，公路建设速度的加快，公路与边坡防治建设工程中所遇到的岩土边坡稳定性问题相应增多。在公路边坡的施工以及完工后交付使用期间，出现边坡失稳的情况越来越多，而且边坡一旦失稳，就会对人们的正常生产生活带来不便甚至巨大的损失。因此，对公路边坡进行稳定性分析及处治研究，制定出有效的防护措施，具有十分重要的理论与工程实际意义。
【关键词】公路边坡稳定性;计算方法;优化
【Abstract】In recent years， with the strengthening of national infrastructure construction and the acceleration of highway construction， the geotechnical slope stability problems encountered in highway and slope prevention and control construction engineering increase correspondingly. During the construction of highway slope and its delivery to use after completion， there are more and more cases of slope instability， and once the slope is unstable， it will bring inconvenience and even huge loss to people's normal production and life. Therefore， it is of great theoretical and engineering practical significance to analyze the stability and study the treatment of highway slope and to formulate effective prevention and control measures.
【Keywords】stability of highway slope; calculation method; optimization
1 引言
随着国民经济的快速发展，我国基础建设事业不断进步，其中交通运输业的发展尤为显著，但交通建设的发展使得人们对自然环境的改造也越来越频繁和剧烈，公路建设中的边坡工程也越来越多，所涉及的边坡施工规模也越来越大，复杂化程度也越来越高。
2 影响边坡稳定性的因素
①岩土体的工程地质：边坡失稳的方式与岩土体的力学性质具有直接性关联。对于坚硬岩石来说，其边坡失稳的方式主要是崩塌失稳以及结构面控制型失稳;而应力控制型失稳则是软弱岩石的主要边坡失稳方式。
②地质构造：结构面的规模、发育程序、连通性、充填物成分、充填程度等都会影响边坡的稳定性。
③水文地质条件：当地下水的富集程度出现变化时，边坡的稳定性也会出现变化。研究发现，很多边坡失稳问题的出现，都与边坡水文地质条件发生变化密切相关，当水文地质条件得到改善后，边坡的治理工作的效果将显著提升。
④新构造运动：由于新构造运动的出现，会对水文地质条件、边坡开态以及产出状态等产生影响，进而引发边坡失稳，地震等强烈的新构造运动会极大影响边坡的稳定性，通常在地震出现的同时，也会出现大量的边坡失稳。
⑤地貌因素：边坡顶部存在较大的张应力，坡顶在张应力的作用下产生裂缝;坡腳位置则会有强烈的剪应力出现，进而生成剪切破坏带，在各种力的作用下，边坡的稳定性显著降低。
⑥气候因素：不同气候的降水量的差异，使得边坡的稳定性差异明显。
⑦风化作用：风化作用能够大大减弱岩土的抗剪能力。当坡体裂缝不断增加、扩大时，边坡的坡度就会发生变化。透水性的提升，也会使得地下水运动影响变大。随着风化裂隙程度的提升，岩土体将出现脱落、崩塌、滑移等现象。
⑧人为因素：边坡的原有环境及原斜坡的结构特征都会因为施工而发生改变，内在因素控制边坡的稳定性，而外部因素则具有诱发破坏的作用。
3 边坡稳定性的主要分析方法
①极限平衡分析法。该方法的应用频率相对较高，主要用于研究边坡的稳定性。极限平衡分析法是在既定研究法则的指导下，把所要研究的矿山边坡的岩体细化为多个单位块体，利用极限平衡理论来对每一个单位块体进行分析。
②快速拉格朗日分析法。该方法又被叫作有限差分法，比较适用于边坡的非线性大变形的研究与分析。最早提出并应用该方法的国家是美国，其与离散单元稳定性分析法的原理非常相似。技术人员利用快速拉格朗日分析法可以对矿山边坡任何时间段内的某个流体质点的具体流速及变化状态进行分析，同时，也能对其具体的运动轨迹以及速度变化规律进行分析。利用快速拉格朗日分析法进行研究，能够在短时间内获得结果，具有分析效率高的优势。
③非确定性分析方法。现有的分析边坡稳定性的方法非常多，但是都难以对影响稳定性的不同因素之间的交互作用及时空效应进行定量分析。而非确定性分析方法在与模糊数学原理、统计学原理、神经科学理论等进行结合的基础上，大大提升了分析的准确性。
④有限元分析法。该方法主要适用于针对矿山边坡的线性或非线性几何体特征研究，同时，也可以对边坡结构中存在的不连续性问题以及非均匀性问题进行研究。
4 公路边坡稳定性的优化
4.1 优化原则
①边坡优化治理施工中要考虑施工的安全、成本及观赏效果，对应用的技术要进行综合考虑。
②边坡优化治理的过程中不仅要考虑边坡的稳定效果，还要尽量将施工程度控制到最小范围内，避免对其他设施产生影响。
③在边坡稳定性优化治理中，要根据周围的因素进行规划设计，既要保证不会出现更大的危害，又要保障施工中的公路能够正常通行。
4.2 优化策略
①监测预警措施。从本质上来说，监测预警系统就是管理、检测、控制矿山边坡安全的系统，借助科学合理的监控措施，对边坡的结构状态、边坡的稳定性实施监控与掌握，工作人员要借助数据来分析不同阶段矿山边坡的稳定状态，同时，对可能出现失稳的区域进行预测，借助预警系统来进行提前预报，确保边坡加固工作的及时有效开展。
②控制爆破。爆破振动对边坡稳定性的影响非常大。调查发现，工程爆破振动所产生的影响力和爆破的类型、炸药的装药量、地质条件等参数都具有联系性。为了降低爆破对边坡稳定性的影响力，必须控制好相关的影响参数，以保证坡面的形态及坡面的平整性处于良好的状态。
③采取冻融效应阻隔措施。冻融效应在很多矿山的边坡上出现，负责工程巡查的人员要对该区域进行定期巡查，同时，制定相应的阻隔冻融效应的措施，以减少融化的积雪向缝隙中渗透。同时，这也能缓解边坡主体的风化反应，使边坡结构更加坚固、稳定。
④抗滑樁支护加固技术。工作人员在加固具有复杂性的破碎的矿山边坡时，可以选择埋设抗滑桩，对边坡进行加固。埋设抗滑桩，可以阻止边坡土体向下运动，有效控制结构形变。
⑤锚杆加固技术的应用。锚杆加固技术的使用，可以使滑坡事故出现的概率大大降低。工作人员利用锚杆来开展加固工作，以抵抗断裂岩石结构所产生的向外张力，提升边坡主体结构的稳定性。
5 案例分析
5.1 工程概况
本文以某省山区公路K7+670～K7+690段作为研究对象，这一区域形成的滑坡的滑坡面积大约为7000m2，堆积物体积约为23000m3，厚度在0.5m左右。滑坡位置与边坡原位置形成了又宽又深的锯齿形裂缝。
5.2 治理方案
①锚索地梁：每3m埋置地梁，地梁长12m，横截面为0.9m2，入岩2m，采用C30混凝土，第一级坡率为1∶1.25，第二至第五级的坡率均为1∶1.5，经计算可知边坡稳定性满足要求。②抗滑桩：沿着滑坡位置的主轴垂直方向埋设抗滑桩，共埋设14跟，每隔3m埋设一根，抗滑桩横截面4m2，长16m，入岩10m，采用C30混凝土，桩井选择人工开挖。边坡面砌片石，坡体之间修建平台，平台建排水沟，汇集坡面雨水。
5.3 方案优选
对滑坡区边坡稳定性进行计算分析得到设计的两种方案均可以实现防滑坡的效果，但两种方案的施工量与成本有明显差别。通过应用模糊数学法对设计的两种方案进行计算和分析，抗滑桩方案优于锚索地梁方案，两种方案的数据如下：
第一种方案：需要开挖土石方37217m3，混凝土地梁施工量278.9m3，钢材32t，锚头锚索150套，排水沟及地梁挖孔土方512.6m3，网格护坡983.7m3，总施工成本约722万元。
第二种方案：需要开挖土石方27413m3，混凝土护桩及边坡护壁工程量2247.3m3，钢筋27t，排水沟及桩井挖孔土方743.9m3，网格护坡456.6m3，总造价约657万元。抗滑桩主要利用桩体对边坡土体的阻挡，防止下滑并发生大规模滑坡。埋设抗滑桩的方案对边坡的主体破坏程度低，加固土体稳定，技术成熟。但是施工的进度较慢，时间较长。缺点是工程进度慢，工期长。综合工程量及成本进行分析，方案二优于方案一。
6 结语
研究边坡稳定性具有十分重要的现实价值，在先进科技力量的支持下，为了考虑多方综合因素，确保边坡加固的施工效果，必须对现有的先进技术进行科学、合理的应用，全面分析边坡的稳定性，对加固方案进行合理设计。在未来的工作中，还要围绕边坡稳定性进行更深入的研究，为矿山边坡具有更高的稳定性提供保障，同时，也能为矿井的安全生产、矿区居民的生命安全提供保障。
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