边坡稳定性的影响因素、防护理论与加固技术综述

边坡稳定性的影响因素、防护理论与加固技术综述

边坡在形成的过程中，其内部原有的应力状态发生了变化，引起了应力集中和应力重分布等。为适应这种应力状态的变化，边坡出现了不同形式和不同规模的变形与破坏，这是推动边坡演变的内在原因；各种自然条件和人类的工程活动等也使边坡的内部结构出现了相应的变化，这些条件是推动边坡演变的外部因素。

1.1.1地质构造

 地质构造因素主要是指边坡地段的褶皱形态、岩层产状、断层和节理裂隙的发育程度以及新构造运动的特点等。通常在区域构造复杂、褶皱强烈、断层众多、岩体裂隙发育、新构造运动比较活跃的地区，往往岩体破碎、沟谷深切，较大规模的崩塌、滑坡极易发生。

1.1.2气候因素

 极端的气候条件和全球气候变化构成滑坡发生的主要触发和诱发条件，中国南方天气系统主要受印度洋暖湿气流的控制，夏季多局部强降雨过程；而我国的西北地区，主要受季风气候影响。

 1.1.3地下水

 处于水下的透水边坡将承受水的浮托力的作用，使坡体的有效重力减轻；水流冲刷岩坡，可使坡脚出现临空面，上部岩体失去支撑，导致边坡失稳。

1.1.4边坡形态

边坡形态通常指边坡的高度、坡度、平面形状及周边的临空条件等。一般来说，坡高越大，坡度越陡，对稳定性越不利。

1.1.5人类活动

 据统计，50%以上的滑坡事件与人类活动有着直接或间接的关系。随着社会经济的发展，自20世纪中期以来，人类活动的力量日益剧增，并表现出逐渐取代自然营力。在土木、水利、交通、矿山等大型土工活动中，由于开挖斜坡、填土、弃土和堆积矿渣等，使边坡中的土体内部应力发生变化，或由于开挖使土体的抗剪强度降低，或因填土增加荷重而增大滑动力等，有些地方出现了缺乏论证的修路、开矿和不合理的切坡、用水及乱砍滥伐植被的现象、

对自然环境的改变或破坏等，都成为滑坡事件频频发生的主要因素。

1.2边坡变形破坏的类型

边坡的破坏形式很多，如崩塌、滑坡、塌滑、倾倒、剥落及溃屈等，其中崩塌与滑坡是边坡破坏的主要形式。不同的行业有不同的划分，但基本上分为3大类：

1. 崩塌    这种破坏是边坡的表层岩体丧失稳定的结果，表现为坡面表层岩体突然脱离母体，迅速下落并堆积与坡角，有时还伴随着岩体的翻滚和破碎。

2. 倾倒    这种破坏是因为边坡内部存在一组倾角很陡的结构面，将边坡岩体切割成许多平行块体，而临近坡面的陡立块体缓慢地向坡体弯曲和倒塌。

3．滑坡    这种破坏是在较大范围内边坡沿某一特定的滑面发生的滑移。

2.1路基边坡失稳破坏面形状

1. 如果材料是均质的，破坏断面将是一个大圆弧；

2. 如果一个大滑弧不可能在土坡里形成，譬如在一个深度比长度小得多的无限长边坡里，最危险的破坏面则是一个平行于边坡额平面。

3．有时，也可能出现平面、圆柱面和其他不规则破坏面组合。

1.1路基边坡变形与破坏机理

1. 边坡的变形与破坏，决定于坡体内的应力分布和岩体的强度特征。影响岩坡应力分布的因素是多方面的，主要是原始应力状态、坡体和岩体结构特征等。

2. 边坡成坡后，在其原始地质环境受到破坏后，坡体状态便做相应调整。在新的应力重力分布条件下，坡体将产生不同程度的变形与破坏。首先是变形，然后逐步发展为破坏。岩坡变形与破坏的演变过程是相当复杂的，可以是漫长的，也可以是短暂的。影响其变形与破坏的条件和因素亦十分复杂，主要取决于坡体本身特征与抵抗变形及破坏的能力。

3．边坡的变形破坏可分变形与破坏两种形式，前者属于变形的范围，以坡体内未出现贯通性的破坏面为特点；后者是在坡体中已形成贯通性的破坏面，且以加速度发生位移。变形与破坏是一个发展的连续过程，期间存在着量与质的转化关系。

4. 岩坡的变形可划分为松动和蠕动。

2.2边坡稳定性分析方法分类：

1．定性分析法

(1)  历史分析法  历史分析法是根据边坡的地质条件和边坡变形破坏的基本规律，追溯边坡演变的全过程，预测边坡稳定性发展的总趋势和边坡变形破坏方式，同时对已发生过滑坡的边坡判断能否复活或转化。

(2)  工程地质类类比法   工程地质类比发实质是把已有的自然边坡或人工边坡的研究设计经验应用到条件相似的新边坡的研究和人工边坡的研究设计中去。

(3)  图解法   图解法主要包括2个方面，一是用一定的关系曲线和诺谟图来表证边坡有关差数间的定量关系，二是利用图解求边坡变形破坏的边界条件，分析软弱结构面的组合条件，分析滑体等形态、滑动方向，评价边坡的稳定程度。

(4)  边坡稳定分析设计专家系统法  边坡稳定分析设计专家系统法就是进行边坡工程稳定性分析与设计的智能化计算机程序。

(5)  SMR方法   SMR方法是综合考虑边坡工程中不断连续面产状坡面间组合关系，以及边坡的开挖方式等

2．定量分析法  定量分析法主要包括确定性数学模型分析法、非确定性数学模型分析法及确定性与非确定性数学模型结合分析法。

（1）确定性数学模型分析法

       确定性数学模型分析法主要包括极限平衡法、应力应变分析法两类

（2）非确定性数学模型分析法

           非确定性数学模型分析法主要包括系统分析平衡法、概率分析法、

灰色系统理论分析法、模糊综合分析法人工智能法和净化遗传算法等。

（3）确定性与非确定性数学模型结合分析法

现阶段主要有概率分析方法与有限元法或边界元法的结合而形成的随机有限元法或随机边界法等。

2.4路基边坡防护理论与设计技术

1.  路基边坡的防护一般遵循以下几点：

（1） 因地制宜，综合治理

（2） 预防为主，防治结合

（3） 对于主要隐患和地下害源（如软弱基地和有害的地下水源等），宜先治患

后筑路；对于某些附属措施，如坡面防护或路基用地范围以外的防护与加固措施，按其轻重缓急，分期实施，逐步完善。

（4） 各级公路应根据当地气候、水文、地形、地质条件及筑路材料分布情况，

采取工程防护和植物防护相综合的综合措施，防治路基病态，保证路基稳定，并与周围环境景观相协调。

（5） 路基坡面防护工程应在稳定的边坡上设置，防护类型的选择应综合考虑工程地质、水文地质、边坡高度、环境条件、施工条件和工期等因素的影响。

（6）路基支档结构设计应满足在各种设计荷载组合下支档结构的稳定、坚固和耐久。

（7） 在地下水较为发育路段应注意路基边坡防护与底下排水措施的综合设计

（8） 路基施工过程中应注意边坡临时防护措施。

（9） 各项工程技术措施，应讲究实效和经济效益。

2.  坡面防护

（1） 植物防护  路基边坡的植物防护，包括植草、铺草皮和种树，主要适用于较缓的土质或严重分化的岩质边坡 。

（2） 封闭防护  所谓封闭防护即圬工防护，是指采用矿质材（如水泥砂浆、石灰三合土水泥混凝土等），或采用其他当地材料（如沥青、纸筋等混合材料），将坡面岩石裂隙、缝穴或分化层面，予以堵塞或封闭，以防分化进一步加剧。常用的方法有灌浆、勾缝、喷浆及抹面等。

（3） 砌石防护 干砌和浆砌片石坡面防护，是公路填方边坡常用的防护措施，常用于路沿河堤浸水部位坡面的防护。土质路垫边坡下部的局部，亦可砌石作为框格（棱形或拱形），以提高边坡的牢固程度和美观。

边坡工程稳定性分析方法

3.  冲刷防护

(1)  直接防护 直接是指对河岸或路基边坡所采取的直接加固措施抵抗水流的冲刷和淘刷的作用，其特点是尽可能不干扰或很少干扰原来的水流性质，因而对防护地段的上下游及河对岸影响轻微。

(2)  间接防护  采用导流或阻流的方法，改变水流性质，或者迫使主流流向偏离被防护的路段，亦可减小流速，缓和水流对被防护路段的作用，改变河槽中冲刷和淤积的部位，以及必要时改变河道等，均属间接防护。其特点是间接防护建筑物侵占一部分河川断面，因而不同程度上压缩和紊乱原来的水流，使得当冲部位受到特别强烈的冲刷和淘刷作用，因此这些部位应有比较坚固加固措施。

边坡加固的方法多种多样，下面总结了几种常用方法及其内容：

1.  混凝土抗滑结构加固

(1)  混凝土抗滑桩  

 抗滑桩是穿过滑坡体深入稳定土层或岩层的柱形构件，用以支挡滑体的滑动力，一般设置于滑坡的前缘附近，起稳定边坡的作用，用于正在活动的浅层和中层滑坡效果较好。①通过地质调查，掌握滑坡的原因、性质、范围及厚度，分析其所处状态及发展趋势。②计算滑坡推力及在桩身的分布形式。③根据地形、地质情况及施工条件等确定桩的位置及布置范围。④根据滑坡推力的大小、地形及地层性质，拟定桩长、锚固深度、桩截面尺寸及桩间距。为了能使抗滑桩更有效的防止滑坡，在设置时应将桩身全长的1／3～1／4埋置于滑坡面以下的完整基岩或稳定土层中，并灌浆使桩和周围岩土体构成整体，并设置于滑体前缘部分．使其能承受相当大的压力。

(2） 混凝土沉井  

 沉井是一种混凝土框架结构，施工中一般可分成数节进行，其结构设计是根据沉井的场地布置、受力状态及基坑的施工条件等因素决定。在高边坡工程中，沉井具有抗滑桩的作用和挡土墙的作用。  

(3） 混凝土挡墙

混凝土挡墙是借助自身的重量以支挡滑体的下滑力的一种有效防止滑坡的常用方法，并可与排水等措施联合使用。它能有效地从局部改变滑坡体的受力平衡，阻止滑坡体变形的延展，具有结构简单，能快速起到稳定滑坡作用等优点。在设计混凝土挡墙时。应根据最低滑动面的形状和位置来设计挡墙基础的砌置深度，并在墙后设置泄水孔，使其不仅能削弱作用于挡墙上的静水压力，还能防止墙后积水浸泡基础而造成的挡墙滑移。  

2.  锚杆加固

   锚固技术是将一种受拉杆件的一端固定在边坡或地基的岩层或土层中，这种受拉杆件的固定端称为锚固端(或锚固段)，另一端与工程建筑物联结，可以承受由于土压力、水压力或风力所施加于建筑物的推力，利用地层的锚固力以维持建筑物的稳定。

锚固按结构形式可分为抗滑桩、锚洞、喷锚支护及预应力锚固(锚索)4类：

（1） 锚固洞   锚固洞加固，是治理边坡稳定的一种有效措施。在锚固洞加固的过程中应遵循由内向外、自上而下、循序渐进、逐层加固等原则，同一搞成结构面的锚固洞应跳洞开挖施工，避免不利结构面上已有抗滑力的削弱，从而影响边坡的稳定。

（2） 喷混凝土护坡   喷混凝土护坡是一种生产效率高，施工速度快，不用模板，并把混凝土运输、浇筑、捣固结合在一起，实现机械化连续施工的新型混凝土施工工艺。因其是依靠一定的冲击速度喷射而成的，因而其作为临时支撑比木结构强度高，比钢结构经济。作为永久支护时，比现浇混凝土衬砌的早期强度高。配合使用锚杆。可以减少洞室开挖量，减薄衬砌厚度，节约水泥用量。特别是喷混凝土施工时，可以不用模板，不立拱架，加大了洞内的有效空间，施工时能紧跟开挖面进行喷射，减少岩石暴露风化的时间，及时控制围岩的变形。

（3） 预应力锚固   预应力锚索加固是通过锚固在坡体深部稳定岩体上的锚索将力传给混凝土框架，由框架对不稳定坡体施加一个预应力，将不稳定松散岩体挤压，是岩体间的正压力和摩阻力大大提高，增大抗滑力，限制不稳定液体的发育，从而起到加固边坡、稳定坡体的作用。采用预应力锚索进行边坡加固，其优点有：在高边坡或隧洞洞口明挖中采用，可增加边坡稳定。从而减少开挖量，也为提前进洞创造条件；可在水库正常运行条件下用于混凝土坝体或坝基加固；用于修补混凝土裂缝或缺陷，可将集中荷载分散到较大范围内；加固洞室。改善洞室的受力条件等。这些优点使其在高边坡加固中得到广泛应用。